硬件的基础知识有哪些

时间：2020-11-23 19:10:52 淑燕0由分享

硬件是看得见，摸得着的物理部件或设备，在研制硬件产品时，人的创造性活动表现在把原材料转变成有形的物理产品;硬件的基础知识有哪些?一起来看看硬件的基础知识有哪些，欢迎查阅!

什么是硬件

"硬件(英文名Hardware)，是计算机硬件的简称(中国大陆及香港用语，台湾作硬体)，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。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。"

也就是说硬件是物理层面的，至少是你能看得到摸得着的东西，它是一种物质载体，物质基础。广义来说人类都是生活在物质基础之上，你可以把所有你能看到的东西都统称为硬件。当然狭义来说，一般我们所说的软件和硬件指的是电子领域的。

软件代码也是人编写的，我们所熟知的语言比如C、C++等都是通过编译器翻译成汇编语言，然后汇编语言通过汇编器翻译成二进制机器语言，机器语言操控门电路完成相应的动作。

个人觉得，没有硬件，软件就没有存在的意义，硬件是一切的基础，这里可以看出硬件设计是多重要。

但软件和硬件又有明显的区分，至少工作内容区别很大。按照行业内描述硬件属于底层(一般称为底层硬件)，软件称为上层(软件又分为：底层驱动、上层业务以及应用层等)。

如果非要举个例子来说明软件和硬件，那最好的例子就是人，硬件指人的躯体，而软件指人的思维。

当然，对于非电子领域的人来说，很难想明白计算机是怎么工作的，硬件是怎样工作的，软件是怎样工作的，即使你知道都是0和1，但你没做过相关工作，你发现不了其中的神奇之处。

其实你只要知道，软件驱动硬件工作，驱动的激励是什么?是电讯号!硬件接收到的这个电讯号分为0和1，硬件的响应速度非常快，多快呢?

一般来说硬件设计指的是电路设计，这样说是没问题的，因为你所有的工作都是围绕电路设计，最终的目标也是产出一个优秀的电路，能够满足各种要求，经历各种考验。但实际上我们要求的是产品，而不是单板。

硬件必须掌握的基础知识

一、初级理论篇

1、高等数学和线性代数。这里重点掌握微积分和矩阵，因为在后面的课程里面将会大量用到这两个东西，是基础中的基础。

2、大学物理。这里很多东西其实在高中有学到，重点掌握电阻、电容、电感的特性和电生磁、磁生电的原理，其中麦克斯韦方程组将会在射频、微波中有用到。

3、电路分析基础。其实电路基础的理论并不难，但是有些抽象的东西，是暂时不能很好地理解，比如说受控源(其实就是三极管)，所以学完模电还要再回过头来再看一遍。这里重点掌握戴维南定理，不然后面没法学。

4、模拟电子技术。这是电子专业的核心基础课，至少学三遍，此外，学啃书是不行的，还得配合Multisim仿真软件才能学好(实践部分后面再介绍)。如果说电路基础、高数当中的答案都是明确、唯一的，那么模电的答案将是不明确、多样化的，需要在实践中权衡取舍，一定要把以前的思维转变过来，不然后面没法学。这门课全部都是重点，但是学完它，除了抄书上的电路，你仍然什么都做不了，因为还需要其它方面的知识一起用才可以。这里不得不提一下器件特性这个概念，没有它将不能打开电路设计的大门，但是由于篇幅有限，以后再写文章介绍。

5、数字电子技术。这门课相对于模电来说，要简单很多很多。它把三级管搭成各种门电路、触发器，以便于直接把数学知识运用起来，同时它也是FPGA的先修课，是硬件工程师向算法工程师(跟计算机的算法有很大区别)转变的基础。这门课全部都是重点，但是要真正掌握它，还是得学FPGA才可以。

6、电力电子技术。这里讲到晶闸管、IGBT和电力MOS管，都是用在强电领域的器件，是开关电源的先修课。可以说电源是硬件设计当中最关键的部分，一个电源设计得好不好，直接影响整个系统能否正常工作。其中整流、逆变、升压、降压电路，都是要重点掌握的。

二、中级理论篇

1、复变函数。这门课跟高数的微积分一样，是一种数学工具。复数信号是物理不可实现的，但是为什么需要复数?诚然，正弦波(包括余弦，下同)有振幅、频率和相位三要素，如何在一个图上面表示振幅与频率的关系或者相位与频率的关系(方便观察分析才需要这样弄)?这就需要用到复数了，其中i或者j(因为电流的符号是i，所以才换成j，以防混淆)表示的就是方向，对应着极坐标的向量。我们可以把复数转成模和辐角的形式，想象一下，模就是时钟的秒针，而辐角就是秒针转动的角度，秒针转一圈就是个圆，而把这个圆的各点按照出现的时间先后，重新描绘在直角坐标系中，就是一个正弦波。这就意味着，用复数可以表示一个正弦波的三要素，振幅就是模(秒针的长短)，相位就是秒针转动的角度，频率就是秒针转动的快慢。想一下，如果用实数来表示正弦波的三要素，是不是很麻烦?这里重点掌握留数、保形映射。

2、信号与系统。介绍如何利用数学建模去描述电路，就是这门课要研究的内容。什么是信号?LED灯的亮灭、喇叭发出的声音、天线感应的电磁波等，有实际用途的信息载体(包括声、光、电、热等)都是信号。什么是系统?就是处理信息载体的东西(包括放大器、传动装置等)。系统是一种更为抽象的概念，可大可小，小到一个三极管，大到一个无线收发装置，这些都要根据实际需求来确定，不能一概而论。这门课都是重点。

3、自动控制原理。自控原理是信号与系统的姐妹学科。介绍如何用数学建模的方法去分析电路，主要分析电路的稳定性。其中，波特图、PID都是要重点掌握的。学懂这门课就可以用里面的知识去分析一些较为复杂的带运放的电路，这种电路用KCL和KVL是仍然很难解决。

4、高频电子线路。高频是模电的非线性部分。你会发现高频里面很多内容跟模电都差不多，也有放大器、振荡器、功放，但是这些电路用在更高的频段，所以分析方法有所不同。模电的功底较为扎实的情况下，再学这门课，就不觉得难，因为它本身就是模电的扩展，而不是全新的领域。这门课都是重点，至少学三遍。

5、单片机。现在已经很少不用CPU的硬件电路了，而单片机正是最简单的CPU，所以掌握单片机也是很有必要的。其中单片机的接口电路也是相当考验你的硬件功底的。

6、电子测量技术。做硬件的经常要跟仪器打交道，学习测量技术，一方面让你更能熟练地使用仪器，另一方面还能让你做一些测量电路(配合单片机就可以运用在物联网领域)。这里会接触很多新器件，大多都是传感器，当然重点研究的还是电气特性。这门课并不难，关键要多做实验。

三、高级理论篇

1、信号完整性分析。可以说硬件工程师最大的敌人就是干扰，要解决这些干扰就得做好电磁兼容性设计，学好这门课，才可以画出性能更优的PCB。

2、开关电源。学会设计电源电路，给自己的电路系统配上合适的电源，以及解决电源完整性问题，也是相当考验硬件工程师的模电功底。

3、射频电路设计。随着科技的发展，电路的工作频率将会越来越高，频率升高会带来各种各样的难题，所以学会设计射频电路也是很有必要的。

4、通信原理。掌握现代的通信技术，其中包括信息论基础和各种调制方式都会在各种通信电路当中有用到。

5、集成电路原理与应用。可以说几乎每块电路板都会用到芯片，所以学习一下芯片的制造技术，将会让你的硬件水平大大提高。

举个简单的案例，数字电位器里面的电阻就是用MOS管构成的有源电阻，一定要上电，它才体现出电阻的特性，如果只使用模电的知识将无法理解这一现象。

四、总结

如果你认为这么多书，怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课，很多内容都是相通的。比如，数电里面的移位寄存器，就是单片机里面的串口收发器。模电里面的放大器、振荡器，到了高频、射频，照样讲到，只是分析方法有点不同而已。

高频里面的AM、FM、PM，到了通信原理，照样讲到，此外，还提出了ASK、FSK、PSK这几种雷同而且更为简单的调制方式。电力电子技术里面的直流斩波电路，就是开关电源的内容，只是扩展了一些内容而已。

计算机硬件运维的重要性和策略

1、计算机硬件维护原则

1.1、打造计算机良好的运转氛围

计算机工作环境的温度正常应为 18~30℃之间，太高或太低均会令机器加速老化，降低其使用时间。所以，必须为计算机的运转提供适宜的环境。①要确保温度适宜。计算机在应用当中，需摆在通风良好之处，如此可以令空气流通，并且因为计算机显示屏中的荧光物质对阳光照射十分敏感，会令温度快速上升，所以需避免在阳光直射处摆放计算机。 ②需确保相对湿度。计算机工作的环境对湿度具有一定标准。太过潮湿的环境会令硬件发霉、电路板出点，以此在使用当中会出现断路或短路的现象，所以，在应用当中需避免与水分乃至其他液体接触。干燥的环境会令计算机产生静电，导致部分硬件损坏，所以需避免阳光直射[1]。

1.2、预防到位可降低损耗

计算机硬件问题通常存在两个原因： ①硬件自身品质问题;②计算机操作者操作问题。所以，在实际应用当中，需依照有效预防的原则，以便将损耗降到最低。

计算机的稳定工作性能需做到以下两点： ①操作者需具有良好的使用习惯。在应用当中需细心维护，不要出现任意敲打键盘、用力拍打计算机等动作。并且需加强细节的维护，不可忽略计算机正确的开机、关机动作，这些都可以成为延长计算机使用时间的重要方法。②做足检测工作。计算机在运用当中，外部硬件设施问题较易观察，所以，必须在运用过程中对外部设施的运转情况进行检测，之后在对其他设施进行检测[2]。

1.3、硬件维护常识的掌握

在日常生活、学习、工作当中，计算机的作用已经愈发明显，在大多数家庭中都可见到计算机。在购买之前，则需以宏观的`角度了解计算机，学习相应的硬件维护知识，令计算机产生问题时可以随时进行维护，以免发生不必要的损失，确保计算机可以正常运转。

2、计算机硬件维护的策略

2.1、显示器的维护

显示器作为电脑关键的输出设施之一，对其维护可以从以下几点着手：

(1)对于具有磁性的物品，例如电视机、手机、IPAI 等，需远离计算机，因为磁性物品会对显示器显像管进行磁化，以此令其无法正常运转，并且对于银行卡、信用卡等磁性也需加强注意，尽量远离显示器。

(2)为显示器提供防尘罩，在不使用时，用防尘罩罩好显示器，以防进入灰尘，由于灰尘会阻碍计算机散发热量，所以会将内部电子器件烧坏。

(3)将显示器亮度或对比度调试适宜状态，不可令对比度过强，也不可令亮度过高，降低亮度可以降低显像管中荧光粉及灯丝的老化速度，可以提高使用时间。

(4) 不可随意更改显示器分辨率，这会对显示器造成损坏，降低其使用时间。对于显示屏上的内容，也不可长期保持固定不变，不然会令荧光粉产生老化现象，影响其使用时间。

2.2、键盘、鼠标的维护

键盘作为输入信息的主要部件，将其维护好，可以令计算机信息输入更为顺利。

(1)在输入时，不可长时间按住一个键不放，或者在输入时，用力敲打键盘，这些现象均会导致键盘弹性减弱，以此影响计算机键盘，令其无法正常运转。

(2)在输入当中，不可吃东西或喝饮料，这样会令异物掉入键盘缝隙当中，尤其在水进入计算机键盘后，会令电子器件出现短路状况，甚至会将器件烧坏，以此影响其使用时间。

(3)为计算机键盘设置一层保护膜，以免灰尘渗入。

(4)时隔一段时间，则需将键盘取下，用专业工具进行灰尘清理，以防灰尘对其产生损坏。

鼠标在应用当中，主要出现按键弹性丧失或控制失灵现象，因此，在使用当中，不可过分用力按压鼠标键，也不可长时间按键不放，需将鼠标置于平整、光滑、整洁的桌面中，最好配备鼠标垫。

2.3、主机的维护

主机作为计算机最重要的构成设备，是计算机的心脏，也是维护计算机的重要所在。开机与关机时间不可低于 30 秒 s，关闭计算机时，需先将应用软件关闭，之后点击开始菜单内的关机，以免出现数据保存不完整或损坏软件的现象。不可随意打开主机箱，特别在开机情况下，也不可随意触碰电路板，不可随意挪动主机箱。液体容器不可摆在主机箱附近，以防液体进入机箱中，对电子元件产生腐蚀现象[3]。

3、结束语

综上所述，计算机硬件的维护原则及策略远不止此，所以，计算机使用人员必须掌握计算机硬件的相应知识，了解硬件的众多功能，掌握操作系统的清理与维护方法，在实际工作当中灵活运用，逐步排除问题，令计算机在生活中为我们提供更多的帮助。

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