计算机硬件技术 结构与性能PDF电子书下载

第1章 硬件技术基本知识 1

1.1微机的发展与类型 1

1.1.1微机的发展 1

1.1.2计算机的基本类型 4

1.1.3 PC与它的竞争对手 9

1.1.4微机的基本组成 11

1.2数据在计算机内部的表示 13

1.2.1二进制数与十进制数的转换 13

1.2.2 BCD编码对数制转换的简化 15

1.2.3原码、反码与补码 16

1.2.4信息在计算机中的表示 18

1.3算术运算与逻辑运算 20

1.3.1二进制数算术运算 20

1.3.2二进制数浮点运算 22

1.3.3与或非基本逻辑门 24

1.3.4算术逻辑运算电路 26

1.4信号完整性分析 28

1.4.1信号完整性的基本概念 28

1.4.2电源完整性的基本概念 31

1.4.3信号在导线中的传输速度 32

1.4.4信号的反射和串扰 34

1.4.5传输线的特性阻抗 36

习题1 37

第2章 体系结构与设计原则 39

2.1计算机体系结构 39

2.1.1计算机体系结构的定义 39

2.1.2计算机系统各层次的功能 40

2.1.3冯·诺依曼结构与哈佛结构 42

2.1.4 x86系列微机系统结构 43

2.1.5大型计算机体系结构 46

2.1.6新型计算机系统的研究 49

2.2体系结构设计原则 51

2.2.1新技术对体系结构的影响 51

2.2.2 12个重要的系统概念 52

2.2.3加速比设计准则 55

2.2.4系统设计基本准则 57

2.2.5兼容性设计准则 59

2.3设计规范与设计工具 60

2.3.1微机设计规范 60

2.3.2 PnP设计规范 61

2.3.3 EDA设计工具 63

2.3.4 VHDL设计工具 66

2.3.5 IP核设计技术 69

2.4计算机的主要技术指标 71

2.4.1计算机的性能指标 71

2.4.2计算机的基准测试 72

2.4.3常用的基准测试软件 74

2.4.4计算机的可靠性指标 76

习题2 78

第3章 电子元件的结构与性能 79

3.1常用电子元件 79

3.1.1电阻 79

3.1.2电容 83

3.1.3电感 89

3.1.4晶振 91

3.2晶体管元件 95

3.2.1二极管 95

3.2.2三极管 98

3.2.3场效应管 100

3.3电路保护元件 103

3.3.1异常过电压 103

3.3.2保险电阻 104

3.3.3热敏电阻 105

3.3.4 TVS保护器件 106

3.4电子元件在电路中的应用 107

3.4.1阻抗匹配 107

3.4.2电阻在电路中的应用 109

3.4.3电容在电路中的应用 110

3.4.4电感在电路中的应用 112

习题3 113

第4章 电路板与集成电路工艺 114

4.1 PCB的结构与布线设计 114

4.1.1 PCB材料与制造工艺 114

4.1.2传输线技术性能 115

4.1.3 PCB的叠层结构 118

4.1.4 PCB的布线原则 119

4.1.5 PCB上的过孔 121

4.1.6 PCB的器件布放 123

4.2 PCB电磁兼容设计 124

4.2.1 PCB电磁兼容设计概述 124

4.2.2 PCB信号参考平面 126

4.2.3 PCB分割与隔离 127

4.2.4 PCB地线干扰与抑制 129

4.3 CMOS电路的工作原理 131

4.3.1 MOS晶体管的工作原理 131

4.3.2 CMOS电路的工作原理 133

4.3.3 MOS晶体管的制程线宽 134

4.3.4 MOS晶体管的基本参数 136

4.4集成电路制造工艺 137

4.4.1集成电路的生产工艺流程 137

4.4.2集成电路芯片的封装形式 141

4.4.3 High-k工艺与Low-k工艺 143

4.4.4集成电路芯片的关键生产工艺 144

习题4 146

第5章CPU的系统结构与性能 147

5.1 CPU的类型与组成 147

5.1.1 CPU的发展 147

5.1.2 CPU的类型 148

5.1.3 CPU型号的标识 150

5.1.4 CPU的组成与接口 152

5.2 CPU的系统结构 153

5.2.1 CPU内核组成 153

5.2.2微系统结构 155

5.2.3高速缓存单元 157

5.2.4取指令单元 160

5.2.5译码单元 162

5.2.6控制单元 164

5.2.7执行单元 166

5.2.8退出单元 168

5.3 CPU核心部分的设计技术 169

5.3.1指令系统 169

5.3.2流水线技术 172

5.3.3多核CPU技术 176

5.3.4 64位计算技术 176

5.4 CPU非核心部分设计技术 178

5.4.1 CPU节能技术 178

5.4.2 CPU温度控制技术 180

5.4.3虚拟化技术 183

5.4.4同步多线程技术 186

5.5 CPU系统的性能 186

5.5.1 CPU的能效指标 186

5.5.2提高CPU性能的方法 187

习题5 188

第6章 主板系统结构与性能 189

6.1主板技术规格与组成 189

6.1.1 ATX主板技术规格 189

6.1.2 BTX主板技术规格 193

6.1.3主板的主要部件 194

6.1.4主板的跳线插座 195

6.2芯片组的结构与性能 197

6.2.1 Intel芯片组的命名规则 197

6.2.2 Intel北桥芯片的技术性能 198

6.2.3 Intel南桥芯片的技术性能 200

6.2.4 SIO芯片的技术性能 202

6.3主板的基本电路 203

6.3.1主板的供电电路 203

6.3.2主板的时钟电路 209

6.3.3主板的开机电路 213

6.3.4主板的网络电路 215

6.4总线的结构与性能 218

6.4.1总线的基本类型 218

6.4.2总线的带宽 220

6.4.3系统总线 221

6.4.4 PCI外设总线 225

6.4.5 PCI-E外设总线 228

6.4.6 USB外设总线 232

6.5 I/O接口的结构与性能 234

6.5.1 I/O接口的基本功能 234

6.5.2主机常用的接口 235

6.5.3中断的控制方式 237

6.5.4数据传输控制方式 238

习题6 240

第7章 内存系统的结构与性能 241

7.1存储器的类型与组成 241

7.1.1存储器的类型 241

7.1.2半导体存储技术的发展 242

7.1.3内存的基本类型 245

7.1.4内存的组成形式 247

7.1.5 DRAM存储单元的工作原理 248

7.1.6 SRAM存储单元的工作原理 250

7.2内存芯片的工作原理 251

7.2.1内存芯片的电路结构 251

7.2.2内存芯片的存储阵列结构 253

7.2.3内存芯片的初始化设置 254

7.2.4内存的寻址过程 255

7.2.5内存数据的读取与写入 256

7.2.6内存刷新的工作原理 257

7.3内存的主要技术性能 258

7.3.1内存的时钟周期 258

7.3.2内存的主要技术参数 260

7.3.3内存的主要延迟参数 261

7.3.4数据突发传输长度 264

7.3.5 DDR2内存芯片的设计技术 265

7.3.6 DDR3内存芯片的设计技术 267

7.4内存条的电路结构 270

7.4.1内存条的类型 270

7.4.2内存芯片的容量与内存条的关系 270

7.4.3 Unb-DIMM内存条的电路结构 271

7.4.4 SO-DIMM内存条的电路结构 273

7.4.5 Reg-DIMM内存条的电路结构 274

7.4.6 FB-DIMM内存条的电路结构 277

7.5内存条的接口与信号 280

7.5.1内存条的接口形式 280

7.5.2内存条的信号引脚 281

7.5.3双通道内存技术 282

习题7 283

第8章 外存系统的结构与性能 284

8.1闪存的结构与性能 284

8.1.1闪存的基本类型 284

8.1.2闪存存储单元的工作原理 285

8.1.3 NOR闪存的结构与性能 287

8.1.4 NAND闪存的结构与性能 288

8.1.5固态硬盘技术与性能 291

8.1.6闪存卡技术与性能 295

8.2硬盘的结构与性能 296

8.2.1硬盘的基本组成 296

8.2.2硬盘的工作原理 300

8.2.3硬盘的电路结构 304

8.2.4硬盘的逻辑结构 308

8.2.5固件与缺陷表 312

8.2.6硬盘的接口类型 315

8.2.7硬盘的设计技术 322

8.2.8 RAID磁盘阵列技术 326

8.2.9硬盘的主要技术性能 329

8.3光盘的结构与性能 332

8.3.1光盘的类型与结构 332

8.3.2一次写光盘的物理结构 337

8.3.3可读写光盘的物理结构 338

8.3.4光盘的逻辑结构 339

8.3.5光驱的工作原理 340

8.3.6光驱的主要技术性能 341

习题8 342

第9章 显示系统的结构与性能 343

9.1图形显示技术 343

9.1.1分辨率与显示模式 343

9.1.2 RGB与YIQ色彩模型 345

9.1.3 3D图形处理流程 346

9.1.4 3D图形处理技术 349

9.1.5 DirectX接口的功能与结构 352

9.2显卡的结构与性能 354

9.2.1独立显卡的基本组成 354

9.2.2 GPU的结构与性能 357

9.2.3集成显卡的结构与性能 359

9.2.4显卡接口的技术规格 363

9.2.5显卡的主要技术性能 367

9.3 LCD的工作原理与组成 369

9.3.1液晶材料的光电特性 369

9.3.2 TN-LCD的工作原理 370

9.3.3 TFT-LCD的基本组成 373

9.3.4 LCD面板技术 375

9.3.5 LCD背光组件 377

9.4 LCD电路结构与性能 379

9.4.1 TFT基本电路 379

9.4.2 LCD面板的基本电路 381

9.4.3 LCD主板的基本电路 383

9.4.4 LCD电源的基本电路 385

9.4.5 LCD高压板的基本电路 385

9.4.6 LCD显示器的主要技术性能 388

习题9 395

第10章 辅助系统的结构与性能 396

10.1音频系统的结构与性能 396

10.1.1音频信号的数字化 396

10.1.2独立声卡的工作原理 397

10.1.3集成声卡的基本组成 398

10.1.4音频接口与性能 402

10.1.5话筒的性能与连接 404

10.1.6音箱的类型与结构 406

10.2 ATX电源的组成与设计规范 408

10.2.1电源设计规范 408

10.2.2 ATX电源的基本组成 409

10.2.3 ACPI电源管理规范 410

10.3 ATX电源的电路结构 412

10.3.1 ATX电源的工作原理 412

10.3.2 EMI滤波电路 413

10.3.3高压整流和滤波电路 415

10.3.4 PFC电路 416

10.3.5开关变换电路 417

10.3.6脉宽调制电路 419

10.3.7辅助电源的电路 419

10.3.8低压直流滤波电路 420

10.3.9开机/关机控制电路 420

10.3.10电源保护电路 421

10.4电源的主要技术性能 422

10.4.1直流输出接口与信号 422

10.4.2电源直流输出电压 424

10.4.3电源负载功率 426

10.4.4功率因数与转换效率 427

10.4.5微机需要的电源功率 429

10.5 BIOS的结构与性能 431

10.5.1 BIOS的基本工作原理 431

10.5.2 EFI可扩展固件接口 433

10.5.3 BIOS的参数设置 436

10.5.4 BIOS固件升级 438

习题10 438

第11章 常用外设的结构与性能 440

11.1散热系统的结构与性能 440

11.1.1高温对CPU的危害 440

11.1.2数字电路散热模型 441

11.1.3风冷散热系统 442

11.1.4热管散热系统 445

11.1.5水冷散热系统 446

11.1.6其他散热技术 449

11.2键盘的结构与性能 450

11.2.1键盘的类型 450

11.2.2键盘的基本组成 450

11.2.3键盘的工作原理 452

11.3鼠标的结构与性能 454

11.3.1鼠标的类型与基本组成 454

11.3.2光电鼠标的工作原理 456

11.3.3光电鼠标的主要技术性能 458

11.4机箱的结构与性能 460

11.4.1机箱的类型与功能 460

11.4.2机箱的结构与性能 461

习题11 465

附录A计算机常用度量单位 466

参考文献 468