具体描述
《计算机硬件技术基础实验教程》既是《计算机硬件技术基础》一书(杨天怡主编，重庆大学出版社出版)的配套教材，也是一本独立的实验教程。《计算机硬件技术基础实验教程》共4章，前3章分别介绍汇编语言程序设计、PC系列微机中断及接口和扩展I／O接口，内容涉及汇编语言程序的编辑与调试、汇编语言常用程序设计，以及中断、键盘／显示器、图形、声音、通信、数模转换、模数转换接口的硬件结构和编程等，实验内容与教学内容紧密结合。
第4章为应用系统设计，希望通过本章学习培养学生的应用系统建构能力。
《计算机硬件技术基础实验教程》可作为高等院校非计算机专业本专科学生计算机硬件基础教学的实验教程，亦可作为高等教育自学教材和工程技术人员的参考书。
《探秘数字世界的基石：精密仪器与信息洪流的交响》 在我们生活的数字时代，从掌中的智能手机到庞大的数据中心，一切运行的背后都离不开坚实的硬件支撑。然而，对于大多数用户而言，这些精密的电子元件如同一个黑箱，其内部的运作原理鲜为人知。本书旨在揭开这层神秘的面纱，引领读者深入探索构成数字世界基石的那些核心技术。我们并非仅仅罗列技术名词，而是要理解它们是如何协同工作，将我们输入的指令转化为数字信号，再将这些信号转化为我们所见的图像、听到的声音，最终实现复杂功能的。 本书将从最基础的逻辑门单元开始，逐步构建起复杂的计算架构。我们将详细解析由基本逻辑门（如与门、或门、非门）组合而成的算术逻辑单元（ALU），理解它如何执行加减乘除等基本数学运算。在此基础上，我们将探讨如何设计和实现寄存器、指令译码器、程序计数器等关键部件，它们共同构成了中央处理器（CPU）的核心。我们将深入理解指令集的概念，了解不同的指令如何被CPU解析和执行，以及流水线技术如何通过并行处理来提升CPU的性能。CPU的性能不仅仅取决于其时钟频率，更在于其微架构的设计，本书将对这些微观层面的优化进行深入剖析。 除了CPU，内存系统是另一项至关重要的硬件组成部分。本书将带领读者认识不同类型的内存技术，从易失性的DRAM（动态随机存取存储器）到非易失性的Flash存储器。我们将详细阐述内存层次结构，包括高速缓存（Cache）的工作原理，以及它如何通过存储常用数据来显著缩短CPU访问内存的时间。理解缓存的工作机制，对于优化程序性能和深入理解系统响应速度至关重要。我们将探讨多级缓存的设计，以及缓存一致性问题在多核处理器环境下的复杂性。 存储设备是数字信息的载体，其发展历程也充满了技术革新。我们将从传统的机械硬盘（HDD）出发，理解其磁头寻道、盘片旋转的原理。随后，我们将重点介绍固态硬盘（SSD）的崛起，深入解析NAND闪存的工作原理，包括存储单元的结构、读写操作的时序以及磨损均衡技术。我们将探讨不同接口标准（如SATA、NVMe）对存储性能的影响，以及RAID（独立磁盘冗余阵列）技术如何通过多磁盘协同工作来提高数据冗余度和读写性能。 输入/输出（I/O）设备是我们与计算机交互的桥梁。本书将涵盖各种常见的I/O设备，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，并分析它们与计算机系统进行数据交换的基本原理。我们将深入理解各种总线协议，如PCIe（Peripheral Component Interconnect Express），它是连接CPU、内存和各种扩展设备的高速通道。我们将探讨DMA（Direct Memory Access）技术，它如何允许外围设备直接与内存交互，从而减轻CPU的负担，提高系统效率。 在更广泛的层面，本书还将涉及计算机系统的互联技术。我们将介绍网络接口卡（NIC）的工作原理，以及各种网络协议（如TCP/IP）如何在硬件层面实现信息的传输和路由。我们将探讨集线器、交换机、路由器等网络设备在构建局域网和广域网中的作用。对于现代计算而言，并行计算和分布式计算已成为主流，本书也将触及GPU（图形处理器）在并行计算中的强大能力，以及它们如何通过大量并行处理单元来加速特定任务。 本书并非旨在培养硬件工程师，而是希望为对数字世界运作原理感兴趣的读者提供一个清晰、系统且深入的视角。我们将尽量使用形象的比喻和实例来解释抽象的概念，力求让学习过程既严谨又富有启发性。我们将避免过度复杂的数学推导，而是侧重于对概念的理解和对原理的掌握。通过阅读本书，你将能够更好地理解为什么某些软件运行得更快，为什么某些硬件升级能带来显著的性能提升，以及未来计算技术的发展趋势。 掌握计算机硬件的基础知识，不仅能让你成为一个更懂行的技术用户，更能为你日后深入学习操作系统、计算机网络、软件开发等领域打下坚实的基础。理解硬件的限制和能力，是编写高效、优化的软件的关键。例如，了解CPU的缓存层次和访问延迟，能够指导你如何优化数据结构和算法，以充分发挥硬件的性能。认识到I/O瓶颈的存在，能够帮助你合理分配系统资源，避免不必要的等待。 本书将从最基础的晶体管开始，解释它是如何作为电子开关工作的，以及如何利用它来构建逻辑门。然后，我们将逐步将逻辑门组合成更复杂的电路，例如加法器、多路选择器等，并说明它们在CPU中的作用。我们将深入讲解时序逻辑电路，如触发器和寄存器，它们是存储状态和数据的基本单元。 我们还将探讨数据在计算机内部是如何表示的，包括二进制、十进制、十六进制等数字系统的转换，以及定点数和浮点数的表示方法，以及它们在运算中可能带来的精度问题。理解这些基础的数据表示，是理解所有后续硬件工作的出发点。 本书将深入讲解CPU的工作周期，包括取指令、译码、执行、写回等阶段，并解释指令流水线如何通过重叠执行指令的不同阶段来提高指令吞吐量。我们将探讨分支预测技术，以及它如何通过预测程序执行的分支路径来减少流水线停顿。 对于内存部分，除了DRAM和Flash，我们还会介绍ROM（只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）等，并分析它们在计算机系统中的不同应用场景。我们将深入讲解内存管理单元（MMU）的作用，以及虚拟内存技术如何允许程序使用比物理内存更大的地址空间。 在存储技术方面，除了HDD和SSD，我们还将简要介绍一些新兴的存储技术，如MRAM（磁阻随机存取存储器）和PCM（相变存储器），以及它们可能带来的未来发展方向。 对于I/O部分，我们将详细介绍中断机制，它是CPU与外设进行异步通信的关键。我们将解释中断请求（IRQ）是如何产生的，以及中断服务程序（ISR）是如何响应中断的。 此外，本书还将涵盖一些与计算机系统性能分析和调优相关的概念，例如功耗管理、散热技术以及一些基本的性能测试工具。理解这些方面，有助于我们更全面地认识计算机系统的运作。 总而言之，本书旨在为您提供一个全面而易于理解的计算机硬件技术概览，帮助您建立起对数字世界背后原理的深刻认知。通过本书的学习，您将能够从一个“使用者”转变为一个更具洞察力的“理解者”，并为进一步探索计算机科学的广阔天地奠定坚实的基础。
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