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巨型機
超大型電子計算機
巨型機（巨型計算機，supercomputer）是一種超大型電子計算機。
產(chǎn)品簡介
具有很強的計算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。
應用
研究投入
對巨型計算機的指標一些國家這樣規(guī)定：首先，計算機的運算速度平均每秒1000萬次以上；其次，存貯容量在1000萬位以上。如我國研制成功的"銀河"計算機，就屬于巨型計算機。巨型計算機的發(fā)展是電子計算機的一個重要發(fā)展方向。它的研制水平標志著一個國家的科學技術和工業(yè)發(fā)展的程度，體現(xiàn)著國家經(jīng)濟發(fā)展的實力。一些發(fā)達國家正在投入大量資金和人力、物力，研制運算速度達幾百億次的超級大型計算機。
功能
在一定時期內(nèi)速度最快、性能最高、體積最大、耗資最多的計算機系統(tǒng)。巨型計算機是一個相對的概念，一個時期內(nèi)的巨型機到下一時期可能成為一般的計算機；一個時期內(nèi)的巨型機技術到下一時期可能成為一般的計算機技術。現(xiàn)代的巨型計算機用于核物理研究、核武器設計、航天航空飛行器設計、國民經(jīng)濟的預測和決策、能源開發(fā)、中長期天氣預報、衛(wèi)星圖像處理、情報分析和各種科學研究方面，是強有力的模擬和計算工具，對國民經(jīng)濟和國防建設具有特別重要的價值。
據(jù)統(tǒng)計，計算機的性能與使用價值的平方成正比，即所謂平方律。按照這一統(tǒng)計規(guī)律，計算機性能越高，相對價格越便宜。因此，隨著大型科學工程對計算機性能要求的日益提高，超高性能的巨型計算機將獲得越來越大的經(jīng)濟效益。
組成
巨型機主機由高速運算部件和大容量快速主存貯器構成。由于巨型機加工數(shù)據(jù)的吞吐量很大，只有主存是不夠的，一般有半導體快速擴充存貯器和海量（磁盤）存貯子系統(tǒng)來支持。對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用戶，常需大型聯(lián)機磁帶子系統(tǒng)或光盤子系統(tǒng)作為大量信息數(shù)據(jù)進/出的媒介，。巨型機主機一般不直接管理慢速的輸入/輸出（I/O）設備，而是通過I/O接口通道聯(lián)結前端機，由前端機做I/O的工作，包括用戶程序和數(shù)據(jù)的準備、運算結果的打印與繪圖輸出等。前端機一般用小型機。I/O的另一種途徑是通過網(wǎng)絡，網(wǎng)上的用戶借助其端機（微機、工作站、小型大型機）通過網(wǎng)來使用巨型機，I/O均由用戶端機來做。網(wǎng)絡方式可大大提高巨型機的利用率。
巨型計算機的速度
它每秒鐘1206萬億次的峰值速度，和每秒563.1萬億次的Linpack實測性能，使這臺名為“天河一號”的計算機位居同日公布的中國超級計算機前100強之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠自主研制千萬億次超級計算機的國家。
歷代名稱：神威、銀河、曙光、天河。
發(fā)展概況
早期階段
50年代中期的巨型機有，UNIVAC公司的LARC機和IBM公司的Stretch機。這兩臺計算機分別采用了指令先行控制、多個運算單元、存儲交叉訪問、多道程序和分時系統(tǒng)等并行處理技術。60年代的巨型機有CDC6600機和7600機，它們都配置有多臺外圍處理機，主機的中央處理器含有多個獨立并行的處理單元。70年代出現(xiàn)了現(xiàn)代巨型計算機，其指令執(zhí)行速度每秒已達5000萬次以上，或每秒可獲得2000萬個以上的浮點結果。
成熟階段
現(xiàn)代巨型機經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段有美國ILLIAC-Ⅳ(1973年)、STAR-100（1974年）和ASC（1972年）等巨型機。ILLIAC－Ⅳ機是一臺采用64個處理單元在統(tǒng)一控制下進行處理的陣列機，后兩臺都是采用向量流水處理的向量計算機。1976年研制成功的CRAY-1機標志著現(xiàn)代巨型機進入第二階段。這臺計算機設有向量、標量、地址等通用寄存器，有12個運算流水部件，指令控制和數(shù)據(jù)存取也都流水線化；機器主頻達80兆赫，每秒可獲得8000萬個浮點結果；主存儲器容量為100～400萬字(每字64位)，外存儲器容量達109～1011字；主機柜呈圓柱形，功耗達數(shù)百千瓦；采用氟里昂冷卻。圖中為這種機器的邏輯結構。中國的“銀河“億次級巨型計算機（1983年）也是多通用寄存器、全流水線化的巨型機。運算流水部件有18個，采用雙向量陣列結構，主存儲器容量為200～400萬字(每字64位)，并配有磁盤海量存儲器。這些巨型機的系統(tǒng)結構都屬于單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)結構。80年代以來，采用多處理機（多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD）結構、多向量陣列結構等技術的第三階段的更高性能巨型機相繼問世。例如，美國的CRAY-XMP、CDCCYBER205，日本的S810/10和20、VP/100和200、S×1和S×2等巨型機，均采用超高速門陣列芯片燒結到多層陶瓷片上的微組裝工藝，主頻高達50～160兆赫以上，最高速度有的可達每秒5～10億個浮點結果，主存儲器容量為400～3200萬字（每字64位），外存儲器容量達1012字以上。
巨型機技術
并行處理是巨型機技術的基礎。為提高系統(tǒng)性能，現(xiàn)代巨型機都在系統(tǒng)結構、硬件、軟件、工藝和電路等方面采取各種支持并行處理的技術。
為便于高速并行處理，中央處理器的數(shù)據(jù)類型除傳統(tǒng)的各類標量外，都增加了向量或數(shù)組類型。向量或數(shù)組運算的實質(zhì)，是相繼或同時執(zhí)行一批同樣的運算，而標量運算只處理一個或一對操作數(shù)，故向量運算速度一般比標量運算速度快得多。
硬件結構
現(xiàn)代巨型機硬件大多采用流水線、多功能部件、陣列結構或多處理機等各種技術。流水線是把整個部件分成若干段，使眾多數(shù)據(jù)能重疊地在各段操作，特別適于向量運算，性能-價格比高，應用普遍。多功能部件可以同時進行不同的運算，每個部件內(nèi)部又常采用流水線技術，既適合向量運算又適合標量運算。中國的“銀河”機和日本的VP/200、S810/20機進一步將每個向量流水部件或向量處理機加倍，組成雙向量陣列，又把向量運算速度提高了兩倍。美國CYBER－205機的向量處理機可按用戶需要組成一、二或四條陣列式的流水線，技術上又有所發(fā)展。多處理機系統(tǒng)以多臺處理機并行工作來提高系統(tǒng)的處理能力，各臺處理機可以協(xié)作完成一個作業(yè)，也可以獨立完成各自的作業(yè)。每臺處理機內(nèi)部也可采用各種適宜的并行處理技術。在任務的劃分與分配、多處理機之間的同步與通信和互連網(wǎng)絡的效益等方面，多處理機系統(tǒng)尚存在不少問題有待解決。現(xiàn)代巨型機采用的主要還是雙處理機系統(tǒng)（如CRAY-XMP）和四處理機系統(tǒng)（如HEP）。
標量運算
標量運算速度對巨型機系統(tǒng)綜合速度的影響極大。為此，除增設標量寄存器、標量后援寄存器或標量高速緩沖存儲器以及采用先進的標量控制技術（如先行控制等）外，還可采用專作標量運算的功能部件和標量處理機等技術。例如，CRAY-1機的多功能部件中，有6個專作標量和地址運算，3個兼作標量浮點運算，標量運算速度可達每秒2000萬次以上；CYBER205機專設標量處理機，含5個運算部件，標量運算速度可達每秒5000萬次以上。在提高向量運算速度的同時，進一步提高標量運算速度，盡可能縮小兩者的差距，已成為改善巨型機系統(tǒng)性能的重要研究課題。
主存儲器
為使復雜系統(tǒng)的三維處理成為可能，要求主存儲器能容納龐大的數(shù)據(jù)量。80年代的巨型機容量已達256兆字節(jié)。為與運算部件的速度相匹配，主存儲器必須大大提高信息流量。為此，主要的措施是：①采取較成熟的多模塊交叉訪問技術，模塊數(shù)量一般取2n，有的巨型機采用素數(shù)模新技術，以盡量避免向量訪問的沖突；②不斷減小每個模塊的存取周期，如CRAY-XMP機的存取周期為38納秒，S810機雖用靜態(tài)MOS存儲器，也只有40納秒，與雙極存儲相當；③增加主存儲器的訪問端口，如CRAY-XMP機的每臺處理機與CRAY-1機相比，訪問端口由一個增加到四個，解決了存儲訪問的瓶頸問題。
輸入輸出通道
巨型機不但配有數(shù)量較多的輸入輸出通道，如16～32個，而且具有較高的通道傳輸率。如CRAY-XMP機除一般通道外，還有兩個傳輸率為每秒100兆字節(jié)的通道和一個傳輸率高達每秒1250兆字節(jié)的通道。
固態(tài)海量存儲器為適應特大算題的大量數(shù)據(jù)在主存儲器和外存儲器之間的頻繁調(diào)度，新型的巨型機采用固態(tài)海量存儲器作為超高速外存儲器。CRAY-XMP機的固態(tài)存儲器采用MOS技術，容量為64～256兆字節(jié)，傳輸率比磁盤快50～100倍。S810機的固態(tài)存儲器容量為256～1024兆字節(jié)，傳輸率達每秒1000兆字節(jié)。
組裝工藝
縮短機內(nèi)走線長度和提高機器主頻，是提高巨型機速度的基礎?，F(xiàn)代巨型機主頻有的已達250兆赫以上。為此，除提高芯片的集成度和速度外，還采用微組裝等高密度多層組裝工藝。由此而來的散熱問題很突出，需要采取特殊的冷卻措施。
并行算法和軟件技術為充分發(fā)揮巨型機的系統(tǒng)性能，必須研究各種并行算法并研制并行化的軟件系統(tǒng)。針對特大型科學計算的特點，巨型機通常配置如下軟件：具有多重處理能力的批處理分布式操作系統(tǒng)、高效的匯編語言、向量FORTRAN或PASCAL、ADA語言和向量識別器、并行化標準子程序庫、科學子程序庫和應用程序庫、系統(tǒng)實用程序、診斷程序等。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
