新世紀PC技術發展綜述

賀心全++趙永華

摘 要： IT技術發展日新月異，計算機基礎教學應與時俱進，將最新發展動態融入課堂教學中，本文簡要回顧總結了近年來發展較為成熟的PC新技術。

關鍵詞： USB3.0 PCI Express 3.0 DDR4 SDRAM Windows 8

進入21世紀以來，PC愛好者們常常處于激動關注的狀態：10后PC里挾著種種新技術已浮出水面，本文回顧總結如下。

1.USB 3.0

USB 2.0已獲得PC廠商普遍認可，接口更成為硬件廠商之關注點，USB 2.0最高傳輸速率可以達到480Mbps即60MB/s的理論值。由英特爾等大公司發起的USB 3.0規范，即所謂SuperSpeed的USB 3.0，為那些與PC或音頻/高頻設備相連接的各種設備提供了一個標準接口，從鍵盤到高吞吐量磁盤驅動器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進行平穩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USB-充電電池、LED照明和迷你風扇等應用；使主機更快識別器件，新協議使數據處理效率更高。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的閃存驅動器可以在3.3秒鐘將1GB的數據轉移到一個主機，而USB 2.0則需33秒。

2.Intel Thunderbolt

2011年2月，英特爾正式發布代號為Light Peak的技術，并將其命名為“Thunderbolt（雷電）”。Thunderbolt由英特爾于2009年設計完成，并為其定名為“Light Peak”，Thunderbolt研發初衷是為替代并統一目前電腦上數量繁多性能參差不齊的擴展接口，如SCSI，SATA，USB，FireWire和PCI Express。Thunderbolt是蘋果與英特爾（Intel）的合作產物，由Intel開發，該技術主要用于連接PC和其他設備，融合了PCI Express數據傳輸和顯示技術DisplayPort，兩條通道可同時傳輸這兩種協議的數據，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據而得名。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，最大區別在于能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如發現錯誤會自動矯正，很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串行接口還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。

2009年5月串行ATA國際組織（SATA-IO）發布了SATA Revision 3.0，主要就是傳輸速度翻番達到6Gbps（600MB/s），同時向下兼容舊版規范“SATA Revision 2.6”（也就是俗稱的SATA 3Gbps），接口、數據線都沒有變動。SATA Revision 3.0規范主要新特性：

（1）可在存儲單元、磁盤驅動器、光學和磁帶驅動器、主機總線適配器（HBA）之間提供6Gbps速度的鏈路速度，并保證新的網絡性能水平。當然，6Gbps（750MB/s）只是理論值，事實上，SATA接口發送信息的速度為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、視頻應用，可保證數據傳輸的同步；適合緊湊型1.8寸存儲設備的小型低插力（LIF）接頭，改進電源管理功能。

（3）NCQ管理功能，通過對未執行的NCQ指令進行主機處理和管理來優化性能；符合INCITSATA8-ACS標準，旨在讓更輕、更薄筆記本容納7毫米光驅的接頭。

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之間的最大區別就是數據吞吐量有顯著增加。PCI Express 2.0的信號強度為5GT/s，實現了500MB/s數據吞吐能力，由此一個lane數據通路被定義為x1，它的數據傳輸能力即是500MB/s。因此，具備PCI Express 2.0x16的規格，意思是它有配備16條lane數據通路，可以實現8GB/s數據吞吐能力。而PCI Express 3.0中，這些數據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1GB/s數據吞吐能力。

5.SSDs & SSD Toolbox

如果磁盤不轉怎么辦？有什么方法能在沒有磁盤、磁頭或磁針的情況下創建復寫存儲？你應有一個無需移動部件的固態硬盤（SSDs）。固態硬盤比傳統磁盤的好處大致有以下幾點：（1）平均預期壽命：機械驅動器平均壽命一般三至五年，但很多都達不到最低值，更沒多少能超過五年的。在三年內，你就應該認真考慮更新換代，第五年就要做好隨時報廢的準備。但是固態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磁盤有50萬小時壽命一樣荒謬，但還是可以相信固態硬盤的使用壽命比傳統磁盤長2-3倍。

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

（3）物理尺寸：傳統磁盤標準格式是3.5英寸或2.5英寸，但固態硬盤進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省空間，使制造商用于更小的設備、移動系統和刀片。

（4）防震：固態硬盤具有防摔、抗震性能，對于移動系統來說是絕佳選擇。這些性能對于固定標準化數據中心來說通常并不能表現出優勢。但要是對于像地面部隊、船上、飛機上或者貿易展覽會之類所使用的移動數據中心呢？固態硬盤沒有活動部件，不受移動的影響，非常適合物理移動。固態硬盤在使用中可承受高達1，500克壓力，相當于標準驅動器的25倍。

（5）故障率：任何機械或電子設備都有可能發生故障，但是運轉時壞掉的機會更大一些。機械磁盤并不十分穩定，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。”雖然固態硬盤還沒有達到機械驅動器的普及水平，但是制造商估計SSDs會比標準技術的故障率低很多。

（6）電源損耗保護：企業級固態硬盤依賴于能源故障電路來監控電壓的變化。如果電壓下降到臨界值以下，那么次級電壓應該保持電路穩定，使驅動器有足夠的電量保存磁盤上所有要寫入的數據。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定的次級電壓。

（7）功耗：SSDs能耗非常低。即使全負荷，固態硬盤只消耗大約3瓦或者更少，而標準磁盤至少需要6瓦。然而，最讓人印象深刻的是在靜態驅動器情況下的功耗，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，固態硬盤長期節約的成本遠大于初始的投入。

（8）散熱：過熱會損失性能，這就是為什么數據中心不得不設在那些低溫環境下。固態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。敏感的電子設備散熱減少意味著風扇尺寸隨著功耗減少而縮小。系統產生的熱量超過70%都是來自機械驅動器。

（9）熱插拔能力：固態硬盤可以熱插拔這并不奇怪，但是使你驚訝的是由于固態硬盤沒有“旋轉”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花幾秒鐘的時間來識別驅動器，但你將不必等待漫長的發現硬件過程或者更長時間的重啟。

（10）噪音：數據中心用固態硬盤代替標準磁盤，除了系統風扇、機箱風扇、中央空調系統的聲音，數據中心將明顯變得安靜了。

6.SandForce DuraClass SSD controllers

在Intel第三代SSD產品參數泄露后不久，存儲廠商SandForce在2010冬季公布了下一代閃存控制器發布計劃，新款SF-2000家族將取代現有SF-1500和1200型號，開始提供6Gbit/secSATA接口、DuraClass附加技術，連續讀取速度可達500MB/s，隨機4K性能數據為60000 IOPS。

SandForce公司是世界領先的固態硬盤控制器廠商，其創新的DuraClass固態硬盤控制技術可將市場上普通的MLC閃存應用到企業級數據存儲中，在不對日常使用有任何限制情況下，將固態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的寫入限制，讀取和寫入性能達到85000IOPS，每秒連續讀取和寫入速度達到550MB。

7.AMDBulldozer

針對Intel規劃45nm工藝全新架構Nehalem，AMD的相應武器便是“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，在服務器和高性能計算平臺上則達到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架構支持單核心雙線程，而AMD推土機架構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行管線、整數調度器和一級緩存，又有共享的預取和解碼單元、浮點調度器（和兩個128-bitFMAC乘法累加單元）、二級緩存。Intel的超線程技術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13%，當然實際應用中差異很大。AMD推土機模塊使用兩個整數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推出面向發燒友的SandyBridge-E處理器，這款產品將取代現在的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計，默認主頻為3.3GHz，最高睿頻主頻達到了3.9GHz，L3緩存容量達到桌面創紀錄的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；四核版的默認主頻稍高，達到了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內存2012年開始投入生產并上市，但是DDR4預期普及速度會非常快，2014年當年就占全球內存總出貨量的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。根據規劃，DDR4內存的運行頻率將提升至2133-4266MHz，電壓則降至1.2V、1.1V，生產工藝采用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鍵盤操作。（2）性能增強：Windows 8在Windows 7的基礎上，在性能、安全性、隱私性、系統穩定性方面都取得了長足的進度，減少了內存占用，為你的應用程序提供更大空間，即使在最低端的硬件設備上也能流暢運行，所有能在Windows 7上運行的程序都可以在Windows 8上運行。（3）為開發者提供更多機遇：Windows 8允許開發人員使用現有的語言進行編程，支持C、C++、C#、VB、HTML和CSS、Java Script、XAML等；Windows 8支持ARM芯片組、x86架構設備，從10英寸的平板機到27英寸的高清屏設備，Windows 8都玩得轉；Windows 8兼容現有的Windows 7PC，兼容現有的應用程序。