新一章c130225

1、1.12 源自小微巨型机的可伸缩性在单体为主的巨型机时代，以小型机和超级小型机作为参照机型, 上世纪八十年代下半叶蓬勃兴起的小巨型机如表 1.13 所示。表 1.13 小巨型机的主要机种 ( 统计至 1987 年上半年 ) 由于单体巨型机技术复杂, 维护困难 , 价格昂贵 ( 八十年代一般在 500 至 2000 万美元之间 ), 中小客户对于巨型机不敢问津; 而超级小型机 , 虽然处理速度已达每秒一百万条指令以上, 价格也便宜 ( 八十年代一般在 10 至 150 万美元之间 ), 很适合通常的工程和商业需要 , 但对于科学计算较多的设计自动化、 图形处理和应用软件开发等等工程应用, 仍难以

2、胜任。于是 , 这种性能近于巨型机 , 价格近于超级小型机, 性能价格比深受中小客户青睐的小巨型机大量涌现 , 使巨型机的阵容更加壮观。以单体朝复体过渡的 elxsi 6400 为例, 图 1.36 给出其系统结构。它的硬软件最大配置如下: 12 台中央处理器 cpu , 单 6420 cpu 运算速度每秒一千万条指令( 若加上 sky 公司标准的向量加速板，尚可再翻若干倍 ) , 并且装有 64 kb 的高速缓存 ; 8 块存储板 mem , 每板 256 mb , 16 路交叉存取 ; 4 个输入 / 输出外围机iop , 每个接两条子总线 , 单线数据传输速率每秒 8 mb ; 服务处理

3、器 svp , 主要用于系统初始化 , 自动配置 , 运行时的监控 , 本地或远程诊断 , 系统微码的自动装入等; 并发运行 embos, ems , enix bsd 和 enix system v 等四种操作系统 , 如图 1.37 所示, 它们都是通过调用系统基础 system foundation 中的各种进程来实现的。其中, embos ( elxsi message-based operating system - 基于消息的 elxsi 操作系统 ) 是它的主操作系统 , 后两种又都配备着相当强的实时功能。加之 enix 与 at&t 公司的 unix 兼容, ems 与

4、dec 公司的 vms 兼容 , 整个系统有能力继承 unix 和 vms 环境下的大量网络软件 , 应用软件包。 elxsi 6400 能够方便地修整自己的硬件和软件配置 , 以迎合各种类型客户的需求。 图 1.38 以单体巨型机 cray-1s 和超级小型机 vax 作为比较机型 , 说明其规模的辽阔跨域 , 性能复盖面是足够宽广的。图 1.36 小巨型机 elxsi 6400 系统结构图 1.37 elxsi 6400 系统环境图 1.38 elxsi 6400 的性能覆盖面伴随元器件的更新换代, 不断推陈出新的小巨型机为单体机日益广泛而深入地应用于社会生活各行各业开辟了道路。譬如说图1

5、.36 孕育着一种实时操作系统智能生成系统的雏形, 它有能力跟据不同用户的不同要求, 实时地组装出四个不同的操作系统之一, 甚至还有能力让用户随机地组装出来的不同操作系统并发地运行。未来的专用实时母系统, 使我们能够以简便的方式生产各种适合于各自应用背景的子系统。 人工智能近年来成绩卓著的进展, 使得一种智能化的操作系统生成系统有可能实现。它由功能模块库、 操作系统生成知识库、解释推理器和用户需求描述语言四部分构成。用户根据自己的具体情况 , 藉助于需求描述语言向生成系统阐明特定要求和限制条件。这些特定要求和限制条件经过解释推理器解释, 并根据预先贮存于知识库里的有关知识 ( 包括实例、生成原

6、则、规则等 ) 经推理形成最佳方案 , 然后从功能模块库提取有用的模块, 组合出欲求的系统。这样的智能生成系统还有能力根据所生成的操作系统试运行的结果, 在用户利用语言交互式地干预之下, 逐步改进性能 , 最终达到令用户满意的水平。 不难想象 , 其规模至少须由小巨型机方能担当得起。以微型机作为参照机型, 小巨型机的一部分业已演变成为微巨型机。如同各类 80 x86 主机板和 80 x87 浮点加速器那样地轻巧, 向量加速器 ( 图 1.39 ) 携带着向量并行机理 , 向大型和中型、小型乃至微型机里渗透。图 1.39 实时微巨 masscomp 中的向量加速器与 “ 三总线 ”结构世纪之交喷

7、薄而出的微巨型机, 第一次构造出以单体巨型机为核心的特高性能实时系统, 为计算机的应用揭开一个新篇章。 即便在多机与网络分布式并行发展势头劲猛之际，实时系统尤其是嵌入式实时系统，依然是性能超群的单体巨型机的一块保留地。例如, 实时微巨 masscomp 5000 序列和 6000 序列, 它们的大部分组件取自标准的微处理器超大规模集成电路芯片, 又专为实时应用设计出独特的 三总线 结构 ( 图 1.38 ) , 可同时分别应付 “ 运算” 、“ 外设”及“ 数据采集 ” 事务, 高速高效地并行处理。这就使得实时计算机的性能价格比大幅度提高, 体积大幅度缩小 , 功耗大幅度降低 , 单体巨机告别

8、 庞然大物 的时代终于来临 ( 美国 dec 公司利用其风糜全球的 64 位 alpha 芯片，还推出桌上超级电脑) 。考虑到 平时时间就是金钱 , 战时时间就是生命 , 实时性在军事部门尤其突出, 致使 masscomp 一诞生即跻身于强手如林的国防尖端事业, 成功地应用于 sr-71侦察战斗轰炸机、 av-8a 猎兔狗式喷射机之实时飞行仿真 ( 图 1.40 ) 、simnet 大规模 m 坦克实战模拟训练、信号监听系统、太空穿梭机主发动机之实时测试、罗尔斯 - 罗伊斯公司喷气发动机之嘈音和振动测试、 人造卫星之高频振动实验， 以及面向陆海空三军与星球大战的战情分析、报警和对抗模拟，包括战

9、术飞机、战略飞机、地空导弹、空空导弹、战舰、太空武器在内的立体战争模拟系统等强实时应用之中。 这些系统的 “ 强实时性 ” 和“ 绝对可靠性 ” ，使得通过易受 “ 电子对抗 ” 干扰与 “ 逻辑炸弹 ” 破坏的激光、微波、地球卫星等无线通信手段， 进入广域网络调用地面固定处理能力的时髦做法基本失效， 只有箭上或弹上小巧玲珑、 性能超群的单机系统可以奏效。图 1.40 猎兔狗式喷气机实时飞行仿真系统 ( 装备在左下角的实时微巨体积仅相当于一张写字台) 在我国，有一个可喜的现象：紧耦合、松耦合的多机构造，一直在朝小巨机里渗透， 并且大有入主传统地由单体巨机统治的嵌入式系统之势。比如浙江大学智能研

10、究所开发的东方i 型小巨，由 16 个transputer t850 节点板和一个 t850 根板（图 1.41a ）组成，分成两条流水线，设计了专用的输入接口和机间传输、通信接口，硬、软件之间的映射关系（图 1.41b ）复杂，为实时的图象处理服务。又如江南计算技术研究所， 不懈地在多机并行的方向上始终不渝，他们推出一系列多机并行的小巨机（图 1.42 ），为我国新世纪超大规模并行机突飞猛进的发展奠定了基础。图 1.41a 东方i 型小巨的节点板图 1.41b 东方i 型小巨的硬软件映射图 1.41 东方i型小巨体系结构图 1.42 江南系列小巨体系结构为应对科技界和产业界的全面需求，在单体

11、巨型机时代，巨型机的完整家族囊括了巨型机、小巨型机、微巨型机的整个序列，某种意义上浪费着社会的有限资源。当复体巨型机日渐占据统治地位之后，我们是否还要重蹈巨、 小、微之复辙呢？由于可伸缩性的提出及其受到广泛的重视，答案是否定的。1.10 节把分割或膨胀巨型机规模的成本，作为单体与复体巨型机的分水岭。不计必备的节点机及其配套的存储器等系统固有的硬软件开销，该成本若与新造一台/套相比：同数量级（或相近），则是单体的；微不足道，则是复体的。可伸缩性，正是源于对复体巨型机分割或膨胀规模的“额外”成本很小的要求。进入新世纪，在复体巨型机占据巨型机主导地位之际， 可伸缩性成长为它的一项重要性能指标，使得复

12、体巨型机与生俱来， 就有类似于单体巨型机那样的巨、 小、微的完整序列。比如日本的京速巨型机，就具有良好的可伸缩性。考察表 1.10 和 1.11 ，我们发现：冠军的安装地点、国家、 系统、处理器、制造商都是日本理化研究所、 日本、k 系统、sparc 64 viiifx 2.0ghz 、富士通公司，但峰值性能、实测性能、功耗却分别为8773.63 、 8162.00 、9898.56 和 11280.38 、 10510.00 、12659.9 。这是怎么回事呢？原来正是“可伸缩性”在作祟！日本的京速巨型机计划， 始于 2006 年 9 月，预期 2012年完成。机房建筑群（图 1.43 ）于

13、 2008 年 3 月开工， 2010 年 5 月竣工。同年 9 月 28 日，第一批 8 个机柜安装（图 1.44 ） 。以后每周发一批货，一直处于配置之中，也一直在运转。2011 年中达到 672 个机柜时，报名参加第 37 届评选，以峰值性能 8773.63 tflops、 实测性能 8162.00 tflops，全球 折桂；2011 年底达到 800 个机柜时， 又报名参加第 38届评选，又以高配峰值性能11280.38 tflops、 高配实测性能10510.00 tflops，又全球夺魁。今后继续高高配，高高高配，亦不可知。这不正是它良好的可伸缩性嘛！于是，由于强调了可伸缩性，复体巨型机一诞生就拥有微巨、小巨、大巨，直至巨巨的全序列，而