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高性能计算机系统架构设计与性能优化简介：高性能计算机系统是通过优化硬件和软件的设计来实现更高的计算速度和更强的处理能力。
本文将讨论高性能计算机系统架构设计的关键因素以及性能优化的方法。
一、高性能计算机系统架构设计的关键因素1. 处理器选择：选择适用于高性能计算的处理器架构，如多核、多线程、向量处理器等，并考虑处理器的时钟频率和缓存容量。
2. 内存子系统设计：对于高性能计算应用，内存子系统设计需要考虑带宽、延迟和容量。
采用高带宽内存、多通道访问和适当的缓存大小可提高系统性能。
3. 存储体系结构：选择适当的存储器技术，如高速缓存和分布式文件系统，以优化数据访问速度。
4. 互连网络设计：高性能计算机系统需要高带宽、低延迟的互连网络，以实现处理器、内存和存储之间的高速数据传输。
5. 并行计算模型选择：根据应用的特点选择适当的并行计算模型，如共享内存、分布式内存或混合模型，以最大限度地利用系统资源。
二、性能优化的方法1. 指令级优化：通过使用适当的指令集和编译器优化技术，如向量化、循环展开和数据预取，提高代码的执行效率。
2. 数据局部性优化：通过重新组织数据结构和访问模式，使得数据访问更加局部化，减少缓存失效率。
3. 并行化优化：将任务划分为多个可并行执行的子任务，并使用并行编程模型，如OpenMP、MPI等，实现并行计算。
4. 内存优化：通过内存分配和释放策略、内存层次化管理等手段，减少内存带宽的瓶颈，提高内存访问效率。
5. 磁盘I/O优化：通过使用缓存技术、异步I/O和数据压缩等手段，加速磁盘读写操作，减少I/O延迟。
6. 负载均衡优化：针对并行计算任务，通过动态调度和任务分配算法，使得各个计算节点负载均衡，充分利用系统资源。
7. GPU加速优化：利用图形处理器（GPU）进行并行计算加速，通过使用CUDA或OpenCL等编程模型，将适合并行计算的任务迁移到GPU上执行。
结论：在高性能计算机系统的架构设计与性能优化中，处理器选择、内存子系统设计、存储体系结构、互连网络设计和并行计算模型选择等因素都扮演着重要角色。
高性能计算机组成原理解析在当今科技快速发展的时代，高性能计算机成为了各个领域几乎不可或缺的工具。
从超级计算机到云计算，高性能计算机为了满足巨大的计算需求，需要具备强大的计算能力、高速的数据传输和稳定的系统架构。
本文将深入探讨高性能计算机的组成原理。
一、处理器在高性能计算机中，处理器是最核心的部件，负责执行各种指令和运算。
高性能计算机通常采用多核处理器，并行完成多个任务。
这些处理器需要具备高性能、低功耗的特点。
同时，处理器还需要与其他硬件组件协同工作，如内存、硬盘等。
二、内存内存是高性能计算机中存储数据的地方，它与处理器密切相关。
高性能计算机通常采用大容量、高速度的内存，以支持大规模数据处理。
为了提高内存访问速度，高性能计算机还采用了多层缓存系统，将数据储存在更接近处理器的位置，以减少数据传输的延迟时间。
三、硬盘硬盘是高性能计算机中进行数据存储的主要设备。
与内存不同，硬盘具备持久存储的特点，并可以存储大量的数据。
高性能计算机通常采用固态硬盘（SSD）作为主要存储设备，因其具备更高的读写速度和更低的能耗。
四、互连网络高性能计算机通常由多个节点组成，节点之间需要进行高速的数据传输。
为了实现节点之间的通信，高性能计算机采用了高速的互连网络。
这些网络可以是多层结构，支持大规模节点的连接，以满足高性能计算机的通信需求。
五、操作系统操作系统是高性能计算机的核心软件，负责管理和调度硬件资源，提供高效的运行环境。
高性能计算机通常采用优化过的操作系统，以提升计算效率和资源利用率。
此外，高性能计算机还可能运行特定的软件栈，以满足不同领域的需求，如科学计算、人工智能等。
总结高性能计算机作为现代科技的重要组成部分，其组成原理十分复杂且多样。
本文从处理器、内存、硬盘、互连网络和操作系统等方面对高性能计算机的组成原理进行了解析。
通过了解高性能计算机的组成原理，我们可以更好地理解高性能计算机的工作原理，为应用和优化高性能计算机提供基础。
如何设计一个高性能计算机1.要设计一个高性能计算机，首先我们得了解计算机的基本组成，运算以及运行方式。
计算机的基本组成：输入设备，存储器，运算器，控制器，输出设备基本计算模式:主机/终端, 客户机/服务器,服务器聚集,网格计算,云计算。
2.了解计算的基本组成后我们还要知道高性能计算机的概念，从而从一个基本计算机身上，设计出一个高性能计算机。
高性能计算机及分类,实现高性能的途径-并行平衡性, 局部性, 周期隐藏SISD, SIMD, MIMD, MISD, SPMD指令级并行, VLIW, EPIC流水线, 向量机, PVP, 数组处理机SMP, 紧偶合, 共享存储, Cache 一致性MPP, 机群,松散偶合, 分布式存储ccNUMA, 计算资源虚拟化3.获得高性能的途径提高部件性能极其限度: CPU, 内存, 磁盘, 网络并行处理, 设计优化, 性能优化开发局部性: 空间局部性, 时间局部性并行性与局部性的矛盾周期隐藏（1）计算机--从串行到并行基本的串行计算机结构(CPU)4.高性能计算机分类基于体系结构的分类基于访存模式的分类基于指令流/数据流的分类1，机群系统：IA + Linux/NT: 联想深腾1800 系列，性价比高RISC + Unix: IBM sp 系列，性价比低2，UNIX SMP 小型机：IBM 690，SUN,商务计算为主, 易编程，可扩展性差3，（传统）大规模并行机(mpp)：T3E，曙光1000编程不易，曾停止发展Cray XT系列的Red Storm 重新抬头, TOP10, 原因: 大规模时体积小4，向量机（传统超级机）：CRAY, 银河I不再单独发展5，向量并行机：NEC地球模拟器, Cray X1速度高，效率高, 昂贵，专用，非产品化在世界TOP500份额居第二6, ccNUMA：SGI Qrigin3000, Altix3000兼顾可扩展性和可编程性7，专用机：IBM BlueGene, BlueGen/L解决规模(速度)和体积功耗矛盾5.分类基于指令流/数据流的体系结构指令流(程序流）／数据流并行单指令流单数据流(SIＳD): 单ＣＰＵ计算机单指令流多数据流(SIMD)：数组处理计算机多指令流单数据流(MISD：栈计算机（无实用机）多指令流多数据流(MIMD)：MPP, clusterSPMD: 单程序/多数据流, MPP, clusterMPMD: 多程序流/多数据流, 高吞吐(事务处理)6.CPU 芯片发展趋势CPU 芯片最终收敛到两家：Intel, IBM理由：市场规模决定芯片生存现实：志强/安腾赶上/超过RISC芯片,单CPU 速度达到每秒100亿次IBM 采用铜连线、绝缘衬底、Low k 技术Power6速度超过80亿次/秒HP/Compaq向INTEL 靠拢，Alpha 停止发展SUN：采用志强SGI：放弃MIPS, 采用IA64做Altix 服务器最终趋势：IA 和RS6000（IBM Power) 存在和发展流水线与向量机7．流水线与向量机流水线: pipelines向量处理机: vector processor, 并行向量处理机(PVP)数组处理机: array processor内存访问流水线消息传递流水线(/message queue)8.网络计算模式1，主机（mainframe)/终端(1980年代中期年以前）直接I/O连接或互连网连接效率高,开放性,扩充性差,技术复杂2, 客户机/服务器（client/server)(1980年代后期以来）基于局域网（LAN）或广域网（W AN）开放、可扩充难管理总拥有成本（TCO）高3.大规模并行处理系统结构设计规范系统设计目标: 浮点速度, 字长, 内存总容量, 磁盘总容量,点-点通信带宽, 等分带宽(bi-section) ,可扩展性, 系统均衡性系统结构: 可扩展分布式(共享?)存储, MIMD/SPMD结点机: 单/SMP, CPU种类与主频, cache, 内存, I/O接口互连网络: 高速网: mesh(2D/3D), Tree, nCUBE; 以太网结点-网络接口: 与高速网对应, 单/双卡, 带宽9.当了解了计算机与高性能计算机的原理与技术的时候，我们就可根据这些理论来进行设计一个高性能计算机。
高性能计算机系统架构设计高性能计算机是指在处理数据的过程中具有很高的速度和效率的计算机，能够完成诸如科学计算、数值模拟、大规模数据分析等高性能计算任务。
高性能计算机系统的架构设计是实现高性能计算的重要因素，本文将从处理器、内存、存储、网络和软件几个方面介绍高性能计算机系统架构设计的要点。
一、处理器处理器是高性能计算的核心组件，处理器的性能会影响整个计算机系统的性能。
目前，常见的处理器类型有x86、ARM等。
为了实现更高的性能，往往需要将多个处理器组合起来形成并行处理的超级计算机。
在处理器的架构设计中，主要有两个关键因素：性能和功耗。
为了实现更高的性能，可以通过增加处理器核数、提高主频等方式来增加计算能力。
但是，随着处理器核心数的增加，功耗也会随之增加，功耗的增加会导致处理器的散热量增大，增加散热成本。
因此，在考虑性能的同时也需要对功耗进行把控，实现性能和能效的平衡。
二、内存内存是在高性能计算中除了处理器以外的另一个重要组件。
内存的主要作用是存储程序和数据，内存的访问速度会严重影响计算机的性能。
为了提高内存的访问速度，可以采用多通道并行、高速缓存等方式。
在高性能计算的架构设计中，需要考虑内存大小和内存带宽。
内存的大小直接决定了可以运行的程序的大小，内存带宽决定了内存的访问速度。
为了保证高性能计算机的计算速度，需要采用高速内存，如现在流行的DDR4内存。
三、存储存储是高性能计算中的一个重要组成部分，数据的快速读写能力对计算机系统的性能有着至关重要的作用。
常见的存储器包括硬盘、固态硬盘（SSD）、硅盘（SiliconDisk）等。
存储的架构设计需要考虑数据的访问速度、数据的可靠性和数据的存储量等方面。
在高性能计算中，有时需要存储大量的数据来进行计算，此时需要采用高效的分布式存储系统。
常见的分布式存储系统包括Hadoop、GlusterFS等，这些分布式存储系统能够将数据分散到多个存储节点上，以提高读写速度和可靠性。
如何设计高性能的计算机硬件系统计算机硬件系统的设计在如今的科技发展中占据着重要的地位，它直接影响着计算机的性能和效能。
设计一个高性能的计算机硬件系统需要综合考虑多个因素，包括处理器、存储器、输入输出设备以及硬件结构等。
本文将探讨如何设计高性能的计算机硬件系统，并提供一些实用的方法和技巧。
1. 硬件系统架构设计硬件系统的架构设计是设计高性能计算机硬件系统的基石。
在设计架构时，需要根据需求分析，在处理器、存储器和输入输出设备之间建立高效的通信通道，以确保数据的快速传输和处理。
同时，应考虑到系统的可扩展性和可维护性，以便在未来的升级和维修中提供便利。
2. 处理器的设计处理器是计算机硬件系统的核心组成部分，对于系统的性能起着至关重要的作用。
在设计处理器时，应考虑到以下几个方面：a) 指令集架构：选择合适的指令集架构，以满足系统的需求，并提供高效的指令执行和数据处理能力。
b) 流水线设计：通过合理的流水线设计，可以提高处理器的运行效率，充分利用硬件资源，实现指令的并发执行。
c) 缓存设计：合理的缓存设计可以减少内存访问的延迟，提高数据的读写速度。
d) 多核设计：采用多核处理器可以提高系统的并行计算能力和处理的吞吐量。
3. 存储器的设计存储器是计算机硬件系统中用于存储数据和程序的重要组成部分。
在设计存储器时，应考虑以下因素：a) 存储器层次结构：合理划分存储器的层次结构，包括高速缓存、主存和辅助存储器等，以满足不同数据访问的需求。
b) 存储器的容量和带宽：根据系统的需求，选择合适的存储器容量和带宽，以提供足够的存储空间和数据传输能力。
c) 存储器的访问和替换策略：采用合适的访问和替换策略，以提高存储器的读写效率和命中率。
4. 输入输出设备的设计输入输出设备是计算机与外部世界进行交互的接口，在设计时需要考虑以下几个方面：a) 数据传输速度：选择高速的输入输出设备，以减少数据传输的延迟，提高系统的响应速度。
b) 输入输出接口的设计：设计合适的输入输出接口，以确保设备与计算机之间的正常通信和数据传输。
高性能计算机的设计与开发近年来，随着科技的飞速发展和各种复杂问题的出现，对计算机性能的需求越来越高。
高性能计算机成为解决大型科学和工程问题的重要工具。
那么，高性能计算机是如何设计和开发的呢？一、硬件设计高性能计算机主要由三部分组成：计算节点、内存、网络。
而这三个部分的硬件设计是相互影响的。
首先来说计算节点。
计算节点是高性能计算机中最重要的部分之一。
计算节点的设计受到处理器、存储器、硬盘、输入输出和网络等方面的影响。
目前，常用的处理器有Intel、AMD和IBM的Power系列，存储器主要包括DRAM、SRAM、SSD和硬盘等。
由于高性能计算机需要处理大规模数据运算，因此输入输出带宽也是一个重要考虑因素。
其次是内存。
内存的容量和速度决定了高性能计算机的运算速度和计算能力。
目前，较为流行的内存技术有DDR3、DDR4和HBM。
其中HBM是一种新型内存技术，将内存集成到了处理器中，大大提高了带宽和容量。
再来是网络。
高性能计算机需要在多个计算节点之间进行数据交换和通信，因此网络结构也是设计过程中的一个关键因素。
高性能计算机的网络主要分为两种：InfiniBand和Ethernet。
InfiniBand通常用于对延迟和带宽有极高要求的应用场合，例如HPC领域；而Ethernet则适用于规模较小的计算集群，如云计算。
二、软件开发与硬件设计不同，高性能计算机的软件开发更加复杂，因为涉及到并行编程、算法优化和性能评测等多个方面。
并行编程是高性能计算机软件开发的重要部分。
由于高性能计算机具有多个计算节点，因此需要采用并行编程模型，如MPI、OpenMP、CUDA等。
这些模型可以同时运行多个线程、进程或协处理器，并间接地增加计算速度和效率。
算法优化也是高性能计算机软件开发的一大难点。
由于高性能计算机在计算速度、存储能力和网络带宽等方面有着很大优势，因此针对这些方面的算法优化也是提高软件性能的可行途径。
性能评测也是高性能计算机软件开发的必要步骤。
高性能计算机的体系结构与设计高性能计算机的体系结构与设计一直是计算机领域的重要研究方向之一。
随着科学技术的不断进步和计算需求的增加，高性能计算机在科学研究、工程设计、天气预报、金融交易等领域发挥着重要作用。
本文将从计算机体系结构、并行计算、内存结构和输入/输出子系统等方面来探讨高性能计算机的体系结构与设计。
一、计算机体系结构高性能计算机的体系结构通常采用并行化设计，以提高计算速度和数据吞吐量。
其中，冯·诺依曼体系结构是当前使用最广泛的计算机体系结构。
它包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等组成部分。
另外，高性能计算机还采用多核处理器和分布式存储器等技术，在提高计算速度的同时，增加了系统的可扩展性和可靠性。
二、并行计算并行计算是高性能计算机的核心概念之一。
通过将计算任务划分为多个子任务，并在多个处理器上同时执行，可以大幅提升计算速度。
常见的并行计算模式包括任务并行、数据并行和流水线并行等。
同时，高性能计算机还采用了超级向量指令、多线程技术和SIMD指令等方法，进一步提高了计算效率。
三、内存结构内存结构对高性能计算机的性能影响重大。
一方面，内存容量越大，可以存储的数据越多，有利于并行运算中的数据共享。
另一方面，内存的读写速度也对计算速度有直接影响。
高性能计算机常用的内存结构包括层次化存储器结构、缓存技术和虚拟内存管理等。
四、输入/输出子系统输入/输出子系统是高性能计算机中与外部设备交互的重要组成部分。
高性能计算机对输入/输出的需求非常大，因此需要高速、高带宽的输入/输出通道。
一般采用高速网络和I/O总线等技术来实现数据的快速传输。
此外，为了提高输入/输出的效率，高性能计算机还引入了DMA（直接内存访问）和缓冲区技术。
总结：高性能计算机的体系结构与设计是一个综合性的课题，需要考虑到多个方面的因素。
通过合理的计算机体系结构、并行计算、内存结构和输入/输出子系统的设计，可以实现高性能计算机在各个领域的广泛应用。
高性能计算机的设计与优化高性能计算机已经成为现代科学、工程和商业领域中不可或缺的工具。
它们能够处理大规模的计算任务，并在短时间内提供准确可靠的结果。
因此，设计和优化高性能计算机变得至关重要。
本文将探讨高性能计算机的设计原理和优化措施，以及如何提高计算机的性能和效率。
高性能计算机的设计需要考虑硬件和软件两个方面。
在硬件方面，关键的要素包括处理器、内存、存储、网络和输入输出设备等。
为了实现高性能，需要选择最适合特定应用需求的处理器。
例如，图形处理器（GPU）在并行计算方面表现出色，适用于科学计算和机器学习等任务。
内存和存储器的容量和带宽也是决定性的。
较大和更快的内存和存储器可以更快地读取和写入数据，从而提高计算机的性能。
高性能计算机的优化涉及到软件层面的编程技巧。
并行计算是提高计算机性能的关键。
它可以将计算任务分成多个子任务，并在多个处理器上同时执行这些子任务。
利用并行计算，可以充分发挥计算机的性能潜力。
为了实现并行计算，需要采用合适的并行编程模型和工具。
常见的并行编程模型包括MPI（Message Passing Interface）和OpenMP（Open Multi-Processing）等。
这些模型可以帮助程序员管理并发访问共享资源、同步线程和通信等操作。
高性能计算机的设计和优化还需要考虑以下几个关键因素。
首先是能耗和散热问题。
在高性能计算中，大量的计算操作会产生大量的热量。
因此，需要在设计阶段合理规划电源和散热系统，以保证计算机的正常运行。
其次是数据管理和数据局部性。
高性能计算机需要处理大规模的数据集。
优化数据访问模式和提高数据局部性可以显著提高计算机的性能。
高性能计算机的设计和优化还需要考虑输入输出时延的问题。
高速的网络和存储设备可以减小输入输出时延，提高计算机的效率。
在实际应用中，高性能计算机的设计和优化可以应用于各个领域。
例如，在科学领域，高性能计算机广泛应用于模拟和建模、数据分析和计算机辅助设计等任务。
高性能计算机系统的设计与实现第一章：引言随着科技的进步和社会经济的发展，越来越多的计算和信息处理任务需要高性能计算机系统来完成。
高性能计算机系统是指能够达到高处理速度的计算机系统，其计算能力远远超过一般的个人计算机，能够满足科学计算、工程模拟、天气预报、金融预测等领域的需要。
本文将探讨高性能计算机系统的设计与实现。
第二章：高性能计算机系统的硬件组成高性能计算机系统的硬件组成包括处理器、存储器、输入输出设备和系统互连。
处理器是高性能计算机系统最核心的组成部分，它是计算机系统完成指令处理和数据运算的关键部件。
目前，市面上主要有x86和ARM两种类型的处理器，在高性能计算机系统中可以使用多个处理器组成并行计算集群，大幅提高计算速度。
存储器包括内存和外存，内存是存储器中处理器可以直接寻址的部分，可以实现快速数据读写。
外存是需要磁盘控制器等设备来访问的存储器。
使用大量的内存和存储器是提高高性能计算机系统性能的关键。
输入输出设备主要包括键鼠、显示器、打印机、网络设备等，它们是高性能计算机系统与用户交互的主要方式。
系统互连是高性能计算机系统中各个硬件模块之间通信的关键技术，它的主要目的是保证数据传输的高速和可靠性。
系统互连的技术包括高速总线、光纤互连、以太网技术等。
第三章：高性能计算机系统的软件环境高性能计算机系统的软件环境主要由操作系统、编译工具、并行软件库组成。
操作系统是高性能计算机系统中实现各种硬件资源共享、程序调度、文件管理等功能的关键软件。
常见的操作系统有Linux、Unix等。
编译工具是将程序源代码翻译成计算机可执行代码的关键软件，它们可以将程序源代码中的并行计算结构转换为计算集群中各个节点上的并行任务，以充分利用系统的计算资源。
并行软件库是为了方便并行编程、减少开发和维护成本而开发的软件。
常用的并行软件库包括OpenMP、MPI等。
第四章：高性能计算机系统实现的关键技术高性能计算机系统的实现需要应用一系列先进的技术，其中包括以下关键技术：1.并行计算技术：并行计算技术是实现高性能计算的基础，它可以在不同的处理器之间分配并发运算任务，从而加速计算速度。
高性能计算机的设计与应用在信息技术不断发展的今天，高性能计算机的设计与应用已经成为许多领域的重要需求。
高性能计算机不仅可以提供强大的计算能力，还可以支持复杂的数据处理和模拟，对于科学研究、工程设计、金融分析等领域发挥着重要作用。
本文将介绍高性能计算机的设计原理和应用案例，以及该技术在不同领域中的具体应用。
一、高性能计算机的设计原理高性能计算机的设计原理主要包括计算节点、交换网络和存储系统三个方面。
1. 计算节点计算节点是高性能计算机的核心组成部分，它包括高性能处理器、高速缓存和内存模块。
高性能处理器通常采用多核架构，可以支持多个并行计算任务。
高速缓存主要用于存储计算过程中频繁访问的数据，可大大提高计算效率。
内存模块则用于存储计算过程中的中间结果和临时数据。
2. 交换网络交换网络用于连接计算节点，实现节点之间的数据交换和通信。
在高性能计算机中，交换网络通常采用高速、低延迟的互连技术，如InfiniBand、光纤通道等。
这些互连技术可以提供高带宽和低延迟的数据传输，从而满足高性能计算的需求。
3. 存储系统存储系统用于存储计算过程中的数据和结果。
高性能计算机的存储系统通常包括并行文件系统、分布式文件系统和大容量磁盘阵列等。
这些存储系统可以提供大规模数据的存储和访问能力，支持高性能计算的数据处理需求。
二、高性能计算机的应用案例高性能计算机在科学研究、工程设计、金融分析等领域有广泛的应用。
以下是几个具体的应用案例。
1. 科学研究高性能计算机在科学研究中起到重要的作用。
例如，在天体物理学中，科学家们利用高性能计算机模拟宇宙形成和演化的过程，揭示了宇宙的奥秘。
在生物医学中，科学家们利用高性能计算机模拟蛋白质的折叠和相互作用，为新药的研发提供了重要的依据。
2. 工程设计高性能计算机在工程设计中可以大大减少设计周期和成本。
例如，在汽车工程中，工程师们利用高性能计算机进行车辆碰撞模拟和优化设计，提高了汽车的安全性能。
如何设计高性能计算机姓名： ** 学号： *******专业：电子信息工程题目：如何设计高性能计算机学院：信息工程学院指导老师： **摘要----------------------------------------------------2 关键词--------------------------------------------------2一、前言------------------------------------------------2二、发展历史--------------------------------------------31、萌芽阶段（1964-1975）2、向量机鼎盛阶段（1976-1990）3、MPP蓬勃发展阶段（1990年至今）三、工作原理--------------------------------------------4四、系统结构设计----------------------------------------4五、计算机获得高性能的途径------------------------------5六、操作系统--------------------------------------------5七、应用现状、市场--------------------------------------5八、参考文献--------------------------------------------6 致谢----------------------------------------------------6高性能计算机之所以称为高性能计算机，主要因为其兼备运算速度快、存储容量大、可靠性能高几大特征，简单的来说，也就是它跟微机与低档PC服务器相比而言具有性能、功能方面的优势。
不过高性能计算机也有高、中、低档之分，中档系统市场发展最快，从应用与市场角度来划分，中高档系统可分为两种，一种叫超级计算机，另一种叫超级服务器。
High performance computer is called high performance computer, mainly because it has fast computing speed, storage capacity, high reliability of several major features, simple, which is compared with the microcomputer and low-grade PC server has the advantages of performance, function. No high performance computer has high, medium and low-grade division, class system is the fastest growing market,from the angle of application and market division, in high-end systems can be divided into two kinds, one kind is called super computer, the other is called a super server.关键词：高性能计算机部件技术系统结构应用系统操作系统一、前言：高性能计算（High Performance Computing）目前是计算机科学的一个分支，随着信息化社会的飞速发展，人类对信息处理能力的要求越来越高，不仅石油勘探、气象预报、航天国防、科学研究等需求高性能计算机，而金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算机的需求迅猛增长。
正是由于对高性能计算的要求越来越高，导致其已经潜移默化地极大推动了高性能计算机的发展。
高性能计算机之所以称为高性能计算机，主要因为其兼备运算速度快、存储容量大、可靠性能高几大特征，简单的来说，也就是它跟微机与低档PC服务器相比而言具有性能、功能方面的优势。
不过高性能计算机也有高、中、低档之分，中档系统市场发展最快，从应用与市场角度来划分，中高档系统可分为两种，一种叫超级计算机，主要是用于科学工程计算及专门的设计，如Cray T3E；另一种叫超级服务器，可以用来支持计算、事务处理、数据库应用、网络应用与服务，如IBM的SP和国产的曙光2000。
二、发展历史：综观近年来高性能计算机的发展，其主要经历了三个发展阶段:萌芽阶段、向量机鼎盛阶段和大规模并行处理机（MPP）蓬勃发展阶段。
1、萌芽阶段（1964-1975）1964年诞生的CDC6600被公认为世界上第一台巨型计算机，其运算速度为1Mflops。
70年代初研制成功STAR-100向量机，这是世界上最早的向量机。
随后于1974年，诞生了世界上最早的SIMD阵列计算机--ILLIAC-IV并行机。
2、向量机鼎盛阶段（1976-1990）1976年，CRAY公司推出CRAY-1向量机，开始了向量机的蓬勃发展，其峰值速度为0.1Gflops.1985年，CRAY-2，1G flops1990年, SX-3,22G flops1991年，Cray-YMP-C90,16Gflops向量机处理对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线的充分利用，有利于多功能部件的充分利用，但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经不太可能。
3、MPP蓬勃发展阶段（1990年至今）就在传统向量机逐渐萎缩的同时，应来了大规模并行处理MPP机蓬勃发展的时代。
各种新技术层出不穷，大公司也纷纷介入。
这一时期的代表机型有：1989年，BBN公司的TC20001992年，Intel公司的Paragon，TMC公司的CM-51993年，Cray公司的T3D1994年，IBM公司的SP21996年，Cray公司的T3E，Hitachi公司的SR2201SGI公司的Origin2000，Intel公司的 ASCE RED其中，1996年12月宣布的ASCI RED，运算速度超过了万亿次/秒。
截至2000年6月，世界上已有14万亿次机，超过3000亿次机62台。
排名世界前10名的均为MPP，MPP已成为高性能计算机的主流产品。
三、工作原理高性能计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。
依此进行下去。
直至遇到停止指令。
程序与数据一样存贮，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作。
四、系统结构设计目前高性能计算机体系结构的主流是，通过将更多的处理器连接起来构建更大规模的并行系统。
网格是近年来计算机体系结构发展的一个重要方向，但是用网格技术的实现还存在很大的上升空间:一方面互联网连接的速度和带宽仍有待提高；另一方面是有效的网格体系模型和计算模型还没有建立。
网格的资源是分散和动态的，计算也是一种分散的、动态的过程，传统的并行共享内存或消息传递程序模式还不能直接有效的利用。
因此，高性能计算机的设计应从构成部件技术、系统结构与应用系统三个层面来考虑，同时为增强系统的可靠性、可用性、可维护性及性能价格比等特征,设计时需要对电耗性、冷却系统、机器体积与运行环境、造价等综合考虑。
然而集群这种兵航或分布式多处理系统，能够提供一种价格合理、具有高性能和高可靠性的并行计算方案，如图示：五、计算机获得高性能的途径1、提高部件性能及其限度，主要包括：cpu、内存、磁盘、网络；2、设计并行处理，做到设计优化、性能优化；3、开发局部性，这方面可以通过“空间局部性”（cache内的数据块、内存中、结点中、本地机器内）、“时间局部性”（最近用到的数据）来实现；4、周期隐藏。
六、操作系统：高性能计算的操作系统由最初的Unix操作系统为主，目前随着集群架构的逐渐广泛和Linux操作系统的逐渐成熟，Linux操作系统逐渐成为高性能计算机的主流，占到80%以上的市场份额。
为了使得集群系统有较好的兼容性，可以配置多种操作系统，如linux，Windows HPC server等。
七、应用现状、市场总的说来，高性能计算机在国内的应用还比较落后，主要原因在于装备不足、联合和配套措施不力及宣传教育力度不够。
首先，国内高性能计算机的装机量明显不足。
1997年世界高性能计算机的销售额美国约为220亿美元，中国约为7亿美元。
美国的微机销售额约占世界市场的38%，高性能计算机占世界的34%，均高于其GDP所占世界份额（25%左右）。
中国的微机销售额约占世界市场的3%，高于中国GDP的份额（2.6%）；但中国高性能计算机销售额所占世界份额仅为1%左右，低于GDP的份额。
从另一个角度看，中国的微机市场接近美国的1/10，但中国的高性能计算机市场不到美国的1/30。
装备不足严重影响了高性能计算机应用的开发和人才的培养，这些反过来又影响了高性能计算机的使用和装备。
值得庆幸的是，随着网络化和信息化工作的深入，国内社会已开始意识到高性能计算机的重要性。
1999年，中国高性能计算机的市场销售额猛增了50%以上。
不过通过这十几年的发展，我们国家高性能计算机应用已经有了突飞猛进的进步，相信在未来的几年里，其应用一定会更加广泛，并且它的市场前景也是很不错的。
八、参考文献[1] 王移芝，罗四维．大学计算机基础教程．北京：高等教育出版社，2004[2] 杨振山，龚沛曾．大学计算机基础（第四版）．北京：高等教育出版社，2004[3] 冯博琴，大学计算机基础．北京：高等教育出版社，2004[4] 李秀等，计算机文化基础（第5版）．北京：清华大学出版社，2005[5] June jamrich Parsons，Dan Oja．计算机文化．北京：机械工业出版社，2001[6] 冯博琴．大学计算机．北京：中国水利水电出版社，2005[7] 丁照宇等．计算机文化基础．北京：电子工业出版社，2002[8] 张尧学等．计算机操作系统教程．北京：清华大学出版社，2002[9] 陶树平等．计算机科学技术导论．高等教育出版社，2002年致谢：在着笔之前，真的是无从下手，后来自己就在网上查阅资料，这个过程中使我学到了大量的知识，同时也看到了自己的不足之处。
在这次论文写作过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在学习的过程中，老师上课渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维也给我深深地启迪。
同时也谢谢帮助过我的同学，谢谢你们耐心地帮助我解决一个个困惑。
