計算機科學前沿技術

內容概要

　　《計算機科學前沿技術》是一本計算機科學的入門與提高教材，在力求保證學科廣度的同時，還兼顧主題的深度，同時特別強調計算機科學的前沿性，既介紹計算機學科相關主題的來龍去脈，也介紹國內外最新、最熱門的前沿課題。本教材既涉及傳統(tǒng)的諸如計算機網絡、操作系統(tǒng)、人工智能這樣的計算機傳統(tǒng)研究領域，又涉及像云計算、物聯(lián)網、智慧地球等這樣的新興熱門研究領域。重點講解這些最新計算技術在各個學科中的應用。既讓讀者對計算機新興技術有一個宏觀的把握，又通過各種案例的分析，指導讀者將計算機最新技術應用到各自相關的專業(yè)和學科之中。
　　《計算機科學前沿技術》既適合作為高等院校計算機以及相關專業(yè)本科生教材或教學參考書，也可以供有意在計算機和信息學科方面發(fā)展的非計算機專業(yè)讀者閱讀。

作者簡介

　　王偉，博士，中國計算機學會高級會員，現為同濟大學計算機科學與技術系教師，CCF
YOCSEF上海學術秘書。曾赴1BM中國研究院和SAP中國研究中心任實習助理研究員。2009年赴德國ErlangenNuernberg大學訪問交流，2011年赴芬蘭Aalto大學參與師資培訓。在IEEE
Transactions系列、《中國科學》和《計算機學報》等國內外高水平學術刊物和會議上發(fā)表論文四十余篇，其中SCI檢索十余篇。曾獲得IBM全球博士生英才獎和IBM中國優(yōu)秀教師獎教金，并于2012年入圍同濟大學青年教師講課大賽決賽。熱衷于計算機科學的普及教育與研究型人才的培養(yǎng)，關注于計算思維（Computational
Thinking）與自由文理（Liberal Arts）的教學理念。

書籍目錄

序1
序2
序3
前言
關于本書
第1章 概述
1.1 計算機科學面臨的問題
1.2 計算機學科概述
1.2.1 計算機學科的特點
1.2.2 基本學科能力
1.2.3 計算機學科的發(fā)展和分支學科的劃分
1.2.4 計算機科學與其他學科之間的關系
1.3 計算機科學發(fā)展的趨勢
1.4 小結
推薦閱讀
問題與討論
第一部分 計算機硬件和體系結構
第2章 計算機硬件的發(fā)展
2.1 計算機發(fā)展的歷史回顧
2.1.1 早期計算機：機械式計算工具、機電式計算機
2.1.2 電子管、晶體管和集成電路
2.1.3 電子計算機的誕生
2.1.4 現代計算機發(fā)展歷程
2.2 我國計算機發(fā)展史
2.2.1 第一代電子管計算機研制(1958-1964)
2.2.2 第二代晶體管計算機研制(1965-1972)
2.2.3 第三代中小規(guī)模集成電路計算機研制（1973-20世紀80年代初）
2.2.4 第四代超大規(guī)模集成電路計算機研制（20世紀80年代中期至今）
2.3 新型計算機的發(fā)展
2.3.1 DNA計算機
2.3.2 量子計算機
2.3.3 光計算機
2.3.4 納米計算機
2.4 CPU和GPU的發(fā)展
2.4.1 CPU的發(fā)展
2.4.2 多核計算的發(fā)展趨勢
2.4.3 GPU的發(fā)展
2.4.4 CPU和GPU的融合
2.5 小結
推薦閱讀
問題與討論
第3章 高性能計算
3.1 高性能計算概述
3.1.1 什么是高性能計算
3.1.2 發(fā)達國家在高性能計算方面的發(fā)展
3.1.3 我國高性能計算的發(fā)展
3.2 世界各地超級計算中心的發(fā)展概況
3.3 高性能計算機的發(fā)展
3.3.1 從“走鵑”談起
3.3.2 千萬億(1015)次系統(tǒng)研發(fā)
3.3.3 艾級超級計算機的機遇與挑戰(zhàn)
3.4 高性能計算機關鍵技術與挑戰(zhàn)
3.4.1 高性能計算機關鍵技術
3.4.2 超級計算機系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
3.4.3 超級計算機發(fā)展的技術路線
3.5 小結
推薦閱讀
問題與討論
……
第二部分 計算機系統(tǒng)
第三部分 數據庫和數據管理
第四部分 人工智能
第五部分 計算機應用
第六部分 新興技術
附錄
參考文獻
后記

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   NVIDIA公司于2007年正式發(fā)布的CUDA（Compute Unified Device Architecture，計算統(tǒng)一設備架構）是第一種不需借助圖形學API就可以使用類C語言進行通用計算的開發(fā)環(huán)境和軟件體系。與以往的傳統(tǒng)GPGPU開發(fā)方式相比，CUDA有十分顯著的改進。經過多年的發(fā)展，CUDA與支持CUDA的GPU在性能上有顯著提高，功能上也在不斷完善。 由于在性能、成本和開發(fā)時間上較傳統(tǒng)的CPU解決方案有顯著優(yōu)勢，CUDA的推出在學術界和產業(yè)界引起了熱烈反響。現在，CUDA已經在金融、石油、天文學、流體力學、信號處理、電磁仿真、模式識別、圖像處理、視頻壓縮等領域獲得廣泛應用，并取得了豐碩的成果。隨著GPU的進一步發(fā)展和更多的開發(fā)人員參與到GPU通用計算的開發(fā)中來，可以預見，GPU將在未來的計算機架構中扮演更加重要的角色，甚至許多以往被認為不可能的應用也會因為GPU的強大處理能力而成為現實。 CUDA發(fā)展之路：2007年1.0版，只有研究人員和一些嘗鮮者體驗；次年升級為2.0版，吸引了科學家和高性能計算領域；2009年3.0版，掀起了應用程序創(chuàng)新的風潮；2011年4.0版誕生，意味著將有更廣泛的開發(fā)人員加入CUDA陣營。CUDA 4.0作為一個全新版本，功能特性自然增加了不少，主要涉及應用程序移植的簡化、多GPU編程的加速、開發(fā)工具的增加和改進三個方面。NVIDIA正在將自己定位成一家“超級”計算公司，CUDA 4.0就是這條路上的重要里程碑。 OpenCL全稱0pen Computing Language，是第一個面向異構系統(tǒng)通用目的并行編程的開放式、免費標準，也是一個統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開發(fā)人員為高性能計算服務器、桌面計算系統(tǒng)、手持設備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類型架構以及數字信號處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂、科研、醫(yī)療等各種領域都有廣闊的發(fā)展前景。 OpenCL是一個為異構平臺編寫程序的框架，此異構平臺可由CPU、GPU或其他類型的處理器組成。OpenCL由用于編寫kernels（在OpenCL設備上運行的函數）的語言（基于C）和一組用于定義并控制平臺的API組成。OpenCL提供了基于任務分區(qū)和數據分區(qū)的并行計算機制。 OpenCL最初由Apple公司開發(fā)，Apple擁有其商標權，并在與AMD、IBM、Intel和NVIDIA技術團隊的合作之下初步完善。隨后，Apple將這一草案提交至Khronos Group。2008年6月16日，Khronos的通用計算工作小組成立。5個月后的2008年11月18日，該工作組完成了OpenCL 1.0規(guī)范的技術細節(jié)。該技術規(guī)范在由Khronos成員進行審查之后，于2008年12月8日公開發(fā)表。2010年6月14日，OpenCL 1?1發(fā)布。

媒體關注與評論

　　該書圖文并茂，信息量豐富，對初學者有相當的吸引力。我國許多大學都有計算機科學與技術學院(系)，但真正教“計算機科學”的大學并不多，所以我很希望見到一本好的“計算機科學”通識課教材。 　　——李國杰 中國工程院院士、中國計算機學會名譽理事長 　　　　向讀者系統(tǒng)展示了計算機學科中的那些令人激動的前沿技術領域，通過大量引人入勝的圖片和深入淺出的實例向讀者敘述了計算機如何給人類的生活帶來了巨大的變化。書中的很多內容都很好地體現了計算機科學中無處不在的計算思維及其重要作用。 　　——陳國良 中國科學院院士。教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任 　　　　從某種意義上來說，該書在一定程度上反映了計算機學科的發(fā)展和演變過程，這對從事計算機科學領域的研究人員來說有著非常好的借鑒意義。最重要的是，該書可以很好地吸引更多的優(yōu)秀學生和研究人員加入到計算機科學與技術這個令人激動的研究領域中來。 　　——蔣昌俊 973首席科學家、同濟大學副校長 　　　　《計算機科學前沿技術》一書很好地記錄了計算機科學技術發(fā)展的新趨勢和新動向。能夠為企業(yè)界的技術主管和研發(fā)人員揭示未來計算機科學的發(fā)展方向，能夠將高校教師和學生帶到多個新的科學技術領域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時代賜予的機遇。我相信這本書會使許多人受益! 　　——毛新生 IBM中國開發(fā)中心首席技術官兼創(chuàng)新工程院院長

編輯推薦

《計算機科學前沿技術》圖文并茂，信息量豐富，對初學者有相當的吸引力。我國許多大學都有計算機科學與技術學院(系)，但真正教“計算機科學”的大學并不多，所以我很希望見到一本好的“計算機科學”通識課教材?！队嬎銠C科學前沿技術》很好地記錄了計算機科學技術發(fā)展的新趨勢和新動向。能夠為企業(yè)界的技術主管和研發(fā)人員揭示未來計算機科學的發(fā)展方向，能夠將高校教師和學生帶到多個新的科學技術領域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時代賜予的機遇。相信這本《計算機科學前沿技術》會使許多人受益！《計算機科學前沿技術》既適合作為高等院校計算機以及相關專業(yè)本科生教材或教學參考書，也可以供有意在計算機和信息學科方面發(fā)展的非計算機專業(yè)讀者閱讀。

名人推薦

該書圖文并茂，信息量豐富，對初學者有相當的吸引力。我國許多大學都有計算機科學與技術學院（系），但真正教“計算機科學”的大學并不多，所以我很希望見到一本好的“計算機科學”通識課教材。 —— 李國杰 中國工程院院士、中國計算機學會名譽理事長 向讀者系統(tǒng)展示了計算機學科中的那些令人激動的前沿技術領域，通過大量引人入勝的圖片和深入淺出的實例向讀者敘述了計算機如何給人類的生活帶來了巨大的變化。書中的很多內容都很好地體現了計算機科學中無處不在的計算思維及其重要作用。 —— 陳國良中國科學院院士、教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任 從某種意義上來說，該書在一定程度上反映了計算機學科的發(fā)展和演變過程，這對從事計算機科學領域的研究人員來說有著非常好的借鑒意義。最重要的是，該書可以很好地吸引更多的優(yōu)秀學生和研究人員加入到計算機科學與技術這個令人激動的研究領域中來。 —— 蔣昌俊973首席科學家、同濟大學副校長 本書一書很好地記錄了計算機科學技術發(fā)展的新趨勢和新動向。能夠為企業(yè)界的技術主管和研發(fā)人員揭示未來計算機科學的發(fā)展方向，能夠將高校教師和學生帶到多個新的科學技術領域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時代賜予的機遇。我相信這本書會使許多人受益！ —— 毛新生IBM中國開發(fā)中心首席技術官兼創(chuàng)新工程院院長

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