李曉堅(jiān)

（黑龍江商業(yè)職業(yè)學(xué)院，黑龍江牡丹江157011）

下一代計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展方向

李曉堅(jiān)

（黑龍江商業(yè)職業(yè)學(xué)院，黑龍江牡丹江157011）

計(jì)算機(jī)從問(wèn)世至今已經(jīng)有70多年的發(fā)展史，從晶體管計(jì)算機(jī)到目前超大規(guī)模集成電路，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了幾次跨時(shí)代的革命，現(xiàn)有技術(shù)主要還是建立在半導(dǎo)體集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，有科學(xué)家預(yù)計(jì)下一代計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)可能出現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和多方向發(fā)展，光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)都是未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。文章主要探討下一代計(jì)算機(jī)硬件的變革和最可能采用的新技術(shù)。

計(jì)算機(jī)；硬件；發(fā)展

1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展演變過(guò)程

學(xué)術(shù)界對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)明與發(fā)展一般認(rèn)為經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一階段是在20世紀(jì)40年代，稱(chēng)為電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)發(fā)展之初，體積大、速度慢主要應(yīng)用的數(shù)字計(jì)算。20世紀(jì)50年代末60年代初晶體管取代電子管，稱(chēng)為第二代計(jì)算機(jī)。第三代計(jì)算機(jī)是中小規(guī)模集成電路的時(shí)代，也是計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展和快速普及的時(shí)代，這一代計(jì)算機(jī)已經(jīng)具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的雛形，也突破了計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算時(shí)代，三代機(jī)可以處理文字、圖像等資料，也使軟件技術(shù)得以突破和發(fā)展。目前使用計(jì)算機(jī)成為第四代計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入了超大規(guī)模集成電路和數(shù)字電路時(shí)代，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化，價(jià)格更便宜，更容易攜帶，所以更加普及從國(guó)防到工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、商業(yè)，教育，醫(yī)療衛(wèi)生，娛樂(lè)、生活，計(jì)算機(jī)正在改變?nèi)藗兊纳?，成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的生產(chǎn)資料。

2 當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件的現(xiàn)狀

現(xiàn)代計(jì)算硬件的核心還是由中央處理器（CPU），內(nèi)部存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成，中央處理器是計(jì)算機(jī)運(yùn)算、控制的核心。它的運(yùn)算速度和處理能力是計(jì)算機(jī)性能的主要體現(xiàn)。內(nèi)部存儲(chǔ)器用來(lái)儲(chǔ)存“程序”和“數(shù)據(jù)”。中央處理器執(zhí)行程序時(shí)，從內(nèi)存中存取程序和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸出設(shè)備是人與計(jì)算機(jī)交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出，它把各種計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來(lái)。這三大核心部件是如何發(fā)展的。

（1）中央處理器（CPU）。目前中央處理器按照處理信息的字節(jié)長(zhǎng)度可以分為4位、8位、16位、32位、64位處理器，處理信息速度可以達(dá)到1000MIPS，隨著納米集成電路的發(fā)展，能夠集成的晶體管數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步增加，處理速度也會(huì)相應(yīng)增加，但是納米級(jí)集成電路也不能無(wú)限集成，他也有技術(shù)極限，要想有更大的突破，還需改變目前處理器硬件邏輯，創(chuàng)造新一代信息處理方法。

（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器。內(nèi)部存儲(chǔ)器儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序和信息的硬件，一般認(rèn)為對(duì)于內(nèi)部存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，希望它能具有更大信息存儲(chǔ)量，更高的信息交換速度和更低的能耗。

（3）輸入輸出設(shè)備。使用過(guò)計(jì)算機(jī)的人都知道傳統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備一般包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、音頻設(shè)備、打印機(jī)和一些圖像處理設(shè)備等，這些設(shè)備也是經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展的，從機(jī)械鍵盤(pán)，機(jī)械鼠標(biāo)，到光電設(shè)備，從三基色CRT顯示器到LED液晶顯示器，這一類(lèi)硬件發(fā)展速度非常快，而且更加專(zhuān)業(yè)化、數(shù)字化和智能化，使計(jì)算機(jī)的操作者人機(jī)界面更加友好。

3 未來(lái)計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展方向

從計(jì)算機(jī)問(wèn)世至今，計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展一直在追求一個(gè)方向，那就是要使計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)能力更強(qiáng)，集成化程度更高，也就是讓計(jì)算機(jī)體積更小，價(jià)格更便宜，應(yīng)用更加智能。但是當(dāng)進(jìn)入一個(gè)信息化、數(shù)字化發(fā)飛速發(fā)展的今天，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也不斷提高，希望計(jì)算機(jī)能能夠幫助人類(lèi)做更多的事情。所以現(xiàn)在研究計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)發(fā)現(xiàn)下一代計(jì)算沒(méi)有固定的發(fā)展方向了，呈現(xiàn)出數(shù)軸狀的發(fā)展趨勢(shì)，例如計(jì)算機(jī)體積就像兩個(gè)極端發(fā)展一個(gè)是微型化，一方是巨型化。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中希望單體硬件越小越好，便于攜帶和使用。另一方各國(guó)都在研制巨型計(jì)算機(jī)用于國(guó)防、天文、氣象、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域頂級(jí)科研應(yīng)用，其實(shí)這兩種方向都要求計(jì)算機(jī)硬件特別是處理器能在更小的體積上集成更多的半導(dǎo)體材料。同時(shí)希望計(jì)算機(jī)更加智能，又要求計(jì)算機(jī)能更加專(zhuān)業(yè)，智能是要讓計(jì)算機(jī)像人腦一樣，處理更多的問(wèn)題，在工業(yè)上還要求計(jì)算機(jī)在精度、速度能夠滿足特定工藝具有專(zhuān)長(zhǎng)。這要求計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度更快，使用更加可靠穩(wěn)定，處理信息的能力要更高，更加安全。從上分析得出結(jié)論，下一代計(jì)算機(jī)是要求速度快，智能程度高，安全穩(wěn)定，處理信息能力強(qiáng)，根據(jù)這些要求現(xiàn)在計(jì)算機(jī)硬件終究會(huì)有極限和瓶頸，集成程度高，散熱就是問(wèn)題。納米級(jí)集成電路也有尺寸極限。這是計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展中一定會(huì)遇到的硬件墻。那么解決這一問(wèn)題的根本方法就是發(fā)展革命性信息處理技術(shù)的硬件?，F(xiàn)在已經(jīng)在攻關(guān)的下一代計(jì)算機(jī)有光計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等。希望在這些領(lǐng)域盡快突破，將人類(lèi)文明引領(lǐng)于新時(shí)代。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)從問(wèn)世至今已經(jīng)有70多年的發(fā)展史，從晶體管計(jì)算機(jī)到目前超大規(guī)模集成電路，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了幾次跨時(shí)代的革命。其中計(jì)算機(jī)硬件的革新是推動(dòng)計(jì)算機(jī)革命的主要?jiǎng)恿υ慈?。目前認(rèn)為計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)了四代發(fā)展，現(xiàn)有技術(shù)主要還是建立在半導(dǎo)體集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，也在研究和展望下一代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向，有科學(xué)及預(yù)計(jì)下一代計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)可能出現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和多方向發(fā)展，光計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)，超導(dǎo)計(jì)算機(jī)都是未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。文章不能全方位闡述計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，只是根據(jù)個(gè)人觀點(diǎn)探討硬件的發(fā)展，尋找一個(gè)研究方向和目標(biāo)。

［1］楊凈.關(guān)于計(jì)算機(jī)發(fā)展的思考［J］.計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014，（24）.

［2］高義梅.計(jì)算機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2016，（24）：157-157.

Development Direction of the Next Generation of Computer Hardware

LI Xiao-jian
（Heilongjiang Business Vocational College，Mudanjiang，Heilongjiang 157011，China）

Thecomputerhasbeendevelopingformorethan70years，fromthetransistorcomputertothepresentultra-largescale integratedcircuit.Thecomputerdevelopmenthasexperiencedseveraltimesoftherevolution.Theexistingtechnologyismainly based on the semiconductor integrated technology，There are scientific prediction that next-generation computer hardware technology may beunprecedentedinnovativewithmulti-directionaldevelopment.Opticalcomputers,quantumcomputers，superconductingcomputersare the future direction of computer development.The paper focuses on the changes of next generation of computer hardware and thenewtechnologiesmostlikelytouse.

computer；hardware；development

TP38

A

2095-980X（2017）03-0045-01

2017-02-08

李曉堅(jiān)（1966-），男，廣西玉林人，副教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。