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下一代计算机硬件发展方向探讨

1计算机硬件的发展演变过程

学术界对计算机的发明与发展一般认为经历了四个阶段。第一阶段是在20世纪40年代,称为电子管计算机时代,计算机发展之初,体积大、速度慢主要应用的数字计算。20世纪50年代末60年代初晶体管取代电子管,称为第二代计算机。第三代计算机是中小规模集成电路的时代,也是计算机飞速发展和快速普及的时代,这一代计算机已经具备现代计算机的雏形,也突破了计算机数字计算时代,三代机可以处理文字、图像等资料,也使软件技术得以突破和发展。目前使用计算机成为第四代计算机,计算机进入了超大规模集成电路和数字电路时代,计算机实现了智能化、微型化、网络化和多媒体化,价格更便宜,更容易携带,所以更加普及从国防到工业、现代农业、商业,教育,医疗卫生,娱乐、生活,计算机正在改变人们的生活,成为现代社会不可缺少的生产资料。

2当前计算机硬件的现状

现代计算硬件的核心还是由中央处理器(CPU),内部存储器和输入输出设备组成,中央处理器是计算机运算、控制的核心。它的运算速度和处理能力是计算机性能的主要体现。内部存储器用来储存“程序”和“数据”。中央处理器执行程序时,从内存中存取程序和数据。输入设备是向计算机输入数据和信息的设备,是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输出设备是人与计算机交互的一种部件,用于数据的输出,它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。这三大核心部件是如何发展的。(1)中央处理器(CPU)。目前中央处理器按照处理信息的字节长度可以分为4位、8位、16位、32位、64位处理器,处理信息速度可以达到1000MIPS,随着纳米集成电路的发展,能够集成的晶体管数量还会进一步增加,处理速度也会相应增加,但是纳米级集成电路也不能无限集成,他也有技术极限,要想有更大的突破,还需改变目前处理器硬件逻辑,创造新一代信息处理方法。(2)内部存储器。内部存储器储存计算机程序和信息的硬件,一般认为对于内部存储器来说,希望它能具有更大信息存储量,更高的信息交换速度和更低的能耗。(3)输入输出设备。使用过计算机的人都知道传统的输入输出设备一般包括键盘、鼠标、显示器、音频设备、打印机和一些图像处理设备等,这些设备也是经过不断发展的,从机械键盘,机械鼠标,到光电设备,从三基色CRT显示器到LED液晶显示器,这一类硬件发展速度非常快,而且更加专业化、数字化和智能化,使计算机的操作者人机界面更加友好。

3未来计算机硬件的发展方向

从计算机问世至今,计算机硬件的发展一直在追求一个方向,那就是要使计算机运算速度更快、存储能力更强,集成化程度更高,也就是让计算机体积更小,价格更便宜,应用更加智能。但是当进入一个信息化、数字化发飞速发展的今天,对计算机的要求也不断提高,希望计算机能能够帮助人类做更多的事情。所以现在研究计算机发展时发现下一代计算没有固定的发展方向了,呈现出数轴状的发展趋势,例如计算机体积就像两个极端发展一个是微型化,一方是巨型化。计算机应用的过程中希望单体硬件越小越好,便于携带和使用。另一方各国都在研制巨型计算机用于国防、天文、气象、经济等领域顶级科研应用,其实这两种方向都要求计算机硬件特别是处理器能在更小的体积上集成更多的半导体材料。同时希望计算机更加智能,又要求计算机能更加专业,智能是要让计算机像人脑一样,处理更多的问题,在工业上还要求计算机在精度、速度能够满足特定工艺具有专长。这要求计算机运算速度更快,使用更加可靠稳定,处理信息的能力要更高,更加安全。从上分析得出结论,下一代计算机是要求速度快,智能程度高,安全稳定,处理信息能力强,根据这些要求现在计算机硬件终究会有极限和瓶颈,集成程度高,散热就是问题。纳米级集成电路也有尺寸极限。这是计算机硬件发展中一定会遇到的硬件墙。那么解决这一问题的根本方法就是发展革命性信息处理技术的硬件。现在已经在攻关的下一代计算机有光计算机,量子计算机、生物计算机等。希望在这些领域尽快突破,将人类文明引领于新时代。

4结语

计算机从问世至今已经有70多年的发展史,从晶体管计算机到目前超大规模集成电路,计算机的发展经历了几次跨时代的革命。其中计算机硬件的革新是推动计算机革命的主要动力源泉。目前认为计算机经过了四代发展,现有技术主要还是建立在半导体集成技术的基础上,也在研究和展望下一代计算机发展方向,有科学及预计下一代计算机硬件技术可能出现颠覆性创新和多方向发展,光计算机,量子计算机,超导计算机都是未来计算机发展方向。文章不能全方位阐述计算机硬件的发展,只是根据个人观点探讨硬件的发展,寻找一个研究方向和目标。

作者:李晓坚 单位:黑龙江商业职业学院

参考文献

[1]杨净.关于计算机发展的思考[J].计算机光盘软件与应用,2014,(24).

[2]高义梅.计算机应用现状与发展趋势[J].电子技术与软件工程,2016,(24):157-157.机电技术

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