計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1、計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)(ENIAC)于1946年2月,在美國(guó)誕生。ENIAC PC機(jī) 耗資 100萬(wàn)美圓 600美圓 重量 30噸 10kg 占地 150平方米 025平方米 電子器件 19萬(wàn)只電子管 100塊集成電路 運(yùn)算速度 5000次/秒 500萬(wàn)次/秒 二、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史1、第一代計(jì)算機(jī)（19461958)電子管為基本電子器件；使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言；主要應(yīng)用于國(guó)防和科學(xué)計(jì)算；運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬(wàn)次。2、第二代計(jì)算機(jī)(19581964)晶體管為主要器件；軟件上出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和算法語(yǔ)言；運(yùn)算速度每秒幾萬(wàn)次至幾十萬(wàn)次。3、第三代計(jì)算機(jī)(19641971)普遍

2、采用集成電路；體積縮小；運(yùn)算速度每秒幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次。4、第四代計(jì)算機(jī)(1971 )以大規(guī)模集成電路為主要器件；運(yùn)算速度每秒幾百萬(wàn)次至上億次。三、我國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史從1953年開(kāi)始研究，到1958年研制出了我國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在1982年我國(guó)研制出了運(yùn)算速度1億次的銀河I、II型等小型系列機(jī)。計(jì)算機(jī)的歷史 計(jì)算機(jī)是新技術(shù)革命的一支主力，也是推動(dòng)社會(huì)向現(xiàn)代化邁進(jìn)的活躍因素。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)發(fā)展最快、影響最為深遠(yuǎn)的新興學(xué)科之一。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)已在世界范圍內(nèi)發(fā)展成為一種極富生命力的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種按程序自動(dòng)進(jìn)行信息處理的通用工具,它的處理對(duì)象是信息，處理結(jié)果也是信息。利用計(jì)

3、算機(jī)解決科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理、過(guò)程控制或人工智能等各種問(wèn)題的方法，都是按照一定的算法進(jìn)行的。這種算法是定義精確的一系列規(guī)則，它指出怎樣以給定的輸入信息經(jīng)過(guò)有限的步驟產(chǎn)生所需要的輸出信息。 信息處理的一般過(guò)程，是計(jì)算機(jī)使用者針對(duì)待解抉的問(wèn)題,事先編制程序并存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后利用存儲(chǔ)程序指揮、控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行各種基本操作，直至獲得預(yù)期的處理結(jié)果。計(jì)算機(jī)自動(dòng)工作的基礎(chǔ)在于這種存儲(chǔ)程序方式，其通用性的基礎(chǔ)則在于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的共性方法。計(jì)算機(jī)的歷史 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問(wèn)世之前，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械式計(jì)算機(jī)、機(jī)電式計(jì)算機(jī)和萌芽期的電子計(jì)算機(jī)三個(gè)階段。 早在17世紀(jì)，歐

4、洲一批數(shù)學(xué)家就已開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造以數(shù)字形式進(jìn)行基本運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算機(jī)。1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類(lèi)似的齒輪傳動(dòng)裝置，制成了最早的十進(jìn)制加法器。1678年，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲制成的計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步解決了十進(jìn)制數(shù)的乘、除運(yùn)算。 英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇在1822年制作差分機(jī)模型時(shí)提出一個(gè)設(shè)想，每次完成一次算術(shù)運(yùn)算將發(fā)展為自動(dòng)完成某個(gè)特定的完整運(yùn)算過(guò)程。1884年，巴貝奇設(shè)計(jì)了一種程序控制的通用分析機(jī)。這臺(tái)分析機(jī)雖然已經(jīng)描繪出有關(guān)程序控制方式計(jì)算機(jī)的雛型，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件而未能實(shí)現(xiàn)。 巴貝奇的設(shè)想提出以后的一百多年期間，電磁學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)不斷取得重大進(jìn)展，在元件、器件方面接連發(fā)明了真空二極管和

5、真空三極管；在系統(tǒng)技術(shù)方面，相繼發(fā)明了無(wú)線電報(bào)、電視和雷達(dá)。所有這些成就為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展準(zhǔn)備了技術(shù)和物質(zhì)條件。 與此同時(shí)，數(shù)學(xué)、物理也相應(yīng)地蓬勃發(fā)展。到了20世紀(jì)30年代，物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域經(jīng)歷著定量化的階段，描述各種物理過(guò)程的數(shù)學(xué)方程，其中有的用經(jīng)典的分析方法已根難解決。于是，數(shù)值分析受到了重視，研究出各種數(shù)值積分，數(shù)值微分，以及微分方程數(shù)值解法，把計(jì)算過(guò)程歸結(jié)為巨量的基本運(yùn)算，從而奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的數(shù)值算法基礎(chǔ)。 社會(huì)上對(duì)先進(jìn)計(jì)算工具多方面迫切的需要，是促使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生的根本動(dòng)力。20世紀(jì)以后，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門(mén)的計(jì)算困難堆積如山，已經(jīng)阻礙了學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展。特別是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前

6、后，軍事科學(xué)技術(shù)對(duì)高速計(jì)算工具的需要尤為迫切。在此期間，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)部在進(jìn)行計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓工作，幾乎同時(shí)開(kāi)始了機(jī)電式計(jì)算機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的研究。 德國(guó)的朱賽最先采用電氣元件制造計(jì)算機(jī)。他在1941年制成的全自動(dòng)繼電器計(jì)算機(jī)Z-3，已具備浮點(diǎn)記數(shù)、二進(jìn)制運(yùn)算、數(shù)字存儲(chǔ)地址的指令形式等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。在美國(guó)，19401947年期間也相繼制成了繼電器計(jì)算機(jī)MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。不過(guò)，繼電器的開(kāi)關(guān)速度大約為百分之一秒，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度受到很大限制。 電子計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓過(guò)程，經(jīng)歷了從制作部件到整機(jī)從專(zhuān)用機(jī)到通用機(jī)、從“外加式程序”到“存儲(chǔ)程序”的演變。1938年

7、，美籍保加利亞學(xué)者阿塔納索夫首先制成了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件。1943年，英國(guó)外交部通信處制成了“巨人”電子計(jì)算機(jī)。這是一種專(zhuān)用的密碼分析機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了應(yīng)用。 1946年2月美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院制成的大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)(ENIAC)，最初也專(zhuān)門(mén)用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。這臺(tái)完全采用電子線路執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。 新的重大突破是由數(shù)學(xué)家馮諾伊曼領(lǐng)導(dǎo)

8、的設(shè)計(jì)小組完成的。1945年3月他們發(fā)表了一個(gè)全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDVAC)。隨后于1946年6月，馮諾伊曼等人提出了更為完善的設(shè)計(jì)報(bào)告電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探。同年78月間，他們又在莫爾學(xué)院為美國(guó)和英國(guó)二十多個(gè)機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家講授了專(zhuān)門(mén)課程電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)，推動(dòng)了存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。 1949年，英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室率先制成電子離散時(shí)序自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDSAC)；美國(guó)則于1950年制成了東部標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算機(jī)(SFAC)等。至此，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的萌芽時(shí)期遂告結(jié)束，開(kāi)始了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展時(shí)期。 在創(chuàng)制數(shù)字計(jì)算機(jī)的同時(shí)，還研制了另一類(lèi)重要的計(jì)算

9、工具模擬計(jì)算機(jī)。物理學(xué)家在總結(jié)自然規(guī)律時(shí)，常用數(shù)學(xué)方程描述某一過(guò)程；相反，解數(shù)學(xué)方程的過(guò)程，也有可能采用物理過(guò)程模擬方法，對(duì)數(shù)發(fā)明以后，1620年制成的計(jì)算尺，己把乘法、除法化為加法、減法進(jìn)行計(jì)算。麥克斯韋巧妙地把積分(面積)的計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)度的測(cè)量，于1855年制成了積分儀。 19世紀(jì)數(shù)學(xué)物理的另一項(xiàng)重大成就傅里葉分析，對(duì)模擬機(jī)的發(fā)展起到了直接的推動(dòng)作用。19世紀(jì)后期和20世紀(jì)前期，相繼制成了多種計(jì)算傅里葉系數(shù)的分析機(jī)和解微分方程的微分分析機(jī)等。但是當(dāng)試圖推廣微分分析機(jī)解偏微分方程和用模擬機(jī)解決一般科學(xué)計(jì)算問(wèn)題時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到模擬機(jī)在通用性和精確度等方面的局限性，并將主要精力轉(zhuǎn)向了數(shù)字計(jì)算機(jī)

10、。 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世以后，模擬計(jì)算機(jī)仍然繼續(xù)有所發(fā)展，并且與數(shù)字計(jì)算機(jī)相結(jié)合而產(chǎn)生了混合式計(jì)算機(jī)。模擬機(jī)和混合機(jī)已發(fā)展成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特殊品種，即用在特定領(lǐng)域的高效信息處理工具或仿真工具。 20世紀(jì)中期以來(lái)，計(jì)算機(jī)一直處于高速度發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)由僅包含硬件發(fā)展到包含硬件、軟件和固件三類(lèi)子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比，平均每10年提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。計(jì)算機(jī)種類(lèi)也一再分化，發(fā)展成微型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)(包括巨型、大型和中型計(jì)算機(jī))，以及各種專(zhuān)用機(jī)(如各種控制計(jì)算機(jī)、模擬數(shù)字混合計(jì)算機(jī))等。 計(jì)算機(jī)器件從電子管到晶體管，再?gòu)姆至⒃郊呻娐芬灾廖⑻幚砥鳎偈褂?jì)算機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了

11、三次飛躍。 在電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期(19461959)，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。主存儲(chǔ)器是決定計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌的主要因素。當(dāng)時(shí)，主存儲(chǔ)器有水銀延遲線存儲(chǔ)器、陰極射線示波管靜電存儲(chǔ)器、磁鼓和磁心存儲(chǔ)器等類(lèi)型，通常按此對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。 到了晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)期(19591964)，主存儲(chǔ)器均采用磁心存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤(pán)開(kāi)始用作主要的輔助存儲(chǔ)器。不僅科學(xué)計(jì)算用計(jì)算機(jī)繼續(xù)發(fā)展，而且中、小型計(jì)算機(jī)，特別是廉價(jià)的小型數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)開(kāi)始大量生產(chǎn)。 1964年，在集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品系列化的發(fā)展時(shí)期。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁心存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器地位，磁盤(pán)成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，并且開(kāi)始普遍采用

12、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。隨著各種半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器和可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器的迅速發(fā)展，以及微程序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中開(kāi)始出現(xiàn)固件子系統(tǒng)。 20世紀(jì)70年代以后，計(jì)算機(jī)用集成電路的集成度迅速?gòu)闹行∫?guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，微處理器和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，各類(lèi)計(jì)算機(jī)的性能迅速提高。隨著字長(zhǎng)4位、8位、16位、32位和64位的微型計(jì)算機(jī)相繼問(wèn)世和廣泛應(yīng)用，對(duì)小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的需求量也相應(yīng)增長(zhǎng)了。 微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上大量應(yīng)用后，一座辦公樓、一所學(xué)校、一個(gè)倉(cāng)庫(kù)常常擁有數(shù)十臺(tái)以至數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)它們互連的局部網(wǎng)隨即興起，進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從集中式系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)的發(fā)展。 在電子

13、管計(jì)算機(jī)時(shí)期，一些計(jì)算機(jī)配置了匯編語(yǔ)言和子程序庫(kù)，科學(xué)計(jì)算用的高級(jí)語(yǔ)言FORTRAN初露頭角。在晶體管計(jì)算機(jī)階段，事務(wù)處理的COBOL語(yǔ)言、科學(xué)計(jì)算機(jī)用的ALGOL語(yǔ)言，和符號(hào)處理用的LISP等高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。操作系統(tǒng)初步成型，使計(jì)算機(jī)的使用方式由手工操作改變?yōu)樽詣?dòng)作業(yè)管理。 進(jìn)入集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)期以后，在計(jì)算機(jī)中形成了相當(dāng)規(guī)模的軟件子系統(tǒng)，高級(jí)語(yǔ)言種類(lèi)進(jìn)一步增加，操作系統(tǒng)日趨完善，具備批量處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理等多種功能。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信處理程序、網(wǎng)絡(luò)軟件等也不斷增添到軟件子系統(tǒng)中。軟件子系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，明顯地改變了計(jì)算機(jī)的使用屬性，使用效率顯著提高。 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中

14、，外圍設(shè)備的價(jià)值一般已超過(guò)計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)的一半以上，其技術(shù)水平在很大程度上決定著計(jì)算機(jī)的技術(shù)面貌。外圍設(shè)備技術(shù)的綜合性很強(qiáng)，既依賴(lài)于電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)的綜合，又取決于精密機(jī)械工藝、電氣和電子加工工藝以及計(jì)量的技術(shù)和工藝水平等。 外圍設(shè)備包括輔助存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備兩大類(lèi)。輔助存儲(chǔ)器包括磁盤(pán)、磁鼓、磁帶、激光存儲(chǔ)器、海量存儲(chǔ)器和縮微存儲(chǔ)器等；輸入輸出設(shè)備又分為輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、模式信息處理設(shè)備和終端設(shè)備。在這些品種繁多的設(shè)備中，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌影響最大的是磁盤(pán)、終端設(shè)備、模式信息處理設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備等。 新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)

15、系統(tǒng)。它不僅能進(jìn)行一般信息處理，而且能面向知識(shí)處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，將能幫助人類(lèi)開(kāi)拓未知的領(lǐng)域和獲得新的知識(shí)。 計(jì)算技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展 在人類(lèi)文明發(fā)展的歷史上中國(guó)曾經(jīng)在早期計(jì)算工具的發(fā)明創(chuàng)造方面寫(xiě)過(guò)光輝的一頁(yè)。遠(yuǎn)在商代，中國(guó)就創(chuàng)造了十進(jìn)制記數(shù)方法，領(lǐng)先于世界千余年。到了周代，發(fā)明了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算工具算籌。這是一種用竹、木或骨制成的顏色不同的小棍。計(jì)算每一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí)，通常編出一套歌訣形式的算法，一邊計(jì)算，一邊不斷地重新布棍。中國(guó)古代數(shù)學(xué)家祖沖之，就是用算籌計(jì)算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。這一結(jié)果比西方早一千年。 珠算盤(pán)是中國(guó)的又一獨(dú)創(chuàng)，也是計(jì)算

16、工具發(fā)展史上的第一項(xiàng)重大發(fā)明。這種輕巧靈活、攜帶方便、與人民生活關(guān)系密切的計(jì)算工具，最初大約出現(xiàn)于漢朝，到元朝時(shí)漸趨成熟。珠算盤(pán)不僅對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起過(guò)有益的作用，而且傳到日本、朝鮮、東南亞等地區(qū)，經(jīng)受了歷史的考驗(yàn)，至今仍在使用。 中國(guó)發(fā)明創(chuàng)造指南車(chē)、水運(yùn)渾象儀、記里鼓車(chē)、提花機(jī)等，不僅對(duì)自動(dòng)控制機(jī)械的發(fā)展有卓越的貢獻(xiàn)，而且對(duì)計(jì)算工具的演進(jìn)產(chǎn)生了直接或間接的影響。例如，張衡制作的水運(yùn)渾象儀，可以自動(dòng)地與地球運(yùn)轉(zhuǎn)同步，后經(jīng)唐、宋兩代的改進(jìn)，遂成為世界上最早的天文鐘。 記里鼓車(chē)則是世界上最早的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。提花機(jī)原理劉計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展有過(guò)間接的影響。中國(guó)古代用陽(yáng)、陰兩爻構(gòu)成八卦，也對(duì)計(jì)算技術(shù)的

17、發(fā)展有過(guò)直接的影響。萊布尼茲寫(xiě)過(guò)研究八卦的論文，系統(tǒng)地提出了二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算法則。他認(rèn)為，世界上最早的二進(jìn)制表示法就是中國(guó)的八卦。 經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的沉寂，新中國(guó)成立后，中國(guó)計(jì)算技術(shù)邁入了新的發(fā)展時(shí)期，先后建立了研究機(jī)構(gòu)，在高等院校建立了計(jì)算技術(shù)與裝置專(zhuān)業(yè)和計(jì)算數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)，并且著手創(chuàng)建中國(guó)計(jì)算機(jī)制造業(yè)。 1958年和1959年，中國(guó)先后制成第一臺(tái)小型和大型電子管計(jì)算機(jī)。60年代中期，中國(guó)研制成功一批晶體管計(jì)算機(jī)，并配制了ALGOL等語(yǔ)言的編譯程序和其他系統(tǒng)軟件。60年代后期，中國(guó)開(kāi)始研究集成電路計(jì)算機(jī)。70年代，中國(guó)已批量生產(chǎn)小型集成電路計(jì)算機(jī)。80年代以后，中國(guó)開(kāi)始重點(diǎn)研制微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并推廣應(yīng)用；在大

18、型計(jì)算機(jī)、特別是巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展；建立了計(jì)算機(jī)服務(wù)業(yè)，逐步健全了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。超級(jí)計(jì)算機(jī)“超級(jí)計(jì)算(Supercomputing)”這一名詞在1929年紐約世界報(bào)關(guān)于“IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報(bào)表機(jī)(tabulator)的報(bào)道”中首次出現(xiàn)。是一種由數(shù)百、數(shù)千甚至更多的處理器(機(jī))組成的，能計(jì)算普通PC機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型、復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)。把普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比做成人的走路速度，那么超級(jí)計(jì)算機(jī)就達(dá)到了火箭的速度。在這樣的運(yùn)算速度前提下，人們可以通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)預(yù)測(cè)和解釋以前無(wú)法實(shí)驗(yàn)的自然現(xiàn)象。自1976年美國(guó)克雷公司推出了世界上首臺(tái)運(yùn)算速度達(dá)每秒2.5億次的超級(jí)計(jì)算

19、機(jī)以來(lái)，突出表現(xiàn)一國(guó)科技實(shí)力的超級(jí)計(jì)算機(jī)，堪稱(chēng)集萬(wàn)千寵愛(ài)于一身的高科技寵兒，在諸如天氣預(yù)報(bào)、生命科學(xué)的基因分析、核業(yè)、軍事、航天等高科技領(lǐng)域大展身手，讓各國(guó)科技精英競(jìng)折腰，各國(guó)都在著手研發(fā)億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。對(duì)巨型計(jì)算機(jī)的指標(biāo)一些廠家這樣規(guī)定：首先，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度平均每秒1000萬(wàn)次以上；其次，存貯容量在1000萬(wàn)位以上。如美國(guó)的ILLIAC-，日本的NEC，歐洲的尤金，中國(guó)的銀河計(jì)算機(jī)，就屬于巨型計(jì)算機(jī)。巨型計(jì)算機(jī)的發(fā)展是電子計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。它的研制水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的程度，體現(xiàn)著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)力。一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在投入大量資金和人力、物力，研制運(yùn)算速度達(dá)幾百萬(wàn)

20、億次的超級(jí)大型計(jì)算機(jī)。某些分布式運(yùn)算把叢集超級(jí)運(yùn)算推至極限。例如SETIhome計(jì)劃現(xiàn)在平均有667.716 TeraFLOPS運(yùn)算能力。2009年4月，F(xiàn)oldinghome聲稱(chēng)擁有超過(guò)8PFLOPS運(yùn)算能力。GIMPS運(yùn)算能力也高達(dá)18TFLOPS。Google的搜尋引擎系統(tǒng)Google server farm總處理能力界乎于126及316TFLOPS之間。Tristan Louis估計(jì)這個(gè)系統(tǒng)等于32000至79000臺(tái)雙2 GHzXeon電腦。 由于散熱問(wèn)題，Google的搜尋引擎系統(tǒng)應(yīng)該屬于網(wǎng)格運(yùn)算。新一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)采用渦輪式設(shè)計(jì)，每個(gè)刀片就是一個(gè)服務(wù)器，能實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，并可根據(jù)應(yīng)

21、用需要隨時(shí)增減。單個(gè)機(jī)柜的運(yùn)算能力可達(dá)460.8千億次/秒，理論上協(xié)作式高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為100萬(wàn)億次/秒，實(shí)際高性能運(yùn)算速度測(cè)試的效率高達(dá)84.35%，是名列世界最高效率的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一。通過(guò)先進(jìn)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，它實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)和運(yùn)算的分開(kāi)，確保用戶(hù)數(shù)據(jù)、資料在軟件系統(tǒng)更新或CPU升級(jí)時(shí)不受任何影響，保障了存儲(chǔ)信息的安全，真正實(shí)現(xiàn)了保持長(zhǎng)時(shí)、高效、可靠的運(yùn)算并易于升級(jí)和維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。2011年6月21日國(guó)際TOP500組織宣布，日本超級(jí)計(jì)算機(jī)“京”（K computer）以每秒8162萬(wàn)億次運(yùn)算速度成為全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。由日本政府出資、富士通制造的巨型計(jì)算機(jī)“K Computer”

22、落戶(hù)日本理化研究所，并成功從中國(guó)手中奪回運(yùn)算速度排行榜第一的寶座。以每秒8162萬(wàn)億次運(yùn)算速度成為全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。 “K Computer”當(dāng)前運(yùn)算速度為每秒8千萬(wàn)億次，而到2012年完全建成時(shí)，其運(yùn)算速度將達(dá)到每秒一萬(wàn)萬(wàn)億次。“K Computer”比現(xiàn)居第二的中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)速度快出約3倍，甚至比排名第2至第6的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度總和還要快。2012年6月18日，國(guó)際超級(jí)電腦組織18日公布最新的全球超級(jí)電腦500強(qiáng)名單，世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是由IBM為美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的Sequoia，它每秒能完成1.6億億次運(yùn)算，美國(guó)超級(jí)電腦重奪世界第一寶座，而中國(guó)超級(jí)電腦排名第

23、五。美國(guó)的超級(jí)電腦技術(shù)在2011年中突飛猛進(jìn)，由美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）最新研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)“紅杉”（Sequoia），為美國(guó)奪得全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)寶座。這是繼2009年后美國(guó)再次奪回“世界第一電腦”的頭銜?！凹t杉”的持續(xù)運(yùn)算測(cè)試達(dá)到每秒16.324petaflops，即每秒16324萬(wàn)億次運(yùn)算，其峰值運(yùn)算速度高達(dá)每秒20132萬(wàn)億次，令其他計(jì)算機(jī)望塵莫及。IBM研制開(kāi)發(fā)的另一臺(tái)超級(jí)電腦“米拉”以每秒8162萬(wàn)億次的運(yùn)算速度名列第三，安裝在美國(guó)能源部所屬的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。日本理化學(xué)研究所與富士通（Fujitsu）共同研發(fā)和組裝中的超級(jí)電腦“京”在名單中位居亞軍，其測(cè)試速度上升到每秒運(yùn)算速

24、度10510萬(wàn)億次，峰值運(yùn)算速度11280萬(wàn)億次。排名前十的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)測(cè)運(yùn)算速度都超過(guò)每秒千萬(wàn)億次，其中美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)有3個(gè)，中國(guó)和德國(guó)2個(gè)，日本、法國(guó)和意大利各1個(gè)。中國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心的“天河一號(hào)”超級(jí)電腦在最新排名中名列第五；另外超級(jí)計(jì)算深圳中心的“星云”超級(jí)電腦排名第十。12012年10月，隸屬于美國(guó)能源部的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將美洲虎改裝為“泰坦”（Titan），重新成為世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。2013年6月17日，在德國(guó)萊比錫開(kāi)幕的2013年國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，TOP500組織公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜單，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)，以每秒33

25、.86千萬(wàn)億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度奪得頭籌，中國(guó)“天河二號(hào)”成為全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。2014年6月23日，在德國(guó)萊比錫市發(fā)布的第43屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜上，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“天河二號(hào)”再次位居榜首，獲得世界超算“三連冠”，其運(yùn)算速度比位列第二名的美國(guó)“泰坦”快近一倍。2010年，由國(guó)防科技大學(xué)研制的天河一號(hào)在超算排行榜上首次奪冠，2013年，天河二號(hào)又兩度位列榜首，現(xiàn)在，天河二號(hào)第3次被評(píng)為全球最快的計(jì)算機(jī)，獲得世界超算三連冠，也成為天河系列超級(jí)計(jì)算機(jī)第4次居世界超算之巔。作為高科技發(fā)展的要素，超級(jí)計(jì)算機(jī)早已成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防方面的競(jìng)爭(zhēng)利器。經(jīng)過(guò)中國(guó)科技工作者幾十年不懈地努力，中國(guó)的

26、高性能計(jì)算機(jī)研制水平顯著提高，成為繼美國(guó)、日本之后的第三大高性能計(jì)算機(jī)研制生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)現(xiàn)階段超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有量為22臺(tái)（中國(guó)內(nèi)地19臺(tái)，香港1臺(tái)，臺(tái)灣2臺(tái)），居世界第2位，就擁有量和運(yùn)算速度在世界上處于領(lǐng)先地位，隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅猛發(fā)展，它也被越來(lái)越多的應(yīng)用在工業(yè)、科研和學(xué)術(shù)等領(lǐng)域。但就超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)中國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家還有較大差距。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用的發(fā)展為中國(guó)走科技強(qiáng)國(guó)之路提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。巨型計(jì)算機(jī)實(shí)際上是一個(gè)巨大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用來(lái)承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國(guó)防尖端技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計(jì)算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報(bào)，整理衛(wèi)星照片，原子核物理

27、的探索，研究洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船等，制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計(jì)劃，項(xiàng)目繁多，時(shí)間性強(qiáng)，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計(jì)算機(jī)能較順利地完成。超級(jí)計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為“經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和科學(xué)研究加速器”，超級(jí)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用能夠帶動(dòng)國(guó)家整體科技創(chuàng)新能力的增強(qiáng)。但是中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)普遍面臨硬件性能強(qiáng)大應(yīng)用領(lǐng)域匱乏的問(wèn)題，科研機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)用戶(hù)存在超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用成本過(guò)高、軟件開(kāi)發(fā)滯后、設(shè)備利用率低等問(wèn)題。面對(duì)中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用不足問(wèn)題，一些國(guó)內(nèi)服務(wù)器主導(dǎo)廠商的努力轉(zhuǎn)變，在2009年浪潮發(fā)布“倚天”桌面超級(jí)計(jì)算機(jī)，借助CPU-GPU協(xié)同計(jì)算加速架構(gòu)，單機(jī)計(jì)算能力最高可達(dá)每秒4萬(wàn)億次，真正實(shí)現(xiàn)了將超級(jí)計(jì)算機(jī)從龐大的機(jī)房和計(jì)

28、算中心轉(zhuǎn)移到了用戶(hù)的桌面。浪潮還與ISC聯(lián)合舉辦“首屆中國(guó)大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽暨ISC12國(guó)際大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽中國(guó)區(qū)選拔賽”，比賽將使用一項(xiàng)基準(zhǔn)性能測(cè)試（Linpack測(cè)試）和四項(xiàng)應(yīng)用測(cè)試（CPMD、CP2K、Openfoam、Nemo）重點(diǎn)考察參賽隊(duì)組建的超級(jí)計(jì)算機(jī)的綜合性能，具有明顯的應(yīng)用導(dǎo)向，是對(duì)參賽隊(duì)伍超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的全面考察。大賽主辦方浪潮集團(tuán)也強(qiáng)調(diào)，比賽將會(huì)成為一個(gè)權(quán)威、專(zhuān)業(yè)、公平的超算應(yīng)用領(lǐng)域的競(jìng)賽和交流平臺(tái)，推動(dòng)中國(guó)超算的應(yīng)用研究和人才培養(yǎng)。單純的追求超算TOP排行榜位置的“冷戰(zhàn)”已成過(guò)去，讓?xiě)?yīng)用引領(lǐng)計(jì)算的時(shí)代已然來(lái)臨。Linpack標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)始人Jack Dongarr

29、a對(duì)外表示：這套完全以縱向數(shù)值比拼的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過(guò)時(shí)，而全新的HPCG PDF Link測(cè)試平臺(tái)將會(huì)關(guān)聯(lián)主流應(yīng)用程序中的計(jì)算和數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式。應(yīng)該說(shuō)Dongarra的觀點(diǎn)代表了超算應(yīng)用的前沿，一場(chǎng)全世界范圍內(nèi)用于橫向應(yīng)用的超級(jí)變革早已展開(kāi)，而在中國(guó)更有曙光公司等超算領(lǐng)導(dǎo)者在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)領(lǐng)域勇于實(shí)踐，將創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用完美結(jié)合。應(yīng)用程序?qū)Ω鼜?fù)雜計(jì)算的需求已變得原來(lái)越普遍，這些計(jì)算要求有高帶寬和低延時(shí)的環(huán)境，并且需要通過(guò)不規(guī)則模式訪問(wèn)數(shù)據(jù)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的衡量基準(zhǔn)需要經(jīng)常更新，以保證其能夠正確反映出計(jì)算機(jī)使用方式的變化。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾（Lawrence Livermore ）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，由IBM設(shè)計(jì)的

30、藍(lán)色基因/L在測(cè)試中以每秒 136.8兆的計(jì)算速度記錄一個(gè)高峰值之后恢復(fù)了最高點(diǎn)。IBM稱(chēng)，在一次完整的過(guò)程中, 系統(tǒng)應(yīng)該有兩倍的動(dòng)力,即峰值表現(xiàn)超過(guò)360 teraflops。來(lái)自德國(guó)和美國(guó)的研究人員，每年兩次頒布動(dòng)力最為強(qiáng)大的500個(gè)計(jì)算機(jī)的名單。最近的名單出現(xiàn)在德國(guó)海德堡舉行的國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)議上。這些高端計(jì)算機(jī)都是由各種奇特的制造方法完成，而不是由標(biāo)準(zhǔn)成分組成的。盡管這樣，計(jì)算機(jī)也可以達(dá)到一個(gè)極高的速度。過(guò)去兩年，多數(shù)接近最高的500個(gè)名單的計(jì)算機(jī)是由普通的電腦硬盤(pán)連同新奇的軟件組成。但是現(xiàn)在情況不同了，一些系統(tǒng)開(kāi)始決定這些排名。舉例來(lái)說(shuō),冠軍藍(lán)色基因/L, 是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，同時(shí)

31、合并了空前的 65,536 個(gè)人處理器,再加之可升級(jí)的模版設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)不但比傳統(tǒng)的系統(tǒng)更有動(dòng)力而且也比較緊湊避免了供電不足。IBM 的湯姆斯J 沃森研究中心設(shè)計(jì)的被稱(chēng)為BGW的藍(lán)色基因機(jī)器是本次500名單中的第二名，這進(jìn)一步說(shuō)明了此設(shè)計(jì)理念的正確性。這一系統(tǒng)與藍(lán)色基因/L的模組設(shè)計(jì)一樣，只是有較小的處理器并且只可以記錄 91.2 teraflops 峰值處理動(dòng)力。中國(guó)國(guó)家863軟件專(zhuān)業(yè)孵化器（昆明）基地積極加強(qiáng)與由美國(guó)國(guó)家工程院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、世界超級(jí)渦輪式刀片計(jì)算機(jī)之父博士陳世卿領(lǐng)銜的超級(jí)計(jì)算核心技術(shù)和科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的合作，計(jì)劃引進(jìn)其擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的具有世界領(lǐng)先技術(shù)的超級(jí)計(jì)算機(jī)

32、以及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的解決方案，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理和信息服務(wù)能力，借助其提供信息服務(wù)的強(qiáng)大引擎或平臺(tái)，整合資源，協(xié)同作業(yè)，解決污染整治對(duì)算法、方程、建模、模擬等復(fù)雜計(jì)算的需求。億億級(jí)美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（Darpa）正在緊鑼密鼓地研制億億級(jí)（exascale，10的16次方）超級(jí)計(jì)算機(jī)，該 計(jì)算機(jī)每秒能夠進(jìn)行億億次（exaflop）浮點(diǎn)運(yùn)算，其運(yùn)行速度將是目前世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)Jaguar（美洲豹）的1000倍左右。 Darpa在聲明中指出，該研究計(jì)劃的最終目標(biāo)是“讓計(jì)算機(jī)徹底改頭換面”。據(jù)BBC報(bào)道，目前，美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)Jaguar的運(yùn)算速

33、度為每秒1.75千兆次（petaflop，1千兆次即每秒進(jìn)行10的15次方次浮點(diǎn)運(yùn)算）。Darpa已經(jīng)授權(quán)英特爾公司、英偉達(dá)公司、麻省理工學(xué)院、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等攜手打造該超級(jí)計(jì)算機(jī)，Darpa預(yù)計(jì)原型機(jī)將于2018年研制成功。Darpa表示，新超級(jí)計(jì)算機(jī)主要用于分析軍事設(shè)備和傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。新研究項(xiàng)目名為“普適高性能計(jì)算（UHPC）”，旨在沖破摩爾定律的藩籬。另?yè)?jù)英特爾公司的網(wǎng)站報(bào)道，英特爾將聯(lián)合法國(guó)研究機(jī)構(gòu)，建立歐洲Exascale研發(fā)中心，共同研發(fā)exaflop級(jí)別的超級(jí)計(jì)算機(jī)。早在2006年，日本文部科學(xué)省就開(kāi)始致力研制新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)，希望于2012年率先研制出億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)，預(yù)定的研發(fā)費(fèi)用為1230億日元。讓超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度達(dá)到每秒億億次不僅僅是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它也將讓很多學(xué)科躍上新的高度；讓科學(xué)家和醫(yī)生更好地理解海量數(shù)據(jù)；讓科學(xué)家研 發(fā)出新的技術(shù)來(lái)使云計(jì)算達(dá)到一定的規(guī)模，使龐大的分布式計(jì)算機(jī)能夠模擬現(xiàn)實(shí)；幫助研究人員創(chuàng)建三維立體可視圖像而非視頻游戲來(lái)運(yùn)行無(wú)窮無(wú)盡的假定推測(cè)情 景，以此增加細(xì)節(jié)的精