Download
1 / 23
230 likes | 349 Views
1-1. 概述. 1-5. 小結. 計算力就是生產力. 1-2. 計算力的兩極化發展. 1-3. 雲端運算是 IT 的“第三產業”. 1-4. 1.1 概述. 英語單詞“ Digit” 既有“數字”也有“手指”的意思。英語中“ Calculus” （計算）一詞來源於拉丁語，既有“演算法”的含義，先後都出現過不同形式的算盤，只有中國的珠算盤一直沿用至今，如圖 1-1 所示。. 圖 1-1.
E N D
1-1 概述 1-5 小結 計算力就是生產力 1-2 計算力的兩極化發展 1-3 雲端運算是IT的“第三產業” 1-4
1.1 概述 • 英語單詞“Digit”既有“數字”也有“手指”的意思。英語中“Calculus”（計算）一詞來源於拉丁語，既有“演算法”的含義，先後都出現過不同形式的算盤，只有中國的珠算盤一直沿用至今，如圖1-1所示。 圖1-1
英國數學家William Oughtred若採用兩根相互滑動的對數刻度尺，這個設想導致了計算尺（Slide Rule）的誕生，人類的計算能力從“手工”操作進化到使用“機械”化的工具。 圖1-2
法國人Pascal於1642年設計出了世界上第一台利用手轉動齒輪。1822年，英國人Babbage在他研製的差分機中第一次表現了電腦程式設計的理念。法國人Pascal於1642年設計出了世界上第一台利用手轉動齒輪。1822年，英國人Babbage在他研製的差分機中第一次表現了電腦程式設計的理念。 圖1-3
1895年，英國青年工程師Fleming發明了人類第一隻電子管。美國MIT教授Bush領導製造了類比電腦“微分分析儀”。1935年，IBM製造了IBM601穿孔卡片式電腦。1936年，英國人Turing發表論文《論可計算數及其在判定問題中的應用》，首次闡明了現代電腦原理，從理論上證明了現代通用電腦存在的可能性，Turing把人在計算時所做的工作分解成簡單的動作：1895年，英國青年工程師Fleming發明了人類第一隻電子管。美國MIT教授Bush領導製造了類比電腦“微分分析儀”。1935年，IBM製造了IBM601穿孔卡片式電腦。1936年，英國人Turing發表論文《論可計算數及其在判定問題中的應用》，首次闡明了現代電腦原理，從理論上證明了現代通用電腦存在的可能性，Turing把人在計算時所做的工作分解成簡單的動作： • (1)記憶體；(2)一種語言；(3)掃描；(4)計算意向；(5)執行下一步計算。
美國的Shannon在1938年證明布林代數的邏輯運算可透過繼電器，明確了四則運算的電路設計方法。德國人Zuse完成了Z3電腦的研製工作，這是第一台可程式化的電子電腦。數學物理教授Atanasoff與研究生Berry組裝了著名的ABC（Atanasoff-Berry Computer）電腦，這台電腦共使用了300多個電子管，這也是世界上第一台具有現代電腦雛形的電腦。1943年，綽號為“巨人”用來破譯德軍密碼的電腦在英國製造成功，充分展示了計算的力量。
1944年，由IBM出資，美國人Aiken負責研製的馬克一號電腦在哈佛大學正式執行，它裝備了15萬個元件和長達800千米的電線，每分鐘能夠進行200次以上運算。女數學家Hopper（見圖1-4）為它設計了計算程式，該電腦可以進行微分方程的求解。1944年，由IBM出資，美國人Aiken負責研製的馬克一號電腦在哈佛大學正式執行，它裝備了15萬個元件和長達800千米的電線，每分鐘能夠進行200次以上運算。女數學家Hopper（見圖1-4）為它設計了計算程式，該電腦可以進行微分方程的求解。 圖1-4
1947年，貝爾實驗室的Shockley等人發明了世界上第一隻半導體放大元件，他們將這種元件命名為“電晶體”。1952年，由現代電子電腦之父John von Neumann（提出現代電腦由五大部分組成的系統架構，如圖1-5）設計的EDVAC問世，共採用了2300個電子管。
1953年，IBM（International Business Machines）正式對外發佈自己的第一台電子電腦IBM 701。
1.2 計算力就是生產力 • 人類最偉大的發明之一當屬電子電腦。第一次工業革命以蒸汽機的發明為代表，第二次工業革命以內燃機的發明為代表。 • 電腦不僅能做各種運算，還可以進行推理和判斷。 • 人們常說：“知識就是力量”，在此我們可以毫不誇張地說：計算力就是生產力！
1.3 計算力的兩極化發展 • 人類對計算能力的追求從未間斷，現在一個PC（200MIPS）的性能，相當於早期最好電腦性能的幾十萬倍以上，最新的世界TOP 500 HPC超級中央處理器（CPU）是指電腦內部對資料進行處理並對處理過程進行控制的零件，伴隨著大型積體電路技術的迅速發展，晶片整合密度越來越高，CPU可以整合在一個半導體晶片上，這種具有中央處理器功能的大型積體電路元件，統稱為“微處理器”（Microprocessor）。
分早期的CISC（複雜指令集電腦，Complex Instruction Set Computer）和後期的RISC（精簡指令集電腦，Reduced Instruction Set Computer）兩種架構。 • IC上可容納的電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。具體有以下3層含義。 • 積體電路晶片上所整合的電路的數目，每隔18個月就增加一倍。 • 微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降一倍。 • 用一美元所能買到的電腦性能，每隔18個月增加四倍。
採用了許多複雜的處理器技術，基於VLIW超長指令集（Very Long Instruction Word）的CPU架構，是CISC架構向更複雜的VLIW和更簡單化RISC的兩種架構的延伸之一，最後RICS因為通用性和性價比優勢在市場上佔據上風。Vector、SIMD（Single Instruction，Multiple Data）、基於MIMD（Multiple Instruction，Multiple Data）的Pyramid、Systolic Array等複雜指令處理器技術。
向量處理器（Vector Processing Unit，VPU）技術出現在20世紀70年代，在中國第一台超級電腦“銀河”系列和世界著名的Cray超級電腦中使用，成為20世紀80和90年代超級電腦的主流技術。我們常見的CPU是只針對單資料流程的標量（Scalar）處理器，向量處理器屬於SIMD技術的一種，一條指令處理一個一維的資料陣列。
目前這種技術還在遊戲機中作為圖形處理加速器技術使用。在Intel的通用CPU中也部分使用了向量技術，Pentium處理器中使用的MMX（Matrix Math Extensions）技術是代表之一。 • 但由於其專用性和相對較高的成本。
最新的CPU基於RISC處理單元的設計，結合了SMP（Symmetric MultiProcessing）和MPP技術，出現了多核心（Core）CPU並已逐步成為主流。 • 要達到每秒千萬億次級的大型超級電腦的水準，還需要基於高性能路由器（High Performance Switch）的MPP技術才能達到，成千上萬個通用CPU透過HPS強耦合（Tightly-coupled）方式或通用網路（包括網際網路）鬆耦合（Loosely-coupled）方式連接和HPC虛擬化（Parallel Virtual Machine，PVM）軟體技術整合為“一個超級計算整機”。
1.4 雲端運算是IT的“第三產業” • 前文描述的“計算力”的兩極化發展主要關注“硬體”系統的發展，更重要的是網際網路技術的高速發展，雲端運算思想才應運而生。雲端運算本質上是一個軟體概念。
雲端運算從軟體層面延續了計算力的兩極化發展趨勢，透過執行於單機和多機的虛擬化技術，最大限度地探勘和利用高性能硬體計算系統的潛能。單機虛擬化透過Hypervisor（以VMWare為代表）虛擬化技術，其目標是把一台單機當多台機器（執行多個OS）來使用，如圖1-11所示。雲端運算從軟體層面延續了計算力的兩極化發展趨勢，透過執行於單機和多機的虛擬化技術，最大限度地探勘和利用高性能硬體計算系統的潛能。單機虛擬化透過Hypervisor（以VMWare為代表）虛擬化技術，其目標是把一台單機當多台機器（執行多個OS）來使用，如圖1-11所示。
多機虛擬化技術以Hadoop/Mapreduce和PVM/MPI及Condor/PBS/Loadleveler等相關技術為代表，其目標是把多台機器（透過一個控制和管理主機）聚合成一台機器來使用，如圖1-12所示。多機虛擬化技術以Hadoop/Mapreduce和PVM/MPI及Condor/PBS/Loadleveler等相關技術為代表，其目標是把多台機器（透過一個控制和管理主機）聚合成一台機器來使用，如圖1-12所示。 圖1-12
雲端運算的另一大核心理念就是“計算力”的服務化。透過基於SOA和SaaS的技術和理念，使計算力和由計算力產生的各種應用、資訊和知識，也就是各式各樣的“內容”，能夠像自來水、電和燃氣一樣被輸送到需要它的任何地方，使用者（包括企業和政府使用者）不再需要購置和管理超容量的計算設施，就像他們不再需要自己發電，自己打水井取水，自己燒煤做飯取暖一樣，只需打開開關就可按需得到服務。雲端運算的另一大核心理念就是“計算力”的服務化。透過基於SOA和SaaS的技術和理念，使計算力和由計算力產生的各種應用、資訊和知識，也就是各式各樣的“內容”，能夠像自來水、電和燃氣一樣被輸送到需要它的任何地方，使用者（包括企業和政府使用者）不再需要購置和管理超容量的計算設施，就像他們不再需要自己發電，自己打水井取水，自己燒煤做飯取暖一樣，只需打開開關就可按需得到服務。
1.5 小結 • 同時指出，雲端運算是在HPC高性能計算基礎上由於網際網路、SOA和SaaS技術的全面發展催生的產物，它的核心理念是“計算力的服務化”，提出了雲端運算是IT的第三產業這個論點。 • 在談論虛擬化技術時，往往只關注以VMWare為代表的“單機虛擬化”技術，但多機虛擬化技術才是雲端運算發展的主線，是雲端運算的靈魂。
