Description
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Moderne Anwendungen in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik erfordern den Einsatz massiver Parallelität. Die Probleme reichen von einfachen bis zu den "grand challenges" der Wissenschaft. Das Prinzip "Parallelität" durchdringt heute bereits in hohem Maße Forschung und Lehre in vielen Fachdisziplinen und immer mehr Anwender, die keine Hochleistungsrechner-Experten sind, wollen und werden diese Möglichkeiten für ihre Anwendung nutzen. Das vorliegende Lehrbuch deckt das Gebiet der Parallelrechner durch ein sehr breites Spektrum ab, das von den Architekturen über Algorithmen, Programmiersprachen bis zu den Werkzeugen reicht. Fünfzehn namhafte Parallelrechner-Experten haben als Autoren das heute hochaktuelle und wichtige Gebiet der Parallel-Architekturen bearbeitet. Dieses Werk vermittelt sowohl die Grundlagen als auch den Stand der Forschung auf diesem Gebiet in umfassender, leicht verständlicher Darstellung. Dieses Standardwerk kann daher als Lehrbuch und als Handbuch für Studierende, Lehrende oder Anwender dienen.
Contents
1 Einleitung.- 1.1 Einige Meilensteine auf dem Weg zum parallelen Rechner.- 1.2 Die Probleme mit parallelen Rechnern.- 2 Klassifikation paralleler Architekturen.- 2.1 Einführung.- 2.2 Varianten und Ebenen der Parallelität.- 2.3 Parallele Anwendungen.- 2.4 Parallele Programmiersprachen.- 2.5 Parallele Betriebssysteme.- 2.6 Parallele Hardware.- 2.7 Klassifikationen.- 3 Grundbegriffe der Leistungsbewertung.- 3.1 Die Notwendigkeit frühzeitiger Leistungsabschätzung.- 3.2 Methodisches Vorgehen.- 3.3 Leistungsgrößen: Problemstellungen und Definitionen.- 4 Grundlagen paralleler Architekturen.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Die Ebenen der Parallelität.- 4.3 Unterscheidung der Parallelrechner nach dem Operationsprinzip.- 4.4 SIMD-Architekturen.- 4.5 MIMD-Architekturen.- 4.6 Datenflußarchitekturen.- 4.7 Mehrfädige Architekturen.- 4.8 Verbindungsnetzwerke.- 5 Parallelität auf Block- und Instruktionsebene.- 5.1 Einführung.- 5.2 Optimierungsverfahren.- 5.3 Hardwareeinflüsse.- 5.4 Aktuelle Forschungsarbeiten und Ausblick.- 5.5 Zusammenfassung.- 6 Assoziative Architekturen.- 6.1 Das assoziative Operationsprinzip.- 6.2 Implementierungsformen.- 6.3 Assoziative Speicher und Prozessoren.- 6.4 Die Programmierung assoziativer Architekturen.- 7 Realisierungen paralleler Architekturen.- 7.1 Einleitung.- 7.2 SIMD-Rechner.- 7.3 MIMD-Maschinen mit verteiltem Adreßraum.- 7.4 MIMD-Maschinen mit globalem Adreßraum.- 7.5 Einige vergleichende Betrachtungen.- 8 Fehlertolerante Architekturen.- 8.1 Kenngrößen und Verfahren.- 8.2 Fehlertoleranztechniken.- 8.3 Fehlertolerante Parallelrechner.- 8.4 Skalierbare Parallelität.- 9 Algorithmen für Parallelrechner.- 9.1 Schachbrett-Relaxation.- 9.2 Tridiagonale Gleichungssysteme.- 9.3 Die Matrixmultiplikation.- 9.4 Die Matrixtransposition.- 9.5Sortieren.- 9.6 Schlußbetrachtung.- 10 Betriebssysteme für Parallelrechner.- 10.1 Historische Entwicklung und Begriffsbildung.- 10.2 Anforderungen und Lösungskonzepte.- 10.2.1 Grundstrukturen von Betriebssystemen.- 10.2.2 Speicherverwaltung in parallelen Systemen.- 10.2.3 Interaktionsmechanismen.- 10.2.4 Aktivitätsträger und ihre Verwaltung.- 10.2.5 Verteilung.- 10.2.6 Betriebsmodi und Systempartitionierung.- 10.3 Realisierung in existierenden Systemen.- 11 Parallele Programmiersprachen.- 11.1 Einleitung.- 11.2 Datenparallelität.- 11.3 Funktionsparallelität.- 11.4 Unkonventionelle Sprachkonzepte.- 11.5 Schluß.- 12 Leistungsbewertung von Parallelrechnersystemen.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Leistungsmessung.- 12.3 Leistungsmodellierung.- 12.4 Integration von Messung und Modellierung.- 13 Werkzeuge zur Entwicklung paralleler Programme.- 13.1 Phasen der Entwicklung paralleler Programme.- 13.2 Laufzeitbeobachtung mittels Monitoring.- 13.3 Werkzeuge für die frühen Phasen des Entwurfs.- 13.4 Werkzeuge für die späten Phasen des Entwurfs.- 13.5 Werkzeuge für den dynamischen Lastausgleich.- 13.6 Sonstige Werkzeuge.- 13.7 Überblick.- 14 Automatische Parallelisierung Sequentieller Programme.- 14.1 Einleitung.- 14.2 Massiv Parallele Maschinen und ihre Programmierparadigmen.- 14.3 Modell.- 14.4 Elemente der Transformationsstrategie.- 14.5 Laufzeitanalyse für Schleifen mit irregulären Zugriffen.- 14.6 Übersicht relevanter Entwicklungen.- 14.7 Grenzen gegenwärtiger Compiler und aktuelle Forschung.
