中國計算機(jī)硬件現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

信息與計算科學(xué)系課程設(shè)計報告PAGE5摘要隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)在我們的日常生活中扮演了越來越重要的作用，通過現(xiàn)有的技術(shù)以及當(dāng)今在計算機(jī)領(lǐng)域還在研究中的尖端科技分析,計算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)及一定的自然語言能力，使計算機(jī)進(jìn)入人工智能時代。這種新型計算機(jī)將推動新一輪計算技術(shù)革命，并帶動光互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?！娟P(guān)鏈詞】計算機(jī)硬件發(fā)展趨勢新型計算機(jī)前言計算機(jī)硬件發(fā)展主要體現(xiàn)在處理器和存儲器上，體現(xiàn)了計算機(jī)硬件在計算機(jī)產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展。通過回顧計算機(jī)硬件的發(fā)展，探討計算機(jī)硬件的發(fā)展趨勢，從而使人們相信計算機(jī)硬件的發(fā)展前景會更加燦爛。計算機(jī)硬件是指計算機(jī)系統(tǒng)中由電子，機(jī)械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機(jī)整體為計算機(jī)軟件運(yùn)行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。簡言之，計算機(jī)硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行程序把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。計算機(jī)硬件基本構(gòu)件：雖然計算機(jī)的制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，但在基本的硬件結(jié)構(gòu)方面，一直沿襲著馮。諾伊曼的傳統(tǒng)框架，即計算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本構(gòu)件組成。1運(yùn)算器。運(yùn)算器是計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，包括算（加、減、乘、除等）和邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或、比較等）。2控制器。控制器負(fù)責(zé)從存儲器中取出指令，并對指令進(jìn)行譯碼；根據(jù)指令的要求，按時間的先后順序，負(fù)責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號，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?？刂破髦饕芍噶罴拇嫫鳌⒆g碼器、程序計數(shù)器、操作控制器等組成。3存儲器。存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。4輸入設(shè)備。輸入設(shè)備是給計算機(jī)輸入信息的設(shè)備。它是重要的人機(jī)接口，負(fù)責(zé)將輸入的信息轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的二進(jìn)制代碼，送入存儲器保存。計算機(jī)中常用的輸入設(shè)備是鍵盤和鼠標(biāo)。5輸出設(shè)備。輸入輸出接口是外部設(shè)備與中央處理器之間的緩沖裝置，負(fù)責(zé)電氣性能的匹配和信息格式的轉(zhuǎn)換。計算機(jī)常用的輸出設(shè)備為顯示器和打印機(jī)。計算機(jī)硬件的發(fā)展以用于構(gòu)建計算機(jī)硬件的元器件的發(fā)展為主要特征，而元器件的發(fā)展與電子技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，每當(dāng)電子技術(shù)有突破性的進(jìn)展，就會促進(jìn)計算機(jī)硬件的一次重大變革。因此，計算機(jī)硬件發(fā)展史中的“代”通常以其所使用的主要器部分無論從重要性還是從成本看，其主導(dǎo)地位一直保持到70年代中期。后來，作為計算機(jī)的“手足”，“感官”和“數(shù)據(jù)倉庫”的外圍設(shè)備重重要性日益增長，新型高性能品種不斷涌現(xiàn)，加上數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟要求越來越大的輔助存儲器，從而使得外圍設(shè)備在硬件成本中的比重越來越大。特別是由于輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的發(fā)展，人同計算機(jī)的界面越來越友好。起初人們只能用枯燥的數(shù)字，文字同計算機(jī)打交道；80年代圖形用戶接口（GUI）技術(shù)的成熟將人們帶進(jìn)了“圖文并茂”的多媒體時代。人們不再感到計算機(jī)只是一部冰冷的機(jī)器了。需要指出的是，外圍設(shè)備中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外圍設(shè)備或外圍設(shè)備控制器的部分功能直接設(shè)計進(jìn)CPU，以降低成本和改善性能。下面，就讓我們來看看中國計算機(jī)硬件的發(fā)展趨勢。未來的計算機(jī)技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展。盡管受到物理極限的約束，采用硅芯片的計算機(jī)的核心部件CPU的性能還會持續(xù)增長。作為Moore定律驅(qū)動下成功企業(yè)的典范Inter預(yù)計2001年推出1億個晶體管的微處理器，并預(yù)計在2010年推出集成10億個晶體管的微處理器，其性能為10萬MIPS（1000億條指令／秒）。而每秒100萬億次的超級計算機(jī)將出現(xiàn)在本世紀(jì)初出現(xiàn)。超高速計算機(jī)將采用平行處理技術(shù)，使計算機(jī)系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是改進(jìn)計算機(jī)結(jié)構(gòu)、提高計算機(jī)運(yùn)行速度的要害技術(shù)。同時計算機(jī)將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判定能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產(chǎn)生身臨其境感覺的各種交互設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。傳統(tǒng)的磁存儲、光盤存儲容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲技術(shù)趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達(dá)10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現(xiàn)實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻(xiàn)可以原汁原味保存、并流芳百世。硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時也意味著硅技術(shù)越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機(jī)，計算機(jī)從體系結(jié)構(gòu)的變革到器件與技術(shù)革命都要產(chǎn)生一次量的乃至質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機(jī)、光子計算機(jī)、生物計算機(jī)、納米計算機(jī)等將會在21世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。趨勢1：更小巧歷史的趨勢告訴我們，硬件的發(fā)展，就是在不斷地追求更為小巧。體積上的優(yōu)勢使你可以方便地將它們帶到任何地方，再以后，它們甚至可以縮小到內(nèi)置在你的衣服中或者皮膚里。實現(xiàn)這個夢想的關(guān)鍵在于生產(chǎn)速度更快、體積更小、價格更低廉的電腦芯片。納米技術(shù)的運(yùn)用可以使這些電器產(chǎn)品和數(shù)碼產(chǎn)品更加智能化，功能更多；另一方面，掌上電腦的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算性能將大大改善，真正成為方便隨身攜帶的“口袋電腦”。趨勢2：更個性未來的電腦在交互式軟件和芯片方面都會有很大的改進(jìn)。將來的電腦可以和我們進(jìn)行語音交流——這一點也不奇怪，目前的所謂語音識別軟件還只能識別我們的聲音，以后的這類軟件甚至無需我們發(fā)聲，它就可以讀懂我們的“唇語”！將來的語音界面會訓(xùn)練電腦知道，當(dāng)用戶把臉轉(zhuǎn)向它時，它就懂得主人要下命令了，而當(dāng)人離開時，這種待命狀態(tài)就自行結(jié)束。專業(yè)人士相信這種訓(xùn)練有素的“電子大腦”將在隨后的5至10年中得到發(fā)展。此外，更有個性的計算機(jī)將基于更可靠的個人認(rèn)證系統(tǒng)(例如手紋、聲控或虹膜)，這樣便能最大程度地保障用戶的隱私不受侵犯。趨勢3：更聰明隨著計算機(jī)數(shù)據(jù)處理運(yùn)算能力的不斷進(jìn)步，個人電腦將會變得越來越聰明。通過持續(xù)提升的硬件性能和更加卓有成效的控制軟件，能夠主動學(xué)習(xí)的PC將終有誕生之日。制造出有人一樣智慧的“智能人”還存在著許多的技術(shù)障礙，但研究出“聰明的PC”卻大有希望。國際象棋特級大師卡斯帕羅夫1997年在“人機(jī)大戰(zhàn)”中輸給電腦“深藍(lán)”的情景還讓人記憶猶新。未來的聰明PC也更能為主人帶來便利。它將能夠根據(jù)主人的每次行動逐漸理解他的需求，把握他的心意，進(jìn)而變被動地找尋信息為主動地截獲信息。趨勢4：更廉價去年11月，聯(lián)合國秘書長安南和美國主要IT專家尼戈洛龐帝在突尼斯發(fā)布了100美元筆記本電腦原型，這種翠綠色電腦是為貧窮國家的千百萬兒童而設(shè)計的。這種“發(fā)條式筆記本”電耗很低。100美元電腦的設(shè)計方案是：500MHz處理器、1GB內(nèi)存和創(chuàng)新的雙模式顯示——既有全色彩顯示模式，也有陽光下可讀的黑白顯示模式。尼氏說，顯示器使電腦看上去像本電子書，又像是電腦。該筆記本的電源可用外接電源、電池，或用連接在電腦上的發(fā)條曲軸自行發(fā)電，因為許多國家的邊遠(yuǎn)地區(qū)沒有電。趨勢5：更“無線”(無限)即在任何地點與任何機(jī)器交流。目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，辦公桌面上的個人電腦的各種功能正被分發(fā)、轉(zhuǎn)移并融化到人們隨身攜帶的PDA、手表、駕乘的汽車之中。聯(lián)網(wǎng)的電腦可以控制電燈、電視、立體聲音響、安全系統(tǒng)、空調(diào)、暖氣，甚至草坪噴淋裝置。所有的控制信號通常都可以自動發(fā)出。個人電腦的網(wǎng)絡(luò)化還意味著家庭網(wǎng)絡(luò)與鄰近網(wǎng)絡(luò)(短程網(wǎng)絡(luò))、辦公網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)距離通訊網(wǎng)絡(luò)之間毫無縫隙的彼此融合。我們的PC將不只是一臺個人電腦，它的功能早已延伸到了更加深邃的領(lǐng)域，成為全新的個人通訊電腦，一臺集控制、計算、存儲、溝通和娛樂全功能為一體的超級工具箱。只要開啟這個魔盒，每個人都可在浴室中、辦公室里、游泳池邊??在任何地點與任何同類或機(jī)器實現(xiàn)交流。”趨勢6：更普遍目前，很多電腦廠商都認(rèn)為PC發(fā)展的大方向?qū)⑹且粋€無所不在的運(yùn)算環(huán)境。越來越多的普通家用電器都帶有PC的功能，用戶可以在家中處理財務(wù)或是上網(wǎng)。未來的PC將通過各種具有電腦能力的家電產(chǎn)品，如以機(jī)頂盒的方式結(jié)合電視、音響而建構(gòu)出無所不在的PC環(huán)境。而在公共場合中，具有運(yùn)算能力的主機(jī)服務(wù)器將遍布在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形成一種可移動的、無線的運(yùn)算環(huán)境。使用者只需攜帶可隨身的IT設(shè)備，不需做任何連接，利用紅外線的傳輸方式，即可隨時從公共場合的服務(wù)器主機(jī)上接收自己的電子郵件等重要信息。趨勢7：更時尚在未來社會，產(chǎn)品的設(shè)計同產(chǎn)品本身的功能同樣重要，只有更時尚的產(chǎn)品才能抓住消費(fèi)者的心。未來的PC在外觀設(shè)計上將會有重大突破。事實上，蘋果公司的“iMac”設(shè)計就是未來發(fā)展趨勢之一，產(chǎn)品呈一體化，并且可以通過顯示屏旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)不同角度操作。同時，為了使PC在外觀上更具魅力，制造商們正在尋求新的材料以減少PC機(jī)的塑料感。例如，蘋果公司目前已經(jīng)引進(jìn)了鈦金和鋁金材料。計算機(jī)硬件在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，常常產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，從而引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、經(jīng)營管理和服務(wù)方式等方面的重大變革。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中已出觀了計算機(jī)制造業(yè)和計算機(jī)服務(wù)業(yè)，以及知識產(chǎn)業(yè)等新的行業(yè)。計算機(jī)硬件還是人們的學(xué)習(xí)工具和生活工具。借助家用計算機(jī)、個人計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和各種終端設(shè)備，人們可以學(xué)習(xí)各種課程，獲取各種情報和知識，處理各種生活事務(wù)(如訂票、購物、存取款等)，甚至可以居家辦公。越來越多的人的工作、學(xué)習(xí)和生活中將與計算機(jī)發(fā)生直接的或間接的聯(lián)系。普及計算機(jī)教育已成為一個重要的問題?？偨Y(jié)總之，中國計算機(jī)硬件的發(fā)展和應(yīng)用已不僅是一種技術(shù)現(xiàn)象而且是一種政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會現(xiàn)象。世界各國都力圖主動地駕馭這種社會計算機(jī)化和信息化的進(jìn)程，克服計算機(jī)化過程中可能出現(xiàn)的消極因素，更順利地向高智能化方向發(fā)展。也許，再未來的幾年里，計算機(jī)的大小并沒有顯著的變化，但其性能足以勝任人們出于旺盛的好奇心和豐富的想象力而衍生出的各種念頭所做的行動。這一點上文已經(jīng)提及。也許，在未來，我們不必再為網(wǎng)速的緩慢而抱怨過多，因為在10年之內(nèi)，將會有比光纖更快的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式誕生并被廣泛應(yīng)用。前幾個月，索尼正式宣布他們已成功開發(fā)出大腦虛擬成像的技術(shù)。這標(biāo)志著"虛擬現(xiàn)實"的真正到來。以后人們或許多了一種上網(wǎng)沖浪的方式;只要你愿意。你可以戴上特殊的頭盔裝置或眼罩，便可以把自己置身于一個虛擬但真實的世界之中，在這里，你可以做你在現(xiàn)實中不能干的事情。戴著面具或者