计算机硬件现状及其发展趋势

计算机硬件现状及其发展趋势计算机硬件的现状和发展趋势随着信息技术的不断发展，计算机在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。通过对现有技术以及计算机领域尖端科技的研究分析，我们可以看到计算机的发展趋势将朝着超高速、超小型、平行处理和智能化的方向发展。量子、光子、分子和纳米计算机将具备感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使得计算机进入人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，加速光互联网的发展，并对人类社会产生深远影响。计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按照系统结构的要求构成一个有机整体，为计算机软件运行提供物质基础。简而言之，计算机硬件的功能是输入、存储程序和数据，并执行程序将数据加工成可利用的形式。计算机硬件的基本构件：尽管计算机制造技术发生了巨大变化，但在基本的硬件结构方面，仍然延续着冯·诺伊曼的传统框架。即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本构件组成。1.运算器：运算器是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）。2.控制器：控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行解码；根据指令的要求，按照时间顺序向其他各部件发出控制信号，确保各部件协调一致地工作，逐步完成各种操作。控制器主要由指令寄存器、解码器、程序计数器、操作控制器等组成。3.存储器：存储器是计算机系统中的记忆设备，用于存放程序和数据。计算机中的所有信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。4.输入设备：输入设备是向计算机输入信息的设备。它是重要的人机接口，负责将输入的信息转换成计算机可识别的二进制代码，送入存储器保存。常用的输入设备包括键盘和鼠标。5.输出设备：输出设备是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。常用的输出设备包括显示器和打印机。计算机硬件的发展以用于构建计算机硬件的元器件的发展为主要特征，而元器件的发展与电子技术的发展密切相关。每当电子技术有突破性进展时，都会推动计算机硬件的重大变革。因此，计算机硬件发展史中的“代”通常以所使用的主要器件，如电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路来划分。中国计算机硬件体系结构的发展主要体现在两个方面的发展，一是研制新型计算机体系结构，提高并行计算和处理能力，并特别体现在智能体系结构的理论和应用方面，其次以硬件或固件为发展主线的大规模集成电路的研制和开发。而这里主要从处理器，存储器和外围设备三方面的发展现状和发展趋势进行探讨。中国现代计算机硬件中，外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以上，其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。外围设备技术的综合性很强，既依赖于电子学、机械学、光学、磁学等多门学科知识的综合，又取决于精密机械工艺、电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。外围设备包括辅助存储器和输入输出设备两大类。辅助存储器包括磁盘、磁鼓、磁带、激光存储器、海量存储器和缩微存储器等;输入输出设备又分为输入、输出、转换、、模式信息处理设备和终端设备。在这些品种繁多的设备中，对计算机技术面貌影响最大的是磁盘、终端设备、模式信息处理设备和转换设备等。中国计算机硬件产业包括两大部门，即计算机制造业和计算机服务业。后者又称为信息处理产业或信息服务业。计算机产业是一种省能源、省资源、附加价值高、知识和技术密集的产业，对于国民经济的发展、国防实力和社会进步均有巨大影响。因此，不少国家采取促进计算机产业兴旺发达的政策。中国现代计算机硬件的诞生和发展现代计算机问世之前，计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段中国电子数字计算机问世以后，模拟计算机仍然继续有所发展，并且与数字计算机相结合而产生了混合式计算机。模拟机和混合机已发展成为现代计算机的特殊品种，即用在特定领域的高效信息处理工具或仿真工具。20世纪中期以来，计算机硬件一直处于高速度发展时期，计算机由仅包含硬件发展到包含硬件、软件和固件三类子系统的计算机系统。计算机系统的性能—价格比，平均每10年提高两个数量级。计算机种类也一再分化，发展成微型计算机、小型计算机、通用计算机(包括巨型、大型和中型计算机)，以及各种专用机(如各种控制计算机、模拟—数字混合计算机)等。在中国现代计算机硬件中，外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以上，其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。外围设备技术的综合性很强，既依赖于电子学、机械学、光学、磁学等多门学科知识的综合，又取决于精密机械工艺、电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。中国计算机硬件是一种按程序自动进行信息处理的通用工具，它的处理对象是信息，处理结果也是信息。利用计算机解决科学计算、工程设计、经营管理、过程控制或人工智能等各种问题的方法，都是按照一定的算法进行的。这种算法是定义精确的一系列规则，它指出怎样以给定的输入信息经过有限的步骤产生所需要的输出信息。计算机硬件的核心技术是微电子技术和光电子技术。1995年0。35μm设计规则已经成为微电子技术的商用技术，1998年将普遍使用0。25μm设计规则。由此，CPU的集成度已可达单片1000万个晶体管以上，工作频率已经超过600MHz;256MbDRAM芯片则已成为主流存储器件，中档PC的主存储器的容量已超过32MB。随着微电子技术继续飞速发展，主题的体积越来越小，速度越来越高，容量越来越大功耗越来越低，可靠性越来越高。输入设备和输出设备则朝高性能，多样化，智能化和多媒体方向发展。辅助存储器则继续朝大容量，高速度方向发展。自从计算机诞生以来，硬件在计算机系统成本中一直占主要比重，直到进入80年代才开始发生明显的变化。由于软件在计算机系统中的地位日趋重要，其开发成本也越来越高，从而使得它在计算机系统成本中的比重迅速提高，进入90年代已逐渐与硬件平分秋色。从计算机硬件角度看，主机部分无论从重要性还是从成本看，其主导地位一直保持到70年代中期。后来，作为计算机的“手足”，“感官”和“数据仓库”的外围设备重重要性日益增长，新型高性能品种不断涌现，加上数据库技术的成熟要求越来越大的辅助存储器，从而使得外围设备在硬件成本中的比重越来越大。特别是由于输入设备和输出设备的发展，人同计算机的界面越来越友好。起初人们只能用枯燥的数字，文字同计算机打交道;80年代图形用户接口(GUI)技术的成熟将人们带进了“图文并茂”的多媒体时代。人们不再感到计算机只是一部冰冷的机器了。需要指出的是，外围设备中已越来越多地嵌入微处理器和软件进行控制以达到智能化和高性能的目标，另一方面也常常将原属外围设备或外围设备控制器的部分功能直接设计进CPU，以降低成本和改善性能。下面，就让我们来看看中国计算机硬件的发展趋势。未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。作为Moore定律驱动下成功企业的典范Inter预计2001年推出1亿个晶体管的微处理器，并预计在2010年推出集成10亿个晶体管的微处理器，其性能为10万MIPS(1000亿条指令/秒)。而每秒100万亿次的超级计算机将出现在本世纪初出现。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的要害技术。同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判定能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段(如语音输入、手写输入)外，让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现，虚拟