硬件發展歷史

 

              計算機硬件發展及前沿

     如今，咱們天天都離不開計算機，它讓世界變成「地球村」，它縮短了人與人之間的距離，它帶給咱們大量有用信息，令人們能坐在家裏足不出戶，就能知道世界上任何地方發生的全部的事。它極大的提升人們的生活質量，它的出現能夠說是人類文明發展的里程碑。同時，它的發展突飛猛進。計算機的歷史僅僅七十多年，可是發展程度是任何機器都比不了的。如今，讓咱們走進計算機的世界，探索它的奇妙與難以想象吧。

1、           計算機誕生的背景

現代計算機問世以前，計算機的發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。

早在17世紀，歐洲一批數學家就已開始設計和製造以數字形式進行基本運算的數字計算機。1642年，法國數學家帕斯卡採用與鐘錶相似的齒輪傳動裝置，製成了最先的十進制加法器。1678年，德國數學家萊布尼茲製成的計算機，進一步解決了十進制數的乘、除運算。

英國數學家巴貝奇在1822年製做差分機模型時提出一個設想，每次完成一次算術運算將發展爲自動完成某個特定的完整運算過程。1884年，巴貝奇設計了一種程序控制的通用分析機。這臺分析機雖然已經描繪出有關程序控制方式計算機的雛型，但限於當時的技術條件而未能實現。

巴貝奇的設想提出之後的一百多年期間，電磁學、電工學、電子學不斷取得重大進展，在元件、器件方面接連發明瞭真空二極管和真空三極管；在系統技術方面，相繼發明了無線電報、電視和雷達……。全部這些成就爲現代計算機的發展準備了技術和物質條件。

20世紀30年代，隨着數學和物理的蓬勃發展，物理學的各個領域經歷着定量化的階段，描述各類物理過程的數學方程，其中有的用經典的分析方法已根難解決。因而，數值分析受到了重視，研究出各類數值積分，數值微分，以及微分方程數值解法，把計算過程歸結爲巨量的基本運算，從而奠基了現代計算機的數值算法基礎。

社會上對先進計算工具多方面迫切的須要，是促使現代計算機誕生的根本動力。20世紀之後，各個科學領域和技術部門的計算困難堆積如山，已經阻礙了學科的繼續發展。特別是第二次世界大戰爆發先後，軍事科學技術對高速計算工具的須要尤其迫切。在此期間，德國、美國、英國部在進行計算機的開拓工做，幾乎同時開始了機電式計算機和電子計算機的研究。

 德國的朱賽最早採用電氣元件製造計算機。他在1941年製成的全自動繼電器計算機Z-3，已具有浮點記數、二進制運算、數字存儲地址的指令形式等現代計算機的特徵。在美國，1940～1947年期間也相繼製成了繼電器計算機MARK-一、MARK-二、Model-一、Model-5等。不過，繼電器的開關速度大約爲百分之一秒，使計算機的運算速度受到很大限制。

電子計算機的開拓過程，經歷了從製做部件到整機從專用機到通用機、從「外加式程序」到「存儲程序」的演變。1938年，美籍保加利亞學者阿塔納索夫首先製成了電子計算機的運算部件。1943年，英國外交部通訊處製成了「巨人」電子計算機。這是一種專用的密碼分析機，在第二次世界大戰中獲得了應用。

2、電子計算機的誕生

1946年2月美國賓夕法尼亞大學莫爾學院製成的大型電子數字積分計算機(ENIAC)，最初也專門用於火炮彈道計算，後經屢次改進而成爲能進行各類科學計算的通用計算機。這臺徹底採用電子線路執行算術運算、邏輯運算和信息存儲的計算機，運算速度比繼電器計算機快1000倍。這就是人們經常提到的世界上第一臺電子計算機。可是，這種計算機的程序仍然是外加式的，存儲容量也過小，還沒有徹底具有現代計算機的主要特徵。

三．計算機的發展

新的重大突破是由數學家馮·諾伊曼領導的設計小組完成的。1945年3月他們發表了一個全新的存儲程序式通用電子計算機方案—電子離散變量自動計算機(EDVAC)。隨後於1946年6月，馮·諾伊曼等人提出了更爲完善的設計報告《電子計算機裝置邏輯結構初探》。同年7～8月間，他們又在莫爾學院爲美國和英國二十多個機構的專家講授了專門課程《電子計算機設計的理論和技術》，推進了存儲程序式計算機的設計與製造。

1949年，英國劍橋大學數學實驗室率先製成電子離散時序自動計算機(EDSAC)；美國則於1950年製成了東部標準自動計算機(SFAC)等。至此，電子計算機發展的萌芽時期遂告結束，開始了現代計算機的發展時期。

 在創制數字計算機的同時，還研製了另外一類重要的計算工具——模擬計算機。物理學家在總結天然規律時，經常使用數學方程描述某一過程；相反，解數學方程的過程，也有可能採用物理過程模擬方法，對數發明之後，1620年製成的計算尺，己把乘法、除法化爲加法、減法進行計算。麥克斯韋巧妙地把積分(面積)的計算轉變爲長度的測量，於1855年製成了積分儀。

19世紀數學物理的另外一項重大成就——傅里葉分析，對模擬機的發展起到了直接的推進做用。19世紀後期和20世紀前期，相繼製成了多種計算傅里葉係數的分析機和解微分方程的微分分析機等。可是當試圖推廣微分分析機解偏微分方程和用模擬機解決通常科學計算問題時，人們逐漸認識到模擬機在通用性和精確度等方面的侷限性，並將主要精力轉向了數字計算機。

電子數字計算機問世之後，模擬計算機仍然繼續有所發展，而且與數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展成爲現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。

20世紀中期以來，計算機一直處於高速度發展時期，計算機由僅包含硬件發展到包含硬件、軟件和固件三類子系統的計算機系統。計算機系統的性能—價格比，平均每10年提升兩個數量級。計算機種類也一再分化，發展成微型計算機、小型計算機、通用計算機(包括巨型、大型和中型計算機)，以及各類專用機(如各類控制計算機、模擬—數字混合計算機)等。

計算機器件從電子管到晶體管，再從分立元件到集成電路以致微處理器，促使計算機的發展出現了三次飛躍。

在電子管計算機時期(1946～1959)，計算機主要用於科學計算。主存儲器是決定計算機技術面貌的主要因素。當時，主存儲器有水銀延遲線存儲器、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓和磁心存儲器等類型，一般按此對計算機進行分類。

到了晶體管計算機時期(1959～1964)，主存儲器均採用磁心存儲器，磁鼓和磁盤開始用做主要的輔助存儲器。不只科學計算用計算機繼續發展，並且中、小型計算機，特別是廉價的小型數據處理用計算機開始大量生產。

1964年，在集成電路計算機發展的同時，計算機也進入了產品系列化的發展時期。半導體存儲器逐步取代了磁心存儲器的主存儲器地位，磁盤成了不可缺乏的輔助存儲器，而且開始廣泛採用虛擬存儲技術。隨着各類半導體只讀存儲器和可改寫的只讀存儲器的迅速發展，以及微程序技術的發展和應用，計算機系統中開始出現固件子系統。

 20世紀70年代之後，計算機用集成電路的集成度迅速從中小規模發展到大規模、超大規模的水平，微處理器和微型計算機應運而生，各種計算機的性能迅速提升。隨着字長4位、8位、16位、32位和64位的微型計算機相繼問世和普遍應用，對小型計算機、通用計算機和專用計算機的需求量也相應增加了。

微型計算機在社會上大量應用後，一座辦公樓、一所學校、一個倉庫經常擁有數十臺以致數百臺計算機。實現它們互連的局部網隨即興起，進一步推進了計算機應用系統從集中式系統向分佈式系統的發展。

在電子管計算機時期，一些計算機配置了彙編語言和子程序庫，科學計算用的高級語言FORTRAN初露頭角。在晶體管計算機階段，事務處理的COBOL語言、科學計算機用的ALGOL語言，和符號處理用的LISP等高級語言開始進入實用階段。操做系統初步成型，使計算機的使用方式由手工操做改變爲自動做業管理。

進入集成電路計算機發展時期之後，在計算機中造成了至關規模的軟件子系統，高級語言種類進一步增長，操做系統日趨完善，具有批量處理、分時處理、實時處理等多種功能。數據庫管理系統、通訊處理程序、網絡軟件等也不斷增添到軟件子系統中。軟件子系統的功能不斷加強，明顯地改變了計算機的使用屬性，使用效率顯著提升。

 在現代計算機中，外圍設備的價值通常已超過計算機硬件子系統的一半以上，其技術水平在很大程度上決定着計算機的技術面貌。外圍設備技術的綜合性很強，既依賴於電子學、機械學、光學、磁學等多門學科知識的綜合，又取決於精密機械工藝、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；輸入輸出設備又分爲輸入、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、模式信息處理設備和轉換設備等。

 新一代計算機是把信息採集存儲處理、通訊和人工智能結合在一塊兒的智能計算機系統。它不只能進行通常信息處理，並且能面向知識處理，具備形式化推理、聯想、學習和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領域和得到新的知識。

四．計算機硬件發展前沿

   1. CPU 方面

 Intel與AMD仍然以小降爲主，不過降幅並不明顯，涉及的產品也比較少。Intel今日降價產品主要集中在高端的Core2系列，而AMD僅有四款產品價格有所調整。因爲四核剛剛發佈，還沒普及開。AMD從廣大消費者的角度考慮，在四核和雙核之間，推出三核，讓消費者有更多的選擇。從性能方面來看，AMD公司的內部測試結果顯示，三核處理器的性能比雙核要高出40%-50%。三核處理器將在AMD公司的產品線路上長期存在，AMD之因此推出三核，是爲了給更多範圍的用戶提供真正的多核技術。AMD公司剛剛推出的三核Phenom處理器可能成爲世界首款在單個硅片上集成了三個計算核心的處理器。看了以上內容後，我給你們說一下CPU生產技術的重要性。目前你們在評價一款處理器時，最早考慮的每每是它的工做頻率、前端總線、緩存容量等等性能指標，而對處理器背後的生產技術每每視而不見。不知你是否知道，半導體技術的發展，特別是半導體制造工藝的發展，對CPU和顯示芯片的性能起至關重要的做用。從1995年以來，芯片製造工藝的發展十分迅速，前後從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.09微米一直髮展到目前應用的0.065微米，整整花費了10年時間。而每次新制程的引入，都對處理器技術發展動態、處理器性能、處理器功耗有着相當重要的影響。首先，新的生產工藝能夠提升芯片的集成度。在不增長芯片面積的狀況下，使用更精細的生產工藝能夠比老工藝大大增長的晶體管數量，並能夠擴展新的功能。65nm製造工藝所指的是處理器在製造中採用的工藝標準，處理器裏面採用銅互鏈技術，而65nm就是表明他們之間的距離，距離越窄，相同空間就能夠承載更多的晶體管，而晶體管的數量和處理器的性能、二級緩存大小成正比，直接影響處理器總體性能表現。而且採用最新制造工藝後，相同晶體管會佔據更小的面積，使一塊晶元可以切割出更多處理器，使總體處理器成本下降，直接結果就是單顆處理器售價下降。此外，下降工藝後還有一個重要好處，一個是功耗下降，提升處理器主頻是提升處理器性能的主要手段之一，可是因爲提升主頻後總體功耗會隨之上升，因此提升製造工藝也能夠有效下降功耗，提升處理器主頻。而且在下降處理器功耗的同時，處理器總體的超頻能力也獲得大幅度提高，每次提高製造工藝後，每每就會成爲新一代超頻極品，也正是這個緣由。

 二、 主板和顯卡方面　

   1.前端總線(FSB)頻率是直接影響CPU與內存直接數據交換速度。因爲數據傳輸最大帶寬取決於全部同時傳輸的數據的寬度和傳輸頻率，而CPU就是經過前端總線(FSB)鏈接到北橋芯片，進而經過北橋芯片和內存、顯卡交換數，因此前端總線頻率越大，表明着CPU與內存之間的數據傳輸量越大，更能充分發揮出CPU的功能。從400前端總線到今天的1333前端總線，Intel經歷了6代總線的變遷。1333MHz前端總線規格，曾經對於對於咱們來講感受那是那麼的遙遠，而如今卻已經悄然的來到咱們的身邊，進入1333MHzFSB-時代，能夠得到更高的CPU頻率和性能，這是歷史發展的必然所在。它加快了多核心處理器在市場的普及率，更有利與多核心處理器的推廣。二、DR3內存技術　今年英特爾除了將前端總線提升到1333MHz外，也將擁有更高帶寬的DDR3內存技術引入自家平臺中.憑藉着更高運行頻率，DDR3擁有更高內存帶寬-----相比現今DDR2800所擁有的12.8GB/s數據帶寬，達到DDR31600MHz時帶寬將上升至25.6GB/s，偏偏是DDR2的兩倍。可是，就像DDR2和DDR的對比同樣，在相同的時鐘頻率下，DDR2與DDR3的數據帶寬是同樣的，只不過DDR3的速度提高潛力更大。固然，在能耗控制方面，DDR3顯然要出色得多。所以，從長遠趨勢來看，擁有單芯片位寬以及頻率和功耗優點的DDR3是使人鼓舞的。目前英特爾的P3五、G3三、G3五、X38都全面對DDR3內存提高了良好的支持。遺憾的是，前端總線帶寬的限制讓雙通道DDR3的意義大打折扣，畢竟如今雙通道DDR2667徹底能夠餵飽新一代處理器的胃口，所以今年DDR3又成爲英特爾平臺華而不實的功能。　　三、PCI Express 2.0規範　　PCI-SIG發佈了 PCIe Base 2.0 規格，將數據傳輸率由 2.5 GT/s提高到 5 GT/s。由此，PCI Express總線將能支持更耗頻寬的應用，而且將x16 的傳輸提升到約 16 Gbps。　　5Gbps速率版本的PCIExpress中將增添若干新的特性。其中就包括訪問控制特性——容許軟件來控制互連的包路由，並防止***進行欺騙和數據從新路由，而這主要是針對點對點數據傳輸而言。這種特性將應用在PCIExpress芯片組、交換芯片和多功能器件中。2.0版中還具有另外一項新特性，即當連接速率或帶寬自動下降時，軟件就會獲得通報。若是對PCI——Express的鏈路調訓(link-training)狀態機進行升級，就使軟件可對配置進行控制，並能調節PCIExpress 2.0連接的速率。　　對於圖形芯片而言，除了能夠實現更高性能，還能利用2.0版的快速通道功能，從而使主板無須集成圖形處理器，只需利用系統的主存儲器便可。可是，將來少數幾代的臺式電腦和筆記本電腦也許將採用一種混合方式，即以5Gbps的PCIExpress處理圖形工做、而以2.5Gbps的PCIExpress處理其它全部工做。其次，PCI Express2.0加強了供電能力，使得系統可良好支持300瓦之內功耗的高階顯卡。此外，PCIExpress 2.0新增了輸入輸出虛擬(IOV)特性，該項特性可以使多臺虛擬計算機可方便地共享顯卡、網卡等擴展設備。目前英特爾「3」系列芯片組及NVIDIA的GF8800GT分別成爲最高支持PCIExpress2.0規範的主板產品及顯卡產品，相信明年其它芯片組廠商也會跟進。四、整合圖形核心2006年之前，整合主板一直是低端產品的代名詞。主要由Intel、VIA和SIS等傳統主板芯片廠商製造生產，主要供應給品牌機制造商和商業用戶，在DIY市場中佔有率很是低。受低端獨立顯卡利潤下降的影響，傳統顯示芯片廠商將大部分精力投入到了整合主板研發當中，其中包括NVIDIA和前ATI。傳統顯示芯片廠商進入主板芯片組研發領域後，影響了整個2006年主板市場格局變化，進一步的擴張行爲將在2007年展開，提升遊戲性能、視頻性能成爲07年整合芯片組發展的主旋律。好比剛收購ATI不久的AMD在2007年年初推出690G整合芯片主板，到目前爲止它還是是目前性能最強的整合主板，市場定位也很是前瞻的瞄準了數字家庭市場，經過HDCP認證並提供HDMI接口。而在Intel平臺，Intel也新推出G31和G33兩款整合市場推出的產品，而規格更強的Intel除本身生產整合主板外，NVIDIA今年也開始涉足Intel整合平臺，好比MCP73所整合的整合7300級別圖形核心進一步拉近了與低端獨立顯卡的性能差距。考慮到目前顯卡已經進入DX10時代，所以對於須要量最大的整合主板市場，支持DX10也將成爲將來整合主板的發展趨勢。雖然DX10對整合圖形核心來講意義也不大，不過隨着整合的顯示核心在功能、特效、性能的日漸強大，這一特性對消費者來講也許愈來愈重要。明年支持DX10將會成爲新一代整合芯片組的標準特性，而NVIDIA、Intel也已經爲你們準備了相應的「禮物」，好比NVIDIA的MCP7八、ADM的RS780及Intel的G45，明年這些產品均可以與你們見面。　　五、無鉛、固態電容、熱管　　除了芯片組技術外，在2007年中主板行業也出現三大製造趨勢。首先，今年主板廠商在自家產品之上引入無鉛製造技術，讓主板業迎來綠色的春天。咱們都知道，在種種重金屬污染中，鉛是首當其衝的危害源!此前的板卡設備上的芯片，都是經過芯片的封裝下面的小焊點和PCB板鏈接的。這些小焊點傳統上是用鉛的，而「無鉛」技術則是使用一種錫，銀，銅的合成物來取代鉛，這將讓主板更環保。目前，市場上的大多數主板都已經採用無鉛工藝。

 3. 內存方面

  內存方面將會有一個DDR與DDR2並存以及向DDR2過渡的時代。當前的處理器主頻和I/O帶寬都很高，須要內存提供很高的數據傳輸率來配合。要知道內存帶寬至少要和前端總線帶寬同步，這樣纔不至於影響處理器性能的發揮。並且處理器的速度提高還在不斷的進行中，內存須要每秒鐘提供更多的數據來知足處理器的要求。目前的內存速度提高已經至關困難，這時候轉變到DDR2不失爲合理的時機，它提供了一條提升內存帶寬的康莊之道，能夠緩解當前遇到的不少問題。雙通道技術也將被普遍應用。由於它提供了一種廉價的性能提高方案。

 4. 顯示器方面

  顯示器一般也被稱爲監視器或屏幕。顯示器根據不一樣的分類標準有不一樣的分類，最常規的可分爲CRT顯示器LCD顯示器和等離子顯示器通過幾十年的發展，如今LCD已經成爲主流與傳統的CRT相比他有無輻射體積小耗電量低美觀等優勢，可是他也存在響應慢表現力弱價格高等缺點。隨着科技突飛猛進的發展，人們已經一步步的克服上述缺點。在LCD製做比較好的有三星LGAOC明基DELLHP華碩和聯想以及SONY等公司。LCD的好壞主要由如下幾個方面肯定分辨率灰階響應時間等決定。

 5. 硬盤方面

  硬盤方面市場就相對平靜一些。依舊繼續着10年前的發展道路，採用增長每平方英寸數據存儲量以及增長盤片數量來提高容量。近年來，GMR磁頭技術獲得了很好的發展。這個由IBM公司8年前開發的技術在通過了許屢次改進後一直沿用至今。在轉速方面，目前7200rpm幾乎是惟一的主流選擇，假如對性能要求較高，WD的10000rpm的桌面級硬盤Raptor（猛禽）也是能夠考慮的。將來硬盤轉速通常不會有多少提高，由於高轉速是要以低穩定性、高功耗和高發熱量爲代價的。因此，將來的硬盤發展方向，將會向大容量、SATA、NCQ技術方向發展。SATA技術相比目前的PATA來講，能夠有更好的外部傳輸速率和更高的穩定性。雖然在目前可能性能提高不大，可是在將來能夠有很是光明的前景（包括SATA2）。NCQ技術在桌面級平臺的引進，能夠大幅改善目前硬盤數據讀取率低，速度慢的缺點。NCQ將會是將來硬盤技術的一大亮點。

   6. 光驅方面

  一是經過BenQ首創的動態減震平衡系統,經過智能實時調整,使機構始終處於一個動態平衡的狀態,從而有效下降馬達機構高速運轉時產生的震動,並使噪音大大下降;二是經過BenQ專業的氣流導正系統,改變光驅內部氣流場,平衡光存儲設備內空氣流場的壓力。這樣使得光驅真的會實現高真清。

 7. 聲卡方面

  聲卡是一臺多媒體電腦的主要設備之一，如今的聲卡通常有板載聲卡和獨立聲卡之分。在早期的電腦上並無板載聲卡，電腦要發聲必須經過獨立聲卡來實現。隨着主板整合程度的提升以及CPU性能的日益強大，同時主板廠商下降用戶採購成本的考慮，板載聲卡出如今愈來愈多的主板中，目前板載聲卡幾乎成爲主板的標準配置了，沒有板載聲卡的主板反而比較少了。板載聲卡優缺點：由於板載軟聲卡沒有聲卡主處理芯片，在處理音頻數據的時候會佔用部分CPU資源，在CPU主頻不過高的狀況下會略微影響到系統性能。目前CPU主頻早已用GHz來進行計算，而音頻數據處理量卻增長的並很少，相對於之前的CPU而言，CPU資源佔用旅已經大大下降，對系統性能的影響也微乎其微了，幾乎能夠忽略。

音質」問題也是板載軟聲卡的一大弊病，比較突出的就是信噪比較低，其實這個問題並非由於板載軟聲卡對音頻處理有缺陷形成的，主要是由於主板製造廠商設計板載聲卡時的佈線不合理，以及用料作工等方面，過於節約成本形成的。而對於板載的硬聲卡，則基本不存在以上兩個問題，其性能基本能接近並達到通常獨立聲卡，徹底能夠知足普通家庭用戶的須要。集成聲卡最大的優點就是性價比，並且隨着聲卡驅動程序的不斷完善，主板廠商的設計能力的提升，以及板載聲卡芯片性能的提升和價格的降低，板載聲卡愈來愈獲得用戶的承認。板載聲卡的劣勢卻正是獨立聲卡的優點，而獨立聲卡的劣勢又正是板載聲卡的優點。獨立聲卡從幾十元到幾千元有着各類不一樣的檔次，從性能上講集成聲卡徹底不輸給中低端的獨立聲卡，在性價比上集成聲卡又佔盡優點。在中低端市場，在追求性價的用戶中，集成聲卡是不錯的選擇。顯卡方面顯卡做爲電腦主機裏的一個重要組成部分，對於喜歡玩遊戲和從事專業圖形設計的人來講顯得很是重要。目前民用顯卡圖形芯片供應商主要包括ATI和nVIDIA兩家。如今最熱的是雙卡技術即ScanLineInterlace（掃描線交錯）技術簡稱SLI顯卡的主要構成及其參數

一、顯示芯片（型號、版本級別、開發代號、製造工藝、核心頻率）

二、顯存（類型、位寬、容量、封裝類型、速度、頻率）

三、技術（象素渲染管線、頂點着色引擎數、3DAPI、RAMDAC頻率及支持MAX分辨率）

四、PCB板（PCB層數、顯卡接口、輸出接口、散熱裝置其實顯卡的發展過程對咱們這代人的影響很大的，你們玩的遊戲從最開始很粗糙的2D到3D在到3維。爲何遊戲的畫面愈來愈好看呢？就是因爲顯卡和聲卡的迅速發展形成的。

咱們生活在一個計算機發展的黃金時期，迅猛發展的計算機硬件技術爲軟件的不斷更新創造了良好的平臺，爲咱們的生活添光加彩。