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1.6 课程思政

曾经在中国最受欢迎、使用最普遍的计算工具——算筹与珠算

全世界都公认,在世界计算工具的早期发展史上,东方的所做出的贡献尤为突出。早在商代,中国就开始使用十进制记数法了,领先世界长达一千余年。周朝,算筹问世了。

算筹是中国独特的一种计算工具。算筹是一种竹制、木制或骨制的小棍,在棍上刻有数字。把算筹放在地面或盘中,就可以一边摆弄小棍,一边进行运算,“运筹帷幄”中的“运筹”就是指移动筹棍,当然运筹还含有筹划的意思。用筹进行计算(筹算)很方便,在古代中国使用得也很普遍,秦始皇及张良等政治家都亲自进行过布筹计算。

算筹是当时世界上最先进的一种计算工具。筹算使我国数学家创造出了卓越的数学成果,使我国古代数学曾长期处于世界领先地位。筹算的规则得到了发展,同时算筹本身的缺点也暴露了出来。为了便于使用,人们尽管对算筹做了改进,把它从圆柱形变为方形,但形式上的一些改良,仍不能适应运算步骤的发展,念歌诀摆弄算筹时,往往能“得心”但不“应手”,特别是当计算较为复杂时,算筹摆弄既不方便又会弄得十分繁乱,因此这种计算工具到非改革不可的时候了。算筹最终被新一代计算工具——珠算盘取代了。

在人类以往所用过的计算工具中,珠算盘是一种既古老,又仍充满青春活力的计算装置。在世界文明的四大发源地,即黄河流域、印度河流域、尼罗河流域及幼发拉底河流域,都曾经出现过形式各异的“算盘”。但沿用至今的,只有这一种“珠算盘”了,这种计算工具目前在我国及亚洲一些国家仍然较为流行。

珠算盘是计算工具史上的第一项重大变革。它可能萌芽于汉代,到南北朝时已定型。珠算是由算筹演变而来的。在筹算时,上面每一根筹当五,下面每一根筹当一,这与珠算盘上档一珠当五,下档每一珠当一完全一致,由于在打算盘时,会遇到某位数字等于或超过十的情况,所以珠算盘采用上二珠下五珠的形式。珠算利用进位制记数,通过拨动算珠进行运算,而且算盘本身能存贮数字,因此可以边算边记录结果。打算盘的人,只要熟记运算口诀,就能迅速算出结果,进行加减比用电子计算器还快。由于珠算盘结构简单,操作方便迅速,价格低廉又便于携带,在我国的经济生活中长期发挥着重要作用,并盛行不衰,在电子计算器出现以前,是我国最受欢迎、使用最普遍的一种计算工具。

这些计算工具不仅带动了计算器的发展,也为现代计算器发展奠定了良好的基础,进而成为现代社会应用广泛的计算工具。在人类文明发展的历史长河中,计算机工具经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。它们在不同的历史时期发挥了各自的作用,而且也孕育了电子计算机的设计思想和雏形。

中国超级计算机逆袭之路

超级计算机的概念

超级计算机就是具有超量级计算能力的机器,简单打个比方,就拿我们的个人电脑而言,它的性能已经很强大了,可以完成很多人力无法完成的工作,但是如果这个使用者是国家,要处理很庞大的计算,像这样的个人电脑就完全不够用了,最简单的解决办法就是将成千上万台电脑连接在一起,让它们一起用功,将性能发挥到最大,而这些计算机叠加在一起的集群,就是超级计算机。

超级计算机的用途

那超级计算机主要是用来做什么呢?超级计算机的地位,不亚于卫星,同样是国之重器。它广泛应用于模拟核试验、生物医药、新材料研究、天气预报、太空探索、人类基因测序等领域,还有最主要的一项是有利于建立联合作战的战争模拟系统,可以通过虚拟现实技术,搭建起士兵训练的模拟环境,模拟计算机系统可以模拟敌方的地理数据、战机性能、军舰性能、坦克性能等,对士兵进行有针对性的训练,从而节约大量成本。

不过,超级计算机最早是被美国发明出来的,而且美国曾经一度做到了全球的垄断,那中国是什么时候拥有自己的超级计算机的呢?

中国在超算领域的探索

这就不得不说在20世纪80年代,中国石油工业部为了更好地进行地质勘探,斥巨资向美国购买了一台IBM大型计算机,然而,东西虽然买过来了,但是美国为了封锁超级计算机的核心技术,并没有将使用的自由权交给中国。

美国在这件事上做得很过分,他们为了不让核心技术泄密,让这台超级计算机安置在一个透明的玻璃房中,要求中国的科研人员在使用超级计算机的时候,被美国全程监控,不仅这样,中国的科研人员研究出来的内容,也要交给美国审查,摆明了就是想要得到中国的研究成果,看中国发展到什么地步,要研究什么内容,而且连计算机的启动密码和机房钥匙也在美国手中。

这就是中国在超级计算机领域的“玻璃房”事件,也是中国在超级计算机领域受到的巨大侮辱之一,这成为每一个中国科研工作者永远的伤疤。

中国在超算领域的发展

于是,在1986年863计划实施之后,中国开始了超级计算机的研发之路。

从1986年到2016年这三十年的时间里,无数的超级计算机工作者投入这项伟大的工程中,中国也在超级计算机领域全面开花,前后有国防科技大学的银河系列、天河系列,中科院的曙光系列,联想的深腾系列,无锡江南计算机研究所的神威系列,都曾一度霸榜世界第一的位置,让世界惊叹中国在超算领域的弯道超车表现。

以下是一些标志性的时间节点:

2004年,中科院成功研制“曙光4000”十万亿次计算,进入世界超算500强前十。

2008年,中科院成功研制“曙光5000”百亿次计算机,同样进入世界超算500强前十。

2009年,国防科技大学成功研制“天河一号”千万亿次计算机,我国也成为第二个可以成功研制千万亿次计算机的国家。

2010年6月,中科院成功研制“星云”千万亿次计算机,成为世界超算500强第二名。

同年11月,国防科技大学升级的“天河-1A”系统,成为世界超算500强第一名。

2010年底,江南计算机研究所的“神威·蓝光”成为第一个全部采用国产CPU、同时实现千万亿次计算的超级计算机。

2013年6月开始,国防科技大学的“天河二号”,连续六次位居世界超算500强第一名。

2016年底,第一次由全国产CPU制造的“神威·太湖之光”取代第一的位置,并连续四年霸占世界超算500强榜首。

从没有技术到掌握核心技术,从世界小白变为世界超级计算机天花板的存在,中国再次向世界证明了中国的实力。三十多年的时间,无数的科研工作者用血和汗水换来了中国超级计算机技术的进步和响当当的荣誉。

中国超级计算机的竞争

蝉联四年世界超级计算机500强第一名的“神威·太湖之光”在2020年被反超。日本的富岳超级计算机异军突起,成功夺得榜首,而中国的“神威·太湖之光”也滑落至第四名。一夜之间,“日本超级计算机为什么会超越中国超级计算机”的话题铺天盖地地袭来,逐渐有质疑声传来:中国还能否重回榜首?中国的超级计算机真的比不上日美吗?

这里就来告诉大家,为什么中国“神威·太湖之光”会跌落至第四名。首先,排名之间的更替是很正常的现象,毕竟中国的“神威·太湖之光”已经连续霸占榜首四年。其次,每个国家超级计算机的实力如何,并不是只看排名,看得更多的是在这个榜单中,一个国家能排进前五百的超级计算机数目。

以中国与美国为例:

2016年,在全球超级计算机500强中,中国占有167个席位,美国占有165个席位;

2020年,在全球超级计算机500强中,中国占有的席位上升至226个席位,美国占有的席位下降至109个席位。孰强孰弱,一眼便知。

中国超算的未来

这个新项目,就是中国的压轴大作:E级超级计算机——天河三号。

E级超级计算机“天河三号”的计算速度,可以达到每秒百亿亿次,这将彻底打破超级计算机千万亿次计算速度的格局。而且这一次的“天河三号”,在芯片方面采用的是我国自主研发的飞腾FT2000芯片。在架构方面,同样采用的是我国自主研发的天河高速互联通信,真正实现了超算的全国产。如此惊人的超级计算机一旦出现,中国超算重回全球第一,又有何难呢?

2022年5月31日,今年上半年的全球超级计算机500强榜单揭晓,首次入榜的美国超级计算机“前沿”位列榜首,这是全球首台运算能力达每秒100亿亿次浮点运算的超算。中国共有173台超算上榜,上榜总数蝉联第一。 yOpfqAHVpa5k2rxN3fXNfbE2RYKlIVw3dJhMvmb6SILgafsPw3QJd/U894GBiTQo

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