并行数值计算课程设计
高效并行计算算法设计与优化
高效并行计算算法设计与优化1.引言并行计算是指将一个大的问题划分为多个小的子问题，并使用多个处理器或计算单元同时处理这些子问题的计算过程。
在多核处理器和计算机集群等环境下，高效的并行计算算法设计和优化能够充分发挥硬件资源的并行能力，提高计算效率和性能。
2.并行计算算法设计原则（1）可划分性：将大问题划分为多个小问题，并且这些小问题之间是相互独立的，可以并行计算。
（2）通信开销小：并行计算中的处理器或计算单元之间需要进行通信，但通信开销会增加计算时间。
因此，合理设计并行算法时要尽可能减小通信开销，提高计算效率。
（3）负载均衡：在并行计算过程中，各个处理器或计算单元的负载应该尽可能均衡，避免一些处理器负载过重而成为计算瓶颈。
（4）可扩展性：并行计算算法的设计应该具有可扩展性，即能够适应不同规模的计算系统。
无论是几个处理器还是数百个计算节点，算法的性能都应该有所提升。
3.并行算法设计与优化方法（1）任务并行：将一个大的计算任务划分为多个子任务，并由不同的处理器或计算节点同时处理，最后将结果汇总。
例如，矩阵乘法可以通过将矩阵划分为多个子矩阵，并由不同的处理器并行计算相应的子矩阵来实现。
（2）数据并行：将大量的数据划分为多个子数据集，并由不同的处理器或计算节点同时处理。
例如，图像处理中的图像分块操作可以将图像划分为多个子块，并由不同的处理器并行处理这些子块。
（3）流水线并行：将一个计算过程划分为多个阶段，并由不同的处理器或计算节点同时处理这些阶段，形成流水线计算模型。
每个处理器在处理完一个阶段后将结果传递给下一个处理器进行下一阶段的计算，依次类推。
这种方法可以有效减少通信开销和提高计算效率。
（4）负载均衡：合理设计和分配计算任务，避免一些处理器负载过重，影响整体计算性能。
可以采用动态负载均衡的方法，根据不同任务的执行进度和负载情况，动态调整任务的分配。
（5）数据局部性和缓存优化：并行计算中的数据访问对计算性能有很大影响。
4位加减法并行运算电路(包括拓展8位)
4位加减法并行运算电路(包括拓展8位)二○一二～二○一三学年第一学期电子信息工程系脉冲数字电路课程设计报告书班级：电子信息工程(DB)1004班课程名称：脉冲数字电路课程设计学时： 1 周学生姓名：学号：指导教师：廖宇峰二○一二年九月一、设计任务及主要技术指标和要求➢ 设计目的1. 掌握加/减法运算电路的设计和调试方法。
2. 学习数据存储单元的设计方法。
3. 熟悉集成电路的使用方法。
➢ 设计的内容及主要技术指标1． 设计4位并行加/减法运算电路。
2． 设计寄存器单元。
3． 设计全加器工作单元。
4． 设计互补器工作单元。
5． 扩展为8位并行加/减法运算电路（选作）。
➢ 设计的要求1． 根据任务，设计整机的逻辑电路，画出详细框图和总原理图。
2． 选用中小规模集成器件（如74LS 系列），实现所选定的电路。
提出器材清单。
3． 检查设计结果，进行必要的仿真模拟。
二、方案论证及整体电路逻辑框图➢ 方案的总体设计步骤一因为参与运算的两个二进制数是由同一条数据总线分时串行传入，而加法运算的时候需要两个数的并行输入。
所以需要两个寄存器分别通过片选信号，依次对两个二进制进行存储，分别在寄存器的D c B A Q Q Q Q 端口将两个4位二进制数变成并行输出； 步骤二 为了便于观察置入两个4位二进制数的数值大小，根据人们的习惯，在寄存器的输出端，利用两个七段译码器将二进制数转化为十进制数； 步骤三通过开关选择加/减运算方式；步骤四若选择加法运算方式，对所置入数送入加法运算电路进行运算；即：9)1001()0110()0011(222==+ 【十进制：963=+】又或：15)1111()0100()1011(222==+ 【十进制：15511=+】步骤五若选择减法运算方式，对所置入数送入减法运算电路进行运算；即：2)0010()0101()0111(222==- 【十进制：257=-】又或：10)1010()1101()0011(222=-=- 【十进制：10133-=-】步骤六为了便于观察最后的计算结果，以及对最后的计算结果的正确性能做出快速的判断，根据人们的习惯，同上，将计算出的结果输入七段译码器进行译码显示。
并行计算实训课程学习总结并行程序设计与性能优化
并行计算实训课程学习总结并行程序设计与性能优化并行计算实训课程学习总结：并行程序设计与性能优化在本学期的并行计算实训课程中，我学习了并行程序设计与性能优化的基本概念和技巧。
通过课程的学习，我对并行计算的原理和应用有了更深入的了解，并且掌握了一些重要的并行编程工具和技术。
本文将对我在课程学习中所获得的收获和体会进行总结。
一、并行计算基础知识的学习在课程的初期，我们首先系统地学习了并行计算的基础知识。
我们了解了并行计算的定义和特点，并且学习了一些常用的并行计算模型和编程范式，如共享内存和分布式内存，并行编程的基本概念等。
通过这些学习，我对并行计算的概念和原理有了更加清晰的认识，并且了解到了并行计算在大规模数据处理和科学计算领域的重要性。
二、并行程序设计的实践在掌握了并行计算的基础知识后，我们进行了一系列的并行程序设计实践。
我们采用了不同的并行编程模型和工具，如OpenMP和MPI，并编写了一些简单的并行程序。
通过实践，我学会了如何在程序中进行任务划分和数据划分，并且掌握了一些常用的并行编程技巧，如粒度调整、负载平衡等。
这些实践帮助我更好地理解了并行程序设计的思想和方法，并且提高了我的编程能力。
三、性能优化的策略与技术在实践的基础上，我们进一步学习了性能优化的策略与技术。
我们了解了一些常见的性能瓶颈，如数据传输、负载不平衡等，并学习了一些性能优化的方法和工具，如并行算法设计、并行调试和性能分析工具等。
通过对这些策略和技术的学习，我学会了如何在编程过程中尽可能地提高程序的并行性和性能，并且提高了我的问题分析和解决能力。
综上所述，通过本学期的并行计算实训课程，我不仅学会了并行程序设计与性能优化的基本理论和技术，还提高了我的实践能力和问题解决能力。
这门课程对我今后的学习和研究具有重要的指导意义。
我将继续努力学习，并将所学知识应用到实际项目中，为实现高效的并行计算做出贡献。
注：本文仅为参考范文，具体内容需要根据实际情况和要求进行修改和补充。
02_6并行算法设计
串行算法的直接并行化
方法描述
发掘和利用现有串行算法中的并行性，直接将串行 算法改造为并行算法。 由串行算法直接并行化的方法是并行算法设计的最 常用方法之一； 不是所有的串行算法都可以直接并行化的； 一个好的串行算法并不能并行化为一个好的并行算 法； 许多数值串行算法可以并行化为有效的数值并行算 法。
PCAM设计过程
问题 划分
通信
组合
映射
划分
方法描述 域分解 功能分解 划分判据
划分方法描述
充分开拓算法的并发性和可扩放性； 先进行数据分解(称域分解)，再进行计算功 能的分解(称功能分解)； 使数据集和计算集互不相交； 划分阶段忽略处理器数目和目标机器的体系 结构； 能分为两类划分：
w w w w 员工 w p p p ppp 经理 w
非集中模式
w
映射判据
采用集中式负载平衡方案，是否存 在通讯瓶颈？ 采用动态负载平衡方案，调度策略 的成本如何？
并行语言实现方式与难度
实现难度
提供并行库
扩充语法成分
新语言
CPU 2
h()
q()
r()
s()
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任务分解
CPU 1 g()
CPU 0 f()
CPU 2
h()
q()
r()
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任务分解
CPU 1 g()
CPU 0 f()
CPU 2
h()
q()
r()
s()
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划分判据
划分是否具有灵活性？ 划分是否避免了冗余计算和存储？ 划分任务尺寸是否大致相当？ 任务数与问题尺寸是否成比例？ 功能分解是一种更深层次的分解， 是否合理？
数值计算方法和算法课程设计
数值计算方法和算法课程设计一、简介数值计算方法和算法课程是计算机科学与技术专业中重要的课程之一，其内容主要包含了数值计算方法和基本算法的理论、思想、原理和应用，培养了我们在计算机运算中提高算法效率和准确度的能力。
本文档是数值计算方法和算法课程设计的撰写指南，旨在帮助大家完成课程设计的撰写，以完成课程的要求。
二、数值计算方法数值计算方法是对数值问题进行数学解法的研究。
数值计算方法涉及的问题包括：求解方程、插值和逼近、数值积分和数值微分、常微分方程、偏微分方程等。
在数值计算方法中，我们需要了解一些常见的算法，例如：二分法、牛顿迭代法、高斯-塞德尔迭代法、龙格-库塔法等。
课程设计要求学生能够对各种数值方法进行学习、比较、分析和综合使用，完成一定的数值计算问题。
三、算法设计算法设计是在具体的问题基础上，根据规则和原则选择合适的计算流程和方法，得到满足计算要求的算法过程。
计算机算法是在计算机程序设计过程中所采用的一些指导模式，其目的在于使计算机能够依据事先给定的任务说明和数据，精细地指导其运算。
算法设计需要学生具备深厚的数学功底和良好的编程能力，同时，还需要学生掌握常见的算法设计原则和技巧。
四、课程设计要求本门课程设计要求学生独立完成一个数值计算问题的解法的完整过程。
具体要求：1.选择适合的数值计算问题并设计算法实现；2.实现程序并进行测试；3.通过测试数据的分析和效果评价，进行算法设计的改进；4.撰写设计报告并提交。
五、设计报告内容设计报告应该包括以下内容：1.问题的阐述与分析，明确所需要解决的数值计算问题，并说明具体的解法；2.算法实现流程，详细说明算法中所使用的思想、原理和过程；3.程序编写内容，对程序进行详细的讲解和分析，并附上程序代码；4.程序测试过程，对测试数据和效果进行分析和说明，并展示输出结果；5.算法改进，对算法的不足之处和改进方向进行分析；6.总结，对设计过程中的感受和体会进行总结并对未来方向进行展望和思考。
数值计算方法课程设计123
数值计算方法课程设计姓名学号班级实验要求1．应用自己熟悉的算法语言编写程序，使之尽可能具有通用性。
2．上机前充分准备，复习有关算法，写出计算步骤，反复检查，调试程序。
（注：在练习本上写，不上交）3．完成计算后写出实验报告，内容包括：所用的算法语言，CPU 时间，算法步骤叙述，变量说明，程序清单，输出计算结果，结构分析和小结等。
（注：具体题目具体分析，并不是所有的题目的实验报告都包含上述内容！）4．至少需要选择5道必做题目。
其余的也可以选择，如果多选，可酌情加分！5．独立完成，如有雷同，一律判为零分！6．上机期间不允许做其他任何与课程设计无关的事情，否则被发现一次扣10分，被发现三次判为零分！上机实习题目1． 编写秦九韶算法程序，并用该程序计算多项式623)(35+-+=x x x x f 在1.3 1.2, ,1.1=x 的值。
public class Qinjiushao {public double result;public double x=-2;//定义一个未知数xpublic double[] b;public double[] c;public int i;public String abc;public void calculate(){// abc="x^5+3*x^3-2*x+6";多项式，可以截取字符串获取系数double[] a={2,0,-3,3,-4};//多项式的系数double[] b=new double[a.length];double[] c=new double[b.length];for(i=0;i<a.length;i++){if(i==0){c[i]=b[i]=a[i];}else{b[i]=b[i-1]*x+a[i];c[i]=c[i-1]*x+b[i-1]*x+a[i];}}int j=a.length-1;System.out.println("结果值为：f("+x+")="+c[a.length-2]);}public static void main(String[] agrs){Qinjiushao qjs=new Qinjiushao();qjs.calculate();//JFrame jframe=new JFrame();//jframe.setTitle("求结果");//jframe.setSize(400,400);//jframe.setVisible(true);}}2． 用选列主元高斯消去法解线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+-=-+-=-+-=--022 0 21 34343232121x x x x x x x x x x #include<stdio.h>#include<math.h>#define N 4void maxij(double (*table)[N+1],int m);void zeros(double (*table)[N+1],int m);double solution(double (*table)[N+1],double *A,int n);main(){double table[N][N+1]={{-3,-1,0,0,1},{-1,2,-1,0,0},{0,-1,2,-1},{0,0,-1,2,0}}; double A[N];int i,j,m,n;for(m=0;m<N;m++){maxij(table,m);zeros(table,m);}for(n=N-1;n>=0;n--){if(table[n][n]!=0)A[n]=solution(table,A,n);elseA[n]=0;}for(i=0;i<N;i++)printf("x%d=%g\n",i+1,A[i]);}double solution(double (*table)[N+1],double *A,int n){double sum=0,result;int p;for(p=N-1;p>n;p--)sum+=table[n][p]*A[p];result=(table[n][N]-sum)/table[n][n];return result;}void zeros(double (*table)[N+1],int m){double zeroing;int i,j;for(i=m+1;i<N;i++)if(table[i][m]!=0){zeroing=-1*table[i][m]/table[m][m];table[i][m]=0;for(j=m+1;j<=N;j++)table[i][j]+=table[m][j]*zeroing;}}void maxij(double (*table)[N+1],int m){double exchange;int i,j,line=m;for(i=m;i<N;i++)if(abs(table[line][m])<abs(table[i][m]))line=i;for(i=m;i<=N;i++){exchange=table[m][i];table[m][i]=table[line][i];table[line][i]=exchange;}}运行结果：x1=-0.266667,x2=-0.2，x3=-0.133333,x4=-0.06666673． 分别用平方根法和改进平方根法解线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++-=+-631242321321321x x x x x x x x x平方根法解线性方程组Ax ＝b#include"math.h"#include"stdio.h"main(){int i,j,k;int n=3;float m,a[3][3],b[3],x[3],l[3][3],y[3];printf("input matrix numbers of a:\n");for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++)scanf("%f",&a[i][j]);printf("\n");printf("input numbers of b:\n");for(i=0;i<n;i++)scanf("%f",&b[i]);printf("\n");l[0][0]=sqrt(a[0][0]);for(i=1;i<n;i++){l[i][0]=a[i][0]/l[0][0];l[0][i]=l[i][0];}for(j=1;j<n;j++){m=0.0;for(k=0;k<j;k++){m+=l[j][k]*l[j][k];l[j][j]=sqrt(a[j][j]-m);}for(i=j+1;i<n;i++){m=0.0;for(k=0;k<j;k++){ m+=l[i][k]*l[j][k];l[i][j]=(a[i][j]-m)/l[j][j];l[j][i]=l[i][j];}}}y[0]=b[0]/l[0][0];for(i=1;i<n;i++){m=0.0;for(k=0;k<i;k++){m+=l[i][k]*y[k];y[i]=(b[i]-m)/l[i][i];}}x[n-1]=y[n-1]/l[n-1][n-1]; for(i=n-2;i>=0;i--){m=0.0;for(k=i+1;k<n;k++){m+=l[k][i]*x[k];x[i]=(y[i]-m)/l[i][i];}}for(i=0;i<n;i++)printf("x(%d)=%f\n",i,x[i]); }结果用C语言实现改进平方根法，程序代码如下：#include "stdlib.h"#include "stdio.h"#include "conio.h"#include "string.h"#include "math.h"#define N 100float Table(int n,float a[N][N],float b[N]){int i,j;printf("Please input the matrix A by row!\n");for(i=0;i<n;i++){printf("Row %d:",i);for(j=0;j<n;j++)scanf("%f",&a[i][j]);}printf("Please input the array b:");for(i=0;i<n;i++)scanf("%f",&b[i]);printf("\nThe matrix A and array b:\n");for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%10.4f",a[i][j]);printf("%10.4f",b[i]);printf("\n");}return 0;}float decomposition(int n,float a[N][N],float l[N][N],float d[N][N]) {int i,j,k;float t[N][N],tmp1,tmp2;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){if(i!=j) d[i][j]=0;if(i<j){t[i][j]=0;l[i][j]=0;}if(i==j) l[i][j]=1;}d[0][0]=a[0][0];for(i=1;i<n;i++)for(j=0;j<i;j++){tmp1=0;for(k=0;k<j;k++)tmp1+=t[i][k]*l[j][k];t[i][j]=a[i][j]-tmp1;l[i][j]=t[i][j]/d[j][j];tmp2=0;for(k=0;k<i;k++)tmp2+=t[i][k]*l[i][k];d[i][i]=a[i][i]-tmp2;}printf("\nAfter Cholesky triangular decomposition, the matrix L:\n");for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<=i;j++){printf("%8.4f",l[i][j]);if(i==j) printf("\n");}printf("\nAnd the matrix D:\n");for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<=i;j++){if(i!=j)for(k=0;k<8;k++)printf(" ");if(i==j) printf("%8.4f\n",d[i][j]);}return 0;}float solve(int n,float l[N][N],float d[N][N],float b[N]) {int i,j,k;float y[N],x[N],tmp1,tmp2;y[0]=b[0]; for(i=1;i<n;i++){tmp1=0;for(k=0;k<i;k++)tmp1+=l[i][k]*y[k]; y[i]=b[i]-tmp1; }4．考虑n 阶三对角方程组⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧3443 2 1 1 2 11 2 1 1 2 x ，,300=n（1） 用选列主元高斯消去法求解，（2） 编写追赶法程序并求解，（3） 比较两种方法的计算时间和精度。
并行计算
课程名称：并行计算课程编码：C303课程学分：2适用学科：计算机应用技术并行计算parallel computing教学大纲一、课程性质本课程是为计算机科学与技术专业本科硕士研究生所开设的一门必修课，以便扩充学生在并行计算方面的知识。
二、课程教学目的通过本课程的学习，使学生掌握并行计算的硬件基础知识，并行计算设计与并行数值算法的基础知识，掌握在不同的并行计算模型上的并行程序设计方法。
三、教学基本内容及基本要求本课程的教学基本内容以并行计算为主题，讲授并行计算的硬件基础，并行计算设计与并行数值算法以及并行计算的软件支持。
第一章并行计算机系统及其结构模型（掌握）1、并行计算与高端并行计算机2、并行计算机系统互连3、并行计算机系统结构第二章当代并行机系统：SMP MPP和COW（掌握）1、对称多处理机SMP2、在规模并行机MPP3、工作站群COW4、国产曙光系列并行机系统第三章并行计算性能评测1、加速比性能定律2、可扩放性评测标准3、基准测试程序第四章并行算法的设计基础（掌握）1、并行算法的基础知识2、并行计算模型第五章并行算法的一般设计方法（掌握）1、串行算法的直接并行化2、从问题描述开始设计并行算法3、借用已有算法求解新问题第六章并行算法的基础设计技术（掌握）1、划分设计技术2、分治设计技术3、平衡树设计技术4、倍增设计技术5、流水线设计技术第七章并行算法的一般设计过程（掌握）1、PCAM设计方法2、划分3、通信4、组合5、映射第八章基本通信操作（掌握）1、选路方法与开并技术2、单一信包一到一传输3、一到多播送4、多到多播送第九章稠密矩阵运算（掌握）1、矩阵的划分2、矩阵转置3、矩阵向量乘法4、矩阵乘法第十章线性方程组的求解（掌握）1、三角形方程组的求解2、三对角方程组的求解3、密线性方程组的求解4、稀疏线性方程组的求解第十一章快速傅里叶变换（掌握）1、离散傅氏变换2、快速傅氏变换串行算法3、并行FFT算法第十二章并行程序设计基础（掌握）1、并行程序设计基础概述2、进程3、线程4、同步5、通信第十三章并行程序设计模型和共享存储系统编程（掌握）1、并行编程风范和样本程序2、并行程序设计模型3、共享存储并行编程第十四章分布存储系统并行编程1、基于消息传递的并行编程2、MPI并行编程3、PVM并行编程4、基于数据并行的并行编程5、HPF并行编程第十五章并行程序设计环境与工具1、软件工具与环境2、并行编译器3、并行程序调试和性能分析四、本课程与其它课程的联系与分工本课程要求学生在学习完《计算机体系结构》、《操作系统》、《编译原理》、《数据结构》等课程之后学习本课程。
并行计算大学课件
高性能计算机
二．高性能计算解决什么样的问题？
层出不穷的应用问题往往需要更高计算速度的计算机来实 现，从而推动了计算机的性能，尤其是计算速度和存储器 容量的不断提高；
对于每一个监测点：
10个动态进程 0.01s 时间步 在安腾2上运行，1G CPU； 串行算法需要25s； 经过并行实现一个时间步（0.01s）的仿真时间为0.6s。
经过一系列优化一个时间步（0.01s）的仿真时间为0.006s。
二．高性能计算解决什么样的问题？
4. 事务处理的高性能需求——Google信息查询
一．什么是高性能计算？
高性能计算(high-performance computing)
from / HPC uses supercomputers and computer clusters to solve advanced computation problems. Today, computer systems approaching the teraflopsregion are counted as HPC-computers. HPC integrates systems administration (including network and security knowledge) and parallel programming into a multidisciplinary field that combines digital electronics, computer architecture, system software, programming languages, algorithms and computational techniques.
2024版并行程序设计精品公开课件
ABCD
读者写者问题
通过读写锁、信号量等机制实现读者和写者之间 的同步与通信，并避免读写冲突。
进程池管理
通过信号量、进程间通信等机制实现进程池的管 理，包括进程的创建、销毁、调度等。
04 并行编程模型与框架介绍
OpenMP编程模型
加速比
同一任务在单处理器系统和并行 处理器系统上执行消耗的时间的 比率。
效率
加速比与处理器个数的比值，反 映了并行系统的利用率。
可扩展性
并行程序在不同规模的并行系统 上执行时，能否保持相近的加速
比和效率。
02 并行算法设计原则与策略
设计原则
分治原则
将大问题分解为小问题，独立求解后合并结 果。
减少通信
05 并行程序性能优化技术探 讨
性能优化策略概述
识别并行性
将可并行执行的任务划分出来，提高程序执行效率。
减少通信开销
合理设计并行算法和数据结构，降低进程间通信开销。
利用局部性原理
优化数据访问模式，提高数据访问的局部性，减少缓存失效。
迭代优化
通过反复测试、分析和调整，找到性能瓶颈并进行优化。
负载均衡技术实现方法
开启编译器优化选项
使用编译器提供的优化选项，如 O2、O3等，自动进行代码优化。
矢量化优化
利用编译器提供的矢量化优化功能， 将循环中的标量操作转换为矢量操 作。
考虑目标平台特性
针对目标平台的特性选择合适的编 译器和优化选项。
谨慎使用编译器自动并行化
编译器自动并行化可能引入额外的 开销和复杂性，需谨慎使用。
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14并行算法设计
14并行算法设计1.引言:并行计算(algorithm)已经成为解决当今世界上许多复杂问题的重要工具。
并行计算是指同时执行多个计算任务的能力。
并行算法设计则是为了更高效地使用并行计算资源，从而提高算法的执行速度和性能。
本文将介绍一种名为PCAM的并行算法设计，这是一种基于并行计算框架的算法，可以有效地解决大规模数据处理的问题。
2.设计目标:PCAM的设计目标是提供一种高效并行计算的解决方案，以应对大规模数据处理的需求。
具体来说，PCAM的目标是通过充分利用并行计算资源，从而实现高速的数据处理和分析，以满足当今世界上许多复杂问题的需求。
3.并行算法设计思路:PCAM的设计思路是通过将计算任务划分为多个子任务，并在并行计算框架中实现这些子任务的同时执行。
具体来说，PCAM将数据集划分为多个子集，并将每个子集分配给不同的计算节点进行处理，然后将计算结果合并。
这种并行计算的思路可以充分利用并行计算资源，提高算法的执行速度和性能。
4.PCAM的算法流程:首先，PCAM将输入数据集划分为多个子集，每个子集包含一部分数据。
然后，每个计算节点将负责处理一个子集，并生成计算结果。
接下来，计算节点将结果发送给主节点，并合并计算结果。
最后，主节点将合并后的结果输出。
5.PCAM的实现方法:PCAM的实现方法可以利用现有的并行计算框架，如MapReduce、Spark等。
具体来说，可以使用分布式存储系统将数据存储在多个计算节点上，并使用并行计算框架进行任务调度和计算结果的合并。
此外，可以使用并行计算框架提供的并行计算库来实现具体的计算操作，如矩阵乘法、向量运算等。
6.PCAM的性能评估:为了评估PCAM的性能，可以使用一些性能指标来衡量，如执行时间、计算准确度等。
此外，还可以对比PCAM与其他并行算法的性能，以得出结论。
7.PCAM的应用领域:PCAM可以应用于许多领域，如数据挖掘、机器学习、图像处理等。
具体来说，PCAM可以用于处理大规模数据集，如处理海量数据、图像分类等。
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《并行数值计算》课程设计 题 目 并行计算平台及并行程序设计 学 院 专 业 班 级 姓 名 实验日期 目录 建立并行计算平台 .......................................................................................................................... 1 1.1 问题的提出 ................................................................................................................... 1 1.2 MPICH for Microsoft Windows 的安装与配置 .......................................................... 1 1.2.1 系统要求 ........................................................................................................... 1 1.2.2 软件下载 ........................................................................................................... 1 1.2.3 软件安装 ........................................................................................................... 1 1.2.4 计算机进行注册和配置 ................................................................................... 2 1.2.5 MPICH 与编译环境的整合 ............................................................................ 3 1.2.6 并行计算平台测试 ........................................................................................... 7 并行计算实例——求二维数组所有元素和 ................................................................................... 8 2.1 问题分析 .................................................................................................................................. 8 2.2 流程图 .................................................................................................................................... 10 2.3 源代码 .................................................................................................... 错误！未指定书签。 2.4 如何使用MPI 并行化一个已存在的串行程序 .................................................................. 13 心得体会 ........................................................................................................................................ 14 1
建立并行计算平台 1.1 问题的提出 MPI是目前一种比较著名的应用于并行环境的消息传递标准，MPICH是MPI1.2标准的一个完全实现，也是应用范围最广的一种并行及分布式环境。MPICH除包含MPI函数库之外，还包含了一套程序设计以及运行环境。本报告简要介绍如何应用MPICH的windows版本，建立一个基于windows的并行程序设计及运行环境，并给出一个c+MPI程序设计实例。
1.2 MPICH for Microsoft Windows 的安装与配置
1.2.1 系统要求 安装MPICH for Microsoft Windows 对系统有如下要求： Windows NT4/2000/XP 的Professional 或Server 版（不支持Windows 95/98） 所有主机必须能够建立TCP/IP 连接 MPICH支持的编译器有：MS VC++ 6.x，MS VC++.NET，Compaq Visual Fortran 6.x， Intel Fortran，gcc，以及g77。安装MPICH，必须以管理员的身份登录。
1.2.2 软件下载
MPICH 的下载地址是： http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich/download.html。 Windows 版本的mpich.nt.1.2.5.exe 的下载地址是： http://www-unix.mcs.anl.gov/~ashton/mpich.nt/。
1.2.3 软件安装
以管理员的身份登录每台主机，在所有主机上建立一个同样的账户（当然也可以每个机器使用不同的用户名和账户，然后建立一个配置文件，使用命令行的方式运行程序），然后，运行下载的安装文件，将MPICH 安装到每台主机上。 打开任务管理器中的进程选项卡，查看是否有一个mpd.exe 的进程。如果有的话说明安装成功。以后每次启动系统，该进程将自动运行。 2
1.2.4 计算机进行注册和配置 安装好MPICH 之后还必须对每台计算机进行注册和配置才能使用。其中注册必须每台计算机都要进行，配置只要在主控的计算机执行就行了。 注册的目的是，将先前在每台计算机上申请的账号与密码注册到MPICH 中去，这样MPICH 才能在网络环境中访问每台主机。配置方法：运行mpich\mpd\bin\MPIRegister.exe首先会提示输入用户账号，然后会提示输入两边密码，之后会问你是否保持上面的设定。如果选择是，则上面的信息将写入硬 盘，否则保存在内存中，再重新启动之后就不存在了。 为了让程序在许多主机上执行，而不需建立配置文件来给出相应的各个主机的信息，主控机必须直到当前可用的主机的信息。 这时就需要运行MPICH 的配置程序来进行配置了。 MPICH 提供的配置程序是一个图形界面的程序，可以从开始 -> 程序 ->MPICH->mpd-> MPICH Configuration tool 启动。启动之后的界面如下图所示：
图一 MPICH Configuration tool 整个界面分为三栏，在第一栏中点击Select（1号按钮），然后在跳出的对话框中选择安装了MPICH 的主机名。之后在第一栏的编辑框中会显示出所有选择的主机。检查无误后，点击第二栏的Apply（2号按钮），这时下方的进度条会显示对各主机核查的情况，如果没问题整个进度条会变为蓝色。最后点击OK（3号按钮）。整个配置就完成了。 3
1.2.5 MPICH 与编译环境的整合 MPICH提供了C语言和Fortran 语言的接口。要编译一个MPI+C 或MPI+Fortran 的程序必须对编译器进行设置。下面仅对Visual C++ 6.0进行说明。 在Visual C++ 6 中编译一个MPI+C 的程序的步骤如下： 1、打开Visual C++ 6 的Develop Studio 。 2、新建一个工程，通常为Win32 Console Application 。 3、在新的工程的编辑界面下，按Alt+F7 打开工程设置对话框。
图二 Visual C++设置（1） 4 图三 Visual C++设置（2） 3、在新的工程的编辑界面下，按Alt+F7 打开工程设置对话框。 4、切换到C/C++ 选项卡。（如图二） 首先选择Win32 Debug （①的下拉框） ， 再选择Code Generation（②的下拉框），再选择Debug Multithreaded（③的下拉框）。这时在Project Options的文本框中显示/MT表示设置成功。然后选择Win32Release（①的下拉框）重复上述步骤。（图三） 5、在C/C++ 选项卡中，选择All Configurations。（①的下拉框）选择Preprocessor（②的下拉框），在Additional include directories 的文本框中输入MPICH 所附带的头文件的目录。（如图四） 5
图四 Visual C++ 设置（3） 6、在Link选项卡中，选择All Configurations。（①的下拉框）然后再选择Input（②的下拉框），在Additional library path 的文本框中输入MPICH 所附带的库文件的目录。（如图五）
图五 Visual C++ 设置（4） 7、在Link选项卡中，选择All Configurations。（①的下拉框）然后再选择General然后在（②的下拉框），Object/library modules的文本框中添