本文關(guān)鍵詞：基于MPI和Linux機(jī)群環(huán)境的FFT算法的并行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：在數(shù)字時(shí)代,幾乎所有的實(shí)際系統(tǒng)都離不開數(shù)字信號(hào)中的頻域處理�？焖俑道锶~變換是數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù),是頻域處理最常用的方法,得到了廣泛地應(yīng)用。伴隨著通信領(lǐng)域的快速發(fā)展,利用FFT處理的數(shù)據(jù)量越來越大,利用串行FFT進(jìn)行大數(shù)據(jù)量運(yùn)算耗時(shí)過久,這已無法滿足現(xiàn)實(shí)要求。當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量非常大時(shí),并行計(jì)算是應(yīng)對(duì)運(yùn)算消耗時(shí)間太長的有效方法,并且機(jī)群系統(tǒng)是并行計(jì)算編程實(shí)現(xiàn)的主流平臺(tái),那么以機(jī)群系統(tǒng)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)FFT并行化的研究具有重要的意義。本文首先闡述了課題研究背景意義及主要工作,然后介紹了龐大復(fù)雜的并行計(jì)算相關(guān)知識(shí)中的并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)和幾種典型的并行機(jī)系統(tǒng),在并行機(jī)系統(tǒng)中著重介紹了當(dāng)前的主流平臺(tái)機(jī)群系統(tǒng),然后詳細(xì)介紹了并行算法相關(guān)理論,分析對(duì)比了幾種并行編程模型,結(jié)合機(jī)群的體系機(jī)構(gòu)選擇了消息傳遞編程模型,并選擇了其中應(yīng)用更為廣泛的MPI作為通信標(biāo)準(zhǔn)。基于理論研究,利用實(shí)驗(yàn)室條件分別具體實(shí)現(xiàn)了基于Windows和Linux兩種操作系統(tǒng)環(huán)境下的PC機(jī)群的搭建。接著對(duì)FFT算法的原理進(jìn)行研究,主要研究了FFT算法的蝶式運(yùn)算結(jié)構(gòu)特點(diǎn),同時(shí)對(duì)胖二叉樹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,根據(jù)兩者之間相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了基于胖二叉樹邏輯結(jié)構(gòu)將FFT并行化的思路,在理論上詳細(xì)分析了此并行化思路的可行性,并基于MPI進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)部分,本文首先介紹了所利用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,然后將并行編程實(shí)現(xiàn)的FFT并行算法和串行算法在曙光集群TC5000進(jìn)行了多組多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試,得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),比較了在不同處理數(shù)據(jù)量的情況下并行FFT和串行FFT運(yùn)算時(shí)間的不同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果體現(xiàn)出來的情況,驗(yàn)證了基于胖二叉樹邏輯結(jié)構(gòu)將FFT并行化在機(jī)群環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的可行性,并得到并行計(jì)算方面一些有意義的結(jié)論。最后,論文對(duì)前面所做工作進(jìn)行了概括總結(jié),并結(jié)合機(jī)群系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了進(jìn)一步提高FFT并行算法性能的一些方法。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)群 MPI 并行編程 胖二叉樹 FFT
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP338.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.1.1 課題研究背景9-11
• 1.1.2 課題研究意義11
• 1.2 本文的主要工作11-12
• 1.3 本文結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 并行計(jì)算13-22
• 2.1 并行計(jì)算13-14
• 2.2 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14-16
• 2.2.1 SM與DSM多處理機(jī)系統(tǒng)15-16
• 2.2.2 分布式主存DM16
• 2.3 典型并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16-21
• 2.3.1 陣列機(jī)16-17
• 2.3.2 向量機(jī)17
• 2.3.3 對(duì)稱多處理機(jī)SMP17-18
• 2.3.4 大規(guī)模并行處理系統(tǒng)MPP18-19
• 2.3.5 機(jī)群19-21
• 2.4 小結(jié)21-22
• 第三章 并行算法相關(guān)理論及MPI程序設(shè)計(jì)22-34
• 3.1 并行算法22
• 3.2 并行算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)22-23
• 3.3 并行算法的分類23
• 3.4 并行算法的設(shè)計(jì)過程23-24
• 3.5 并行編程模式的主要類型24-26
• 3.5.1 消息傳遞模型24-25
• 3.5.2 共享變量模型25
• 3.5.3 數(shù)據(jù)并行模型25-26
• 3.6 MPI簡述26-33
• 3.6.1 MPI常用函數(shù)26-28
• 3.6.2 MPI的主要實(shí)現(xiàn)28
• 3.6.3 MPI程序設(shè)計(jì)28-30
• 3.6.4 MPI通信分析30-33
• 3.7 小結(jié)33-34
• 第四章 搭建小型PC機(jī)群34-41
• 4.1 基于MPI和Windows的PC機(jī)群的搭建34-38
• 4.1.1 機(jī)群硬件環(huán)境34-35
• 4.1.2 軟件配置環(huán)境35-38
• 4.2 基于MPI和Linux的機(jī)群的搭建38-40
• 4.2.1 機(jī)群硬件環(huán)境38-39
• 4.2.2 機(jī)群的搭建39-40
• 4.3 小結(jié)40-41
• 第五章 基于MPI的FFT并行實(shí)現(xiàn)41-49
• 5.1 離散傅里葉變換（DFT）41
• 5.2 快速傅里葉變換41-44
• 5.3 胖二叉樹44-45
• 5.4 FFT蝶式計(jì)算的并行化45-47
• 5.5 本章小結(jié)47-49
• 第六章 總結(jié)與展望49-51
• 6.1 本文工作總結(jié)49
• 6.2 進(jìn)一步工作49-51
• 參考文獻(xiàn)51-53
• 在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文53-54
• 致謝54

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號(hào)：820650