计算机硬件发展及前沿
现在，我们每天都离不开电脑。它把世界变成了一个地球村。它缩短了人与人之间的距离。它给我们带来了很多有用的信息，让人们坐在家里，知道世界上发生了什么。它大大提高了人们的生活质量，它的出现可以说是人类文明发展的里程碑。与此同时，它的发展日新月异。计算机的历史只有70多年，但发展程度是任何机器都无法比拟的。现在，让我们走进计算机世界，探索它的奇妙和不可思议。
一、
背景由计算机诞生
在现代计算机出现之前，计算机的发展经历了三个阶段：机械计算机、机电计算机和电子计算机。
早在17世纪，一些欧洲数学家就开始以数字的形式设计和制造数字计算机。1642年，法国数学家帕斯卡使用类似钟表的齿轮传动装置制造了最早的十进制加法器。1678年，德国数学家莱布尼兹制造的计算机进一步解决了十进制数的乘除操作。
英国数学家巴贝奇在1822年制作差分机模型时提出了一个想法，即每次完成算术操作都将发展成一个特定的完整操作过程。1884年，巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。虽然该分析机描述了计算机的原型，但仅限于当时的技术条件。
巴贝奇的想法提出，在未来100多年里，电磁、电工和电子学取得了重大进展，在元件和设备方面发明了真空二极管和真空三极管；无线电报、电视和雷达相继发明……。这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。
20世纪30年代，随着数学和物理的蓬勃发展，物理的各个领域都经历了定量阶段，描述了各种物理过程的数学方程，其中一些很难用经典的分析方法解决。因此，数值分析受到重视，研究了各种数值积分、数值微分和微分方程数值解法，将计算过程归因于大量的基本操作，为现代计算机的数值算法奠定了基础。
社会对先进计算工具的迫切需求是现代计算机诞生的根本动力。20世纪以后，各科学领域和技术部门的计算困难如山如山，阻碍了学科的持续发展。特别是在第二次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需求尤为迫切。在此期间，德国、美国和英国部几乎同时开始研究机电计算机和电子计算机。
德国朱赛首先使用电气元件制造计算机。他于1941年制造的全自动继电器计算机Z-3.它具有现代计算机的特点，如浮点记数、二进制操作、数字存储地址指令等。在美国，继电器计算机也是在1940~1947年制造的MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。然而，继电器的开关速度约为1%，极大地限制了计算机的运行速度。
电子计算机的开发过程经历了从制造部件到整机从专用机到通用机，从外加程序到存储程序的演变。1938年，美国保加利亚学者阿塔纳索夫首先制造了电子计算机的计算部件。1943年，英国外交部通信办公室制造了巨人电子计算机。在第二次世界大战中，这是一种特殊的密码分析机。
二、电子计算机的诞生
1946年2月，宾夕法尼亚大学莫尔学院制造的大型电子数字积分计算机(ENIAC)，最初也专门用于火炮弹道计算，经过多次改进，成为各种科学计算的通用计算机。该计算机完全采用电子线路执行算术操作、逻辑操作和信息存储，比继电器计算机快1000倍。这是世界上第一台电子计算机，人们常说。然而，这种计算机程序仍然是外加的，存储容量太小，并没有完全具有现代计算机的主要特性。
三、计算机的发展
数学家冯·由诺伊曼领导的设计团队完成。1945年3月他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案—电子离散变量自动计算机(EDVAC)。1946年6月，冯·诺伊曼等人提出了更完善的设计报告《电子计算机设备逻辑结构初探》。同年7月至8月，他们在莫尔学院教授了美国和英国20多所机构的专家电子计算机设计理论和技术，促进了存储程序计算机的设计和制造。
1949年，剑桥大学数学实验室率先制造电子离散时间自动计算机(EDSAC)；1950年，美国制定了东部标准自动计算机(SFAC)等等。到目前为止，电子计算机发展的萌芽期已经结束，现代计算机的发展期已经开始。
在创建数字计算机的同时，还开发了另一种重要的计算工具模拟计算机。在总结自然规律时，物理学家通常用数学方程来描述一个过程；相反，解决数学方程的过程也可以通过物理过程模拟来计算。对数发明后，1620年制作的计算尺将乘法和除法转化为加法和减法。麦克斯韦巧妙地将积分(面积)的计算转化为长度测量，并于1855年制作了积分仪。
傅里叶分析是19世纪数学物理的另一项重大成就，直接促进了模拟器的发展。在19世纪末和20世纪初，计算傅里叶系数的分析机和解微方程的微分析机相继制成。然而，当试图推广微分析机解分方程，用模拟机解决一般科学计算问题时，人们逐渐认识到模拟机在通用性和精度上的局限性，并将主要精力转向数字计算机。
电子数字计算机问世后，模拟计算机继续发展，混合计算机与数字计算机相结合。模拟机和混合机已发展成为现代计算机的特殊品种，即在特定领域使用的高效信息处理工具或模拟工具。
20世纪中期以来，计算机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年增加两个数量级。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。
在电子管计算机时期（1946~1959），计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机技术外观的主要因素。当时，主存储器包括汞延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器，通常对计算机进行分类。
在晶体管计算机时期（1959~1964），主存储器采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主辅助存储器。不仅科学计算机继续发展，中小型计算机，特别是廉价的小数据处理计算机开始大规模生产。
在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。半导体存储器逐渐取代了磁心存储器的主存储位置，磁盘成为不可或缺的辅助存储器，虚拟存储技术开始广泛应用。随着各种半导体只读存储器和可重写只读存储器的快速发展，以及微程序技术的发展和应用，固件子系统开始出现在计算机系统中。
20世纪70年代以后，计算机集成电路的集成迅速从中小型发展到大规模、超大型水平。微处理器和微计算机应运而生，各种计算机的性能迅速提高。随着4位、8位、16位、32位和64位微型计算机的出现和广泛应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求也相应增加。
在社会上广泛使用微型计算机后，办公楼、学校和仓库通常有数十台甚至数百台计算机。实现其连接的局部网络立即兴起，进一步促进了计算机应用系统从集中系统向分布式系统的发展。
在电子管计算机期间，一些计算机配备了科学计算的汇编语言和子程序库FORTRAN初露头角。在晶体管计算机阶段，事务处理COBOL语言、科学计算机ALGOL语言、符号处理LISP高级语言开始进入实用阶段。初步形成操作系统，将计算机的使用模式从手动操作转变为自动操作管理。
进入集成电路计算机开发期后，在计算机中形成了相当大的软件子系统，进一步增加了先进的语言类型，操作系统越来越完善，具有批处理、分时处理、实时处理等功能。软件子系统还增加了数据库管理系统、通信处理程序、网络软件等。软件子系统的功能不断增强，明显地改变了计算机的使用属性，使用效率显着提高。
在现代计算机中，外围设备的价值一般超过计算机硬件子系统的一半，其技术水平在很大程度上决定了计算机的技术外观。外围设备技术的综合性很强，不仅取决于电子、机械、光学、磁学等学科的综合知识，还取决于精密机械技术、电气和电子加工技术以及测量技术和工艺水平。
外围设备包括辅助存储器和输入输出设备。辅助存储器包括磁盘、磁鼓、磁带、激光存储器、大量存储器和微型存储器；输入输出设备分为输入、输出、转换、模式信息处理设备和终端设备。磁盘、终端设备、模式信息处理设备和转换设备对这些设备的影响最大。
新一代计算机是一信息收集、存储和处理、通信和人工智能相结合的智能计算机系统。它不仅可以处理一般信息，还可以表面知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。
四．计算机硬件发展前沿
1.
CPU
方面
Intel与AMD仍然以小降为主，不过降幅并不明显，涉及的产品也比较少。Intel今日降价产品主要集中在高端的Core2系列，而AMD仅有四款产品价格有所调整。由于四核刚刚发布，还没普及开。AMD从广大消费者的角度考虑，在四核和双核之间，推出三核，让消费者有更多的选择。从性能方面来看，AMD公司的内部测试结果显示，三核处理器的性能比双核要高出40%-50%。三核处理器将在AMD公司的产品线路上长期存在，AMD之所以推出三核，是为了给更多范围的用户提供真正的多核技术。AMD公司刚刚推出的三核Phenom处理器可能成为世界首款在单个硅片上集成了三个计算核心的处理器。看了以上内容后，我给大家说一下CPU生产技术的重要性。目前大家在评价一款处理器时，最先考虑的往往是它的工作频率、前端总线、缓存容量等等性能指标，而对处理器背后的生产技术往往视而不见。不知你是否知道，半导体技术的发展，特别是半导体制造工艺的发展，对CPU和显示芯片的性能起相当重要的作用。从1995年以来，芯片制造工艺的发展十分迅速，先后从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.09微米一直发展到目前应用的0.065微米，整整花费了10年时间。而每次新制程的引入，都对处理器技术发展动态、处理器性能、处理器功耗有着至关重要的影响。首先，新的生产工艺可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面积的情况下，使用更精细的生产工艺可以比老工艺大大增加的晶体管数量，并可以扩展新的功能。65nm制造工艺所指的是处理器在制造中采用的工艺标准，处理器里面采用铜互链技术，而65nm就是代表他们之间的距离，距离越窄，相同空间就可以承载更多的晶体管，而晶体管的数量和处理器的性能、二级缓存大小成正比，直接影响处理器整体性能表现。并且采用最新制造工艺后，相同晶体管会占据更小的面积，使一块晶元能够切割出更多处理器，使整体处理器成本降低，直接结果就是单颗处理器售价降低。此外，降低工艺后还有一个重要好处，一个是功耗降低，提高处理器主频是提高处理器性能的主要手段之一，但是由于提高主频后整体功耗会随之上升，所以提高制造工艺也可以有效降低功耗，提高处理器主频。并且在降低处理器功耗的同时，处理器整体的超频能力也得到大幅度提升，每次提升制造工艺后，往往就会成为新一代超频极品，也正是这个原因。
2、
主板和显卡方面
1.前端总线(FSB)频率是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，而CPU就是通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数，所以前端总线频率越大，代表着CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的功能。从400前端总线到今天的1333前端总线，Intel经历了6代总线的变迁。1333MHz前端总线规格，曾经对于对于我们来说感觉那是那么的遥远，而现在却已经悄然的来到我们的身边，进入1333MHzFSB-时代，可以获得更高的CPU频率和性能，这是历史发展的必然所在。它加快了多核心处理器在市场的普及率，更有利与多核心处理器的推广。2、DR3内存技术 今年英特尔除了将前端总线提高到1333MHz外，也将拥有更高带宽的DDR3内存技术引入自家平台中.凭借着更高运行频率，DDR3拥有更高内存带宽-----相比现今DDR2800所拥有的12.8GB/s数据带宽，达到DDR31600MHz时带宽将上升至25.6GB/s，恰恰是DDR2的两倍。但是，就像DDR2和DDR的对比一样，在相同的时钟频率下，DDR2与DDR3的数据带宽是一样的，只不过DDR3的速度提升潜力更大。当然，在能耗控制方面，DDR3显然要出色得多。因此，从长远趋势来看，拥有单芯片位宽以及频率和功耗优势的DDR3是令人鼓舞的。目前英特尔的P35、G33、G35、X38都全面对DDR3内存提升了良好的支持。遗憾的是，前端总线带宽的限制让双通道DDR3的意义大打折扣，毕竟现在双通道DDR2667完全可以喂饱新一代处理器的胃口，因此今年DDR3又成为英特尔平台华而不实的功能。 3、PCI Express 2.0规范 PCI-SIG发布了 PCIe Base 2.0 规格，将数据传输率由 2.5 GT/s提升到 5 GT/s。由此，PCI Express总线将能支持更耗频宽的应用，并且将x16 的传输提高到约 16 Gbps。 5Gbps速率版本的PCIExpress中将增添若干新的特性。其中就包括访问控制特性——允许软件来控制互连的包路由，并防止***进行欺骗和数据重新路由，而这主要是针对点对点数据传输而言。这种特性将应用在PCIExpress芯片组、交换芯片和多功能器件中。2.0版中还具备另一项新特性，即当链接速率或带宽自动降低时，软件就会得到通报。如果对PCI——Express的链路调训(link-training)状态机进行升级，就使软件可对配置进行控制，并能调节PCIExpress 2.0链接的速率。 对于图形芯片而言，除了可以实现更高性能，还能利用2.0版的快速通道功能，从而使主板无须集成图形处理器，只需利用系统的主存储器即可。但是，未来少数几代的台式电脑和笔记本电脑也许将采用一种混合方式，即以5Gbps的PCIExpress处理图形工作、而以2.5Gbps的PCIExpress处理其它所有工作。其次，PCI Express2.0增强了供电能力，使得系统可良好支持300瓦以内功耗的高阶显卡。此外，PCIExpress 2.0新增了输入输出虚拟(IOV)特性，该项特性可使多台虚拟计算机可方便地共享显卡、网卡等扩展设备。目前英特尔“3”系列芯片组及NVIDIA的GF8800GT分别成为最高支持PCIExpress2.0规范的主板产品及显卡产品，相信明年其它芯片组厂商也会跟进。4、整合图形核心2006年以前，整合主板一直是低端产品的代名词。主要由Intel、VIA和SIS等传统主板芯片厂商制造生产，主要供应给品牌机制造商和商业用户，在DIY市场中占有率非常低。受低端独立显卡利润降低的影响，传统显示芯片厂商将大部分精力投入到了整合主板研发当中，其中包括NVIDIA和前ATI。传统显示芯片厂商进入主板芯片组研发领域后，影响了整个2006年主板市场格局变化，进一步的扩张行为将在2007年展开，提高游戏性能、视频性能成为07年整合芯片组发展的主旋律。比如刚收购ATI不久的AMD在2007年年初推出690G整合芯片主板，到目前为止它仍是是目前性能最强的整合主板，市场定位也非常前瞻的瞄准了数字家庭市场，通过HDCP认证并提供HDMI接口。而在Intel平台，Intel也新推出G31和G33两款整合市场推出的产品，而规格更强的Intel除自己生产整合主板外，NVIDIA今年也开始涉足Intel整合平台，比如MCP73所整合的整合7300级别图形核心进一步拉近了与低端独立显卡的性能差距。考虑到目前显卡已经进入DX10时代，因此对于需要量最大的整合主板市场，支持DX10也将成为未来整合主板的发展趋势。虽然DX10对整合图形核心来说意义也不大，不过随着整合的显示核心在功能、特效、性能的日渐强大，这一特性对消费者来说也许越来越重要。明年支持DX10将会成为新一代整合芯片组的标准特性，而NVIDIA、Intel也已经为大家准备了相应的“礼物”，比如NVIDIA的MCP78、ADM的RS780及Intel的G45，明年这些产品都可以与大家见面。 5、无铅、固态电容、热管 除了芯片组技术外，在2007年中主板行业也出现三大制造趋势。首先，今年主板厂商在自家产品之上引入无铅制造技术，让主板业迎来绿色的春天。我们都知道，在种种重金属污染中，铅是首当其冲的危害源!此前的板卡设备上的芯片，都是通过芯片的封装下面的小焊点和PCB板连接的。这些小焊点传统上是用铅的，而“无铅”技术则是使用一种锡，银，铜的合成物来取代铅，这将让主板更环保。目前，市场上的大多数主板都已经采用无铅工艺。
3.
内存方面
内存方面将会有一个DDR与DDR2并存以及向DDR2过渡的时代。当前的处理器主频和I/O带宽都很高，需要内存提供很高的数据传输率来配合。要知道内存带宽至少要和前端总线带宽同步，这样才不至于影响处理器性能的发挥。而且处理器的速度提升还在不断的进行中，内存需要每秒钟提供更多的数据来满足处理器的要求。目前的内存速度提升已经相当困难，这时候转变到DDR2不失为合理的时机，它提供了一条提高内存带宽的康庄之道，可以缓解当前遇到的很多问题。双通道技术也将被广泛应用。因为它提供了一种廉价的性能提升方案。
4.
显示器方面
显示器通常也被称为监视器或屏幕。显示器根据不同的分类标准有不同的分类，最常规的可分为CRT显示器LCD显示器和等离子显示器经过几十年的发展，现在LCD已经成为主流与传统的CRT相比他有无辐射体积小耗电量低美观等优点，但是他也存在响应慢表现力弱价格高等缺点。随着科技日新月异的发展，人们已经一步步的克服上述缺点。在LCD制作比较好的有三星LGAOC明基DELLHP华硕和联想以及SONY等公司。LCD的好坏主要由以下几个方面确定分辨率灰阶响应时间等决定。
5.
硬盘方面
硬盘方面市场就相对平静一些。依旧继续着10年前的发展道路，采用增加每平方英寸数据存储量以及增加盘片数量来提升容量。近年来，GMR磁头技术得到了很好的发展。这个由IBM公司8年前开发的技术在经过了许多次改进后一直沿用至今。在转速方面，目前7200rpm几乎是唯一的主流选择，假如对性能要求较高，WD的10000rpm的桌面级硬盘Raptor（猛禽）也是可以考虑的。未来硬盘转速一般不会有多少提升，因为高转速是要以低稳定性、高功耗和高发热量为代价的。所以，未来的硬盘发展方向，将会向大容量、SATA、NCQ技术方向发展。SATA技术相比目前的PATA来说，可以有更好的外部传输速率和更高的稳定性。虽然在目前可能性能提升不大，但是在未来可以有非常光明的前景（包括SATA2）。NCQ技术在桌面级平台的引进，可以大幅改善目前硬盘数据读取率低，速度慢的缺点。NCQ将会是未来硬盘技术的一大亮点。
6.
光驱方面
一是通过BenQ独创的动态减震平衡系统,通过智能实时调整,使机构始终处于一个动态平衡的状态,从而有效降低马达机构高速运转时产生的震动,并使噪音大大降低;二是通过BenQ专业的气流导正系统,改变光驱内部气流场,平衡光存储设备内空气流场的压力。这样使得光驱真的会实现高真清。
7.
声卡方面
声卡是一台多媒体电脑的主要设备之一，现在的声卡一般有板载声卡和独立声卡之分。在早期的电脑上并没有板载声卡，电脑要发声必须通过独立声卡来实现。随着主板整合程度的提高以及CPU性能的日益强大，同时主板厂商降低用户采购成本的考虑，板载声卡出现在越来越多的主板中，目前板载声卡几乎成为主板的标准配置了，没有板载声卡的主板反而比较少了。板载声卡优缺点：因为板载软声卡没有声卡主处理芯片，在处理音频数据的时候会占用部分CPU资源，在CPU主频不太高的情况下会略微影响到系统性能。目前CPU主频早已用GHz来进行计算，而音频数据处理量却增加的并不多，相对于以前的CPU而言，CPU资源占用旅已经大大降低，对系统性能的影响也微乎其微了，几乎可以忽略。
音质”问题也是板载软声卡的一大弊病，比较突出的就是信噪比较低，其实这个问题并不是因为板载软声卡对音频处理有缺陷造成的，主要是因为主板制造厂商设计板载声卡时的布线不合理，以及用料做工等方面，过于节约成本造成的。而对于板载的硬声卡，则基本不存在以上两个问题，其性能基本能接近并达到一般独立声卡，完全可以满足普通家庭用户的需要。集成声卡最大的优势就是性价比，而且随着声卡驱动程序的不断完善，主板厂商的设计能力的提高，以及板载声卡芯片性能的提高和价格的下降，板载声卡越来越得到用户的认可。板载声卡的劣势却正是独立声卡的优势，而独立声卡的劣势又正是板载声卡的优势。独立声卡从几十元到几千元有着各种不同的档次，从性能上讲集成声卡完全不输给中低端的独立声卡，在性价比上集成声卡又占尽优势。在中低端市场，在追求性价的用户中，集成声卡是不错的选择。显卡方面显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，对于喜欢玩游戏和从事专业图形设计的人来说显得非常重要。目前民用显卡图形芯片供应商主要包括ATI和nVIDIA两家。现在最热的是双卡技术即ScanLineInterlace（扫描线交错）技术简称SLI显卡的主要构成及其参数
1、显示芯片（型号、版本级别、开发代号、制造工艺、核心频率）
2、显存（类型、位宽、容量、封装类型、速度、频率）
3、技术（象素渲染管线、顶点着色引擎数、3DAPI、RAMDAC频率及支持MAX分辨率）
4、PCB板（PCB层数、显卡接口、输出接口、散热装置其实显卡的发展过程对我们这代人的影响很大的，大家玩的游戏从最开始很粗糙的2D到3D在到3维。为什么游戏的画面越来越好看呢？就是由于显卡和声卡的迅速发展造成的。
我们生活在一个计算机发展的黄金时期，迅猛发展的计算机硬件技术为软件的不断更新创造了良好的平台，为我们的生活添光加彩。