張睿
摘 要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中軟硬件比例的功能分配也在不斷的發(fā)生著變化,該文簡(jiǎn)單論述了在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的前提下,計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展趨勢(shì):隨著硬件的成本降低、軟件成本的提高,硬件比重將會(huì)越來(lái)越大,性能更好。
關(guān)鍵詞:硬件 芯片 性能
中圖分類號(hào):TP302.1G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)04(a)-0031-01
新一代計(jì)算機(jī)硬件是把信息采集存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅能進(jìn)行一般信息處理,而且能面向知識(shí)處理,具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力,將能幫助人類開(kāi)拓未知的領(lǐng)域和獲得新的知識(shí)。目前,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)有著越來(lái)越方便、越來(lái)越人性化、越來(lái)越自動(dòng)化、越來(lái)越容易操作的趨勢(shì)。
雖然計(jì)算機(jī)的制作技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化,但在基本結(jié)構(gòu)上,一直沿襲著馮.諾依曼的傳統(tǒng)架構(gòu),即計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本構(gòu)件組成。計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面的發(fā)展,一個(gè)是研制新型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),提高并行計(jì)算和處理能力,其次是以硬件或固件為發(fā)展主線的大規(guī)模集成電路的研制和開(kāi)發(fā)。
(1)軟、硬件的功能分配是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要任務(wù),而軟件和硬件在邏輯功能上又是等效的。從原理上講,軟件的功能可以用硬件或固件完成,而硬件的功能也可以由軟件模擬實(shí)現(xiàn)。提高硬件功能的比例可提高解題速度,減少程序所需存儲(chǔ)空間,但會(huì)增加硬件成本;提高軟件功能的比例可減低硬件成本,提高系統(tǒng)的靈活性,但解題速度會(huì)下降,而且軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用和所需的存儲(chǔ)器用量也要增加。計(jì)算機(jī)硬件成本不斷下降,軟件成本的不斷上升,計(jì)算機(jī)的硬件越來(lái)越便宜,軟件越來(lái)越昂貴,因此,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)朝著硬件比例越來(lái)越大的趨勢(shì)發(fā)展。
(2)硬件的發(fā)展就是在不斷的追求體積更小巧、集成度更高、性能更好、生產(chǎn)更快速、價(jià)格更低廉的芯片。現(xiàn)在處理器的發(fā)展真可謂日新月異,CPU對(duì)于計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用,所以不斷的提高CPU的性能將對(duì)電腦的性能起到巨大的推動(dòng)作用。計(jì)算機(jī)硬件的核心技術(shù)是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)。從1995年以來(lái),芯片制造工藝的發(fā)展十分迅速,新的生產(chǎn)工藝可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面積的情況下,使用更精細(xì)的生產(chǎn)工藝可以比老工藝大大增加的晶體管數(shù)量,并可以擴(kuò)展新的功能采用最新制造工藝后,相同晶體管會(huì)占據(jù)更小的面積,使一塊晶元能夠切割出更多處理器,使整體處理器成本降低,直接結(jié)果就是單顆處理器售價(jià)降低。同時(shí),速度越來(lái)越快,功耗越來(lái)越小。納米技術(shù)的運(yùn)用也使這些電器產(chǎn)品更加智能化,功能更多。整合性的東西越來(lái)越多,如聲卡、顯卡、網(wǎng)卡都地整合到主板上,這樣可以使電腦的價(jià)格更加便宜。
隨著信息時(shí)代的到來(lái),各層次的電腦用戶對(duì)電腦的性能提出了更高的要求。在市場(chǎng)需求上看,無(wú)論是企業(yè)用戶,還是個(gè)人用戶,多任務(wù)、多線程的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,傳統(tǒng)的單核處理器在同時(shí)處理多個(gè)線程的時(shí)候顯得力不從心,提升處理器多任務(wù)處理能力是迫切需要解決的問(wèn)題。雙核和多核處理器能大幅度提高了PC的工作效率。這也就表明雙核和多核也是未來(lái)科技發(fā)展的必然需要。
(3)存儲(chǔ)器的發(fā)展也具有容量大,體積小、價(jià)格低的趨勢(shì)。隨著信息量的不斷增加,對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求提出了更高的要求。存儲(chǔ)器的發(fā)展將更多的關(guān)注速度和可靠性的提高,要具有更好的擴(kuò)展性。借助于先進(jìn)的工藝優(yōu)勢(shì),存儲(chǔ)芯片的封裝尺寸更小,也決定了存儲(chǔ)器的低電壓特性,更促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品的發(fā)展。
(4)隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)的體積越來(lái)越小,速度越來(lái)越高,容量越來(lái)越大,功耗越來(lái)越低,可靠性越來(lái)越好,輸入輸出設(shè)備也朝著高性能、多樣化、智能化和多媒體方向發(fā)展。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備的發(fā)展,人機(jī)界面越來(lái)越友好。一方面外圍設(shè)備中也已越來(lái)越多地嵌入微處理器和軟件進(jìn)行控制以達(dá)到智能化和高性能的目標(biāo),另一方面也常常將原屬于外圍設(shè)備或外圍設(shè)備控制器的部分功能直接設(shè)計(jì)進(jìn)CPU,以便降低成本和改善性能。
迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù),為計(jì)算機(jī)軟件的不斷更新創(chuàng)造了良好的平臺(tái)。未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展,應(yīng)更進(jìn)一步縮短高級(jí)語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言、操作系統(tǒng)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu),程序設(shè)計(jì)環(huán)境域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語(yǔ)義差距,這些差距是用軟件來(lái)填補(bǔ)的,語(yǔ)義差距的大小實(shí)質(zhì)上取決于軟、硬件功能的分配,差距小了,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)軟件的支持就加強(qiáng)了。軟件跟上硬件的發(fā)展步伐還需要時(shí)間。目前,隨著數(shù)字模擬融合、微機(jī)電融合、電路板硅片融合、硬軟件設(shè)計(jì)融合的趨勢(shì),新一代集成電路技術(shù)和IP核產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)在必行,嵌入式整機(jī)的開(kāi)發(fā)工作也從傳統(tǒng)的硬件為主變?yōu)檐浖橹?,嵌入式軟件的發(fā)展將成為主流,會(huì)有超長(zhǎng)的生命周期。
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