专栏名称: 计算机六十年
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013高速计算机的往事揭秘

计算机六十年  · 公众号  ·  · 2024-08-26 09:21

正文

013计算机是一台十分重要的第三代大型通用高速电子计算机,但是由于其技术的先进性和使用单位的重要性,多年少向公众露面。

上世纪70 年代,国民经济许多行业 迫切需要 使用高档电子计算机,许多尖端科学领域也要求计算机的性能进一步提高。

中科院计算所三室承担的具有一定代表性的三类问题:空气动力计算、飞机机翼结构计算、核物理方程计算。当时的计算机内存容量多在16~32千字,而有的课题甚至需要内存容量达上百 千字。即使是每秒百万次计算速度的机器,解一组复杂数据也要用几小时甚至几十小时才能完成。另外,计算机科学不断发展,利用电子计算机辅助设计计算机已成了必不可少的一门学科。

研究一台具有一定性能的计算机以满足科学工程计算任务的需要。同时适当兼顾计算机设计自动化的要求,并通过新型研制带动新技术发展已成了非常必要的任务。 013 计算机就是在这种情况下提出来的。

013大型通用高速数字计算机

013 计算机是中科院计算技术研究所 1976 11 月研制成功的第三代大型通用高速数字计算机,为科学计算大型机。采用电流开关逻辑电路( ECL 发射极耦合逻辑电路,特点是开关速度快,可以很方便地组成扩充电路的逻辑功能,节省元件数量;缺点是电路消耗大,主要用于构成超高速集成电路、高速大型、巨型计算机)、主频 6 赫兹 ,字长 48 位,指令数 93 ,磁心主存储器容量 144千字 ,平均运算速度为每秒 200 万次,外部设备有固定头磁盘机、磁带机、纸带阅读机、行打印机、字符显示器等。配备有可运行两道程序的操作系统、汇编语言、 FORTRAN-II BCY 语言。

在这台计算机上完成过全国天文大地网首次整体平差计算,飞机翼型跨音速气动力学、核武器研究等重要计算任务。 1978 年, 013 机获全国科学大会重大成果奖。

1972 5 26 日,中科院计算所成立 013 机方案组,主要成员由一室(总体设计和 CPU 设计)牵头,方案组有9名成员:

方信我(组长)、梁吟藻(副组长),王树林、金锡智、敖大振、袁保玑、许庆得、宋德芬、陈文铨。

方信我(中)与尹雨立(原中科院软件所副研究员)、历军(中科曙光总裁)(照片来自“【感恩有你,一路同行】2020年曙光司龄奖颁发报道”曙光人2020年5月11日)

计算所的主要研究室各派出一员,作为联络员参加讨论,并回本室与有关人员交换意见,并将他们意见反馈到方案组。这些联络员有:

三室(计算数学)敖超;

四室(电源)刘庆贵;

五室(存储器)陈树楷;

六室(外部设备)金国培;

七室(电路板,机架,制冷)汤仲才;

九室(系统软件)王庆俊。

013 机系统方案经过多轮讨论并向计算所领导多次汇报,还拜访北大( 150 机)和 706 所, 1973 5 4 日, 基本确定 初步方案。于 7 14 日正式向计算所汇报、确定方案,全所组织力量启动 013 机研制。

013 机任务的指导思想

要以马列主义、毛泽东思想为指针,贯彻社会主义建设总路线,鼓足干劲、力争上游、多快好省地完成 013 机各项工作。 其要求是:

1 .服务对象:满足计算所科学计算,要求能较好地解决二维科学计算问题,初步解决三维科学计算问题。适当兼顾机器的设计自动化和硬、软设备研究的使用要求。

2 .性能要求:严格遵循毛主席的 " 一切产品,不但求数量多,而且求质量好 " 的教导。首先力求可靠稳定,交机时要求整机平均故障间隔时间为 5~10 小时,其次要求具有一定的容量和速度,配备必需的外部设备,采用相应的软件,以提高性能,使用方便灵活。

3 、采用技术:器材设备立足国内,采用现有技术手段,在继承的基础上,适当发展新技术,使 013 机具有一定的特色和先进水平。凡没过关的技术项目要抓紧时间,争取尽快过关,保证机器能按时运行。

4 .研究周期:争分夺秒,急起直追,争取三年时间内完成。

013 机的体系结构

根据 013 机任务的指导思想,在 013 机的体系结构 设计 中,主要考虑了下列几条原则。

1 )由于 013 机所用的组件失效率较高(约在 10 -6 数量级) , 所以要保证机器的可靠稳定,机器的规模不宜太大(比如,组件的数量要控制在低于 5 万块为宜),结构不宜太复杂。

2 )为了争取时间早日交机,满足急需。体系结构宜继承计算所过去传统可行的设计思想,留有余地 慎重 引入一些比较成熟的新技术。

3 )在机器的规模不宜太大的条件限制下,尽量做到物尽其用,注意节省简化,满足用户对 013 机的基本要求。如字长 48 位,设计速度 100 万次 / 秒左右,可随机访问的存储容量 13~28 万字。并尽可能地做到满足用户的所有要求。

013机 组成:

一个中央处理机; 4 个磁心存储体; 2 个高速磁膜存储体; 2 个半固定双轴磁心存储体;一个快速磁盘通道;一个交换器通道(其中有磁 带、宽行打印、纸带输入、纸带输出、控制打字机、曲线显示、符号显示以及若干备份通道)。

输入输出设备和外存储器的信息通过磁盘通道和交换器通道在中央处理机的存储控制部件的控制下与内存进行交换。

中央处理机则包括有存储控制部件(控制存取和交换信息),指令控制部件(提供指令和数据,进行指令加工,完成控制型指令操作及辅助操作,执行中断控制),运算控制部件(完成算术运算和逻辑运算等操作)。

1976 11 月, 013 机经过 3 年多的研发、调试和试算后 研制成功, 各项技术指标均达到预定效果,而且机器的主频还从设计方案规定的 5 兆赫兹提升到 6 兆赫兹,与主频有关的一些指标和性能也随之提升,比如机器运算速度的峰值提升到了每秒 200 万次。

其体系结构框图如图 所示。

013 计算机提供核九所使用, 1988 年退役。

核九所使用每秒 200 万次运算的 013 计机,在11年的时间中,突出提升了计算能力。

由于器件质量的限制,造成国产计算机稳定性差。在各型计算机系统上算题的计算人员通常需要 2 人以上,还要有机器维护人员和物理分析人员陪同。他们的注意力(精力)要高度集中,并不时手工操作,随时准备在计算机系统出现运行故障时,进行应急处理。如果机器出现偶然性错误,为了避免浪费机时,进行物理分析的人一般在机房里进行在线分析,立即调出原先保存的状态,退回重算。







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