新世紀(jì)PC技術(shù)發(fā)展綜述

賀心全++趙永華

摘 要： IT技術(shù)發(fā)展日新月異，計算機基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)與時俱進(jìn)，將最新發(fā)展動態(tài)融入課堂教學(xué)中，本文簡要回顧總結(jié)了近年來發(fā)展較為成熟的PC新技術(shù)。

關(guān)鍵詞： USB3.0 PCI Express 3.0 DDR4 SDRAM Windows 8

進(jìn)入21世紀(jì)以來，PC愛好者們常常處于激動關(guān)注的狀態(tài)：10后PC里挾著種種新技術(shù)已浮出水面，本文回顧總結(jié)如下。

1.USB 3.0

USB 2.0已獲得PC廠商普遍認(rèn)可，接口更成為硬件廠商之關(guān)注點，USB 2.0最高傳輸速率可以達(dá)到480Mbps即60MB/s的理論值。由英特爾等大公司發(fā)起的USB 3.0規(guī)范，即所謂SuperSpeed的USB 3.0，為那些與PC或音頻/高頻設(shè)備相連接的各種設(shè)備提供了一個標(biāo)準(zhǔn)接口，從鍵盤到高吞吐量磁盤驅(qū)動器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進(jìn)行平穩(wěn)運行的即插即用連接。

USB 3.0在與USB 2.0保持兼容的同時，還提供了幾項增強功能：極大提高了帶寬——高達(dá)5Gbps全雙工（USB 2.0則為480Mbps半雙工）；具有更好的電源管理，能使主機為器件提供更多功率，從而實現(xiàn)USB-充電電池、LED照明和迷你風(fēng)扇等應(yīng)用；使主機更快識別器件，新協(xié)議使數(shù)據(jù)處理效率更高。USB 3.0可在存儲器件限定的存儲速率下傳輸大容量文件（如HD電影）。如一個采用USB 3.0的閃存驅(qū)動器可以在3.3秒鐘將1GB的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個主機，而USB 2.0則需33秒。

2.Intel Thunderbolt

2011年2月，英特爾正式發(fā)布代號為Light Peak的技術(shù)，并將其命名為“Thunderbolt（雷電）”。Thunderbolt由英特爾于2009年設(shè)計完成，并為其定名為“Light Peak”，Thunderbolt研發(fā)初衷是為替代并統(tǒng)一目前電腦上數(shù)量繁多性能參差不齊的擴展接口，如SCSI，SATA，USB，F(xiàn)ireWire和PCI Express。Thunderbolt是蘋果與英特爾（Intel）的合作產(chǎn)物，由Intel開發(fā)，該技術(shù)主要用于連接PC和其他設(shè)備，融合了PCI Express數(shù)據(jù)傳輸和顯示技術(shù)DisplayPort，兩條通道可同時傳輸這兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)，每條通道都提供雙向10Gbps帶寬。

3.Serial ATA Revision3.0

這是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，因采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。SATA總線使用嵌入式時鐘信號，具備更強糾錯能力，與以往相比，最大區(qū)別在于能對傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。

2009年5月串行ATA國際組織（SATA-IO）發(fā)布了SATA Revision 3.0，主要就是傳輸速度翻番達(dá)到6Gbps（600MB/s），同時向下兼容舊版規(guī)范“SATA Revision 2.6”（也就是俗稱的SATA 3Gbps），接口、數(shù)據(jù)線都沒有變動。SATA Revision 3.0規(guī)范主要新特性：

（1）可在存儲單元、磁盤驅(qū)動器、光學(xué)和磁帶驅(qū)動器、主機總線適配器（HBA）之間提供6Gbps速度的鏈路速度，并保證新的網(wǎng)絡(luò)性能水平。當(dāng)然，6Gbps（750MB/s）只是理論值，事實上，SATA接口發(fā)送信息的速度為600MB/s。

（2）新的原生指令排序（NCQ）串行指令，面向需要大量帶寬的音頻、視頻應(yīng)用，可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?；適合緊湊型1.8寸存儲設(shè)備的小型低插力（LIF）接頭，改進(jìn)電源管理功能。

（3）NCQ管理功能，通過對未執(zhí)行的NCQ指令進(jìn)行主機處理和管理來優(yōu)化性能；符合INCITSATA8-ACS標(biāo)準(zhǔn)，旨在讓更輕、更薄筆記本容納7毫米光驅(qū)的接頭。

4.PCI Express 3.0

2010年11月，PCISpecial InterestGroup宣布了最終版PCI Express 3.0。PCI Express 2.0和PCIExpress 3.0之間的最大區(qū)別就是數(shù)據(jù)吞吐量有顯著增加。PCI Express 2.0的信號強度為5GT/s，實現(xiàn)了500MB/s數(shù)據(jù)吞吐能力，由此一個lane數(shù)據(jù)通路被定義為x1，它的數(shù)據(jù)傳輸能力即是500MB/s。因此，具備PCI Express 2.0x16的規(guī)格，意思是它有配備16條lane數(shù)據(jù)通路，可以實現(xiàn)8GB/s數(shù)據(jù)吞吐能力。而PCI Express 3.0中，這些數(shù)據(jù)傳輸能力被再次加強了一倍，PCI Express 3.0的信號強度為8GT/s，可實現(xiàn)1GB/s數(shù)據(jù)吞吐能力。

5.SSDs & SSD Toolbox

如果磁盤不轉(zhuǎn)怎么辦？有什么方法能在沒有磁盤、磁頭或磁針的情況下創(chuàng)建復(fù)寫存儲？你應(yīng)有一個無需移動部件的固態(tài)硬盤（SSDs）。固態(tài)硬盤比傳統(tǒng)磁盤的好處大致有以下幾點：（1）平均預(yù)期壽命：機械驅(qū)動器平均壽命一般三至五年，但很多都達(dá)不到最低值，更沒多少能超過五年的。在三年內(nèi)，你就應(yīng)該認(rèn)真考慮更新?lián)Q代，第五年就要做好隨時報廢的準(zhǔn)備。但是固態(tài)硬盤的平均使用壽命宣稱有幾十年。雖然相信SSDs的壽命有100萬到200萬小時就如同相信傳統(tǒng)磁盤有50萬小時壽命一樣荒謬，但還是可以相信固態(tài)硬盤的使用壽命比傳統(tǒng)磁盤長2-3倍。

（2）性能：由于固態(tài)硬盤沒有移動部件，訪問和尋求時間比相應(yīng)機械式磁盤快很多倍。機械驅(qū)動器具有高速脈沖，但其可持續(xù)速度遠(yuǎn)不及SSD。然而，兩種技術(shù)寫入的性能沒有顯著的差異。因此對于寫密集型的工作負(fù)載SSDs與不太昂貴的標(biāo)準(zhǔn)磁盤同樣出色，而使用固態(tài)硬盤讀取和訪問工作負(fù)載將有重要性能表現(xiàn)。

（3）物理尺寸：傳統(tǒng)磁盤標(biāo)準(zhǔn)格式是3.5英寸或2.5英寸，但固態(tài)硬盤進(jìn)一步采取更小尺寸的1.0英寸和1.8英寸的兩種磁盤類型。這些小尺寸磁盤能夠有效節(jié)省空間，使制造商用于更小的設(shè)備、移動系統(tǒng)和刀片。

（4）防震：固態(tài)硬盤具有防摔、抗震性能，對于移動系統(tǒng)來說是絕佳選擇。這些性能對于固定標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心來說通常并不能表現(xiàn)出優(yōu)勢。但要是對于像地面部隊、船上、飛機上或者貿(mào)易展覽會之類所使用的移動數(shù)據(jù)中心呢？固態(tài)硬盤沒有活動部件，不受移動的影響，非常適合物理移動。固態(tài)硬盤在使用中可承受高達(dá)1，500克壓力，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器的25倍。

（5）故障率：任何機械或電子設(shè)備都有可能發(fā)生故障，但是運轉(zhuǎn)時壞掉的機會更大一些。機械磁盤并不十分穩(wěn)定，可能會在任何時候壞掉。一個制造商的代表曾表示說，“在15秒和10年之間的任何時間都有可能?！彪m然固態(tài)硬盤還沒有達(dá)到機械驅(qū)動器的普及水平，但是制造商估計SSDs會比標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的故障率低很多。

（6）電源損耗保護(hù)：企業(yè)級固態(tài)硬盤依賴于能源故障電路來監(jiān)控電壓的變化。如果電壓下降到臨界值以下，那么次級電壓應(yīng)該保持電路穩(wěn)定，使驅(qū)動器有足夠的電量保存磁盤上所有要寫入的數(shù)據(jù)。一個超級電容器、一個離散電容器或一塊電池都能作為保持電路穩(wěn)定的次級電壓。

（7）功耗：SSDs能耗非常低。即使全負(fù)荷，固態(tài)硬盤只消耗大約3瓦或者更少，而標(biāo)準(zhǔn)磁盤至少需要6瓦。然而，最讓人印象深刻的是在靜態(tài)驅(qū)動器情況下的功耗，SSDs的功耗只有0.05瓦到1.3瓦不等，但是機械磁盤需要消耗4瓦或更多。顯然，固態(tài)硬盤長期節(jié)約的成本遠(yuǎn)大于初始的投入。

（8）散熱：過熱會損失性能，這就是為什么數(shù)據(jù)中心不得不設(shè)在那些低溫環(huán)境下。固態(tài)硬盤消耗熱量比普通磁盤明顯減少，熱量消耗少意味著更低的散熱要求，而這又意味著成本降低。敏感的電子設(shè)備散熱減少意味著風(fēng)扇尺寸隨著功耗減少而縮小。系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量超過70%都是來自機械驅(qū)動器。

（9）熱插拔能力：固態(tài)硬盤可以熱插拔這并不奇怪，但是使你驚訝的是由于固態(tài)硬盤沒有“旋轉(zhuǎn)”起來，它們就具備即插即用的能力。雖然這可能需要你的操作系統(tǒng)花幾秒鐘的時間來識別驅(qū)動器，但你將不必等待漫長的發(fā)現(xiàn)硬件過程或者更長時間的重啟。

（10）噪音：數(shù)據(jù)中心用固態(tài)硬盤代替標(biāo)準(zhǔn)磁盤，除了系統(tǒng)風(fēng)扇、機箱風(fēng)扇、中央空調(diào)系統(tǒng)的聲音，數(shù)據(jù)中心將明顯變得安靜了。

6.SandForce DuraClass SSD controllers

在Intel第三代SSD產(chǎn)品參數(shù)泄露后不久，存儲廠商SandForce在2010冬季公布了下一代閃存控制器發(fā)布計劃，新款SF-2000家族將取代現(xiàn)有SF-1500和1200型號，開始提供6Gbit/secSATA接口、DuraClass附加技術(shù)，連續(xù)讀取速度可達(dá)500MB/s，隨機4K性能數(shù)據(jù)為60000 IOPS。

SandForce公司是世界領(lǐng)先的固態(tài)硬盤控制器廠商，其創(chuàng)新的DuraClass固態(tài)硬盤控制技術(shù)可將市場上普通的MLC閃存應(yīng)用到企業(yè)級數(shù)據(jù)存儲中，在不對日常使用有任何限制情況下，將固態(tài)硬盤的生命周期延長了5年時間。SandForce的SSD控制器可以解決低成本MLC閃存存在的一系列可靠性和性能問題，將SSD的耐用性和性能提升80～100倍。SandForce的SSD控制器克服了閃存技術(shù)的寫入限制，讀取和寫入性能達(dá)到85000IOPS，每秒連續(xù)讀取和寫入速度達(dá)到550MB。

7.AMDBulldozer

針對Intel規(guī)劃45nm工藝全新架構(gòu)Nehalem，AMD的相應(yīng)武器便是“Bulldozer”（推土機）。AMD稱，Bulldozer桌面版和移動版的性能每瓦特將是Barcelona的1.3倍，在服務(wù)器和高性能計算平臺上則達(dá)到1.5-2.0倍。AMD對Bulldozer的期待是“有史以來最高性能的單線程和多線程計算核心”。Intel Nehalem架構(gòu)支持單核心雙線程，而AMD推土機架構(gòu)則頗有點反其道而行之的意思，將每兩個核心捆綁在一起，稱之為一個“推土機模塊”（Bulldozer Module），讓其中兩個核心既有各自獨立的執(zhí)行管線、整數(shù)調(diào)度器和一級緩存，又有共享的預(yù)取和解碼單元、浮點調(diào)度器（和兩個128-bitFMAC乘法累加單元）、二級緩存。Intel的超線程技術(shù)讓處理器核心面積增加了不到5%，可帶來最多30%的性能提升，其中浮點7%、整數(shù)13%，當(dāng)然實際應(yīng)用中差異很大。AMD推土機模塊使用兩個整數(shù)核心增加的核心面積則有50%左右，但AMD表示這在線程代碼上獲得的性能提升最多能有80%。

8.Intel Sandy Bridge-E

2011年深秋，Intel推出面向發(fā)燒友的SandyBridge-E處理器，這款產(chǎn)品將取代現(xiàn)在的Gulftown處理器成為處理器中的新霸主。在Intel推出的三款Sandy Bridge-E中，包括兩款六核心版本和一款四核心版本。

三款Sandy Bridge-E酷睿i7處理器都采用了不鎖倍頻的設(shè)計，但是其中四核版采用了有一定限制的不鎖倍頻，只能將倍頻調(diào)高5檔，也就是在睿頻模式下可以由3.9GHz最高超至4.5GHz，而另外兩款六核版的Sandy Bridge-E處理器則沒有這個限制，是完全不鎖倍頻的。SandyBridge-E酷睿i7Extreme處理器將基于六核十二線程設(shè)計，默認(rèn)主頻為3.3GHz，最高睿頻主頻達(dá)到了3.9GHz，L3緩存容量達(dá)到桌面創(chuàng)紀(jì)錄的15MB。普通版的酷睿i7處理器再次分為六核十二線程和四核八線程兩個版本，其中六核版的默認(rèn)主頻為3.2GHz，睿頻主頻為3.8GHz，L3緩存削減到12MB；四核版的默認(rèn)主頻稍高，達(dá)到了3.6GHz，睿頻主頻則跟Sandy Bridge-E酷睿i7 Extreme相同，也為3.9GHz，L3緩存則進(jìn)一步削減到10MB，三款Sandy Bridge-E酷睿i7處理器的TDP功耗均為130W。

9.DDR4 SDRAM

DDR4內(nèi)存2012年開始投入生產(chǎn)并上市，但是DDR4預(yù)期普及速度會非?？?，2014年當(dāng)年就占全球內(nèi)存總出貨量的12%，也就是大約1.22億條；2015年就躥升到56%，出貨量將近6億條，將DDR3的比例從85%擠到只剩42%，迅速完成世代交替。根據(jù)規(guī)劃，DDR4內(nèi)存的運行頻率將提升至2133-4266MHz，電壓則降至1.2V、1.1V，生產(chǎn)工藝采用30nm級別。

10.Microsoft Windows 8

2011年9月微軟從宏觀角度闡述了Windows 8新形象，內(nèi)容包括：（1）觸摸式用戶界面：Windows 8引入了全新的Metro界面，方便用戶進(jìn)行觸摸操作，并且即時顯示有用信息，該界面同樣適用于鼠標(biāo)鍵盤操作。（2）性能增強：Windows 8在Windows 7的基礎(chǔ)上，在性能、安全性、隱私性、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面都取得了長足的進(jìn)度，減少了內(nèi)存占用，為你的應(yīng)用程序提供更大空間，即使在最低端的硬件設(shè)備上也能流暢運行，所有能在Windows 7上運行的程序都可以在Windows 8上運行。（3）為開發(fā)者提供更多機遇：Windows 8允許開發(fā)人員使用現(xiàn)有的語言進(jìn)行編程，支持C、C++、C#、VB、HTML和CSS、Java Script、XAML等；Windows 8支持ARM芯片組、x86架構(gòu)設(shè)備，從10英寸的平板機到27英寸的高清屏設(shè)備，Windows 8都玩得轉(zhuǎn)；Windows 8兼容現(xiàn)有的Windows 7PC，兼容現(xiàn)有的應(yīng)用程序。