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出版者:電子工業齣版社

作者:張玉興

出品人:

頁數:401

译者:

出版時間:2002-9-1

價格:34.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787505379978

叢書系列:

圖書標籤:

• 硬件
• 射頻電路
• 模擬電路
• 射頻設計
• 微波電路
• 電路分析
• 射頻器件
• 模擬集成電路
• 無綫通信
• 高頻電路
• 射頻放大器

好的，這是一份針對“射頻模擬電路”之外的、內容詳盡的圖書簡介，旨在吸引那些對特定技術領域（如數字信號處理、嵌入式係統、高性能計算等）感興趣的讀者。 --- 圖書名稱：《現代高性能計算與並行算法實踐》 簡介 在信息爆炸的時代，數據規模以前所未有的速度增長，對計算能力提齣瞭近乎苛刻的要求。傳統的串行計算模式已無法有效應對氣候模擬、基因測序、金融風控以及大規模人工智能訓練等前沿挑戰。本書《現代高性能計算與並行算法實踐》正是在這一背景下應運而生，它不僅僅是一本理論教材，更是一本麵嚮實踐、深度剖析如何駕馭多核、多處理器乃至超級計算機集群的工程指南。 本書旨在為計算機科學、軟件工程、電子工程以及相關領域的工程師和研究人員提供一套係統化、可操作的高性能計算（HPC）知識體係。我們摒棄瞭晦澀難懂的純數學推導，轉而聚焦於實際應用中的瓶頸分析、優化策略和具體實現技術。 第一部分：HPC基礎架構與並行計算模型 本部分為讀者奠定瞭堅實的基礎。我們首先深入探討瞭現代CPU和GPU的微架構，重點分析瞭內存層次結構（緩存一緻性協議、TLB、內存帶寬限製）如何影響算法性能。理解硬件的“脾氣”是高效編程的前提。 接著，我們將詳細解析並行計算的經典模型，包括指令級並行（ILP）、數據級並行（DLP）和任務級並行（TLP）。重點介紹SIMD（單指令多數據）指令集（如AVX-512、NEON）在矢量化加速中的應用，並通過實際代碼示例展示如何利用編譯器優化標誌和內在函數（Intrinsics）實現代碼的自動或半自動矢量化。 隨後，我們將進入分布式內存係統的核心——消息傳遞接口（MPI）。我們不僅會講解MPI的基本通信原語（Send/Recv, Broadcast, Gather, Reduce），還會深入探討更高級的拓撲感知型通信、非阻塞通信的應用，以及如何設計高效的通信避免同步開銷。我們特彆關注瞭“計算與通信的重疊”這一高性能計算的黃金法則，提供瞭一係列實用的代碼重構技巧。 第二部分：共享內存並行化與加速器編程 共享內存環境（如多核CPU、眾核加速器）是HPC的基石。本部分集中講解如何利用OpenMP實現高效的綫程級並行。我們將超越基礎的`pragma omp parallel for`，探討復雜的同步機製（如臨界區、原子操作、鎖），數據依賴分析，以及如何通過綫程親和性（Thread Affinity）和NUMA（非一緻性內存訪問）感知編程來榨取單機多核係統的極限性能。對於現代應用中日益重要的內存訪問模式，我們有一章專門探討瞭緩存友好型的數據布局設計，例如如何通過“死亡之爪”模式（False Sharing）的規避，實現數據訪問的局部性最大化。 加速器編程是本書的另一核心亮點。我們全麵覆蓋瞭NVIDIA CUDA和OpenCL/SYCL。對於CUDA部分，我們詳細剖析瞭GPU的內存模型（全局內存、共享內存、常量內存、紋理內存）及其訪問延遲特性。關鍵章節深入講解瞭內核啓動配置、綫程束調度、網格與塊的劃分策略，並提供瞭大量優化實例，例如利用共享內存實現高效的數據重用、避免內存閤並訪問（Coalesced Access）的陷阱。我們也會探討異構計算中的數據遷移策略，平衡主機（CPU）與設備（GPU）之間的計算負載與通信開銷。 第三部分：並行算法設計與應用案例 理論的強大必須通過算法的優化來體現。本部分將理論與實踐緊密結閤，探討瞭幾類對計算資源要求極高的核心算法的並行化實現。 1. 稀疏矩陣計算（Sparse Solvers）： 針對有限元分析（FEA）和計算流體力學（CFD）中常見的稀疏矩陣存儲格式（如CSR, CSC）和迭代求解器（如GMRES, BiCGSTAB）的並行化挑戰。我們將展示如何利用空間劃分技術將大規模稀疏綫性係統分解到多處理器上。 2. 大規模矩陣運算（Dense Linear Algebra）： 深入分析BLAS（基本綫性代數子程序）庫的優化原理，特彆是LU分解和矩陣乘法（GEMM）在並行環境下的實現。我們將探討2D/3D的塊劃分策略以及如何利用通信庫優化邊界交換。 3. 動態規劃與圖算法的並行化： 探討經典的動態規劃問題（如序列比對）在並行架構下的優化思路，以及如何有效並行化Dijkstra、Floyd-Warshall等圖算法，尤其是針對大規模社交網絡分析的需求。 第四部分：性能分析、調試與可擴展性 編寫齣能運行的代碼隻是第一步，寫齣高性能的代碼纔是HPC工程師的使命。本書提供瞭實用的性能分析工具箱，包括Intel VTune Profiler、AMD uProf、以及Linux自帶的`perf`工具。我們將教會讀者如何解讀性能計數器（Hardware Performance Counters），識彆CPU瓶頸（是計算受限、內存受限還是分支預測失敗），並指導如何利用火焰圖（Flame Graphs）直觀地定位熱點代碼區域。 此外，本書還專門討論瞭可擴展性的評估標準——阿姆達爾定律（Amdahl’s Law）與古斯塔夫森定律（Gustafson’s Law）的實際應用，以及如何通過P-Scale、E-Scale等指標來衡量算法在擴大規模後的效率。我們還包含瞭針對調試分布式並行程序（MPI+OpenMP混閤編程）的特殊技巧和工具。 麵嚮讀者 本書適閤具有C/C++或Fortran編程基礎，並希望深入研究高性能計算領域的學生、科研人員、軟件架構師以及尋求提升現有計算代碼性能的工程師。閱讀本書後，讀者將能夠獨立設計、實現、優化和擴展大規模並行應用，為解決未來復雜的科學與工程問題做好準備。 ---

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這本書的封麵設計著實吸引人，那種深沉的藍色調配上銀色的字體，透露齣一種嚴謹又前沿的氣質，讓人立刻聯想到精密儀器的質感。我原本對這個領域知之甚少，隻是抱著試試看的心態翻開瞭第一章，沒想到裏麵對基礎概念的闡述竟然如此清晰有力。它沒有那種堆砌公式的晦澀感，而是像一位經驗豐富的老師，一步步引導你構建起對整個電路係統的宏觀認知。尤其是作者在介紹某個重要模塊時，會穿插一些早期的設計哲學和演變曆史，這使得原本枯燥的技術描述變得生動起來，讓人能感受到這項技術是如何曆經波摺纔發展到今天的成熟狀態。我特彆喜歡其中關於噪聲分析的部分，作者沒有直接拋齣復雜的數學模型，而是先用生活中的例子來比喻信號和噪聲的相互作用，讓人在理解物理本質上邁齣瞭堅實的第一步，這對於初學者來說，簡直是打開瞭一扇通往更深層次學習的大門。這本書的排版也十分考究，圖文比例拿捏得當，那些結構圖和波形圖都清晰銳利，即便是打印齣來反復研讀，也不會感到視覺疲勞。它給我的第一印象是，這是一本真正站在學習者角度編寫的入門佳作，它尊重讀者的認知過程，而不是一味地展示作者的學識深度。

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這本書的結構安排，體現瞭一種清晰的邏輯遞進，仿佛作者精心繪製瞭一張從宏觀到微觀的思維導圖。最讓我耳目一新的是，作者在涉及復雜調製解調技術時，采用瞭多維度的視角來剖析問題。他沒有僅僅停留在數學公式的推導上，而是巧妙地引入瞭係統實現的角度——比如，如何選擇閤適的ADC/DAC指標來配閤特定的調製方案，以及這些選擇對功耗和實時性的影響。在講解這些前沿技術時，書中穿插瞭許多真實的案例研究，這些案例並非成功的範例，反而更多是探討設計初期犯下的錯誤以及如何通過迭代修正來達到性能指標。這種“反麵教材”式的教學方法，比單純的理論灌輸更具有警示和啓發意義。我發現自己對照著這些案例，開始在自己的設計草圖階段就預先進行更嚴格的“壓力測試”思考。這本書真正做到瞭理論指導實踐，實踐反哺理論的良性循環，它幫助我建立瞭一種麵嚮最終産品性能的逆嚮工程思維模式。

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拿到這本書時，我原本以為會麵對一本充斥著晦澀符號和抽象定義的工具書，但事實證明，我的判斷完全失誤瞭。這本書最引人入勝之處，在於它對設計流程中“思維定勢”的挑戰。作者似乎非常熱衷於探討那些行業內默認的“最佳實踐”背後的局限性，並鼓勵讀者去質疑那些被奉為圭臬的經驗法則。特彆是關於電磁兼容性（EMC）的章節，它沒有將EMC處理為設計後期的“打補丁”工作，而是將其融入到早期架構選擇的考量之中。他用極其簡潔的語言描繪瞭場耦閤的物理場景，讓人瞬間明白瞭為什麼在某些布局下，看似無關的兩個信號綫會産生意想不到的串擾。這種將物理直覺與工程實踐緊密結閤的敘事方式，極大地提升瞭我對電路行為的直觀理解能力。閱讀這本書，就像是獲得瞭一副能看穿電路內部能量流動的“透視鏡”，讓我對自己的設計擁有瞭前所未有的信心，因為它不再是憑感覺在堆砌元器件，而是基於對物理規律的深刻理解在進行精確設計。

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我必須承認，這本書的深度遠超我最初的預期，它不僅僅是一本教科書，更像是一本行業老兵的備忘錄。尤其是在電源完整性（PI）和信號完整性（SI）的交叉領域，作者的見解獨樹一幟。他沒有將這兩個概念割裂開來，而是強調瞭在高速係統設計中，電源噪聲如何直接耦閤並惡化信號質量。我印象最深的是關於去耦電容網絡設計的那一章，書中沒有滿足於傳統的容值計算，而是深入探討瞭不同類型電容在不同頻率段的等效阻抗特性，甚至細緻到對焊盤的感抗和引綫電感在整個迴路阻抗中的貢獻進行瞭量化分析。這種對細節的癡迷，讓我在後續的工作中，通過調整電容的布局和封裝，成功優化瞭一個睏擾團隊很久的眼圖抖動問題。這本書的價值就在於，它教會我如何從一個更全麵的係統角度去審視電路的性能，而不是孤立地看待每一個元器件或子模塊。它強調的是“連接”的力量，以及在高速通道中，連綫本身如何成為最重要的有源器件。

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這本書的閱讀體驗，說實話，帶給我一種如履薄冰卻又心潮澎湃的感覺。我過去在學習相關設計時，總覺得那些設計指南像是天書一樣，充滿瞭各種抽象的參數和難以捉摸的經驗法則。然而，此書在講解高頻特性和寄生效應時，其細緻入微的剖析手法簡直令人嘆為觀止。作者似乎對手頭工具的局限性有著深刻的理解，他沒有迴避實際設計中會遇到的那些“不完美”現象，反而將它們作為深入探討的切入點。例如，在討論傳輸綫的匹配問題時，書中不僅給齣瞭理想情況下的理論解，還詳細分析瞭PCB走綫寬度、介電常數微小波動對S參數麯綫的影響，這種對“現實世界”的設計缺陷的關注，無疑是極其寶貴的。我甚至發現自己開始重新審視過去那些被我簡單略過的仿真報告，試圖從中找齣那些在書中被特意強調的“陷阱”。這本書的敘事風格偏嚮於一種冷靜的、近乎臨床的診斷，它不提供快速的捷徑，而是要求讀者投入時間去理解每一個設計決策背後的權衡取捨，這對於希望成為真正解決問題的高級工程師來說，無疑是至關重要的精神食糧。

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