王 鈺

（西安航空學院計算機工程系，陜西 西安 710077）

1 計算機硬件簡介

計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理設備按系統(tǒng)結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件的運行提供物質(zhì)基礎。簡言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行程序，把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。從外觀上看，微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內(nèi)部主要包括：CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅動器、光驅、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設備包括鼠標、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設備通過接口和連接線與主機相連[1]。

2 計算機硬件技術

計算機硬件技術，是以計算機硬件系統(tǒng)結構和工作原理為核心，逐步掌握各個硬件模塊的原理與功能，從而能夠利用硬件技術進行系統(tǒng)開發(fā)。

3 計算機硬件技術的范疇

計算機硬件技術主要面向計算機軟方向專業(yè)開設，因此是一門綜合性的硬件技術課程，其范疇包括：計算機系統(tǒng)概述、電路元器件、計算機數(shù)制、常用邏輯部件、硬件結構及原理、指令與匯編語言、接口與外部系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)[2]。

其中，對每個知識點都做了詳細的分析，以計算機組成為例，如下圖所示：

圖1 計算機硬件組成

圖中涵蓋了計算機五大硬件模塊：運算器、控制器、輸入設備、輸出設備和存儲器，箭頭表明了各種信息流向。圖中，我們首先要了解各個硬件模塊的功能，從而根據(jù)箭頭分析各種信息在硬件設備中如何傳遞。

4 硬件技術的核心

硬件技術的核心包括如下幾個方面：

（1）計算機硬件組成原理

計算機硬件組成原理為掌握硬件技術的基礎。

（2）微處理器

微處理器是計算機核心部件，主要包括運算器和控制器。微處理器技術，重點是對指令和指令系統(tǒng)的理解。

同一廠商會在一個處理器產(chǎn)品的基礎上不斷研發(fā)下一代新的兼容產(chǎn)品，而新一代處理器與前一代要實現(xiàn)指令兼容，即新一代指令系統(tǒng)包含前一代處理器的全部指令，同時可能增加新指令。而不同廠商之間也可能生產(chǎn)指令兼容的處理器產(chǎn)品。如何提高處理器性能，也是各個廠商爭先研究的對象，一般采取的技術包括：流水線、超標量、超線程、Cache、擴展指令集、多核心等。

（3）總線

總線就是嚴格定義的信號線集合，用于實現(xiàn)計算機各個部件之間信息傳輸?shù)耐ǖ繹3]?？偩€具備公共性、標準型和可擴展性等特征。通過總線可實現(xiàn)點對點連接或者多點連接。只能實現(xiàn)點對點連接的通道在概念上不是總線，習慣上也稱為總線。

在計算機中，總線一般分三種：數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。

DB：傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容，與內(nèi)存、I/O之間雙向傳輸；

AB：傳輸?shù)拇鎯ξ恢茫绱鎯ζ鞯刂?、端口地址等，與I/O接口或之間單向傳輸；

CB：傳輸各種控制信號，如存儲器讀/寫、端口讀/寫等，與I/O接口之間單向傳輸。

（4）接口

接口是用于完成計算機主機系統(tǒng)與外設之間的信息交換[4-5]。接口由接口硬件（接口電路、連接器、連接電纜等）和接口軟件（程序）組成。如下圖所示：

圖2 接口電路的構成

接口功能主要包括：數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)緩沖、信號變換、中斷、差錯控制、高層通信協(xié)議、即插即用、電源管理、動態(tài)配置等。接口構成都是通過數(shù)據(jù)變換機制來完成。對接口的操作是程序對接口的訪問（讀/寫）的方式，不同接口電路支持不同的操作方式，常用方式包括查詢、中斷和DMA控制方式。

5 計算機硬件技術總結

熟悉計算機硬件技術，目的是提高計算機應用能力。不僅僅要熟悉各個硬件模塊的功能，還需了解相關最新技術的發(fā)展趨勢及新標準，利用硬件性能測試方法，能解決在實際使用中出現(xiàn)的問題。

［1］李桂秋,宋維堂.計算機硬件技術基礎[M].高等教育出版社,2012：5-8.

［2］王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社,2000：57-61.

［3］周洪利,朱衛(wèi)東,陳連坤.計算機硬件技術基礎[M].北京：清華大學出版社,2012：159-162.

［4］何為民,潘仕彬.計算機組成與嵌入式系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學出版社,2007：45-47.

［5］張忠華.多媒體計算機硬件基礎教程[M].北京：清華大學出版社,2013：100-105.