4100131—謝虹宇—淺談?dòng)?jì)算機(jī)硬件新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

1、4100131 謝虹宇 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)大作業(yè)淺談?dòng)?jì)算機(jī)硬件新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)4100131 謝虹宇【摘要】本文首先通過認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)硬件的五大功能部件，進(jìn)一步了解PC機(jī)中常見的硬件架構(gòu)，旨在深入了解計(jì)算機(jī)各種常見硬件的新技術(shù)，從而預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展趨勢(shì)，最后從處理器和存儲(chǔ)器上詳細(xì)說明其未來的發(fā)展趨勢(shì)。【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)硬件 新技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)Abstract:Firstly,through understanding of the five major functional components of computer hardware.Then ,further understand the ha

2、rdware framework which commonly being seen in PC.After that,we can well know about the new technology of hardware.At last,I will share the processor and memory of future development trend with you.Keywords: Computer hardware; New technology; Development trend1.初識(shí)計(jì)算機(jī)硬件1.1計(jì)算機(jī)硬件五大功能部分1.1.1運(yùn)算器 運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯

3、單元（Arithmetic Logic Unit簡(jiǎn)稱ALU）。它是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，包括算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除等）和邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或、比較等）。 1.1.2控制器 控制器負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令，并對(duì)指令進(jìn)行譯碼；根據(jù)指令的要求，按時(shí)間的先后順序，負(fù)責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號(hào)，保證各部件協(xié)調(diào)一致地工作，一步一步地完成各種操作。控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、操作控制器等組成。 硬件系統(tǒng)的核心是中央處理器（Central Processing Unit，簡(jiǎn)稱 CPU）。它主要由控制器、運(yùn)算器等組成，并采用大規(guī)模集成電路工藝制成的芯片，又稱微處理器芯片。 1.1

4、.3存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)記憶或暫存數(shù)據(jù)的部件。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括原始的輸入數(shù)據(jù)。經(jīng)過初步加工的中間數(shù)據(jù)以及最后處理完成的有用信息都存放在存儲(chǔ)器中。而且，指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序，即規(guī)定對(duì)輸入數(shù)據(jù)如何進(jìn)行加工處理的一系列指令也都存放在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器分為內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和外存儲(chǔ)器（外存）兩種。1.1.4輸入設(shè)備 輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。它是重要的人機(jī)接口，負(fù)責(zé)將輸入的信息（包括數(shù)據(jù)和指令）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼，送入存儲(chǔ)器保存。 1.1.5輸出設(shè)備 輸出設(shè)備是輸出計(jì)算機(jī)處理結(jié)果的設(shè)備。在大多數(shù)情況下，它將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換成便于人們識(shí)別的形式。1.2 PC機(jī)的硬件架構(gòu)及其功能

5、計(jì)算機(jī)硬件是指有形的物理設(shè)備，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱。 它包括：中央處理器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、總線等五個(gè)部分。 （1）中央處理器：用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，是計(jì)算機(jī)的執(zhí)行單元。 （2）主存儲(chǔ)器：也稱內(nèi)存，直接與CPU相連，是計(jì)算機(jī)中的工作存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)當(dāng)前正在運(yùn)行的程序與數(shù)據(jù)必須存放在主存內(nèi)。存取速度快，但存儲(chǔ)容量小。 （3）輔助存儲(chǔ)器：也稱外存，存儲(chǔ)容量大，幾乎存放計(jì)算機(jī)中所有的信息，在計(jì)算機(jī)實(shí)際執(zhí)行程序和加式處理數(shù)據(jù)時(shí)，輔助存儲(chǔ)器中的信息需要先傳送入內(nèi)存后才能被CPU使用。 （4）輸入輸出設(shè)備：簡(jiǎn)稱I/O設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與外界聯(lián)系的橋梁，輸入設(shè)備是指能

6、向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入信息的設(shè)備，包括鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。輸出設(shè)備是指能從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)國輸出信息的設(shè)備，包括顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。 （5）總線：是連接計(jì)算機(jī)中CPU、內(nèi)存、輔存、各種輸入輸出部件的一組物理信號(hào)線及其相關(guān)的控制電路，是計(jì)算機(jī)中用于在各部件間運(yùn)載信息的公共機(jī)構(gòu)。 （6）常見的PC機(jī)硬件架構(gòu)及功能 （見圖1和圖2）主板-相當(dāng)于軀干,所有內(nèi)置配件都在上面 CPU -負(fù)責(zé)處理信息,相當(dāng)于人的大腦 內(nèi)存條-儲(chǔ)存CPU要處理的臨時(shí)信息(現(xiàn)在一般用512M,1024MB) 硬盤-儲(chǔ)存數(shù)據(jù)（文件）用的(現(xiàn)在一般用160G,200G); 顯卡-負(fù)責(zé)將圖像顯示到顯示器上(有些用戶不用獨(dú)立顯卡的,比如就

7、用來辦公、上網(wǎng)、聊天用的用集成顯卡就夠用了,對(duì)于玩游戲的用戶來說當(dāng)然是獨(dú)立顯卡的比較好,常見GeForce6600GT,GeForce 7300GT等); 光驅(qū)-放光盤用的,也包括刻錄機(jī)(軟件光盤、游戲光盤、VCD DVD等 光驅(qū)有CD光驅(qū) 還有DVD 還有刻錄機(jī)); 網(wǎng)卡-上網(wǎng)或局域網(wǎng)用的,現(xiàn)在大多主板都已集成了; 聲卡-負(fù)責(zé)把聲音數(shù)據(jù)傳到音響上播放 圖1圖22.計(jì)算機(jī)硬件新技術(shù)目前計(jì)算機(jī)的發(fā)展都是朝著體積更小，運(yùn)算操作更快，系統(tǒng)工作更穩(wěn)定的方向，計(jì)算機(jī)硬件的技術(shù)革新也是順應(yīng)了這些需求的。下面我將從CPU,主板，顯卡，顯示器，硬盤，光驅(qū)等方面逐一介紹。2.1 CPU現(xiàn)行CPU可分為嵌入式，通

8、用式和微控制式三種。我們?nèi)粘Ｊ褂玫母咝阅苡?jì)算機(jī)采用的是通用式CPU。由于現(xiàn)在人們對(duì)于視聽享受的追求日益增加，現(xiàn)在市場(chǎng)上CPU主要技術(shù)發(fā)展方向是多核心技術(shù)。目前，多核技術(shù)以雙核技術(shù)最為成熟。所謂雙核，就是使計(jì)算機(jī)在物理上擁有兩個(gè)核心實(shí)現(xiàn)多線程工作：每個(gè)核心都擁有自己完整的資源，可以獨(dú)立完成所有工作。這種技術(shù)可以讓處理資源真正實(shí)現(xiàn)并行處理，在3D游戲性能，多媒體應(yīng)用等方面取得了顯著突破。2.2 主板 主板的技術(shù)發(fā)展主要是在于超頻方面。近年來，微星，升技，華碩，技嘉都研發(fā)出了最新的超頻技術(shù)。 微星的動(dòng)態(tài)超頻技術(shù)以CoreCell這個(gè)獨(dú)立芯片為依托，從而產(chǎn)生了D.O.T技術(shù)。該款技術(shù)所具備的動(dòng)態(tài)超頻技

9、術(shù)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理器的占用率，并自動(dòng)調(diào)整處理器的運(yùn)行頻率，因此，動(dòng)態(tài)超頻的幅度是在處理器可接受范圍內(nèi)的，所以此技術(shù)比常規(guī)超頻更穩(wěn)定安全。升技的超頻技術(shù)同樣依賴于處理器上的獨(dú)立芯片，此芯片與其超頻技術(shù)同名，稱為Guru技術(shù)。其包含有超級(jí)強(qiáng)大的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，超頻，系統(tǒng)控制功能，控制方式可以由客戶自己選擇。更加簡(jiǎn)單方便。華碩推出了一種叫做AI N.O.S的技術(shù)，它屬于華碩AI（人工智能）系列技術(shù)中的組成部分，可以讓處理器在系統(tǒng)負(fù)載增加時(shí)主動(dòng)激活動(dòng)態(tài)超頻功能，待任務(wù)完成后自動(dòng)恢復(fù)為一般運(yùn)行模式。該技術(shù)具備更加精準(zhǔn)的處理器電流偵測(cè)技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生任何反應(yīng)延遲或錯(cuò)誤超頻狀況。其超頻幅度和使用安全性都有顯著提升。技

10、嘉的C.I.A技術(shù)，又叫智能型CPU效能加速器。在此功能開啟后，主板會(huì)隨著預(yù)先設(shè)定的超頻幅度，智能的依據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的多少來自動(dòng)加速處理器的運(yùn)算能力。 由此可知：現(xiàn)在的主板主要技術(shù)發(fā)展集中于超頻領(lǐng)域，目標(biāo)是是超頻更加自主，智能，增加其安全穩(wěn)定系數(shù)，即在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和人工智能上做主要研究。2.3 顯卡 現(xiàn)在主板技術(shù)發(fā)展集中于超頻領(lǐng)域，主板的超頻對(duì)于顯卡的要求就更高了，因此現(xiàn)在顯卡也在超頻和圖像顯示性能上出現(xiàn)了大的技術(shù)革新。 顯卡超頻領(lǐng)先者當(dāng)屬NVIDIA了，其超頻一般依賴于RivalTuner這款軟件。該軟件可以通過修改注冊(cè)表項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)顯卡畫質(zhì)的提升（顯卡性能保持不變），還針對(duì)初級(jí)用戶設(shè)置了多種顯卡優(yōu)化

11、的選項(xiàng)，是我們可以輕松的從各個(gè)方面對(duì)顯卡進(jìn)行優(yōu)化。微軟推出了一款DirectX 10的圖形API，其最大的結(jié)構(gòu)變化就是在圖形流水線幾何處理階段增加了幾何著色器來處理圖元。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，這部分任務(wù)是由CPU來完成的。目前，Radeon X1800XT的浮點(diǎn)運(yùn)算能力是Pentium 4 3GHz的7倍。因此，把這些任務(wù)交給GPU來處理，無疑大大提升了系統(tǒng)的整體性能！顯卡目前似乎沒有獨(dú)立與其他系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，其主要技術(shù)革新依附于主板性能的提升，目的主要是適應(yīng)主板的發(fā)展。2.4 顯示器 顯示器作為電腦與使用者直接溝通的部分，目前的發(fā)展主要是使使用者的使人性化，健康化。這之中最新的發(fā)展在于視覺有利性

12、方向。LG.Philips最新推出了一種可以防污的LCD顯示器，它使用了一種類似于無筆芯油性筆的新技術(shù)制造出來的LCD面板，上面不會(huì)有油污，灰塵甚至指紋及持久性墨水，解決了LCD顯示器使用者長(zhǎng)久以來的困擾。可以說是顯示器領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展了！2.5 硬盤 Inter最新拿出了一項(xiàng)名為“Robson”的技術(shù)，借助使用NAND閃存作為硬盤緩存區(qū)，打到大幅度提高數(shù)據(jù)讀寫速度的目的。與此同時(shí)，三星研發(fā)了一種以閃存為緩沖的Hybrid混合硬盤方案。除采用高速NAND閃存外，Inter還采用了多通道總線，將多枚NAND芯片捆綁在一起并行讀寫，這樣便大幅度提高了閃存的讀寫效能。硬盤作為存儲(chǔ)設(shè)備，其發(fā)展基本在

13、于提高存儲(chǔ)，讀寫速度方面，以上便是硬盤最新的技術(shù)發(fā)展。2.6 光驅(qū)國際市場(chǎng)上的電腦光驅(qū)一直以來都采用進(jìn)出倉式機(jī)芯，最近深圳錦鋒隆數(shù)碼技術(shù)公司開發(fā)出了OVK精密磁力吸入式機(jī)芯。其最大優(yōu)點(diǎn)在于低噪音性能，大小盤片可兼容，讀寫盤片質(zhì)量好。目前應(yīng)用此技術(shù)的電腦已經(jīng)投放市場(chǎng)。以上便是計(jì)算機(jī)主要硬件最新技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，由以上技術(shù)的特性可以看出，計(jì)算機(jī)在可預(yù)見的未來的發(fā)展趨勢(shì)：是向著體積更小，運(yùn)算操作更快，系統(tǒng)工作更穩(wěn)定的方向發(fā)展的，未來的計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多程序并行，高超頻運(yùn)轉(zhuǎn)，高畫質(zhì)，低熱量，高讀寫速度，大存儲(chǔ)量，兼容式播放的目標(biāo)。3.計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展趨勢(shì)之處理器與存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方

14、面的發(fā)展，一是研制新型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)提高并行計(jì)算和處理能力，并特別體現(xiàn)在智能體系結(jié)構(gòu)的理論和應(yīng)用方面，其次以硬件或固為發(fā)展主線的大規(guī)模集成電路的研制和開發(fā)。而這里主要從處理器，存儲(chǔ)器兩方面的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。3.1 處理器的發(fā)展趨勢(shì) Intel會(huì)繼續(xù)以摩爾定律為基準(zhǔn)開發(fā)處理器產(chǎn)品，但是隨著CPU線寬的逐漸減小，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)生量子效應(yīng)。我們需要尋求新的技術(shù)，新的材料來解決微觀世界產(chǎn)生的量子問題。CPU將會(huì)向多核心發(fā)展，提高其性能。CPU不在靠單一的提高主頻來提高性能，而是通過集成更多的核心來提高其性能。未來可能會(huì)生產(chǎn)出6核8核甚至更多核心的CPU。高能低耗。CPU的性能會(huì)逐步提升，但

15、是處理器廠商會(huì)利用各處技術(shù)降低CPU的功耗和處理器的電壓。 CPU集成度會(huì)繼續(xù)提高，目前intel，AMD以及開始將顯卡逐步集成在CPU內(nèi)部。未來會(huì)將CPU和GPU整合在一起，生產(chǎn)出性能更進(jìn)一步的產(chǎn)品；同時(shí)CPU將會(huì)可能整合內(nèi)存到CPU片內(nèi)。 新的酷睿移動(dòng)處理器采用英特爾的5系列芯片組PM55/ HM55/HM57。新的Calpella平臺(tái)其基本架構(gòu)由新酷睿移動(dòng)處理器和5系列芯片組構(gòu)成。新的5系列芯片組由于新酷睿移動(dòng)處理器集成了內(nèi)存控制單元（IMC），所以在采用5系列芯片組的主板上，將不會(huì)看到北橋芯片的存在，取而代之的則是被稱為平臺(tái)控制單元（Platform Controller Hub，PC

16、H）的單芯片設(shè)計(jì)。而時(shí)下主流的迅馳2代Montevina移動(dòng)平臺(tái)，其基本架構(gòu)則是由Penryn核心處理器、4系列芯片組（包括MCH與ICH芯片）共同構(gòu)成，與5系列芯片組相比，迅馳2平臺(tái)在核心芯片的數(shù)量上要多出一個(gè)。從2006年開始，處理器領(lǐng)域已進(jìn)入一個(gè)全新的多核時(shí)代，雙核處理器的出現(xiàn)標(biāo)志著以主頻論英雄的年代正式結(jié)束，無論是業(yè)界巨擎Intel還是AMD都已經(jīng)明確表示，今后CPU將會(huì)是雙核乃至多核的世界。多核設(shè)計(jì)正在為摩爾定律帶來新的生命力。多核化趨勢(shì)正在改變IT計(jì)算的面貌，與傳統(tǒng)的單核CPU相比，多核處理器有助于突破當(dāng)今單核技術(shù)的性能局限，為處理今后更先進(jìn)的軟件提供足夠的性能和能力并且多核CPU

17、帶來了更強(qiáng)的并行處理能力、更高的計(jì)算密度和更低的時(shí)鐘頻率，并大大減少了散熱和功耗,能帶來更多的性能和生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)。多核處理器提供了高性價(jià)比和高效節(jié)能的技術(shù)，可以解決當(dāng)今處理器設(shè)計(jì)所面臨的各種挑戰(zhàn)。同時(shí)多核處理器在推動(dòng)PC安全性和虛擬技術(shù)方面起到關(guān)鍵作用，為虛擬技術(shù)的發(fā)展能夠提供更好的保護(hù)、更高的資源使用率和更可觀的商業(yè)計(jì)算市場(chǎng)價(jià)值。AMD在剛剛結(jié)束的分析師會(huì)議上透露了未來幾年內(nèi)處理器發(fā)展的方向，他們的新計(jì)劃將超越現(xiàn)在的多核架構(gòu)，向著加速處理單元的方向發(fā)展。今年的IDF大會(huì)上，英特爾曾向與會(huì)者展示了擁有80個(gè)核心的處理器晶圓，并稱未來將集成成百上千個(gè)微核心。綜上，從處理器的發(fā)展來說，雙核和多核的出

18、現(xiàn)和應(yīng)用是必然的，從市場(chǎng)需要上看，雙核和多核也是符合市場(chǎng)需要的，處理器生產(chǎn)廠商也同時(shí)大力推廣雙核和多核處理器，從目前發(fā)展形勢(shì)上看，雙核和多核處理器已經(jīng)顯露出自己無可比擬的優(yōu)勢(shì)。未來的科技發(fā)展也寄予了雙核和多核處理器更多的厚望。這些都預(yù)示著雙核以及多核處理器是未來市場(chǎng)主流處理器的發(fā)展趨勢(shì)，我們有理由相信，雙核和多核處理器的將有輝煌的明天。3.2 存儲(chǔ)器的發(fā)展存儲(chǔ)器的發(fā)展具有更大、更小、更低的趨勢(shì)，這在閃速存儲(chǔ)器行業(yè)表現(xiàn)得尤為淋漓盡致。借助于先進(jìn)工藝的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)lashM e m o r y 的容量可以更大： N O R 技術(shù)將出現(xiàn)256Mb的器件，NAND和AND技術(shù)已經(jīng)有1Gb的器件；同時(shí)芯片的

19、封裝尺寸更小：從最初DIP封裝，到PSOP、SSOP、TSOP封裝，再到BGA封裝，F(xiàn)lash Memory已經(jīng)變得非常纖細(xì)小巧；先進(jìn)的工藝技術(shù)也決定了存儲(chǔ)器的低電壓的特性，從最初12V的編程電壓，一步步下降到5V、3.3V、2.7V、1.8V單電壓供電。這符合國際上低功耗的潮流，更促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品的發(fā)展。（1）HDD-SSD共存互補(bǔ)近年媒體上常有SSD挑戰(zhàn)HDD的報(bào)道，事實(shí)上，在未來一段時(shí)間內(nèi)，兩者不完全是替代的關(guān)系，而將是共存互補(bǔ)的關(guān)系。自從上世紀(jì)70年代初IBM首先開發(fā)出24英寸HDD之后，80年代初，Seagate公司推出世界第一臺(tái)5.25英寸HDD，跨入90年代后，為適應(yīng)尺寸更小的筆記本電腦等的應(yīng)用，無論5.25英寸還是3.5英寸的都還嫌大，于是又相繼出現(xiàn)了2.5英寸、1.8英寸、1.3英寸、甚至1英寸等眾多產(chǎn)品。2001年蘋果公司推出iPod后，曾先后配置1.8英寸和1英寸的HDD，但2005年上市的iPod nano便棄用HDD而釆用了4GB的NAND，使1英寸HDD受到很大打擊。的確，NAND從主要應(yīng)用于移