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硬件技术范文第1篇
一、双核CPU的由来
随着CPU主频的不断增长、工艺线宽的不断缩小，CPU散热、电流泄露、热噪等问题变得越来越棘手，单纯的主频提升已经遭遇瓶颈，因此CPU厂商开始寻求新的发展方向，双核CPU电脑应运而生。降低功耗成为了双核设计的一个重要因素。英特尔和AMD采用这项技术的真正原因，不是因为双核是一种突然出现的一种优秀创意。实际上，芯片厂商本可以非常满足地不断推出速度越来越快的单核处理器。但是，这种做法是不可行的，因为随着时钟速度超过3GHz，单核处理器开始消耗过多的功率。英特尔在2005年取消了计划中的4.0GHz“Tejas”处理器，因为该芯片的功耗可能超过100W。随着功耗的上升，超快单核芯片的冷却代价也越来越高，它要求采用更大的散热器和更有力的风扇，以保持其工作温度。利用双核方案，既可以继续改善处理器性能，又可以暂时避开功耗和散热难题。AMD商业解决方案主管也表示：“这是因为，作为处理器厂商，这是我们能够在一定的功耗范围内提高性能的唯一途径。”
双核CPU究竟有何过人之处，吸引芯片巨头不遗余力地推动双核技术呢？在过去，处理性能的飞跃依赖于处理器主频的提升，但是随着散热等问题日益严重，主频升级的思路逐渐显得捉襟见肘。而双核心技术的引入是提高处理器性能另一个行之有效的办法。处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理的指令数总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍，这将大大提升处理器的工作效率。而且，双核CPU所具备的两个物理核心是相对独立的，每个核心都可以拥有独立的一、二级缓存、寄存器、运算单元，可以使两个独立进程互不干扰。
双核CPU超越了传统的单核CPU的技术局限，借助两颗“心脏”所具有的高性能和多任务优势，我们可以更加轻松地创建数字内容，进行多任务处理。另外，双核电脑可以做到在前台创建专业数字内容和撰写电子邮件，同时在后台运行防火墙软件或者从网上下载音频文件。有业内人士表示，双核CPU的诞生为PC厂商打开了一扇门，这是一个极具前景的应用领域。
二、AMD双核心处理
器的简介
AMD目前的桌面平台双核心处理器代号为Toledo和Manchester，基本上可以简单看作是把两个Athlon 64所采用的Venice核心整合在同一个处理器内部，每个核心都拥有独立的512KB或1MB二级缓存，两个核心共享Hyper Transport，从架构上来说相对于目前的Athlon 64架构并没有任何改变。
与Intel的双核心处理器不同的是，由于AMD的Athlon 64处理器内部整和了内存控制器，而且在当初Athlon 64设计时就为双核心做了考虑，但是仍然需要仲裁器来保证其缓存数据的一致性。AMD在此采用了SRQ(System Request Queue，系统请求队列)技术，在工作的时候每一个核心都将其请求放在SRQ中，当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心，所以其缓存数据的一致性不需要通过北桥芯片，直接在处理器内部就可以完成。与Intel的双核心处理器相比，其优点是缓存数据延迟得以大大降低。
AMD目前的桌面平台双核心处理器是Athlon 64 X2，其型号按照PR值分为3800+至4800+等几种，同样采用90nm制程，Socket 939接口，支持1GHz的Hyper Transport，当然也都支持双通道内存技术。
由于AMD双核心处理器的仲裁器是在CPU内部而不是在北桥芯片上，所以在主板芯片组的选择上要比Intel双核心处理器要宽松得多，甚至可以说与主板芯片组无关。理论上来说，任何Socket 939的主板通过更新BIOS都可以支持Athlon 64 X2。对普通消费者而言，这样可以保护已有的投资，而不必象Intel双核心处理器那样需要同时升级主板。
三、AMD双核心架构
剖析
从架构上来看，Athlon 64 X2除了多个“芯”外与目前的Athlon 64并没有任何区别。Athlon 64 X2的大多数技术特征、功能与目前市售的、基于AMD64架构的处理器是一样的，而且这些双核心处理器仍将使用1GHz HyperTransport总线与芯片组连接及支持双通道内存技术。
实际上Toledo核心就相当于是两个San Diego核心的Athlon 64处理器的集成，至于Manchester自然就相当于两个Venice核心了―这也就是说，双核心的Athlon 64 X2处理器均将支持SSE3指令集。
另外，我们不难发现的是，AMD的台式双核心处理器的频率与其单核心产品基本上处于同一水平上―这一点与Intel非常不一样(Intel目前频率最高的桌面单核心处理器达到了3.8GHz，而其最高频率的双核心处理器只不过3.2GHz)。当然这并不难理解，因为Athlon 64处理器，特别是采用了90nm SOI工艺的Athlon 64处理器的发热量要比Intel的高频率的Prescott核心处理器要低不少，所以自然可以采用比较高的工作频率了(当然从频率的角度来看，Athlon 64 X2也还是低于Pentium D的)。
由于Intel受发热量限制目前的双核心处理器最高只有3.2GHz，因此在性能上肯定要比AMD的 Athlon 64 X2要低一些。不过Pentium D不如Athlon64 X2的地方并不仅仅只有这方面而已。
AMD的双核心方案面临一个重要的问题，就是随着第二核心的出现，对内存与I/O带宽的资源将会出现争夺，如何解决好这个问题是AMD双核心处理器的性能的关键问题之一。
与Pentium D不同的是，Athlon 64 X2的两个内核并不需要通过外部FSB通信这一途径。Athlon 64 X2内部整合了一个System Request Queue(SRQ)仲裁装备，每一个核心将其请求放在SRQ中，当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心，所有的过程都在CPU核心范围之内完成。
AMD双核心强调是真正将两个核心入整合在一个硅晶内核上，可以真正发挥双核心效率，不像对手的产品事实上为两个Packet的设计，会有两个核心之间传输瓶颈的问题。因此Athlon 64 X2的架构要优于Pentium D架构，尤其是在高负载的多线程/多任务的环境下，AMD的处理器将会表现出比Intel的处理器更好的性能。
此外，随着第二核心的出现，对内存与I/O带宽的资源将会出现争夺，如何解决好这个问题是AMD双核心处理器的性能的关键问题之一。AMD信引入了Crossbar控制器，这个全新的控制器结合优化的系统请求队列，可以有效的降低这个问题的危害性。
AMD处理器集成的内存控制器在进化到双核心时代表现出来的优势更加明显，低延时的内存控制器使得对CPU的缓存的依赖也大幅减少，在这样的情况下，在日后过渡到多核心的时候，需要考虑的问题更多的是基于各个核心之间的连接。我们可以看到，两个核心所采用的L2缓存也是分别独享的，也就是两个L2缓存中保存的数据是一致的。
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实际的可利用容量和一个核心的L2缓存容量是相同的，这一点和Intel一样。与Intel有所不同的是，AMD方案的两个核心之间的通信是通过处理器内部的Crossbar实现的。相比之下Intel的Pentium D处理器的核心之间的通信则是需要通过芯片组的MCH来进行。这显然比AMD的方案要带来更多的延迟时间。不过AMD的架构也并非十全十美，双核心处理器仍然只支持双通道DDR400内存无疑是一个有些令人遗憾的地方。两个处理器核心自然需要更大的内存带宽。要解决这个矛盾，只能使用全新的针脚设计，DDR2是一个不错的选择。
Athlon 64 X2这样的设计还有一个好处，那就是如果打算支持新的双内核处理器的话，对旧平台而言唯一的要求就是升级到最新BIOS就可以了，这将大大降低平台的应用、升级成本。当然AMD沿用以前的内存控制器也是有很大的好处的，那就是双核心的Athlon 64 X2处理器可以在目前几乎所有的Socket 939主板上使用。这方面AMD有着Intel无可比拟的优势。因为以前的915/925主板并不能支持Intel的双核心处理器。
此外，与Pentium D是通过降低频率来降低功耗不同，同样采用90nm生产技术的Athlon 64 X2似乎并不需要面临这样的问题。这都得益于AMD在Athlon 64 X2处理器上所采用的“Dual Stress Liner”应变硅技术。Dual Stress Liner技术是由AMD和IBM联合开发的，据称可以将半导体晶体管的响应速度提高24％。
事实上，DSL很类似于英特尔在90nm生产技术中引入的应变硅技术。我们都知道，晶体管越微细化，运行速度就越高，但同时也会引发泄漏电流增加、开关效率降低，从而导致耗电和发热量的增加。而DSL通过向晶体管的硅层施加应力，同时实现了速度的提高与耗电量的降低。
与Intel使用的应变硅不同，来自AMD和IBM的DSL能够被用于两种类型的晶体管：NMOS和PMOS(具有n和p通道)而无需使用极难获得的硅锗层，硅锗层会增加成本，并且有可能影响芯片的产量。DSL这种双重性，让它比英特尔的应变硅更有效，DSL可以将晶体管的响应速度提升24％，而应变硅能提供的最大改进在15-20％。
并且更重要的是，AMD和IBM这项新技术对产量及生产成本并没有任何负面影响。由于在生产时无需使用新的生产方法，所以使用标准生产设备和材料便可迅速展开量产。另外，配合使用硅绝缘膜构造(SOI，绝缘体上硅)与应变硅，还可生产性能更高、耗电更低的晶体管。AMD工程师们表示，DSL和SOI一起结合可以让Athlon 64处理器的频率潜力有大约16％的增长。而Athlon 64 X2的初始频率与目前Athlon 64持平上也可以看到DSL技术的确很有效。
当然，AMD也将在未来转移更先进的65nm生产线上，改进他们的内存控制器来对DDR2，DDR3和FB-DIMM等高性能内存提供支持，也将开始使用更快的HyperTransport 2.0总线，及更有效的节能降耗技术。
四、Intel双核心构架
剖析
AMD的“真伪双核论”虽无法立足，但它点出的英特尔双核处理器可能出现前端总线资源争抢的问题是否真是实情呢？对此，英特尔表示：“AMD并不了解我们的产品和我们将来产品的技术走向，对自己的竞争对手及其产品妄加猜测和评论的行为是不值得赞赏的。”AMD曾经指出奔腾至尊版是两个核心共享一个二级缓存，这就是一个非常明显的错误。事实上，奔腾至尊版和奔腾D都是每个核心配有独享的一级和二级缓存，不同的是英特尔将双核争用前端总线的任务仲裁功能放在了芯片组的北桥芯片中。
按照“离得越近、走得越快”的集成电路设计原则，把这些功能组件集成在处理器中确实可以提高效率，减少延迟。不过，在台式机还不可能在短期内就支持4个内核和更多内核的现实情况下，只要有高带宽的前端系统总线，就算把这些任务仲裁组件外置，对于双核处理器的台式机来说带来的延迟和性能损失也是微乎其微的。
英特尔945和955系列芯片组目前可提供800MHz和1066MHz前端总线，如果是供一个四核处理器使用，那肯定会造成资源争抢，但对于双核来说，这个带宽已经足够了。英特尔认为目前双核系统中的主要瓶颈还是内存、I/O总线和硬盘系统，提升这些模块的速度才能使整个系统的计算平台更加均衡。基于这种设计思路，英特尔在945和955系列芯片组中加强了对PCI-Express总线的支持，增加了对更高速DDR2内存的支持，对SATA的支持速度增加了一倍由1.5Gb/s升级3Gb/s，进一步增加了磁盘阵列RAID 5和RAID 10的支持。
此外，英特尔奔腾至尊版有一个独门“绝活”，那就是双核心加超线程的架构，这种架构可同时处理四个线程，这让它在多任务多线程的应用中具有明显优势。而且CMP与SMT（同时多线程，英特尔超线程就是一种SMT技术）的结合是业界公认的处理器重要发展趋势，最早推出双核处理器的IBM也是这一趋势的推动者。
英特尔之所以在奔腾至尊版和奔腾D上采用共享前端总线的双核架构，还是出于双核架构自身的紧凑设计和生产进程方面的考虑，这种架构使英特尔能够迅速推出全系列的双核处理器家族，加快双核处理器的产品化，而且它带来的成本优势也大大降低了奔腾至尊版、奔腾D与现有主流单核处理器――奔腾4系列的差价，有利于双核处理器在PC市场上的迅速普及。
五、双核心技术与超
线程技术的区别
超线程技术已经不是什么新技术了，但读者可能与双核心技术区分不开。例如开启了超线程技术的Pentium 4 530与Pentium D 530在操作系统中都同样被识别为两颗处理器，它们究竟是不是一样的呢？其实，可以简单地把双核心技术理解为两个“物理”处理器，是一种“硬”的方式；而超线程技术只是两个“逻辑”处理器，是一种“软”的方式。
从原理上来说，超线程技术属于Intel版本的多线程技术。这种技术可以让单CPU拥有处理多线程的能力，而物理上只使用一个处理器。超线程技术为每个物理处理器设置了两个入口AS(Architecture State，架构状态)接口，从而使操作系统等软件将其识别为两个逻辑处理器。这两个逻辑处理器像传统处理器一样，都有独立的IA-32架构，它们可以分别进入暂停、中断状态，或直接执行特殊线程，并且每个逻辑处理器都拥有APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller，高级可编程中断控制器)。
虽然支持超线程的Pentium 4能同时执行两个线程，但不同于传统的双处理器平台或双内核处理器，超线程中的两个逻辑处理器并没有独立的执行单元、整数单元、寄存器甚至缓存等等资源。它们在运行过程中仍需要共用执行单元、缓存和系统总线接口。在执行多线程时两个逻辑处理器均是交替工作，如果两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂停并要让出资源，要待那些资源闲置时才能继续。因此，超线程技术所带来的性能提升远不能等同于两个相同时钟频率处理器带来的性能提升。可以说Intel的超线程技术仅可以看做是对单个处理器运算资源的优化利用。
而双核心技术则是通过“硬”的物理核心实现多线程工作：每个核心拥有独立的指令集、执行单元，与超线程中所采用的模拟共享机制完全不一样。在操作系统看来，它是实实在在的双处理器，可以同时执行多项任务，能让处理器资源真正实现并行处理模式，其效率和性能提升要比超线程技术要高得多，不可同日而语。
硬件技术范文第2篇
关键词：网络技术；计算机；软硬件；资源共享
随着我国科技力量的崛起，网络技术在其中发挥着越来越重要的作用。目前，计算机网络已经走进了千家万户，不仅与科研有着重要的联系，同时也与人们的生活有着直接的关系。根据当前民众对计算机技术的需求，充分实现对计算机发展中的软硬件设备完善、计算机性能和水平的提升、更大程度实现资源共享已经成为当前计算机研发工作者面临的挑战。
1网络技术及资源共享
在信息化时代下，计算机网络技术的普遍发展，带动了我国社会各行业的全面进步。自上世界90年代，我国已经加入互联网中，并逐渐实现了开放的中国公共互联网网络，实现了互联网与计算机的有效结合。也正因为互联网能够为我国带来更多的发展方向和机会，网络技术已经成为我国展开科研工作的核心技术。自进入21世纪后，我国网络技术的发展日益呈现出成熟的趋势，并在计算机技术发展中占据十分重要的应用地位。实现了相对较为完善的互联网与计算机的有机融合[1]。网络技术在计算机中的主要应用是实现资源的共享、协调，从而实现更加透明化的网络资源整合。计算机硬件系统包括输入设备、输出设备、存储设备等，计算机软件系统主要是指在运行过程中的软件，虽然没有具体的形态，但是却在计算机的整体运行中有着重要的作用[2]。因此，计算机硬件与软件的结合，通过网络技术实现资源共享，能够充分利用软件与硬件的作用，以便提升整个系统的性能，使其在运行的过程中更加方便、流畅。资源共享，可以分为很多种类，在计算机中，主要是指数据和应用程序的共享、打印共享局域网、邮件服务器共享、数据库服务器共享、网络存储共享、资源备份、设备共享等，在通常情况下，网络资源共享可以分为几个类型，如：教育类资源的共享、专业文献的共享、应用文书的共享等，这些都是通过网络技术在计算机软硬件中的作用来实现的[3]。因此，网络技术对于资源共享来说有着实质性的作用，若是没有网络技术的支持，计算机只能是单纯的机器，并没有存在的真正意义。
2网络技术在计算机软硬件实现资源共享中的作用
网络技术是没有具体形态的存在，但是在计算机应用中有着非常重要的作用，对现如今社会的人们来说，网络技术与计算机的有效结合已经成为当下必不可少的工具。笔者经过不断地发现中，总结出以下几点内容，切实说明了网络技术在计算机软硬件实现资源共享中的重要作用：1）具有软件许可证网络化管理的作用在传统的软件许可中，我国通常采用的是人工管理的方式，手动定期开放和关闭，这样的方式虽然能够保证在一定程度上满足用户需要，但是与我国当前全天开放的状态相违背，从原来的定期开放和关闭逐渐变成了任意时间开放，这样很容易对网络以及机器的使用造成影响，不仅浪费了大量人力去管理，同时也影响了用户使用，还可能会出现不必要的资源浪费现象。此外，对于软件版本的问题，由于人们在空间上和认知上的差异，很多人使用的软件版本都存在着不同，在进行资源共享的过程中经常会出现各种各样的问题，往往需要将工作站放到同一地区，才能够实现资源的共享。这样的方式不仅耗费了过多的时间，还浪费了很多人力，且容易导致机器的损伤。对于人们的生产、生活、科研等方面来说，有着非常严重的阻碍作用[4]。面对上述问题，网络技术在发展的过程中逐渐形成了软件许可证网络化管理模式，这种模式指的是用户只有在具有软件许可证的条件下才能对软件加以使用，这不仅是对软件自身的一种保障，同时也能够对计算机以及软件的使用性能和寿命给予一定保障。当计算机中的软件许可证被释放后，用户可以根据自身需求对软件进行使用。就目前计算机系统发展中的常用性软件而言，通常会将办公软件安装在以往的计算机服务器上，因此在用计算机处理大量数据过程中，会占用较多的CPU，在数据的处理速度上也较慢，在此基础上对计算机实施其他的操作，将会导致CPU内存占用过多，而影响用户使用计算机获取相关信息的知识。就整体效率而言，这是一种相对落后的处理方式。而在利用软件网络通行证自动化管理模式后，能够充分降低计算机使用中的CPU内存占用量，可以从不同程度上减少计算机系统处理相关数据的时间。此外，也能够有效实现各项资源在计算机系统中的共享，最终形成比较全面和快速的计算机资源系统。在很大程度上帮助用户实现更加高效的工作[5]。2）具有强化软件安装的作用软件的安装和使用，通常会在计算机中占用一定的内存空间，而在通常的办公条件下，一些软件的安装和使用经常会占用内存，导致计算机硬件内存经常被占用，一方面影响了计算机的整体运行效率，另一方面也占用着用户的时间，降低了工作效率。此种作用主要体现为在计算机系统发展中，对软件的使用能够充分实现自动化的选择。在计算机网络安装管理过程中，充分利用网络技术，实现对计算机软件安装环境的强化，能够从不同程度上降低计算机使用中，其硬件运转时资源的占有空间。此外，也能够有效实现对计算机硬件运转时，其资源产生的诸多资源压力，提升了计算机的软硬件性能和水平。用户只需要在相对应的网络系统上登录，就可以对服务器实施自动化管理，有效降低了软硬件资源的浪费。与此同时，系统的管理人员可以对用户的数据及相关信息进行备份和管理，以防止在系统发生故障时能够及时恢复，避免给用户带来更多的困扰。这样的方式，不仅提升了计算机系统的整体性能，同时也为用户数据的安全提供了一定保障，在当下人人都需要计算机的时代，网络技术起到了非常重要的作用[6]。此外，在传统的软件安装选择方式上，用户会根据自身的需求以及计算机上的资源丰富程度来进行选择和安装，这样的方式虽然在一定程度上满足了用户的需求，但是在资源不是非常丰富的时代，这样的方式并不能满足所有需求，同时也会浪费大量的时间。而在网络技术实现计算机软硬件资源共享后，软件的安装已经不再需要用户自己进行选择，相反，计算机可以通过网络技术进行分析，能够实现软件的自主选择和安装。同时，这样的方式也不会造成数据的拥挤现象，在内存的占用上也提升了许多，计算机的运行效率有效提升[7]。以Windows瘦客户机为例，在当前的计算机中，软件的费用相对较高，有的甚至要比硬件设施的成本还要高，对于用户来说，这是一个相对较高的成本，而瘦客户机的应用则不需要进行软件的购买和安装，该机器会主动分析网络软件以及硬件资源的丰富性，并以此为基础自动为客户安装需要的软件，这样，在基层软件的共享工程中，可以为用户节约很大一部分开支。3）具有内外资源共享、外化磁盘网络管理的作用在传统的计算机中，所使用的外部设备主要是一些单挂机来对整个服务器或是工作站的相关资源进行有效的存储和管理，在运行的过程中负担较大，不仅会影响计算机工作的效率，同时也提高了计算机运行过程中所需要承担的风险。而计算机软硬件实现资源共享，就是将计算机中的软件资源与硬件资源有效结合，将二者结合到一起后共同发挥作用，从而提升计算机的整体性能。在网络技术实现计算机软硬件资源共享中，通过软件的开发历程，进行相关模型的创建，实现了内外资源的共享，而这种内外资源共享模式的实现，也促进了软硬件资源共享的发展[8]。如：最初的V模型逐渐发展成为现在的TDD，这些都是围绕着内外资源贡献而进行研发的，在这其中，相关研发人员在软件的开发和完善过程中将软件资源与硬件资源自动转换，创建了合适的模型。因此，网络技术在计算机软硬件实现资源共享中具有内外资源共享的作用。此外，网络技术在计算机软硬件实现资源共享中还能够对外化磁盘实施网络化的管理。目前，我国网路技术在计算机硬件上的应用主要表现在：第一，系统管理员直接对用户进行管理，实现系统和用户之间的资源共享。第二，磁盘自动挂接，在用户需要相关资源时，计算机可以自动查找相关数据，并及时输出，为客户提供方便，同时也实现了资源的实时共享，实现外化磁盘网络管理。这样的方式是如今较为常见的方式，这种方式的使用，使网络技术在计算机软硬件实现资源共享中不仅仅是具有内外资源共享的作用，同时还具有外化磁盘网络管理的作用[9]。以Windows瘦客户机为例，在当前的计算机中，机器的安全保护系统并不是十分完善，很多资源还存在着容易被窃取的危险，软驱、光驱等在使用的过程中不容易控制。而Windows瘦客户机的整体性能很好地弥补了这一点，这种机器的安全性能很高，在基层共享工程中主要应用于舞台艺术、应试节目、教育领域等，不仅为用户提供了极大方便，同时也在性能上吸引了更多的使用者，在发展的过程中逐渐会替代老式的计算机。
3结束语
总之，就目前来看，我国的网络技术研发工作还在不断深化，与计算机的有效结合也在不断向着更好的方向发展。进行计算机软硬件资源的开发和充分利用，能够有效提高计算机设备的使用效率，为企业的发展、人们生活质量的提高、科技的进步创造更多经济效益。虽然我国的网络技术与计算机软硬件的有效结合还在发展的初期阶段，但是前进的空间非常大。相信在未来的发展中，网络技术在计算机软硬件实现资源共享中会发挥出更加关键的作用。
参考文献：
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硬件技术范文第3篇
关键词:计算机硬件技术;教学改革;实验教学
计算机硬件技术基础课程是普通高等学校理工科专业的一门重要计算机技术基础课程,也适合非理工科的其他专业学生选修。早在2006年,教育部高教司就明确提出了该课程是针对大学非计算机专业理工类本科生设置的6门典型核心课程之一。它是学生学习和掌握计算机硬件基础知识、了解计算机硬件发展、熟悉硬件原理及接口技术的主要课程。
1课程现状和问题分析
根据教育部关于计算机基础教育“三个层次”的教学思想,计算机硬件技术基础由微型计算机原理和微机接口技术等课程整合而来,因此自2006年以来,该课程的教学内容和实践环节一直延续着原有课程的体系。与此同时,计算机硬件在过去的50年里以摩尔定律(晶体管的集成度每18个月翻1番)高速发展,以CPU为代表的计算机硬件更新换代十分迅速,新的接口层出不穷,使该课程的教学内容和实践环节与学生成长和熟悉的环境严重脱节[1-2],具体表现在以下3个方面:
第一,课程内容过于专业,教学要求和学生基础有一定差距。微型计算机原理和微机接口技术等课程主要针对大三或大四学生开设,而以这两门课程内容为基础的计算机硬件技术基础课程主要面向大一和大二学生,目的是进行计算机基础教育。由于面向群体不同,原有课程内容和实践环节过于专业,不适合计算机硬件入门级教学。
我们随机选取了高等教育出版社、机械工业出版社和中国铁道出版社2005年之后出版(含再版)的5本教材。经过统计,3本教材以较多篇幅介绍Intel 8086系列处理器指令和接口结构,其中4本含有较多的汇编语言知识。然而,Intel 8086和汇编语言等知识对于低年级非计算机专业学生过于深奥和枯燥,非计算机专业低年级学生很难理解。
第二,课程内容过于陈旧,实验环节无法吸引学生们的兴趣。我们调研了国内多所高校相关课程的教学状况,课程实验方案主要包括两种,即结合计算机硬件实验箱和利用PC机进行拆装实验。
基于实验箱的课程实验往往以DOS、汇编语言、8255a、数码管显示和数模转换等实验为主,这些内容继承了微型计算机原理的实验内容,对于大一和大二学生来说,离他们熟悉的硬件环境较远,缺少趣味。以PC机为平台的计算机拆装类实验一般会受到学生的欢迎,具有一定吸引力,但计算机拆装较为浅显,与课程内容结合效果不足,不能使学生对计算机硬件的原理有深入理解。尽管如此,考虑到学生的兴趣,将PC机作为入门级实验平台应是课程实验改革的方向。
第三,计算机基础课程的性质使课程无法照顾到各专业的需求。传统教学和实验内容不区分学生的专业属性,对于理工科专业来说,课程实验难度较低,缺乏学习兴趣;对于非理工科专业来说,课程实验难度较高,无暇关注更深入内容。为此,课程实验改革应该考虑学生的专业特点,实验为基本实验和可选实验,因材(专业)施教[3-4]。
实践教学是高等教育课程的重要组成部分,实践教学应努力贯彻以学生为主体,教师为主导,坚持知识传授、能力培养、素质教育协调发展的实验教学理念。结合计算机硬件技术基础课程的实际情况,课程实验教学改革势在必行。
2教学改革内容
北京理工大学计算机公共基础课教学团队(部级教学团队)在充分调研该课程讲授现状的基础上,于2010年度开展了教学改革。核心思想是以克服学生对硬件的恐惧心理为目的,以计算机硬件经典技术和新发展为主要内容,辅助开放和自由的实验教学平台,重点在于改革课程实验内容。
基于上述思想,课程实验的改革从3个方面开展:教学组织、实验方案和实验场地。
首先,在教学组织上,我们增大了实验比例,占到整个学时的25%。同时,教学内容以“基本概念+基本部件”方式组织,如表1的第2-6章。例如,第3章内容为“存储系统与存储器”,其中存储系统是基本概念,学生理解起来有一些抽象,需要课堂讲授;而存储器则是基本部件,可以采取实践教学,学生在实验中认识硬盘、Flash存储器、光存储器等设备,更容易将存储系统和实际硬件有机关联起来,取得更好的教学效果。
其次,在课程实验方案上,考虑到大一、大二学生对硬件的陌生程度,我们采取了“基本实验+提高实验”的模式。基本实验的目的是让学生对计算机硬件有基本的熟悉,克服对硬件的畏惧心理。提高实验的目的则是结合某一章节内容,通过题目引导和激发学生的兴趣,调动他们的积极性,使其深入了解计算机硬件,部分候选方案如表2所示。
最后,为了达到实践教学目的,依托学校的支持,我们建立了能够同时为120人提供实验的场地,并在课程授课期间同步向学生自由开放。
3课程实验改革实践
以北京理工大学2010年度的教学为实验样本,学生来源于大一和大二两个年级,共计122名,其中包含34名大一学生和88名大二学生。学生分布在36个专业,共12个学院,以理工科专业为主,如图1所示。该课程以全校公选课形式提供,限制人数为120人(额外2人为留学生),共32学时,包含8个课程实验学时。
结合课程实验改革内容,我们向全体学生发放了无记名调查问卷,全部学生提交了有效问卷,我们获得了一批有价值的反馈信息。
对于课程学时和实验课程学时问题,大一与大二学生的反馈建议如图2所示。由图可以看出,如果计算机硬件技术基础安排在大一下学期,学生只学过计算机基础课程,对硬件知识学习的渴望比较强烈,32个学时相对较少。如果安排在大二下学期,学生会比较有针对性地听课,32个学时较为合理。
图3给出了学生针对实验学时的反馈意见,横坐标是实验学时数,纵坐标是人数。可见,75%的学生们希望实验学时在8～11之间,即实验课时占到总课时的25%～34%。
针对一些高校开展的“计算机拆装”实验,我们对学生的支持度进行了调查。有100%的大一学生和98%的大二学生认为“计算机拆装”实验很有必要,得到了学生的广泛支持,实验效果如图4所示。
从图4可以看出,计算机硬件技术基础课程实验应该以学生常见的PC机及扩展实验组成,这就指明了该课程实验改革的方向。
由于实验场地建设等问题,本次教改实践让学生选择完成1项基本实验和1项提高实验。对于全部课程实验方案安排,请学生就欢迎程度排序,结果如表3所示。
从表3可以看出,在基本实验方案中,“计算机拆装”和“计算机硬件故障诊断”实验最受学生欢迎。此外,“操作系统安装”和“网络连通性测试”等与学生密切相关的实验也很受欢迎。从基本实验方案的设计初衷上来看,上述内容达到了预期效果,有效地激发了学生的学生兴趣,并帮助其克服了对硬件的恐惧心理。
在提高实验方案中,“U盘高级操作”和“硬盘数据的恢复”与生活比较贴近,最受学生欢迎。此外,由于大部分学生是理工科类学生,从未来专业发展角度讲,“驱动程序设计”和“单片机开发”也得到了学生支持。这样的实验内容涵盖较多,在该课程中能够帮助学生建立基本的概念即可。
而一些传统实验,例如“串行通信建立和测试”、“8086指令集实验”等,没有激发学生的学习兴趣。应该说,这两个实验的专业性更强,但对于大一、大二学生来说,专业性强的实验不容易让学生掌握基本原理和规律,不利于学生克服畏难心理。
4结语
针对计算机硬件技术基础课程,结合北京理工大学2010年度教学改革实践,我们认为实验课时占总课时30%左右时的教学效果最好。在课程实验中,以PC机为主的硬件实验受到了学生欢迎。除了一些高校开展的“计算机拆装”实验外,更多实验得到了实践。从反馈效果来看,本文提出的实验方案能够有效调动学生的积极性,具有良好的效果。
注:本课程相关教学内容、教学课件通过互联网开放。
参考文献:
[1] 陈立刚,徐晓红,彭学锋.“计算机硬件技术基础”课程创新教学改革的实践[J]. 电气电子教学学报,2009(9):109-112.
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[4] 邹逢兴. 关于创新计算机硬件技术基础课程教学的实践和思考[J]. 计算机教育,2004(2):81.
Innovation in the Experiments for Computer Hardware Fundamentals
SONG Tian, LI Feng-xia
(School of Computer Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
硬件技术范文第4篇
关键词：计算机 硬件维护 关键技术
中图分类号：TP307 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00
如今计算机已经成为我们生活所常见的技术设备，并在我们的日常生活中有着重要的地位和作用。但是随着使用时间的不断加长，计算机难免会在运作速度和效率上产生一些问题，由于计算机故障而给我们的工作和生活带来一些不必要的麻烦。根据调查情况来看，硬件是计算机故障中比较常见的问题源头，例如计算机突然黑屏、卡机等问题。而硬件又是计算机的重要组成部分，因而有关计算机硬件的维护与保养十分重要。本文将针对计算机的维护技术进行探讨和研究。
1 计算机硬件系统的组成
1.1 控制设备
在硬件的组成部分中，控制设备占据着较为核心的位置，其主要功能在于根据所接收的命令进行一定的判断，再将需要传送的信息输入到对应的部件，确保计算机运行系统的稳定。控制设备的性能直接影响到整个计算机硬件的性能高低和计算机的运行效率，因此，控制设备的维护可以说是整个计算机硬件维护工作的重中之重。
1.2 存储设备
存储设备包括内部存储和外部存储，内部存储连接到中央处理器，主要通过运行系统所传达的命令进行有关数据的读取和存储。外部存储器的主要优势在于其存储空间很大，通常用来保存用户的数据和信息，保存时间较长。需要对外部存储器的信息进行读取时，就要将外部存储器与计算机接口进行相联，然后完成读取工作。
1.3 运算设备
计算机强大的运算功能主要是通过专门的运算设备来完成的，通过用户输入的不同命令来实现各种简单或复杂的运算，满足人们对数据的处理与统计的要求。有了计算机强大的运算功能，人们的工作与生活都变得更加便捷，数据的统计与分析更加迅速精确，从而大大提高了工作的效率和质量。
1.4 输入和输出设备
计算机硬件系统中负责连接人机的部分就是专门的输入设备与输出设备。其中输入设备接收用户的命令，然后将所接收的命令传送给相应的部件进行判断和处理，最后由输出设备再传送给用户，从而实现人机的交流与沟通。
2 计算机硬件维护原则
2.1 环境清洁
计算机硬件的运行环境包括外部环境。空气的干燥程度以及空气中灰尘的含量都会直接影响到计算机硬件的工作状况。如果空气湿度较大或灰尘较多，就会影响到计算机硬件的工作效率。因此，当需要对计算机故障进行检查和维修之前，需要先确保计算机硬件的外部运行环境的良好，然后对计算机进行清理，为计算机的维护与保养准备良好的外部条件。
2.2 维护顺序
在正式开始计算机硬件的维护工作之前，应当先对计算机的外接设备进行检查，然后再检查计算机主机。因为外接设备的检查程序相对比较简单，容易进行。因此在了解了计算机故障现象之后，需要先对鼠标、键盘等外接设备进行检查，检测是否存在问题。外接设备的检查工作完成之后再开始主机的检查。其次，电源的检查优先于部件的检查。因为人们通常容易忽视电源存在的问题，例如电源虚接等就容易导致计算机故障。因此如果在检查完计算机各个部分之后，发现一切正常，则需要对电源进行检查。最后，计算机硬件的维护程序应当坚持先易后难的原则。在计算机出现故障的情况下，通常我们需要先对计算机的接线口和插孔进行检查，查看是否存在问题。如果没有问题，再对计算机的硬件进行仔细检查和维护。
3 计算机维护的关键技术
3.1 先清洁后检测
在我们的生活和工作当中，空气中所含有的灰尘量以及空气的干燥程度都会对计算机硬件的工作状态造成或多或少的影响。如果空气中灰尘的含量过大或者空气过于湿润，都不利于计算机硬件的正常运行，甚至会影响到计算机硬件的使用寿命长短。在平常的生活当中，很多计算机硬件出现问题最开始都是因为外部环境的影响而导致的。所以，在开始计算机硬件的维护工作之前需要先进行外部环境的优化和机身的清洁，然后再进行相应的维护程序，避免对计算机的工作造成不良影响。
3.2 先外部设备后主机
通常在对计算机硬件进行维护工作的过程当中，外部设备的故障较为容易检测，进行维护的程度也相对容易。所以，在了解了计算机故障的大致情况下，应当先对鼠标、显示屏等外接设备进行检查，查看是否存在故障，如果没有问题再对计算机其他部件进行检查。由此一来，不仅可以提高计算机硬件维护工作的效率，同时也可以在更大程度上减小人为因素对计算机硬件的破坏。
3.3 先电源后部件
根据统计结果显示，在计算机硬件故障的大多数情况下，人们最容易忽视掉的问题便是电源问题。例如由于电源虚接或电源功率不够等问题所引起的计算机硬件故障。在对计算机硬件进行维护时，人们可能常常忽略掉这些简单而又经常存在的问题。如果没有注意到这些问题，可能就会明显加大计算机维护工作的工作量。所以，在计算机硬件的实际维护工作当中，一定不能忘记对电源进行检查，并保障电源的安全使用。
3.4 先静态后动态
所谓静态是指计算机在没有接通电源的情况下所保持的状态，动态便是计算机接通电源后的运行状态，静态与动态是刚好相反的两种运行状态。在计算机的硬件的有关维护工作过程中，应当谨记先要关掉电源，保持计算机静态的状况，在静态的情况下进行检查和维护，如果没有发现什么异常情况，再接通电源进行动态状况的维修，以免由于不正确的通电程序而导致故障事态的扩大，带来更大的损失和危害。
3.5 先简单后复杂
计算机的维护工作应当坚持先易后难的工作理念。例如在计算机硬件的维护工作中，应当先对接口进行检查，如果没有发现问题再进行其他部件的检查和维护。
参考文献
[1]林振宇.计算机硬件维护关键技术探讨[J].科技创新导报，2011，（22）：24-24.
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[3]苗蕾.浅谈计算机硬件维护原则与方法[J].硅谷，2011，（1）：128-128.
硬件技术范文第5篇
关键词：蓝牙技术硬件实现链路管理与控制跳频
蓝牙技术是一项新兴的技术。它的主要目的是在全世界建立一个短距离的无线通信标准。它使用2.4GHz～2.5GHz的ISM（IndustrionScientifcMedical）频段来传送话音和数据。运用成熟、实用、先进的无线技术来代替电缆，它提供了低成本、低功耗的无线接口，使所有固定和移动设备通过微微网PAN（PersonalAreaNetwork）连接起来，诸如：计算机系统、家庭影院系统、无绳电话系统、通信设备等，相互通信，实现资源共享。蓝牙技术支持多种电子设备之间的短距离无线通信，这种通信不需要任何线缆，亦不需要用户直接手工干涉；每当一个嵌入了蓝牙技术的设备发觉另一同样嵌入蓝牙技术的设备，它们就能自动同步，相互通信，实现资源共享。
1蓝牙的结构体系
蓝牙协议栈的体系结构如图1所示。它是由底层硬件模块，中间层和高端应用层三大部分组成。
1.1蓝牙的底层模块
底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底层模块。它主要由链路管理层LMP（LinkManagerProtocol）、基带层BB（BaseBand）和射频RF（RodioFraquency）组成。其功能是：无线连接层（RF）通过2.4GHz无需申请的ISM频段，实现数据流的过滤和传输；它主要定义了工作在此频段的蓝牙接收机应满足的需求；其带层（BB）提供了两种不同的物理链路（同步面向连接路SCOSynchronousConnectionOriented和异步无连接链路ACLAsynchronousConnectionLess），负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输，且对所有类型的数据包提供了不同层次的前向纠错码FEC（FrequencyErrorCorrection）或循环沉余度差错校验CTC（CyclicRedundancyCheck）；LMP层负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝牙主机控制器接口HCI（HostCntrollerInterface）由基带控制器、连接管理器、控制和事件寄存器等组成。它是蓝牙协议中软硬件之间的接口，提供了一个调用下层BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过HCI的解释才能进行。HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过传输层进行交互。
1.2中间协议层
中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）、服务发现协议SDP（ServiceDiscoveryProtocol）、串口仿真协议或称线缆替换协议（RFCOM）和二进制电话控制协议TCS（TelephonyControlprotocolSpectocol）组成。L2CAP是蓝牙协议栈的核心组成部分，也是其它协议实现的基础。它位于基带之上，向上层提供面向连接和无连接的数据服务。它主要完成数据的拆装、服务质量控制、协议的复用、分组的分割和重组（SegmentationAndReassembly）及组提取等功能。L2CAP允许高达64KB的数据分组。SDP是一个基于客户/服务器结构的协议。它工作在L2CAP层之上，为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，而服务属性包括服务的类型及该服务所需的机制或协议信息。RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议，符合ETSI标准的TS07.10串口仿真协议。它在蓝牙基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为原先使用串行连接的上层业务提供传送能力。TCS是一个基于ITU-TQ.931建议的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数据呼叫的控制信令（CallControlSignalling），并负责处理蓝廾设备组的移动管理过程。
1.3高端应用层
高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。一个完整的蓝牙协议栈按其功能又可划分为四层：核心协议层（BB、LMP、LCAP、SDP）、线缆替换协议层（RFCOMM）、电话控制协议层（TCS-BIN）、选用协议层（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端应用层是由选用协议层组成。选用协议层中的PPP（Point-to-PointProtocol）是点到点协议，由封装、链路控制协议、网络控制协议组成，定义了串行点到点链路应当如何传输因特网协议数据，它要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范；TCP/IP（传输控制协议/网络层协议）、UDP（UserDatagramProtocol对象交换协议）是三种已有的协议，它定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和设备之间的通信。蓝牙采用或共享这些已有的协议去实现与连接因特网的设备通信，这样，既可提高效率，又可在一定程度上保证蓝牙技术和其它通信技术的互操作性；OBEX（ObjectExchangeProtocol）是对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户/服务器模式提供与HTTP（超文本传输协议）相同的基本功能。该协议作为一个开放性标准还定义了可用于交换的电子商务卡、个人日程表、消息和便条等格式；WAP（WirelessApplicationProtocol）是无线应用协议，它的目的是要在数字蜂窝电话和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和其它基于因特网的协议。WAE(WirelessApplicationEnvironment)是无线应用环境，它提供用于WAP电话和个人数字助理PDA所需的各种应用软件。
2蓝牙硬件的实现
蓝牙的技术规范除了包括协议部分外还包括蓝牙的应用部分（即应用模型）。在实现蓝牙的时候，一般是将蓝牙分成两部分来考虑，其一是软件实现部分，它位于HCI的上面，包括蓝牙协议栈上层的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及蓝牙的一些应用；其二是硬件实现部分，它位于HCI的下面，亦即上面提到的底层硬件模块，它已在图1中标示出。下面讨论蓝牙硬件模块的结构与性能。
蓝牙硬件模块由蓝牙协议栈的无线收发器（RF）、其带控制器（BB）和链路管理层（LMP）组成。目前大多数生产厂家都是利用片上系统技术SOC（System-On-Chip）将这三层功能模块集嵌在同一块芯片上。图2为单芯片蓝牙硬件模块结构图。它由微处理器（CPU）、无线收发器（RF）、基带控制器（BB）、静态随机存储器（SRAM）、闪存（Flash程序存储器）、通用异步收发器（UAST）、通用串行接口（USB）、语音编/解码器（CODEC）及蓝牙测试模块组成。下面分别叙述各部分的组成及功能。
（1）蓝牙基带控制器
蓝牙基带控制器是蓝牙硬件模块的关键模块。它主要由链路控制序列发生器、可编程程序列发生器、内部语音处理器、共享RAM裁器及定时链管理、加密/解密处理等功能单元组成。其主要功能：在微处理器模块控制下，实现蓝牙基带部分的所实时处理功能，包括负责对接收bit流进行符号定时提取的恢复；分组头及净荷的循环沉余度校验（CRC）；分组头及净荷的前向纠错码（FEC）处理和发送处理；加密和解密处理等。且能提供从基带控制器到其它芯片的接口（诸如数据路径RAM客户接口、微处理器接口、脉码调制接口（PCM）等。
（2）无线收发器模块
无线收发器是蓝牙设备的核心，任何蓝牙设备都要有无线收发器。它与用于广播的普通无线收发器的不同之处在于体积小、功率小（目前生产的蓝牙无线收发器的最大输出功率只有100mW、2.5mW、1mW三种）。它由锁相环、发送模块和接收模块等组成。发送部分包括一个倍频器，且直接使用压控振荡器调制（VCO）；接收部分包括混频器、中频器放大器、鉴频器以及低噪音放大器等。无线收发器的主要功能是调制/解调、帧定时恢复和跳频功能同时完成发送和接收操作。发送操作包括载波的产生、载波调制、功率控制及自动增益控制AGC；接收操作包括频率调谐至正确的载波频率及信号强度控制等。
（3）微处理器（CPU）
CPU负责蓝牙比特流调制和解调所的所有比特级处理，且还负责控制收发器和专用的语言编码和解码器。
（4）Flash存储器和SRAM
Flash存储器用于存放基带和链路管理层中的所有软件部分。SRAM作为CPU的运行空间，在作时把Flash中的软件调用SRAM中。
（5）语音编/解码器CODEC（CoderDecoder）
语音编/解码器CODEC由ADC（数模转换器）、模数转换口（ADC）、数字接口、编码模块等组成。主要功能：提供语音编码和解码功能，提供CVSD（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation）即连续可变斜率增量调制及对数PCM（PulseCodedModulation）即脉码调制两种编码方式。
（6）蓝牙测试模块
它是由DUT（DeviceUnderTest）即被测试模块与测试设备及计量设备组成。一般测试设备被测试设备构成一个微微网，测试设备是主节点，DUT是从节点。测试设备对整个测试过程进行控制，其主要功能提供无线层和基带层的认证和一致性规范，同时还管理产品的生产和售后测试。
（7）UART（UniversalAsynchronousKeceiverTransunitter）通用异步收发器和USB（UniversalSerialBus）通用串行接口。
功能：提供到HCI（HostConfrollerInterface）即主机控制器接口传输层的物理连接，是高层与物理模块进行通信的通道。
3TR0700单芯片介绍
RT0700单芯片是Transilica公司的蓝牙产品，其结构如图3所示。它把无线收发器与基带都集成到一块CMOS芯片上，替代传统的串行语音和通用串行接口电缆，为语音和数据业务提供无线连接。
3.1结构及工作原理
RT0700单芯片由收发器、基带、语音编/解码器（CODEC）、带有4个可配置的8bit接口的8051微处理器、两个串行口双高性能的通用异步收发器（UART）、4KB的静态随机存储器（SRAM）、64KB的Flash程序存储器等组成。
收发器由低噪放大器（LNA）、电平控制器（PA）、混频器、鉴频器、控制寄存器、发送滤波器、振荡器等组成。其工作原理是：来自接收天线上的信号经低噪放大器（LNA）放大后，送至多级滤波器，多级滤波器具有预选择功能，它把LAN的输出信号限制在2.4GHz的ISM频段内，去除负频率成分，输出适合进行下变频处理的信号。I、Q混频器把蓝牙频段的信号移频至低中频（IF）传输的调制信号。复合滤波器负责从下变频信号中滤除无用信号和噪声。鉴频器使用过采样技术从IF信号中取出蓝牙低调制指数信号；发送器由发送滤波器、频率合成器、功率放大器、振荡器、天线等组成。其工作原理是：发送滤波器是一个高斯数字滤波器，它对发送环Tx输入的数据进行数字过滤；振荡器的功能是驱动一个外部的晶体振荡器或者接受一个外部的时钟信号，向频率合成器提供一个低噪声的参考频率。功率放大器的主要功能是对频率合成器的输出功率放大到1mW左右，且对频率合成器起缓冲作用，减少负载变化对合成器的影响；发送天线：当使用差分输入的LNA时，它可以是一个低噪声的平衡双极天线；8051微处理器是一个8位的微处理器，它的主要功能是管理和实现蓝牙协议栈。它具有一增强的指令集、二级数据指针、扩展的SRAM和双UART。在TR0700中对一些重复性的操作诸如分组的组装和拆解、加密、地址编码/解码、纠错和同步等都由硬件来实现，这样能降低处理器的开销，有效地提高响应性能。TR0700除了8051微处理器本身所带有的一些特殊功能寄存器（SFR）外，还定义了一些新的特殊功能寄存器（SFR），它还引入了一些特殊的中断，如一个带有特殊保护的外部中断INT3等。RT0700的基带操作有三种模式可供选择：数据/地址、端口、测试。
3.2基本功能及应用
