中國計算機硬件現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

1、信息與計算科學系課程設計報告摘要隨著信息技術的發(fā)展，計算機在我們的日常生活中扮演了越來越重要的作用，通過現(xiàn)有的技術以及當今在計算機領域還在研究中的尖端科技分析,計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計算機將具有感知、思考、判斷、學習及一定的自然語言能力，使計算機進入人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，并帶動光互聯(lián)網的快速發(fā)展，對人類社會的發(fā)展產生深遠的影響。 【關鏈詞】計算機硬件發(fā)展趨勢 新型計算機 前言計算機硬件發(fā)展主要體現(xiàn)在處理器和存儲器上，體現(xiàn)了計算機硬件在計算機產業(yè)中的發(fā)展。通過回顧計算機硬件的發(fā)展，探討計算機硬件的發(fā)展趨勢，從而使

2、人們相信計算機硬件的發(fā)展前景會更加燦爛。 計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子，機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)結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質基礎。簡言之，計算機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。 計算機硬件基本構件：雖然計算機的制造技術已經發(fā)生了極大的變化，但在基本的硬件結構方面，一直沿襲著馮。諾伊曼的傳統(tǒng)框架，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。1 運算器。運算器是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件，包括算（加、減、乘、除等）和邏輯運算（與、或、非、異或、比較等）。2

3、控制器?？刂破髫撠煆拇鎯ζ髦腥〕鲋噶?，并對指令進行譯碼；根據(jù)指令的要求，按時間的先后順序，負責向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調一致地工作，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。存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。4 輸入設備。輸入設備是給計算機輸入信息的設備。它是重要的人機接口，負責將輸入的信息轉換成計算機能識別的二進制代碼，送入存儲器保存。計算機中常用的輸入設備是鍵盤和鼠標。5 輸出設備。輸入輸出接口是外部設備與中

4、央處理器之間的緩沖裝置，負責電氣性能的匹配和信息格式的轉換。計算機常用的輸出設備為顯示器和打印機。 計算機硬件的發(fā)展以用于構建計算機硬件的元器件的發(fā)展為主要特征，而元器件的發(fā)展與電子技術的發(fā)展緊密相關，每當電子技術有突破性的進展，就會促進計算機硬件的一次重大變革。因此，計算機硬件發(fā)展史中的“代”通常以其所使用的主要器件，即電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路來劃分。 中國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，一是研制新型計算機體系結構，提高并行計算和處理能力，并特別體現(xiàn)在智能體系結構的理論和應用方面，其次以硬件或固件為發(fā)展主線的大規(guī)模集成電路的研制和開發(fā)。而這

5、里主要從處理器，存儲器和外圍設備三方面的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行探討。 中國現(xiàn)代計算機硬件中，外圍設備的價值一般已超過計算機硬件子系統(tǒng)的一半以上，其技術水平在很大程度上決定著計算機的技術面貌。外圍設備技術的綜合性很強，既依賴于電子學、機械學、光學、磁學等多門學科知識的綜合，又取決于精密機械工藝、電氣和電子加工工藝以及計量的技術和工藝水平等。 外圍設備包括輔助存儲器和輸入輸出設備兩大類。輔助存儲器包括磁盤、磁鼓、磁帶、激光存儲器、海量存儲器和縮微存儲器等；輸入輸出設備又分為輸入、輸出、轉換、模式信息處理設備和終端設備。在這些品種繁多的設備中，對計算機技術面貌影響最大的是磁盤、終端設備、模式信息處理

6、設備和轉換設備等。 中國計算機硬件產業(yè)包括兩大部門，即計算機制造業(yè)和計算機服務業(yè)。后者又稱為信息處理產業(yè)或信息服務業(yè)。計算機產業(yè)是一種省能源、省資源、附加價值高、知識和技術密集的產業(yè)，對于國民經濟的發(fā)展、國防實力和社會進步均有巨大影響。因此，不少國家采取促進計算機產業(yè)興旺發(fā)達的政策。 中國現(xiàn)代計算機硬件的誕生和發(fā)展現(xiàn)代計算機問世之前，計算機的發(fā)展經歷了機械式計算機、機電式計算機和萌芽期的電子計算機三個階段 中國電子數(shù)字計算機問世以后，模擬計算機仍然繼續(xù)有所發(fā)展，并且與數(shù)字計算機相結合而產生了混合式計算機。模擬機和混合機已發(fā)展成為現(xiàn)代計算機的特殊品種，即用在特定領域的高效信息處理工具或仿真工具。

7、 20世紀中期以來，計算機硬件一直處于高速度發(fā)展時期，計算機由僅包含硬件發(fā)展到包含硬件、軟件和固件三類子系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)的性能價格比，平均每10年提高兩個數(shù)量級。計算機種類也一再分化，發(fā)展成微型計算機、小型計算機、通用計算機(包括巨型、大型和中型計算機)，以及各種專用機(如各種控制計算機、模擬數(shù)字混合計算機)等。 在中國現(xiàn)代計算機硬件中，外圍設備的價值一般已超過計算機硬件子系統(tǒng)的一半以上，其技術水平在很大程度上決定著計算機的技術面貌。外圍設備技術的綜合性很強，既依賴于電子學、機械學、光學、磁學等多門學科知識的綜合，又取決于精密機械工藝、電氣和電子加工工藝以及計量的技術和工藝水平等。

8、中國計算機硬件是一種按程序自動進行信息處理的通用工具，它的處理對象是信息，處理結果也是信息。利用計算機解決科學計算、工程設計、經營管理、過程控制或人工智能等各種問題的方法，都是按照一定的算法進行的。這種算法是定義精確的一系列規(guī)則，它指出怎樣以給定的輸入信息經過有限的步驟產生所需要的輸出信息。 計算機硬件的核心技術是微電子技術和光電子技術。1995年0。35m設計規(guī)則已經成為微電子技術的商用技術，1998年將普遍使用0。25m設計規(guī)則。由此，cpu的集成度已可達單片1000萬個晶體管以上，工作頻率已經超過600mhz；256mbdram芯片則已成為主流存儲器件，中檔pc的主存儲器的容量已超過32

9、mb。隨著微電子技術繼續(xù)飛速發(fā)展，主題的體積越來越小，速度越來越高，容量越來越大功耗越來越低，可靠性越來越高。輸入設備和輸出設備則朝高性能，多樣化，智能化和多媒體方向發(fā)展。輔助存儲器則繼續(xù)朝大容量，高速度方向發(fā)展。自從計算機誕生以來，硬件在計算機系統(tǒng)成本中一直占主要比重，直到進入80年代才開始發(fā)生明顯的變化。由于軟件在計算機系統(tǒng)中的地位日趨重要，其開發(fā)成本也越來越高，從而使得它在計算機系統(tǒng)成本中的比重迅速提高，進入90年代已逐漸與硬件平分秋色。從計算機硬件角度看，主機部分無論從重要性還是從成本看，其主導地位一直保持到70年代中期。后來，作為計算機的“手足”，“感官”和“數(shù)據(jù)倉庫”的外圍設備重重

10、要性日益增長，新型高性能品種不斷涌現(xiàn)，加上數(shù)據(jù)庫技術的成熟要求越來越大的輔助存儲器，從而使得外圍設備在硬件成本中的比重越來越大。特別是由于輸入設備和輸出設備的發(fā)展，人同計算機的界面越來越友好。起初人們只能用枯燥的數(shù)字，文字同計算機打交道；80年代圖形用戶接口（gui）技術的成熟將人們帶進了“圖文并茂”的多媒體時代。人們不再感到計算機只是一部冰冷的機器了。需要指出的是，外圍設備中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外圍設備或外圍設備控制器的部分功能直接設計進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硬件的發(fā)展趨勢。未來的計算機技

11、術將向超高速、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的核心部件cpu的性能還會持續(xù)增長。作為moore定律驅動下成功企業(yè)的典范inter預計2001年推出1億個晶體管的微處理器，并預計在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將出現(xiàn)在本世紀初出現(xiàn)。超高速計算機將采用平行處理技術，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，這是改進計算機結構、提高計算機運行速度的要害技術。同時計算機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。

12、除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術是這一領域發(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，新的海量存儲技術趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達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，今日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。硅芯片技術的高速發(fā)展同時也意味著硅技術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，計算機從體系結構的變革到器件與技術革命都要產生一次

13、量的乃至質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領域。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置在你的衣服中或者皮膚里。 實現(xiàn)這個夢想的關鍵在于生產速度更快、體積更小、價格更低廉的電腦芯片。納米技術的運用可以使這些電器產品和數(shù)碼產品更加智能化，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。將來的電腦可以和我們進行語

14、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練電腦知道，當用戶把臉轉向它時，它就懂得主人要下命令了，而當人離開時，這種待命狀態(tài)就自行結束。專業(yè)人士相信這種訓練有素的“電子大腦”將在隨后的5至10年中得到發(fā)展。 此外，更有個性的計算機將基于更可靠的個人認證系統(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 隨著計算機數(shù)據(jù)處理運算能力的不斷進步，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，能夠主動學習的pc將終有誕生之日。制造出有人

15、一樣智慧的“智能人”還存在著許多的技術障礙，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“人機大戰(zhàn)”中輸給電腦“深藍”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計的。這種“發(fā)條式筆記本”電耗很低。100美元電腦的設計方案是：500mhz處理器、1gb內存和創(chuàng)新的雙模式顯示既有全色彩顯示模式，也有陽光下可

16、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地區(qū)沒有電。趨勢5：更“無線”(無限) 即在任何地點與任何機器交流。目前，隨著互聯(lián)網的普及，辦公桌面上的個人電腦的各種功能正被分發(fā)、轉移并融化到人們隨身攜帶的pda、手表、駕乘的汽車之中。聯(lián)網的電腦可以控制電燈、電視、立體聲音響、安全系統(tǒng)、空調、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。個人電腦的網絡化還意味著家庭網絡與鄰近網絡(短程網絡)、辦公網絡與遠距離通訊網絡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

17、功能早已延伸到了更加深邃的領域，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器實現(xiàn)交流?！?趨勢6：更普遍 目前，很多電腦廠商都認為pc發(fā)展的大方向將是一個無所不在的運算環(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或是上網。未來的pc將通過各種具有電腦能力的家電產品，如以機頂盒的方式結合電視、音響而建構出無所不在的pc環(huán)境。而在公共場合中，具有運算能力的主機服務器將遍布在網絡架構形成一種可移動的、無線的運算環(huán)境。使用者只需攜帶可隨身的it設備，不需做任

18、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器主機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，產品的設計同產品本身的功能同樣重要，只有更時尚的產品才能抓住消費者的心。未來的pc在外觀設計上將會有重大突破。事實上，蘋果公司的“imac”設計就是未來發(fā)展趨勢之一，產品呈一體化，并且可以通過顯示屏旋轉來實現(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機的塑料感。例如，蘋果公司目前已經引進了鈦金和鋁金材料。計算機硬件在各行各業(yè)中的廣泛應用，常常產生顯著的經濟效益和社會效益，從而引起產業(yè)結構、產品結構、經營管理和服務方式等方面的重大變革。在

19、產業(yè)結構中已出觀了計算機制造業(yè)和計算機服務業(yè)，以及知識產業(yè)等新的行業(yè)。 計算機硬件還是人們的學習工具和生活工具。借助家用計算機、個人計算機、計算機網、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和各種終端設備，人們可以學習各種課程，獲取各種情報和知識，處理各種生活事務(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、學習和生活中將與計算機發(fā)生直接的或間接的聯(lián)系。普及計算機教育已成為一個重要的問題。總結總之，中國計算機硬件的發(fā)展和應用已不僅是一種技術現(xiàn)象而且是一種政治、經濟、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化和信息化的進程，克服計算機化過程中可能出現(xiàn)的消極因素，更順利地向高智能化方向發(fā)展。

20、也許，再未來的幾年里，計算機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。這一點上文已經提及。也許，在未來，我們不必再為網速的緩慢而抱怨過多，因為在10年之內，將會有比光纖更快的網絡傳輸方式誕生并被廣泛應用。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。這標志著虛擬現(xiàn)實的真正到來。以后人們或許多了一種上網沖浪的方式;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。戴著面具或者易容，與來自世界各地的人們一起聊天，下棋，打球。就算是再孤寂的人，也可

21、以找到一份屬于自己的樂趣?？傊灰阌幸慌_計算機那你便可以與這個世界緊密聯(lián)系在一起。我們相信，新型計算機與相關技術的研發(fā)和應用，是二十一世紀科技領域的重大創(chuàng)新，必將推進全球經濟社會高速發(fā)展，實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?？茖W在發(fā)展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。 【唯美句子】 走累的時候，我就到升國旗哪里的一角臺階坐下，雙手撫膝，再閉眼，讓心靈受到陽光的洗滌。懶洋洋的幸福。頂 3 收藏 2【唯美句子】 一個人踮著腳尖，在窄窄的跑道白線上走，走到很遠的地方又走回來。陽光很好

22、，溫暖，柔和。漫天的安靜。頂 7 收藏 7【唯美句子】 清風飄然，秋水緩淌。一絲云起，一片葉落，剔透生命的空靈。輕輕用手觸摸，就點碎了河面的臉。落葉舞步婀娜不肯去，是眷戀，是裝點？瞬間回眸，點亮了生命精彩。頂 11 收藏 9【唯美句子】 幾只從南方歸來的燕子，輕盈的飛來飛去，“幾處早鶯爭暖樹，誰家新燕啄春泥，”其樂融融的山林氣息，與世無爭的世外桃源，讓人心曠神怡。頂 0 收藏 2【唯美句子】 流年清淺，歲月輪轉，或許是冬天太過漫長，當一夜春風吹開萬里柳時，心情也似乎開朗了許多，在一個風輕云淡的早晨，踏著初春的陽光，漫步在碧柳垂青的小河邊，看小河的流水因為解開了冰凍而歡快的流淌， 清澈見底的的河

23、水，可以數(shù)得清河底的鵝軟石，偶爾掠過水面的水鳥，讓小河蕩起一層層的漣漪。河岸換上綠色的新裝，剛剛睡醒的各種各樣的花花草草，悄悄的露出了嫩芽，這兒一叢，那兒一簇，好像是交頭接耳的議論著些什么，又好象是在偷偷地說著悄悄話。頂 3 收藏 4【唯美句子】 喜歡海子寫的面朝大海春暖花開，不僅僅是因為我喜歡看海，還喜歡詩人筆下的意境，每當夜深人靜時，放一曲純音樂，品一盞茶，在腦海中搜尋詩中的恬淡閑適。在春暖花開時，身著一身素衣，站在清風拂柳，蝶舞翩躚的百花叢中，輕吹一葉豎笛，放眼碧波萬里，海鷗，沙灘，還有揚帆在落日下的古船，在心曠神怡中，做一簾紅塵的幽夢。頂 0 收藏 2【唯美句子】 繁華如三千東流水，你

24、只在乎閑云野鶴般的采菊東籬、身心自由，置身置靈魂于曠野，高聲吟唱著屬于自己的歌，悠悠然永遠地成為一個真真正正的淡泊名利、鄙棄功名利祿的隱者。頂 1 收藏 3【唯美句子】 世俗名利和青山綠水之間，你選擇了淡泊明志，持竿垂釣碧泉綠潭；權力富貴和草舍茅廬之間，你選擇了寧靜致遠，曉夢翩躚姹紫嫣紅。頂 2 收藏 3【唯美句子】 那是一株清香的無名花，我看到了它在春風夏雨中風姿綽約的模樣，可突如其來的秋雨，無情的打落了它美麗的花瓣，看著它在空谷中獨自凋零，我莫名其妙的心痛，像針椎一樣的痛。秋雨，你為何如此殘忍，為何不懂得憐香惜玉，我伸出顫抖的雙手，將散落在泥土里的花瓣捧在手心。頂 4 收藏 5【唯美句子】

25、 滴答滴答，疏疏落落的秋雨，趕著時間的腳步，嘩啦啦的下起來。聽著雨水輕輕地敲擊著微薄的玻璃窗，不知不覺，我像是被催眠了一樣，漸漸的進入了夢鄉(xiāng)。頂 3 收藏 5【唯美句子】 在這極致的悲傷里，我看到了世間最美的愛，可誰又能明白，此刻的我是悲傷還是歡喜，也許只有那撥動我心弦的秋季，才知道潛藏在我心中的眼淚。頂 4 收藏 3【唯美句子】 看著此情此景，我細細地聆聽。像是聽到了落葉的呢喃，秋風的柔軟，在這極短的瞬間，他們一起訴說著最美的愛戀，演繹著永恒的癡纏。當落葉安詳?shù)奶稍诖蟮?，露出幸福的模樣，你看，它多像一個進入夢鄉(xiāng)的孩子。突然發(fā)現(xiàn)，秋風并非是想象中的劊子手，原來它只是在葉子生命的最后一刻，讓它體

26、會到愛的纏綿，飛翔的滋味。頂 1 收藏 1【唯美句子】 很感謝那些耐心回答我的人，公交上那個姐姐，還有那位大叔，我不知道他們是不是本地人，但我們遇到的一個交警協(xié)管，一位頭發(fā)花白的大姐，她是上海本地人，很和善，并不像有些人說的上海人很排外。事實上，什么都不是絕對的。頂 2 收藏 0【唯美句子】 我嗅到濃郁的香奈爾，卻也被那種陌生嗆了一鼻。也許，我卻不知道，那時的感受了。那里沒有那么美好，沒有安全感，歸屬感。我想要的自由呢，不完全地體驗到了。頂 2 收藏 1【唯美句子】 那些繁華的都市，車水馬龍，燈紅酒綠，流光溢彩，卻充斥著一種悲哀，浮夸。我看到各種奢華，卻也看到各種卑微，我看到友善親和，也看到暴躁粗魯，我看到金光熠【優(yōu)美語句】 踏過一片海，用博識的