硬件的基礎知識有哪些
硬件是看得見，摸得著的物理部件或設備，在研制硬件產品時，人的創(chuàng)造性活動表現在把原材料轉變成有形的物理產品;硬件的基礎知識有哪些?一起來看看硬件的基礎知識有哪些，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)結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質基礎。"
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，它是一種物質載體，物質基礎。廣義來說人類都是生活在物質基礎之上，你可以把所有你能看到的東西都統(tǒng)稱為硬件。當然狹義來說，一般我們所說的軟件和硬件指的是電子領域的。
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，這里可以看出硬件設計是多重要。
但軟件和硬件又有明顯的區(qū)分，至少工作內容區(qū)別很大。按照行業(yè)內描述硬件屬于底層(一般稱為底層硬件)，軟件稱為上層(軟件又分為：底層驅動、上層業(yè)務以及應用層等)。
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。
當然，對于非電子領域的人來說，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，但你沒做過相關工作，你發(fā)現不了其中的神奇之處。
其實你只要知道，軟件驅動硬件工作，驅動的激勵是什么?是電訊號!硬件接收到的這個電訊號分為0和1，硬件的響應速度非?？欤嗫炷?
一般來說硬件設計指的是電路設計，這樣說是沒問題的，因為你所有的工作都是圍繞電路設計，最終的目標也是產出一個優(yōu)秀的電路，能夠滿足各種要求，經歷各種考驗。但實際上我們要求的是產品，而不是單板。
硬件必須掌握的基礎知識
一、初級理論篇
1、高等數學和線性代數。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，是基礎中的基礎。
2、大學物理。這里很多東西其實在高中有學到，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。其實電路基礎的理論并不難，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。
4、模擬電子技術。這是電子專業(yè)的核心基礎課，至少學三遍，此外，學啃書是不行的，還得配合Multisim仿真軟件才能學好(實踐部分后面再介紹)。如果說電路基礎、高數當中的答案都是明確、唯一的，那么模電的答案將是不明確、多樣化的，需要在實踐中權衡取舍，一定要把以前的思維轉變過來，不然后面沒法學。這門課全部都是重點，但是學完它，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計的大門，但是由于篇幅有限，以后再寫文章介紹。
5、數字電子技術。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，以便于直接把數學知識運用起來，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)轉變的基礎。這門課全部都是重點，但是要真正掌握它，還是得學FPGA才可以。
6、電力電子技術。這里講到晶閘管、IGBT和電力MOS管，都是用在強電領域的器件，是開關電源的先修課。可以說電源是硬件設計當中最關鍵的部分，一個電源設計得好不好，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、復變函數。這門課跟高數的微積分一樣，是一種數學工具。復數信號是物理不可實現的，但是為什么需要復數?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系或者相位與頻率的關系(方便觀察分析才需要這樣弄)?這就需要用到復數了，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，對應著極坐標的向量。我們可以把復數轉成模和輻角的形式，想象一下，模就是時鐘的秒針，而輻角就是秒針轉動的角度，秒針轉一圈就是個圓，而把這個圓的各點按照出現的時間先后，重新描繪在直角坐標系中，就是一個正弦波。這就意味著，用復數可以表示一個正弦波的三要素，振幅就是模(秒針的長短)，相位就是秒針轉動的角度，頻率就是秒針轉動的快慢。想一下，如果用實數來表示正弦波的三要素，是不是很麻煩?這里重點掌握留數、保形映射。
2、信號與系統(tǒng)。介紹如何利用數學建模去描述電路，就是這門課要研究的內容。什么是信號?LED燈的亮滅、喇叭發(fā)出的聲音、天線感應的電磁波等，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)的姐妹學科。介紹如何用數學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。學懂這門課就可以用里面的知識去分析一些較為復雜的帶運放的電路，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)現高頻里面很多內容跟模電都差不多，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，而不是全新的領域。這門課都是重點，至少學三遍。
5、單片機?，F在已經很少不用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考驗你的硬件功底的。
6、電子測量技術。做硬件的經常要跟儀器打交道，學習測量技術，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網領域)。這里會接觸很多新器件，大多都是傳感器，當然重點研究的還是電氣特性。這門課并不難，關鍵要多做實驗。
三、高級理論篇
1、信號完整性分析。可以說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計，學好這門課，才可以畫出性能更優(yōu)的PCB。
2、開關電源。學會設計電源電路，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，也是相當考驗硬件工程師的模電功底。
3、射頻電路設計。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，所以學會設計射頻電路也是很有必要的。
4、通信原理。掌握現代的通信技術，其中包括信息論基礎和各種調制方式都會在各種通信電路當中有用到。
5、集成電路原理與應用。可以說幾乎每塊電路板都會用到芯片，所以學習一下芯片的制造技術，將會讓你的硬件水平大大提高。
舉個簡單的案例，數字電位器里面的電阻就是用MOS管構成的有源電阻，一定要上電，它才體現出電阻的特性，如果只使用模電的知識將無法理解這一現象。
四、總結
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，很多內容都是相通的。比如，數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制方式。電力電子技術里面的直流斬波電路，就是開關電源的內容，只是擴展了一些內容而已。
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氛圍
計算機工作環(huán)境的溫度正常應為 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提供適宜的環(huán)境。①要確保溫度適宜。計算機在應用當中，需擺在通風良好之處，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準。太過潮濕的環(huán)境會令硬件發(fā)霉、電路板出點，以此在使用當中會出現斷路或短路的現象，所以，在應用當中需避免與水分乃至其他液體接觸。 干燥的環(huán)境會令計算機產生靜電，導致部分硬件損壞，所以需避免陽光直射[1]。
1.2、預防到位可降低損耗
計算機硬件問題通常存在兩個原因： ①硬件自身品質問題;②計算機操作者操作問題。 所以，在實際應用當中，需依照有效預防的原則，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慣。 在應用當中需細心維護，不要出現任意敲打鍵盤、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。計算機在運用當中，外部硬件設施問題較易觀察，所以，必須在運用過程中對外部設施的運轉情況進行檢測，之后在對其他設施進行檢測[2]。
1.3、硬件維護常識的掌握
在日常生活、學習、工作當中，計算機的作用已經愈發(fā)明顯，在大多數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，學習相應的硬件維護知識，令計算機產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。
2、計算機硬件維護的策略
2.1、顯示器的維護
顯示器作為電腦關鍵的輸出設施之一， 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，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，所以會將內部電子器件燒壞。
(3)將顯示器亮度或對比度調試適宜狀態(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。 對于顯示屏上的內容，也不可長期保持固定不變，不然會令熒光粉產生老化現象，影響其使用時間。
2.2、鍵盤、鼠標的維護
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，這些現象均會導致鍵盤彈性減弱，以此影響計算機鍵盤，令其無法正常運轉。
(2)在輸入當中 ，不可吃東西或喝飲料 ，這樣會令異物掉入鍵盤縫隙當中，尤其在水進入計算機鍵盤后，會令電子器件出現短路狀況，甚至會將器件燒壞，以此影響其使用時間。
(3)為計算機鍵盤設置一層保護膜，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，以防灰塵對其產生損壞。
鼠標在應用當中， 主要出現按鍵彈性喪失或控制失靈現象，因此，在使用當中，不可過分用力按壓鼠標鍵，也不可長時間按鍵不放，需將鼠標置于平整、光滑、整潔的桌面中，最好配備鼠標墊。
2.3、主機的維護
主機作為計算機最重要的構成設備，是計算機的心臟，也是維護計算機的重要所在。開機與關機時間不可低于 30 秒 s，關閉計算機時，需先將應用軟件關閉，之后點擊開始菜單內的關機，以免出現數據保存不完整或損壞軟件的現象。 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，對電子元件產生腐蝕現象[3]。
3、結束語
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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