計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展趨勢(shì)

張睿

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的前提下，計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展趨勢(shì)：隨著硬件的成本降低、軟件成本的提高，硬件比重將會(huì)越來越大，性能更好。

關(guān)鍵詞：硬件 芯片 性能

中圖分類號(hào)：TP302.1G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0031-01

新一代計(jì)算機(jī)硬件是把信息采集存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅能進(jìn)行一般信息處理，而且能面向知識(shí)處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領(lǐng)域和獲得新的知識(shí)。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)有著越來越方便、越來越人性化、越來越自動(dòng)化、越來越容易操作的趨勢(shì)。

雖然計(jì)算機(jī)的制作技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，但在基本結(jié)構(gòu)上，一直沿襲著馮.諾依曼的傳統(tǒng)架構(gòu)，即計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本構(gòu)件組成。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)方面的發(fā)展，一個(gè)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，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)，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(shí)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(chǔ)空間，但會(huì)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(huì)下降，而且軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用和所需的存儲(chǔ)器用量也要增加。計(jì)算機(jī)硬件成本不斷下降，軟件成本的不斷上升，計(jì)算機(jī)的硬件越來越便宜，軟件越來越昂貴，因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)朝著硬件比例越來越大的趨勢(shì)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(jià)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(duì)于計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用，所以不斷的提高CPU的性能將對(duì)電腦的性能起到巨大的推動(dòng)作用。計(jì)算機(jī)硬件的核心技術(shù)是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)。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(xì)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(kuò)展新的功能采用最新制造工藝后，相同晶體管會(huì)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(jié)果就是單顆處理器售價(jià)降低。同時(shí)，速度越來越快，功耗越來越小。納米技術(shù)的運(yùn)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(jià)格更加便宜。

隨著信息時(shí)代的到來，各層次的電腦用戶對(duì)電腦的性能提出了更高的要求。在市場(chǎng)需求上看，無論是企業(yè)用戶，還是個(gè)人用戶，多任務(wù)、多線程的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的單核處理器在同時(shí)處理多個(gè)線程的時(shí)候顯得力不從心，提升處理器多任務(wù)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(chǔ)器的發(fā)展也具有容量大，體積小、價(jià)格低的趨勢(shì)。隨著信息量的不斷增加，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求提出了更高的要求。存儲(chǔ)器的發(fā)展將更多的關(guān)注速度和可靠性的提高，要具有更好的擴(kuò)展性。借助于先進(jìn)的工藝優(yōu)勢(shì)，存儲(chǔ)芯片的封裝尺寸更小，也決定了存儲(chǔ)器的低電壓特性，更促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品的發(fā)展。

（4）隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(shè)備也朝著高性能、多樣化、智能化和多媒體方向發(fā)展。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備的發(fā)展，人機(jī)界面越來越友好。一方面外圍設(shè)備中也已越來越多地嵌入微處理器和軟件進(jìn)行控制以達(dá)到智能化和高性能的目標(biāo)，另一方面也常常將原屬于外圍設(shè)備或外圍設(shè)備控制器的部分功能直接設(shè)計(jì)進(jìn)CPU，以便降低成本和改善性能。

迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)，為計(jì)算機(jī)軟件的不斷更新創(chuàng)造了良好的平臺(tái)。未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)更進(jìn)一步縮短高級(jí)語言與機(jī)器語言、操作系統(tǒng)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計(jì)環(huán)境域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語義差距，這些差距是用軟件來填補(bǔ)的，語義差距的大小實(shí)質(zhì)上取決于軟、硬件功能的分配，差距小了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)軟件的支持就加強(qiáng)了。軟件跟上硬件的發(fā)展步伐還需要時(shí)間。目前，隨著數(shù)字模擬融合、微機(jī)電融合、電路板硅片融合、硬軟件設(shè)計(jì)融合的趨勢(shì)，新一代集成電路技術(shù)和IP核產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)在必行，嵌入式整機(jī)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(huì)有超長的生命周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿增民.計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.人民郵電出版社，2012.

[2] 鄒逢興，陳立剛.計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.

[3] 李密生，韓坤.計(jì)算機(jī)硬件及組裝維護(hù)[M].清華大學(xué)出版社，2011.endprint