令人眼花缭乱的家用电脑 ——计算机的新发展

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在计算机的发展过程中,技术的更新速度是呈级数增加的。正当人们为286进入家庭而日夜奔波的时候,386已经向人们召唤了;然而386还没有物尽其用时,486也已遍地开花了;继而奔腾、高能奔腾更让人眼花缭乱,目不暇接。那么,家用电脑如今发展到什么地步了呢?

CPU

€?M或许你没有电脑,但你肯定听说过电脑和一些电脑词汇,如586之类。所谓x86指的是电脑中CPU(中央处理器)的类型。有人说CPU是电脑的心脏,也有人说是电脑的大脑,总之应该明白的是CPU是个很重要的部件。几乎电脑上发生的每件事情都是通过CPU来控制的。它的性能高低直接决定了电脑的性能,所以人们通常用CPU的型号来称呼电脑。我们目前使用的PC(Personal Computer个人电脑)机都是以Intel公司出品的CPU为标准,而Intel的CPU是以80x86为基本命名方式。当然,在486以后,这种情况又有不同。因为还有其他厂商也生产CPU:Cyrix、AMD等,在486以后牵涉到美国的商标法,CPU的命名才有所不同。关于Intel的CPU正式名称和对应的中文名称见表1。

图1
图1 🔍原图 (861×511)

Intel公司在CPU的发展过程中扮演了重要的角色,可以说早期的CPU发展是Intel一统天下,1996年秋,Intel Pentium(Intel公司生产的586级CPU芯片,中文译名为“奔腾”)的主频已达200MHz。但由于受其所继承的总体结构的制约,处理速度比Pentium166并没有提高多少。现在Intel市售的P54C系列Pentium不能识别lntel的新MMX(多媒体增强指令集)多媒体命令。P55C系列Pentium虽克服了P54C系列Pentium的这一缺陷,但仍属第五代x86处理器。目前,lntel又把市场转向了第六代Pentium Pro。随着价格的下降和新型芯片的出现,配有Pentium Pro的桌面PC涌入市场。 遗憾的是,在运行16位软件的应用中,Pentium Pro并不是最佳选择,它不支持MMX。故此,Intel现在又推出了Pentium Ⅱ。Pentium Ⅱ处理器属P6(686)级处理器,它改善了16位软件的性能,同时也支持MMX。Pentium Ⅱ处理器家族包括用于桌面机、工作站和服务器的233MHz及266MHz两种版本,以及专为工作站使用的300MHz版本。它们都与上一代Intel结构的处理器二进制兼容,且在性能上有很大的提高,是至今Intel产品中性能最好的处理器。其处理器核心包括750万个晶体管,并采用Intel增强型0.35μmCMOS工艺。该处理器核心以单端接触封盒包装提供,使设计容易,母板结构更为灵活合理。

现在你所学的知识已足够和朋友们高谈阔论了,以下内容为想更详细了解CPU的专业人员提供,如果你有兴趣,可以读一读。否则也可以跳过去直接看看主板的情况。

Pentium Ⅱ处理器具有以下几个特点:

①把高能Pentium和MMX技术有机地结合起来,是至今Intel最优秀的处理器。其动态执行技术包括:

· 多分支预测。预测程序流向,加速处理器的工作流程。

·数据流分析通过分析指令间的数据依存关系,代化指令排序。

· 推测执行指令,使处理器的超标量执行单元始终处于运行状态,以提高整体性能。

· MMX多媒体扩展技术包括:

单指令多数据(SIMD)技术。

57条多媒体新指令。

8个用于MMX的64位寄存器。

4种新的数据类型。

②采用了高性能双重独立总线结构(系统总线和高速缓存总线),提高了带宽和性能,增强了可伸缩性。

③采用了两级高速缓存,一级为32kB,二级为512kB。512kB高速缓存大大减少了平均内存访问时间,实现了对最新使用过的指令和数据的高速访问,加之采用了一个专用的64位高速缓存总线,进一步提高了性能。另外,它还含有分别为16kB的指令和数据一级高速缓存,每一个容量都是高能Pentium处理器高速缓存的两倍。

④具有一个流水线式的浮点运算单元(FPU),可支持32位、64位和80位的浮点运算。当以300MHz主频运行时,其每秒可处理的浮点指令数超过3亿条。

⑤奇偶校验、地址请求响应等系统的总线信号带有重试机制,以保证数据的高度完整性和可靠性。另外,ECC(纠错码)允许在系统总线上进行1位数据纠错和检测2位数据错误。

此外,Pentium Ⅱ还包含几种用于测度和性能监测的功能,诸如内置自测试、IEEEI149.1标准测试访问端口和边界扫描机制、内部性能计数器等。总之,奔腾Ⅱ是当今顶尖的微处理器。说了奔腾Ⅱ这么多优点,难道它就没有缺点吗?非也,奔腾Ⅱ上有一处即是优点也是缺点的改动。lntel为了彻底抛下AMD及Cyrix的追击,放弃了SOCKET 7(CPU在电脑上都有个家,奔腾Ⅱ以前的CPU都在SOCKET 7插座上安家。而奔腾Ⅱ的新家是SLOT 1插座,和SOCKET 7不兼容)插座,另立门户,再想升级连主板、芯片、内存都得更换,确实让用户头大。但此举在技术上很有可取之处,使电脑速度又跨上了一个新台阶。

紧跟Intel之后的是Cyrix公司,到了586时代它已能和Intel分庭抗礼、平分秋色了。自从Cyrix的6x86问世以来,提供了比奔腾更好的性能价格比选择。其内部采用了RISC仿真等技术,可处理16位编码,其I/O总线的传输速度是业界中最快的。但是,Cyrix还是赶不上Intel的高速内核,且6x86不支持MMX。当初,Cyrix的6x86由于使用0.6μm CMOS工艺,致使芯片面积太大。Cyrix把三层金属基板换成五层,芯片面积由394mm\(^{2}\)减至210mm2。1996年夏,Cyrix转向0.5μmCMOS工艺,芯片面积又减至170mm\(^{2}\)。同时,6x86芯片的主频从100MHz一下跃升到了150MHz。得益于更有效的微体系结构,6x86一举击败了相同主频的Pentium。实际上,150MHz的6x86比200MHz的Pentium性能还稍好一点。因此,Cyrix根据Prating(Performance Rating,性能标称值)基础测试结果,把这个芯片叫做6x86—P200+。Cyrix不负重望,终于在其最新产品6x86MX(简称M2)中加入了MMX。同时也转移到0.35μm工艺,将标准的L1高速缓存器扩展到64kB,主频是180MHz、200MHz和233MHz。

作为世界CPU第三大厂商的AMD公司,曾将其K5芯片瞄准了Intel的最高CPU芯片,但它未能对Pentium构成威胁,与Pentium Pro相比,则差得更远。今天,K5又重返“竞技场”。虽然比最先进的落后,但是却能与2000美元以下、用于桌上型机的Pentium相抗衡。现在,AMD生产75MHz、90MHz、100MHz三种K5,并都能与同主频的Pentium相匹敌。据AMD宣称,现在的K5比同主频Pentium的处理速度快30%。1996年底,AMD推出了这种内核的120MHz版,今年可能推出更高速度的内核。由于Intel相继推出了Pentium Pro和Pentium Ⅱ,AMD 120MHz的性能只能屈居第二。AMD寄希望于新一代产品K6处理器。

在K6处理器上AMD投入了大量心血,为了使K6与MMX兼容,对其进行了修正,其中有几项重大变更。原来的K6虽然也包含特殊的多媒体命令执行单元,但Intel的MMX命令是设计成由一般的整数运算单元来执行的。因此,AMD能用别的整数单元来替代多媒体单元。这样一来,也提高了除MMX代码以外的K6性能。还有一个较大的变更,就是K6与P54C系列的Pentium插座和管脚具有互换性。与Pentium管脚的兼容,会给K6带来更广阔的市场。遗憾的是,AMD为此就不得不放弃K6的高速总线和综合控制器,因为Pentium的插座不支持这些功能。作为弥补措施,K6的L1高速缓存扩展为64kB。K6以0.35μm五层金属基极CMOS工艺推出,最后都向0.25μm工艺转移。1997年第四季度开始提供使用0.25μm技术生产的AMD-K6 266MHz处理器。一个重要的动向是,AMD从IBM Microelectronics取得了称之为C4的高级焊接技术知识产权。C4技术使技术人员可把焊点分散到芯片上的任意位置。这样,不仅给设计者以灵活性,也缩短了芯片的关键线路,使性能得到提高。另外,当转移到更微细的工艺技术时,也不会由于焊点的原因而限制芯片的制造。

AMD声称,K6具有NexGen曾预测的Nx686性能,在执行32位软件时,其性能可与Pentium Pro匹敌,16位代码的执行速度相当快。由于AMD实现了这些功能、K5拉大的性能差距由K6来缩小了。那么这个差距到底缩小了多少,让我们来看一看美国的两家大型计算机公司有何反应。IBM(美国国际商用机器公司)在1998年的1月份推出了两款新型配备AMD K6处理器的个人电脑,此举掀起了K6处理器在主要PC制造商中的热潮。COMPAQ(美国康柏公司,世界著名的电脑生产厂家)宣布其新型笔记本电脑中将采用AMD-K6233MHz处理器。由此可见,AMD-K6在性能和性价比等某些方面甚至超过了Intel同级芯片。

CPU的情况就介绍到这儿,下面让我们一起看看电脑中另一个重要部件——

主板

主板在英文中也叫Motherboard,直译为母板。这也形象的说明了主板的重要性,它集中了电脑所需的几乎全部芯片。CPU可以决定微机的运算能力及速度,主板的优劣及功能设计好坏却可以决定微机能发挥的性能及所能支援的外部设备。所以,再好的外设没有主板的支持就等于一堆废铁。下面就介绍一些流行主板的新功能:

1.ATX结构。ATX是一种新的PC主板架构规范。ATX主板将串口、并口、PS/2鼠标接口、键盘接口集中在一起,移到主板后面,用户使用时不必再安装各种接口连线。而且将CPU从扩展槽下方改到侧面且靠近电源,既避免了和长插卡的冲突又可以由电源风扇协助散热。下述的许多新技术就需要一块采用ATX的主板加上ATX电源才能实现。

2.开关电源(Switching Voltage Regulator)。随着更高主频CPU的不断推出,CPU的功耗越来越大,而CPU工作电压却越来越低,这造成CPU所需电流增大,如果使用线性电源,就会产生大量热量,不利于CPU本身热量的散发,采用开关电源之后,可以有效地解决大电流情况下的发热问题。因为Pentium MMX、Pentium Ⅱ、AMD K6以及Cyrix M2都采用双电压设计。所以开关电源是系统运行稳定的保证。

3.AGP(Accelerated Graphics Port图形数据专用接口)局部总线。一般局部总线分4类:ISA(IndustryStandard Architecture,工业标准结构)、VESA(视频电子标准协会)、PCI(Penripheral Component Interconnect周边元件扩展接口)、AGP。分别为16、32、32/64、64位数据总线,它们十分容易识别,ISA的数据插槽呈黑色、VESA呈棕色、PCI为白色。PCI总线在33MHz速度下吞吐率达到264Mbps。PCI总线使图像信息不占用主CPU总线,减轻了CPU的开销,从而提高了VGA的视频性能,完全适合于多媒体视频、音频领域的应用,PCI总线也是今天数据总线的主流。64位AGP总线的吞吐率是PCI总线的四倍,即53Mbps,它把图形加速卡上的显示内存和主板上的扩充内存合在一起使用,使硬件3D图形加速卡的计算得到质的飞越。对于喜爱3D游戏的人来说,一个AGP插槽是不可缺少的。

4.ACPI(Advanced Configuration and Power Interface高级配置/电源管理界面)。ACPI能有效的对硬件进行管理,如风扇、硬盘停转以减少噪音,光驱、软驱停电以节省能源,需要时再打开。可提供立刻开机功能,即开机以后可立即恢复到上次关机时的状态。网络唤醒、RTC激活、软件关机等功能。如果搭配已有的PnP(Plugand Play,即插即用标准)、DMI(桌式管理界面)等系统还可以实现热拔插功能。

5.SLOT 1插槽。目前支持这种插槽的芯片组主要有Intel公司的440FX/LX。因为440FX推出较早,所以有些流行的设备它不支持,而440LX支持几乎所有的流行设备,是搭配奔腾Ⅱ的最佳芯片组。

6.NS LM78控制芯片(支持Intel Software LDCM),可提供系统电压检测、自动检测CPU风扇速度、非法开启机箱报警等功能。

7.Ultra DMA/33(ATA-33)协议,这是一种新的IDE硬盘规格,传输速率高达33Mbps,是现有Fast ATA规格硬盘的两倍。当然你的硬盘必须同样支持新的规格才行。

8.168线DIMM内存插槽、USB(Universal SerialBus,Intel公司开发的通用串行总线架构)、Lr接口和BIOS软升级。

9.PnP(Plug and Play,即插即用标准)。从名字上就能知道其功能,不管你有什么新设备,插上就可以使用。当然要有Windows 95这样的操作系统支持才行。

10.CD-ROM BOOTUP。仅用光盘即可启动机器会给你带来不少方便。

11.智能型主板。也就是免跳线主板,主板上一般见不到跳线或DIP开关之类的装置,所有CPU的类型\频率、电压设置均在BIOS内完成。省却了发烧友频繁开机箱的烦恼。

12.最近已有中文BIOS的主板面市,极大的方便了广大的中国用户。

看完了上面这么多的新技术名词、新技术概念及新技术编写后,感觉怎样?如果你还能找的着北,就让咱们一起看看另一种缩写字母严重泛滥的部件——

内存

即便你能把其他行话勉强对付过去,还会有似乎无穷无尽的内存种类会出现在你的面前。以前仅使用RAM就已足够,但现在RAM之前好象总是有一、两个附加字母。DRAM、VRAM、SRAM、SDRAM、WRAM——即使是最自信的技术观察人士也会对此迷惑不解的。为了便于阅读的理解和查阅的方便,我们用表2来说明这些令人头痛的内存相关技术术语缩写。

图2
图2 🔍原图 (1238×797)

与CPU直接交换数据的是系统的主存,称为随机访问存储器或RAM。它和CPU共同构成了计算机的核心。CPU使用RAM作为数据、计算结果和程序指令的存储区域,按照需求访问该区域以执行程序规定的任务。为了存储和提取数据,CPU为所需信息指定了内存地址。CPU通过地址总线将地址发送给RAM,而数据总线将真正的数据返回给CPU。术语“总线”是指使两个设备之间能相互通信的连接。衡量RAM性能的重要标准是访问时间,它是指CPU发出指令,从RAM的特定地址读取特定的数据块的时刻起,到CPU真正接收到数据为止所经历的时间间隔。现在RAM芯片的典型访问时间为60ns,即执行这种往返功能的时间为60ns(亿分之一秒)。它比几年以前100ns至120ns的芯片速度提高了许多,但距离理想的零访问时间还相去甚远,(当CPU自己存储所有数据时这就可以实现了)。为了进一步加快速度,CPU要访问高速缓冲存储器(CacheMemory,通常称为“Cache”)。高速缓冲存储器的访问时间为20ns,比主存快了很多,但它在系统中的容量比主存小(高速缓冲存储器非常昂贵),因此只有选中的数据(CPU下一步可能要使用的数据)才放入其中。选择策略是由高速缓存控制器执行的。

RAM是对能够以非线性方式读写的所有内存的统称。然而,它也特指基于芯片的内存,因为所有基于芯片的内存都是随机访问的。限于篇幅原因,以下我们只能介绍RAM发展过程中的主要产品。

DRAM(动态随机访问存储器)是当今计算机的标准主存类型。在DRAM中,信息存储为电容中的一系列电荷。充电1μs以后,电容放电,因而需要定时刷新以保持其原有值。这就是为何它被称为“动态”的原因。

EDO RAM(扩充数据总线随机访问存储器)。当CPU请求访问特定地址的内存时,它希望获得附近更多的地址。EDO RAM不必迫使每次内存访问都从头开始,它可以悬挂在上次访问的地址处,因此能加速附近地址的访问。 EDO RAM缩短了内存周期,能将内存性能提高40%左右。但是EDO RAM仅适用于总线速度小于等于66MHz的情况,而随着新的AMD、cyrix和Intel处理器的诞生,这种RAM正在迅速被淘汰。

SDRAM(同步式动态随机访问存储器)。人们在SDRAM开发中倾注了大量资源,它也开始在PC广告中崭露头角。SDRAM变得越来越流行有两方面的原因。首先,它能处理最高100MHz的总线速度,该目标就要得以实现。其次,SDRAM与系统本身的时钟同步,这是PC工程师以前一直未能突破的技术壮举。SDM技术允许两个内存页面同时打开。Santa Clara大学(California)的SCIzzL协会以及业界许多领导者共同为SDRAM开发了新标准。它被称为SLDRAM,该技术在以下方面改善了SDRAM:它提供更高的总线速度,使用包(小的数据单元)处理地址请求、计时和送给DRAM的命令。其结果是更少地依赖于DRAM芯片设计的发展,并且是高性能内存理想的低价解决方案。

在所有的电脑配件中,内存是降价最快的硬件之一。降价迫使厂家们开发出内存的更新技术,使内存一直在向高速、大容量方面飞速的发展。同时整机的协调也越来越重要、以Intel的原装440LX芯片组主板为例,它只支持带有镀金触点169个引脚的SDRAM(同步动态存储器),最小为8MB。Intel这一手怎么样,不想升级也得升。

显示卡

显示卡的名称并不规范,但从名称上却可以清楚地看到它的发展脚印。一开始就叫显示卡(或显示适配器),后来叫显示加速卡,再后来叫图形加速卡,再再后来叫2D加速卡,最后来叫3D图形加速卡。其发展速度之快、功能之强真让人眼花缭乱;1280×1024已经不算什么,WinFast也不当回事,如今已是PCI和AGP的天下!

高档显示卡主要由显示控制芯片、显示内存、数模转换芯片与视频BIOS芯片组成。

显示控制芯片在显示卡上所处的地位与主板CPU一样重要。以下就它的新功能逐一介绍:

1.图形图像的加速处理。就是将图形处理和MPEG(运动图像专家组,一种压缩比率较大的活动图像和声音的压缩标准)解压缩等重要功能集成于显示控制芯片中。高档的显示控制芯片,在CPU的配合支持下,一般具有画线、多边形填色、块传递、光栅操作、推拉镜头和俯视等处理能力,从而减轻了CPU负担,加速了像AutoCAD和3DS等软件对图形的处理与显示。

2.DCI(显示控制接口)。即YUV到RGB的色彩转换和画面缩放功能可直接在显示控制芯片内进行。软解压软件就依赖于DCI或Direct)Draw功能,没有这些支持的显示卡,看VCD达不到好的效果。此功能是爱看电影的朋友不可缺少的。

3.总线类型。上面说的PCI(周边元件扩展接口)和AGP(图形数据专用接口)就是指其使用的总线,总线的位数决定了显示速度,PCI是32/64位数据总线,AGP是64位数据总线,其吞吐率是PCI的四倍。如果你只是做一些字表处理等普遍应用,有块ISA或VESA卡就已足够,但你若想让3DS之类的软件运行的更快些,或是想驾驶最新的电脑赛车奔驰在跑道上,最少也要有块PCI卡。

4、DPMS(显示器电源管理)。此功能可从显示控制芯片发出电源管理信号,使遵从此规范的显示器可执行待命(Standby)、暂停(Suspend)关闭(Poweroff)三种节能命令。

显示内存有DRAM、EDO RAM、VRAM、WRAM四种,后两种是新型的显示内存,均为双端口显示内存,使显示速度大为提高。

如今最流行的3D图形加速卡随着3D技术的发展、3D应用软件的大量涌现才逐渐成为大众注目的焦点,硬件技术的高速发展和Direct3D的出台,更加快了3D图形加速卡大量面市的步伐。以往只能在高档图形工作站和专用电脑中见到的这类图形卡,今天已逐渐走进我们的办公室和家庭。

硬盘

自IBM于1956年推出第一台商品化硬盘驱动器,四十年来,存储技术的发展令人眩目,硬盘存储密度以每年60%的速度提升。它在1997年的发展情况可用一句话进行总结:更新、更大、更快和性能更高。更新就是采用了更新技术,如MR磁头、PRML和ULTRA ATA等;更大就是容量更大,大都在2GB以上,甚至达到11.5GB;更快就是转速进一步提高,由3600RPM(每分钟转数)、4500RPM到5400RPM、7200RPM,甚至于突破了10000RPM大关;更新的技术和更快的转速,自然产生了更高性能的硬盘。

在小型化方面,近年来有了很大的进展,130mm(5.25英寸)硬盘已逐渐淘汰,90mm(3.5英寸)硬盘占据了台式机的主要市场。在便携式微机中还广泛地采用了64mm(2.5英寸)硬盘。此外,46mm(1.8英寸)和33mm(1.3英寸)的袖珍型硬盘也步入市场。

硬盘的存储密度,在过去的几十年内呈指数递增。1997年12月30日,IBM的科研人员宣布又创造了一项硬盘存储的世界记录:每平方英寸纪录数据超过一百亿比特,这一成绩超过了该公司一年前所创的纪录。在这项新纪录中,1平方英寸中可记录116亿比特信息(约每平方厘米18亿比特)。

硬盘主要有四种接口标准:ST-506、ESDI(EnhancedSmall Device Interface增强型小型设备接口)、SCSI(SmallComputer System Interface小型计算机系统接口)、IDE(Integrated Drive Electronics集成驱动器电路)。我们普遍采用的是IDE接口,因为它即能满足要求又价格低廉。为了突破IDE接口硬盘容量不能大于528MB的限制,现在已经使用改进的IDE接口,称为EIDE。

下面让我们看一款Maxtor(硬盘生产商)的最新型号“钻石三代”有何参数,该硬盘支持Ultra/ATA/33协议,自带256K缓存,每秒5400转,寻道时间为9.5ms,容量为4.3GB。从这款实际硬盘的技术参数中,就可以清楚硬盘技术的发展现状了。

其它外设

显示器(Displayer):数控取代了模拟,15英寸取代了14英寸。发烧友的目光已经对准了17英寸、21英寸显示器。另外,同屏显示也是一项最新的显示器技术。在调节参数时,屏上会显示相应的菜单,告知你正在进行何种调整操作,而且调整幅度用数值表示,既一目了然又极精确。也有时被称作 OSD(On Screen Display)。

光盘驱动器(CD-ROM):虽然24倍速光驱已经上市,但挑盘的问题也越来越严重了。欲取代CD-ROM的新一代记录媒体DVD-ROM受到了业界的关注。不过,DVD由于价格和技术原因,还需要等待一段时间。

软盘驱动器(Floppy Disk):传统的5.25英寸软驱已被淘汰,3.5英寸软驱正稳作江山。不过来自ZIP(100MB)驱动器的冲击也不可忽视,虽然它们还没有统一的标准。

声卡(Sound Card):最专业的就是SB AWE 64 Gold,支持64位复音的波表技术,板载4MB的采样子系统,支持先进的Sound Font音色采样与编辑功能。Creative(新加坡创通公司)的最新产品就是声卡最新技术的体现,跟着它走,没错!

调制解调器(MODEM):发展到了56000bps的数据传输速率,已经到了MODEM的速度极限。最近有了一种外型很小(约一包香烟大小),功能强大的“猫”。其在具有33.6k数据传输、14.4k传真、语音和硬件纠错的功能以外,还自带2MB内存。可在主机关闭的情况下,记忆100份传真和20分钟语音留言,完全由MODEM自身控制,可谓方便实用。

键盘(Keyboard):为了Windows 95的缘故,传统的101键盘都变成了104键。更新型的键盘有更多的功能,如:Internet访问、控制CD-ROM、控制音量等。市面上还有符合人体工程学的微软键盘和宏基键盘(键盘由中间分成左右两个部分),无线键盘等。

鼠标(Mouse):鼠标的发展也千奇百怪,主要新产品有:微软智能鼠、新一代光学轨迹球、Internet遥控鼠等。

结束语

现代计算机的发展相当迅速,到你描述完它的时候,它就已经过时了。今天的计算机不象过去的PC家族,它在你看的见的地方和看不见的地方都有很大差异。这种差异的最大特征就是,如今的高档微机已具有过去小型机的处理能力!最近惊闻Intel公司要在1999年推出新型64位CPU芯片,这种芯片代号为Merced,是32位Pentium Ⅱ的换代产品。如果按期诞生,将会打破摩尔定律的规律,创造一个新奇迹!电脑,这个高技术的产物已不再显得神秘而遥远,它正以独具的风采走到我们的面前。让我们拭目以待,感受现代高科技带来的巨大变革吧!(林嵩)