編輯推薦
1.實用性強。麵嚮應用型人纔的培養,具有大量當前實用的個案實例研究,讓學生學而有用,學而能用。
2.知識體係具備科學性及新穎性,藉鑒國外最新教材經驗。加入當前最新最實用的知識,具有突齣的時代性。
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5.教材係列完整,涵蓋計算機專業各個方麵,編者均為來自全國各個高校教學經驗豐富的老師,組閤不同地域特點,適閤不同地域讀者。
內容簡介
《計算機硬件技術基礎》是結閤高等院校計算機硬件教學實踐的基礎,為滿足計算機硬件更新速度快的需要,在查閱瞭大量現今主流硬件技術資料後編寫的。《計算機硬件技術基礎》采用理論與實際相結閤的方法,有針對性地對微型計算機硬件的理論知識、計算機的硬件組成等進行瞭詳細地介紹。
全書共分9章,主要內容包括:計算機基礎知識、中央處理器、存儲器、主闆、常用的輸入輸齣設備、多媒體技術及常用多媒體部件、計算機網絡、Internet、計算機的組裝。為瞭便於讀者使用,每章的開始有教學提示和教學要求,最後是該章的習題。
《計算機硬件技術基礎》可作為普通高等院校各專業的計算機硬件技術基礎課程的教材,也可供有關科技工作者參考。
內頁插圖
目錄
第1章 計算機基礎知識
1.1 計算機概述
1.1.1 計算機發展史
1.1.2 電子計算機發展史
1.1.3 計算機的基本功能
1.1.4 計算機的分類
1.2 計算機係統的組成與工作原理
1.2.1 計算機的組成
1.2.2 計算機的工作原理
1.2.3 計算機係統的主要技術指標
1.3 計算機技術的應用領域
1.3.1 科學計算
1.3.2 過程檢測與自動控製
1.3.3 信息管理
1.3.4 計算機輔助係統
1.3.5 人工智能方麵的研究和應用
1.3.6 多媒體技術應用
1.3.7 計算機網絡通信
1.4 數據在計算機中的錶示
1.4.1 進製
1.4.2 進製數之間的轉換
1.4.3 二進製數的運算
1.4.4 計算機中數的錶示
1.4.5 文字信息在計算機內部的錶示
1.5 未來的計算機
1.5.1 超導計算機
1.5.2 納米計算機
1.5.3 光子計算機
1.5.4 DNA計算機
1.5.5 量子計算機
1.6 習題
第2章 中央處理器
2.1 概述
2.1.1 CPU的基本組成
2.1.2 CPU的發展
2.1.3 CPU的性能指標
2.1.4 CPU的封裝方式
2.2 CPU新技術簡介
2.2.1 CPU的擴展指令集
2.2.2 雙總綫模式的CPU內部結構
2.2.3 CPU的生産工藝技術
2.2.4 超綫程技術
2.2.5 CPU芯片今後的幾項製造新技術
2.3 主流CPU簡介
2.3.1 Intel係列CPU
2.3.2 AMD係列CPU
2.3.3 VIA(威盛)CPU
2.4 習題
第3章 存儲器
3.1 存儲器的基本概念
3.1.1 存儲器的功能
3.1.2 存儲器的分類
3.1.3 存儲器的主要指標
3.1.4 存儲器的多級結構
3.2 內存
3.2.1 內存的類型
3.2.2 內存的性能指標
3.2.3 內存的規範
3.2.4 內存的技術發展
3.3 硬盤
3.3.1 硬盤的發展概述
3.3.2 硬盤的工作原理和結構
3.3.3 硬盤的性能指標
3.3.4 硬盤的新技術
3.4 光存儲設備
3.4.1 CD-ROM的發展
3.4.2 CD-RoM驅動器
3.4.3 光驅新技術
3.4.4 DVD
3.4.5 CD—R/RW刻錄機
3.4.6 DVD刻錄機
3.5 移動存儲設備
3.5.1 移動存儲設備種類及其性能特點
3.5.2 常見的移動存儲設備
3.6 習題
第4章 主闆
4.1 主闆的結構與組成
4.1.1 主闆的結構
4.1.2 主闆的組成
4.2 主闆的芯片組、總綫和接口
4.2.1 主闆的芯片組
4.2.2 主闆的總綫
4.2.3 主闆的接口
4.3 主闆的技術發展
4.3.1 整閤技術的發展
4.3.2 接口技術的發展
4.4 習題
第5章 常用的輸入輸齣設備
5.1 鍵盤
5.1.1 鍵盤的分類
5.1 12鍵盤結構與工作原理
5.2 鼠標
5.2.1 鼠標的分類
5.2.2 鼠標的性能指標
5.3 其他輸入設備
5.4 顯示設備
5.4.1 顯卡的結構
5.4.2 顯卡的工作原理
5.4.3 顯卡的主要性能指標
5.4.4 CRT顯示器
5.4.5 CRT顯示器的性能參數
5.4.6 液晶顯示器(LCD)
5.5 打印機
5.5.1 打印機的分類
5.5.2 針式打印機
5.5.3 噴墨打印機
5.5.4 激光打印機
5.6 習題
第6章 多媒體技術及常用多媒體部件
6.1 概述
6.1.1 多媒體技術與多媒體計算機
6.1.2 多媒體PC的特點與組成
6.1.3 多媒體數據壓縮概述
6.2 帶多媒體擴展的CPU
6.2.1 多媒體擴展技術
6.2.2 流式SIMD擴展技術
6.3 MPC的音頻處理
6.4 卡與音箱
6.4.1 聲卡的發展
6.4.2 聲卡的組成與工作原理
6.4.3 聲卡的主要技術指標及相關術語
6.4.4 音箱
6.5 MPC的圖像、視頻處理
6.5.1 圖像、視頻處理概述
6.5.2 視頻卡和數字攝像頭
6.6 掃描儀
6.6.1 掃描儀的工作原理
6.6.2 掃描儀的種類
6.6.3 掃描儀的各項性能指標
6.7 數碼照相機和數碼攝像機
6.7.1 數碼照相機
6.7.2 數碼攝像機
6.8 習題
第7章 計算機網絡
7.1 數據通信的基本概念
7.1.1 數據與信號
7.1.2 數據傳輸方式
7.1.3 數據通信網絡指標
7.1.4 數據傳輸介質
7.2 計算機網絡概述
7.2.1 計算機網絡的定義
7.2.2 計算機網絡功能
7.2.3 計算機網絡的組成
7.2.4 計算機網絡的分類
7.2.5 網絡拓撲結構
7.2.6 網絡體係結構
7.2.7 網絡模式
7.3 局域網
7.3.1 局域網的組成
7.3.2 局域網協議
7.3.3 以太網
7.3.4 網絡互連設備
7.3.5 局域網集成實例
7.4 典型網絡操作係統
7.4.1 概述
7.4.2 NetWare
7.4.3 WindowsNT和Windows2000
7.4.4 UNIX
7.4.5 Linux
7.5 習題
第8章 Internet
8.1 概述
8.1.1 Internet形成與發展
8.1.2 Internet的結構和特點
8.2 Internet地址
8.2.1 TCP/IP
8.2.2 IP地址
8.2.3 域名
8.3 Internet提供的主要服務
8.3.1 WWW服務
8.3.2 電子郵件
8.3.3 遠程登錄
8.3.4 文件傳輸
8.3.5 新聞討論與公告欄
8.3.6 網絡電話(InternetPhone)
8.3.7 Gopher
8.3.8 其他服務
8.4 連接Internet的常用方法
8.4.1 撥號入網
8.4.2 局域網連接方式
8.4.3 ADSL入網
8.5 習題
第9章 計算機的組裝
9.1 裝機前的準備工作
9.1.1 裝機工具
9.1.2 裝機流程
9.1.3 注意事項
9.2 安裝CPU與內存
9.2.1 安裝CPU及CPU風扇
9.2.2 安裝內存條
9.3 安裝主闆
9.4 安裝電源
9.5 安裝硬盤
9.6 安裝光驅
9.7 安裝顯卡
9.8 安裝各種接口綫
9.9 習題
參考文獻
精彩書摘
第1章計算機基礎知識
教學提示
本章主要介紹計算機的産生、發展、功能及分類方法,計算機係統的組成與工作原理,計算機技術的應用領域。講解計算機中常用數值的錶示方法和它們之間的相互轉換關係,以及計算機中數的錶示。最後展望未來計算機的發展。
教學要求
本章讓學生瞭解計算機的産生、發展、功能及分類方法,掌握計算機係統的組成及計算機中數的錶示方式。
1.1計算機概述
自第一颱計算機問世至今,已過去半個多世紀瞭。計算機及其相關技術對人們的生活産生瞭極大的影響。計算機係統影響著銀行交易和信用卡購物,同時計算機也是整個航空體係的基礎,在將設備發送到很遙遠的地方(例如火星)時,計算機能執行億萬次計算,設備就位後還將對其進行遙控操作。在工廠裏,計算機不僅能指導生産,而且還能為企業領導人提供所需的最新信息,以便於他們做齣準確的決定。通過計算機人們可以訪問Internet,Internet早已對人們的工作和生活産生瞭深遠的影響。現在還齣現瞭具有特殊用途的嵌入式計算機,應用於電視、電話、傳真、廚房用具等方麵,以及許多其他的日常生活用品中。
簡而言之,計算機已經滲透到我們生活的方方麵麵。
1.1.1計算機發展史
計算機是一種機器,是人類發明的一種工具。但是,它與人類發明創造的其他工具有著本質的不同。人類發明的機器大多可以看作是人的手或腳的延伸,它們能夠完成的是人原本需要耗費體力去完成的事情。而計算機則不同,它可以看作是人腦的延伸,能幫助人做那些原本需要耗費腦力完成的工作。
前言/序言
目前,計算機的應用已經深入到社會的各個領域,成為人類文明的重要組成部分。隨著計算機技術的迅速發展,人們對計算機專業教學的需求在質和量上也在不斷提高。為瞭滿足21世紀計算機專業教學需要,針對現有教材的不足和計算機飛速發展的現狀,計算機硬件技術基礎類教科書也必須隨之豐富和發展。編者根據高等院校培養21世紀計算機專業人纔的教學要求編寫瞭本書。
本書注重從實際齣發,力求用讀者容易理解的體係和敘述方法,深入淺齣、循序漸進地幫助讀者更好地掌握本書的基本內容,注重為學生打好基礎,有利於他們後續計算機課程的學習。
本書共分9章:第1章計算機基礎知識,講述計算機係統的組成與工作原理、計算機的應用領域、數據在計算機中的錶示和未來計算機的發展方嚮;第2章中央處理器,講述CPU的基本組成、主要性能指標、采用的新技術和主流CPU産品;第3章存儲器,講述存儲器的功能、分類、主要性能指標、計算機中多級存儲器結構,介紹內存、硬盤、光驅等相關知識;第4章主闆,講述主闆的結構、組成,主闆的芯片組、總綫和接口等知識;第5章常用的輸入輸齣設備,講述常用輸入設備鍵盤、鼠標及其他輸入設備的分類、結構、工作原理,常用輸齣設備顯示器、打印機及其相關部件的結構組成、工作原理和性能指標等;第6章多媒體技術及常用多媒體部件,講述多媒體技術、多媒體計算機的特點與組成、數據壓縮概述、音頻處理概述、聲卡的組成與工作原理、圖像、視頻處理概述及常用的視頻設備等;第7章計算機網絡,講述數據通信的基本概念、網絡的分類、網絡的拓撲結構、局域網技術等;第8章Internet,講述Internet的概述、TCP/IP、網絡地址劃分、網絡提供的主要服務及連接Internet常用的方法;第9章計算機的組裝,以圖解的方式講述計算機裝機過程。
《計算機硬件技術精要:從原理到實踐》 一、 概述 隨著信息時代的飛速發展,計算機作為核心信息處理工具,其硬件基礎的重要性不言而喻。從微小的芯片到龐大的服務器集群,計算機硬件的每一次革新都深刻地影響著我們的生活、工作乃至社會進步。本書《計算機硬件技術精要:從原理到實踐》旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的計算機硬件技術知識體係。我們不局限於某一特定教材的範疇,而是力求涵蓋計算機硬件領域的關鍵概念、核心技術、發展趨勢以及實際應用,幫助讀者構建紮實的理論基礎,並能將其應用於解決實際問題,提升技術能力。 本書內容涵蓋瞭計算機硬件的宏觀架構到微觀細節,從數字邏輯的基礎到復雜係統的設計。我們精心篩選瞭讀者最需要掌握的知識點,並通過邏輯清晰的章節安排,引導讀者逐步深入。本書的寫作風格力求嚴謹、生動,避免枯燥的理論堆砌,而是注重知識的關聯性和實踐性,讓讀者在理解基礎原理的同時,也能感受到技術發展的脈絡和應用前景。 二、 內容詳述 第一部分:計算機硬件基礎原理 1. 數字邏輯與基本門電路: 計算機的一切運算都建立在二進製和邏輯門電路上。本部分將從最基本的邏輯門(AND, OR, NOT, XOR等)齣發,講解它們的邏輯功能、真值錶和電路實現。在此基礎上,我們將進一步介紹組閤邏輯電路(如加法器、譯碼器、多路選擇器)和時序邏輯電路(如觸發器、寄存器、計數器)的設計與工作原理。理解這些基礎將有助於讀者深入理解CPU的內部結構和工作流程。 2. 數據錶示與運算: 計算機如何存儲和處理各種類型的數據?本部分將詳細介紹二進製、十進製、十六進製等數製轉換,以及整數(原碼、反碼、補碼)、浮點數(IEEE 754標準)的錶示方法。我們將深入探討算術邏輯單元(ALU)的設計,理解加法、減法、乘法、除法等基本運算是如何通過邏輯門電路實現的,以及位運算、邏輯運算在計算機中的作用。 3. 存儲器層次結構: 計算機的性能很大程度上取決於其存儲係統的效率。本部分將解析計算機中普遍存在的存儲器層次結構,包括寄存器、高速緩存(Cache)、主存儲器(RAM)以及輔助存儲器(硬盤、固態硬盤)。我們將深入探討Cache的工作原理,如寫策略、替換算法,以及虛擬存儲技術,解釋它們如何通過速度、容量和成本的權衡來優化數據訪問。 4. 總綫係統: 總綫是計算機內部各部件之間進行數據傳輸和通信的“高速公路”。本部分將介紹不同類型的總綫,如數據總綫、地址總綫、控製總綫,以及它們的結構和功能。我們將探討同步總綫和異步總綫的工作方式,以及PCIe、USB等現代總綫技術的演進和特點,理解總綫帶寬和延遲對係統性能的影響。 第二部分:核心硬件組件深入剖析 1. 中央處理器(CPU): CPU是計算機的“大腦”。本部分將深入剖析CPU的內部架構,包括指令集架構(ISA,如x86, ARM)、流水綫技術、超標量技術、亂序執行、多核技術等。我們將詳細講解CPU的工作流程:取指令、譯碼、執行、寫迴,以及緩存一緻性、中斷處理等關鍵機製。讀者將瞭解CPU如何高效地執行海量指令,並處理復雜的計算任務。 2. 內存(RAM): 主內存是CPU直接訪問的高速存儲器。本部分將詳細介紹不同類型的RAM,如DRAM(SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5)和SRAM,以及它們的電氣特性、時序和性能指標。我們將探討內存控製器的工作原理,以及內存帶寬、延遲和容量對係統整體性能的影響。 3. 輸入/輸齣(I/O)設備與接口: 計算機需要與外部世界進行交互,這依賴於各種I/O設備和接口。本部分將介紹常見的I/O設備,如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機、網卡等,並重點講解它們的接口技術,如USB、HDMI、SATA、NVMe等。我們將探討I/O管理的方式,如輪詢、中斷、DMA(直接內存訪問),以及它們如何影響數據傳輸效率。 4. 圖形處理器(GPU): 隨著圖形密集型應用(遊戲、3D渲染、科學計算)的普及,GPU的作用日益凸顯。本部分將介紹GPU的並行處理架構,包括流處理器、紋理單元、光柵化流水綫等。我們將探討GPU在通用計算(GPGPU)領域的應用,以及CUDA、OpenCL等並行計算編程模型。 5. 存儲設備: 數據的持久化存儲至關重要。本部分將深入講解傳統機械硬盤(HDD)的讀寫原理、磁道、扇區、尋道時間、延遲等概念,並重點介紹固態硬盤(SSD)的工作原理,包括NAND閃存、控製器、磨損均衡、垃圾迴收等技術,以及它們在性能、功耗和可靠性方麵的優勢。 第三部分:計算機係統設計與性能優化 1. 計算機體係結構: 本部分將從更宏觀的視角審視計算機的設計。我們將介紹不同類型的計算機體係結構,如馮·諾依曼結構和哈佛結構,以及RISC與CISC指令集架構的對比。我們將探討並行處理、分布式計算等高級概念,以及超級計算機、嵌入式係統等不同應用場景下的設計考量。 2. 性能評估與優化: 如何衡量和提升計算機的性能?本部分將介紹各種性能指標,如時鍾頻率、IPC(每時鍾周期指令數)、吞吐量、延遲等,並講解常用的性能測試工具和方法。我們將探討從硬件設計層麵到軟件優化的各種性能提升策略,包括緩存優化、指令集優化、功耗管理等。 3. 功耗與散熱: 隨著計算能力的增強,功耗和散熱問題愈發突齣。本部分將分析CPU、GPU等核心組件的功耗構成,介紹各種功耗管理技術,以及散熱解決方案,如散熱器、風扇、液冷等。我們將探討在移動設備和數據中心中,功耗與性能之間的權衡。 4. 可靠性與容錯: 計算機係統的穩定運行至關重要。本部分將介紹提高硬件可靠性的技術,如冗餘設計、錯誤檢測與糾正碼(ECC)、RAID技術等。我們將探討不同級彆的容錯策略,以及它們在關鍵業務係統中的應用。 第四部分:前沿技術與發展趨勢 1. 摩爾定律的挑戰與延續: 隨著晶體管尺寸逼近物理極限,摩爾定律正麵臨挑戰。本部分將探討材料科學、光刻技術等在延續摩爾定律方麵的進展,以及新的計算範式,如三維堆疊、異構計算的興起。 2. 人工智能與硬件加速: 人工智能(AI)的發展對硬件提齣瞭新的需求。本部分將介紹AI芯片(如TPU, NPU)的設計理念,以及AI算法在硬件層麵的加速技術,如張量計算、神經網絡處理器等。 3. 量子計算與新型存儲: 量子計算有望在特定領域帶來顛覆性變革。本部分將簡要介紹量子比特、量子門等基本概念,並展望其在計算領域的潛力。同時,我們將探討相變存儲器(PCM)、磁性隨機存取存儲器(MRAM)等新型存儲技術的發展。 4. 物聯網(IoT)與嵌入式硬件: 物聯網設備的普及對低功耗、高集成度的嵌入式硬件提齣瞭要求。本部分將介紹嵌入式CPU架構(如ARM Cortex-M係列)、低功耗設計技術,以及傳感器、通信模塊等關鍵組件。 三、 目標讀者 本書麵嚮對計算機硬件技術感興趣的各層次讀者,包括但不限於: 計算機科學與技術、軟件工程、電子信息工程等專業的本科生和研究生: 為其打下堅實的計算機硬件理論基礎,為後續深入學習打下良好基礎。 軟硬件工程師: 幫助拓寬技術視野,理解不同硬件組件的協同工作,優化軟件性能。 IT從業人員: 深入理解硬件架構,有助於更好地進行係統選型、部署和維護。 科技愛好者: 滿足對計算機“心髒”的好奇心,瞭解技術背後的原理。 四、 學習方法建議 本書內容豐富,建議讀者在學習過程中: 循序漸進: 按照章節順序,逐步掌握基礎概念,再深入理解復雜技術。 理論與實踐結閤: 嘗試通過模擬器或參與實際項目,將理論知識應用於實踐。 關注最新動態: 計算機硬件技術發展迅速,建議關注行業資訊和技術論文,及時瞭解最新進展。 積極思考: 在學習過程中,多問“為什麼”,嘗試自己推導和理解。 結語 《計算機硬件技術精要:從原理到實踐》力求為您呈現一個清晰、完整、富有洞察力的計算機硬件世界。我們相信,通過深入理解這些基礎原理和核心技術,您將能夠更好地駕馭不斷演進的數字時代,為創新和發展貢獻力量。