李曉堅

（黑龍江商業(yè)職業(yè)學(xué)院，黑龍江牡丹江157011）

下一代計算機硬件發(fā)展方向

李曉堅

（黑龍江商業(yè)職業(yè)學(xué)院，黑龍江牡丹江157011）

計算機從問世至今已經(jīng)有70多年的發(fā)展史，從晶體管計算機到目前超大規(guī)模集成電路，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了幾次跨時代的革命，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)計下一代計算機硬件技術(shù)可能出現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和多方向發(fā)展，光計算機、量子計算機、超導(dǎo)計算機都是未來計算機發(fā)展方向。文章主要探討下一代計算機硬件的變革和最可能采用的新技術(shù)。

計算機；硬件；發(fā)展

1 計算機硬件的發(fā)展演變過程

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

2 當前計算機硬件的現(xiàn)狀

現(xiàn)代計算硬件的核心還是由中央處理器（CPU），內(nèi)部存儲器和輸入輸出設(shè)備組成，中央處理器是計算機運算、控制的核心。它的運算速度和處理能力是計算機性能的主要體現(xiàn)。內(nèi)部存儲器用來儲存“程序”和“數(shù)據(jù)”。中央處理器執(zhí)行程序時，從內(nèi)存中存取程序和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備是向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計算機與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸出設(shè)備是人與計算機交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出，它把各種計算結(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。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)量還會進一步增加，處理速度也會相應(yīng)增加，但是納米級集成電路也不能無限集成，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)部存儲器。內(nèi)部存儲器儲存計算機程序和信息的硬件，一般認為對于內(nèi)部存儲器來說，希望它能具有更大信息存儲量，更高的信息交換速度和更低的能耗。

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

3 未來計算機硬件的發(fā)展方向

從計算機問世至今，計算機硬件的發(fā)展一直在追求一個方向，那就是要使計算機運算速度更快、存儲能力更強，集成化程度更高，也就是讓計算機體積更小，價格更便宜，應(yīng)用更加智能。但是當進入一個信息化、數(shù)字化發(fā)飛速發(fā)展的今天，對計算機的要求也不斷提高，希望計算機能能夠幫助人類做更多的事情。所以現(xiàn)在研究計算機發(fā)展時發(fā)現(xiàn)下一代計算沒有固定的發(fā)展方向了，呈現(xiàn)出數(shù)軸狀的發(fā)展趨勢，例如計算機體積就像兩個極端發(fā)展一個是微型化，一方是巨型化。計算機應(yīng)用的過程中希望單體硬件越小越好，便于攜帶和使用。另一方各國都在研制巨型計算機用于國防、天文、氣象、經(jīng)濟等領(lǐng)域頂級科研應(yīng)用，其實這兩種方向都要求計算機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。同時希望計算機更加智能，又要求計算機能更加專業(yè)，智能是要讓計算機像人腦一樣，處理更多的問題，在工業(yè)上還要求計算機在精度、速度能夠滿足特定工藝具有專長。這要求計算機運算速度更快，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，下一代計算機是要求速度快，智能程度高，安全穩(wěn)定，處理信息能力強，根據(jù)這些要求現(xiàn)在計算機硬件終究會有極限和瓶頸，集成程度高，散熱就是問題。納米級集成電路也有尺寸極限。這是計算機硬件發(fā)展中一定會遇到的硬件墻。那么解決這一問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)的下一代計算機有光計算機，量子計算機、生物計算機等。希望在這些領(lǐng)域盡快突破，將人類文明引領(lǐng)于新時代。

4 結(jié)語

計算機從問世至今已經(jīng)有70多年的發(fā)展史，從晶體管計算機到目前超大規(guī)模集成電路，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了幾次跨時代的革命。其中計算機硬件的革新是推動計算機革命的主要動力源泉。目前認為計算機經(jīng)過了四代發(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算機發(fā)展方向，有科學(xué)及預(yù)計下一代計算機硬件技術(shù)可能出現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和多方向發(fā)展，光計算機，量子計算機，超導(dǎo)計算機都是未來計算機發(fā)展方向。文章不能全方位闡述計算機硬件的發(fā)展，只是根據(jù)個人觀點探討硬件的發(fā)展，尋找一個研究方向和目標。

［1］楊凈.關(guān)于計算機發(fā)展的思考［J］.計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014，（24）.

［2］高義梅.計算機應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［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（1966-），男，廣西玉林人，副教授，主要研究方向：計算機應(yīng)用。