计算机硬件技术浅析

王 钰

（西安航空学院计算机工程系，陕西 西安 710077）

1 计算机硬件简介

计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理设备按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件的运行提供物质基础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序，把数据加工成可以利用的形式。从外观上看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内部主要包括：CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光驱、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘、显示器、音箱等，这些设备通过接口和连接线与主机相连[1]。

2 计算机硬件技术

计算机硬件技术，是以计算机硬件系统结构和工作原理为核心，逐步掌握各个硬件模块的原理与功能，从而能够利用硬件技术进行系统开发。

3 计算机硬件技术的范畴

计算机硬件技术主要面向计算机软方向专业开设，因此是一门综合性的硬件技术课程，其范畴包括：计算机系统概述、电路元器件、计算机数制、常用逻辑部件、硬件结构及原理、指令与汇编语言、接口与外部系统、单片机系统[2]。

其中，对每个知识点都做了详细的分析，以计算机组成为例，如下图所示：

图1 计算机硬件组成

图中涵盖了计算机五大硬件模块：运算器、控制器、输入设备、输出设备和存储器，箭头表明了各种信息流向。图中，我们首先要了解各个硬件模块的功能，从而根据箭头分析各种信息在硬件设备中如何传递。

4 硬件技术的核心

硬件技术的核心包括如下几个方面：

（1）计算机硬件组成原理

计算机硬件组成原理为掌握硬件技术的基础。

（2）微处理器

微处理器是计算机核心部件，主要包括运算器和控制器。微处理器技术，重点是对指令和指令系统的理解。

同一厂商会在一个处理器产品的基础上不断研发下一代新的兼容产品，而新一代处理器与前一代要实现指令兼容，即新一代指令系统包含前一代处理器的全部指令，同时可能增加新指令。而不同厂商之间也可能生产指令兼容的处理器产品。如何提高处理器性能，也是各个厂商争先研究的对象，一般采取的技术包括：流水线、超标量、超线程、Cache、扩展指令集、多核心等。

（3）总线

总线就是严格定义的信号线集合，用于实现计算机各个部件之间信息传输的通道[3]。总线具备公共性、标准型和可扩展性等特征。通过总线可实现点对点连接或者多点连接。只能实现点对点连接的通道在概念上不是总线，习惯上也称为总线。

在计算机中，总线一般分三种：数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。

DB：传输数据内容，与内存、I/O之间双向传输；

AB：传输的存储位置，如存储器地址、端口地址等，与I/O接口或之间单向传输；

CB：传输各种控制信号，如存储器读/写、端口读/写等，与I/O接口之间单向传输。

（4）接口

接口是用于完成计算机主机系统与外设之间的信息交换[4-5]。接口由接口硬件（接口电路、连接器、连接电缆等）和接口软件（程序）组成。如下图所示：

图2 接口电路的构成

接口功能主要包括：数据传送、数据缓冲、信号变换、中断、差错控制、高层通信协议、即插即用、电源管理、动态配置等。接口构成都是通过数据变换机制来完成。对接口的操作是程序对接口的访问（读/写）的方式，不同接口电路支持不同的操作方式，常用方式包括查询、中断和DMA控制方式。

5 计算机硬件技术总结

熟悉计算机硬件技术，目的是提高计算机应用能力。不仅仅要熟悉各个硬件模块的功能，还需了解相关最新技术的发展趋势及新标准，利用硬件性能测试方法，能解决在实际使用中出现的问题。

［1］李桂秋,宋维堂.计算机硬件技术基础[M].高等教育出版社,2012：5-8.

［2］王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京：北京航空航天大学出版社,2000：57-61.

［3］周洪利,朱卫东,陈连坤.计算机硬件技术基础[M].北京：清华大学出版社,2012：159-162.

［4］何为民,潘仕彬.计算机组成与嵌入式系统[M].北京：北京航空航天大学出版社,2007：45-47.

［5］张忠华.多媒体计算机硬件基础教程[M].北京：清华大学出版社,2013：100-105.