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中国计算机发展
回顾我国计算机的发展历程
这篇文章可以让大家了解一下我们中国实现信息化的坎坷路程,为什么一代一代人仍然在艰辛地开拓?
资料由中科院计算技术研究所提供。
一位老教授曾说过,计算机直接体现了一个国家的竞争力。
共和国发展的60年,就是计算力不断提升的60年,也是我国计算机技术不断赶超国际领先水平、不断进化的60年。
在这60年里,华罗庚、钱三强、闵乃大、吴几康、范新弼、夏培肃、蒋士騛、慈云桂、张世龙、王选、李国杰、柳传志、倪光南等科学家与企业家,用智慧和汗水,谱写了中国计算机行业的新篇章。
在这60年中,我国科学家不仅仅是在赶超对手,同时也在赶超自我。
从最初的困难环境中研制第一台电脑,到现在大型计算机和个人电脑并驾齐驱,这些历程,见证了我国在计算机领域的不懈努力。
华罗庚和我国第一个计算机科研小组
华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。
当冯·诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机EDVAC时,正在美国Princeton大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室,并经常与他讨论有关学术问题,华罗庚教授1950年回国,1952年在全国大学院系调整时,他从清华大学电机系物色了闵乃大、夏培肃和王传英三位科研人员在他任所长的中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。
1956年筹建中科院计算技术研究所时,华罗庚教授担任筹备委员会主任。
第一代电子管计算机研制(1958-1964年)
我国的计算机制造工业起步于五十年代中期。
1957年下半年,在消化吸收的基础上正式开始了计算机的研制工作,由中国科学院计算所和北京有线电厂(原738厂)共同承担。
在那个独特的历史年代里,闵大可教授率队赴苏考察。
根据(前)苏联提供的M-3机设计图纸经局部修改,在(前)苏联专家的指导下,中科院计算所等单位完成了我国第一台小型电脑。
1958年8月1日,全部调机工作结束。
于8月1日进行了公开表演运算,这标志着我国第一台电子计算机诞生。
为纪念这个日子,该机定名为八一型数字电子计算机。
该机在738厂开始小量生产,改名为103型计算机(即DJS-1型),共生产36台。
103机只有二进制30位,运算速度30次/秒,存贮器为1K磁鼓,后来安装了自行研制的磁心存储器,运算速度提高到每秒3000次。
全机共用700多只电子管,外部设备由电传打字机、苏式五单位F50型发送器改装。
机器共三个大机柜,占地40平方米
1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机(104机)研制,以前苏联当时正在研制的БЭСМ-II计算机为蓝本,在前苏联专家的指导帮助下,中科院计算所、四机部、七机部和部队的科研人员与738厂密切配合,于1959年国庆节前完成了研制任务。
该机共有4200个电子管,4000个晶体二极管,由22个机柜组成,它的字长39位,每秒运行1万次,1959年建国十周年前夕通过试运算,共生产7台。
至此,中国的大地上有了第一台自己的通用电子计算机,并且其主要技术指标均超过了当时日本计算机,与同期英国已开发的最快的计算机相比也毫不逊色。
104机
103和104机都属第一代电子管计算机,它们的相继推出,标志着我国初生的电脑事业蹒跚起步,并为我国解决了大量过去无法计算的经济和国防等领域的难题。
填补了我国计算机技术的空白,是我国计算机工业发展史上第一个里程碑。
在研制104机同时,夏培肃院士领导的科研小组首次自行设计于1960年4月研制成功一台小型通用电子计算机——107机。
该机字长32位,内存容量为1024字节,有加减乘除等16条指令,主要用于弹道计算。
107机
1964年我国第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机119机研制成功,平均浮点运算速度每秒5万次,参加119机研制的科研人员约有250人,有十几个单位参与协作。
119机
我国第一代电子管计算机在原子弹(104机)和氢弹(119机)研制中发挥了作用。
由于当时西方国家的封锁政策,我国开始研制只能采取“全部采用国产器材,依靠自己的技术力量”的技术路线,119机花了五年才研制成功,这说明在当时条件下一切从头做起研制大型计算机是件相当困难的事。
我国第一代电子计算机研制的主要推动力是军事应用,民用计算机的需求还不很强烈。
高技术往往首先在军事上得到应用,但高技术的普及推广和产业的形成要借助大量民用需求的拉动。
这一点被世界各国高技术发展历史所证明,我国计算机产业发展历程也是如此。
在这期间,1961年,由南京大学徐家福、北京大学杨芙清等人撰写的《程序设计》一书问世,这是一本我国早期有代表性的计算机高级语言通用教材。
我国电子计算机研制起步比美国整整晚一代。
当国际上致力于第二代计算机产品时(1959~1964年),我们正在研制第一代电子管计算机
第二代晶体管计算机研制(1965-1972年)
我国在研制第一代电子管计算机的同时,已开始研制晶体管计算机,1965年研制成功的我国第一台大型晶体管计算机(109乙机)实际上从1958年起计算所就开始酝酿启动。
在国外禁运条件下要造晶体管计算机,必须先建立一个生产晶体管的半导体厂(109厂)。
经过两年努力,109厂就提供了机器所需的全部晶体管(109乙机共用2万多支晶体管,3万多支二极管)。
对109乙机加以改进,两年后又推出109丙机,为用户运行了15年,有效算题时间10万小时以上,在我国两弹试验中发挥了重要作用,被用户誉为“功勋机”。
109机
我国工业部门在第二代晶体管计算机研制与生产中已发挥重要作用。
华北计算所先后研制成功108机、108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6),并在738厂等五家工厂生产。
哈军工(国防科大前身)于1965年2月成功推出了441B晶体管计算机并小批量生产了40多台。
1953年,哈尔滨军事工程学院(国防科大前身)成立,陈庚大将任院长。
慈云桂被任命为海军工程系雷达教研室主任。
1961年,慈云桂随中国计算机代表团赴英国参加计算机学术会议,走访了英国剑桥、曼彻斯特和牛津等著名大学。
他敏锐地注意到国际上计算机发展的主流方向已是全晶体管化,当即给学院领导写信,建议停止正在设计中的电子管通用数字计算机,并马不停蹄地收集资料,构思体系结构和基本逻辑电路。
经过几年的精心设计和辛勤劳动,于1964年末他们终于用国产半导体元器件研制成功我国第一台晶体管通用电子计算机:
441B/I。
1965年2月该机通过国家鉴定,连续运行268小时未发生任何故障,稳定性达到当时的国际先进水平。
1965年末又研制成功441B/II型机。
使我国计算机顺利进入第二代,并为国防科技事业做出贡献。
441-B晶体管计算机
441B系列机在天津电子仪器厂共生产了100余台,及时装备到重点大专院校和科研院所,平均使用10年以上,是我国60年代中期至70年代中期的主流系列机型之一。
某基地的441B/III型机总运行时间达48000小时,出色地完成了许多重要任务。
慈云桂等人研制的计算机因而以技术先进和稳定可靠著称。
我国的第二代晶体管计算机大部分是文化大革命前夕研制的,而那时国外在发展第三代中小规模集成电路计算机(1964~1972年),基本上已经晚了十年。
我国第一、二代计算机的系统软件大多是自己开发,早期以前苏联的算子法为指导思想,1962年以后转到以ALGOL60为基础的编译技术,开发了BCY、BX119等有影响的编译系统。
但总的来讲,我国从研制第一代计算机开始就有重硬件轻软件的倾向。
第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)
我国第三代计算机的研制受到文化大革命的冲击。
IBM公司1964年推出360系列大型机是美国进入第三代计算机时代的标志,我国到1970年初期才陆续推出大、中、小型采用集成电路的计算机。
1973年,北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机——150机,该机字长数48位,每秒运算100万次,主内存130K。
主要用于石油、地质、气象和军事部门。
1974年清华大学等单位联合设计,研制DJS-130小型计算机,8月,第一台DJS-130机在北京无线电三厂试制成功,并通过鉴定。
之后,131、132、135、140、152、153等共13个机型先后研制成功,31个厂点生产,近产量近千台。
逐渐形成了我国第一种国产DJS-100系列机。
“DJS”即“电子计算机”的汉语拼音首字母.与以往不同的是,DJS-100系列应用范围不再用于军事领域,而是在国民经济建设和军事建设中发挥了重要作用,承担了科学计算、数据处理、工业过程控制、数据采集、信息和事物处理等方面的工作。
与此同时,以华北计算所为主要基地,组织全国57个单位联合进行DJS-200系列计算机设计,同时也设计开发DJS-180系列超级小型机。
于1976年12月,由华北计算机技术研究所、西北电讯工程学院和西北工业大学联合设计,南丰机械厂试制出第一台DJS-183机,又先后研制出184、185、186和1804共5个机型。
后来,我国又研制了655型(电子部32所)、151机(国防科大)、1001中型集成电路计算机和每秒可运算500万次的HDS—9机(华东计算技术研究所)这标志着中国计算机行业已完成了从第二代向第三代的过渡。
1977年4月,安徽无线电厂、清华大学和四机部六所联合研制成功我国第一台微型计算机DJS-050机。
从此揭开了中国微型计算机的发展历史。
同月,第四机械工业部和中国科学院联合主持召开了全国微型计算机专业会议,会议决定以Intel8080、Motorola6800两大芯片研制我国DJS-050和DJS-060两大系列微机产品。
1979年,中国研制成功仿8080的4片微处理器和多片的6800微处理器,随后研制出单片的仿8080与6800微处理器,并以此为基础,研制出相应型号的微机DJS-050系列及060系列。
进入80年代,我国高速计算机,特别是向量计算机有新的发展。
1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机——757机,计算速度达到每秒1000万次。
757机
这一记录同年就被国防科大研制的银河-I亿次巨型计算机打破。
在计算机世界,如果我们把小型电子计算机比作地球的话,那么大型计算机就是太阳系,一台巨型机则是银河系了。
这就是我国第一台巨型电子计算机,叫做“银河”的原因了。
1978年3月,科学的春天来临了。
由邓小平同志亲自决断,交给了国防科大的前身长沙工学院计算机研究所,慈云桂教授被任命为技术总指挥和总设计师。
经过五年的艰苦奋战,在极其简陋的条件下,慈云桂教授等电脑专家于1983年12月,研制成功“银河I号”巨型计算机,运算速度达每秒1亿次。
该机型共生产3台,分别安装于石油、西部计算中心和高校计算机研究所。
银河-I亿次巨型计算机是我国自行研制的第一台亿次计算机系统。
该系统研制成功填补了国内巨型机的空白,同时,银河巨型机的诞生使我国成为世界上为数不多能研制巨型机的国家之一。
在我国计算机研究和制造领域中,银河巨型计算机的研制成功,为中国计算机工业写下了最为辉煌的一页,成为中国计算机工业的骄傲。
银河-I巨型机是我国高速计算机研制的一个重要里程碑,它标志着我国文革动乱时期与国外拉大的距离又缩小到7年左右(银河-I的参考机克雷-1于1976年推出)。
银河-I
●记入史册的两件事
70年代初,由于众所周知的原因,我国计算机工业的发展受到了很大影响。
这一时期的两件事对我国计算机应用起到了关键的作用。
⏹7301会议。
根据周恩来总理关于广泛发展电子计算机应用的指示,1973年元月第四机械工业部在北京召开了“电子计算机首次专业会议”(即7301会议),总结了60年代我国计算机主要是国防服务,不能形成批量生产的教训,决定放弃单纯追求提高运算速度的技术政策,确定了发展系列机的方针,提出联合研制小、中、大三个系列计算机的任务,以中小型机为主,着力普及和运用。
7301会议在我国计算机发展史上具有重要意义,确定了把发展系列机作为当前发展方向。
会议结束后,四机部立即着手组织DJS-100系列和DJS-200系列计算机的研制工作。
由于这次会议,直接导致了70年代中到80年代初我国计算机工业的初步形成。
⏹748工程。
1974年8月,四机部召开了计算机工作会议,在会上四机部、一机部、中国科学院、新华社、国家出版事业管理局联合提出“关于研制汉字信息处理工程”的建议,命名为“748工程”,并通过国家计委批准立项。
748工程,即汉字信息处理系统,整个工程包括:
汉字通信、汉字情报检索和汉字精密照排。
1974年被列入国家发展规划。
748工程小组研制成功了精密型汉字印刷照排系统——方正系统和华光系统。
这是在1979年7月27日,中国人首次利用自己研发的汉字照排系统输出了报纸样张,这意味着我国自行设计的计算机激光汉字编辑排版系统主体工程研制成功。
1985年5月,激光照排II型机通过国家级鉴定,成为我国第一个实用照排系统,获得1986年日内瓦国际发明展览会金牌、1997年国家科技进步一等奖。
这项具有革命性的新技术是中国告别铅与火的技术革命,748工程科研集体也被称之为“当代毕升”,其中计算机专家王选院士更是功不可沫。
目前,国产照排系统占领我国报纸编辑排版市场的99%,并且出口海外。
748工程小组同时也研制成功了微型机汉字操作系统、汉字数据库系统、汉字工具软件、汉字全文检索系统以及汉字输入、输出设备,形成了汉字信息处理产业。
到今天,这一产业仍然是中国计算机产业发展史上最灿烂的一页。
第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今)
和国外一样,我国第四代计算机研制也是从微机开始的。
这个时期已经是改革开放几年后了,全国上下起了翻天覆地的变化。
同时改革开放的热潮也把正在重振雄风的中国电脑业,一下子推向了市场竞争的最前沿。
虽然早在1977年,清华大学等单位就研制出我国第一台微型电脑DJS050,但由于技术落后,微处理器(CPU)用31块集成电路拼装而成,一直没能大批生产。
1980年初我国不少单位也开始采用Z80,X86和M6800芯片研制微机。
1983年12电子部六所研制成功与IBMPC机兼容的DJS-0520微机。
1984年,国家计算机工业总局副局长王之,委派卢明等一批青年技术专家在原电子工业部六所、738厂、中国计算机服务公司的共同支持下开发出与IBMPC兼容的“长城0520CH”微型计算机。
并由13家工厂生产,首次产量突破万台。
这是中国计算机产业跨入市场的第一步。
这台电脑,不仅是我国第一台商品化个人电脑,而且还催生了一个新兴的电脑产业,中国微机产业的高速发展从此开始。
王之、卢明等人率先“下海”组建长城电脑公司,批量生产长城0520CH,年产量很快超过万台,为普及电脑立下了汗马功劳;在今后的时间里,长城更是在我国的微机发展中起到了决定的作用,连续创下了多个第一。
1987年,第一台国产的286微机——长城286正式推出;1988年,第一台国产386微机——长城386推出;1990年,长城486计算机问世。
现今中国电脑业的龙头老大——联想也是在那个时期发展起来的。
1984年,中国电脑的发源地,也组建了一家“中科院计算所公司”,这就是后来更名为“联想”的企业集团。
“联想”领头人柳传志带领11名员工艰苦创业,从生产汉卡开始,继而转向研制高质量的个人电脑,步步紧跟着电脑更新换代的世界潮流——联想386、联想486,直到发展为奔腾系列的联想电脑产品。
1995年5月6日这看似平常的一天,联想第100万台电脑下线;第二年,联想电脑击败了国外品牌机的竞争,稳居国内市场第一名。
在长城、联想的带动下,神州大地涌现出一大批电脑制造企业,四通、方正、同创、实达、浪潮„„,春潮涌动,百轲争流。
10多年来我国微机产业走过了一段不平凡道路,现在以联想微机为代表的国产微机已占领一大半国内市场。
1992年国防科大研究成功银河-II通用并行巨型机,峰值速度达每秒4亿次浮点运算(相当于每秒10亿次基本运算操作),银河-II是共享主存储器的四处理机向量机,其向量中央处理机是采用中小规模集成电路自行设计的,总体上达到80年代中后期国际先进水平。
从90年代初开始,国际上采用主流的微处理机芯片研制高性能并行计算机已成为一种发展趋势。
国家智能计算机研究开发中心于1993年研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机。
1995年,国家智能机中心又推出了国内第一台具有大规模并行处理机(MPP)结构的并行机曙光1000(含36个处理机),峰值速度每秒25亿次浮点运算,实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。
1997年国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨型计算机系统,采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构,由130多个处理结点组成,峰值性能为每秒130亿次浮点运算,系统综合技术达到90年代中期国际先进水平。
国家智能机中心与曙光公司于1997至1999年先后在市场上推出具有机群结构的曙光1000A,曙光2000-I,曙光2000-II超级服务器,峰值计算速度已突破每秒1000亿次浮点运算,机器规模已超过160个处理机,2000年推出每秒浮点运算速度3000亿次的曙光3000超级服务器。
2004年上半年推出每秒浮点运算速度1万亿次的曙光4000超级服务器。
曙光4000L
1999年,国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威I计算机通过了国家级验收,并在国家气象中心投入运行。
系统有384个运算处理单元,峰值运算速度达每秒3840亿次2000年,曙光公司推出每秒3000亿次浮点运算的曙光3000超级服务器。
2001年,中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片2002年,曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾”服务器,龙腾服务器采用了“龙芯-1”CPU,采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用主板,采用曙光LINUX操作系统,该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品,在国防、安全等部门将发挥重大作用。
2003年,百万亿次数据处理超级服务器曙光4000L通过国家验收,再一次刷新国产超级服务器的历史纪录,使得国产高性能产业再上新台阶。
2009年10月29日,每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能,使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首,也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。
2010年8月完成,采用AlphaRISC架构,主频1.1G,功耗35-70瓦,65纳米代工工艺,峰值运算速度达每秒1408亿次。
运算速度高于日本富士通研制的SPARC64VIIIfx处理器,和美国英特尔酷睿i7980XE。
2011年10月27日,我国第一台完全采用国产CPU处理器的千万亿次超级计算机——神威蓝光,在国家超级计算济南中心投入使用。
该机装有8704片国产“申威1600”16核64位处理器,仅9个机柜便能达到峰值性能1100万亿次每秒。
计算能力超过20万台普通笔记本电脑。
系统综合水平处于当今世界先进行列。
该系统具备扩充至每秒万万亿次潜力。
2010年10月,经升级后的天河一号二期系统(天河一号A)以峰值速度(Rpeak)每秒4700万亿次浮点运算、持续速度(Rmax)2566万亿次,超越橡树岭国家实验室的美洲虎超级计算机(Rpeak:
2331万亿次;Rmax:
1759万亿次),为当时世界上最快的超级计算机。
在2011年6月,日本超级电脑“京”以比天河一号快三倍,每秒八千一百六十二万亿次的运算速度,取得世界上最快的超级计算机的宝座,而天河则退居第二。
TOP500组织于2011年11月15日公布了第38届全球超级计算机五百强排行榜,日本理化学研究所与富士通共同研发的超级电脑“京”,取代中国的“天河一号”,在最新全球超级电脑500强排名中位列第一。
研究所说,“京”的运算速度为每秒10,510万亿次,远远快于“天河一号”的2600万亿次。
2012年6月18日,国际超级电脑组织公布的全球超级电脑500强名单中,“天河一号”排名全球第五。
美国的超级电脑技术在过去一年中突飞猛进,由美国国际商业机器公司(IBM)最新研制的超级计算机“红杉”(Sequoia),为美国夺得全球最快超级计算机宝座。
这是继2009年后美国再次夺回“世界第一电脑”的头衔。
排名前十的超级计算机系统实测运算速度都超过每秒千万亿次,其中美国的超级计算机有3个,中国和德国2个,日本、法国和意大利各1个。
中国国家超级计算天津中心的“天河一号”超级电脑在最新排名中名列第五;另外超级计算深圳中心的“星云”超级电脑排名第十。
中国一个科研中心建造了迄今最快速的超级电脑,取代美国超级电脑主导地位,从而使中国成为科技超级大国。
中国制造的“天河一号A”的运算速度每秒2.507千万亿次,比在田纳西州国家实验室目前最快的电脑性能高1.4倍。
这展示出中国科技发展的超凡实力,也拉响了美国科技竞争力的警报。
天河一号,由国防科学技术大学研制,部署在国家超级计算机中心,其测运算速度可以达到每秒2570万亿次。
2013年11月18日,国际TOP500组织公布了全球超级计算机500强排行榜榜单,由国防科大研制的天河二号超级计算机系统,峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能,以比第二名——美国的“泰坦”超级计算机快近一倍的速度再度登上榜首成为全球最快超级计算机。
美国专家预测,在一年时间内,“天河二号”还会是全球最快的超级计算机。
在2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中,中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第三次获得冠军。
纵观40多年来我国高性能通用计算机的研制历程,从103机到曙光机再到天河二号,走过了一段不平凡的历程。
总的来讲,国内外标志性计算机推出的时间,其中国外的代表性机器为ENIAC,IBM7090,IBM360,CRAY-1,IntelParagon,IBMSP-2,国内的代表性计算机为103,109乙,150,银河-I,曙光1000,曙光2000,银河系列,天河系列。
附:
全球超级计算机500强,中国大陆上榜数76个(截止至2014年6月24日)
前十名分别为
第一名:
天河二号
6月17日在德国莱比锡开幕的2013年国际超级计算机大会上,中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机,以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹,成为全球最快的超级计算机,比第二名Titan快近一倍。
继2010年11月天河-1A计算机问鼎以来,天河二号是再次夺得全球超级计算机第一名。
天河二号有16000个节点,每个节点部署了两个英特尔XeonIvyBridge及三个XeonPhi处理器,计算核心总数达3120000个。
天河二号年底将部署在中国广州国家超级计算机中心当中。
第二名:
泰坦(Titan)
位于美国能源部(DOE)橡树岭国家实验室中的Titan从冠军宝座退至第二。
Titan搭载Cray公司的XK7系统,使用560640个AMD皓龙处理器核心和261632个英伟达K20x加速器,Titan的运行速度为17.59千万亿次/秒。
Titan是最节电的超级计算机,耗电8.21兆瓦,性能为2143Mflops/W。
第三名:
红杉(Sequoia)
搭载IBM的BlueGene/Q系统的Sequoia安装在美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室,排名第三,下降了一个名次。
Sequoia最早于2011年交付使用,取得了每秒17.17千万亿次运行速度,该超级计算机使用了1572864颗核心。
Sequoia的节能也很不错,耗电为7.84兆瓦,性能为2031.6MFLOPS/W。
第四名:
K超级计算机
富士通K计算机安装为日本神户化学研究所高级计算科学研究院(AICS),现在排名第四,基准测试速度为10.51Pflop/每秒
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