透 视 超 级 计 算 机 发 展 历 程（ 一）

---- 在 过 去 的28 年 中, 超 级 计 算 机 经 历 了 设 计 上 的 三 次 革 命： 向 量 超 级 计 算； 多CPU 上 的 并 行 超 级 计 算； 分 层 组 织 的、 带 有 高 速 缓 存 的 微 处 理 器 群 集 上 的 超 级 计 算。

---- 最 后 一 次 革 命 至 今 仍 在 进 行 当 中， 所 以 它 带 来 的 结 果 尚 不 能 确 定。 可 以 说， 超 级 计 算 机 设 计 上 的 变 化 推 动 了 计 算 方 法 及 其 实 现 程 序 的 重 大 转 变。

向 量 超 级 计 算

---- 向 量 超 级 计 算 的 概 念 是 由CDC STAR 超 级 计 算 机 的 设 计 者 引 入 的， 并 在1967 年 的 时 候， 被Lawrence Livermore 国 家 实 验 室 认 可。 这 种 想 法 是 为 了 克 服 当 时 磁 芯 存 储 器 存 在 的 延 时 问 题 而 出 现 的。1971 年 前 后,Frank McMahon 将 这 种 想 法 成 功 地 应 用 于STAR 的 处 理 器CDC 7600 上。

---- CDC STAR-100 于1974 年 至1975 年 间 问 世， 它 的 出 现 使 得 向 量 超 级 计 算 的 优 点 与 缺 点 一 目 了 然。 它 的 优 点 在 于 其 向 量 指 令 在 每 个 时 钟 周 期(clock tick) 都 会 产 生 一 个 结 果。 同 时， 在 以 后 使 用 的 过 程 中， 向 量 计 算 的 不 足 也 逐 渐 被 发 现。 其 中 最 突 出 的 就 是， 为 了 使 这 些 向 量 指 令 只 被 执 行 一 次, 必 须 重 新 考 虑 和 编 写 算 法。

---- 20 世 纪70 年 代 末 期, 以 向 量 超 级 计 算 为 主 的 机 器 出 现 了， 如CDC Cyber205 和Cray-1， 其 中Cray-1 更 加 流 行。 这 种 机 器 具 有8MB 内 存， 但 这 种 内 存 是 晶 体 管 存 储 器， 而 不 是CDC STAR-100 使 用 的 磁 芯 存 储 器。Cray-1 还 引 入 了 向 量 寄 存 器 的 概 念。

下 次 革 命 的 预 示

---- 向 量 计 算 的 引 入 对 超 级 计 算 性 能 的 提 高 起 了 巨 大 的 推 动 作 用。CDC STAR-100 的 出 现， 把 我 们 带 入 了 向 量 计 算 的 时 代。 总 的 来 说， 由Cray-1 的 引 入 开 始 到 向 量 计 算 的 概 念 被 适 应， 经 历 了 好 几 年 的 时 间。

---- 80 年 代 初 期， 一 些 业 内 人 士 就 已 经 预 见 到 了 下 次 革 命 的 来 临 — — 大 规 模 并 行 处 理。 他 们 希 望 使 这 场 革 命 来 得 更 快、 更 有 序。 显 然， 向 量 计 算 的 出 现 使 计 算 机 性 能 的 提 高 达 到 了 指 数 级。 但 是 由 于 超 级 计 算 机 的CPU 速 度 已 接 近 其 时 钟 速 度 的 物 理 极 限, 所 以， 要 继 续 提 高 性 能 也 就 意 味 着 必 须 投 入 多 个CPU 来 同 时 为 一 个 程 序 工 作。

---- 20 世 纪80 年 代, Cray 向 量 计 算 机 的 处 理 器 数 量 增 加 到 了16 个。 这 些 处 理 器 的 控 制 中 心 把 它 们 作 为 共 享 资 源 进 行 管 理, 而 这 个 控 制 中 心 最 关 心 的 就 是 如 何 使 输 入 输 出 总 量 达 到 最 大。 由 于 用 几 个 处 理 器 有 效 地 处 理 一 件 单 一 工 作 具 有 一 定 困 难， 所 以 通 常 通 过 一 个 处 理 器 处 理 一 件 工 作、 多 个 处 理 器 同 时 处 理 多 个 工 作 的 方 式 来 提 高 电 脑 的 输 入 输 出 总 量。 如 今 正 在 出 现 的 大 规 模 并 行 处 理 器， 将 使 所 有 处 理 器 完 成 单 一 的 工 作 成 为 可 能。 这 种 运 行 方 式 上 的 转 变， 对 加 快 应 用 程 序 向 这 种 新 机 器 上 的 移 植 起 了 很 大 的 推 动 作 用。

Cray T3D： 低 等 待 时 间 的 内 部 处 理 器 通 信

---- 1994 年，NSF 的 匹 兹 堡 超 级 计 算 机 中 心 举 行 了 第 一 次Cray T3D 型 机 器 的 展 示 会， 展 示 了 多 个 处 理 器 互 联 在 技 术 上 的 可 行 性。 他 们 将512 个 甚 至1024 个 处 理 器 以 一 种 方 式 进 行 互 联， 使 得 一 个 处 理 器 从 其 他 任 何 一 台 处 理 器 的 内 存 中 读 取 的 时 间 只 需 很 低 的 延 迟。T3D 的 这 种 特 别 的 处 理 器 互 联 方 式， 对 超 级 计 算 机 的 设 计 产 生 了 持 续 的 影 响。

计 算 机 工 业 发 展 进 程 表
1971 年 Bolt Beranek 和Newman 公 司 的Ray Tomlinson 发 送 了 第 一 条 网 络 电 子 邮 件 信 息。
1972 年 第 一 代8 位 微 处 理 器 ─ ─Intel 公 司 的8008 问 世， 但 它 很 快 就 被8080 所 代 替。
Dennis Ritchie 在 贝 尔 实 验 室 开 发 出C 语 言， 之 所 以 叫C 是 因 为 它 的 前 身 叫B。
1973 年 Alan Kay 研 制 了PC 机 的 前 身。 他 的“ 办 公 室 计 算 机” 是 基 于Smalltalk 的， 采 用 图 标、 图 形 和 鼠 标。
1975 年 John Cocke 在IBM 公 司 采 用 当 时 还 未 命 名 的RISC 体 系 结 构 研 制 出 了 微 型 计 算 机。
IBM 公 司 推 出 了 激 光 打 印 机。
1976 年 Gray 研 究 公 司 研 制 出Cray-1， 它 是 具 有 向 量 体 系 结 构 的 第 一 台 超 级 计 算 机。
Gray Kildall 为8 位PC 机 开 发 出 了CP/M 操 作 系 统。
第 一 个 商 业 电 子 邮 件 服 务 ─ ─On Tyme 出 现， 由 于 潜 在 用 户 太 少， 只 寻 找 到 了 有 限 的 市 场。
IBM 研 制 出 喷 墨 打 印 机。
Steve Jobs 和Steve Wozniak 设 计 并 制 造 了Apple I 计 算 机。
1977 年 Steve Jobs 和Steve Wozniak 联 合 成 立 了Apple 计 算 机 公 司。
Bill Gates 和Paul Allen 共 同 创 建 了Microsoft 公 司。
Tandy 公 司 和Commodore 公 司 推 出 了 带 有 内 置 式 监 控 器 的PC 机， 不 再 需 要 连 接 电 视 显 示 器。
1978 年 Wordstar 成 为 一 种 在CP/M 系 统 和DOS 计 算 机 上 广 泛 采 用 的 字 处 理 程 序。
Intel 公 司 的 第 一 个16 位 处 理 器8086 登 场。
1980 年 IBM 公 司 选 择 了Microsoft 公 司 的PC-DOS 作 为 它 的 新 型PC 机 的 操 作 系 统。
1982 年 哥 伦 比 亚 数 据 产 品 工 厂 生 产 出 第 一 台IBM PC“clone”。Compaq 公 司 紧 跟 其 后 也 推 出 了 它 们 自 己 的 版 本。
1983 年 Lotus1-2-3 通 过 图 形 表 示， 在IBM PC 机 上 实 现 了Visicalc 在Apple Ⅱ 上 所 做 到 的 一 切。
IBM 公 司 的PC-XT 在 市 场 中 处 于 领 先 地 位， 而 与 此 同 时PC 机Junior 却 面 临 着 消 亡。
TCP/IP 转 接 功 能 的 实 现 标 志 着 全 球Internet 的 创 建。 （ 冯 洁 编 译）（ 梁 华、 吴 宏 强 ／ 译）

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