最新計算機硬件技術探討與展望

王慶承 袁琦超

摘 要：隨著信息時代的到來，計算機被廣泛應用于人們工作和生活的各個方面，計算機扮演著越來越重要的角色。了解和掌握計算機的硬件技術，變得非常重要。本文主要介紹計算機硬件的基本結構、最新計算機處理器、最新計算機顯卡、最新存儲器、最新機箱電源的技術探討和展望，來幫助人們更好地掌握計算機硬件技術。

關鍵詞：計算機硬件;技術探討;展望

一、引言

當今社會的發展，計算機技術已經滲透到人們生活的方方面面。掌握計算機技術，也是當代人必須要掌握的一項技能。隨著信息技術的發展，特別是硬件技術的發展，對提高我們的工作效率起到越來越重要的作用。掌握好計算機硬件技術，可以發揮計算機硬件的優勢，提高工作效率。掌握不好計算機硬件技術，不僅不能提高工作效率，可能對工作效率還會產生負面影響。所以，掌握好計算機硬件技術，是我們現代人，提高工作效率的必要條件。

二、計算機硬件的基本結構

計算機硬件技術，隨著時代的發展，也發生了極大的變化。但計算機的硬件結構，一直沿用馮·諾依曼體系結構。一臺計算機主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五個部件組成。

（1）運算器。運算器是計算機數據處理的中心，受控制器控制。運算器對存儲器中的數據進行處理，把處理完的數據，返回給存儲器，它包括算術運算和邏輯運算。算術運算包括加、減、乘、除。邏輯運算包括與、非、或、異或等操作。運算器負責對二進制進行運算，運算一次二進制的位數為字長，字長是決定計算機性能的重要技術指標。

（2）控制器。控制器是計算機的指揮中心，負責對計算機中各部件發出控制信號，保證各部件的協調工作。比如，運算器從計算機的哪些部件獲得數據進行運算，運算出來的數據又要放到哪些部件中去。這些工作，都是由控制器來完成的。控制器從存儲器中每取出一條指令，都要對指令進行分析，再向各部件發出操作命令。接著要從存儲器中取下一條指令，完成以上操作。

（3）存儲器。存儲器作為計算機的存儲設備，主要用來存放計算機中的各種數據。計算機把數據放入存儲器，我們稱它為“寫入”。計算機從存儲器中取出數據，我們稱它為“讀取”。寫入和讀取，都是存儲器的基本操作。存儲器主要分為主存和外存，主存主要存儲當前運行的程序和數據，斷電后會消失。外存主要存放臨時不用的數據，斷電后不會消失。

（4）輸入設備。輸入設備是計算機把各種圖像、聲音、程序、數據等各種信息轉換成計算機可以識別的信息設備，是計算機和用戶進行溝通的設備。目前主要流行的輸入設備為鍵盤和鼠標。鍵盤，把一些英文字母、數字、標點符號等信息輸入到計算機中，從而向計算機發出各種輸入命令。鼠標通過桌面反射的光線傳輸到鼠標的傳感器上，鼠標通過傳感器的變化，來判斷鼠標的移動。

（5）輸出設備。輸出設備是計算機通過內部運算，把運算結果轉換成人類或其他設備可以識別的信息，包括各種圖像、聲音、文字等信息。輸出設備是外部設備和計算機內部各種設備溝通的橋梁，負責信息格式的各種轉換。計算機常用的輸出設備，包括顯示器和打印機。

三、最新計算機處理器的技術探討與展望

在近兩年來看，桌面處理器市場，主要是AMD公司銳龍5000系列處理器占據著市場主導地位。直到Intel公司在去年推出第十二代酷睿桌面處理器開始，市場的主導地位才重回到Intel公司。Intel第十二代處理器，采用了全新的Intel 7制造工藝，和全新的高性能微架構，采用了性能核和能效核的混合架構，使多線程工作運行得更加高效。Intel第十二代處理器還可以支持DDR5、WIFI6、PCIe5 .0三種最新技術。反觀AMD處理器的技術，今年初推出了銳龍6000系列處理器，它也采用了DDR5內存、PCIe4.0的最新技術。AMD處理器為了提升它的性能，采用了容量更大、速度更快的緩存，使它的處理器可以更快地從緩存中提取數據，而不用去其他內存中相對緩慢地提取數據，從而大大提高了處理器的運行速度。隨著處理器技術的飛速發展，AMD公司將推出性能更先進的Zen4架構的銳龍7000系列處理器，它將采用PCIe5.0、DDR5、接口為AM5、5nm制造工藝的新技術。Intel公司將發布架構為Raptor? Lake的第十三代酷睿處理器，制造工藝和接口將不變，但緩存容量將會增加。不管哪家公司的處理器更強，最終受益的還是我們的使用者。

四、最新計算機顯卡技術探討與展望

顯卡市場，因為和普通用戶接觸最多的是桌面游戲顯卡，本文主要研究桌面游戲顯卡。桌面游戲顯卡主要由英偉達和AMD兩家公司占據著市場。英偉達公司自從前2年發布的RTX 30系列顯卡后，已經有兩年時間沒有新技術更新的。英偉達30系列顯卡，主要采用Ampere架構和8nm制造工藝。顯卡的性能，很多是由制造工藝決定的。英偉達GTX 10系列顯卡，采用的是12nm的制造工藝。顯卡的性能除了和制造工藝有關外，還和它的CUDA核心數和顯存容量有關。英偉達公司從年初發布RTX 3050顯卡，它的CUDA核心數為2560個，顯存容量為8GB DDR6顯存，主要面向低端市場。英偉達公司還發布了面向高端市場的RTX 3090Ti顯卡，它的CUDA核心數為10752個，顯存容量高達24GB DDR6顯存。反觀AMD公司顯卡，今年發布了RX6000系列顯卡，它依舊采用RDNA 2架構，和前代一樣。DX12U、DirectX光線追蹤、網格著色器、可變速率著色等技術都得到保留，它依然采用7nm制造工藝。在未來的市場下，英偉達公司將發布RTX 40系列顯卡。它的CUDA核心數可能會達到18432個，制造工藝也將進一步提升，將是5nm制造工藝，可能還將采用新的Ada Lovelace架構。反觀AMD顯卡方面，未來也將發布AMD RX7000系列顯卡。AMD顯卡將采用5nm制造工藝、支持PCIe5.0接口、支持AM5平臺、RDNA3架構、FSR2.0等新技術。隨著英偉達顯卡和AMD顯卡的快速發展，顯卡技術也會在將來的自動駕駛領域提供更智能、更舒適的駕駛服務。

五、最新存儲器技術探討與展望

存儲器分為內存和外存。本文內存特指內存條，外存主要介紹機械硬盤和固態硬盤的相關技術。內存市場，主要還是DDR4占據市場主導地位。主流內存條容量為2GB、4GB、8GB、16GB，為單條DDR4內存條。從去年開始，市場上出現了DDR5內存條，但因為它容量不高，價格昂貴，性價比不高，還未流行開來。機械硬盤還是SATA3.0接口為主，容量主流為2TB到4TB，日常不太用的冷數據，都會放在機械硬盤上。日常經常用的熱數據，就不會放在機械硬盤上，而是放在速度更快的固態硬盤上了。固態硬盤經歷了PCIe2.0接口，理論帶寬達2GB/s，遠遠高于機械硬盤的600MB/s，PCIe3.0接口的固態硬盤，理論帶寬達4GB/s。PCIe4.0接口的固態硬盤，理論帶寬達8GB/s。目前主流的固態硬盤，還是采用PCIe4.0接口。在未來的市場中，內存正在從DDR4接口的內存條，逐步過渡到DDR5接口的內存條，關鍵要讓DDR5的價格降下來。機械硬盤在未來的發展方向，將在容量上進行改變。機械硬盤的容量有望向22TB到24TB發展，技術還是采用更多的碟盤或提高磁盤的密度，來增加硬盤容量，甚至還會出現PCIe接口、支持NVMe協議的機械硬盤。固態硬盤將從現在的PCIe4.0接口發展到PCIe5.0接口。PCIe5.0接口的固態硬盤，理論帶寬達16GB/s。將采用堆疊層數的技術來增加固態硬盤的容量，內存顆粒也將迎來DDR5的普及。還將在QoS上發展技術，提高固態硬盤的質量。QoS質量越高，固態硬盤的性能就更穩定。

六、最新機箱電源技術探討與展望

機箱電源是計算機必不可少的一個部件，它對計算機的運行穩定性，起到至關重要的作用。它和其他家電不同，它有自己一套電源的標準。目前市場上，主流的機箱電源的標準還是以ATX2.31為主。在知道當前電源標準之前，有必要知道它的其他標準特點。在1995年誕生了ATX標準，它由Intel公司推出到市場。它的特點可以通過操作系統對計算機進行關機。2000年2月，推出ATX1.0標準，它增加了P4處理器的電源接頭。2000年8月，推出ATX1.1標準，它加強了+3.3V的電流功率，符合AGP顯卡的電源要求。2002年發布ATX1.2標準，它取消了-5V的輸出，對Power on時間作出了新的規定。2003年4月發布了ATX1.3標準，它增加了SATA設備的電源接頭，同時還增加了+12V的輸出。2003年6月，發布了ATX2.0標準，增強了+12V的雙路輸出能力，提高了電源的效率。2004年發布了ATX2.01標準，只調整了+12V輸出電流的紋波。2005年發布了ATX2.2標準，它強化了輸出電流，電流達2.5A，還調整了電源功率規格。2007年發布ATX2.3標準，規定單路12V可輸出20A電流。2008年以后，相繼經歷了ATX2.31、ATX2.4、ATX2.5、ATX2.52、ATX12V等階段。展望未來的機箱電源市場，隨著獨立顯卡的功率做得越來越大，如今年英偉達公司新發布的頂級顯卡RTX 3090Ti，它的功率可達450W。需要目前的電源提供3個單8Pin電源接頭，每個單8Pin電源接頭提供150W供電。所以，Intel公司今年又推出了新的電源標準，ATX3.0標準。ATX3.0標準最大的特點，它新增了一個12VHPWR供電接頭，電源接頭標明150W、300W、450W、600W四個級別。并規定電源最大功率超過450W，必須標配一個12VHPWR供電接頭。電源低于450W，不需要配備12VHPWR供電接頭。ATX3.0標準還規定，電源關閉后，至少預留2秒以上的風扇運轉時間，來保護機箱電源。隨著獨立顯卡的發展，ATX3.0標準也會在未來的市場中發展得越來越普及，近期還是ATX2.31標準和ATX3.0標準共存一段時間。

七、總結

綜上所述，計算機技術已經滲透到人們工作和生活的各個領域。學習計算機硬件技術，了解當前和未來的計算機硬件技術，可以有助于人們更好地利用計算機，提高我們的工作效率，改善我們的生活質量。

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