摘 要：硬件在計算機的發(fā)展中起到了決定性作用，本文首先對計算機的發(fā)展歷程做了簡單的介紹，以此引出組成計算機的硬件系統(tǒng)發(fā)展并進行了詳細的介紹。通過回顧計算機硬件的發(fā)展，并提出了具體的發(fā)展趨勢，我們相信計算機的發(fā)展前景會更加燦爛。

關鍵詞：計算機硬件；發(fā)展；CPU

中圖分類號：TP393.05

1 計算機硬件的涵義以及組成

1.1 計算機硬件涵義

計算機硬件是一個統(tǒng)稱，具體包括計算機系統(tǒng)中的多類電子、機械和光電元件。這些元件組成一個有機的整體，可以為計算機軟件運行提供物質基礎。

1.2 計算機硬件組成及作用分析

計算機硬件是計算機的重要組成部分，其中包含了5個重要的組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備。

1.2.1 運算器

計算機硬件中的運算器主要功能是對數據和信息進行運算和加工。運算器包括以下幾個部分：通用計算器、狀態(tài)寄存器、累加器和關鍵的算術邏輯單元。運算器可以進行算術計算（加減乘除）和邏輯運算（與或非）。

1.2.2 控制器

控制器和運算器共同組成了中央處理器（CPU）?？刂破骺梢钥醋饔嬎銠C的大腦和指揮中心，它通過整合分析相關的數據和信息，可以讓計算機的各個組成部分有序地完成指令。

1.2.3 存儲器

顧名思義，存儲器就是計算機的記憶系統(tǒng)，是計算機系統(tǒng)中的記事本。而和記事本不同的是，存儲器不僅可以保存信息，還能接受計算機系統(tǒng)內不同的信息并對保存的信息進行讀取。存儲器由主存和輔存組成，主存就是通常所說的內存，氛圍RAM和ROM兩個部分。輔存即外存，但是計算機在處理外存的信息時，必須首先經過內外存之間的信息交換才能夠進行。

1.2.4 輸入設備

輸入設備和輸出設備都是進行人機互動的關鍵設備。鼠標、鍵盤等輸入設備的出現，給計算機帶來了天翻地覆的變化?，F有的鼠標主要有兩類：光電鼠標和機械式鼠標。通過鼠標，我們可以很方便地在計算機屏幕上進行坐標的定位，可以很好地操作圖形和軟件處理，為人類提供了最大的便捷。鍵盤也是一類非常重要的輸入設備，計算機大部分的指令都是通過鍵盤輸入來進行的。

1.2.5 輸出設備

上文提到，輸出設備也是計算機人機互動的關鍵設備，它的特點是可以將計算機的信息以畫面的形式展現出來，具有很好的直觀性。常見的輸出設備有顯示器、打印機、語音和視頻輸出裝置等。

2 計算機系統(tǒng)硬件的發(fā)展趨勢

計算機系統(tǒng)的硬件發(fā)展主要表現在兩個方面。傳統(tǒng)方面，硬件的發(fā)展主要是通過硬件或固件的發(fā)展，并研制和開發(fā)大規(guī)模的集成電路，以達到更小、更快、更簡便；概念方面，是通過研發(fā)新型的計算機模型，通過新的思路，新的構架，新的載體等等來提高計算機的計算和處理能力，達到智能化，使之更為接近于人腦。

2.1 計算機硬件組成的發(fā)展

2.1.1 CPU的發(fā)展

中央處理器（CPU）的發(fā)展雖然經歷了很多的階段，但是可以將CPU的發(fā)展劃分為兩個時代：主頻時代和多核時代。

主頻時代的主要特點就是唯主頻論，而且都是以單核形式出現的，大概時間是從1970年到2005年的30多年。

1971年，英特爾公司發(fā)明了世界上第一臺微型處理器，命名為4004，這是人類歷史上第一個用于計算的4位微處理器。劃時代的產品其實功能有限速度很慢，但是它的出現是計算機硬件發(fā)展重要的里程碑。

1978年，英特爾公司再次站在了時代的最前沿，首次發(fā)明并生產16位微處理器。1997年11月，英特爾和惠普公司共同研制成功了64位的EPIC架構和相應的產品計劃。而且終于在2004年底，AMD和英特爾公司都分別推出了64位的中央處理器。

CPU在經歷了單核時代的發(fā)展后，終于在2006年進入了一個全新的時代，雙核和多核時代，雙核處理器的出現徹底結束了唯主頻論的單核CPU時代。

在雙核CPU的技術上，實力雄厚AMD和英特爾公司又站在了時代的前沿。不過在雙核技術處理上，兩個公司的做法卻截然不同。AMD公司的做法是通過相關的技術將兩個內核拼湊在一起，并進行架構的連接提升集成度。該做法的優(yōu)點是，雖然是雙核技術，但其本身的功耗卻和單核一樣，而計算速度卻是單核的兩倍。而英特爾公司的雙核技術是采用了兩個獨立的內核，內核之間并沒有任何的連接，相比AMD的雙核，其功耗增加了很多。所以在用戶的實際使用中，AMD的雙核技術更被接受和認可。

雖然英特爾公司的雙核設計理念落后于AMD，但是經過多次的研發(fā)，英特爾在2012年4月發(fā)布了全新的IVB處理器，可以在更大的程度上滿足用戶的需求。

通過對CPU發(fā)展的兩個時代的分析，我們可以知道，對于計算機硬件的發(fā)展來說，雙核和多核處理器的出現是必然的，而且也是符合市場需要的。因為無論是在用戶體驗，還是在技術進步上，雙核處理器都有單核無法比擬的優(yōu)勢。未來的研發(fā)精力也將更多的關注于雙核和多核處理器。雙核將是未來市場主流中央處理器的發(fā)展趨勢。

2.1.2 存儲器的發(fā)展

按照存儲器的模式來分，計算機硬件存儲器組要分為以下三種模式：DAS模式、NAS模式和SAN模式。DAS模式的主要優(yōu)點是操作簡單、成本較低而且性能高，但是安全性和擴展性不夠。NAS模式的特點獨立PC服務器，擴展性好，但是數據傳輸速度不高。SAN模式是一個存儲的網絡模式，所有的存儲設備通過光纖進行連接，并配備交換機，顯而易見其優(yōu)點是數據傳輸速度快，擴展性強。但是SAN模式也有個明顯的缺點，即技術相對復雜，成本比較高。

存儲器的發(fā)展有個特點，存儲空間更大，體積更小，功耗更低的發(fā)展趨勢。這種趨勢尤其在Flash Memory表現的尤為突出。大小低的發(fā)展趨勢也符合科技發(fā)展的潮流，另外也促進了便攜產品的發(fā)展。

2.1.3 外圍設備的發(fā)展

外圍設備主要包括輸入設備和輸出設備。在計算機硬件發(fā)展的初期，外圍設備的地位并不是很高。上世紀70年代以后，隨著外圍設備技術的發(fā)展，其重要性也越來越大，很多高性能產品不斷涌現，從而使得外圍設備在計算機硬件中的地位越來越重要，人機互動也越來越友好。在多媒體時代來臨之后，外圍設備更是朝智能化方向發(fā)展。相信外圍設備的比重也會越來越大。

2.2 新型計算機的發(fā)展

根據摩爾定律，集成電路上可容納的電晶體數目，約每隔24個月便會增加一倍。該定律被認定至少持續(xù)到2015年或2020年。我們可以很明顯的感覺到，到今天為止，電晶體的數目增加速度在放緩，顯而易見，傳統(tǒng)計算機要想繼續(xù)大幅度的提高計算機性能，遇到的困難將會越來越大。面對如此情況，我們必須從另外的角度去追求計算機的更高的發(fā)展。

21世紀是生物世紀，人類發(fā)明計算機的初衷也是要其代替人腦來活動。因此很多科學家利用生命的最基本原理去實現計算機的突破。很多概念性的計算機已經有了理論依據甚至試驗成功。近年來的量子計算機，可穿戴計算機，生物芯片計算機的提出就是最好的證明。這些新技術將會給計算機帶來更偉大的發(fā)展和進步，引發(fā)新一輪的計算機革命。

以生物計算機為例，生物計算機的主要原理就是利用蛋白質分子的形成過程，并將蛋白質分子做成生物芯片，蛋白質分子的形成過程就是信息的數據存儲過程。該芯片的信息是以波的形式傳播的，當信息沿著蛋白質分子鏈傳播時，氨基酸鏈中的鍵結構順序會發(fā)生變化，就像電路中的電子移動一樣，而且其的運算速度要比現有的計算機要快，而且蛋白質這類大分子的生命物質具有很強的抗電磁干擾能力，安全率更高，而能量消耗卻非常低。而且大分子的信息存儲能力非常巨大，我們可以相應在未來的計算機硬件發(fā)展中，這些現有的概念計算機將會寫上濃重的一筆。

3 結語

時代在變，計算機硬件的發(fā)展也在變。國內外的有關部門也在投入巨大的人力物力在推動計算機硬件的發(fā)展。我們相信在不久的未來，計算機硬件以及計算機的發(fā)展會越來越輝煌。

參考文獻：

[1]張敬偉.關于CPU現狀及發(fā)展趨勢[J].華章，2013（6）：307.

[2]陳錦潤.計算機硬件發(fā)展研究[J].時代人物，2008（6）：166-167.

作者單位：沈陽廣播電視大學，沈陽 110003