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第1篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)；教學改革；教材建設(shè)；教材分析

隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展和普及，大學生接觸到的計算機硬件設(shè)備無論從種類還是功能都比之前有更多的樣式，并具有更快的發(fā)展趨勢。計算機硬件有關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚纳钣闷罚哂忻黠@的日常化、集成化、工具化的發(fā)展趨勢。在計算機硬件新的發(fā)展階段，讓學生們掌握基本的計算機硬件原理，熟悉各類硬件接口技術(shù)，懂得計算機硬件產(chǎn)品的基本運行方式，是各學科各專業(yè)教學體系建設(shè)中重要的一個教學和實踐環(huán)節(jié)。

計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程是普通高等學校理工科專業(yè)的一門重要的計算機技術(shù)公共基礎(chǔ)課程，也適合非理工科的其他專業(yè)學生選修。該課程是學生學習和掌握計算機硬件基礎(chǔ)知識、了解計算機硬件發(fā)展、熟悉硬件原理及接口技術(shù)的主要課程。

1課程現(xiàn)狀和問題分析

2006年，教育部高教司將微型計算機原理和微機接口技術(shù)等課程精簡整合為計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)，并明確提出了該課程是針對大學非計算機專業(yè)的理工類本科生設(shè)置的6門典型核心課程之一。

2009年，教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會將“微機原理與接口技術(shù)”確定為計算機基礎(chǔ)教學的核心課程之一。該課程建議面向電類專業(yè)授課70學時，實驗20學時；面向非電類專業(yè)授課48學時，實驗10學時。[1]

課程名稱及學時上的變化，一方面顯示教學指導委員會對計算機硬件類課程的重視，同時也反映出在大學課堂上如何引入計算機硬件公共基礎(chǔ)課程還存在爭議。事實上，計算機硬件類課程在實際實施中存在很多實際困難和問題，導致全國大多數(shù)高等學校沒有開設(shè)此類計算機基礎(chǔ)課程，部分開設(shè)微機原理與接口技術(shù)課程的學校往往由非計算機類專業(yè)教師開設(shè)并講授，不歸屬于計算機基礎(chǔ)教學范疇。主要有以下三方面原因。

1) 課程定位不清晰，學時很難落實。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程如果作為計算機技術(shù)基礎(chǔ)課程，應該主要放在大二，兼顧大三授課，面向沒有數(shù)字電子基礎(chǔ)的學生，作為選修課，以32學時為宜。然而，計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會規(guī)劃的微機原理與接口技術(shù)主要面向大三、甚至是大四學生開設(shè)，學時數(shù)量超過60，甚至在90，還需要數(shù)字電子方面的先導課，很多高校在學時、先導課等角度都無法將該課程編排進教學大綱。

2) 現(xiàn)有實驗條件落后，學生難有興趣，硬件投入較大。傳統(tǒng)授課中，計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)所安排實驗需要借助定制的實驗箱完成實驗[2]，而實驗箱的投入成本較高，新實驗開發(fā)受限，使用效率較低，教師和學校往往都沒有熱情開設(shè)該課程。另外一些課程僅以匯編語言或單片機技術(shù)作為實驗內(nèi)容，技術(shù)廣度不足，僅適合小部分特色專業(yè)。

3) 教學內(nèi)容落后，教材急需建設(shè)。無論是計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)還是微機原理與接口技術(shù)，講授內(nèi)容仍然以計算機專業(yè)的80x86、匯編語言、可編程接口芯片等內(nèi)容為主，沒有結(jié)合計算機硬件近10年來新技術(shù)和新產(chǎn)品的發(fā)展。由于課程面向非計算機專業(yè)學生，這種專業(yè)性很強的內(nèi)容很難符合學生們的學習預期?？v觀5年內(nèi)新出版的相關(guān)教材，所講授內(nèi)容的絕大部分與10年前(2000年左右)教材的教學內(nèi)容一致，教材改革和建設(shè)需求迫切。

本文從面向大二兼顧大三的計算機公共基礎(chǔ)課角度出發(fā)，全面分析整理了2005年后出版的《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)教材的教學內(nèi)容和實驗內(nèi)容，客觀還原已出版教材現(xiàn)狀，尋找教材建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)和問題，從而為進一步教材建設(shè)理清思路。同時，本文結(jié)合北京理工大學的教學改革情況，給出了進一步加強教材建設(shè)的思路和方法，希望能夠為計算機硬件類公共課更為廣泛的進入大學課堂提供參考建議。

2教材情況概述

為了全面還原計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教材建設(shè)情況，我們對2005年之后出版的相關(guān)教材進行了匯總，合計34本，如表1所示。

從表1可以看出，34本教材來自于13個出版社，其中，正式本科教材26本，教學實驗指導書等教輔類教材6本(本文后面使用表示表1中第N本教材)，高職高專教材2本。后面，我們將主要對本科和高職高專共28本教材進行分析。

3教材分析與問題匯總

3.1教材組織和定位分析

課程教材定位指教材的受眾面，我們根據(jù)教材介紹中作者對教材的定位說明分成四類：電學為主的理工類專業(yè)、非電學為主的理工類專業(yè)、非理工類專業(yè)、各學科專業(yè)(內(nèi)容難度偏低，適用于所有學科開展教學)。其中存在一本教材劃分到多個類別的情況。

表1中教材(含本科和高職高專教材)共28本，根據(jù)上述劃分，各教材定位如表2所示，其中，高職高專教材由于教學內(nèi)容較為實用，被劃分到各學科專業(yè)類別中。

根據(jù)教材的不同定位，圖1和圖2分別給出了教材章節(jié)數(shù)、頁數(shù)、實驗數(shù)的統(tǒng)計值。

從這兩個圖中可以看出，針對電學為主的理工科類專業(yè)(編號為A)的計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)教材頁數(shù)最多，章節(jié)最多，實驗最少(數(shù)量為0)。可以看出，目前這類教材主要以理論講授為主，定位中缺少實驗內(nèi)容，內(nèi)容覆蓋面廣泛但缺乏實踐性。實際中，這類課程是從“微機原理”精簡而來，內(nèi)容變化不大。

針對非電學為主理工類專業(yè)(編號為B)的教材章節(jié)最少，平均實驗數(shù)為1?？梢钥闯?，這類教材的建設(shè)思路是講授基本的計算機硬件知識，簡單的開展少量實驗。實際中，這類專業(yè)往往在大三、大四會講授“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”、“單片機”等硬件類相關(guān)課程，為此，針對大二為主的計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)類教材在內(nèi)容上比較基礎(chǔ)并為后續(xù)課程有所保留。

對于非理工類和各學科專業(yè)的教材，章節(jié)數(shù)量相對較多，實驗數(shù)量也比之前有所增加?？梢钥闯觯@類教材的建設(shè)思路是使學生掌握較為全面的硬件知識，并有一定的動手訓練。實際中，非理工類專業(yè)在本科階段最多能夠?qū)W習一門計算機硬件技術(shù)相關(guān)類課程，為此，教材建設(shè)思路反映了全面性和實用性。

綜合上述分析，可以看出，目前市面上已有的《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)教材主要針對四類不同的受眾學生，教材組織上偏重于內(nèi)容講解(尤其是針對理工科學生的教材)，總體建設(shè)思路還停留在講授計算機原理的階段，無法體現(xiàn)當今計算機硬件日?；?、集成化、工具化的發(fā)展趨勢。突出問題是教材配套實驗很少，實踐性差。

3.2教材實驗分析

表1中28本教材和6本實驗指導書一共記錄了109個實驗。根據(jù)各實驗特點，我們將所有實驗分為四類：實驗箱實驗、芯片實驗、匯編語言實驗和PC機實驗。各分類描述如下：

 實驗箱實驗：指依托于特定實驗箱的實驗，針對該課程的實驗箱往往是從其他課程的實驗箱中裁減下來的，種類較多且良莠不齊，沒有公認的標準；

 芯片實驗：指基于單片機或者接口芯片的實驗，包括：8051系列單片機、計數(shù)器芯片8253、定時器芯片8254、并口芯片8255A、中斷芯片8259A、DMA控制器芯片8237A等。這類實驗專業(yè)性強，應用性差，適合特定專業(yè)或者大三以上的學生；

 匯編語言實驗：指匯編語言程序設(shè)計實驗，編程訓練不是該課程的主要目的，這類實驗盡管能夠讓學生對計算機硬件有一定了解，但程度有限；

 PC機實驗：基于PC機的實驗，包括：model安裝、存儲器測試等。目前，這部分實驗內(nèi)容受到學生喜愛，可以鍛煉實際能力，易于推廣，但如何讓學生了解到CPU、存儲器等核心部件內(nèi)部的工作原理，需要創(chuàng)新性設(shè)計。

圖3給出了109個實驗在組織結(jié)構(gòu)、運算控制器、存儲器、IO和其他等6個方面的統(tǒng)計。從圖中可以看出，大部分實驗都集中在IO方面，反映出這部分實驗內(nèi)容很重要，也是教材的主要內(nèi)容。相比較而言，實驗箱類和PC機實驗能夠覆蓋到計算機硬件的各個部分，而芯片實驗主要針對IO，缺少對運算控制器、存儲器等其它部件的覆蓋，匯編語言實驗主要針對運算控制器。

圖3教材中實驗的分類

基于以上分析，針對計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程，匯編語言實驗和芯片實驗數(shù)量較多但比較重視接口，無法讓學生對計算機各組成部分有更深入的理解。實驗箱實驗針對性很強，但前期投入大，靈活性不強。我們認為，隨著PC機的廣泛應用(學生們幾乎人手一臺PC機)，基于PC機的創(chuàng)新性實驗是該課程的發(fā)展方向，同時，這類實驗還能較好的引導學生在課余時間完成實驗，并激發(fā)學習興趣。

3.3教材內(nèi)容分析

對于教材內(nèi)容，我們主要分析和匯總講述的重點知識點，還原現(xiàn)有教材的主要內(nèi)容組織。全部教材為28本，其中4本(、、、)沒能找到原書，為此沒有統(tǒng)計在內(nèi)。表3給出了24本教材中知識點的排序。

從表3可以看出，所有教材都有存儲系統(tǒng)內(nèi)容的講授，大部分教材(19本)都包括匯編語言，18本包括80x86，半數(shù)以上教材都講授了8259A和8255A等內(nèi)容。圖4給出了這些內(nèi)容在原書中平均的頁數(shù)，可以看出，匯編語言、80x86、單片機等內(nèi)容都超過了25頁，在教材中所占比重很大。此外，8259A和8255A等芯片的講授內(nèi)容也在10頁以上，成為某些教材的重點授課內(nèi)容。

縱觀2005年至今出版的全部相關(guān)教材，《計算機

硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材還是以《微機原理與接口技術(shù)》、《匯編語言》等課程的內(nèi)容簡化為主，仍然以很大的比重講授80x86、匯編語言、單片機等內(nèi)容。這些內(nèi)容對于某些專業(yè)十分必要，但對于面向非計算機專業(yè)的計算機公共基礎(chǔ)課程來說，這些內(nèi)容相對陳舊，而且無法與計算機硬件的最新發(fā)展相結(jié)合。

教材具有教學的引導作用，在教材建設(shè)上，這種內(nèi)容組織方式的落后需要引起重視。

4教材建設(shè)建議

4.1教材定位建設(shè)

我們認為，面向計算機公共基礎(chǔ)課程，教材名稱確定為《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》比較合適，表明教材內(nèi)容是計算機硬件的基礎(chǔ)內(nèi)容，以全面了解計算機硬件知識為主，掌握計算機硬件的基本概念和原理。

教材應結(jié)合計算機公共基礎(chǔ)課程的實際情況，以32學時(含6～10實驗學時)為宜，適度擴展到54學時，實驗學時擴展到12學時(實驗學時占總學時的25%)。這種學時設(shè)計有利于各學校將該課程以校公選課、通識課、實驗課等形式安排到教學大綱中。

針對大二學生的教材，前導課程為計算機基礎(chǔ)(或者大學計算機基礎(chǔ))等計算機基礎(chǔ)類公共課程，不需要學習數(shù)字電子等課程。教材內(nèi)容適度增加相關(guān)的數(shù)字電子知識。

教材應該充分利用該課程特點，以增強學生的實踐興趣為根本，通過實踐環(huán)節(jié)使學生們主動學習教學內(nèi)容。為此，在教材設(shè)計中，應該以實驗建設(shè)為導向，注重讓學生們理解計算機硬件的基本工作原理，為學生們進一步理解其他硬件技術(shù)和實踐硬件設(shè)計打好堅實基礎(chǔ)。

過去十幾年來，在計算機硬件相關(guān)課程講解過程中，教師們主要關(guān)心接口技術(shù)，并引導學生們在該方向進行實驗。隨著計算機硬件種類、功能和應用程度的增加，我們認為，學生們應該綜合了解計算機硬件組成，理解各部分的工作原理，而不是側(cè)重某一方面。使學生在課程學習和實驗實踐后能夠分析新技術(shù)和新方法在整個計算機硬件發(fā)展中的作用和價值。

4.2教材實驗建設(shè)

《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材應該更加重視實驗建設(shè)，使學生能夠在實踐中理解計算機硬件的基本概念。[3]為此，我們建議教材中的實驗能夠覆蓋計算機硬件結(jié)構(gòu)的各個領(lǐng)域，并且能夠有一定趣味性，以了解基本的硬件原理為主。

與此同時，教材中的實驗應該能夠與學生們的實際生活結(jié)合起來，設(shè)計創(chuàng)新實驗，將數(shù)字消費類電子產(chǎn)品(MP3、手機等)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、藍牙、PC外設(shè)接口等融入計算機硬件實驗的設(shè)計，引導學生興趣，同時適應計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，使得學生通過教材學習能夠掌握對計算機硬件的正確認識，并解決一些基本實際問題。

在這里，我們建議將實驗分為：基礎(chǔ)實驗和提高實驗兩類，以適合不同專業(yè)的學生。經(jīng)過北京理工大學2010年的教學反饋，表4中的實驗得到了學生們的歡迎。

在教材建設(shè)過程中，考慮到各院校建設(shè)計算機硬件實驗室的實際情況，進一步結(jié)合學生興趣，我們基于PC機和少量配件設(shè)計了一些候選實驗。初步的教學實踐表明，這種實驗設(shè)計完全能夠創(chuàng)新性的激發(fā)學生興趣，使學生掌握更為實際的計算機硬件知識，并通過實踐理解計算機硬件基本原理。

候選實驗包括三類：測試類、開發(fā)類和操作類。例如：存儲系統(tǒng)性能測試(測試類)、CPU和GPU性能測試(測試類)、BIOS定制刷新(開發(fā)類)、串口短信收發(fā)(開發(fā)類)、并口液晶點陣控制(開發(fā)類)、基于PSOC的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(開發(fā)類)、計算機認知和組裝(操作類)等。

4.3教材內(nèi)容建設(shè)

在教材內(nèi)容建設(shè)上，我們認為《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材應該全面講解各類計算機硬件原理，以理解計算機硬件部件功能為主，注重理解基本概念和基本運行規(guī)律，并結(jié)合實際硬件器件分析，以不變的理論應對萬變的計算機硬件產(chǎn)品。

為此，教學內(nèi)容 以“基本概念+基本部件”方式組織，例如：存儲系統(tǒng)與存儲器，其中，存儲系統(tǒng)是基本概念，理解起來有一些抽象，需要課堂講授；而存儲器(內(nèi)存等)則是基本部件，學生們平時接觸較多，通過適當?shù)膶嵺`教學，學生們不僅可以很快認識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設(shè)備，還可以通過測試類實驗了解各設(shè)備的工作速度和基本模式，易于將存儲系統(tǒng)和實際硬件有機的關(guān)聯(lián)起來，達到較好的教學效果。

5結(jié)語

計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)是近年來計算機公共基礎(chǔ)課建設(shè)中面臨的一個重要的難點問題，《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材更是教改所面臨的最大問題。如何合理定位該教材，并有效地選取適合高等院校開展該課程的內(nèi)容是我們的進一步工作。在回顧2005年后出版的34本教材的基礎(chǔ)上，我們驗證了該課程和教材建設(shè)中存在的一些具體問題，并給出了解決問題的一些建議。我們將在2011～2012年度北京理工大學的教學實踐中檢驗教材建設(shè)的初步效果。

參考文獻：

[1] 教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會. 高等學校計算機基礎(chǔ)核心課程教學實施方案[M]. 北京：高等教育出版社，2009: 137-183.

[2] 鄒逢興. 關(guān)于創(chuàng)新計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教學的實踐和思考[J]. 計算機教育,2004(2):81.

[3] 嵩天,李鳳霞. 計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗的改革與實踐[J]. 計算機教育,2010(10):65-68.

Analysis and Suggestions to Textbooks for Computer Hardware Fundamentals

SONG Tian, LI Fengxia, SONG Dandan

(School of Computer Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

第2篇：計算機硬件概念范文

【關(guān)鍵詞】硬件課程 軟件工程 課程改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）11－0011－01

一、引 言

計算機學院從2005年開始招生軟件工程專業(yè)的學生，現(xiàn)在軟件工程專業(yè)學生已達到我院學生總?cè)藬?shù)的70%以上?！芭囵B(yǎng)學生成為基礎(chǔ)扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質(zhì)高、能適應信息產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)需求的系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的高級人才”是我院一直以來對軟件工程專業(yè)學生的根本要求。這里的“基礎(chǔ)扎實、知識面廣”包括軟件和硬件兩個方面。特別是現(xiàn)在的軟件開發(fā)越來越偏向不同的硬件平臺做專業(yè)開發(fā)。而作為系統(tǒng)開發(fā)的人員必須掌握一定的硬件知識。對于完全不懂硬件的軟件工程學生來講，就業(yè)前景和發(fā)展都會受到極大的制約。

但是，我院硬件課程相對較薄弱。具體存在以下問題：①課程的內(nèi)容深、難且不實用。學生理解計算機硬件較困難，學到的知識停留于空洞的概念，沒有得到技能的提高。②技術(shù)發(fā)展迅速，硬件課程教材和實驗設(shè)施嚴重滯后。現(xiàn)在的硬件教學教材還停留在70年代8086/8088階段。③實驗困難。與軟件實驗不同，硬件實驗需要一定規(guī)模的計算機設(shè)備，同時課程教學上也沒有足夠的課時進行實驗。④培養(yǎng)目標與社會需求存在差距。計算機硬件教學已嚴重脫離了硬件技術(shù)的發(fā)展實際，學生學習計算機硬件的基本原理的基礎(chǔ)知識，不會開發(fā)電子產(chǎn)品，不會做工程項目。⑤學生的興趣和教學的內(nèi)容嚴重脫節(jié)?，F(xiàn)在學生對于計算機硬件的最新技術(shù)比較感興趣，但是硬件課程講授的是過時的知識，學生無法在課程中體會到硬件的好處，感覺硬件課程像“雞肋”。

基于以上分析，對計算機科學學院軟件工程專業(yè)硬件課程進行改革已迫在眉睫，要培養(yǎng)適應社會要求的軟件人才，應該而且必須加強相關(guān)硬件課程的建設(shè)，這樣才能培養(yǎng)出全面的人才。所以，經(jīng)過兩年的教學實踐，對于軟件工程的學生應該掌握哪些硬件知識、軟件工程中的硬件課程如何設(shè)置等進行了一定的探索，下面就相關(guān)內(nèi)容進行簡單探討：

二、硬件課程改革的措施

我校軟件工程專業(yè)硬件系列課程設(shè)置了數(shù)字邏輯、計算機組成原理、匯編語言、微機接口技術(shù)4門課程。這些課程設(shè)置雖然相對獨立，但所提供的課程內(nèi)容劃分不明確，相互重疊現(xiàn)象較嚴重。如基本原理和指令系統(tǒng)的內(nèi)容，在多門課程中都有出現(xiàn)。

所以，硬件課程改革的目標是：將4門硬件課程整合、篩選，組合為1門綜合型的硬件課程，達到內(nèi)容精煉、重點突出、減少重復的要求。目的是將硬件系列課程作為一個整體統(tǒng)一考慮，建立一個完整的、系統(tǒng)的課程內(nèi)容體系，這對提高教學質(zhì)量和壓縮學時都非常有效。

1．硬件課程教學模塊的設(shè)置

具體設(shè)置以下模塊：數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)（核心）；數(shù)據(jù)的機器級表示（核心）；匯編級機器組織（核心）；存儲系統(tǒng)組織與結(jié)構(gòu)（核心）；接口與通信（核心）；功能組織（核心）；多處理和其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（核心）；性能提高技術(shù)（選修）；網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（選修）。

2．硬件課程教學內(nèi)容的設(shè)置

教學內(nèi)容：①計算機概論：計算機概述、運算基礎(chǔ)；②數(shù)字邏輯基礎(chǔ)：卡諾圖、組合電路、時序電路；③運算器：半加器、全加器、算術(shù)邏輯部件、定點運算器、浮點運算器；④匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)：指令系統(tǒng)、匯編語言語法、匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)；⑤存儲器系統(tǒng)：存儲器芯片、存儲器層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)存接口技術(shù)；⑥控制器：中央處理器的組成和功能、指令流程、硬連線邏輯、微程序控制器；⑦輸入/輸出技術(shù)：I/O接口與端口、輸入/輸出控制方式、三種簡單接VI芯片、中斷系統(tǒng)與中斷接口、總線；⑧可編程接口芯片及其應用：可編程接口芯片的幾個基本概念、可編程并行接口芯片、可編程定時器/計數(shù)器、通用同步/異步接收/發(fā)送器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、芯片組；⑨實用接口技術(shù)：主板、硬盤接口、高速串行總線；⑩計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概念、流水線技術(shù)、并行計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高處理器性能的技術(shù)。

實驗環(huán)節(jié)：①數(shù)字邏輯（時）；②匯編語言程序設(shè)計上機練習（時）；③接口實驗6～8個（18～24學時）。

3．課程實施中需要關(guān)注的問題

（1）注意學生共性和個性的關(guān)系。該課程體系規(guī)劃是針對軟件工程專業(yè)的基本要求編寫的，反映了軟件工程專業(yè)對計算機硬件的共性要求，不同學校的軟件工程和計算機軟件專業(yè)還可根據(jù)本校培養(yǎng)特點做不同的選擇與增刪，以適應本校培養(yǎng)的個性要求。

（2）處理好理論講授和實驗的關(guān)系。各校根據(jù)本校培養(yǎng)的方向和實際條件，組織不同要求的實驗教學，可進行單個實驗，也可組織小系統(tǒng)實驗。

（3）注意基本內(nèi)容穩(wěn)定性和新技術(shù)、新知識反映的及時性的關(guān)系。課程的基本內(nèi)容（即計算機的基本理論和基本技術(shù)）必須穩(wěn)定，而隨著計算機技術(shù)迅速發(fā)展不斷出現(xiàn)的新器件和新部件必須在教學中及時反映，必須考慮如何處理兩者關(guān)系。

三、結(jié)束語

我院軟件工程專業(yè)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程改革已取得一定成果，在今后的課程建設(shè)中，還需要堅持重視理論基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)實踐綜合能力、提高整體教學質(zhì)量的總方針，真正實現(xiàn)理論和實際相結(jié)合，強化能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識，逐步建成適合培養(yǎng)現(xiàn)代化復合型軟件人才的計算機硬件技術(shù)課程新體系。

第3篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：計算機 安全 設(shè)計 硬件

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）01-0003-01

隨著科技的進步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速崛起，這些給人們帶來了很大的便利條件?，F(xiàn)今，進算計已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的一部分，但是在進算計的使用過程中會存在計算機硬件設(shè)計安全問題，這些是需要急需解決的重要問題。計算機的軟件安全方案雖然也能夠為計算機提供相應的安全保護，但攻擊者也能夠通過各種不同的方式來進行破壞，因此單靠計算機軟件是無法保證計算機系統(tǒng)的安全。因此在計算機的硬件上也設(shè)計相應的安全方案，能夠為計算機系統(tǒng)提供更完善的安全保障，因此對計算機硬件存在的隱患進行分析，研究計算機硬件設(shè)計安全的現(xiàn)狀以及相應的解決方案有很重要的意義。

一、計算機硬件所面對的安全隱患

近年來，有關(guān)計算機安全性的研究備受關(guān)注，目前我們對安全的定義已經(jīng)延伸至了信任、行動隱私以及數(shù)字版權(quán)管理等方面。若攻擊者能夠以物理形式接觸到芯片，那么攻擊者的拒絕服務(wù)攻擊就能夠十分輕易的損害硬件，而且重要的攻擊手段還包括了篡改以及非授權(quán)拷貝等。一般來說非授權(quán)拷貝是利用復制而獲取與設(shè)計相同的副本，我們也可將其看作盜竊行為。而篡改則是對目標設(shè)計予以變更，一般在篡改后，硬件中很可能帶有惡意代碼，經(jīng)觸發(fā)可以造成系統(tǒng)故障或竊取系統(tǒng)中敏感數(shù)據(jù)等。計算機的使用在帶給人們方便的同時，也為人們帶來了許多的壞處。對于造成計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全的因素有很多，有可能是偶然、操作不當，也有可能是惡意破壞等多種原因。例如，大量的信息共享、不出門輕松購物、快速接收郵件等。很多管理者通常都希望可以提高計算機軟件的安全等級，這樣也可以從根本提高硬件的安全等級，從而確保計算機的安全性。因此，僅僅依賴軟件并不能有效的確保系統(tǒng)的安全性，經(jīng)實踐顯示，通過硬件的安全手段能夠有效的防止攻擊者獲取數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)的安全性。

二、計算機硬件安全計算機的硬件安全是計算機信息安全系統(tǒng)中的基礎(chǔ)，計算機的硬件安全能夠為軟件系統(tǒng)提供一個安全平臺，同時也是整個信息系統(tǒng)安全解決的一個關(guān)鍵因素

1.計算機硬件安全發(fā)展計算機的硬件主要是指計算機的芯片、板卡以及相應的輸入與輸出設(shè)備。對于計算機芯片的發(fā)展歷史，其相應技術(shù)的發(fā)展趨勢會直接影響到集成電路的主流設(shè)計理念，在20世紀80年代，計算機芯片的設(shè)計主要追求的是計算速度，但是到了90年代優(yōu)化電力消耗也成了芯片設(shè)計的一個目標。如今計算機的安全性問題研究已經(jīng)引起了大量的關(guān)注，并且研究的范圍也在不斷的擴大，如今計算機的安全概念已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信以及儲存保密，還包括了計算機的行動隱私以及數(shù)字版權(quán)管理等多個方面。對計算機硬件的主要攻擊方式包括非授權(quán)拷貝以及篡改與方向工程，非授權(quán)拷貝是在不需要理解硬件工作的情況下，將設(shè)計相同的副本復制下來，這其實是一種盜竊行為。而篡改主要是對目標的設(shè)計進行修改或者采取不同形式的替換，經(jīng)過篡改后的硬件可能會在一些特定的時期導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而盜取其中的重要數(shù)據(jù)或者進行一些非法的行為。而方向工程指的是通過分析制造設(shè)計的文件來重新得到最初的設(shè)計。如今對計算機信息系統(tǒng)的攻擊方式有很多種，在這個過程中也能夠體現(xiàn)出如今計算機加密計算的局限性。

2.硬件設(shè)計安全在提高計算機安全性的過程中，如今主要的方案主要包括基于工程變異、設(shè)計的多樣化等安全方案，這些安全方案都具有耗能以及成本低等特點?；诠こ套儺愔饕墙鉀QIC時序、功耗芯片老化等方面的問題，其中不僅有傳統(tǒng)的CMOS制造技術(shù)，同時也有新興的納米技術(shù)、等離子技術(shù)以及光纖技術(shù)等，因此基于工程變異在計算機硬件的安全設(shè)計上得到了充分的利用，但同時也為計算機惡意攻擊檢測增加了難度。如今對計算機硬件系統(tǒng)的安全性研究主要有硬件木馬的檢測、新的安全原語設(shè)置以及利用安全原語集成現(xiàn)有芯片等。如今硬件木馬已經(jīng)成為了最流行的研究課題，硬件木馬主要是指對原始芯片設(shè)計的進行修改以及嵌入等一系列的惡意操作。如今在基于工程變異之外，對計算機硬件還有另外一個研究課題，那就是物理不可復制技術(shù)（PUF），這種技術(shù)能夠為計算機的芯片提供很好的安全保障。當前在對計算機硬件進行保護的過程中，還有基于硬件的安全協(xié)議同樣能夠解決許多計算機安全方面的問題，比如基于第三方的可信計算以及遙感等。

三、計算機硬件安全設(shè)計的策略針對計算機硬件中存在的問題，在對計算機硬件進行設(shè)計的過程中，主要可以從以下這兩個方面來進行設(shè)計

1.內(nèi)置安全確認在芯片的制造過程中，為了能夠更好的保護硬件的IP，Roy等人在計算機芯片的制造過程中提出了EPIC技術(shù)，再結(jié)合PUF技術(shù)得出了內(nèi)置安全確認這一個設(shè)計方案。內(nèi)置安全確認方案主要是在IC的原始設(shè)計上經(jīng)過EDA工具得到物理版圖，再經(jīng)過PUF技術(shù)就能夠得到基于芯片變異的PUF ID，最后與加密后的IC所有者版權(quán)就能夠合成IC產(chǎn)品的校驗密鑰，這樣就能夠利用這一個工具來加密生成驗證模塊，從而在原始模塊中生成保護IC版圖，對計算機的硬件設(shè)施起到很好的保護作用。

2.外置鋪助安全檢測外置鋪助安全檢測方案主要是通過傳統(tǒng)的RAS機制，先由密鑰管理中心產(chǎn)生出一對公開與私用密鑰，通過讓公開密鑰來保護芯片中的特有信息，而外置鋪助安全檢測裝置通過安全驗證芯片以及密鑰的儲存器組合而成，在密鑰儲存器中主要是儲存私用密鑰，在檢測的過程中就能夠通過RFID來讀取芯片內(nèi)的電路信息，再通過安全驗證芯片來對計算機的芯片進行安全驗證，起到保護芯片的作用。

參考文獻

[1]匡春光.崔益民.張魯峰.張劍波.基于硬件的計算機安全策略.微處理機.2011年01期.

[2]張清松.梁智強.基于硬盤的主機防客體重用性能的檢測方法.廣東電力.2012年07期

第4篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：計算機教學教學改革硬件教學教學實踐

自上世紀末90年代末開始計算機科技技術(shù)的發(fā)展日新月異，與之同步的計算機硬件技術(shù)也在不斷順應著計算機軟件系統(tǒng)進行著高速的改朝換代，從而達到匹配其需求的目的。時至今日，隨著人機互動系統(tǒng)的不斷完善與普及，各種新穎的輸入/輸出硬件不斷的刷新市場，這都給計算機硬件組裝的教學工作提出了新的挑戰(zhàn)，如何使計算機硬件教學順應計算機科技的發(fā)展是擺在計算機教育工作者面前的一個嶄新的課題。

1.當前計算硬件組裝教學上存在的主要問題

由于計算機硬件組裝教學相對于軟件教學來說，教學知識概念比較繁復，而且一些硬件與具有著高集成化的特點，這就是說計算機硬件在教學內(nèi)容本身上就存在著學習的硬傷，再加上教學時許多問題比較抽象，如果不親自動手操作很難讓學生產(chǎn)生認同感，這就導致了當前學生們普遍的“喜軟（件）怕硬（件）”的情緒。同時，由于許多軟件教學課程實踐中并沒有和硬件產(chǎn)生必要的聯(lián)系，這就容易讓一些計算機專業(yè)學生產(chǎn)生輕視硬件組裝課程學習的心理。

2.計算機硬件科技發(fā)展的背景

從學生的就業(yè)形式上來考慮，學生們所學習的計算機硬件組裝知識，必須是計算機產(chǎn)品最前沿的產(chǎn)品，所以制定計算機硬件組裝教學實踐并不是一個靜態(tài)的過程，而是要時刻關(guān)注計算機市場動態(tài)，了解計算機硬件技術(shù)的最新發(fā)展以及相應配件的換代情況。但這對于計算機學校的財力要求比較高，要盡量協(xié)調(diào)資源，盡量避免用廢棄教學機或是淘汰落后品來進行計算機硬件組裝教學實踐的情況發(fā)生。同時，從2010年對我國計算機維修市場的調(diào)查統(tǒng)計中顯示，只有5%的硬件維修任務(wù)是出在硬件實質(zhì)損傷維修/維護上，也就是說有95%的的硬件故障任務(wù)用簡單的更新/更換硬件方法得到解決，粗糙而浪費資源，這客觀反映出當前我國計算機硬件市場急需硬件專業(yè)技術(shù)人才，這也為計算機硬件組裝教學工作提供了動力。

3.以計算機科技發(fā)展為基進行硬件組裝教學的原則

3.1 將理論和實踐操作進行有機結(jié)合

首先由于計算機硬件組裝教學所涉及到的教學內(nèi)容，如：電子電路基礎(chǔ)、各電子元配件（包括電阻、電容等）工作原理、相關(guān)硬件的匹配原理等都是具有著極強知識性和極強實踐性的知識內(nèi)容，需要通過多課時、多層次的實訓教學才能達到理想化的教學目的。因為將理論和實踐操作進行有機結(jié)合是以計算機科技發(fā)展為基進行硬件組裝教學的首要原則。

3.2 以學生就業(yè)需求為教學目的

隨著當前計算機專業(yè)學生就業(yè)形式的日趨嚴峻，以就業(yè)為主導向的職業(yè)人才培養(yǎng)教育形式已經(jīng)成為了專業(yè)人才培養(yǎng)的核心思路。同樣的，計算機硬件行業(yè)也迫切需要適合計算機科技發(fā)展需求的高素質(zhì)、高聚合性、技能過硬的復合型人才，要達到這樣的人才培養(yǎng)效果，在計算機硬件組裝教學設(shè)計初期，就要以學生的就業(yè)需求為教學根本原則進行設(shè)計。

4.針對計算機科技發(fā)展的計算機硬件組裝實訓改革措施歸納

4.1 靈活應用調(diào)研/多媒體手段，激發(fā)學生主動學習欲望

不可否認的事實是，當前學生學習計算機硬件組裝課程時，絕大多數(shù)是被動式學習，只能通過機械的反復操作，反復記憶達到一種，“心里沒記住，但手卻記住了”的操作熟練狀態(tài)。這種方式很容易造成對計算機硬件組裝學習的厭惡或抵觸情緒。所以在具體教學實踐中，要盡量的多利用多媒體手段，（當然如果能找到硬件實物則更為理想）模擬制作相應的硬件實體課件，使學生產(chǎn)生興趣，主動的作到知識點與實物結(jié)合。同時，要盡量用多媒體課件代替相對枯燥的板書教學，讓學生在單位時間內(nèi)盡量多的獲得信息量，如果多媒體課件制作的工作量比較大，可以進行全體教師的調(diào)配，大家分章節(jié)制作課件，然后串換使用，這樣用多媒體手段進行的演示操作可以使枯燥的硬件裝機內(nèi)容盡量生動地展示給學生，有效地調(diào)動學生的求知欲望。而且還要盡量多安排學生在課余時間做一些相關(guān)的硬件信息調(diào)研或市場調(diào)研任務(wù)，這樣學生在進行實際調(diào)研過程中客觀了解到所接觸到硬件的價值所在，有助于學生對硬件的理解和記憶。

4.2 盡最大努力多安排實訓課時

計算機硬件組裝教學最忌諱的教學效果，就是培養(yǎng)出的學生“眼高手低”，所有的操作知識步驟都能靠著反復死背而記牢，但當進行實際操作或是出現(xiàn)一些靈活問題時就變得不著頭緒。因此，要盡學校最大的努力多安排計算機硬件組裝的實訓課程，這樣在學生鞏固所學習理論知識的同時還大大提高了學生的動手能力，為以后就業(yè)工作實踐打下了堅實的基礎(chǔ)。

4.3 給學生多提供實踐操作的機會

學?？梢愿鶕?jù)自身的情況，與專業(yè)公司協(xié)商，承接一些計算機硬件維修任務(wù)。初期讓學生在老師的帶領(lǐng)下完成任務(wù)，后期達到獨立完成維修任務(wù)的目的。這樣通過具體的問題，學生可以用心的思考所學過的知識技能，并將其用在實處；將課堂上所學到的技能代入到實際存在的故障中，將實訓課程的內(nèi)容和社會中所存在的相關(guān)問題相結(jié)合，讓學生在這樣的環(huán)境中鍛煉成長。并可以和市場上一些專業(yè)公司合作，推薦一些在實踐操作中比較優(yōu)秀的學生，去該公司進行實習，進一步刺激學生的學習積極性，將學習與以后走入社會生存聯(lián)系到一起，讓學生對自己的人生提前作出規(guī)劃。

4.4 考核體系的完善

在傳統(tǒng)的計算機硬件組裝考核體系中，學生的成績基本都是由實踐操作報告來進行分數(shù)評定的，這樣得出的分數(shù)與該學生的實際操作能力有很大出入，因為考核所進行的操作部分題目大多是驗證型題目，學生比較容易通過完成，這樣所得出的分數(shù)不能客觀評價學生的計算機硬件組裝能力。因此為了針對計算機科技的發(fā)展需求，對于計算機硬件組裝教學的考核體系也應當系統(tǒng)化，比如制定相應的計算機硬件組裝維護考核標準，或是組織學生參加一些國家統(tǒng)一的認證考試，比如：全國計算機信息高新技術(shù)考試（即通常說的CITT）、信息產(chǎn)業(yè)部推出的硬件工程師認證考試等等。

5.虛擬實訓室的建立，符合計算機科技發(fā)展需求

前文已經(jīng)提到過根據(jù)計算機硬件科技發(fā)展的情況，學校應該及時更新實訓用計算機硬件材料，但這樣的更新耗損非常巨大，尤其現(xiàn)在計算機職業(yè)院校多為私立辦學形式，這種理想化的硬件組裝實訓形式無法達到。所以虛擬實訓室這種以軟件替代硬件的高科技形式就得以發(fā)展了，通過市場調(diào)研將最新的硬件配件進行編程模擬，這樣在簡化實驗操作程序的同時，也大大彌補了實訓資源的不足。而且突破了傳統(tǒng)的計算機硬件裝機實訓教學過分受到時間和空間制約的事實，完成了教學模式的更新。在對市場上新出現(xiàn)的硬件產(chǎn)品進行編程虛擬時，一定要與模擬實體保持一致，對于設(shè)備的接口、具體操作法要完整的用多媒體形式進行模擬，讓學生達到身臨其境的效果。

但必須要強調(diào)的是，普通的計算機職業(yè)院校是無法達到硬件模擬高度仿真指標的，因此，虛擬實訓室不能完全的代替實物實訓教學活動。 虛擬實訓所操作的效果都是將操作進行理想化模式進行的，在和實際操作接軌時可能會出現(xiàn)手動失誤或操作缺憾等問題，所以它并不能代替實物實訓。

參考文獻:

第5篇：計算機硬件概念范文

（1）知識與技能：①了解計算機硬件和軟件的概念及其關(guān)系；②了解計算機硬件的各個組成部分及其作用；③知道存儲器的分類、內(nèi)存RAM與ROM的區(qū)別及其作用； ④了解軟件的分類，知道常見的軟件的類別。

（2）過程與方法：①通過讓學生觀察計算機的結(jié)構(gòu)和主要部件，了解計算機結(jié)構(gòu)及各部分的作用；②通過學習活動讓學生體驗計算機軟件的分類及其作用，并歸納計算機系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。

（3）情感態(tài)度與價值觀：在學習過程中，激發(fā)學生學習計算機基礎(chǔ)知識的興趣和積極探究的精神。

［教學重點與難點］

（1）教學重點：計算機系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)，各主要部件的作用。

（2）教學難點：難點:計算機系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)。

［教學方法］

任務(wù)驅(qū)動法、討論法、合作探究法、講授法。

［講授新課］

教師活動：完整的計算機系統(tǒng)由計算機硬件和計算機軟件兩部分組成。我們先來學習計算機的硬件系統(tǒng)。

1.計算機硬件系統(tǒng)

教師活動：計算機的硬件由主機和外部設(shè)備兩部分組成。同學們剛剛提到的鼠標、鍵盤、音響等都是設(shè)備。對于外部設(shè)備根據(jù)作用不同又分為輸入和輸出設(shè)備。

（1）輸入、輸出設(shè)備。

輸入設(shè)備：將信息輸入到計算機中的設(shè)備叫做輸入設(shè)備。鍵盤、鼠標是最基本的輸入設(shè)備。數(shù)碼照相機還有麥克風、掃描儀、數(shù)碼攝像機、攝像頭也是輸入設(shè)備。

輸出設(shè)備：具有輸出計算機結(jié)果和數(shù)據(jù)信息等功能的設(shè)備叫輸出設(shè)備。如顯示器、打印機等。在有些特定的情況下計算機也可以作為輸出設(shè)備，當計算機和Internet網(wǎng)連接后，它成為網(wǎng)絡(luò)終端，這個時候計算機就是輸出設(shè)備。

教師活動：接下來我們學習主機。主機包括主機板、電源、存貯器、顯卡和聲卡。（PPT圖片展示各個部件）這節(jié)課我們主要了解中央處理器和存貯器。

（2）中央處理器。（PPT展示圖片）

教師活動：我想問一下同學們，我們?nèi)说男袨槭怯缮眢w的哪個部位管理的呢？

學生活動：大腦。

教師活動：人有大腦，計算機也有大腦，它就是中央處理器，它是計算機的核心配件，是由運算器和控制器組成，負責解釋、執(zhí)行計算機基本指令，完成計算機對各種信息的加工處理。

（3）存貯器。

教師活動：我們經(jīng)常用計算機聽歌、看電影，那么這些歌曲、電影它們都藏在了計算機的哪里呢？請同學閱讀教材第18頁到第19頁的內(nèi)容，然后告訴老師答案。大家可以互相討論。

學生活動：分組討論，回答問題。

教師活動：（布置任務(wù)）這樣我們就完成了對計算機硬件的學習。

2.計算機軟件系統(tǒng)

教師活動：提問：我們現(xiàn)在是不是就可以使用我們剛剛組裝好的計算機畫幅畫呢？

學生活動：回答問題。

教師活動：就像我們蓋了一座大樓，房子蓋好了，里面沒有任何設(shè)施我們不能住，只有硬件的計算機就像沒設(shè)施的大樓，我們一般把它稱為裸機，是不能使用的。那么我們這臺計算機還需要什么才能使用呢？那必須有系統(tǒng)軟件。

（1）系統(tǒng)軟件：用來管理和維護計算機程序的，是計算機必備的軟件。最重要的系統(tǒng)軟件是操作系統(tǒng)，是系統(tǒng)軟件中最基礎(chǔ)的部分，是用戶和裸機之間的接口，同學們都接觸過那些操作系統(tǒng)。

學生活動：回答。

現(xiàn)在請同學們?yōu)槟愕挠嬎銠C選擇操作系統(tǒng)。

（2）應用軟件。

教師活動：硬件有了，操作系統(tǒng)有了，我現(xiàn)在用自己組裝的畫畫，同學說可不可以呀？

學生回答：不行。

教師活動：是的，不行。因為我還沒有裝應用軟件，應用軟件是為完成特定任務(wù)而設(shè)計的計算機程序，它分為兩種可編程語言，及我經(jīng)常使用的播放器、辦公軟件等。除了老師說的這些軟件，你們還知道哪些呢？現(xiàn)在請同學為自己的計算機添加你所需要的應用軟件。

教師活動：硬件、操作系統(tǒng)、應用軟件都具備了，這臺計算機就組裝完成了，我們?yōu)樽约簞倮瓿扇蝿?wù)鼓鼓掌吧。通過組裝計算機，同學說說計算機硬件、系統(tǒng)軟件、應用軟件三者的關(guān)系。就像一家工廠，辦公樓和廠房是硬件，用來生產(chǎn)產(chǎn)品的加工機械流水線等是系統(tǒng)軟件，應用軟件是工人和管理人員。

第6篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：計算機原型系統(tǒng)；實驗體系建設(shè)；教學改革；計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

0、引言

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，基于EDA的設(shè)計已經(jīng)成為硬件設(shè)計的主要方式。以前的基于小型模擬計算機系統(tǒng)的實驗已經(jīng)不再適應實驗教學的要求。傳統(tǒng)實驗教學模式大多采用中小規(guī)模集成電路芯片在面包板上搭建各種常見數(shù)字電路的方式，工作量大且易出錯。而新的實驗教學模式是利用硬件描述語言和EDA工具，先在計算機上進行設(shè)計、修改和仿真，然后通過仿真波形可以直觀地觀察到電路內(nèi)部各個信號的變化情況，再將設(shè)計下載到實驗臺上的PLD芯片中，進一步驗證設(shè)計的正確性。通過一系列綜合性實驗，不僅可以加深學生對計算機硬件基本知識的理解，而且有助于學生對這些知識點的融會貫通。通過在實驗臺上不斷地調(diào)試與驗證，學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力得到了鍛煉。

1、目前實驗教學中存在的問題

目前北京航空航天大學計算機學院的計算機硬件類必修實驗課程主要包括數(shù)字邏輯實驗、計算機組成原理實驗和計算機接口與通信實驗。這3門實驗課程通過不斷地進行實驗教學改革，取得了很大的進步，并已建立了以EDA為開發(fā)工具、以設(shè)計為主的新型計算機硬件實驗體系，但是目前還存在一些問題。

1.1 缺乏完整的實驗體系

1.1.1 實驗內(nèi)容有重復

不同的實驗課程之間會出現(xiàn)重復的實驗內(nèi)容。例如數(shù)字邏輯實驗和計算機組成原理實驗都是以計算機原型系統(tǒng)為目標進行設(shè)計的，但二者在存儲器設(shè)計上有所重復。另外，數(shù)字邏輯實驗中基本實驗的有限狀態(tài)機的設(shè)計部分主要以ADC 0809控制器設(shè)計為例，而在計算機接口與通信實驗的基礎(chǔ)實驗中的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換控制電路設(shè)計也是以ADC 0809控制器設(shè)計為例進行的。

1.1.2 課程之間缺少銜接

目前北京航空航天大學數(shù)字邏輯實驗與組成原理實驗之間的內(nèi)容結(jié)合地比較好。在數(shù)字邏輯實驗中所設(shè)計的基本部件（如寄存器、乘法器以及存儲器等）都可以在計算機組成原理實驗中利用。但是計算機接口與通信實驗和計算機組成原理實驗之間的內(nèi)容銜接較差。隨著學生設(shè)計的MIPS指令集的CPU日益成熟，計算機接口與通信實驗逐漸過渡到使用MIPS CPU來代替嵌入式軟核NIOS CPU，從而將計算機原型系統(tǒng)的底層內(nèi)容添加到計算機接口與通信實驗中㈣。

1.1.3 課程定位不明確

每門課程的定位應當明確，通過一門課程解決一個問題，從而循序漸進地達到培養(yǎng)目標。但是目前教學中還存在各門課程相對獨立、自成體系、缺乏整體考慮的問題，學生難以建立起整體的概念。

1.2 學生還未形成進行硬件編程的思維方式

硬件編程的思維方式與軟件編程的思維方式略有不同。硬件描述語言一般是并行執(zhí)行的。目前學生還沒有建立起并行的概念，沒有完全掌握硬件程序的調(diào)試、分析方法。因此我們在數(shù)字邏輯實驗中要有意識地在這方面加強對學生的培養(yǎng)，通過對這3門課程的學習使學生逐步掌握硬件設(shè)計技能。

2、一體化實驗體系建設(shè)方案

我們需要理清計算機硬件類實驗課程之間的關(guān)系，明確各課程的定位，從而建立一個新的、一體化的，以掌握一種硬件設(shè)計方法、設(shè)計一個實驗平臺、系統(tǒng)地掌握計算機硬件知識、培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標的，實驗內(nèi)容循序漸進、步步深入的，實驗方法靈活多樣的，教學質(zhì)量大幅提高的實驗體系和創(chuàng)新平臺。

2.1 課程關(guān)系

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類實驗遵循馮·諾伊曼計算機模型。通過不同層次的實驗，可以使學生逐步深入理解計算機的內(nèi)部邏輯關(guān)系、功能部件、性能以及交互方式，掌握基于硬件描述語言和EDA工具的、進行邏輯設(shè)計的方法和過程，完成計算機原型系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計包括綜合數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試在內(nèi)的軟件設(shè)計，并且能讓學生編寫出執(zhí)行速度快、資源利用率高、性能接近于最優(yōu)的程序。

目前計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類實驗中的必修課主要有：數(shù)字邏輯實驗、計算機組成原理實驗、硬件描述語言與EDA工具實驗、計算機接口與通信實驗，且以培養(yǎng)學生的軟硬件協(xié)同設(shè)計能力、工程實踐能力和科研實踐素養(yǎng)以及團隊協(xié)作精神為目標[3]。所以在進行實驗體系建設(shè)時，我們要根據(jù)計算機系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯關(guān)系重新整合各門課程的知識分布和銜接關(guān)系，以達到實驗內(nèi)容相互支撐、成果形式層次遞進的效果。

（1）知識點的劃分。3門課程的知識點要既能覆蓋全部又避免重復。

（2）課程內(nèi)容的設(shè)置。課程內(nèi)容在設(shè)置時要保證前后相繼、由淺入深、不斷深化。

（3）相同的實驗環(huán)境。3門課程采用相同的實驗環(huán)境（軟件環(huán)境Quartus II和FPGA板康芯實驗板），根據(jù)課程內(nèi)容逐步設(shè)計出與課程完全吻合的實驗平臺，并采用相同的硬件描述語言Verilog。學生通過反復練習，熟練掌握一種硬件設(shè)計方法、一種解決問題的思維方式、一類FPGA實驗板的使用方法，從而保證在掌握概念和原理的同時，熟練掌握硬件設(shè)計方法和技能，建立起計算機硬件整機的概念。

2.2 課程定位

計算機硬件實驗課程的目標在于培養(yǎng)學生的實踐動手能力、編程設(shè)計能力、探索創(chuàng)新能力以及分析問題解決問題的能力，讓學生形成硬件編程的思維方式，并建立計算機整機概念。

下面分別介紹每門課程的定位。

2.2.1 數(shù)字邏輯實驗

數(shù)字邏輯實驗是基礎(chǔ)。它主要解決的問題是掌握硬件實驗的基本技能以及組合邏輯電路和時序邏輯電路的原理。

該課程的目標是讓學生學習實驗平臺的使用方法，掌握硬件編程語言、EDA工具的使用、硬件描述的綜合與仿真，使學生能設(shè)計一些基本的時序邏輯電路和組合邏輯電路，培養(yǎng)學生的硬件編程思維方式。

2.2.2 計算機組成原理實驗

計算機組成原理實驗是核心。它起著承上啟下的作用，是讓學生建立起整機概念的關(guān)鍵。它能幫助學生理解和掌握一臺計算機整機系統(tǒng)的軟件、硬件組成及相互之間的配合。其他課程要圍繞計算機組成原理實驗展開。數(shù)字邏輯實驗課程要解決基本器件的設(shè)計和工具使用的問題，計算機組成原理實驗要解決應用微處理器的問題。本課程要求學生重點掌握MIPS指令系統(tǒng)及指令周期、數(shù)據(jù)通路、系統(tǒng)控制等，在此基礎(chǔ)上深化對硬件編程語言的理解。

2.2.3 計算機接口與通信實驗

計算機接口與通信實驗是完善、提高和應用。學生通過對器件的學習，完善了計算機的整機概念。在此基礎(chǔ)上設(shè)計應用性的實驗對學生來說是提高。本課程重點掌握基本外部芯片、基本的輸入/輸出部件的設(shè)計和應用。

3、基于計算機原型系統(tǒng)的一體化的實驗實例

該實例利用并行接口8255A實現(xiàn)一個簡單的計算器功能，通過8255A輸入兩個8位的數(shù)據(jù)，MIPS CPU將兩個數(shù)據(jù)相加或者相減，并將計算結(jié)果通過8255A輸出到數(shù)碼管上。這個實例以MIPS CPU為核心，包含了數(shù)字邏輯實驗中設(shè)計的ALU等部件，通過計算機組成原理實驗形成了MIPS CPU部件，再結(jié)合計算機接口與通信實驗中設(shè)計的8255A等接口部件，實現(xiàn)了一個小型的數(shù)字系統(tǒng)。如果在此基礎(chǔ)上把操作系統(tǒng)和編譯等內(nèi)容包含進去就構(gòu)成了一個計算機原型系統(tǒng)。

3.1 設(shè)計思路

為了實現(xiàn)使用程序查詢方式在8255A與CPU之間交換數(shù)據(jù)，我們需要8255A工作在0方式。根據(jù)設(shè)計要求，我們需要兩個8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)據(jù)輸入口，一個8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)據(jù)輸出口，共需要3個8位數(shù)據(jù)口，此外還需要一些控制信號，所以至少需要兩片8255A芯片。第一片8255A的A口和B口工作在0方式，均作為數(shù)據(jù)輸入。第二片8255A的A口和B口也工作在0方式，A口作為輸入，B口作為輸出，并使用PA0作為數(shù)據(jù)輸入后完成并執(zhí)行加法運算的信號，使用PAl作為數(shù)據(jù)輸入后完成并執(zhí)行減法運算的信號。MIPS CPU循環(huán)查詢第二塊8255A芯片的A口數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)PA0或者PAl不為0，就從第一塊8255A芯片的A口和B口讀取兩個數(shù)據(jù)到某個寄存器，然后計算兩個寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)的和或者差，并將結(jié)果輸出到第二片8255A的B口。

3.2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)需要的器件主要有MIPS CPU、兩片并行接口8255A，還需要一個芯片能根據(jù)地址在內(nèi)存和兩塊8255A芯片中做出片選，部分代替總線的功能。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在本實驗中，當?shù)刂沸∮?28時，表示的是內(nèi)存地址，則將總線數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存或者從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)到總線上；當?shù)刂反笥?28時，從兩片8255A中讀寫數(shù)據(jù)。

3.3 系統(tǒng)各模塊設(shè)計

我們首先設(shè)計系統(tǒng)的各功能模塊，接著設(shè)計MIPS匯編程序，最后生成頂層文件，綁定引腳并下載驗證。

3.3.1 MIPS CPU模塊

MIPS CPU是一個實現(xiàn)了MIPS指令集的32位精簡指令集CPUN。本實驗只關(guān)注MIPS CPU的外部接口，并為調(diào)試方便為MIPS CPU增加了很多接口，但實際上真正需要的接口只有CLK、DataReady、RData、PCIk、BE、RW、Adrr、WData，其作用分別是：時鐘信號、數(shù)據(jù)準備好信號、讀入數(shù)據(jù)信號、時鐘輸出信號、讀取模式信號、讀寫信號、地址、寫入數(shù)據(jù)信號。

如圖2所示是MIPS CPU的符號模塊。MIPS CPU文件的時序仿真波形文件如圖3所示。

3.3.2 8255A可編程并行接口模塊

在本實驗中，8255A芯片工作在O方式，即A口、B口、c口的高低四位可以自行指定作為輸入/輸出端口使用。我們可以根據(jù)自己的約定把一些端口作為控制位使用。8255A的符號模塊如圖4所示。

我們對8255A可編程并行接口進行時序仿真后，8255A芯片A口輸入B口輸出的仿真波形文件如圖5所示。

3.3.3 總線控制器模塊設(shè)計

總線控制器（BUS Controller）是本次實驗的核心器件，它的主要功能是根據(jù)MIPS CPU所要讀寫的地址，輸出相應的片選信號和地址信息，控制將8255A的數(shù)據(jù)或者內(nèi)存中的數(shù)據(jù)輸出到總線上或者將總線上的數(shù)據(jù)寫入到8255A的某些端口或內(nèi)存中。在本實驗中，當?shù)刂沸∮?28時，表示內(nèi)存地址，則將總線數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存或者從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)到總線上；當?shù)刂反笥诘扔?28時，從兩塊8255A并口中讀取數(shù)據(jù)。當?shù)刂反笥?28時，我們要根據(jù)之前所規(guī)定的端口號，產(chǎn)生相應的8255A控制信號，從而實現(xiàn)對8255A相應的端口進行讀寫。相應的8255A芯片的控制信息如表1所示。

總線控制器的符號模塊如圖6所示。

總線控制器的仿真波形文件如圖7所示。

由于使用了兩片8255A芯片，因此我們需要一個譯碼器和一個多路選擇器，以便在兩片8255A芯片中做出選擇。譯碼器的符號模塊如圖8所示，多路選擇器的符號模塊如圖9所示。

另外我們還需要七段數(shù)碼管顯示電路，它能夠?qū)?shù)字轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管的顯示信號。七段數(shù)碼管顯示電路的符號模塊如圖10所示。

3.4 編寫MIPS CPU匯編程序

我們將各個元件連好后，就開始編寫MIPS匯編程序。本設(shè)計使用將程序硬編碼在內(nèi)存中的做法?？刂七壿嬋缦滤荆?/p>

1）第一塊8255A的初始化：CS=0，RD=1，WR=0，AI=1，A0=1，控制字為8’b10010010；

2）第二塊8255A的初始化：CS=0，RD=1，WR=0，AI=1，A0=1，控制字為8’b10010000；

3）然后循環(huán)查詢第二塊8255A芯片的A口，當PA0或者PAl為高電平時，表示數(shù)據(jù)準備好；

4）CPU分別從第一塊8255A芯片的A口和B口讀取兩個8位整數(shù)到兩個寄存器；

5）進行判斷，如果PAl為1執(zhí)行減法指令，如果PA0為1執(zhí)行加法指令，計算結(jié)果保存在某個寄存器中。

6）將結(jié)果輸出到第二塊8255A芯片的B口。

頂層文件的仿真波形如圖11所示。

3.5 生成頂層文件

之后我們需要對系統(tǒng)進行綁定引腳，進行一次全編譯。系統(tǒng)頂層文件如圖12所示。

第7篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：實踐教學；案例項目任務(wù)驅(qū)動；創(chuàng)新能力

為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，提高學生創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭力，各大高校都非常重視實踐教學，并將其課時設(shè)置大幅提升，在有些高校中甚至已經(jīng)超過了理論教學課時量，同時學校在科研和設(shè)備投入方面也給予了大量傾斜。但受傳統(tǒng)教學理念的影響，實踐課程的設(shè)置過分依賴理論教學，實驗內(nèi)容仍以驗證性和演示性實驗為主，教師在實踐教學過程中處于中心地位，學生被動地跟隨教師的思路進行實驗方法和技能的學習。因此，學生的主觀能動性和創(chuàng)新能力難以有效發(fā)揮。

計算機硬件課程是計算機專業(yè)的重要分支，是軟件課程學習的基礎(chǔ)，對學生實際動手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著舉足輕重的作用。鑒于計算機硬件課程本身的復雜性，學生在硬件實踐課程的學習中存在著畏難情緒，同時硬件實踐教學改革滯后，教學方法陳舊，實踐課程與快速的計算機信息技術(shù)發(fā)展嚴重脫節(jié)，學生對計算機硬件實踐課程學習的主觀能動性不夠，學習效果不佳，為此筆者探討案例項目任務(wù)驅(qū)動教學法在計算機硬件實踐教學中的應用，引導學生重視硬件課程，以提高學生學習興趣，切實地提高學生實際動手能力、創(chuàng)新意識和就業(yè)核心競爭力。

1、基于案例項目任務(wù)驅(qū)動的教學方法

案例教學法基于啟發(fā)式教學理念，寓教學內(nèi)容和知識點于具體案例，結(jié)合典型案例的剖析，引導學生主動解決案例所遇到的問題，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，發(fā)揮學生的學習主觀能動性。項目教學法則是依托實際項目，融教學知識點于具體項目，學生在完成項目的過程中，學習教學大綱中設(shè)置的知識點，由于項目完成需要小組人員的通力合作，利于增強學生的團隊意識，提高其自主創(chuàng)新能力。而任務(wù)驅(qū)動教學法是以學生作為學習主體，結(jié)合自己分擔任務(wù)模塊的完成，建構(gòu)知識體系，極大地發(fā)揮了學生的學習主觀能動性。上述3種教學方法已在當前教學實踐中獲得了良好的教學效果，但多以單一課程作為研究對象，教學方案設(shè)計過分依賴所選案例、項目和任務(wù)，且教學內(nèi)容與設(shè)計案例、項目和任務(wù)嚴重脫節(jié)，影響了教學方法的效果。同時3種教學方法在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和發(fā)揮學生主觀能動性等方面各有側(cè)重，為此，筆者以計算機硬件課程系統(tǒng)為研究對象，融3種教學方法于一體，以學生喜聞樂見的“案例”為“引導”，以“實際項目”為“主線”，寓課程知識點于項目實施的每個任務(wù)模塊，“驅(qū)動”學生在完成任務(wù)的同時，建構(gòu)理論體系。

2、基于案例項目任務(wù)驅(qū)動的計算機硬件實踐課程的實施

2.1 計算機硬件課程實踐教學內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)置

計算機專業(yè)硬件課程主要有“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“計算機組成原理”、“微型計算機原理”、“單片機原理及應用”以及“嵌入式系統(tǒng)”等。由于課程之間在內(nèi)容上存在交叉部分，我們需要深入分析和研究計算機硬件課程的教學任務(wù)，按照硬件課程體系培養(yǎng)能力結(jié)構(gòu)的要求，優(yōu)化整合硬件課程實踐教學的內(nèi)容，將其分為電子技能訓練教學內(nèi)容、計算機系統(tǒng)訓練教學內(nèi)容、單片機與嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容3個部分，而每個部分又可分為驗證性、綜合性和創(chuàng)新性3個層次。

電子技能訓練教學內(nèi)容是計算機硬件課程實踐教學的基礎(chǔ)，主要以驗證性和綜合性試驗為主，通過驗證性試驗鞏固深化教學內(nèi)容。綜合性試驗則是以學生熟知的案例（如設(shè)計系統(tǒng)電源、放大電路以及信號采集調(diào)理電路等）驅(qū)動學生綜合解決系統(tǒng)級任務(wù)課題，提高學生綜合解決問題的能力。實踐教學平臺包括基于Proteus仿真試驗平臺和自主性創(chuàng)新試驗平臺2種類型，其中基于Proteus仿真試驗平臺用于模擬電子電路運行機理，驗證和鞏固課堂教學知識點；而自主性創(chuàng)新試驗平臺是在教師引導下，學生自主搭建電子線路，從而加深其對課堂知識點的理解，提高其動手能力，激發(fā)學生的科研探究興趣。

計算機系統(tǒng)訓練教學內(nèi)容多以綜合性和創(chuàng)新性實驗為主，主要設(shè)計內(nèi)容包含處理器設(shè)計和計算機控制系統(tǒng)設(shè)計等方面，采用基于EDA試驗平臺和自主性創(chuàng)新試驗平臺2種類型。其中基于EDA試驗平臺的實驗主要用于訓練學生自主設(shè)計CPU的能力，強化其計算機底層理論體系，以便使學生建立整機的概念，優(yōu)化軟件編程效率。創(chuàng)新性試驗平臺則是基于實際的計算機控制系統(tǒng)，由學生自主地完成某一控制系統(tǒng)的設(shè)計，深化學生理解計算機專業(yè)硬件課程的重要性，激發(fā)學生對計算機硬件專業(yè)課程學習興趣。

單片機與嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容主要以自主性創(chuàng)新試驗為主，主要是對計算機硬件課程知識體系的綜合檢測。其試驗平臺多以教師實際承擔的科研項目和電子設(shè)計大賽題目為主，項目具有較強的時效性和復雜性特點，易于提高學生參與課題的主觀能動性，可作為計算機硬件實踐課程的項目資源。學生在教師的任務(wù)分配下，獨立完成自己所承擔的任務(wù)，在任務(wù)完成過程中建構(gòu)自己的知識體系。

2.2 項目資源的優(yōu)化選擇

計算機硬件課程實踐教學項目資源的選擇應以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為首要目的。所選項目應盡量涵蓋教學大綱要求內(nèi)容，同時項目還需具備一定的難度和時效性。為此，我們必須深入分析計算機硬件實踐教學內(nèi)容，獲取相關(guān)知識點，并將其融于項目實施過程，使學生在解決項目實施過程中所遇到的問題時，掌握和深化課程知識點。

項目資源優(yōu)化選擇的原則有3個：①鑒于計算機硬件課程實踐教學內(nèi)容由電子技能訓練內(nèi)容、計算機系統(tǒng)訓練教學內(nèi)容和單片機與嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容3部分組成，項目資源需融合上述3種教學內(nèi)容所涉及知識點，并充分涵蓋相關(guān)教學內(nèi)容；②項目資源內(nèi)容需緊跟信息技術(shù)的發(fā)展方向，應有較強的時效性，易于激發(fā)學生學習的積極性；③項目在實施過程中所遇到的問題難度應適中，最后實驗結(jié)果要明顯，易于激發(fā)學生強烈的成就感。

我們以單片機與嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容為例說明項目資源優(yōu)化選擇原則。項目資源選擇“基于單片機的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計”，包括軟、硬件2部分，其中硬件部分包括了電源部分、硬件濾波部分、信號采集調(diào)理放大部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換部分、控制電路部分等電子電路部分，基本涵蓋了模擬電路和數(shù)字電路的基本教學知識點；軟件部分涵蓋了定時器控制、中斷應用、鍵盤使用、AD轉(zhuǎn)換等，基本涵蓋了微機原理和單片機原理的相關(guān)知識內(nèi)容，且相關(guān)知識點均為硬件課程教學內(nèi)容的基本知識點，難度適中。通過項目的實施，智能車可實現(xiàn)快速避障運行，易于激發(fā)學生的學習興趣。智能車快速避障功能是智能機器人研究領(lǐng)域的熱點，具有強烈的時代背景。此項目的開發(fā)經(jīng)歷，對于學生就業(yè)以及進一步深造都具有較強的指導意義。

2.3 實踐案例的合理剖析

項目分解要注意與實踐教學內(nèi)容相結(jié)合，分解后的案例模塊在功能上要保持一定的完整性，且各模塊之間具有一定的漸進性、擴展性，這樣可逐步引發(fā)學生的學習興趣，避免產(chǎn)生畏懼和抵觸情緒。我們需要針對每一個案例模塊，進行有效地評價和優(yōu)化，分析每個案例模塊所運用的知識點、用到或可能替代的相關(guān)算法以及相關(guān)聯(lián)的案例模塊等，并實現(xiàn)和演示。

我們以“基于單片機的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計”為例，說明實踐案例剖析過程。“基于單片機的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計”可分解成：智能車系統(tǒng)的電源模塊、智能車系統(tǒng)信號調(diào)理模塊、智能車系統(tǒng)顯示模塊、智能車系統(tǒng)速度控制模塊、智能車系統(tǒng)循跡模塊和智能車紅外避障控制模塊等典型案例。上述案例直接由實際智能車系統(tǒng)分解而成，功能上具有完整性，難度逐步加大，具有一定漸進性，且各案例均涉及計算機硬件課程相關(guān)知識點，譬如智能車紅外避障控制模塊包括硬件電子電路和軟件設(shè)計部分，硬件電子電路設(shè)計部分還有模擬電子的信號推挽放大電路、12C總線擴展、中斷硬件電路設(shè)計等，軟件設(shè)計部分包括數(shù)字濾波設(shè)計信號、定時器設(shè)定控制周期、中斷避障判定等。這樣，一個案例就涉及了計算機專業(yè)硬件課程的相關(guān)知識點，便于學生在項目實施過程中，強化理論知識的學習，激發(fā)學習興趣。

2.4 具體任務(wù)分配

案例剖析完畢后，我們必須指導學生將所選項目分解成相應的任務(wù)，使其與案例密切相關(guān)，并通過“模仿”、利用教學資源等學習方式完成任務(wù)，同時引導學生按照課堂上的案例步步深入，每完成一個任務(wù)，就將該任務(wù)“組裝”進來，最終“組裝”成一個完整的項目應用程序。結(jié)合“基于單片機的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計”剖析完成的案例，以任務(wù)的形式下達給各試驗小組，分別用相關(guān)案例給各實驗小組分配相關(guān)任務(wù)，因此會有智能車電源模塊實驗小組、智能車系統(tǒng)信號調(diào)理實驗小組、智能車系統(tǒng)顯示實驗小組、智能車系統(tǒng)速度控制實驗小組、智能車系統(tǒng)循跡控制實驗小組以及智能車紅外避障控制實驗小組。各小組人員的具體任務(wù)進一步被分解，使得每一個學生都承擔一定的具體任務(wù)。每位學生的責任明確，自己任務(wù)的完成都是項目完成必不可少的部分，使每位學生充分意識到團隊合作的重要性，提高學生學習的主觀能動性和創(chuàng)新能力。

2.5 客觀評價體系的優(yōu)化設(shè)置

具體任務(wù)下達以后，學生便進入動手操作環(huán)節(jié)，充分地發(fā)揮了學生的主體能動作用。為有效防止學生任務(wù)完成過程中出現(xiàn)困惑和畏難情緒，教師需要做好正確的引導，但必須時刻堅持“學生為主導”的教學理念，僅需在解決途徑和思路上給予指導。學生在具體任務(wù)完成過程中建構(gòu)自己的理論體系。項目完成時，每位同學需對自己所完成的任務(wù)進行總結(jié)和評價，并接受教師和學生的提問，教師做出點評。各實驗小組都要對自己所承擔的任務(wù)進行評價，這不僅對目標達成的結(jié)果作出判斷，還對小組成員目標達成的情況作出分析評價。學生通過參與自己學習成果的評價，認識到自己的智力潛能，利于激發(fā)學生的科研熱情。教師依據(jù)各小組評價、任務(wù)完成過程、設(shè)計方案、調(diào)試過程、實驗報告等部分，按一定的比例計算出學生最終的考評成績。

第8篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞：計算思維；計算機硬件類課程；教學改革

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）07-1461-02

1 概述

計算機硬件類課程在高校計算機專業(yè)占據(jù)非常重要的地位，從邏輯角度和應用角度為學生闡述計算機的基本原理和使用方法，讓學生在計算機硬件方面打下堅實的理論基礎(chǔ)，并為學生今后應用技能的提升奠定基礎(chǔ)，其應用范圍非常廣泛且與實際工程聯(lián)系緊密[1-3]。因此，計算機硬件類課程是大學計算機專業(yè)的必修課程。然而，由于這類課程理論性較強，大多數(shù)高校的硬件類課程實踐環(huán)節(jié)相對薄弱，導致硬件類課程的教學一直是計算機學科體系結(jié)構(gòu)教學中一個比較薄弱的環(huán)節(jié)。

計算思維是由美國卡內(nèi)基·梅隆大學的周以真教授于2006年在ACM的會刊上提出來的。他指出：計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[4，5]。計算思維使用約簡、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，利用啟發(fā)式推理，采用抽象和分解處理龐雜任務(wù)的手段，將一個看似極其復雜的問題轉(zhuǎn)換成一個個易于處理的小問題。也就是說，計算思維就是通過人的思維進行計算，即人通過特定的思維活動使用計算機解決實際問題，計算機在解決問題過程中充當媒介的作用，它是人和機器相結(jié)合的產(chǎn)物[6]。

計算機硬件類課程作為計算機學科的核心基礎(chǔ)課程，其理論性、實用性和創(chuàng)新性較強，面對這樣知識龐雜而又抽象的課程，融入計算思維的理念，對其進行教學改革，使學生靈活的掌握計算機硬件的基本原理和應用技能成為必然。

2 教學改革思路和方法

2.1 引入關(guān)注點分離方法，整合教學內(nèi)容

大學計算機硬件類課程主要涉及電工與電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、計算機組成原理、操作系統(tǒng)、微機原理、計算機網(wǎng)絡(luò)等課程，這些課程看起來比較分散、自成體系、教學內(nèi)容抽象，是教師最難教、學生最難學的課程。關(guān)注點分離是計算思維的方法之一，它將復雜抽象的問題合理分解成具體的小問題，再研究各個小問題的不同側(cè)面，形成關(guān)注點，然后匯總各個問題的結(jié)果，形成解決方案。在大學計算機硬件類課程中，引入關(guān)注點分離方法對教學內(nèi)容進行整合，可以使得抽象的問題具體化，復雜的問題簡單化，對教師教學起到事半功倍的效果。例如在操作系統(tǒng)課程的教學過程中，選擇以Windows NT操作系統(tǒng)的功能為主線，將課程所有的知識點（進程管理、進程調(diào)度與死鎖、存儲器管理、設(shè)備管理和文件管理）融入到具體的實例中，避免了學生在學習過程中感覺到知識點分散零亂、難以理解，讓學生在學習操作系統(tǒng)課程的過程中，形成一個完整的知識體系，幫助學生更好的理解知識；在微機原理課程的教學過程中，以80386CPU的指令系統(tǒng)及設(shè)計為主線，將主要知識點指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、中斷以及接口電路設(shè)計貫穿其中，這樣既淺顯易懂，又形象生動，極大的增強了學生的學習興趣。其他硬件類課程的教學也基本采用關(guān)注點分離教學法，教學效果良好。

2.2 利用啟發(fā)式教學，體現(xiàn)計算思維

啟發(fā)式教學是針對傳授的知識，先提出一個源自實際生產(chǎn)生活的問題，然后與學生共同探討分析問題，引導學生逐步解決問題，在該過程中講授分析問題和解決問題所需要的理論和方法。以操作系統(tǒng)課程中的進程同步為例，這是進程管理部分教學的重點，也是難點。在講解這部分內(nèi)容時，先以典型的司機—售票員問題導入，與學生共同探討在公共汽車上司機與售票員的相互合作關(guān)系以及合作的先后次序關(guān)系，分析兩者的相互制約關(guān)系，從而得出使用信號量機制解決進城同步的方法；在計算機網(wǎng)絡(luò)課程中，局域網(wǎng)組建是教學的重點，在講授這部分內(nèi)容時，首先以日常實驗室局域網(wǎng)的組建情況為例，與學生一起分析實驗室局域網(wǎng)的工作原理，共同探討一般局域網(wǎng)的組建方法，從而得出在實驗室組建虛擬局域網(wǎng)和實際局域網(wǎng)的實施方法。這樣既加深了學生對知識點的掌握理解，也培養(yǎng)了學生的計算思維能力。

2.3 使用任務(wù)驅(qū)動教學模式，訓練計算思維

任務(wù)驅(qū)動教學模式是讓教師和學生圍繞任務(wù)展開教學活動。這種模式中，教師的主要工作是設(shè)計任務(wù)、呈現(xiàn)問題、輔助任務(wù)實施和總結(jié)評價，學生通過明確任務(wù)、分析問題、交流和反思訓練計算思維，培養(yǎng)和增強學生分析和解決實際問題的能力。

以數(shù)字邏輯課程為例，教師根據(jù)課程特點，運用計算思維的方法呈現(xiàn)教學任務(wù)，要求學生分組完成一個具體的組合邏輯電路的設(shè)計與實現(xiàn)。學生以每組3—5人自由組合，每組選出負責人，教師通過展示往年學生的設(shè)計作品，向?qū)W生提供部分選題作為參考，學生也可通過調(diào)研自行選擇一些有意義的與課程相關(guān)的電路進行設(shè)計。在教學過程中，教師使用關(guān)注點分離方法將組合邏輯電路審計分解為簡單的小問題，然后以設(shè)計成果的形式要求學生完成課程任務(wù)，讓學生在完成具體任務(wù)的過程中學習并應用教學內(nèi)容，提高了教學效率。學生在教師的實時指導下，明確任務(wù)，分析問題，各組學生分工協(xié)作，定期交流，通過查閱資料和調(diào)研等途徑探究解決問題的途徑。最后，學生在教師指導下完成任務(wù)后，通過展示和自評，并交流自己的學習心得，教師總結(jié)點評，幫助學生拓展所學知識，訓練學生的計算思維能力。

3 教學效果考核

考核評價是教學活動中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是檢驗教學效果的重要手段。隨著計算機硬件類課程教學改革的深入，課程的考核評價模式也應隨之改革。根據(jù)計算思維能力的培養(yǎng)要求，必須打破傳統(tǒng)的只側(cè)重于考查學生對理論知識點的掌握程度的考核評價模式，建立真正體現(xiàn)學生計算思維能力的考核評價模式。傳統(tǒng)的考核評價方法是：學生成績=平時成績×20%+理論考試成績×80%。改革之后，學生成績=平時成績×10%+理論考試成績×45%+實驗成績×45%。實驗成績就是學生做實驗完成具體任務(wù)的考核成績?？梢钥闯?，改革之后的考核評價模式增加了實驗成績，重點考核學生運用計算思維能力分析問題和解決問題的能力。下表1是近幾學年計算機硬件類課程改革之前和之后我系計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生的平均考試成績。

從表1可以看出，在計算機硬件類課程中貫穿計算思維能力的培養(yǎng)之后，學生的考核成績明顯提高，而且通過對兩屆學生的問卷調(diào)查顯示，課程改革之后，學生的學習興趣大幅度提高，動手實踐能力也大大提高，教學效果良好。

4 結(jié)束語

計算思維作為人類的三大思維方式之一已受到了廣泛的關(guān)注。該文給出了融入“計算思維”的大學計算機硬件類課程教學改革的新模式，圍繞課程教學內(nèi)容的整合，教學方法和考核評價模式的改進，讓學生在解決實際問題的過程中領(lǐng)會并掌握計算思維方法，提高了學生獨立思考解決問題的能力和團隊創(chuàng)新協(xié)作能力，使教學效果得到明顯提高。這種教學模式所傳授的思想和方法，將廣泛應用于計算機專業(yè)的其他專業(yè)課程中，這將為學生更好的學習計算機專業(yè)其他相關(guān)課程奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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第9篇：計算機硬件概念范文

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：計算機控制系統(tǒng)；可靠性；抗干擾性；抗干擾設(shè)計

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2014）002010802

0引言

計算機控制系統(tǒng)是工程項目中的重要組成部分，它關(guān)系到工程項目中的眾多儀表、機器能否正常、安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。對于如何才能保證計算機控制系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運行的問題，設(shè)計人員們首先考慮的是在控制系統(tǒng)中添加抗干擾設(shè)計，計算機系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計是事關(guān)項目機器儀表能否正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部分。

1計算機控制系統(tǒng)的可靠性

1.1可靠性的定量化

在實際生產(chǎn)操作中，可靠性是個定性的概念，大都以量的多少來計算控制系統(tǒng)的可靠性，在生活中常以維護率、故障率、平均故障間隔時間、平均維護時間、有效度等來表示系統(tǒng)的可靠性。

平均維護時間表示系統(tǒng)經(jīng)過多次維修后，平均一次維護所需要的時間，平均維護時間越短，表明系統(tǒng)越容易維護，也即更容易修復。

除了上述指標外，還有有效度的概念，表示系統(tǒng)在某一瞬間正常工作的概率，該指標越大則越好。

1.2系統(tǒng)可靠度提升方法

計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，因此，提高計算機系統(tǒng)的可靠性可以從提高計算機硬件系統(tǒng)的可靠性和提高計算機軟件系統(tǒng)的可靠性兩部分來考慮。由上述定量化描述計算機系統(tǒng)的可靠性可知，提高系統(tǒng)的可靠性需要注重兩個方面，一是在系統(tǒng)正常工作時間內(nèi)減少系統(tǒng)故障發(fā)生的次數(shù)；二是系統(tǒng)發(fā)生故障后要能夠及時排除故障。提高計算機硬件系統(tǒng)的可靠性主要考慮計算機抗干擾技術(shù)的實現(xiàn)，增強硬件系統(tǒng)對運行環(huán)境的適應性，以及使用質(zhì)量比較好的硬件材料。軟件系統(tǒng)的可靠性主要考慮軟件的自我測試技術(shù)、自我糾錯、自我修復等。

1.2.1硬件系統(tǒng)的可靠性

研究計算機系統(tǒng)的最終目的是為了實現(xiàn)一定的功能，所以應當根據(jù)計算機的性能和工作要求來決定計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

（1） 系統(tǒng)的可靠性由系統(tǒng)中各個元件的可靠性決定，只要能滿足系統(tǒng)的性能指標，就應盡可能地簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少元件的數(shù)量，并簡化方案，避免片面追求高性能指標和過多的功能，采用模塊化、積木化、標準化結(jié)構(gòu)。在組建控制系統(tǒng)時應當采用類似積木的標準組建模式，根據(jù)工程項目的大小和功能要求，采用相應的模塊來組建控制系統(tǒng)，盡可能在實現(xiàn)項目工程目標的同時使系統(tǒng)最簡化。這樣的結(jié)構(gòu)不僅僅可以減少不必要的損失，而且還方便用戶備份，一旦在使用過程中出現(xiàn)問題，用戶便可以很快地通過備份進行恢復，這對于增加平均間隔時間、縮短平均維護時間具有重要意義，同樣可以達到增強系統(tǒng)可靠性的目的。

（2）計算機系統(tǒng)中很多元器件的功能與效率與環(huán)境有很大關(guān)系，在使用元器件時必須考慮溫度因素的影響。因此，要做好電源的配置工作和散熱裝置的設(shè)置。

（3）計算機控制系統(tǒng)受環(huán)境的影響不容忽視。這種環(huán)境不僅僅是系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境，還有整個計算機控制系統(tǒng)所處的大環(huán)境，如風火雷電雨雪等。必須針對計算機控制系統(tǒng)所處的大環(huán)境來進行專門的防護工作，比如系統(tǒng)的防火、防水、防雷擊等，確保萬無一失。

（4）盡量節(jié)省硬件資源。比如，如果一項工作能夠適應中央處理器有限的條件，則盡可能通過使用計算機的軟件功能來實現(xiàn)。

（5）計算機硬件系統(tǒng)往往由眾多的元器件按照一定的功能組建在一起，所以對元器件之間的焊接及接觸部位，應進行詳盡檢查，以防發(fā)生故障。同樣，有些硬件是故障的高發(fā)部位，所以應該有針對性地進行更高頻率的檢查，把隱患盡可能地消除在發(fā)生階段。

（6）用多重化技術(shù)解決隱患。很多情況下，有些元件有重復的部分，應當利用這些多余的元件發(fā)揮它們的效用來消除或者減弱已經(jīng)發(fā)生的故障對系統(tǒng)造成的影響。常用的系統(tǒng)包括備用系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)和表決系統(tǒng)3種。

（7）還有一種很重要的方法就是抗干擾技術(shù)的使用，這是提高硬件系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵部分，下文將會詳盡介紹。

1.2.2軟件系統(tǒng)的可靠性

可以通過采用高質(zhì)量的元器件、采取比較好的維護防護措施以及采用抗干擾技術(shù)來提高計算機硬件系統(tǒng)的可靠性以提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性。但是僅僅通過硬件系統(tǒng)可靠性的提高來保證計算機控制系統(tǒng)的可靠性是不夠的，還需要通過一些措施來提高軟件系統(tǒng)的可靠性以間接提高整個計算機控制系統(tǒng)的可靠性。具體措施如下：

（1）提高應用程序的運行速率。如果編制的程序能夠達到一種很高的運行速率，在這種運行速率下程序的運行周期小于斷電器等一些保險裝置的反應時間，就可以保證一些程序運行過程中不會因小小的失誤而造成大的故障。

（2） 通過把輸出信號與計算機存儲器中的輸出量相比較，如果兩者不相同則需要再一次輸出，如果出現(xiàn)故障則需要報警，同時采取一定的措施來檢查并排除故障。

（3）編制一定的程序來監(jiān)控計算機控制系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^編制相應測試程序?qū)τ嬎銠C軟件系統(tǒng)進行不斷測試，如果發(fā)現(xiàn)有運行不正常的地方，則讓系統(tǒng)自己發(fā)出報警信號并采取一定的安全防護措施保證系統(tǒng)的正常運行。