本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
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乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
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乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
巨型計算機工作房間
三、“單指令流—多數據流”體制。要使計算機系統的速度達到每秒幾千萬次，上億次，就必須提高計算機系統在體系結構上的並行程度。“單指令流多數據流”體制的機器正是以“並行計算”的概念為基礎發展而成的。所謂“並行計算”是指將一個計算問題分解成許多能同時運算的過程。採用並行算法的計算機系統能夠同時對多組數據進行同一種運算，稱為數組處理機或向量處理機，如 ILLIAC-IV，STAR-AN，STAR-100，ASC等機器就屬於這一類型。這種結構的機器處理那些適應並行計算的題目效率特別高。一個典型的線性規劃問題，用一臺普通形式的大型計算機計算需要6～8小時，而用 ILLIAC-IV來算就只需要兩分鐘，至少快200倍。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
巨型計算機工作房間
三、“單指令流—多數據流”體制。要使計算機系統的速度達到每秒幾千萬次，上億次，就必須提高計算機系統在體系結構上的並行程度。“單指令流多數據流”體制的機器正是以“並行計算”的概念為基礎發展而成的。所謂“並行計算”是指將一個計算問題分解成許多能同時運算的過程。採用並行算法的計算機系統能夠同時對多組數據進行同一種運算，稱為數組處理機或向量處理機，如 ILLIAC-IV，STAR-AN，STAR-100，ASC等機器就屬於這一類型。這種結構的機器處理那些適應並行計算的題目效率特別高。一個典型的線性規劃問題，用一臺普通形式的大型計算機計算需要6～8小時，而用 ILLIAC-IV來算就只需要兩分鐘，至少快200倍。
超級計算機
最初研製的“單指令流多數據流”機器系統中，每個處理器有自己的存貯器，例如ILLIAC-IV有64個處理器與64個存貯器，每個存貯器的容量為2048個字，由一個公共控制器管理。這種各處理器自備存貯器的結構方式是造成系統可靠性差，工作效率低的一個主要原因。近年來這方面已有所改進，人們將處理器與存貯器分離開，讓全部處理器共用一個存貯器，同時把許多處理器合併為一個流水線處理部件。這便是STAR-100的設計思想。目前一種發展趨勢是在“單指令流一單數據流”體制與“多指令流一多數據流”體制中也考慮集中存貯的數組計算（向量計算），增設數組運算部件來大大提高機器的運行速度。除了集中存貯的向量機外，大型高速計算機系統的構成還有分散存貯的陣列機形式，比如說用許許多多微處理機來構成一個巨型的複合計算機系統。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
巨型計算機工作房間
三、“單指令流—多數據流”體制。要使計算機系統的速度達到每秒幾千萬次，上億次，就必須提高計算機系統在體系結構上的並行程度。“單指令流多數據流”體制的機器正是以“並行計算”的概念為基礎發展而成的。所謂“並行計算”是指將一個計算問題分解成許多能同時運算的過程。採用並行算法的計算機系統能夠同時對多組數據進行同一種運算，稱為數組處理機或向量處理機，如 ILLIAC-IV，STAR-AN，STAR-100，ASC等機器就屬於這一類型。這種結構的機器處理那些適應並行計算的題目效率特別高。一個典型的線性規劃問題，用一臺普通形式的大型計算機計算需要6～8小時，而用 ILLIAC-IV來算就只需要兩分鐘，至少快200倍。
超級計算機
最初研製的“單指令流多數據流”機器系統中，每個處理器有自己的存貯器，例如ILLIAC-IV有64個處理器與64個存貯器，每個存貯器的容量為2048個字，由一個公共控制器管理。這種各處理器自備存貯器的結構方式是造成系統可靠性差，工作效率低的一個主要原因。近年來這方面已有所改進，人們將處理器與存貯器分離開，讓全部處理器共用一個存貯器，同時把許多處理器合併為一個流水線處理部件。這便是STAR-100的設計思想。目前一種發展趨勢是在“單指令流一單數據流”體制與“多指令流一多數據流”體制中也考慮集中存貯的數組計算（向量計算），增設數組運算部件來大大提高機器的運行速度。除了集中存貯的向量機外，大型高速計算機系統的構成還有分散存貯的陣列機形式，比如說用許許多多微處理機來構成一個巨型的複合計算機系統。
大型計算機機房
向量機與陣列機是高速大容量巨型計算機的兩種完全不同的類型，可以說它們的優點正好互為補充：集中存貯的向量機使用方便，效率高，運用的範圍也較廣，分散存貯的陣列機便於採用超大規模集成電路，便於系統的擴展等等。最近，我國的科技工作者提出了一種新穎的“虛共存向量巨型機”結構方案。這種結構系統集向量機與陣列機的優點於一體。從物理結構的角度看，這種系統是陣列機，主存分散，易於採用超大規模集成電路，便於擴展；從功能的角度，即使用者的角度看來，系統卻是向量機，主存是集中的，使用方便，效率高，適用的範圍廣。這種理論方案如能實現，將是一個很有前途的方向。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
巨型計算機工作房間
三、“單指令流—多數據流”體制。要使計算機系統的速度達到每秒幾千萬次，上億次，就必須提高計算機系統在體系結構上的並行程度。“單指令流多數據流”體制的機器正是以“並行計算”的概念為基礎發展而成的。所謂“並行計算”是指將一個計算問題分解成許多能同時運算的過程。採用並行算法的計算機系統能夠同時對多組數據進行同一種運算，稱為數組處理機或向量處理機，如 ILLIAC-IV，STAR-AN，STAR-100，ASC等機器就屬於這一類型。這種結構的機器處理那些適應並行計算的題目效率特別高。一個典型的線性規劃問題，用一臺普通形式的大型計算機計算需要6～8小時，而用 ILLIAC-IV來算就只需要兩分鐘，至少快200倍。
超級計算機
最初研製的“單指令流多數據流”機器系統中，每個處理器有自己的存貯器，例如ILLIAC-IV有64個處理器與64個存貯器，每個存貯器的容量為2048個字，由一個公共控制器管理。這種各處理器自備存貯器的結構方式是造成系統可靠性差，工作效率低的一個主要原因。近年來這方面已有所改進，人們將處理器與存貯器分離開，讓全部處理器共用一個存貯器，同時把許多處理器合併為一個流水線處理部件。這便是STAR-100的設計思想。目前一種發展趨勢是在“單指令流一單數據流”體制與“多指令流一多數據流”體制中也考慮集中存貯的數組計算（向量計算），增設數組運算部件來大大提高機器的運行速度。除了集中存貯的向量機外，大型高速計算機系統的構成還有分散存貯的陣列機形式，比如說用許許多多微處理機來構成一個巨型的複合計算機系統。
大型計算機機房
向量機與陣列機是高速大容量巨型計算機的兩種完全不同的類型，可以說它們的優點正好互為補充：集中存貯的向量機使用方便，效率高，運用的範圍也較廣，分散存貯的陣列機便於採用超大規模集成電路，便於系統的擴展等等。最近，我國的科技工作者提出了一種新穎的“虛共存向量巨型機”結構方案。這種結構系統集向量機與陣列機的優點於一體。從物理結構的角度看，這種系統是陣列機，主存分散，易於採用超大規模集成電路，便於擴展；從功能的角度，即使用者的角度看來，系統卻是向量機，主存是集中的，使用方便，效率高，適用的範圍廣。這種理論方案如能實現，將是一個很有前途的方向。
我國的大型計算機機房
此外，邏輯電路和存貯電路的速度也是影響計算機速度的較大因素。在這方面，目前已研製出開關速度為0.1～0.3毫微秒的半導體電路和幾十微微秒的超導邏輯電路，但存貯的速度仍然跟不上運算處理的速度，這雖然可以採取交叉訪問多個存貯體的辦法來求得速度的匹配，但控制卻變得複雜化了，因此，大大加強對速度快，容量更大的存貯器的研製工作是發展巨型機的當務之急。巨型機的發展使得探討電子計算機解題能力的理論問題具有了十分重大的現實意義。我們要問：假定計算機的速度與存貯容量都無限大，這時計算機能夠解決的問題的範圍究竟有多大？顯然，這是一切實際的計算機所能達到的極限。
本文系作者小聽雨落的獨家原創，未經許可禁止轉載
乍一看到“巨型”二字的人，可能會認為這種電子計算機是碩大無朋的傢伙，其實不然。我們不要忘記現代的電子計算機是用集成電路作組件的，它再也不會像第一臺電子計算機“埃尼阿克”那樣的笨重龐大了。這所說的“巨型”，主要是指這種計算機的運算本領特別高強，以及它對現代科學技術發展所起的作用非常巨大。在一定意義上，巨型計算機是整個國家科學技術先進程度的重要標誌之一。怎樣的計算機才算是巨型機呢？現在通常把每秒運算速度五千萬次以上，存貯容量超過一百萬字的大型電子計算機稱為巨型計算機，簡稱巨型機。一臺巨型機往往需要使用幾十萬個邏輯門電路和幾千萬個單元存貯電路。
巨型計算機
巨型機主要用在軍事技術和尖端科學研究方面，如導彈火箭的設計，宇宙飛船導航，高能物理和遺傳工程的研究等。如在發射宇宙飛船的過程中，就必須用巨型計算機實時控制飛船的運行。實施控制的計算機要求速度快，不快就無法做到“實時”；還要求算得精確，不夠精確就會“失之毫釐，差之千里”。因此，一般是用兩臺或多臺巨型對飛船進行遙控，一臺巨型機用於實際控制，其餘作為備份處於積極的準備狀態。萬一工作的巨型機發生故障，備份機便馬上接替它執行任務，以確保對宇宙飛船連續、準確地控制另外，像地震分析，量子化學計算，大範圍天氣預報，或對高能物理研究中大量實驗照片的處理等等，都需要完成巨量的複雜的數據計算和處理工作。這樣的工作，一般的電子計算機難於勝任，只好交給巨型機來完成。
老式的巨型計算機
例如，用每秒運算一億次的巨型機來處理人造衛星發回的一張照片，只要一兩分鐘就能得出結果來。研製巨型計算機的目的是要求得到更快的計算速度和最好的性能。改進大型計算機的體系結構是提高機器速度，改善系統性能的重大措施。目前大型計算機系統的結構體制主要有以下幾種：一、“單指令流一單數據流”體制。這是一種單機系統，工作原理與早期計算機相似而以主存貯器為中心。按這種體系結構研製成的大型單機系統有IBM360-85，IBM370-195，MU-5等。這種類型的機器都普遍採用先行控制，交叉存儲，重疊存取，超高速緩衝存貯器，流水線結構等技術，目的在於最大限度地實現並行重疊操作。據報道，使用n個體交叉存取可使計算機的運算速度提高差不多n倍。由於元件的速度大大跟不上人們對機器速度的要求，要想靠這種單機體制來大幅度提高整機的速度是很困難的。
巨型計算機內部結構
二、“多指令流一多數據流”體制。這是一種多處理機系統，這種系統結構容許幾個任務或一個任務的幾個獨立部分在幾臺處理機上同時進行計算。這一類型的一種主要形式是所謂多總線存貯系統，每個存貯器有不只一個訪問口，為了解決同時訪問所產生的衝突，增設存取控制電路。採用這種多訪問口存貯系統結構的機器有 UNIVAC1108，IBM360-67，IBM370-168等。這種體制的缺點為：（1）系統軟件比較複雜，難於設計和檢查；（2）系統的性能並不隨處理機成倍增長，例如，據估計十臺處理機構成的系統還不到單機的五倍；（3）系統的擴展受到功能部件，比如說存貯器的訪問門數目等等的嚴格限制。所以，這種體系結構的運算速度僅為千萬次的水平，很難有更大的提高。多處理機系統主要用在對機器的有效性與可靠性要求較高的地方。
巨型計算機工作房間
三、“單指令流—多數據流”體制。要使計算機系統的速度達到每秒幾千萬次，上億次，就必須提高計算機系統在體系結構上的並行程度。“單指令流多數據流”體制的機器正是以“並行計算”的概念為基礎發展而成的。所謂“並行計算”是指將一個計算問題分解成許多能同時運算的過程。採用並行算法的計算機系統能夠同時對多組數據進行同一種運算，稱為數組處理機或向量處理機，如 ILLIAC-IV，STAR-AN，STAR-100，ASC等機器就屬於這一類型。這種結構的機器處理那些適應並行計算的題目效率特別高。一個典型的線性規劃問題，用一臺普通形式的大型計算機計算需要6～8小時，而用 ILLIAC-IV來算就只需要兩分鐘，至少快200倍。
超級計算機
最初研製的“單指令流多數據流”機器系統中，每個處理器有自己的存貯器，例如ILLIAC-IV有64個處理器與64個存貯器，每個存貯器的容量為2048個字，由一個公共控制器管理。這種各處理器自備存貯器的結構方式是造成系統可靠性差，工作效率低的一個主要原因。近年來這方面已有所改進，人們將處理器與存貯器分離開，讓全部處理器共用一個存貯器，同時把許多處理器合併為一個流水線處理部件。這便是STAR-100的設計思想。目前一種發展趨勢是在“單指令流一單數據流”體制與“多指令流一多數據流”體制中也考慮集中存貯的數組計算（向量計算），增設數組運算部件來大大提高機器的運行速度。除了集中存貯的向量機外，大型高速計算機系統的構成還有分散存貯的陣列機形式，比如說用許許多多微處理機來構成一個巨型的複合計算機系統。
大型計算機機房
向量機與陣列機是高速大容量巨型計算機的兩種完全不同的類型，可以說它們的優點正好互為補充：集中存貯的向量機使用方便，效率高，運用的範圍也較廣，分散存貯的陣列機便於採用超大規模集成電路，便於系統的擴展等等。最近，我國的科技工作者提出了一種新穎的“虛共存向量巨型機”結構方案。這種結構系統集向量機與陣列機的優點於一體。從物理結構的角度看，這種系統是陣列機，主存分散，易於採用超大規模集成電路，便於擴展；從功能的角度，即使用者的角度看來，系統卻是向量機，主存是集中的，使用方便，效率高，適用的範圍廣。這種理論方案如能實現，將是一個很有前途的方向。
我國的大型計算機機房
此外，邏輯電路和存貯電路的速度也是影響計算機速度的較大因素。在這方面，目前已研製出開關速度為0.1～0.3毫微秒的半導體電路和幾十微微秒的超導邏輯電路，但存貯的速度仍然跟不上運算處理的速度，這雖然可以採取交叉訪問多個存貯體的辦法來求得速度的匹配，但控制卻變得複雜化了，因此，大大加強對速度快，容量更大的存貯器的研製工作是發展巨型機的當務之急。巨型機的發展使得探討電子計算機解題能力的理論問題具有了十分重大的現實意義。我們要問：假定計算機的速度與存貯容量都無限大，這時計算機能夠解決的問題的範圍究竟有多大？顯然，這是一切實際的計算機所能達到的極限。
大型計算機內部結構
這就是計算機科學中的所謂可計算性問題。不過這種可計算性是就理論上講的，一個在理論上可計算的問題，在實際上卻可能是不可計算的。比如說，如果有一個問題，它在理論上是可以用計算機來解決的，但在實際上卻需要進行（10的100次方）運算，即使用每秒一億次的計算機來算，也得算上（2×10的84次方）年！即使從地球形成的那一天就開始不停地算，一直算到現在，甚至一直算到地球毀滅的那一天，也還是算不完。由此可見，除了理論上的可計算性而外，還有一個實際的可計算性問題，也就是所謂計算複雜性問題。圍繞可計算性和計算複雜性問題展開的大量研究便形成了計算機科學的一個重要分支計算的理論。
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