新世纪PC技术发展综述

贺心全++赵永华

摘 要： IT技术发展日新月异，计算机基础教学应与时俱进，将最新发展动态融入课堂教学中，本文简要回顾总结了近年来发展较为成熟的PC新技术。

关键词： USB3.0 PCI Express 3.0 DDR4 SDRAM Windows 8

进入21世纪以来，PC爱好者们常常处于激动关注的状态：10后PC里挟着种种新技术已浮出水面，本文回顾总结如下。

1.USB 3.0

USB 2.0已获得PC厂商普遍认可，接口更成为硬件厂商之关注点，USB 2.0最高传输速率可以达到480Mbps即60MB/s的理论值。由英特尔等大公司发起的USB 3.0规范，即所谓SuperSpeed的USB 3.0，为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口，从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接。

USB 3.0在与USB 2.0保持兼容的同时，还提供了几项增强功能：极大提高了带宽——高达5Gbps全双工（USB 2.0则为480Mbps半双工）；具有更好的电源管理，能使主机为器件提供更多功率，从而实现USB-充电电池、LED照明和迷你风扇等应用；使主机更快识别器件，新协议使数据处理效率更高。USB 3.0可在存储器件限定的存储速率下传输大容量文件（如HD电影）。如一个采用USB 3.0的闪存驱动器可以在3.3秒钟将1GB的数据转移到一个主机，而USB 2.0则需33秒。

2.Intel Thunderbolt

2011年2月，英特尔正式发布代号为Light Peak的技术，并将其命名为“Thunderbolt（雷电）”。Thunderbolt由英特尔于2009年设计完成，并为其定名为“Light Peak”，Thunderbolt研发初衷是为替代并统一目前电脑上数量繁多性能参差不齐的扩展接口，如SCSI，SATA，USB，FireWire和PCI Express。Thunderbolt是苹果与英特尔（Intel）的合作产物，由Intel开发，该技术主要用于连接PC和其他设备，融合了PCI Express数据传输和显示技术DisplayPort，两条通道可同时传输这两种协议的数据，每条通道都提供双向10Gbps带宽。

3.Serial ATA Revision3.0

这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，因采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备更强纠错能力，与以往相比，最大区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如发现错误会自动矫正，很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

2009年5月串行ATA国际组织（SATA-IO）发布了SATA Revision 3.0，主要就是传输速度翻番达到6Gbps（600MB/s），同时向下兼容旧版规范“SATA Revision 2.6”（也就是俗称的SATA 3Gbps），接口、数据线都没有变动。SATA Revision 3.0规范主要新特性：

（1）可在存储单元、磁盘驱动器、光学和磁带驱动器、主机总线适配器（HBA）之间提供6Gbps速度的链路速度，并保证新的网络性能水平。当然，6Gbps（750MB/s）只是理论值，事实上，SATA接口发送信息的速度为600MB/s。

（2）新的原生指令排序（NCQ）串行指令，面向需要大量带宽的音频、视频应用，可保证数据传输的同步；适合紧凑型1.8寸存储设备的小型低插力（LIF）接头，改进电源管理功能。

（3）NCQ管理功能，通过对未执行的NCQ指令进行主机处理和管理来优化性能；符合INCITSATA8-ACS标准，旨在让更轻、更薄笔记本容纳7毫米光驱的接头。

4.PCI Express 3.0

2010年11月，PCISpecial InterestGroup宣布了最终版PCI Express 3.0。PCI Express 2.0和PCIExpress 3.0之间的最大区别就是数据吞吐量有显著增加。PCI Express 2.0的信号强度为5GT/s，实现了500MB/s数据吞吐能力，由此一个lane数据通路被定义为x1，它的数据传输能力即是500MB/s。因此，具备PCI Express 2.0x16的规格，意思是它有配备16条lane数据通路，可以实现8GB/s数据吞吐能力。而PCI Express 3.0中，这些数据传输能力被再次加强了一倍，PCI Express 3.0的信号强度为8GT/s，可实现1GB/s数据吞吐能力。

5.SSDs & SSD Toolbox

如果磁盘不转怎么办？有什么方法能在没有磁盘、磁头或磁针的情况下创建复写存储？你应有一个无需移动部件的固态硬盘（SSDs）。固态硬盘比传统磁盘的好处大致有以下几点：（1）平均预期寿命：机械驱动器平均寿命一般三至五年，但很多都达不到最低值，更没多少能超过五年的。在三年内，你就应该认真考虑更新换代，第五年就要做好随时报废的准备。但是固态硬盘的平均使用寿命宣称有几十年。虽然相信SSDs的寿命有100万到200万小时就如同相信传统磁盘有50万小时寿命一样荒谬，但还是可以相信固态硬盘的使用寿命比传统磁盘长2-3倍。

（2）性能：由于固态硬盘没有移动部件，访问和寻求时间比相应机械式磁盘快很多倍。机械驱动器具有高速脉冲，但其可持续速度远不及SSD。然而，两种技术写入的性能没有显著的差异。因此对于写密集型的工作负载SSDs与不太昂贵的标准磁盘同样出色，而使用固态硬盘读取和访问工作负载将有重要性能表现。

（3）物理尺寸：传统磁盘标准格式是3.5英寸或2.5英寸，但固态硬盘进一步采取更小尺寸的1.0英寸和1.8英寸的两种磁盘类型。这些小尺寸磁盘能够有效节省空间，使制造商用于更小的设备、移动系统和刀片。

（4）防震：固态硬盘具有防摔、抗震性能，对于移动系统来说是绝佳选择。这些性能对于固定标准化数据中心来说通常并不能表现出优势。但要是对于像地面部队、船上、飞机上或者贸易展览会之类所使用的移动数据中心呢？固态硬盘没有活动部件，不受移动的影响，非常适合物理移动。固态硬盘在使用中可承受高达1，500克压力，相当于标准驱动器的25倍。

（5）故障率：任何机械或电子设备都有可能发生故障，但是运转时坏掉的机会更大一些。机械磁盘并不十分稳定，可能会在任何时候坏掉。一个制造商的代表曾表示说，“在15秒和10年之间的任何时间都有可能。”虽然固态硬盘还没有达到机械驱动器的普及水平，但是制造商估计SSDs会比标准技术的故障率低很多。

（6）电源损耗保护：企业级固态硬盘依赖于能源故障电路来监控电压的变化。如果电压下降到临界值以下，那么次级电压应该保持电路稳定，使驱动器有足够的电量保存磁盘上所有要写入的数据。一个超级电容器、一个离散电容器或一块电池都能作为保持电路稳定的次级电压。

（7）功耗：SSDs能耗非常低。即使全负荷，固态硬盘只消耗大约3瓦或者更少，而标准磁盘至少需要6瓦。然而，最让人印象深刻的是在静态驱动器情况下的功耗，SSDs的功耗只有0.05瓦到1.3瓦不等，但是机械磁盘需要消耗4瓦或更多。显然，固态硬盘长期节约的成本远大于初始的投入。

（8）散热：过热会损失性能，这就是为什么数据中心不得不设在那些低温环境下。固态硬盘消耗热量比普通磁盘明显减少，热量消耗少意味着更低的散热要求，而这又意味着成本降低。敏感的电子设备散热减少意味着风扇尺寸随着功耗减少而缩小。系统产生的热量超过70%都是来自机械驱动器。

（9）热插拔能力：固态硬盘可以热插拔这并不奇怪，但是使你惊讶的是由于固态硬盘没有“旋转”起来，它们就具备即插即用的能力。虽然这可能需要你的操作系统花几秒钟的时间来识别驱动器，但你将不必等待漫长的发现硬件过程或者更长时间的重启。

（10）噪音：数据中心用固态硬盘代替标准磁盘，除了系统风扇、机箱风扇、中央空调系统的声音，数据中心将明显变得安静了。

6.SandForce DuraClass SSD controllers

在Intel第三代SSD产品参数泄露后不久，存储厂商SandForce在2010冬季公布了下一代闪存控制器发布计划，新款SF-2000家族将取代现有SF-1500和1200型号，开始提供6Gbit/secSATA接口、DuraClass附加技术，连续读取速度可达500MB/s，随机4K性能数据为60000 IOPS。

SandForce公司是世界领先的固态硬盘控制器厂商，其创新的DuraClass固态硬盘控制技术可将市场上普通的MLC闪存应用到企业级数据存储中，在不对日常使用有任何限制情况下，将固态硬盘的生命周期延长了5年时间。SandForce的SSD控制器可以解决低成本MLC闪存存在的一系列可靠性和性能问题，将SSD的耐用性和性能提升80～100倍。SandForce的SSD控制器克服了闪存技术的写入限制，读取和写入性能达到85000IOPS，每秒连续读取和写入速度达到550MB。

7.AMDBulldozer

针对Intel规划45nm工艺全新架构Nehalem，AMD的相应武器便是“Bulldozer”（推土机）。AMD称，Bulldozer桌面版和移动版的性能每瓦特将是Barcelona的1.3倍，在服务器和高性能计算平台上则达到1.5-2.0倍。AMD对Bulldozer的期待是“有史以来最高性能的单线程和多线程计算核心”。Intel Nehalem架构支持单核心双线程，而AMD推土机架构则颇有点反其道而行之的意思，将每两个核心捆绑在一起，称之为一个“推土机模块”（Bulldozer Module），让其中两个核心既有各自独立的执行管线、整数调度器和一级缓存，又有共享的预取和解码单元、浮点调度器（和两个128-bitFMAC乘法累加单元）、二级缓存。Intel的超线程技术让处理器核心面积增加了不到5%，可带来最多30%的性能提升，其中浮点7%、整数13%，当然实际应用中差异很大。AMD推土机模块使用两个整数核心增加的核心面积则有50%左右，但AMD表示这在线程代码上获得的性能提升最多能有80%。

8.Intel Sandy Bridge-E

2011年深秋，Intel推出面向发烧友的SandyBridge-E处理器，这款产品将取代现在的Gulftown处理器成为处理器中的新霸主。在Intel推出的三款Sandy Bridge-E中，包括两款六核心版本和一款四核心版本。

三款Sandy Bridge-E酷睿i7处理器都采用了不锁倍频的设计，但是其中四核版采用了有一定限制的不锁倍频，只能将倍频调高5档，也就是在睿频模式下可以由3.9GHz最高超至4.5GHz，而另外两款六核版的Sandy Bridge-E处理器则没有这个限制，是完全不锁倍频的。SandyBridge-E酷睿i7Extreme处理器将基于六核十二线程设计，默认主频为3.3GHz，最高睿频主频达到了3.9GHz，L3缓存容量达到桌面创纪录的15MB。普通版的酷睿i7处理器再次分为六核十二线程和四核八线程两个版本，其中六核版的默认主频为3.2GHz，睿频主频为3.8GHz，L3缓存削减到12MB；四核版的默认主频稍高，达到了3.6GHz，睿频主频则跟Sandy Bridge-E酷睿i7 Extreme相同，也为3.9GHz，L3缓存则进一步削减到10MB，三款Sandy Bridge-E酷睿i7处理器的TDP功耗均为130W。

9.DDR4 SDRAM

DDR4内存2012年开始投入生产并上市，但是DDR4预期普及速度会非常快，2014年当年就占全球内存总出货量的12%，也就是大约1.22亿条；2015年就蹿升到56%，出货量将近6亿条，将DDR3的比例从85%挤到只剩42%，迅速完成世代交替。根据规划，DDR4内存的运行频率将提升至2133-4266MHz，电压则降至1.2V、1.1V，生产工艺采用30nm级别。

10.Microsoft Windows 8

2011年9月微软从宏观角度阐述了Windows 8新形象，内容包括：（1）触摸式用户界面：Windows 8引入了全新的Metro界面，方便用户进行触摸操作，并且即时显示有用信息，该界面同样适用于鼠标键盘操作。（2）性能增强：Windows 8在Windows 7的基础上，在性能、安全性、隐私性、系统稳定性方面都取得了长足的进度，减少了内存占用，为你的应用程序提供更大空间，即使在最低端的硬件设备上也能流畅运行，所有能在Windows 7上运行的程序都可以在Windows 8上运行。（3）为开发者提供更多机遇：Windows 8允许开发人员使用现有的语言进行编程，支持C、C++、C#、VB、HTML和CSS、Java Script、XAML等；Windows 8支持ARM芯片组、x86架构设备，从10英寸的平板机到27英寸的高清屏设备，Windows 8都玩得转；Windows 8兼容现有的Windows 7PC，兼容现有的应用程序。