硬件工程师培训教程

硬件工程师培训教程(15个doc)5硬件工程师培训教程（二）第二节计算机的体系结构一台计算机由硬件和软件两大部分组成。

硬件是组成计算机系统的物理实体，是看得见摸得着的部分。

从大的方面来分，硬件包括CPU(Central Processing Unit ——中央处理器)、存储器和输入/输出设备几个部分。

CPU 负责指令的执行，存储器负责存放信息(类似大脑的记忆细胞)，输入/输出设备则负责信息的采集与输出(类似人的眼睛和手)。

具体设备如我们平常所见到的内存条、显卡、键盘、鼠标、显示器和机箱等。

软件则是依赖于硬件执行的程序或程序的集合。

这是看不见也摸不着的部分。

一、Von Neumann (冯. 诺依曼)体系结构Von Neumann 体系结构是以数学家John Von Neumann 的名字命名的，他在20 世纪40年代参与设计了第一台数字计算机ENIAC 。

Von Neumann 体系结构的特点如下:·一台计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备5 大部分组成。

·采用存储程序工作原理，实现了自动连续运算。

存储程序工作原理即把计算过程描述为由许多条命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和所需的数据一起输入计算机存储器中保存起来，工作时控制器执行程序，控制计算机自动连续进行运算。

Von Neumann 体系结构存在的一个突出问题就是，外部数据存取速度和CPU 运算速度不平衡，不过可以通过在一个系统中使用多个CPU 或采用多进程技术等方法来解决。

二、CPUCPU 是计算机的运算和控制中心，其作用类似人的大脑。

不同的CPU 其内部结构不完全相同，一个典型的CPU 由运算器、寄存器和控制器组成。

3 个部分相互协调便可以进行分析、判断和计算，并控制计算机各部分协调工作。

最新的CPU 除包括这些基本功能外，还集成了高速Cache(缓存)等部件。

三、存储器每台计算机都有3 个主要的数据存储部件:主存储器、高速寄存器和外部文件存储器。

硬件工程师培训教程（一）硬件工程师培训教程（一）第一章计算机硬件系统概述要想成为一名计算机硬件工程师，不了解计算机的历史显然不行。

在本书的第一章中，我们将带你走进计算机硬件世界，去回顾计算机发展历程中的精彩瞬间。

第一节计算机的发展历史现代电子计算机技术的飞速发展，离不开人类科技知识的积累，离不开许许多多热衷于此并呕心沥血的科学家的探索，正是这一代代的积累才构筑了今天的“信息大厦”。

从下面这个按时间顺序展现的计算机发展简史中，我们可以感受到科技发展的艰辛及科学技术的巨大推动力。

一、机械计算机的诞生在西欧，由中世纪进入文艺复兴时期的社会大变革，极大地促进了自然科学技术的发展，人们长期被神权压抑的创造力得到了空前的释放。

而在这些思想创意的火花中，制造一台能帮助人进行计算的机器则是最耀眼、最夺目的一朵。

从那时起，一个又一个科学家为了实现这一伟大的梦想而不懈努力着。

但限于当时的科技水平，多数试验性的创造都以失败而告终，这也就昭示了拓荒者的共同命运: 往往在倒下去之前见不到自己努力的成果。

而后人在享用这些甜美成果的时候，往往能够从中品味出汗水与泪水交织的滋味……1614 年:苏格兰人John Napier(1550 ～1617 年)发表了一篇论文，其中提到他发明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。

1623 年:Wilhelm Schickard(1592 ～1635 年)制作了一个能进行6 位数以内加减法运算，并能通过铃声输出答案的“计算钟”。

该装置通过转动齿轮来进行操作。

1625 年:William Oughtred(1575 ～1660 年)发明计算尺。

1668 年:英国人Samuel Morl(1625 ～1695 年)制作了一个非十进制的加法装置，适宜计算钱币。

1671 年:德国数学家Gottfried Leibniz 设计了一架可以进行乘法运算，最终答案长度可达16位的计算工具。

1822 年:英国人Charles Babbage(1792 ～1871 年)设计了差分机和分析机，其设计理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。

硬件工程师培训教程(15个doc)硬件工程师培训教程（七）第六节新款CPU 介绍一、I ntel 公司的新款C P U1 .P Ⅲ C o p p e r m i n e(铜矿)处理器2000 年最惹人注目的莫过于Intel 公司采用0.18 微米工艺生产的P Ⅲ Coppermine 处理器了。

尽管Intel 公司早在1 9 99 年10 月25 日便发布了这款代号为Coppermine 的Pentium Ⅲ处理器，但其真正的普及是在2 0 00 年。

虽然取名为“铜矿”，C o p p e r m i ne 处理器并没有采用新的铜芯片技术制造。

从外形上分析，采用0.18 μm工艺制造的Coppermine 芯片的内核尺寸进一步缩小，虽然内部集成了256KB 的全速On- D i e L 2 C a c he，内建 2 8 10 万个晶体管，但其尺寸却只有 1 0 6 mm 2 。

从类型上分析，新一代的 C o p p e r m i ne 处理器可以分为 E 和EB 两个系列。

E 系列的 C o p p e r m i ne 处理器采用了0 .18 μm工艺制造，同时应用了I n t el 公司新一代O n -D ie 全速2 5 6 K B L 2 C a c h e;而EB 系列的C o p p e r m i ne 不仅集合了0.18 μm制造工艺、O n -D ie 全速 2 5 6 K B L 2 C a c he，同时还具有1 3 3 M Hz 的外频速率。

从技术的角度分析，新一代C o p p e r m i ne 处理器具有两大特点:一是封装形式的变化。

除了部分产品采用S E C C2 封装之外，I n t el 也推出了F C -P GA 封装及笔记本使用的MicroPGA 和B GA 封装；二是制造工艺的变化。

C o p p e r m i ne 处理器全部采用了0.18 μm制造工艺，其核心工作电压降到了1. 6 5 V (S E C C 2)和1 .6 V (F C -P G A)，与传统的P Ⅲ相比大大降低了电能的消耗和发热量。

硬件工程师培训计划一、培训目标硬件工程师培训计划的主要目标是为了让学员掌握硬件设计和开发的基本原理和技能，提高他们在硬件工程领域的实际操作能力和解决问题的能力。

通过系统、全面的培训，使学员深入了解硬件工程领域的最新发展动态和技术趋势，具备独立设计和开发硬件产品的能力。

二、培训内容1. 基础知识1.1 电子电路基础知识1.2 数字电路基础知识1.3 模拟电路基础知识1.4 FPGA和ASIC基础知识1.5 PCB设计基础知识2. 高级知识2.1 高速信号传输技术2.2 高频电路设计2.3 嵌入式系统设计2.4 硬件集成技术2.5 射频电路设计3. 工程实践3.1 PCB设计与布线实践3.2 FPGA/ASIC设计与开发实践3.3 射频电路设计与调试实践3.4 嵌入式系统设计与调试实践3.5 电磁兼容性设计与调试实践4. 新技术4.1 5G通信技术4.2 物联网技术4.3 人工智能技术在硬件设计中的应用4.4 深度学习算法在硬件设计中的应用5. 项目实践可以根据学员的实际情况，安排相应的硬件项目实践，让学员学以致用，将所学知识应用到实际项目中。

三、培训方法1. 课堂教学课堂教学是硬件工程师培训的基本方法，适合于理论知识的传授和思维方式的培养，可以采用讲授、讨论、案例分析等形式，引导学员理解和掌握相关知识。

2. 实验训练实验训练是硬件工程师培训中必不可少的环节，可在实验室内设置相关的硬件设备和软件工具，让学员通过实际操作来巩固所学知识。

3. 项目实践项目实践是培训的重要环节，可以根据学员的兴趣和实际需求，安排对应的项目实践，让学员将所学知识应用到实际项目中，提高他们的实际操作能力和解决问题的能力。

四、培训师资硬件工程师培训需要具备一定工程经验和专业知识的师资队伍，带领学员深入了解硬件工程领域的最新发展动态和技术趋势，具备独立设计和开发硬件产品的能力。

五、培训评估为了确保培训效果的可衡量性，可以在培训过程中设置相应的考核和评估环节，让学员在实践中发现自己的问题，及时调整学习策略，达到提高学习效果的目的。

硬件工程师培训教程(15个doc)24硬件工程师培训教程（十）第二节主板的结构特点主板结构规范也就是指主板上各种元器件的布局和排列方式。

不同的板型通常要求不同的机箱与之相配套，各主板结构规范之间的差别包括尺寸大小、形状、元器件的放置位置和电源供应器等。

目前常见的主板结构规范主要有AT 、Baby AT 、ATX 、Mini ATX 、Micro ATX 、LPX 、Mini LPX 、NLX 和Flex ATX 等结构。

一、AT 结构AT 结构因首先应用在IBM PC/AT 机上而得名，现已成为一种计算机的工业标准。

AT 主板的尺寸为二、ATX 结构ATX(AT Extend)结构是Intel 公司于1995 年7 月提出的。

ATX 结构属于一种全新的结构设计，能够更好地支持电源管理。

ATX 是Baby AT 和LPX 两种架构的综合，它在Baby AT 的基础上逆时针旋转了90 度，直接提供COM 口、LPT 口、PS/2 鼠标接口和PS/2 键盘接口。

另外在主板设计上，由于横向宽度增加，可让将CPU 插槽安放在内存插槽旁边，这样在插长卡时就不会占用CPU 的空间，而且内存条的更换也更加方便。

软硬盘连接口从主板的边沿移到了中间，这样安装好以后离机箱上的硬盘和软驱更近，方便了连线，降低了电磁干扰。

电源位于CPU 插槽的右侧，利用电源单边托架风扇，可以直接给CPU 及机箱内元件散热。

大部分外设接口集成在主板上，有效降低了电磁干扰，并改善了各种设备连线争用空间的情况。

ATX 结构的优点有:一是全面改善了硬件的安装、拆卸和使用;二是支持现有各种多媒体卡和未来的新型设备更加方便;三是全面降低了系统整体造价;四是改善了系统通风设计;五是降低了电磁干扰，机内空间更加简洁。

Micro ATX结构则在ATX 架构的基础上减小了主板面积。

三、Micro ATX 结构Micro ATX 是依据ATX 规格所改进而成的一种新标准，已成为市场的新趋势。

硬件工程师培训教程(15个doc)3硬件工程师培训教程（三）第一节 CPU 的历史CPU 从最初发展至今已经有20 多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，C PU 可以分为4 位微处理器、8 位微处理器、16 位微处理器、32 位微处理器以及64 位微处理器等等。

在风起云涌的IT 业界，PC 机CPU 厂商主要以I n t el 、AMD 和V I A(威盛)三家为主，我们将以他们的产品为介绍重点。

一、Intel 阵营I n t e l(英特尔)公司大家已经是如雷贯耳，不管你是否为计算机高手，也不管你是否是业内人士，只要你知道计算机这个词，对I n t el 就一定不会陌生。

I n t el 是全世界硬件行业的老大，是世界上最大的芯片生产商和制造商。

提到I n t el 公司就不能不谈谈I n t e l C PU 芯片的发展历程。

按照国际上目前比较能够得到业内认同的说法，I n t el 的CPU 芯片主要经历了以下几个发展阶段:1 .I n t e l 4 0 041971 年，Intel 公司推出了世界上第一款微处理器4004 。

这是第一个用于个人计算机的4 位微处理器，它包含2 3 00 个晶体管，由于性能很差，市场反应冷淡。

2 .I n t e l 8 0 8 0 /8 0 85在4 0 04 之后，I n t el 公司又研制出了8080 处理器和8 0 85 处理器，加上当时美国M o t o r o la 公司的M C 6 8 00 微处理器和Z i l og 公司的Z80 微处理器，一起组成了8 位微处理器家族。

3 .I n t e l 8 0 8 6 /8 0 8816微处理器的典型产品是I n t el 公司的8086 微处理器，以及同时生产出的数学协处理器，即8087 。

这两种芯片使用互相兼容的指令集，但在8 0 87 指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。

硬件培训计划及培训流程1. 培训目标：本次硬件培训的目标是为公司的技术人员提供深入的硬件知识和技能培训，使其能够熟练掌握各种硬件设备的安装、维护和故障排除技能，为公司的业务运营提供有力的技术支持。

2. 培训对象：本次硬件培训的对象为公司的技术人员，包括系统管理员、网络管理员、硬件工程师等。

这些员工需要具备一定的计算机硬件基础知识，能够独立完成基本的硬件设备的安装、维护和故障排除工作。

3. 培训内容：本次硬件培训的内容主要包括以下几个方面：(1) 计算机硬件基础知识：包括计算机的组成结构、硬件设备的分类和功能、硬件设备的选购和使用等内容。

(2) 硬件设备的安装和配置：包括计算机主机、显示器、打印机、扫描仪、硬盘、内存条、网卡、显卡等各种硬件设备的安装和配置过程。

(3) 硬件设备的维护和保养：包括硬件设备的清洁、散热、电源等维护工作。

(4) 硬件故障排除：包括硬件设备的故障类型、故障原因分析、故障排除的方法和步骤等内容。

(5) 安全和健康知识：包括计算机硬件设备的安全使用和保养、计算机工作环境的卫生安全等内容。

通过以上内容的学习，可以使员工掌握并提高硬件技术水平，并且在实际工作中能够高效地进行硬件设备的安装、维护和故障排除工作。

4. 培训流程：(1) 课前准备：为了确保培训的顺利进行，需要进行一系列的课前准备工作。

首先是确定培训的时间和地点，为培训制定详细的计划和时间表，并准备好培训所需的硬件设备和教材资料。

同时需要安排好培训的师资力量，确保培训师具备丰富的硬件技术知识和教学经验。

(2) 培训开班：培训开班前，首先进行培训开班仪式，由公司领导和培训师共同出席，对培训的目标和意义进行解释，并对学员进行动员和激励。

然后进行学员的自我介绍，了解学员的基本情况和学习需求，为培训师调整教学内容和方法提供依据。

(3) 培训实施：在培训实施阶段，根据培训计划，按照时间表进行各项培训内容的讲解和学习。

培训师需要结合实际案例和操作演示，让学员在实际操作中掌握硬件知识和技能。

01硬件基础知识Chapter01电阻、电容、电感等基本电子元件的工作原理与特性020304欧姆定律、基尔霍夫定律等电路基本定律的应用模拟电路与数字电路的基本概念与区别常用电子测量仪器（如示波器、万用表）的使用方法电子元件与电路010204数字逻辑与计算机组成逻辑代数基础：逻辑变量、逻辑函数、逻辑运算等门电路、触发器、寄存器等数字逻辑电路的工作原理与设计计算机组成原理：CPU、内存、I/O设备等核心部件的功能与结构指令集、微程序控制器等计算机控制方式的理解与应用03嵌入式系统与微处理器01020304硬件设备接口与通信协议等的工作通信协议基础：数据帧结构、数据传输速率、差错控制02硬件设计技能Chapter原理图设计与PCB布局布线原理图设计PCB布局布线仿真验证与调试技巧仿真验证调试技巧熟悉硬件调试的基本流程和方法，掌握常用调试工具的使用技巧。

能够定位并解决电路中的故障和问题，提高硬件设计的稳定性和可靠性。

信号完整性分析与优化信号完整性分析优化措施可靠性设计与防护措施可靠性设计防护措施03嵌入式系统开发能力Chapter嵌入式操作系统原理及应用嵌入式操作系统基本概念嵌入式操作系统体系结构常见嵌入式操作系统介绍嵌入式操作系统应用开发01020304设备驱动基本概念设备驱动调试技巧设备驱动开发流程实例分析驱动程序开发与调试方法嵌入式应用软件开发流程嵌入式应用软件需求分析嵌入式应用软件编码与测试A B C D嵌入式应用软件设计嵌入式应用软件维护与升级实时操作系统（RTOS）应用实践RTOS基本概念与原理RTOS性能优化与调试RTOS选型与评估RTOS应用开发了解实时操作系统的定义、特点、分类及工作原理。

掌握基于特定法，包括任务管理、内存管理、中断处理、时间管理等。

04测试与验证方法Chapter功能测试与性能测试方法功能测试性能测试故障诊断与排除技巧故障诊断通过分析故障现象、查看日志文件和运用专业工具，定位硬件故障的原因和位置。