計算機硬件的發(fā)展趨勢

張睿

摘 要：隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機系統(tǒng)結構中軟硬件比例的功能分配也在不斷的發(fā)生著變化，該文簡單論述了在當前計算機技術的前提下，計算機軟、硬件的發(fā)展趨勢：隨著硬件的成本降低、軟件成本的提高，硬件比重將會越來越大，性能更好。

關鍵詞：硬件 芯片 性能

中圖分類號：TP302.1G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0031-01

新一代計算機硬件是把信息采集存儲處理、通信和人工智能結合在一起的智能計算機系統(tǒng)。它不僅能進行一般信息處理，而且能面向知識處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學習和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領域和獲得新的知識。目前，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機有著越來越方便、越來越人性化、越來越自動化、越來越容易操作的趨勢。

雖然計算機的制作技術已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，但在基本結構上，一直沿襲著馮.諾依曼的傳統(tǒng)架構，即計算機硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大基本構件組成。計算機硬件體系結構的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面的發(fā)展，一個是研制新型的計算機體系結構，提高并行計算和處理能力，其次是以硬件或固件為發(fā)展主線的大規(guī)模集成電路的研制和開發(fā)。

（1）軟、硬件的功能分配是計算機系統(tǒng)結構的主要任務，而軟件和硬件在邏輯功能上又是等效的。從原理上講，軟件的功能可以用硬件或固件完成，而硬件的功能也可以由軟件模擬實現(xiàn)。提高硬件功能的比例可提高解題速度，減少程序所需存儲空間，但會增加硬件成本；提高軟件功能的比例可減低硬件成本，提高系統(tǒng)的靈活性，但解題速度會下降，而且軟件設計費用和所需的存儲器用量也要增加。計算機硬件成本不斷下降，軟件成本的不斷上升，計算機的硬件越來越便宜，軟件越來越昂貴，因此，計算機系統(tǒng)朝著硬件比例越來越大的趨勢發(fā)展。

（2）硬件的發(fā)展就是在不斷的追求體積更小巧、集成度更高、性能更好、生產(chǎn)更快速、價格更低廉的芯片。現(xiàn)在處理器的發(fā)展真可謂日新月異，CPU對于計算機對計算機性能的發(fā)揮起著至關重要的作用，所以不斷的提高CPU的性能將對電腦的性能起到巨大的推動作用。計算機硬件的核心技術是微電子技術和光電子技術。從1995年以來，芯片制造工藝的發(fā)展十分迅速，新的生產(chǎn)工藝可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面積的情況下，使用更精細的生產(chǎn)工藝可以比老工藝大大增加的晶體管數(shù)量，并可以擴展新的功能采用最新制造工藝后，相同晶體管會占據(jù)更小的面積，使一塊晶元能夠切割出更多處理器，使整體處理器成本降低，直接結果就是單顆處理器售價降低。同時，速度越來越快，功耗越來越小。納米技術的運用也使這些電器產(chǎn)品更加智能化，功能更多。整合性的東西越來越多，如聲卡、顯卡、網(wǎng)卡都地整合到主板上，這樣可以使電腦的價格更加便宜。

隨著信息時代的到來，各層次的電腦用戶對電腦的性能提出了更高的要求。在市場需求上看，無論是企業(yè)用戶，還是個人用戶，多任務、多線程的應用越來越廣泛，傳統(tǒng)的單核處理器在同時處理多個線程的時候顯得力不從心，提升處理器多任務處理能力是迫切需要解決的問題。雙核和多核處理器能大幅度提高了PC的工作效率。這也就表明雙核和多核也是未來科技發(fā)展的必然需要。

（3）存儲器的發(fā)展也具有容量大，體積小、價格低的趨勢。隨著信息量的不斷增加，對數(shù)據(jù)的存儲需求提出了更高的要求。存儲器的發(fā)展將更多的關注速度和可靠性的提高，要具有更好的擴展性。借助于先進的工藝優(yōu)勢，存儲芯片的封裝尺寸更小，也決定了存儲器的低電壓特性，更促進了便攜式產(chǎn)品的發(fā)展。

（4）隨著微電子技術的飛速發(fā)展，計算機的體積越來越小，速度越來越高，容量越來越大，功耗越來越低，可靠性越來越好，輸入輸出設備也朝著高性能、多樣化、智能化和多媒體方向發(fā)展。同時，隨著計算機輸入、輸出設備的發(fā)展，人機界面越來越友好。一方面外圍設備中也已越來越多地嵌入微處理器和軟件進行控制以達到智能化和高性能的目標，另一方面也常常將原屬于外圍設備或外圍設備控制器的部分功能直接設計進CPU，以便降低成本和改善性能。

迅猛發(fā)展的計算機硬件技術，為計算機軟件的不斷更新創(chuàng)造了良好的平臺。未來計算機的發(fā)展，應更進一步縮短高級語言與機器語言、操作系統(tǒng)與系統(tǒng)結構，程序設計環(huán)境域系統(tǒng)結構之間的語義差距，這些差距是用軟件來填補的，語義差距的大小實質(zhì)上取決于軟、硬件功能的分配，差距小了，系統(tǒng)結構對軟件的支持就加強了。軟件跟上硬件的發(fā)展步伐還需要時間。目前，隨著數(shù)字模擬融合、微機電融合、電路板硅片融合、硬軟件設計融合的趨勢，新一代集成電路技術和IP核產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行，嵌入式整機的開發(fā)工作也從傳統(tǒng)的硬件為主變?yōu)檐浖橹鳎度胧杰浖陌l(fā)展將成為主流，會有超長的生命周期。

參考文獻

[1] 耿增民.計算機硬件技術基礎[M].2版.人民郵電出版社，2012.

[2] 鄒逢興，陳立剛.計算機硬件基礎[M].高等教育出版社，2006.

[3] 李密生，韓坤.計算機硬件及組裝維護[M].清華大學出版社，2011.endprint