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計算機硬件軟件基礎知識范文1
關鍵詞：計算機；安裝；維護；基礎課程
計算機基礎課程及硬件組裝與維護課程是計算機應用中的一門比較重要的基礎課程，它的主要任務是讓學生深入了解與計算機相關的基礎知識，了解計算機部件的分類、性能及選購方法，并對主要部件的工作原理、硬件結構、軟件安裝、相互聯系和作用做到深入的理解，通過對硬件的維護及軟件的安裝能夠掌握微型計算機的組裝，并對簡單的故障進行排除。
一、計算機硬件的故障診斷
1.對計算機的故障進行分析
在教學中，教師要讓學生學會對計算機的故障原因進行分析。造成計算機故障的原因主要有三類：內部因素、外部因素及人為因素。我們所說的內部因素主要是元器件的性能及質量問題導致的故障，這種因素還有器件的完全損壞；外部因素主要是受用戶使用的外部條件所致，比如，較長時間地使用所造成的元器件受損、灰塵導致元器件性能降低等情況；人為因素還有用戶主體使用不當導致的故障。通過分析，學生對相應故障進行了歸類，從而提高了學習的有效性。
2.對計算機的故障進行診斷
在教學中，教師還要教會學生對計算機日常出現的故障進行診
斷。一般來說，計算機的硬件故障主要包括以下幾種：黑屏、開機沒有反應、顯示器顏色異常、系統不能啟動、硬盤損壞等。學生在維修之前，要對故障進行診斷，確認是不是硬件的問題，此時，可以借助計算機的啟動原理對硬件的故障原因進行判斷。所采用的故障診斷方法包括觀察法、拔插法、替換法、隔離法、高級診斷程序檢測法以及綜合判斷法等。學生可以迅速準確地弄清計算機硬件故障原因，為進行維修打下基礎。
二、計算機硬件的組裝與維護
1.對計算機硬件進行組裝
為了讓學生學習到計算機組裝方面的知識，可以通過設立虛擬計算機實驗室的方法進行。虛擬機是一種軟件，它通過在電腦上虛擬一個計算機，讓學生可以進行真正的操作。因為在計算機硬件安裝與維護過程中，某些計算機設備容易損壞，造成不必要的經濟損失，所以，可以通過虛擬的計算機硬件設備解決各種問題，因為利用虛擬的設備中不產生磨損和消耗。出現錯誤的步驟，計算機會進行提示，所以，虛擬設備也得到了有效的保護，這對初學硬件維修的學生來說更有益，這樣學生就不用擔心對硬造成的損壞，我們可以大膽地對計算機硬件維修技術進行練習，對虛擬硬件設備可以
進行維護。比如，計算機病毒能夠對虛擬硬件造成損壞，只有及時進行備份，并對計算機軟件進行常規的維護，這種造成的損壞會極小，遠遠小于真實的硬件設備維護，它的資金消耗及工作量也小得多。這樣，我們可以推斷出虛擬技術的強大，以及它具有的明顯優勢。
2.做好硬件的保養工作
在教學中，教師要讓學生養成良好的習慣，對計算機進行及時的保養，比如，定期開機，尤其是在潮濕的季節里，機箱會因受潮發生短路，經常使用的電腦不易壞。當周圍沒有避雷針時，打雷天氣不能開電腦，還要把所有的插頭拔下。在夏天要進行散熱，不能在沒有空調的房間里長時間使用電腦，冬季要加強防凍，因為電腦也會怕冷。電腦閑置時，把它的顯示器、機箱、鍵盤用透氣性好，且遮蓋性強的布將其遮蓋。
3.對軟件系統加強日常維護
對計算機的相關硬件配置做深入的了解，并讓學生能夠掌握計算機維護工具的使用，對計算機做及時的維護，從而使計算機可以實現高效的服務。對軟件系統的日常維護主要包括操作系統的安裝，對防護軟件以及常用軟件的安裝與使用。比如，對數據備份工具、硬件測試軟件、注冊表工具、系統管理工具、優化工具的安裝等。對軟件的維護主要包括以上知識與內容。
4.借助多媒體機房提高教學效率
中職學校的計算機機房配有投影、教學控制軟件等教學設施，對教師教學的演示與臨時文件分發帶來了便利。從總體上講，可以借助于計算機機房相關硬件條件，對計算機軟件安裝與維護進行演示，完成教學任務。
三、教學實施過程中的注意事項
1.課前準備工作要充分
為了使教學質量有保障，使教學順利進行，計算機的安裝與維護工作要提前進行相關的準備工作。教師要按照步驟提前操作，對相關的過程與步驟，要牢記在心。為了在教學中能夠做到得心應
手、水到渠成，要對可能發生的突發問題做好充分的考慮，能夠進行緊急處理。
2.內容講解要有先有后
對教學內容的安排要做到有先有后，先講哪些內容，后講哪些內容要清晰，還要做到詳略得當，教師要以課程內容為依據，在教學過程中做到合理及時的安排。
總之，通過對計算機硬件常見的故障進行分析，并對計算機進行維護的示范，學生掌握了簡單有效的處理辦法，可以選擇有效的方法對計算機進行安裝與維護，使計算機發揮最大作用。在操作中不能急于求成，防止造成不必要的損失。
參考文獻：
[1]劉瑞新.計算機組裝與維護教程.北京：機械工業出版社，2008.
[2]薛勝軍.計算機組成原理.武漢：武漢理工大學出版社，2005.
計算機硬件軟件基礎知識范文2
關鍵詞:課程群;計算機硬件;農業院校;人才培養
當前我國很多高等農業院校計算機專業已逐漸轉變為軟件工程和計算機科學與技術兩個專業方向。然而,在教學實踐中過分強調軟件與應用,計算機硬件方面的教學卻相對薄弱,導致學生缺乏計算機體系結構、計算機組成與結構等硬件方向的基本能力。即,計算機教育上存在著“重軟輕硬”的傾向。
1計算機硬件教學存在問題分析
當前,農業院校計算機科學與技術本科專業中,計算機硬件與結構方向的核心和普通知識點一般體現在以下幾門課程中:數字邏輯、計算機組成原理、微機原理、微機接口技術、匯編語言、計算機系統結構、計算機系統結構、嵌入式系統等。在教學過程中,各門課程相互之間內容銜接較多、重復之處也比較多,而某些知識點缺乏前導、造成斷層。教師一般按照自己的教學大綱和計劃對各門課程內容進行劃定,而不是以計算機系統的整個體系結構為主線,造成缺乏系統性和科學性,難以實現學生從大一到大四的完整體系,使知識的連貫性變差;而且計算機硬件技術,例如:處理器技術、存儲技術及網絡技術等每天都有新的進展和變化,這些變化很難及時地反映到計算機硬件相關教材和實驗設備上,因此難以體現發展中的新技術和教材之間的關聯。由此造成,學生對這些課程普遍存在沒有學習興趣,教師上課缺乏激情的情況[1]。
因此,學生在掌握計算機硬件基本原理的基礎上,如何結合計算機硬件技術的發展,并充分體現硬件技術的系統性和實踐性,是當前農業院校計算機硬件教學所面臨的重要問題;也是真正實現計算機科學與技術專業培養目標所必須解決的問題。
2計算機硬件課程群
為了解決以上存在的問題,本文提出構建計算機科學與技術專業硬件課程群。課程群方法是近年來高等院校課程體系建設實踐中出現的一項新的課程開發技術。其基本思想是把各門課程內容聯系緊密,內在邏輯性強,屬同一培養能力范疇的同一類課程作為一個課程群組進行建設,從技能培養目標層次有效的把握課程內容的分配、實施、保障和技能的實現。課程群體系的進程如圖1所示。
其優勢在于以下3個方面:
1) 內容具有科學性。課程群各組成課程之間關系密切、邏輯性強,知識具有遞進性,便于組織教學。
2) 實驗室高效利用。課程群使計算機專業實驗室可以進行大型的跨課程綜合型實驗,不僅在使用人次上,更重要的是在每次使用的效率上將得到極大的提高。
3) 教學具有可控性。課程群所有課程的教與學透明度提高,教學中的隨意性和非計劃性減少,可以有效的提高教學的可控性[2]。
3計算機硬件課程群構建的主要內容
本課程群的構建主要針對我校2010級本科教學人才培養實施方案。構建以下3個方面:計算機硬件課程群課程建設,綜合型實驗與課程設計設置和課程群內容的更新[3]。
3.1計算機硬件課程群課程建設
課程群的建立包括確定核心課程與選修課程。在課程群設置中,以學科方向和模塊為核心,同時與專業培養計劃相適應。在設置課程群的時候,打破單一授課的限制,使不同專業教研室的教師根據課程群設置凝聚一起,集中對各門核心課程和選修課程的內容與組織進行系統地規劃,避免重復和脫節現象。例如:可以考慮把匯編語言課程和計算機組成原理課程結合,側重于計算機硬件的五大部件、尋址方式和指令系統。這樣有利于把計算機組成原理中介紹的一般性的知識和具體的微機系統聯系起來,給學生打下牢固的理論基礎;也可將匯編語言、計算機組成原理和微機接口技術3門課程全部聯系起來,將計算機硬件基礎知識全部融合在一起,提供給學生完善的知識體系[4]。
3.2計算機硬件課程群綜合型實驗建設
計算機硬件課程群建設中,強調實踐教學的重要性。在課程群建設中,不是以單一的課程為單位設計實驗,而是按照整個課程群來設計一體化的實驗環境與實驗內容?？梢詫R編語言方向、微機接口方向、計算機組成原理和計算機體系結構等實驗有機地結合在一起,創建良好的實驗環境,靈活運用實驗室、開放式實驗室等多種手段培養學生的研究能力與團隊精神的教育方法。例如,在計算機組成原理實驗中設置了8255、8253等實驗,同樣在計算機接口實驗技術中也有同樣的內容,因此,可以考慮整合這部分內容,利用幾個接口芯片開發一個小系統,不僅使同學學習了相關接口芯片知識,同時也鍛煉了芯片在系統中的應用,建立整機概念等。
3.3課程群內容更新建設
根據計算機學科發展情況,及時、動態地調整課程群內核心課程、選修課程的設置,同時考慮到每一門課程具體內容的設置。讓學生要盡可能學習掌握同當前主流技術發展方向聯系比較緊密的新技術(如Pentium 的超標量流水線、分離的指令Cache 與數據Cache、指令分支預測技術、Itanium 的EPIC 核心技術),以及計算機新技術發展趨勢(如未來處理器技術, 現代網絡環境對硬件技術的要求, 64 位微處理器技術)等。
4結語
本方案已經通過相關課程專業教師多次研討,打破以往獨立課程設置方式,初步確立計算機硬件的課程群設置,計算機硬件綜合實驗設置的方案。該方案如果做進一步的深入研究、探討與實踐,必將對提高計算機專業學生軟件和硬件能力的協調起到良好的作用,改變當前高等農業院校計算機專業學生硬件能力偏差的現狀,提高其學生的自身綜合素質和增強其就業能力。
參考文獻:
[1] 唐建宇. 計算機硬件課程教學中的若干問題分析與探討[J]. 福建電腦,2007(5):188-189.
[2] 劉新平,鄭秋梅,孫士明,等. 計算機硬件課程群實驗體系的改革與完善[J]. 計算機教育,2008(12):117-119.
[3] 王讓定,錢江波,石守東,等. CC2005的計算機學科硬件與結構課程群改革探索[J]. 計算機教育,2008(8):137-138.
[4] 劉全利,黃賢英,楊宏雨. 計算機組成原理課程群建設的探討[J]. 科技信息,2008(4):9-10.
Discuss on the Computer Hardware Course Group in Computer Science and
Technology Teaching of Agricultural Universities
ZHANG Xi-hai, YU Xiao, WU Ya-chun, WEI Xiao-li
(Engineering college, Northeast Agriculture University, Harbin 150030, China)
計算機硬件軟件基礎知識范文3
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計算機硬件軟件基礎知識范文4
【關鍵詞】 CDIO模式 計算機 硬件嵌入式技術
近年來，嵌入式技術在工業控制、通信設備、醫療儀器及航空航天等領域中的應用越來越廣泛，新興的物聯網技術、智能家居等都以嵌入式系統為基礎，在這樣的背景下，市場對嵌入式人才的需求越來越重視。但就目前來看，當前高校計算機專業關于嵌入式技術方面的教學還存在一定問題，往往過于注重軟件方面的程序開發，忽略了硬件嵌入式技術的研究和教學。
在這樣的背景下，本文以CDIO功課教學模式為基礎，探討了計算機硬件嵌入式技術的發展方向和人才培養內容與方法，旨在為相關研究與實踐提供參考。
一、CDIO模式概述
CDIO模式屬于一種工程教育模式，是國家工程教育改革的一項突破性成果，由麻省理工學院等四所大學組成的研究團隊歷時四年研究獲得。CDIO模式代表構思、設計、實現及運作四個過程，以產品整個生命周期為載體，讓學生對產品研發到產品運行各個階段進行學習，實踐性較強。
CDIO理念繼承了歐美先進工程教育改革觀念，創新性的提出了可操作性的教學標準，對于提升功課教學質量有著重要的意義，代表了當代工程教育的發展方向和趨勢[1]。
就我國來看，工科教育體系需要積極培養出與世界接軌的工程師，但我國工科教育實踐還存在著諸多問題，過于注重理論和輕視實踐，過于注重學習而忽略創新，在這樣的背景下，應當積極學習并應用CDIO工程教育模式。
二、基于CDIO理念分析計算機硬件課程存在的問題
CDIO的核心為構思、設計、實現及運作，強調實踐性和創新性，基于這一理念，分析我國計算機課程中存在的主要問題。
2.1缺乏設計能力培養
近年來計算機技術發展較快，應用越來越廣泛，使得計算機系統復雜度提升，傳統軟硬件相隔離的設計方式已經難以滿足現代計算機系統要求。計算機系統平臺搭建、軟硬件協同設計等成為主流設計思想，但當前計算機硬件技術相關課程缺乏對學生這種先進設計能力的有效培養。
2.2缺乏可編程芯片設計能力培養
我國工科高校開設計算機硬件課程很少涉及到關于芯片編程的實驗課程，僅有的實驗安排在大肆，但受到教育體制的影響，許多學生畢業設計不涉及到芯片編程就不會認真學習，這就大大弱化了對學生可編程芯片設計能力的培養。
2.3缺乏創新能力培養
收到實驗條件等因素的影響，現有計算機硬件實驗大多針對的是純硬件邏輯，缺乏橫向功能拓展和縱向功能延伸，給予學生的創新空間較少，學生在現有條件下難以完成綜合性和創新性的設計。
三、嵌入式技g發展現狀
嵌入式系統是一種專用的計算機系統，其以計算機技術為基礎，以具體應用為核心，軟硬件可進行裁剪來滿足應用系統的相關要求，例如功能要求、穩定性要求、功耗要求、成本要求及體積大小要求等[2]。嵌入式系統的應用能夠實現計算機技術、電子技術與各行各業應用的有效結合，其應用前景廣泛。
嵌入式技術的快速發展和應用使得計算機分類模式發生了改變，從傳統的按體積進行分來變化為通用型和嵌入型兩類，涉及到的領域十分廣泛，例如醫療領域、航天航空領域、軍事領域、工業控制領域及金融領域中都能夠看到嵌入式系統的身影。嵌入式系統中軟硬件結合，要想從事此項工作，需要具備較高的計算機技能水平，具體來說如下：
一方面，是電子工程、通信工程等硬件專業方面的人才，這些人才以硬件設計和開發為主，開發硬件驅動程序，對硬件原理掌握較為清楚，但這些人才對復雜的軟件系統往往能力較差，例如復雜應用軟件、嵌入式操作系統的程序設計等。
另一方面，是偏軟件專業的人才，這些人才在軟件開發和嵌入式系統開發上造詣較高，且如果軟件方面人才掌握了相關硬件原理，完全可以自主開發硬件驅動程序，硬件設計完成后則需要依賴于軟件實現系統功能。但就目前來看，許多企業將硬件設計部分外包，硬件設計能力較弱，對硬件有所忽視，這就造成市場上對硬件嵌入式技術方面的人才短缺。
四、基于CDIO模式計算機硬件嵌入式技術發展方向
4.1無線網絡技術
近年來，移動設備發展快速，無線網絡也隨之發展起來，人們對無線網的需求也越來越大，而軟件系統是否能夠支持無線網絡也成為了嵌入式系統發展的關鍵所在[3]。因此，在今后的一段時期內，無線網絡應用將成為嵌入式技術的重要發展方向，就目前來看，WIFI、藍牙技術及無線傳輸技術等的應用越來越成熟，但需要注意的是，這些技術有著一定的局限性，其傳輸距離大多較近，這就需要在未來研發的過程中著重解決遠距離傳輸的問題，例如3G協議棧的開發等。
4.2網絡互連技術
在嵌入式系統不斷發展和應用的背景下，各種互聯網接口受到關注，傳統的單片機難以滿足對互聯網接口的要求，從而催生了各種新型的嵌入式系統，例如微型處理器，從互聯網接口方面來看，嵌入式處理器能夠支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多種通信接口，一些先進的嵌入式處理器甚至能夠同時支持幾種接口，但同時也需要一些硬件驅動程序，只有這樣才能夠實現輕松上網，打破眾多用戶上網的時空限制。
4.3人工智能技術
歸根結底，嵌入式技術的應用就是滿足人類相關的應用服務，人工智能化的發展和使用則能夠提升嵌入式技術的服務水平，將人工智能技術與嵌入式系統或產品相結合，實現人機交互，擴展嵌入式系統的服務應用范圍。就目前來看，人工智能技術與嵌入式系統的結合在醫療衛生領域應用較為成熟，能夠降低手術病人受到的傷害[4]。
而隨著技術的發展和社會的進步，人工智能技術的應用范圍將會得到進一步拓展，例如自動控壓裝置、自動控溫裝置等智能化儀表的應用越來越多，這都會促進人工智能技術的進一步發展。
五、基于CDIO模式的計算機硬件嵌入式技術人才培養
計算機硬件嵌入式技術課程的學習是一個系統性、長期性的過程，需要循序漸進，不僅涉及到原油的硬件課程，還涉及到后續嵌入式技術理論知識和嵌入式設計開發等。本文結合CDIO工程教育模式和理念，探討計算機硬件嵌入式技術的人才培養方向和方法，具體來說如下。
5.1學習嵌入式系統基本知識
CDIO工程教育模式強調對構思、設計、實現及運作等產品整個生命周期的研究和學習，而對于嵌入式系統來說，其構思、設計、實現及運作都離不開嵌入式系統的基本知識，因此，在計算機硬件嵌入式技術人才培養過程中，嵌入式基本知識的學校至關重要。
嵌入式系統大體可以分為三類，其一為傳統的實時多任務系統，即RTOS系統，主要包括Vxworks操作系統、Tornado開發平臺等；其二為嵌入式Linux操作系統，其不僅可以作為服務器的操作系統，在嵌入式領域也有著良好的應用前景，系統免費，支持的軟件眾多，這會大大降低嵌入式產品的開發成本；其三為Windows CE嵌入式操作系統，如Microsoft等，其進入嵌入式市場前景良好，Windows CE嵌入式操作系統雖然于近幾年才被研發出來，但卻能夠迅速搶占市場，尤其對于智能手機、顯示儀表等對界面要求較高，Windows CE嵌入式操作系統的應用有著良好的效果。通過對嵌入式系統這些基礎知識的學習，能夠讓學生全面掌握嵌入式軟件整體開發環境情況和開發平臺，形成對系統開發理性、直觀的認識[5]。
5.2 ARM技術及嵌入式微處理器
當前嵌入式處理器種類較多，例如ARM處理器、MIPS處理器及PowerPC處理器等，其中應用最為廣泛的處理器當屬ARM，ARM有著四個通用處理器系列，不同系列能夠提供的性能有所差異，但基本覆蓋了大多應用領域，有效滿足了不同應用領域的應用需求。以SecurCore系列為例，其專門應用于對安全等級要求較高的場合。因此，應當讓學生積極學習ARM技術及相關嵌入式微處理器結構，為后續產品設計研發實踐奠定基礎。
5.3指令系統與硬件電路設計
一般來說，ARM微處理器有兩種工作狀態，且其能夠在兩種工作狀態之間隨時切換，第一種工作狀態為ARM狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的ARM指令為32位字對齊指令[6]；第二種工作狀態為Thumb狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的是Thumb指令，屬于16位半字對齊指令。兩種狀態下指令有著一定的關系，即Thumb指令集合為ARM指令集合的功能子集，但相較于等價ARM代碼來說，其能夠有效節省存儲空間，節省比例能夠達到30%-40%之間。
對于嵌入式技術來說，其軟硬件可以裁剪，因此應當做好硬件電路設計工作，通過有效的硬件電路設計來獲取最優硬件組合，提升嵌入式系統的硬件性能。
除了上述提到的說那個方面之外，數字電路、數據結構算法及匯編語言和編程語言等也較為重要，需要在計算機硬件嵌入式技術人才培養中有所側重。
六、結論
綜上所述，在計算機領域，嵌入式系統的應用越來越廣泛，計算機硬件嵌入式技術越來越受到關注，計算機嵌入式技術人才的培養應當以CDIO模式為指導，以市場需求為導向，以嵌入式技術發展趨勢為依據，合理選擇教學內容，培養先進的計算機硬件嵌入式技術人才。
參 考 文 獻
[1]蘇英.基于CDIO的微機原理與接口技術教學研究[J].中國管理信息化，2016（10）：218-219.
[2]楊偉力 李偉民 楊盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系統課程改革實踐[J].科教導刊（上旬刊），2016（06）：56-57.
[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設研究[J].中國電力教育，2012（19）：98-99.
[4]王偉 王楊 孟煒 李明.變電站自動化IED設備嵌入式通信模塊的開發[J].科技資訊，2014（24）：9-10.
計算機硬件軟件基礎知識范文5
摘要：本文介紹了我校對計算機硬件實驗課程體系及實踐教學環節進行的改革，建立了“基礎層－應用層－提高層”三層體系結構的硬件課程群實驗體系，并對多層次、系列化的硬件實踐教學模式及訓練模式進行了探討。
關鍵詞：硬件課程群；實驗體系；實驗內容；實踐能力
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
我校計算機專業自99級開始進行了較大規模的擴招，但由于師資力量跟不上、實驗條件和實驗內容相對落后等原因，造成計算機硬件教育存在層次單一、教學內容滯后、理論與實踐脫節等問題，學生普遍存在著“重軟怕硬”的現象，畢業后硬件設計能力差，軟件開發缺少后勁。為提高學生的硬件動手能力，增強畢業生的社會適應性，學院自2002年開始進行計算機硬件課程群建設及相應的硬件課程群實驗體系建設，包括“計算機組成原理”等九門硬件課程及5門相關的實踐課程。本文對我院計算機硬件課程群實驗體系建設及硬件實踐教學環節的改革進行了探討與總結。
1構建科學完整的硬件課程群實驗體系
在原有的課程體系下，我院為本科生開設的硬件實驗教學課程有“數字邏輯實驗”、“計算機組成實驗”、“微機接口實驗”、“單片機實驗”。由于實驗條件的限制，各課程實驗內容相對獨立，綜合性、系統性較差；尚有部分硬件主干課程沒有對應的實驗課程，如系統結構。實驗課程體系存在諸多問題。
(1) 缺乏對學生系統設計能力的培養。傳統的硬件設計和軟件設計相分離的設計方法成為阻礙設計和實現復雜、大規模系統的關鍵因素。系統平臺的搭建、軟硬件的協同設計驗證和軟硬件功能模塊的可重用性已成為現階段設計方法的熱點。培養學生具有系統設計的思想成為當務之急。
(2) 缺乏對學生可編程芯片設計能力及EDA技術的培養?？删幊绦酒cEDA技術是現代電子設計的發展趨勢，將可編程芯片設計及EDA技術引入實驗教學中是時展的需要。
(3) 缺乏綜合性的實踐課程，學生的創新能力發揮受限。由于實驗條件限制，原有的多數實驗是基于純硬件邏輯設計的，只是在面包板上用器件構建小系統，功能擴展性差；并且只能開設數量有限、技術含量較低的實驗，學生無法開展自主的綜合性設計，無法進行創新能力的培養。
為此，經過充分調研和論證，我院首先從修改03級教學計劃入手，對課程體系中的多門課程進行了調整，同時理順各門課程間的關系，構建起了新的硬件課程體系。該課程體系由必修課程、選修課程及配套實踐三部分組成。必修課包括“組成原理”、“接口技術”、“系統結構”等基礎課程。為適應社會需求，在選修課中刪去原有的“診斷與容錯”等一些過時的課程，增加“數據采集”、“計算機控制技術”、“嵌入式系統”等社會需求較強、實用價值高的應用性課程，同時新開了“模型機設計與組裝”、“硬件綜合實踐”等實踐課程。在07版教學計劃中，又新增了“DSP原理與應用”、“嵌入式系統實踐”等新課程，保證課程體系的實用性與先進性。
硬件系列課程從體系結構上劃分為三個層次：基礎層、應用層和提高層，其課程間的關系如圖1所示?；A層為“數字電路”與“組成原理”?！皵底蛛娐贰闭n程雖然在教學體系上不屬于計算機硬件系列課程，但它是計算機硬件系統的技術基礎，是必修的前續課；“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理，解決整機概念；通過“電工電子實習”與“模型機設計與組裝”兩門實踐課程，強化學生的硬件動手能力。在應用層中，通過“接口技術”介紹應用層的接口和相關外設，以“嵌入式系統”等四門實用性強的課程作為選修課，每門課程都配有相應的實驗環節，并通過“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統實踐”強化學生對基礎知識的掌握和綜合應用。提高層為“系統結構”及“性能測試與分析”實踐課程，通過學習和實踐，能夠使學生比較全面地掌握計算機系統的基本概念、基本原理、基本結構、基本分析方法、基本設計方法和性能評價方法，并建立起計算機系統的完整概念。
在硬件課程群實驗體系建設過程中，突出強調課程體系的系統性和完備性。從第1學期到第7學期硬件實驗不斷線，層次逐步提高，實驗內容銜接連貫。注意各硬件實踐的相互次序和互補，使硬件實踐訓練層次化、系列化，以此來系統強化學生的硬件動手能力。同時調整各課程的開設順序，理順每門課與前導課和后續課之間的關系，從而保證硬件課程體系的系統性和完備性。
注：所有必修課程與選修課程均開設課內實驗，包括驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)；實踐課程單獨開設，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。
2改革實驗教學內容與模式
計算機硬件系列課程的重要特點之一是工程性、實踐性強。為了使學生在學過該系列課程后具備較強的實際動手能力和計算機應用系統的開發能力，應在實驗教學內容的設置上體現出基礎性、系統性、實用性和先進性，既要重視計算機硬件的基礎內容，又要結合當今電子與計算機的最新發展。為此，我們對該硬件系列課程的實驗教學內容和教學模式進行了改革創新。
2.1優化實驗內容，引進實驗新技術，提高硬件設計的效率和興趣
隨著計算機硬件技術的日益發展，各種各樣的微處理器不斷更新，功能不斷增強，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了驚人的發展，嵌入式系統設計也逐步成為主流。為了使學生跟上時代潮流，了解最新技術，需要不斷引入新設備、新技術，提高硬件設計的效率和興趣。如更新的“組成原理”和“系統結構”實驗臺，通過RS232串口與PC機相連，可在PC機上編程并向系統裝載實驗程序，還可在PC機的圖形界面下進行動態調試并觀察實驗的運行，使學生像設計軟件一樣來設計硬件，做到了硬件設計軟件化，大大提高了硬件設計的效率和興趣?！澳Ｐ蜋C設計與組裝”，將CPLD和FPGA等技術引入，用CPLD來設計復雜模型機?！皡R編語言”和“接口技術”補充Windows下設備驅動程序的設計與實現，增加PCI、USB的應用等內容?！跋到y結構”通過局域網組建小型的微機機群，研究探索多處理機操作系統，試驗并行程序的運行與任務分配調控等功能。為適應當前嵌入式芯片的迅速普及應用，新開設了“嵌入式系統設計”課程設計。針對學生已學過多門硬件課程，但仍不能完成一個完整的、可獨立工作的計算機系統設計問題，新開設了“硬件綜合實踐”，使同學親自體會設計一臺微型計算機系統的全過程。
2.2建立“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式
在實驗教學內容的改革上，本著“加強基礎、拓寬專業、注重實踐、提高素質”的方針，將實驗項目分為4類，即驗證型、設計型、綜合型、探索型,實驗項目由淺入深，循序漸進。在所有硬件必修和選修課程中，全部開設課內實驗。課內實驗由驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)組成。所有實踐課程都單獨開設實驗，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。這樣，課內課程中開設“驗證型”和“設計型”的實驗，在后續課程設計中，開設“綜合型”和“探索型”的實驗，形成“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式，系統強化學生的綜合設計和硬件動手能力。
在驗證型實驗中，注重使學生鞏固基本理論，進一步掌握基本概念和基本技能。在設計型的實驗中，注重培養學生的創新意識、設計能力和動手實踐能力。在這一類實驗中，以學生動手為主，教師輔導為輔，只給定實驗的課題及達到的目的，中間過程需學生自己去查閱資料和設計方案，直至最后調試完成。在綜合型實驗中，注重培養學生綜合運用所學知識的能力，使學生受到更為實際、更加全面的科學研究的訓練。綜合實驗的特點是沒有現成的模式可循，學生需要獨立完成硬、軟件設計和調試。在調試過程中，學生自己動手分析解決實驗中出現的問題，雖然有一定的難度和深度，但對學生很有吸引力，能使學生從應付實驗變為主動實驗，不僅提高了基本操作技能，也發揮了學生的主觀能動性和創造性。課程設計的部分內容屬于探索型實驗，學生可以自主選擇感興趣的課題及相關開發工具，寫出設計書，交給指導教師審核后實施。在這一過程中，學生需要查閱大量的資料，培養了學生的自學能力、研究設計能力、獨立分析問題及解決問題的能力和創新能力。
2.3確立“系列化硬件實踐訓練”方案
硬件實踐訓練由“課程實驗－課程設計－綜合訓練－畢業設計”四個系列組成。課程實驗――所有硬件課程都開設。課程設計――在“嵌入式系統”、“組成原理”等重點課程中開設，在這些課程的課內實驗中進行部件或模塊實驗，在課程設計中進行綜合性、創新性設計。綜合訓練――通過“硬件綜合實踐”展開。該課程安排在大四開設，是一門綜合性設計實踐課程，也是對前面所學課程的一個全面應用和總結，在硬件課程群建設中起著“總練兵”的作用。通過讓學生親自設計一臺小型計算機控制系統，包括計算機的各個部件和功能，“麻雀雖小，五臟俱全”，旨在讓學生真真切切感受到如何設計一個可獨立工作的計算機系統，強化和提高學生的綜合實踐能力，培養學生的創新思維和創造能力。畢業設計――每年精選一定數量的硬件畢業設計題目，提供實驗場所、設備及材料，讓對硬件感興趣的同學去實現自己的設計，放飛自己的理想。學生以接近于實際應用環境，完成高質量綜合設計為訓練手段，以掌握計算機硬件結構與應用系統設計作為主要訓練目的，使學生對計算機的整個硬件系統有較全面、較系統的掌握。要求學生能夠根據需要設計出一定規模的計算機硬件應用系統實例，從模板設計、制作、總線的走向、計算機部件選取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、運算能力的調試、結果正誤的判斷分析等流程的設計到具體的制作，直至最后寫出畢業論文，使學生建立系統的概念與工程的概念。
3結束語
上述改革取得了令人滿意的效果。大學生對計算機硬件實驗課程學習的興趣增強了，實驗室開放期間，有更多的學生走進了硬件實驗室。在畢業設計時，有更多的學生選擇了與計算機硬件系統設計和開發相關的課題。學生做完硬件綜合實習和硬件畢業設計課題后，普遍充滿自豪感和成就感，感到硬件設計及底層軟件開發不再可怕。通過這樣的訓練，提高了其綜合設計能力和創新能力，同時也鍛煉了他們的團隊合作精神，步入單位就能直接勝任計算機應用系統設計、開發的工作，實現高校、學生、用人單位等各方面的多贏。同時我們也應該看到，隨著新技術的不斷發展，計算機硬件系列課程及其實驗體系的建設和實驗內容的改革是一項長期不懈的工作，需要不斷完善。
參考文獻
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計算機硬件軟件基礎知識范文6
關鍵詞：軟件基礎;教學探索;高校計算機
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）42-0165-03
一、引言
隨著信息技術的發展，計算機硬件基礎課程已經成為了理工科專業學生的必修課程，它的綜合性和實踐性強，是后續專業課程學習的基礎。該課程是硬件和軟件相結合的一門課程，在硬件設計方面，達到能設計接口電路的水平;在軟件開發方面，培養學生使用匯編語言或者C語言進行程序設計的能力，達到能編寫接口程序和設備驅動程序的水平。通過該課程的學習，使學生掌握計算機的基本組成結構和工作原理，更重要的是使學生掌握硬件電路設計與應用開發能力，培養學生運用理論知識解決實際問題，因此課程的實踐性非常強。
二、計算機硬件基礎課程教學中存在的問題
由于該課程教學內容比較抽象，知識點多，學生普遍反應不好學，學習起來缺乏興趣，這樣就更加大了該課程在教學上的難度。主要體現在以下幾個方面：
（一）在教學方法方面
傳統的教學方法基本以教師講授為主，學生大多只是被動地接受。由于課程涉及的概念多、專有名詞多、接口芯片多，理論基礎復雜，往往使初學的學生感覺入門較難。計算機的接口設備之間通常使用匯編語言編程，而該語言屬于低級語言，編程復雜，比C語言等高級語言更難掌握，單純理論講授使學生難以理解，會使學生覺得枯燥無味，失去學習的興趣。由于該課程的邏輯性和完整性強，計算機的內部結構是指令系統的基礎，不同的CPU采用的指令各不相同，而指令系統又是匯編語言程序設計的基礎，指令掌握不好，就會給編程帶來困難，各部分知識銜接緊密，一環扣一環，因此，學生必須全面地掌握各個知識點，否則將會嚴重地影響學習效果。該課程還有一個特點就是硬件電路圖多，接口芯片應用舉例多，包括各種芯片的內部結構圖、時序圖、硬件電路圖等，接口芯片的應用不僅僅要設計硬件電路，而且要編寫應用程序，畫出程序流程圖等。
由于硬件學習的難度較大，因此在學生中普遍存在重視軟件忽視硬件的現象。產生這種傾向的原因是多方面的：一方面是硬件課程掌握起來花費的時間多，個別學生存在急功近利的錯誤認識等;另一個重要的方面是硬件系列課程的教學改革力度不夠，使得目前的教學方法無法與飛速發展的計算機技術接軌，無法滿足學生獲取新知識的需求。
（二）在教學內容方面
計算機硬件基礎課程基本上都是以微機或者單片機為藍本來學習計算機原理，教材內容覆蓋面大。課程往往是以8086/8088、80386或是80486微機的結構為主線，首先講不同類型微機的硬件結構以及對應的指令系統，然后是基于該系統的匯編語言程序設計，最后是各種接口芯片的結構及應用。但是由于理論學時有限，在教學過程中只能夠選擇一種微型機芯片或者是某種型號的單片機進行教學，為了適應微型計算機系統的飛速發展，必須改革教學內容，既要強化基礎知識，又要加強對學生應用能力的培養;既要把典型的微型計算機原理和架構傳授給學生，又要把計算機技術發展的最新水平和狀況介紹清楚，使學生能夠舉一反三、觸類旁通，通過學習一種典型的芯片達到對同類芯片的普遍認知，從而具備獨立自主的學習能力。其次，隨著信息技術的高速發展，微型計算機更新換代頻繁、新產品和新技術不斷涌現，硬件基礎教學中的基礎性和先進性、前沿性的矛盾比較突出。當今的微型計算機已經從原來的32位全面進入64位。而現在的教學中還是以16位微機為基礎的。因此，該課程內容顯得繁雜難學，跟不上時代。
教學內容的改革主要思想是要增加對現代微型計算機系統的介紹。在常規教學內容的基礎上，增加現代微機系統中的新技術、新應用和新方法，如USB總線技術、高速緩存Cache技術、多核技術、高性能計算機、計算機體系結構等知識的介紹，以32位微機的典型代表80486和Pentium作為基礎教學內容，選用教材也應該反應這種變革，同時兼顧64位微機的介紹。這樣既開闊了學生的視野，讓學生能更深入地理解軟、硬件結合設計系統的方法，又能增強學生將來就業的競爭性。
（三）在實踐教學方面
由于計算機硬件基礎課程是一門實踐性非常強的課程，只有通過實踐才能真正地理解其中的知識點，使學生不僅知其然，而且知其所以然。當今社會提倡創新能力的培養，學生如果不通過動手實踐，只是死記硬背書上的理論，無法達到教學的目的。但是，由于實踐教學中存在的實驗設備不足、方法單一，實驗內容不能達到學生能力培養的目的，再加上知識點多，學生的學習時間有限，忽視對實驗結果的深入分析和理解，導致部分對實踐教學內容失去興趣，往往難以把實驗的內容應用在后續的學習和工作中。因此，當前的實踐教學無法培養學生必要的設計、創新能力，無法使學生感受到所學知識的應用價值，有必要在這一基礎上進行能力培養的擴展。以為國家培養合格人才為目標，重視實踐教學的作用，改進教學內容，把實踐教學放到和理論教學同等重要的地位。
現在的硬件基礎實驗多為驗證性實驗，缺乏綜合性實驗和設計性實驗。學生往往是照抄書上的程序，然后在實驗設備上運行來觀察運行結果，沒有充分發揮學生的創新思維能力，更無法提高學生自主學習獲取知識的能力，因此教學效果不理想。目前大，多數高校計算機硬件基礎課程都是采用某種類型芯片的實驗箱進行，而這些實驗箱提供的實驗內容為固定模塊化的組織形式，學生只需要連接較少的導線，輸入現成的程序就可以完成實驗，由于實驗內容和方法的局限性，學生處于被動接受的地位，從而使學生無法發揮主動性和創造性。
三、基于“口袋實驗室”的實踐教學新模式
以往學生做硬件類實驗都必須在硬件基礎實驗室里進行，用到的實驗器材包括面包板、電源、萬用表、示波器等，但是由于實驗儀器陳舊、老化，實驗內容落后于技術的不斷發展。而且由于學生人數遠遠多于實驗設備數，往往是幾個學生一組做一個實驗。甚至有時候由老師將實驗過程和結果向學生展示，而學生得不到充分的應用實驗設備的機會。隨著新技術的發展，目前的小型硬件開發板已經可以通過USB接口連接到電腦上，再配合圖形界面的閃存編程器和調試工具等就能完成硬件基礎實驗，讓學生的實驗不再局限于在傳統的實驗室進行。
國內一些高校已經開始推行“口袋實驗室”的教學創新，口袋實驗室是將名片大小的實驗板卡發到每個學生的手上，裝在口袋里可以隨身攜帶，隨時操作，在完成各種基本實驗的基礎上，激發學生的興趣，發揮學生的獨創精神。清華大學、華中科大、浙江大學等國內名牌高校已經開始大力推行口袋實驗室的實踐和創新，其他高校也緊隨其后。比如，華中科技大學電信系的150名學生每人拿到了德州儀器（TI公司）捐贈的一塊能揣進口袋，僅有名片大小的LaunchPad開發板，學生可以在寢室、圖書館等地輕松做實驗。清華大學學生則獲得了Xilinx公司捐贈的Spartan 3開發板。浙江大學的學生以分組的模式開展，每個小組使用一塊開發板。為使學生真正掌握所學內容，不設實驗室實驗，學生分組后發給實驗板和軟件，課下自行安排，不設統一的作業，由分組學生自行討論后制定設計課題，以發揮學生的創造性和積極性。不設筆試性考核，進行全部學生參加的各組自選課題大作業演示和答辯，期末的答辯和演示成為教和學的最好檢查。國內其他一些高校也開始了口袋實驗室的創新嘗試，使用的開發板大多以Xilinx，Altera公司的FPGA板卡為主。
借鑒其他高校的成功經驗，我們在計算機硬件基礎課程的教學過程中開展了“口袋實驗室”的創新研究，按照方案制定、授課實踐、形成結果、總結推廣的步驟實施。其中，方案的制定需要決定硬件開發板的選型和配套開發軟件，由于FPGA芯片具有靜態可重復編程以及動態系統重構的特性，可以像軟件一樣通過編程來修改硬件的功能。學生可以通過硬件描述語言完成各種數字電路到高性能CPU的設計。使用FPGA還可以縮短設計時間，特別是當電路有少量改動時，FPGA的優勢更加突出，因此，采用FPGA芯片進行口袋實驗室的選型優勢較為明顯。與開發板配套的軟件資源豐富，并且要提供豐富的實例以供學習分析。除了給學生提供硬件開發板和配套的軟件以外，編寫基于FPGA的硬件實驗參考教材供學生學習參考。開發板的管理采取學生分組借用的方式，建立損壞賠償機制，促使學生養成認真細致的工作作風。學生可以選擇在宿舍、機房、實驗室等場合進行實驗。
在實驗內容的設計上分為三個類型，驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗。緊貼硬件基礎課程的理論教學過程，要求學生完成存儲器設計實驗，I/0中斷實驗、輸入輸出接口實驗、A/D和D/A實驗等基本理論實驗。并且及時更新實驗內容，循序漸進地培養學生的實際動手能力，為學生開展自主創新活動提供條件。為此，可以將多個獨立的驗證性實驗內容組合成一個綜合實驗的方式來實現，如將5255并行芯片、8254定時器及8259的中斷實驗，綜合成一個由中斷及定時器控制的彩燈循環顯示電路的綜合設計性實驗，培養學生的系統設計能力和獨立工作能力。還可以利用當前應用廣泛的PCI、USB線以及Windows驅動程序編寫等內容，要求學生分組進行設計課題的制作，設計課題由學生自選題目，該題目可以與每年進行的全國大學生電子設計大賽項結合，以發揮學生的創造性和積極性。對于綜合性和創新性實驗，學生需要撰寫實驗報告，總結個人實驗的結果和體會，通過實驗報告的撰寫可以培養學生對科技活動的總結能力，科技論文的寫作能力。并且采取課堂匯報的方式，由學生講解、演示，教師提問的方式進行考核。學生通過課題設計熟悉用語言實現數字系統的多種方法，學會工程調試的基本思想，理解數字系統設計的整體概念，體會團隊合作的重要性。使學生具有了一定的軟硬件開發能力，還可以讓學生了解當前計算機應用領域的先進技術，接受新的設計思想和方法，培養學生自主創新能力，可以更好地適應今后的工作和學習，達到良好的實驗效果。
四、結束語
計算機硬件基礎課程是一門理論性和實踐性都很強的課程。隨著計算機技術的不斷發展，課程的內容也產生了很多新的元素，這就要求改進傳統的實踐教學模式以適應素質教育和鼓勵創新能力培養的要求?；诳诖鼘嶒炇业挠嬎銠C硬件課程教學模式可以在學時數有限的約束條件下，為達到較好的教學效果提供支持，體現學生自主學習的新思路。解決計算機硬件基礎課程重理論、輕實踐的弊端，改善硬件類課程實驗設備不足、教學力量薄弱的瓶頸，增強學生的動手能力。
參考文獻：
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