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现代密码学理论与实践之五 并行计算 ——结构?算法?编程 并行计算——结构?算法?编程 第一篇 并行计算的基础 第一章 并行计算机系统及其结构模型 第二章 当代并行机系统：SMP、MPP和Cluster 第三章 并行计算性能评测 第二篇 并行算法的设计 第四章 并行算法的设计基础 第五章 并行算法的一般设计方法 第六章 并行算法的基本设计技术 第七章 并行算法的一般设计过程 并行计算——结构?算法?编程 第三篇 并行数值算法 第八章 基本通信操作 第九章 稠密矩阵运算 第十章 线性方程组的求解 第十一章 快速傅里叶变换 第四篇 并行程序设计 第十二章 并行程序设计基础 第十三章 并行程序设计模型和共享存储系统编程 第十四章 分布存储系统并行编程 第十五章 并行程序设计环境与工具 第一章并行计算机系统及结构模型 1.1 并行计算 1.1.1 并行计算与计算科学 1.1.2 当代科学与工程问题的计算需求 1.2 并行计算机系统互连 1.2.1 系统互连 1.2.2 静态互联网络 1.2.3 动态互连网络 1.2.4 标准互联网络 1.3 并行计算机系统结构 1.3.1 并行计算机结构模型 1.3.2 并行计算机访存模型 并行计算 并行计算：并行机上所作的计算，又称高性能计算或超级计算。 计算科学：计算物理、计算化学、计算生物等 科学与工程问题的需求：气象预报、油藏模拟、核武器数值模拟、航天器设计、基因测序等。 需求类型：计算密集、数据密集、网络密集。 美国HPCC计划：重大挑战性课题，3T性能 美国Petaflops研究项目：Pflop/s。 美国ASCI计划：核武器数值模拟。 高性能计算机 Intel（Option Red)： 1Tflops,1997,Pentium Pro SGI(Option Blue Mountain): 3Tflops,1998,MIPS10000 IBM(Option White): 7Tflops,Top4,2001,Power3 日本Earth Simulator: 35Tflops,Top1,2002,VP Hewlett-Packard ASCI Q： 7Tflops ,Top2,3,2002, Alpha Server 中国联想： 1Tflops,Top43,2002  系统互连 不同带宽与距离的互连技术: 总线、SAN、LAN、MAN、WAN 局部总线、I/O总线、SAN和LAN 网络性能指标 节点度（Node Degree）：射入或射出一个节点的边数。在单向网络中，入射和出射边之和称为节点度。 网络直径（Network Diameter）： 网络中任何两个节点之间的最长距离，即最大路径数。 对剖宽度（Bisection Width） ：对分网络各半所必须移去的最少边数 对剖带宽（ Bisection Bandwidth）:每秒钟内，在最小的对剖平面上通过所有连线的最大信息位（或字节）数 如果从任一节点观看网络都一样，则称网络为对称的（Symmetry） 静态互连网络 与动态互连网络 静态互连网络：处理单元间有着固定连接的一类网络，在程序执行期间，这种点到点的链接保持不变；典型的静态网络有一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立方环、洗牌交换网、蝶形网络等 动态网络：用交换开关构成的，可按应用程序的要求动态地改变连接组态；典型的动态网络包括总线、交叉开关和多级互连网络等。 静态互连网络（1） 一维线性阵列（1-D Linear Array）： 并行机中最简单、最基本的互连方式， 每个节点只与其左、右近邻相连，也叫二近邻连接， N个节点用N-1条边串接之，内节点度为2，直径为N-1，对剖宽度为1 当首、尾节点相连时可构成循环移位器，在拓扑结构上等同于环，环可以是单向的或双向的，其节点度恒为2，直径或为 （双向环）或为N-1（单向环），对剖宽度为2 静态互连网络（2） 二维网孔（2-D Mesh）： 每个节点只与其上、下、左、右的近邻相连（边界节点除外），节点度为4，网络直径为 ，对剖宽度为 在垂直方向上带环绕，水平方向呈蛇状，就变成Illiac网孔了，节点度恒为4，网络直径为 ，而对剖宽度为 垂直和水平方向均带环绕，则变成了2-D环绕（2-D Torus），节点度恒为4，网络直径为 ，对剖宽度为 静态互连网络（3） 二叉树： 除了根、叶节点，每个内节点只与其父节点和两个子节点相连。 节点度为3，对剖宽度为1，而树的直径为 如果尽量增大节点度为，则直径缩小为2，此时就变成了星形网络，其对剖宽度为 传统二叉树的