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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137

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278

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3113

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4146

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5188

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6240

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7283

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8342

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9395

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10438

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11465

附录A计算机常用度量单位466

参考文献468