硬件知识的学习

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简单来讲硬件的体系像软件一样也分层

最底层是包含电学现象在内的微观物理现象，几乎是纯粹的抽象理论集合，能看得见摸得着的实物不多。比如半导体掺杂特定杂质后，其原子核俘获自由电子的能力增强或减弱。由此带来的PN结的应用。再比如带电粒子在磁场中的受力情况(洛仑兹力)，由此延伸出阴极射线管、霍尔效应等应用。还有通电导线以及螺线管产生的磁场形状，这个应用就多了去了。再比如波动的发射源与接收点之间距离变化造成接收到的频率变化(多普勒效应)，由此延伸出测速雷达之类的应用……

向上一层是分立电子元件。电阻、电容、电感、二极管这些称为无源器件，三极管、场效应管这些是有源器件，这些器件的特性反应在输出信号随着输入信号变化的特性上，而要这些特性体现出来，必须在输入信号之外另行提供电源，因此叫做有源器件。分立电子元件是板级硬件工程师选材的基本单位。

这一层分为理论和实践两个方面，实践不难，找几个典型的电子元件摸一摸，拿万用表测一下。以后看见了能认识就行。理论这方面，合格的模电工程师必须熟练掌握这些元件的自身特性和典型应用。

再上一层是集成电子元件。也就是包含集成电路(IC)和各式集成传感器在内的电子元件。上述一层的分立元件用导线和电路板连接起来会带来体积庞大、特性离散、温度分布不均、导线距离过长造成信号反射等诸多问题。所以杰克·基尔比和和罗伯特·诺伊思才想到把它们微缩到很小的半导体基材上。几乎所有集成电路都是有源器件。集成电子元件有两个方向，上游的是芯片级的微电子产业，也就是设计、生产电子元器件的。下游的就是板级硬件工程师，他们是拿着上游产业生产出来的成品去应用的。

实际上每天都有新的集成电路被研制出来，型号多得那些专门卖元件的网站都很难更新过来。所以总有你不认识的陌生型号，但这不代表你不能做一名合格的工程师。如果你熟练掌握了基本分立元器件的原理和常见电路结构，那么新的集成电路拿在手里看，最基本的结构也无非是这些东西，只是重新组合了一遍而已。

集成电子元件这一层同样分为理论与实践两个方面，这一层的实践，初期就是拿几个常见的芯片认识一下封装。常见的封装类别会认就OK了。接下来就要去看理论，最后回过头来实践就是针对你所选具体IC的实战应用了。

像逻辑运算式的化简这些知识无论在使用74系列逻辑集成电路的时候还是在做CPLD/FPGA设计的时候都会体现出它的重要性，写程序的时候也少不了逻辑运算。

特别指出，集成电路这一层包含了可编程元器件，包括微控制器、CPLD/FPGA、DSP、独立的处理器(CPU、GPU等)、存储器以及定制的可编程混合信号电路等等。对于这些可编程器件，就有了更高的一层，也就是硬件抽象层(HAL)。这一层属于软件，模拟工程师就不用碰了。但是数字工程师，尤其是嵌入式操作系统工程师操作底层硬件的时候必须和它打交道。写驱动的工程师有时候不得不翻阅硬件手册去了解自己所用的硬件模块具备什么物理特性，接下来才能继续编写自己的代码。

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