隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，存儲器無論是其器件還是體系結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大的變化。存儲器是計算機(jī)的主要部件之一，其容量，速度，價格是存儲器設(shè)計時所要考慮的三個要素現(xiàn)在有的速度快，但容量小;有的容量大，但速度慢。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計算機(jī)組成原理漫談的相關(guān)論文，希望大家喜歡!

　　計算機(jī)組成原理漫談的相關(guān)論文篇一

　　《計算機(jī)系統(tǒng)的存儲器體系結(jié)構(gòu)》

　　【摘要】：存儲器是信息存放的載體，是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。有了存儲器計算機(jī)才有記憶的功能，才能把要計算和處理的數(shù)據(jù)以及程序存入計算機(jī)，使計算機(jī)能夠脫離人的直接干預(yù)，自動工作。顯然，存儲器的容量越大，存放的信息就越多，計算機(jī)體系的功能也就越強(qiáng)。在計算機(jī)中，大量的操作是CPU與存儲器交換信息。但是，存儲器的工作速度相對于CPU總是要低1至2個數(shù)量級。因此，存儲器的工作速度又是影響計算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度的主要因素。為了使容量，速度與成本適當(dāng)折衷，現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)都是采用多級存儲體系結(jié)構(gòu)：主存儲器(內(nèi)存儲器)，輔助)(外)存儲器以及網(wǎng)絡(luò)存儲器。

　　【關(guān)鍵詞】：內(nèi)存(memory),MPU(寄存器Register)，外存設(shè)備，RAM，ROM,Cache存儲器。

　　【正文】

　　隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，存儲器無論是其器件還是體系結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大的變化。存儲器是計算機(jī)的主要部件之一，其容量，速度，價格是存儲器設(shè)計時所要考慮的三個要素現(xiàn)在有的速度快，但容量小;有的容量大，但速度慢。一般而言，速度快的存儲器容量小，位價格高。存儲器一般分為內(nèi)存(memory),MPU(寄存器Register),外存設(shè)備。

　　所謂存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，就是把各種不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器按層次結(jié)構(gòu)組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件有機(jī)組合成統(tǒng)一的整體，使所存放的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器中。目前，在計算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級層次結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器和輔助存儲器組成，在存儲系統(tǒng)多級層次結(jié)構(gòu)中，由上向下分三級，其容量逐漸增大，速度逐級降低，成本則逐次減少。整個結(jié)構(gòu)又可以看成兩個層次：它們分別是主存一輔存層次和cache一主存層次。這個層次系統(tǒng)中的每一種存儲器都不再是孤立的存儲器，而是一個有機(jī)的整體。它們在輔助硬件和計算機(jī)操作系統(tǒng)的管理下，可把主存一輔存層次作為一個存儲整體，形成的可尋址存儲空間比主存儲器空間大得多。由于輔存容量大，價格低，使得存儲系統(tǒng)的整體平均價格降低。由于Cache的存取速度可以和CPU的工作速度相媲美，故cache一主存層次可以縮小主存和cPu之間的速度差距，從整體上提高存儲器系統(tǒng)的存取速度。盡管Cache成本高，但由于容量較小，故不會使存儲系統(tǒng)的整體價格增加很多。綜上所述，一個較大的存儲系統(tǒng)是由各種不同類型的存儲設(shè)備構(gòu)成，是一個具有多級層次結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)既有與CPU相近的速度，又有極大的容量，而成本又是較低的。其中高速緩存解決了存儲系統(tǒng)的速度問題，輔助存儲器則解決了存儲系統(tǒng)的容量問題。采用多級層次結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)可以有效的解決存儲器的速度、容量和價格之間的矛盾。

　　寄存器(Register)存在于CPU中，直接服務(wù)于運(yùn)算器和控制器，是CPU工作的直接對象，是工作最繁忙的存儲器。寄存器的數(shù)據(jù)存儲也是以字節(jié)為單位，但根據(jù)CPU的字長及工作需要，也可以操作某個位或多個字節(jié)。寄存器和運(yùn)算器，控制器等集成在一起，通過CPU內(nèi)部總線連接在一起，它們同步工作，寄存器是工作速度最快的存儲器。

　　內(nèi)存Memory和CPU之間通過系統(tǒng)總線直接連接在一起，由CPU直接控制內(nèi)存的讀寫操作。內(nèi)存的基本存儲方式是存儲單元(MemoryUnit)一個字節(jié)Byte長度，8個二進(jìn)制位Bit。一個計算機(jī)系統(tǒng)的所有內(nèi)存構(gòu)成一個完整的連續(xù)的存儲空間，物理地址從0開始連續(xù)編址。CPU在訪問內(nèi)存空間中的存儲單元時可以隨機(jī)訪問，只需指定其物理地址即可。CPU在讀寫內(nèi)存時總是以1/2/4個字節(jié)為單位進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上可通過寄存器獲取其中某個二進(jìn)制位的數(shù)據(jù)/狀態(tài)。單個字節(jié)Byte的數(shù)據(jù)由8位數(shù)據(jù)構(gòu)成，D7~D0(最高位~最低位)。兩個字節(jié)數(shù)據(jù)合在一起稱為字Word,由D15~D0(最高位~最低位)共16位數(shù)據(jù)構(gòu)成。四個字節(jié)數(shù)據(jù)合在一起稱為雙字DWord，由D31~D0(最高位~最低位)共32位數(shù)據(jù)構(gòu)成。從低字節(jié)到最高字節(jié)依次存放在模4地址開始的四個存儲單元中，用低字節(jié)的地址訪問整個雙字的所有4字節(jié)數(shù)據(jù)。，存儲器有可靠性(MTBF)，工作電壓和功率消耗低。

　　內(nèi)存的分類：RAM———RandomAccessMemory隨機(jī)訪問存儲器———計算機(jī)的主要場所。主要特點(diǎn)：可讀寫，臨時性，易失性，容量大，低電壓，速度快，低功耗。主要類型：SRAM(靜態(tài))和DRAM(動態(tài))。SRAM：速度快，容量限制，構(gòu)成復(fù)雜，功耗大，成本高——用作Cache。DRAM：速度慢，容量大，構(gòu)成復(fù)雜，功耗大，成本低——用作主存。ROM———ReadOnlyMemory只讀存儲器——計算機(jī)不可缺少的輔助內(nèi)存。只讀，永久性，非易失性，容量小，速度慢，功耗大，使用不便。主要類型：掩模式ROM,PROM,EPROM,E2PROM,FlashROM——數(shù)據(jù)的擦除和寫入方式不同。

　　只讀存儲器(ROM)是一種工作時只能讀出，不能寫入信息的存儲器。在使用ROM時，其內(nèi)部信息是不能被改變的，故一般只能存放固定程序，如監(jiān)控程序、BIOS程序等。只讀存儲器(ROM)的特點(diǎn)是非易失性，即它所存儲的信息一經(jīng)寫入，就可以長久保存，不受電源斷電的影響，即使掉電后存儲信息仍不會改變，十分可靠。按存儲單元的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的不同，只讀存儲器ROM又可分為：掩膜只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、光可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(E2PROM)。

　　外存和外設(shè)：外存通過外存接口連接到系統(tǒng)總線，在CPU的控制下完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。不同的外存工作原理不同，具體的數(shù)據(jù)讀寫過程和方式也不相同，但外存屬于塊存儲器，一般采用特定方式通過總線與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。各種外設(shè)I/O設(shè)備也可以看作是特定的外存。反之，各種外設(shè)也屬于I/O設(shè)備。內(nèi)存是動態(tài)存儲器，不能永久大量數(shù)據(jù)，必須通過外存實現(xiàn)更大容量數(shù)據(jù)的永久性保存。

　　Cache存儲器：多級Cache技術(shù)——L1Cache，L2Cache,L3Cache。衡量Cache工作效率的主要指標(biāo)——命中率，控制策略，數(shù)據(jù)查找模式等。為了提高Cache的效率，當(dāng)前在L1Cach中普遍實現(xiàn)了數(shù)據(jù)(D-Cache)和(L-Cache)分開緩存的技術(shù)，L2和L3大多還是數(shù)據(jù)和指令混合緩存。大幅度提高Cache的容量也能明顯改善系統(tǒng)效率。有些外設(shè)設(shè)備也采用了Cache技術(shù)，用來提高和內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)的效率，如硬盤等。Intel從1985年為80386CPU提供Cache支持，如今在至強(qiáng)系列XEONCPU中Cache技術(shù)發(fā)揮到極致。文中主要介紹了存儲器體系結(jié)構(gòu)，它是計算機(jī)的存儲器件，它可以與CPU連接交換數(shù)據(jù)，也可以用來保存數(shù)據(jù)。計算機(jī)每執(zhí)行完一條指令，至少都要訪問一次存儲器。還有它的分類、層次結(jié)構(gòu)、隨機(jī)存儲器RAM和只讀存儲器ROM的基本知識結(jié)構(gòu)、工作原理等內(nèi)容，還要從應(yīng)用的角度介紹存儲器容量的形成與CPU的連接，還有輔助存儲器及一些新的的技術(shù)。

　　輔助存儲器用來存放當(dāng)前暫時不用的程序或數(shù)據(jù)，需要時再成批地調(diào)入主存。它屬于外部設(shè)備，因此，又稱其為外存儲器。常用的輔助存儲器有軟盤、硬盤和光盤存儲器等。

　　1.軟盤存儲器及其接口

　　軟盤存儲器是在聚脂薄膜圓形基片上涂一層磁性材料而形成。以體積小、價格低、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、攜帶方便和對環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。按軟盤驅(qū)動器的性能可分為單面盤和雙面盤。

　　(1)主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　磁道：磁盤上的記錄面分成許多以盤片中心為圓心的同心圓，每個圓稱為一個磁道(Track)。

　　道密度：沿磁盤徑向單位長度上的磁道數(shù)稱為“道密度”。常用每英寸上的磁道數(shù)來表示。

　　位密度：磁道上數(shù)據(jù)的記錄密度稱為“位密度”。常用每英寸長度上所記錄的的位單元數(shù)來表示。

　　扇區(qū)：磁道再劃分成許多小的存儲區(qū)，每個存儲區(qū)稱為扇區(qū)(sector)。

　　(2)軟盤驅(qū)動器(FDD)

　　軟盤驅(qū)動器主要完成對磁盤的讀寫工作，由軟盤驅(qū)動機(jī)構(gòu)和讀寫控制電路組成。

　　軟盤驅(qū)動機(jī)構(gòu)可分為：盤片定位機(jī)構(gòu);軟盤驅(qū)動裝置;控制磁頭尋道定位部件;狀態(tài)檢測部件。

　　讀寫控制電路可分為：讀出放大電路;寫電路;抹電路。

　　(3)軟盤控制器

　　軟盤控制器的功能是解釋來自主機(jī)的命令并向軟盤驅(qū)動器發(fā)出各種控制信號，同時還要檢測驅(qū)動器的狀態(tài)，按規(guī)定的數(shù)據(jù)格式向驅(qū)動器讀寫數(shù)據(jù)等。具體操作如下：

　　尋道操作：將磁頭定位在目標(biāo)磁道上。尋道前，主機(jī)將目標(biāo)道號送往磁盤控制器暫存，目標(biāo)道號與磁頭所在道號進(jìn)行比較，決定磁頭運(yùn)動的道數(shù)和方向。地址檢測：主機(jī)將目標(biāo)地址送往軟盤控制器，控制器從驅(qū)動器上按記錄格式讀取地址信息并與目標(biāo)地址進(jìn)行比較，找到讀寫信息的磁盤地址。

　　讀數(shù)據(jù)：首先檢測數(shù)據(jù)標(biāo)志是否正確，然后將數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容送入內(nèi)存，最后進(jìn)行CRC校驗。

　　寫數(shù)據(jù)：寫數(shù)據(jù)時不僅要將原始信息經(jīng)編碼后寫入磁盤，同時要寫上數(shù)據(jù)區(qū)標(biāo)志和CRC校驗碼以及間隙。如果原始信息寫不滿一個區(qū)段，自動插入全‘0’。初始化：在盤片上寫格式化信息，對每個磁道劃分區(qū)段。軟盤控制器主要由以下幾部分組成：

　　數(shù)據(jù)總線緩沖器：用于緩沖主機(jī)送來的并行數(shù)據(jù)。緩沖器中的數(shù)據(jù)再通過內(nèi)部總線與寄存器中的信息進(jìn)行傳送。

　　讀寫DMA控制邏輯：主要功能是進(jìn)行讀寫和DMA控制。采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時，此部分可產(chǎn)生數(shù)據(jù)請求(DRQ)信號，借助DMA控制芯片向CPU申請總線控制。CPU響應(yīng)后，讓出總線控制權(quán)，接著轉(zhuǎn)入DMA數(shù)據(jù)傳送。

　　串行接口控制器：主要用來控制讀寫的各種信號。當(dāng)采用雙密記錄方式寫入數(shù)據(jù)時，引入補(bǔ)償電路;讀出時，引入鎖相電路，分離出數(shù)據(jù)。

　　驅(qū)動器接口控制器：用來控制輸入/輸出的各種信號。

　　內(nèi)部寄存器：用來存放軟盤控制器芯片的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、命令和參數(shù)。新型存儲器技術(shù)。

　　1.多體交叉存儲器

　　多體交叉存儲器的設(shè)計思想是在物理上將主存分成多個模塊，每一個模塊都包括一個存儲體、地址緩沖寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器等，即它們都是一個完整的存儲器。因此，CPU就能同時訪問各個存儲模塊，任何時候都允許對多個模塊并行地進(jìn)行讀寫操作，從而提高整個存儲系統(tǒng)的平均訪問速度。

　　多體交叉存儲器是利用主存地址的低K位來選擇模塊(可確定2K個模塊)，高m位用來指定模塊中的存儲單元，這樣連續(xù)的幾個地址就位于相鄰的幾個模塊中，而不是在同一個模塊中，故稱為“多體交叉編址”。于是CPU要訪問主存的幾個連續(xù)地址時，可使這幾個模塊同時工作，使整個主存的平均利用率得到提高。

　　2.閃速存儲器

　　閃速存儲器的英文名稱為FlashMemory，有時也譯為“快閃存儲器”。它既有EPROM價格便宜、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，又有E2PROM的電可擦除性、可重寫性，具有可靠的非易失性，重寫速度較快，對于需要實施代碼或數(shù)據(jù)更新的嵌入性應(yīng)用是一種理想的存儲器。

　　3.高速緩沖存儲器Cache

　　高速緩沖存儲器(Cache)位于CPU與存儲容量較大但操作速度較慢的主存之問，可以提高CPU訪問存儲器時的存取速度，減少處理器的等待時間，使程序員能使用一個速度與CPU相當(dāng)而容量與主存相當(dāng)?shù)拇鎯ζ鳌?/p>

　　高速緩沖存儲器(Cache)是根據(jù)程序的局部性原理，即在一個較小時間間隔內(nèi)，程序所要用到的指令或數(shù)據(jù)的地址往往集中在一個局部區(qū)域內(nèi)，因而對局部范圍內(nèi)的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍外的地址則訪問甚少，這就稱為程序訪問的局部性原理。

　　虛擬存儲器

　　虛擬存儲器(VirtualMemory)是以存儲器訪問的局部性為基礎(chǔ)，建立在主存一輔存物理體系結(jié)構(gòu)上的存儲管理技術(shù)。它是為了擴(kuò)大存儲容量，把輔存當(dāng)作主存使用，在輔助軟、硬件的控制下，將主存和輔存的地址空問統(tǒng)編址，形成個龐大的存儲空間。程序運(yùn)行時，用戶可以訪問輔存中的信息，可以使用與訪問主存同樣的尋址方式，所需要的程序和數(shù)據(jù)由輔助軟件和硬件自動調(diào)入主存，這個擴(kuò)大了的存儲空間，就稱為虛擬存儲器。

　　【參考文獻(xiàn)】：

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　　[3]李學(xué)干.計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].北京：經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社，2000.

　　[4]唐朔飛.計算機(jī)組成原理[M].北京：高等教育出版社，1999

　　計算機(jī)組成原理漫談的相關(guān)論文篇二

　　《如何制造高性能計算機(jī)》

　　摘要：高性能計算機(jī)是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志，是國家信息化建設(shè)的根本保證。發(fā)展高性能計算機(jī)，可以帶動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，解決國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展進(jìn)步、國防建設(shè)與國家安全等方面一系列的挑戰(zhàn)性問題，促進(jìn)我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。高性能計算機(jī)與我們生活息息相關(guān)，文章總結(jié)了國內(nèi)外高性能計算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，闡述了高性能計算機(jī)的重要性，并總結(jié)了我國目前發(fā)展高性能計算機(jī)面臨的問題，最后提出如何制造高性能計算機(jī)所遇到問題的解決辦法。

　　關(guān)鍵詞：高性能計算機(jī);重要性;發(fā)展趨勢;存在問題;解決辦法

　　正文：

　　高性能計算機(jī)概念：

　　高性能計算概述高性能計算(英文highperformancecomputing，縮寫HPC)指通常使用很多處理器(作為單個機(jī)器的一部分)或者某一集群中組織的幾臺計算機(jī)(作為單個計算資源操作)的計算系統(tǒng)和環(huán)境。有許多類型的HPC系統(tǒng)，其范圍從標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)的大型集群，到高度專用的硬件。大多數(shù)基于集群的HPC系統(tǒng)使用高性能網(wǎng)絡(luò)互連，比如那些來自InfiniBand或Myrinet的網(wǎng)絡(luò)互連?；镜木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜徒M織可以使用一個簡單的總線拓?fù)?，在性能很高的環(huán)境中，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在主機(jī)之間提供較短的潛伏期，所以可改善總體網(wǎng)絡(luò)性能和傳輸速率。

　　高性能計算機(jī)的重要性：

　　高性能計算機(jī)是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志，是國家信息化建設(shè)的根本保證。發(fā)展高性能計算機(jī)，可以帶動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，解決國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展進(jìn)步、國防建設(shè)與國家安全等方面一系列的挑戰(zhàn)性問題，促進(jìn)我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。衡量高性能計算機(jī)的水準(zhǔn)主要是看其計算能力。60年前，當(dāng)每秒能完成數(shù)千次運(yùn)算的第一臺數(shù)字計算機(jī)誕生時，它就是當(dāng)時最高計算能力的體現(xiàn)。近30年來，計算機(jī)的運(yùn)算速度平均每10年就要翻1000倍，這比我們通常說的每18個月翻一番的摩爾定律速度還要快。在進(jìn)入新世紀(jì)的今天，恐怕每秒5萬億次到10萬億次的運(yùn)算速度只能算是高性能計算機(jī)入門的門檻高性能計算機(jī)與大眾生活息息相關(guān)高性能計算機(jī)一般都和科學(xué)研究聯(lián)系在一起，小到原子結(jié)構(gòu)的分析，大到宇宙起源模擬，到處都需要高性能計算機(jī)。但是，高性能計算機(jī)的應(yīng)用決不僅限于此。在和人民大眾生活息息相關(guān)的各個領(lǐng)域。在和人民大眾生活息息相關(guān)的各個領(lǐng)域，我們都可以看到高性能計算機(jī)的身影：

　　1對新藥研制的促進(jìn)。

　　在與疾病作斗爭的過程中，我們需要新的藥品。研制一種新藥從化合物篩選到臨床試驗，一般需要10到15年的時間。在化合物篩選階段，對于數(shù)十萬種化合物，用傳統(tǒng)的實驗手段，篩選出有效的化合物需要花費(fèi)大量資金購買化合物，需要幾年的實驗時間，而且篩選—的范圍受到金錢和時間限制，難以得到最佳的結(jié)果?，F(xiàn)在使用高性能計算機(jī)這個工具，以計算機(jī)模擬的手段，科學(xué)家可以在較短的時間內(nèi)從幾十萬甚至幾百萬種化合物中篩選出有效的藥物化合物，這不僅節(jié)省了購買真實化合物的大量資金，而且大大縮短了藥物研發(fā)的周期。

　　2對網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的影響。

　　在網(wǎng)絡(luò)日益普及的今天，我們已經(jīng)漸漸習(xí)慣于從網(wǎng)上獲得信息和服務(wù)，但是同時也經(jīng)常為服務(wù)響應(yīng)速度的遲緩而煩惱。網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)絕不是我們通常想象的找一臺微機(jī)服務(wù)器，建個網(wǎng)站就能成的事。要面對數(shù)千萬、數(shù)億用戶的訪問請求，服務(wù)器必須有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐和處理能力。這又是高性能計算機(jī)發(fā)揮作用的舞臺。高性能服務(wù)器每秒種可以處理數(shù)千萬乃至數(shù)億次服務(wù)請求，及時提供用戶所需要的信息和服務(wù)，保證服務(wù)質(zhì)量。

　　3對制造業(yè)的推動。

　　我國是一個制造業(yè)大國，被人們稱為“世界工廠”。高性能計算在制造業(yè)的廣泛使用，不僅可以幫助工程師在設(shè)計階段更科學(xué)地計算材料強(qiáng)度，更合理地選擇和使用材料，設(shè)計出更符合空氣和流體動力學(xué)原理和人體工程的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和外形，而且可以在仿真基礎(chǔ)上全面規(guī)劃整個制造過程，有效提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量和產(chǎn)量。基于高性能計算的全數(shù)字化設(shè)計制造環(huán)境在縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、節(jié)能降耗、降低污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面的作用不可限量。用高性能計算能力武裝起來的制造業(yè)必然能更快速地應(yīng)對市場的動態(tài)需求，提高自身的競爭能力。

　　4工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活需要精確的天氣預(yù)報。

　　以高性能計算為基礎(chǔ)的氣象和氣候數(shù)值預(yù)報是精確天氣預(yù)報的基礎(chǔ)。我們知道，地球連同它的大氣層是一個大系統(tǒng)，它的內(nèi)部以及它與宇宙空間，特別是與太陽之間的能量交換與轉(zhuǎn)換決定了地球上的氣候狀況。如果我們能夠在觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，精確地計算和模擬出這個系統(tǒng)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的過程，我們就可以精確地預(yù)測天氣的變化?，F(xiàn)在的高性能計算機(jī)的速度還不足以讓我們在全球范圍以精確的尺度達(dá)到這個目的。

　　高性能計算機(jī)發(fā)展趨勢：

　　高性能計算機(jī)與網(wǎng)格研究的關(guān)系1.高性能計算機(jī)(HPC)與網(wǎng)格向分化與共生方向發(fā)展。HPC以科學(xué)計算為主，實現(xiàn)Petaflops計算機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)階段的主要追求目標(biāo)，研究領(lǐng)域包括新體系結(jié)構(gòu)、新器件技術(shù)、系統(tǒng)軟件等。2.計算網(wǎng)格作為一種廉價、易得的計算資源，受到應(yīng)用科學(xué)家及普通用戶的廣泛關(guān)注與試用，向成為高性能計算機(jī)系統(tǒng)的使用門戶(Portal)的方向發(fā)展。3.數(shù)據(jù)與信息網(wǎng)格提供各種應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)使用平臺，具有資源共享、動態(tài)交互與集成等特征，是網(wǎng)格技術(shù)研究與發(fā)展的主要方面。

　　高性能計算機(jī)的使用模式

　　1.從傳統(tǒng)集中使用(高性能計算中心)向集成化(與其他設(shè)備)、網(wǎng)格化(其它計算中心)及按需計算(租借計算力)的方向發(fā)展。

　　2.高性能計算機(jī)用戶與普通計算機(jī)(服務(wù)器、PC)一樣，關(guān)心TOCinlifeCycle及TOCinprojectperiods。

　　3.按需計算(部分計算力、聯(lián)合計算)、制造成本(10-100倍于傳統(tǒng)PCcluster)、運(yùn)行成本(體積、功耗)等要求對新一代高性能計算機(jī)的研發(fā)提出挑戰(zhàn)。

　　HPC體系結(jié)構(gòu)向超大規(guī)模并行、多級存儲結(jié)構(gòu)及混合粒度編程的方向發(fā)展

　　1.實現(xiàn)Petaflops計算性能的HPC需要10,000-100,000CPUCore(處理器模塊)以并行方式連接起來。相對今天幾千個CPU構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，超大規(guī)模并行在節(jié)點(diǎn)、連接與存儲等方面需要創(chuàng)新。2.CPU與Memory之間的性能“差距”(Bandwidth,Latency)通過多級存儲結(jié)構(gòu)(memoryhierarchy)進(jìn)行擬合。3.粗中細(xì)粒度混合編程模型充分挖掘問題本身的并行性的前提下，發(fā)揮超大規(guī)模系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

　　當(dāng)前制約我國高性能計算發(fā)展的主要因素有：

　　1.核心技術(shù)不足。我國制造的高性能計算機(jī)在核心技術(shù)上雖有不少突破，但仍然在很大程度上依靠于國外。在高性能計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)上投入的研究經(jīng)費(fèi)和研究力量不足，阻礙我國在該領(lǐng)域的創(chuàng)新。2.人才不足，高性能計算機(jī)的應(yīng)用目標(biāo)往往是解決綜合性、系統(tǒng)性的復(fù)雜問題，涉及多個領(lǐng)域。開發(fā)一個好的高性能計算應(yīng)用涉及應(yīng)用問題抽象、模型建立、并行算法研究、并行程序?qū)崿F(xiàn)、應(yīng)用系統(tǒng)測試驗證等多個階段，需要熟悉應(yīng)用和計算的“多面手”型人才需要不同學(xué)科、不同技術(shù)背景的人員的密切合作。而我國高校目前的專業(yè)劃分難以培養(yǎng)既熟悉先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)，又熟悉應(yīng)用領(lǐng)域問題的人才，以至于這類人才奇缺。不同學(xué)科的科技人員之間的交流和合作機(jī)制又不健全，造成懂高性能計算機(jī)的人不懂應(yīng)用，而了解應(yīng)用的人又不知道如何用高性能計算的方法來解決問題的局面。

　　3.應(yīng)用軟件匱乏我國長期以來存在的重硬件、輕軟件的現(xiàn)象在高性能計算領(lǐng)域格外突出，影響更大。對于高性能計算機(jī)而言，缺乏合適的應(yīng)用軟件就根本無法開展相應(yīng)的應(yīng)用，也無法吸引用戶來使用高性能計算機(jī)。高性能計算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用軟件專業(yè)性強(qiáng)，價格昂貴，國內(nèi)應(yīng)用部門每年都花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)，采購應(yīng)用軟件，但是這種采購一般是分散進(jìn)行的，缺少相互協(xié)調(diào)，因此國家整體布局還不盡合理，有些軟件多個部門重復(fù)采購，而另一些急需的軟件又沒人購買。另外，單個部門購買軟件的規(guī)模往往有限，不能與并行硬件的規(guī)模相適應(yīng)。這些軟件的所有權(quán)和使用權(quán)屬于采購的部門，不同部門擁有的軟件難以交流和共享。此外，很多國外的應(yīng)用軟件都和國外的高性能計算機(jī)系統(tǒng)綁定，這就迫使我國的用戶在采購軟件的同時必須選用國外的硬件系統(tǒng)，嚴(yán)重影響國產(chǎn)高性能計算機(jī)的推廣應(yīng)用和我國高性能計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的成長壯大。

　　4資源分布不均勻，國內(nèi)高性能計算機(jī)主要分布在科研院所、大學(xué)以及石油勘探、氣象預(yù)等應(yīng)用部門，地域分布也不均勻。資源分布的不均勻和資源訪問的困難，使得不少高性能計算的潛在用戶放棄了應(yīng)用的打算。在經(jīng)濟(jì)效益不夠好的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)尤其如此。這種資源分布的不均勻性一方面使需要資源的用戶難以獲得資源，另一方面也造成寶貴資源的閑置和浪費(fèi)。

　　解決辦法：

　　高性能計算(HighPerformanceComputing)是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，主要是指從體系結(jié)構(gòu)、并行算法和軟件開發(fā)等方面研究開發(fā)高性能計算機(jī)的技術(shù)。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能計算機(jī)的計算速度不斷提高，其標(biāo)準(zhǔn)也處在不斷變化之中。

　　我國的高性能計算事業(yè)必須走可持續(xù)均衡發(fā)展的道路。高性能計算是昂貴的，不僅有設(shè)備的初始投入，而且有場地條件、電力消耗、運(yùn)行維護(hù)和人員隊伍建設(shè)等多種費(fèi)用。因此，一定要切實從應(yīng)用需求出發(fā)，大力促進(jìn)應(yīng)用的進(jìn)步，以此推動高性能計算的發(fā)展。強(qiáng)調(diào)應(yīng)用需求牽引并不是忽視技術(shù)的推動作用。技術(shù)的進(jìn)步可以創(chuàng)造新的應(yīng)用，調(diào)動新的應(yīng)用需求。網(wǎng)格以其資源共享、協(xié)同工作的固有能力和網(wǎng)格服務(wù)的形式，支持用戶共享使用Internet中的各類資源;網(wǎng)格允許用戶克服地理的障礙，更便捷地獲得高性能計算的能力;網(wǎng)格簡化高性能計算機(jī)的使用方式，使更多的普通用戶能夠利用高性能計算機(jī)的能力去解決過去難以解決的問題，擴(kuò)大了高性能計算機(jī)的應(yīng)用范圍。需要強(qiáng)調(diào)的是，高性能計算的技術(shù)創(chuàng)新有賴于國家持續(xù)的支持，以保證足夠的研究經(jīng)費(fèi)和一支高水平精干的研究隊伍。高性能計算人才的培養(yǎng)是一項長期的艱巨任務(wù)，不僅要通過改革高校的學(xué)科劃分和專業(yè)設(shè)置來加強(qiáng)高性能計算復(fù)合型人才的培養(yǎng)，還要通過應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，培養(yǎng)和鍛煉各個行業(yè)與領(lǐng)域熟悉高性能計算的人才，只有這樣才能真正保證高性能計算及應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1.百度百科

　　2.《高性能計算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及機(jī)遇到的問題》

　　3.《高性能計算機(jī)的發(fā)展趨勢》樊建平