硬件的基礎(chǔ)知識有哪些
硬件是看得見，摸得著的物理部件或設(shè)備，在研制硬件產(chǎn)品時，人的創(chuàng)造性活動表現(xiàn)在把原材料轉(zhuǎn)變成有形的物理產(chǎn)品;硬件的基礎(chǔ)知識有哪些?一起來看看硬件的基礎(chǔ)知識有哪些，歡迎查閱!
什么是硬件
"硬件(英文名Hardware)，是計算機硬件的簡稱(中國大陸及香港用語，臺灣作硬體)，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。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。"
也就是說硬件是物理層面的，至少是你能看得到摸得著的東西，它是一種物質(zhì)載體，物質(zhì)基礎(chǔ)。廣義來說人類都是生活在物質(zhì)基礎(chǔ)之上，你可以把所有你能看到的東西都統(tǒng)稱為硬件。當(dāng)然狹義來說，一般我們所說的軟件和硬件指的是電子領(lǐng)域的。
軟件代碼也是人編寫的，我們所熟知的語言比如C、C++等都是通過編譯器翻譯成匯編語言，然后匯編語言通過匯編器翻譯成二進制機器語言，機器語言操控門電路完成相應(yīng)的動作。
個人覺得，沒有硬件，軟件就沒有存在的意義，硬件是一切的基礎(chǔ)，這里可以看出硬件設(shè)計是多重要。
但軟件和硬件又有明顯的區(qū)分，至少工作內(nèi)容區(qū)別很大。按照行業(yè)內(nèi)描述硬件屬于底層(一般稱為底層硬件)，軟件稱為上層(軟件又分為：底層驅(qū)動、上層業(yè)務(wù)以及應(yīng)用層等)。
如果非要舉個例子來說明軟件和硬件，那最好的例子就是人，硬件指人的軀體，而軟件指人的思維。
當(dāng)然，對于非電子領(lǐng)域的人來說，很難想明白計算機是怎么工作的，硬件是怎樣工作的，軟件是怎樣工作的，即使你知道都是0和1，但你沒做過相關(guān)工作，你發(fā)現(xiàn)不了其中的神奇之處。
其實你只要知道，軟件驅(qū)動硬件工作，驅(qū)動的激勵是什么?是電訊號!硬件接收到的這個電訊號分為0和1，硬件的響應(yīng)速度非?？?，多快呢?
一般來說硬件設(shè)計指的是電路設(shè)計，這樣說是沒問題的，因為你所有的工作都是圍繞電路設(shè)計，最終的目標(biāo)也是產(chǎn)出一個優(yōu)秀的電路，能夠滿足各種要求，經(jīng)歷各種考驗。但實際上我們要求的是產(chǎn)品，而不是單板。
硬件必須掌握的基礎(chǔ)知識
一、初級理論篇
1、高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)。這里重點掌握微積分和矩陣，因為在后面的課程里面將會大量用到這兩個東西，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。
2、大學(xué)物理。這里很多東西其實在高中有學(xué)到，重點掌握電阻、電容、電感的特性和電生磁、磁生電的原理，其中麥克斯韋方程組將會在射頻、微波中有用到。
3、電路分析基礎(chǔ)。其實電路基礎(chǔ)的理論并不難，但是有些抽象的東西，是暫時不能很好地理解，比如說受控源(其實就是三極管)，所以學(xué)完模電還要再回過頭來再看一遍。這里重點掌握戴維南定理，不然后面沒法學(xué)。
4、模擬電子技術(shù)。這是電子專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，至少學(xué)三遍，此外，學(xué)啃書是不行的，還得配合Multisim仿真軟件才能學(xué)好(實踐部分后面再介紹)。如果說電路基礎(chǔ)、高數(shù)當(dāng)中的答案都是明確、唯一的，那么模電的答案將是不明確、多樣化的，需要在實踐中權(quán)衡取舍，一定要把以前的思維轉(zhuǎn)變過來，不然后面沒法學(xué)。這門課全部都是重點，但是學(xué)完它，除了抄書上的電路，你仍然什么都做不了，因為還需要其它方面的知識一起用才可以。這里不得不提一下器件特性這個概念，沒有它將不能打開電路設(shè)計的大門，但是由于篇幅有限，以后再寫文章介紹。
5、數(shù)字電子技術(shù)。這門課相對于模電來說，要簡單很多很多。它把三級管搭成各種門電路、觸發(fā)器，以便于直接把數(shù)學(xué)知識運用起來，同時它也是FPGA的先修課，是硬件工程師向算法工程師(跟計算機的算法有很大區(qū)別)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。這門課全部都是重點，但是要真正掌握它，還是得學(xué)FPGA才可以。
6、電力電子技術(shù)。這里講到晶閘管、IGBT和電力MOS管，都是用在強電領(lǐng)域的器件，是開關(guān)電源的先修課。可以說電源是硬件設(shè)計當(dāng)中最關(guān)鍵的部分，一個電源設(shè)計得好不好，直接影響整個系統(tǒng)能否正常工作。其中整流、逆變、升壓、降壓電路，都是要重點掌握的。
二、中級理論篇
1、復(fù)變函數(shù)。這門課跟高數(shù)的微積分一樣，是一種數(shù)學(xué)工具。復(fù)數(shù)信號是物理不可實現(xiàn)的，但是為什么需要復(fù)數(shù)?誠然，正弦波(包括余弦，下同)有振幅、頻率和相位三要素，如何在一個圖上面表示振幅與頻率的關(guān)系或者相位與頻率的關(guān)系(方便觀察分析才需要這樣弄)?這就需要用到復(fù)數(shù)了，其中i或者j(因為電流的符號是i，所以才換成j，以防混淆)表示的就是方向，對應(yīng)著極坐標(biāo)的向量。我們可以把復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)成模和輻角的形式，想象一下，模就是時鐘的秒針，而輻角就是秒針轉(zhuǎn)動的角度，秒針轉(zhuǎn)一圈就是個圓，而把這個圓的各點按照出現(xiàn)的時間先后，重新描繪在直角坐標(biāo)系中，就是一個正弦波。這就意味著，用復(fù)數(shù)可以表示一個正弦波的三要素，振幅就是模(秒針的長短)，相位就是秒針轉(zhuǎn)動的角度，頻率就是秒針轉(zhuǎn)動的快慢。想一下，如果用實數(shù)來表示正弦波的三要素，是不是很麻煩?這里重點掌握留數(shù)、保形映射。
2、信號與系統(tǒng)。介紹如何利用數(shù)學(xué)建模去描述電路，就是這門課要研究的內(nèi)容。什么是信號?LED燈的亮滅、喇叭發(fā)出的聲音、天線感應(yīng)的電磁波等，有實際用途的信息載體(包括聲、光、電、熱等)都是信號。什么是系統(tǒng)?就是處理信息載體的東西(包括放大器、傳動裝置等)。系統(tǒng)是一種更為抽象的概念，可大可小，小到一個三極管，大到一個無線收發(fā)裝置，這些都要根據(jù)實際需求來確定，不能一概而論。這門課都是重點。
3、自動控制原理。自控原理是信號與系統(tǒng)的姐妹學(xué)科。介紹如何用數(shù)學(xué)建模的方法去分析電路，主要分析電路的穩(wěn)定性。其中，波特圖、PID都是要重點掌握的。學(xué)懂這門課就可以用里面的知識去分析一些較為復(fù)雜的帶運放的電路，這種電路用KCL和KVL是仍然很難解決。
4、高頻電子線路。高頻是模電的非線性部分。你會發(fā)現(xiàn)高頻里面很多內(nèi)容跟模電都差不多，也有放大器、振蕩器、功放，但是這些電路用在更高的頻段，所以分析方法有所不同。模電的功底較為扎實的情況下，再學(xué)這門課，就不覺得難，因為它本身就是模電的擴展，而不是全新的領(lǐng)域。這門課都是重點，至少學(xué)三遍。
5、單片機。現(xiàn)在已經(jīng)很少不用CPU的硬件電路了，而單片機正是最簡單的CPU，所以掌握單片機也是很有必要的。其中單片機的接口電路也是相當(dāng)考驗?zāi)愕挠布Φ椎摹?/p>
6、電子測量技術(shù)。做硬件的經(jīng)常要跟儀器打交道，學(xué)習(xí)測量技術(shù)，一方面讓你更能熟練地使用儀器，另一方面還能讓你做一些測量電路(配合單片機就可以運用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域)。這里會接觸很多新器件，大多都是傳感器，當(dāng)然重點研究的還是電氣特性。這門課并不難，關(guān)鍵要多做實驗。
三、高級理論篇
1、信號完整性分析?？梢哉f硬件工程師最大的敵人就是干擾，要解決這些干擾就得做好電磁兼容性設(shè)計，學(xué)好這門課，才可以畫出性能更優(yōu)的PCB。
2、開關(guān)電源。學(xué)會設(shè)計電源電路，給自己的電路系統(tǒng)配上合適的電源，以及解決電源完整性問題，也是相當(dāng)考驗硬件工程師的模電功底。
3、射頻電路設(shè)計。隨著科技的發(fā)展，電路的工作頻率將會越來越高，頻率升高會帶來各種各樣的難題，所以學(xué)會設(shè)計射頻電路也是很有必要的。
4、通信原理。掌握現(xiàn)代的通信技術(shù)，其中包括信息論基礎(chǔ)和各種調(diào)制方式都會在各種通信電路當(dāng)中有用到。
5、集成電路原理與應(yīng)用?？梢哉f幾乎每塊電路板都會用到芯片，所以學(xué)習(xí)一下芯片的制造技術(shù)，將會讓你的硬件水平大大提高。
舉個簡單的案例，數(shù)字電位器里面的電阻就是用MOS管構(gòu)成的有源電阻，一定要上電，它才體現(xiàn)出電阻的特性，如果只使用模電的知識將無法理解這一現(xiàn)象。
四、總結(jié)
如果你認為這么多書，怎么看都看不完。那是以一種靜止、偏面的觀點來分析問題了。其實上介紹那么多課，很多內(nèi)容都是相通的。比如，數(shù)電里面的移位寄存器，就是單片機里面的串口收發(fā)器。模電里面的放大器、振蕩器，到了高頻、射頻，照樣講到，只是分析方法有點不同而已。
高頻里面的AM、FM、PM，到了通信原理，照樣講到，此外，還提出了ASK、FSK、PSK這幾種雷同而且更為簡單的調(diào)制方式。電力電子技術(shù)里面的直流斬波電路，就是開關(guān)電源的內(nèi)容，只是擴展了一些內(nèi)容而已。
計算機硬件運維的重要性和策略
1、計算機硬件維護原則
1.1、打造計算機良好的運轉(zhuǎn)氛圍
計算機工作環(huán)境的溫度正常應(yīng)為 18~30℃之間，太高或太低均會令機器加速老化，降低其使用時間。 所以，必須為計算機的運轉(zhuǎn)提供適宜的環(huán)境。①要確保溫度適宜。計算機在應(yīng)用當(dāng)中，需擺在通風(fēng)良好之處，如此可以令空氣流通，并且因為計算機顯示屏中的熒光物質(zhì)對陽光照射十分敏感， 會令溫度快速上升，所以需避免在陽光直射處擺放計算機。 ②需確保相對濕度。計算機工作的環(huán)境對濕度具有一定標(biāo)準(zhǔn)。太過潮濕的環(huán)境會令硬件發(fā)霉、電路板出點，以此在使用當(dāng)中會出現(xiàn)斷路或短路的現(xiàn)象，所以，在應(yīng)用當(dāng)中需避免與水分乃至其他液體接觸。 干燥的環(huán)境會令計算機產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致部分硬件損壞，所以需避免陽光直射[1]。
1.2、預(yù)防到位可降低損耗
計算機硬件問題通常存在兩個原因： ①硬件自身品質(zhì)問題;②計算機操作者操作問題。 所以，在實際應(yīng)用當(dāng)中，需依照有效預(yù)防的原則，以便將損耗降到最低。
計算機的穩(wěn)定工作性能需做到以下兩點： ①操作者需具有良好的使用習(xí)慣。 在應(yīng)用當(dāng)中需細心維護，不要出現(xiàn)任意敲打鍵盤、用力拍打計算機等動作。 并且需加強細節(jié)的維護，不可忽略計算機正確的開機、關(guān)機動作，這些都可以成為延長計算機使用時間的重要方法。②做足檢測工作。計算機在運用當(dāng)中，外部硬件設(shè)施問題較易觀察，所以，必須在運用過程中對外部設(shè)施的運轉(zhuǎn)情況進行檢測，之后在對其他設(shè)施進行檢測[2]。
1.3、硬件維護常識的掌握
在日常生活、學(xué)習(xí)、工作當(dāng)中，計算機的作用已經(jīng)愈發(fā)明顯，在大多數(shù)家庭中都可見到計算機。 在購買之前，則需以宏觀的`角度了解計算機，學(xué)習(xí)相應(yīng)的硬件維護知識，令計算機產(chǎn)生問題時可以隨時進行維護，以免發(fā)生不必要的損失，確保計算機可以正常運轉(zhuǎn)。
2、計算機硬件維護的策略
2.1、顯示器的維護
顯示器作為電腦關(guān)鍵的輸出設(shè)施之一， 對其維護可以從以下幾點著手：
(1)對于具有磁性的物品 ，例如電視機 、手機 、IPAI 等 ，需遠離計算機，因為磁性物品會對顯示器顯像管進行磁化，以此令其無法正常運轉(zhuǎn)，并且對于銀行卡、信用卡等磁性也需加強注意，盡量遠離顯示器。
(2)為顯示器提供防塵罩 ，在不使用時 ，用防塵罩罩好顯示器，以防進入灰塵，由于灰塵會阻礙計算機散發(fā)熱量，所以會將內(nèi)部電子器件燒壞。
(3)將顯示器亮度或?qū)Ρ榷日{(diào)試適宜狀態(tài)，不可令對比度過強，也不可令亮度過高，降低亮度可以降低顯像管中熒光粉及燈絲的老化速度，可以提高使用時間。
(4) 不可隨意更改顯示器分辨率 ， 這會對顯示器造成損壞，降低其使用時間。 對于顯示屏上的內(nèi)容，也不可長期保持固定不變，不然會令熒光粉產(chǎn)生老化現(xiàn)象，影響其使用時間。
2.2、鍵盤、鼠標(biāo)的維護
鍵盤作為輸入信息的主要部件，將其維護好，可以令計算機信息輸入更為順利。
(1)在輸入時 ，不可長時間按住一個鍵不放 ，或者在輸入時，用力敲打鍵盤，這些現(xiàn)象均會導(dǎo)致鍵盤彈性減弱，以此影響計算機鍵盤，令其無法正常運轉(zhuǎn)。
(2)在輸入當(dāng)中 ，不可吃東西或喝飲料 ，這樣會令異物掉入鍵盤縫隙當(dāng)中，尤其在水進入計算機鍵盤后，會令電子器件出現(xiàn)短路狀況，甚至?xí)⑵骷龎?，以此影響其使用時間。
(3)為計算機鍵盤設(shè)置一層保護膜，以免灰塵滲入。
(4)時隔一段時間 ，則需將鍵盤取下 ，用專業(yè)工具進行灰塵清理，以防灰塵對其產(chǎn)生損壞。
鼠標(biāo)在應(yīng)用當(dāng)中， 主要出現(xiàn)按鍵彈性喪失或控制失靈現(xiàn)象，因此，在使用當(dāng)中，不可過分用力按壓鼠標(biāo)鍵，也不可長時間按鍵不放，需將鼠標(biāo)置于平整、光滑、整潔的桌面中，最好配備鼠標(biāo)墊。
2.3、主機的維護
主機作為計算機最重要的構(gòu)成設(shè)備，是計算機的心臟，也是維護計算機的重要所在。開機與關(guān)機時間不可低于 30 秒 s，關(guān)閉計算機時，需先將應(yīng)用軟件關(guān)閉，之后點擊開始菜單內(nèi)的關(guān)機，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)保存不完整或損壞軟件的現(xiàn)象。 不可隨意打開主機箱，特別在開機情況下，也不可隨意觸碰電路板，不可隨意挪動主機箱。 液體容器不可擺在主機箱附近，以防液體進入機箱中，對電子元件產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象[3]。
3、結(jié)束語
綜上所述， 計算機硬件的維護原則及策略遠不止此，所以，計算機使用人員必須掌握計算機硬件的相應(yīng)知識，了解硬件的眾多功能，掌握操作系統(tǒng)的清理與維護方法，在實際工作當(dāng)中靈活運用，逐步排除問題，令計算機在生活中為我們提供更多的幫助。
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