计算机硬件概述
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计算机硬件概述范文第1篇
关键词：非计算机专业；计算机硬件；教学质量
作者简介：郭华（1978-），男，河南灵宝人，军械工程学院信息工程系，讲师。（河北 石家庄 050003）尚静（1978-），女，河北石家庄人，河北经贸大学公共外语教学部，讲师。（河北 石家庄 050061）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0129-02
计算机学科是一门科学性与工程性并重的学科。长期以来，工科高校非计算机专业通常开设如下课程：计算机应用基础、计算机软件课程和计算机硬件课程。其中“计算机硬件技术基础”是针对非计算机专业开设的计算机课程中具有应用性和实践性的专业基础课程。随着计算机课程的建设要求变化，学生对硬件课的期望值逐渐上升，“计算机硬件技术基础”面临新的需求和挑战。
一、课程面临的问题
“计算机硬件技术基础”是一门实用性很强的专业基础课程，主要内容为80x86系列的微型计算机基本组成和工作原理，汇编语言程序设计的基本方法，微型计算机输入输出设备以及典型接口电路和接口技术。课程大纲要求通过该课程的学习，掌握微型计算机的基本理论知识，同时也注重培养学生分析和解决实际问题的能力。经过多年的完善，课程在形式上已经建设得比较完备，但也存在一些问题，主要问题有：学生仍然感觉课程很抽象，难于理解；概念很多，不容易掌握；需要记的内容很多，内容之间的关联不明确，缺乏系统性。学习深度不够，不具备解决实际问题的能力。
传统的解决方法多是在课程的形式上下工夫，比如课程体系建设、教材的选择、互动式教学和实验方式的改革等等，缺乏对课程内在特性和学生的学习规律等深层次问题的考虑。笔者通过更深入地思考找到了一些解决以上问题的方法，并在具体教学实践中取得了较好的效果。
二、内容讲授形象化
课程内容讲授的直接目的是把知识教给学生。教师考虑的主要问题是如何让学生更容易理解和接受，同时有利于启发学生进行思考。当知识成为课程时，内容逻辑上更加严密、准确，同时也更加抽象。人对知识的学习需要经历从形象到抽象的过程，学生在没有任何计算机硬件知识的情况下，抽象的内容会难于理解。
任何事物都具有某种程度的相似性，比喻是传递语意的重要方法，任何复杂问题都是可以被简单比喻的。合理利用比喻能将抽象和难以理解的内容转化成形象和容易理解的内容。
在讲授硬件中存储器内容和地址区别时，可以将存储器比喻成一个大楼，楼里有很多房间，每个房间就是一个存储单元，房间的号码就是地址，房间内的东西则是存储的内容。通过比喻可以将抽象问题形象化，加深记忆和理解。
存储器分段是计算机硬件中的难点，需要进行比较复杂的比喻。计算机等级考试时，每个考生的考号是唯一的，这个考号很长，例如2000104000010017等等，这个考号是由几部分组成的，通常是考点号加考场号加座位号的组合。对于某一个监考人员，一般只监考很少教室的考试，具体到某一个教室，也就确定了前面的考场号和考点号组合，在这个前提下，监考人员关心的就是后两位，除非换教室，否则前面是固定的。这样做的好处是监考人员在不换教室的前提下，关心两位号码，而不是例如2000104000010017长的号码，在某个考场内，通过两位号码就可以对应到某个考生。对应到存储器分段，例如2000104000010017就类似于物理地址，一个考场可以看作一个逻辑段，教室中考生号码前面考点号加考场号就是段地址，后面两位座位号就是偏移，一个考场内的考生前面考号是固定的。
通过对教学中的难点用形象的例子进行解释，学生不仅对知识的要点理解得更透彻，而且也增加了计算机硬件学习的兴趣。恰当运用比喻需要对计算机硬件知识体系有深刻的理解，对问题形象化的前提是必须把握内容的核心关键所在，不恰当的比喻不仅不会使问题简单化，还可能使学生对知识产生误解。
三、递进式的引入概念
人对事物的认知是从感性到理性，从形象到抽象。微积分在牛顿和莱布尼茨发明的一百年的时间里，虽然已经在运用，可是逻辑推理并不严密，后来在加入极限的概念后才完善起来。可见，概念实际上是知识发展到一定阶段的结晶。
计算机硬件课程一大特色就是概念多，对概念的引入需要讲求方法和时机。一个严密准确的概念并不一定适合于初学者。比如，学习汇编语言时用到INT指令，这是一条中断指令，在课程体系安排中，中断章节比较靠后，而现在学生还根本不知道什么是中断，如果现在将中断的定义告诉学生，由于缺乏相关知识的支撑，学生根本不可能理解，但是现在又要用到这个指令，可以将简化的定义告诉学生，中断可以暂时理解为一个函数调用，这个定义是不严密，不准确的，但是，对于当前学习程度的学生却是适用的。等到学到中断章节时，再将准确定义给出，学生在以前理解的基础上继续完善，就更容易接受这个新概念。
通过递进式的多次解释同一概念，学生对概念的理解会越来越清晰，越来越准确。运用这种方法，学生原来普遍反映计算机硬件课概念多、不好理解的问题得到了有效缓解，而且考试结果反映出学生对概念的理解更加准确。
同样，总结性的内容因为其高度抽象性，不适宜过早教给学生。总结性的内容是教师多年对课程理解的精华，但同时也更加抽象，对于初学硬件的学生，理解起来是很困难的，这就好比给儿童上哲学课一样。因此，对于总结性的内容，都安排在课程的后期讲解，前期更多的是具体的示例和实验。
四、合理调整授课内容的顺序
计算机硬件是一门系统性很强的学科，各个部分之间联系紧密。硬件课程内容多，讲授时则必须把课程内容分成相对独立的章节，但由于学生对其他知识上相互关联的章节并不了解，从而造成了学习上的困难。现有的内容顺序编排虽然概念准确，逻辑严密，其顺序适合对计算机硬件有所了解的人，并不适合初学者学习。针对学生而言，需要有一个由浅入深、逐渐清晰的过程，而不是说明书式的教学。学生对硬件的认识是整体由朦胧变清晰的过程，不是分部分清晰的过程。
计算机硬件课程涵盖两大部分，软件和硬件。这两部分各有各的特点，软件重点是培养学生解决实际问题的能力，授课时不仅局限于指令的使用，更多的注意力放到了把问题转化成程序的能力上。硬件重点是讲解整个计算机硬件系统结构的设计框架，软件和硬件彼此紧密联系。原有课程顺序如表1所示：
表1 原课程内容安排
序号 章节
一 概述
二 系统结构
三 汇编语言
四 存储器
五 I/O接口和总线
六 典型接口应用
上述课程编排比较明显的问题是：
第二章系统结构知识高度抽象，学生不容易理解；因为第二章没有学明白，缺乏对重点的把握，汇编语言学起来也很吃力；学习接口应用的时候，由于弄不清楚和前面知识的关联性，学生感到更加迷惑。
这样的讲授方式试图把每一部分都清晰地教给学生，本质上是违背了学生接受知识的过程，因此总体教学效率很低。很多学生往往在课程最后才通过自己的努力才把整个体系结构大致搞清楚。
针对上述不足，对整个教学顺序做了小幅度调整，调整后顺序如表2所示：
表2 调整后课程内容安排
序号 章节
一 概述
二 汇编语言
三 典型接口应用
四 系统结构
五 存储器
六 I/O接口和总线
建立合理课程顺序的原则是要符合学生的学习能力，关键分成两步做：一是寻找合理的课程切入点，二是建立合理的编排顺序。
计算机硬件课程切入点有两个可选：一个是数字电路，从最基本的逻辑电路讲起，再从加法器到CPU的结构；二是汇编语言。对于非计算机专业的计算机硬件教学，学生的基础是学过计算机软件，而且由于非计算机专业学生并不对组成原理做深入的学习，因此，最合理的切入点应该是汇编语言，这部分内容实践性很强，最具体，最形象，通过上机练习可以看得到，摸得着。
确定了切入点，然后就要逐步深入地将课程教给学生。汇编讲完后，然后再讲典型接口应用，典型接口应用相对也比较具体，学生通过接口实验加深对计算机硬件的了解，最后讲系统结构。整个计算机内容逐步由浅入深，由形象到抽象，由模糊到清晰。
具体教授时，对关联知识做适当的讲解，过深，学生听不懂；过浅，内容不够用。例如，汇编语言是需要硬件知识的，采用简单讲解，计算机由三部分构成，CPU、存储器（RAM）和I/O设备。CPU中有寄存器，寄存器和存储器的目的是存放数据，程序中的数据能放到寄存器中，就不要放到存储器中，因为访问存储器还要通过总线，速度慢，寄存器就在CPU内部，速度快。寄存器包括AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI通用数据寄存器。讲授时没有把所有概念和盘托出，仅介绍和汇编语言直接相关的，使学生在不需要很多基础概念的前提下，快速学习汇编语言，同时，通过对汇编语言的练习，学生对计算机硬件结构有了更加明确的认识。讲授时不追求面面俱到，不追求过于严密的逻辑和体系。
当学生学完第三章后，通过了汇编语言和接口实验的上机练习，已经对计算机硬件有了初步的认识，在此基础上讲授更加抽象的系统结构知识，学生感到很多不清晰的知识变清晰了，甚至对某些知识有恍然大悟的感觉。
通过以上的调整，学生对课程的理解更容易，学习效率明显提高。课程顺序调整的总体原则是把握计算机硬件知识的特点，同时了解学生学习的基本规律，由浅入深，由形象到抽象，由感性到理性循序渐进。
五、结束语
课程内容的讲授更多侧重知识层面，但更高层次的目的并不是知识，而是交给学生发现问题，思考问题，解决问题的能力，这也是高等教育区别于初等教育的根本所在。通过计算机硬件的教学，希望学生能够建立计算机结构体系的基本框架，具备初步的计算机硬件应用能力和创新能力。学生的创新能力本来就存在，关键在于能不能挖掘出来。创新来源于思考，思考来源于对问题的深入，而要深入问题则先要把知识踏踏实实地学明白。针对计算机硬件教学，外在的教学形式虽然重要，但更重要的是课程知识的内在联系和对学生的了解。要在教学中充分发挥学生是主体、老师是主导的基本作用，老师和学生都应该踏踏实实深入学习，深入思考，而不能仅仅局限于应付考试。
参考文献：
[1]雷向东，雷振阳，等.加强计算机硬件课程体系建设与教学质量提升的研究[J].教育教学论坛，2012，（25）.
计算机硬件概述范文第2篇
关键词：计算机硬件；信息安全；创新技术
在现阶段中，世界已成功步入信息时代、科技时代，我国也不甘落后，我国有关计算机的科技技术也在迅猛发展，然而随着发展速度的加快计算机硬件的问题逐渐显现出来，相较于计算机的发展来说较为落后，尤其引起人们关注的就是计算机硬件设计安全问题，这是一个很严肃的问题，这个问题会对计算机系统、人们的信息数据造成或大或小的影响，所以，解决计算机硬件设计安全问题势在必行。
1计算机硬件安全的概述
在使用计算机的过程中，外部环境对计算机有很大的影响，所以对计算机运行时外部环境的要求很苛刻，要求计算机外部环境清洁度较高，计算机温度不能过高要适中，计算机四周电压要保持稳定，做到这些并保证外部环境良好就能够尽可能确保计算机硬件正常运行、不出故障。保证计算机硬件安全还有一个很重要的技术，这个技术叫做加固技术，计算机在设计生产中使用加固技术加固后能够防震、防腐蚀以及防水，这样的计算机能够一整天在野外工作，所以加固技术是一个很重要的技术。计算机的硬件除了自身有问题会影响自身安全外也会有其他多方面因素对计算机系统造成安全影响。例如，计算机的中央处理器内部都会存在一系列集成保密的指令代码，虽然说这些指令代码是保密的，但是到底是否是绝对保密、安全的并不能得知。据悉，我国的中央处理器或许存在着病毒指令代码或者陷阱指令代码，外国能够通过无线代码激活中央处理器内部的各种指令，使得计算机内所有的信息、资料泄露，同时也可能会使计算机崩溃，并且这一崩溃将是毁灭性的，一旦这一消息是真实的，那么我国的计算机系统将随时可能会被攻击，导致硬件泄密、信息泄露，甚至更严重的是硬件泄密还会很大程度上影响电源安全，从而导致产生电源泄密的情况。电源泄密是什么呢？电源泄密是计算机所发出的电磁信号顺着市电电线被传导出去后被人为使用特殊的手段和工具把这一电磁信号拦截下来并加以还原。其实，计算机就像是人的身体，有很多零部件，计算机中的零部件每一个皆是能够控制的，所以又出现了一个专业名词就是可编程控制芯片，一旦这一可编程控制芯片的程序被准确破解，那么就能够控制计算机，所以现在要做的就是保证芯片是不能够被控制的，因此，要做好计算机硬件安全防护工作，保证计算机硬件安全，保证计算机硬件的设计安全。综上所述，可以看出，计算机硬件的最主要也是最重要的安全问题就是信息安全问题，信息安全重点工作就是保密、集成、实用，想要保证信息是安全的，就需要工作人员教授计算机购买用户操作计算机的方式方法，从而确保计算机硬件安全以及整个系统信息的保密安全。计算机硬件一直在发展中，它的发展过程比较漫长，通过它的发展过程能够知道一点，那就是计算机硬件安全是什么，它指的就是一个安全系统，这个安全系统是由以下三点结合在一起产生的，这三点分别是集芯片设计、电路设计以及工程设计。
2计算机硬件的设计安全发展现状
计算机系统中有各种各样的元件，这些构件组合起来构成了物理部件，也就是所谓的计算机硬件。根据分析调查得出，现阶段，计算机硬件发生的安全问题基本上可以分为三种，相应的，产生问题的原因也大概能分为三种，包括输入设备、储存介质、输出设备。首先，就输入设备来说，以它为源头产生的计算机硬件安全问题大致有两种，一种是所输入的信息资料、数据资料存在问题引发安全威胁，一般情况下发生这种情况是因为输入的信息存在木马病毒，从而导致计算机系统信息数据安全受到一定程度的威胁。另一种是在输入过程中没有依法进行运作而造成安全问题爆发，一般情况下发生这种情况都会导致计算机内部信息数据被破坏与泄露，后果严重。其次，就储存介质来说，以它为源头产生的安全问题主要是计算机系统内部的储存介质没有给信息资料、数据资料提供安全保障，安全保护层没有搭建起来就会导致信息数据在面临被破坏以及非法拷贝时毫无抵挡之力。最后，就输出设备来说，以它为源头产生的计算机硬件安全问题主要是输出设备自身具备的记忆性能会导致信息数据输出时的操作动作留下痕迹被复制下来，这在一定程度上使得信息数据处于危险状态下。
3计算机硬件的设计安全分析
在信息时代迅猛发展的潮流下，计算机硬件设计安全问题逐步显现出来，相应解决这些安全问题的方案也逐渐被提出来，其中有一些新兴安全方案设计精妙，实用性高，并且成本不高、功耗不高，这类新兴安全方案的主要代表有设计多样性以及独特数字签名等。除此之外，在新兴安全方案出现的同时还有一大批新兴技术产生，如纳米技术、光纤技术、射频互联技术以及等离子技术等，新兴技术的出现使得新兴安全方案发挥出更大的作用，但是任何事物都有两面性，内在变异有好的一面也有坏的一面，它能够使得检测恶意攻击行为的复杂程度大大提升[1]。现阶段已普及使用的硬件系统主要有新的安全原语设置、硬件木马检测、新型综合技术、物理不可复制技术、硬件安全协议等。
3.1硬件木马
根据上述可知硬件木马检测已被普遍应用于计算机，硬件木马与病毒相似，都会对计算机硬件、计算机系统安全造成威胁，是一种较为恶意的程序，这一恶意程序主要针对的是计算机原始芯片，它会恶意改变原始芯片。尽管在现阶段看来仅有少部分硬件木马被发现，但是由于硬件木马对计算机硬件、计算机系统安全影响程度很大，所以现阶段大部分有关研究人员都积极对硬件木马进行研究。研究人员在研究过程中选用的研究模型有很多种，所以每个研究人员研究的难易程度不同，普遍情况下，那些过于标准规范的结构以及性能检测无法有效检测木马攻击。如果将工程变异忽略不计，那么检测木马的工作实际上就是针对一截输入序列的有关功耗进行测量，主要测量的功耗有两个方面，一方面是开关功耗，另一方面是泄漏功耗，然后将测量结果与研究所用的模拟模型进行对比。但是，之前忽略不计的工程变异对于硬件木马的检测工作来说，使得检测工作的困难程度以及复杂程度大幅度加大。若在不是关键的路径上安放木马，或者让已有的门电路和硬件木马连接在一起并且将其隐藏起来，会使得硬件木马检测工作难度、复杂度加大，这时对硬件结构或者对旁道进行的检测都无法达到预期效果。在近期又有新的检测方法被提出，它们能够避免前面提到的传统检测方法的弊端进行木马检测，如热调节技术。硬件木马检测方法仍在不断被提出，这对计算机硬件设计安全具有很大的意义。
3.2物理不可复制技术
计算机硬件设计安全发展至今普遍被研究的还有一个课题就是物理不可复制技术，物理不可复制技术是一个新兴的比较新的概念，物理不可复制技术前景广阔，它能够提供一组特殊的映射，该映射与芯片的制造工艺间存在依存关系，这种映射的方向是从输入开始到输出结束。其实物理不可复制技术采用数学或者是统计的方式实现逆向工程是很难的，这正是由于物理不可复制技术中存在的依存关系，除此之外，芯片的映射还存在不可预测的问题，这也使得实现逆向工程变得更加困难。现阶段，随着对计算机硬件设计安全问题以及物理不可复制技术的研究深入，越来越多的物理不可复制技术被研究人员提出，并加以试验，最终成功实现，然而，在很多现在被提出的物理不可复制技术方案里，仍旧存在输入到输出的映射数量有限、芯片结构存在线性或者偏低非线性特性等问题，这些问题使得物理不可复制技术的安全水平大幅度降低[2]。通常情况下我们所知道的物理不可复制技术的结构都或多或少存在一部分弊端，例如输入到输出数据库的指数级不稳定时常变化。物理不可复制技术中有一种是公开物理不可复制技术，它是一种能够轻易被反向工程的特殊物理不可复制技术，能够制造出一种刚刚兴起的加密系统，这种系统被叫做非对称加密系统。这种非对称加密系统里，相应的加密和解密密钥是不一样的。非对称加密技术中，加密密钥和解密密钥不相同。在很多种状态下，需要像物理不可复制技术或者公开物理不可复制技术以某种方式集成到设备电路的安全原语，有很多方式能够实现集成。
4计算机硬件设计安全的策略
4.1做好内置安全确认工作
想要很好保证计算机硬件设计安全，第一个需要做的事情就是做好内置安全确认工作，内置安全确认工作重点是在测试和制造计算机芯片时使用物理不可复制技术和外延平面集成电路技术以电路设计形式来保护硬件网络之间互联的协议也就是IP。那么怎样来进行内置安全确认工作呢？计算机硬件内置安全确认工作、保护工作的程序大概是下面的几步，首先，使用物理不可复制技术将最初设计好的集成电路在集成电路制造工厂中进行制造，在制造后能够获得一种发生变异的公开物理不可复制技术序列，再通过电子设计自动化工具进行编译工作，从而能够得到新的产物也就是物理版图，把前面已获得的公开物理不可复制技术序列和已经过加密处理的集成电路信息进行合成然后得到校验密钥，接下来就在刚刚得到的集成电路的物理版图中挑选关键区域，把校验密钥进行加密处理后得到验证模块，随后把验证模块加在最初设计好的已形成保护层的集成电路的物理版图上，最后将其应用到集成电路产品的生产制造中[3]，从而就完成了内置安全保护工作。有关工作者通过对内置安全保护工作的了解和认识能够更好进行内置安全确认工作，从而更好保障了计算机硬件设计安全。
4.2检测外置辅助安全
想要更好改善现存的计算机硬件设计安全问题还需要采取的策略就是做好外置辅助安全检测工作。现阶段，大多数都会使用可靠性R、可用性A、可维修性S3个指标也就是RAS技术来进行对外置辅助安全的检测工作，与此同时，外置辅助安全检测工作还要依赖可以信任的密钥关机部门制造公开密钥以及私用密钥，其中公开密钥一般是被把信息数据进行加密然后保存在电路里面，而私用密钥一般被安置在用于检测外置辅助安全的密钥储存器内。
4.3研发时注重安全设计
计算机硬件设计安全问题是多方面存在的，所以在进行计算机安全设计的整个过程里不仅仅需要加强对技术领域的监管检测，还需要关注多方面，避免因为设计方案、设计想法、设计工作者以及实施工作时的重点这些因素产生计算机硬件设计安全问题。除此之外，现阶段存在的一个问题是计算机硬件的设计研发工作者不够了解计算机硬件，认识计算机硬件的程度不深，所以还需要提高他们对计算机硬件的了解与认识，与此同时，还需要更加注重计算机硬件的设计安全功能[4]。总之，在设计研发中要注意内置以及外置，搞好设计安全，制定计算机硬件设计安全检测制度以及相关检测程序，除此之外，还要注意评估输入设备、储存介质与输出设备，以便发现问题、解决问题。
4.4注重创新技术
计算机硬件设计安全问题的出现追根究底还是由于相关技术水平还有待提高，在目前来看无法适应时代的进步，所以，想要解决计算机硬件设计安全问题重点需要注意创新技术，进一步完善计算机硬件的安全设计技术。
5结语
综上所述，计算机硬件设计安全问题需要引起设计人员、研究人员、使用人士的广泛注意，不可以忽略问题、轻视问题，要敢于面对问题并采取正确的方式，研究更为有效的技术来解决问题，保证计算机硬件设计安全，保护计算机系统内部的信息数据。
参考文献
[1]曾颢.计算机硬件的设计安全分析[J].数字技术与应用,2016(4):222.
[2]王科超.计算机硬件的设计安全探究[J].山东工业技术,2015(8):135-136.
[3]刘亮.计算机硬件设计安全问题分析[J].黑龙江科技信息,2015(17):232.
计算机硬件概述范文第3篇
关键词：硬件技术基础 课程整合 教学方法 考核方法 教材建设
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0141-02
对计算机偏软专业而言，在教学培养目标方面，掌握必要的计算机硬件基础知识非常重要，能促进培养全面发展的、具有扎实功底的系统设计和开发的高级人才，但具体开设哪些硬件课程？在本科的哪些阶段开设？学生需要掌握哪些硬件知识？掌握到什么程度？具备哪些硬件实践能力？这些问题都是培养方案中需要切实解决的、非常重要的问题。
《计算机硬件技术基础》是我院软件工程、网络工程、信息安全等专业必修的一门专业基础课程，其目的是对于计算机偏软专业如软件工程、信息安全等只需要通过一门计算机课程精炼的学习，就能够掌握必备的计算机基本的硬件知识，从而培养具有扎实硬件基础的 高级设计开发人员。
该文通过该课程的定位分析，围绕课程体系、教学内容、教学方法、实践教学、考核方法等方面对该课程的教学改革进行了一系列的探索和实践。
1 课程的定位
本课程定位在大专院校计算机偏软专业如软件工程专业、软件学院各专业、网络工程专业、信息安全专业等对计算机硬件基础需要有一定了解，同时也无需安排多学时、多门课程的教学要求，以《计算机组成原理》课程教学大纲为主线，涵盖数字逻辑与设计、微型计算机与接口技术和计算机系统结构等相关硬件课程的内容并进行有机的衔接，达到一门课程完成对计算机硬件系统涉及内容讲解的目标。课程围绕如何理解和构建一台简单的计算机硬件系统为目标，全面而系统地讲解计算机组成的工作原理，同时以最具代表性的Intel 8086为背景，简要讲述微处理器及常用的接口电路的原理，并从计算机系统结构的角度讲述了提高计算机系统性能的各种方法和技术[1]。
目前，这门课程安排在大一的下学期开设，先导课为《计算机导论》，共80课时，除了理论教学和实验教学之外，还安排了一周的课程设计。
2 课程改革的具体措施
2.1 重视课程内容的建设，突出应用性
《计算机硬件技术基础》课程涉及的知识点非常多，且内容比较抽象、枯燥，难以理解。内容主要涉及到《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，通过调整教学大纲，减少重复度，把上述四门课程整合为一门课程《计算机硬件技术基础》[2]，从而通过一门课程的学习，就能覆盖计算机偏软专业所需掌握的硬件知识；同时对教学内容进行优化和调整，精炼教学内容，突出重点，以注重能力培养为目标，重点讲述计算机组成的工作原理，并强调微机原理及接口技术的应用。另外，增加目前广泛使用的32位机的硬件技术，确保教学内容与时俱进，激发学生的学习兴趣。
2.2 改善教学手段、改革教学方法
不断改革教学方法和教学手段，改变传统的灌输式教学模式，根据教学内容，提倡启发式、讨论式教学方式，在教学过程中，注意学生学习能力的个体化差异，注重因材施教。另外，在课程教学中积极探索研究性教学方法，改变传统教学以教师为主的现象，体现以学生为主导，激发学生的学习兴趣，提高学生自主式、探究式学习能力。
2.3 加强实践教学、提升动手能力
该课程的实践教学环节除了实验教学之外，还安排了一周的课程设计。在实验教学环节，改革实验教学内容与体系，不断更新实验项目、实验内容；在课程设计环节，突出综合性、应用性，不断提高学生的动手能力、实践能力。
2.4 改革考核方法、实行“教考分离”
改革传统考试中的“谁任教，谁出卷”的考核方法，课程组通过多次研讨，规范课程的教学大纲、重点、难点，建立《计算机硬件技术基础》试题数据库，并每年更新10%的试题，每次考试前根据题型、知识点、难度等从试题库中抽题组卷，从而对课程实行“教考分离”，避免了任课教师不同，试卷的要求和难度不同的情况。课程考核后，课程组还需进一步对试卷进行分析和对课程进行考试后的总结，并以此促进下一轮课程教学质量的提高。
2.5 依托网络教学平台、丰富网络教学资源
在课程建设的同时，不断加强网络教学平台的建设，制作了多媒体课件，并逐步完成课堂教学视频的制作。依托扬州大学网络教学平台，本课程的教学资源如教学大纲、教案、课件、教学视频、实验指导、习题等全部上网，并设置了疑难解答[3]。通过网络教学平台，弥补了课堂教学受时间、空间控制的不足，方便了师生间的交流，提高了教学效果。另外，制定了网络教学资源更新计划，更新比例要求每年不低于10%。
2.6 强化师资队伍的建设、不断提高教学水平
结构合理的师资队伍是课程建设的关键，是合格人才培养的基础和保证。通过成立《计算机硬件技术基础》课程组，建立了一支由教学水平高、工程能力强的、教授领衔的，副教授、讲师等教师组成、老中青搭配的硬件教学团队[4]，保证了课程建设的连贯性。课程组注重培养骨干教师，尤其加强对青年主讲教师的培养，积极鼓励青年教师参加各类学术会议和培训，通过老教师指导、课程组研讨、督导听课、学生反馈等手段不断提升教师的教学水平，同时鼓励青年教师积极参与企业工程项目，提高工程实践能力，以实践促进教学。
3 成效
近几年来，课程组对《计算机硬件技术基础》课程不断进行深入的改革与探索，在课程建设方面开展了一系列工作，取得了以下成效。
3.1 整合教学内容、优化课程体系
针对计算机偏软专业的培养要求，课程组通过多次研讨，对该专业所需掌握的硬件知识进行归纳、整理，并重新制定了教学大纲。在课程的内容方面，围绕“硬件”这条线，整合了《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，减少了重复度，突出了重点，突出了应用性，同时在教学中穿插介绍当前最新的计算机知识点，确保教学内容与时俱进。
3.2 构建了多层次的实践教学体系
本课程实践性、应用性比较强，为加强课程的实践教学，构建了课程实验、课程设计等多层次的实践教学体系。在实验环节，主要完成数字逻辑实验、计算机部件实验、微机接口等方面实验，为提升学生的动手能力，在实验项目设计方面，既有简单的验证性实验，又有一定难度的设计性实验和综合性实验，通过实验难度的不断提高，循序渐进地培养学生的思考能力、创新能力。在课程设计环节，突出应用性，把汇编程序、FPGA、硬件设计等内容结合起来，进一步培养了学生的动手能力和综合能力。
3.3 加强了实验室的建设
现有的硬件技术基础实验设备比较落后，远远滞后于现代计算机技术的发展，通过多方调研，及时维护现有实验设备，同时更新、引进先进的硬件设备，从而大大改善了实验室的硬件设备，实现教学与时俱进，为培养高质量的人才奠定必要的基础。为满足对学生课后开放实验室的需求，同时为提高实验室设备的技术含量和使用效率，下一步，将制定创新性、开放式实验室规划及开放计划，鼓励学生利用课余时间到实验室来积极参与实验及科研项目，从而进一步加强学生的动手能力、综合能力[5] 。
3.4 强化了教材建设
为配合课程体系、教学内容的改革，课程组结合多年的教学经验，编写了兼具“实用”和“创新”特色的教材《计算机硬件技术基础》，2011年由机械工业出版社出版。本教材共分为11章，第一章概述；第二章介绍数字电路与逻辑设计的基本知识；第三章至第八章重点讲述了计算机组成原理的内容，介绍了运算器部件、存储器部件、控制器部件、总线和指令系统等；第九章到第十章以Intel 8086微处理器为背景，讲述了微型计算机的基本原理以及常用的接口电路及其使用方法；第十一章讨论了指令流水线、多处理机系统等基本概念和工作原理[1]。
通过对全书内容进行精心编排，使得教材内容衔接流畅、深浅适当、通俗易懂；覆盖知识面宽、叙述简练、重点突出；满足了一门课程涵盖计算机硬件系统涉及内容的讲解要求。目前该教材在我院软件工程专业已使用四轮，学生使用效果较好，后续还将继续对教材内容进行更新，确保教学内容与时俱进。
4 结语
《计算机硬件技术基础》是一门理论性、实践性都很强的课程，如何针对不同专业的培养目标，适应不同层次学生的教学要求，做到因材施教，提高学生创新能力，课程改革是关键，该课程为计算机偏软专业的学生通过一门课程的学习，掌握必备的硬件知识作了有益的探索。在课程教学过程中，由于涉及知识点较多，要注意突出重点，强化应用，另外在教学过程中要及时反映硬件发展的新技术，做到与时俱进。
参考文献
[1] 李云，葛桂萍.计算机硬件技术基础[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2] 孙德文.计算机硬件课程改革与建设探讨[C]//大学计算机课程报告论坛论文集.2006.
[3] 黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011（5）：36-37.
计算机硬件概述范文第4篇
关键词：虚拟机技术 计算机硬件与软件课程 应用
中图分类号： TP393-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（a）-0019-02
1 虚拟机技术概述及虚拟机软件特征
1.1 虚拟机概述
虚拟机分为基于软件方式的虚拟机和硬件方式的虚拟机两种，一种是当前运用最普遍的虚拟机，另一种是寻求发展的虚拟机，目前我们探究的是前者。对环境适应性质的加强是很有必要的，使分区独立得以改善，也使计算机改革和创新得以完善，对完整计算机技术加模拟，这样的计算机也就是虚拟机。在中间层次的基础上实现计算机资源的管理和再分配，这就是虚拟机技术的实质，能够最大限度地利用资源并实现共享是最为重要的，使内在支撑得到改善。
1.2 虚拟机软件及其特征
目前虚拟机技术的探究已经有了一定的基础，所以完善的过程支撑是极为重要的，有关的条件限制得以实现，使其中的认同得到这一步的改善，近些年来才得到实际的应用和认同。当前 Virtual Pc和VMware这两款虚拟软件较为流行，和Windows系列、PS/2等软件进行比较，都可以在Windows系统的基础上模拟出许多计算机，VirtualPc 2004以后的版本不支持Linux操作系统，而VMware支持；在X86保护模式下VMware客户操作系统能够直接运行，虚拟机的运行有着出色的性能和逼真的环境，教学中普遍运用这种软件。
下面这几种是虚拟软件的特征。
（1）任何一个虚拟机都存在一个VM控制块，比如VM控制块的执行状态，它包括复制的VM寄存器等。
（2）它有着独立的设备、存储器和CPU等，有相应的保护针对I/O 端口和每个虚拟机等设备，能够得到计算机系统的全部资源。
（3）对于任何一个虚拟机的虚拟内存系统分配而言，都采取了相互之间没有任何联系的地址空间。
（4）一个主机上能够运行多个机器，使安装系统得到优化，其中的内容得到改善，虚拟机之间的对话得以加强，其中的共享和网络资源得到改善，资源得以整合和利用。
（5）从虚拟机来看，会阻止有关系统受到伤害，控制整个过程，可以区别和安装，对硬盘而言，加强操作的效率对硬盘的操作有巨大的帮助，主机和虚拟机系统有较好的隔离性，资料得以逐渐完善。
（6）硬件可以实现间接的复制，改善硬件的内涵是很有必要的，使其中的差异得到进一步完善，没有必要太在意其中的不同，可以直接修复和维护虚拟机系统造成的损坏，使其功能得以实现。
（7）不仅可以修改虚拟机系统的各种配置参数，还可以对其进行设置，比如设备参数、硬盘大小、内存容量和虚拟机名称等。
2 虚拟机技术在计算机硬件和软件课程教学中的实践应用
由于高校计算机硬件及软件这些课程的实践性较强，所以加强实践能力对大学生来说是很有必要的，完善教学方法和教学理论，使动手能力加强，教学内容的连贯性得以改善，学生的实际动手能力得到加强。
2.1 虚拟机技术导入计算机课程的主要环节
从课程和教学内容设计的主要环节有：（1）安装应用软件；（2）设置计算机BISO；（3）配置和安装操作系统；（4）格式化和区分硬盘；（5）还原和备份系统。
2.2 虚拟机软件辅助计算机课程教学的优势
因为多媒体教室普遍的操作系统是Windows 2000，具有明显的公用特性，参数不易被修改，满足课程的管理需求，对近些年的问题做了探究，发现再探究后会出现许多教学上的问题，总结出以下关于虚拟机软件辅助教学的好处。
（1）在投影仪上不能看出物理计算机对BIOS的设置过程，目前管理有了相应的基础，各任课教师不能任意进入和修改BIOS，利用虚拟机能够很好地处理这种情况。
（2）物理计算机阻止以下破坏性操作：格式化和对硬盘分区等，教师可以执行以下操作命令：学生演示FDISK、Format等，这可以实现虚拟操作过程演示。
（3）物理计算机阻止各任课教师安装别的应用软件和操作系统，如Linux，而利用虚拟机就不会有这种限制，还能够根据需要修改和配置系统参数，比如注册表和内存大小。
（4）利用克隆软件Ghost，教师不仅能够提高系统的优化能力，还能够提高其备份能力，虚拟机有时能够利用不同模式代替投影仪。
（5）网络环境的搭建，主机通过联系其全部虚拟机网络达到资源共享，使网络媒体的授课力度得到加强。
（6）VMware Workstation是一款很好的虚拟机软件，它可以使录制效果得到改善，实现视频和截图的作用，这使课件的多媒体使用途径得到增强，教学成功的概率也得到加强。
2.3 虚拟机技术可实现软件课程的实验平台
实验环节虚拟机软件可以给实验带来真实的计算环境，下面几点是利用软件课程构建实验平台的优势。
（1）用很少的实验设备可以完成众多实验。
（2）使成本管理降低。从实验来看，许多功能有待于完善，不像机房那样会重新安装和改善管理，所以系统是会出现崩溃的，完善实验步骤极为重要。通过虚拟机软件的采用，根据实验的需要会在虚拟机中安装操作系统，比如在磁盘上生成虚拟机文件，也叫做Guest OS，就可以解决上面的问题。在物理计算机中安装一个虚拟机软件和Windows操作系统，不仅可以增加效率，还可以提高性能。
（3）有较强的独立性，学生的自主学习能力、环境的改造能力和约束能力得到加强，使实验课程更加完善，进一步整合和利用了其中的方法，其中的安装环境得以改善，学生的适应性加强，学生先后使用同一台机器。这样，假如一个学生通过正确配置，在虚拟软件中能够安装同一个操作系统的众多副本，后面的操作都是正确的，不会给学生的实践带来问题，所以，在逐步使用虚拟机软件后，学生可以采用各自的Guest OS，学生的实践动手能力可以得到准确和真实的反映。
3 结语
虚拟机技术为高校开展计算机硬件与软件教学提供了一个高效的教学平台，搭建的真实教学环境为教学实验的开展提供了便利条件，虚拟机技术应用于计算机专业课程教学中给学生课内外提升自主学习的动机提供了现实的可能，成为教学实践中应进一步推广的一种比较先进的辅助教学技术。
参考文献
[1] 阳树铭.虚拟机技术在中职计算机组装与维护课程教学中的作用[J].新课程研究（中旬刊），2014（5）：99-100.
计算机硬件概述范文第5篇
摘要：本文在简要分析当前独立学院硬件课程教学中存在的问题后，结合作者参与教学改革的经验，从推动课程体系、课程内容改革、加强实验实践教学环节等方面，对独立学院计算机硬件课程的教学工作提出了若干改进措施和有益建议。
关键词：独立学院；教学改革；课程体系
中图分类号：G642
文献标识码：B
1独立学院计算机硬件教学存在的问题
1.1课程体系设置不合理，不能跟踪地方的人才需求
不少独立学院不能根据所处区域的产业特点和自己的办学特色合理设置课程体系，而是照搬总校的课程体系，停留在本本主义，甚至视调整课程体系为禁忌。例如，在硬件课程上连续开设“电路分析”、“模拟电子技术”和“数字逻辑电路”，其难度不亚于电子专业，导致学生对计算机硬件课程产生畏惧心理。再如，连续开设“计算机组成原理”、“微型计算机与接口技术”、“单片机系统开发”、“嵌入式系统开发”等课程，而其中有较多内容重叠，授课教师之间又缺乏沟通，致使学生觉得课程索然无味，浪费学生较多时间。
1.2过分强调理论内容，不能因材施教和跟踪行业发展
独立学院的生源质量比一般本科院校差，这是不容分辩的事实。而目前，不少独立学院不但课程设置照搬总校，而且课程教学内容也完全照搬，甚至于追求与总校材。教师在课程讲授过程中不能考虑学生的学习底子和领悟能力，面面俱到，过多地强调理论知识，而忽视应用能力的培养。结果是一门课程结束，学生一头雾水，老师也不断抱怨学生素质差，课上得辛苦。对理论性较强、较抽象的计算机硬件课程而言，这一点表现的尤为突出。另外，计算机科学日新月异，新器件层出不穷，而有不少教师忽略科研和工程实践，不能根据行业发展适当拓展课程内容，导致学生觉得课程无用，失去学习兴趣。
1.3对实验实践不够重视，实验环境建设投入不足
硬件实验根据实验内容需要相应的专门设备和工具，配备专业的实验人员，一般投入较大。而很多独立院校对
硬件实验重要性认识不足，加之学院运行模式的制约，在硬件实验室建设和实验人员培训上的投入得过且过，严重影响实验教学效果。
以上诸多原因，加之硬件课程本身的抽象性和复杂性，致使大部分学生重视软件学习，对硬件课程的学习兴趣普遍不高，硬件课程的教学效果较差。笔者对广东省2006年若干兄弟院校计算机专业毕业选题做了调查，结果涉及硬件的选题不超过12％，其中还包括教师硬性指定学生选题，这从一定程度上反映了计算机硬件教学中存在的问题。
2对计算机硬件课程体系和课程内容改革的实践
2.1课程的整合与优化
2005年我系在充分调研的基础上调整细化专业方向，在原计算机科学与技术、软件工程的基础上细分嵌入系统、信息终端、游戏软件、数字媒体等专业方向，并根据各专业方向灵活调整课程设置。例如在硬件课程上，大胆地将“电路分析”和“模拟电子技术”合并为“电路与模拟电子技术”；取消“汇编语言”，将其内容并入“微机原理”，并适当增加学时；为突出应用，将“电路与模拟电子技术”、“数字逻辑”和“嵌入式系统开发”等实验独立出来，除基本实验外，以课程设计形式单独考核。
2.2精简课程理论内容，拓展课程内容
独立学院培养目标是理论够用，突出实践的复合型应用型人才，所以授课时应注意基本概念、基本理论和应用技能的教授，对理论性较强的内容适当简化或删减。例如“计算机组成原理”课程，笔者在讲到CPU子系统时，先概述CPU的组成及原理，再结合实验系统详细讲解不同控制器CPU的工作机制和原理，而略去了计算方法中关于乘
除的部分并简述控制器的详细设计过程等内容，使学生将注意力放在对CPU整体工作机制的把握上，而不是电路构成和设计上。
另外，计算机科学发展迅猛，新理论、新技术、新发现从提出到实践应用的周期大大缩短，所以教师还应密切跟踪计算机科学发展的新成果，适当拓展课程内容。
3对计算机硬件课程实验实践教学改革的探讨
3.1加强实验室建设，开放实验室
实验室是组织实践教学的重要阵地，为了突出应用、加强实践，学校必须加大对硬件实验室人力和物力的投入。而好的实验条件，需要更好的开发和利用，因此还必须适当开放实验室。开放实验室包括开放时间和开放内容。硬件课程实验通常比较复杂，如按两个学时去安排实验，学生往往不能真正理解和独立完成实验。这就要求在实验时间上给予学生较大的灵活性，开放实验时间。在规定学生的实验内容以后，学生可以在较大范围内选择完成实验的时间，提高学生学习的主动性。另一方面，硬件课程相对比较抽象，而通过动手实验学生可以看得见、摸得着，反复试验和观察，有助于学生更直观地理解和掌握所学知识。如能在课程规定实验内容外，由学生根据自己的疑问、爱好和专业，选择和设计规定以外的实验内容，将极大地提升实验效果，同时有助于学生创新能力的培养和提高。例如，我们设立了专门的数字电路及模拟电路、单片机及嵌入式系统开发等开放实验室，并且组织教师有计划地开设一些“科技训练项目”，吸引本科生参与实践，学生均表现出较强的学习兴趣和创造能力，取得良好的教学效果。
3.2精心设计实验内容，培养学生专业兴趣和工程能力
实验选题分为三个层次：基础实验、设计性实验和综合设计性实验。教师应根据不同的实验目的，合理地创造性地选择和设计实验题目。例如，我们硬件课程组在反复交流探讨的基础上对“数字电路”、“组成原理”、“嵌入式系统开发”等课程实验进行了精心选择、编排和设计，极大地改善了硬件课程的教学效果，而且涌现出了一批优秀的学生作品，部分学生还提前半年到一年完成毕业设计，进入企业公司参与项目实践，得到单位好评。
4推进教学方法的改革，提高教学效果
4.1利用多媒体教学
充分利用CAI课件，可将器件的工作原理动态呈现出来，使模糊抽象的概念变得直观、形象。例如，在讲“计算机组成原理”的运算器、控制器及存储器时，作者采用FLAH动画技术制作课件，对CPU执行指令时的信息流进行动态演示，取得较好的教学效果。
4.2抽象问题具体化对
对于一些比较抽象的内容，若能将其与生活实践相联系具体化，可能收到事半功倍的效果。例如，在“计算机组成原理”讲到存储器的组织时，笔者将存储单元比作教室的一排座位，一个存储器芯片比作一个大教室，存储器的组织扩展就相当于教室的拼结扩大，给芯片安排内存地址就是给教室安排编号，而寻址就是根据编号寻找教室和座位。通过这样的类比，学生马上掌握了存储器扩展的原理和方法，取得很好的教学效果。
4.3难点分散化
使难点分散，不但方便了教学，而且有助于学生循序渐进地掌握课程内容。例如，“数字电路”课程中可编程逻辑器件、VHDL语言等内容都非常广泛，且有一定的深度和难度。笔者在讲授时将PLD的内容分散到组合逻辑电路和时序逻辑电路中，将VHDL语言及其应用分散贯穿于整个授课内容，在最后对PLD可编程逻辑器件及VHDL语言在各种逻辑电路分析与设计中的应用进行比较、归纳。如此调整之后，教学效果有明显提高。
5提升教师科研、教学和实验员指导水平
5.1鼓励教师参与科研，投入实践
虽然独立学院的定位是教学型大学，但是实际上教学和科研是分不开的。钱伟长院士说过“你不教课，就不是教师；你不搞科研，就不是好教师”。科研反映了教师对本学科的了解程度，教学以科研作为底蕴，教师就能形成自己的观点，对课程体系和教学内容的改革做出思考――学科中哪些课程是核心课程，哪些课程需要去推陈出新，课程中哪些内容需要加强，哪些内容需要删减等等。中山学院计算机系目前取得的成就与努力开展科研是分不开的，2007年我系投入科研经费80余万元，科研极大地提升了教师的教学水平。
5.2积极组织和参加科技竞赛，推动教学改革
独立学院由于运行机制和人员编制等问题，开展科研往往有一定困难。这时，组织和参加大型科技竞赛就可以作为对独立学院教师科研的一个补充。例如，我院计算机系从2004年开始积极组织参加全国大学生电子设计大赛、“博创”杯嵌入式系统设计大赛，广东省嵌入式软件设计大赛等各种大型学科竞赛，经过培训、选拔、参赛的过程，不但在学校形成了你追我赶的专业学习氛围，而且对促进教学改革起到了积极的作用。
6总结
以上是作者的一些体会和看法，当然，随着信息时代的进步和课程改革的深入，计算机硬件课程的教学工作仍有大量有待探讨的问题，期待能与同行切磋和交流。
参考文献：
[1] 夏百战，骆浩等.《计算机组成原理》教学探讨[J]. 福建电脑，2008，(5).
[2] 邱晓雅，关于独立学院特色建设的几点思考[J]. 江苏高教，2007，(3).
[3] 旷海兰，刘新华. 计算机专业硬件实验教学分析及探讨[J]. 衡阳师范学院学报，2004，(12).
计算机硬件概述范文第6篇
关键词：课程改革；计算机组装维修；市场调研
中图分类号：TP305 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 15-0000-02
1 引言
《计算机组装与维修》课程在计算机专业课程体系中占据重要地位，是计算机应用技术专业的一门专业学习领域课程，其主要任务是：培养学生成为具有一定理论知识，又有较强的实践经验的专业技术人员，特别是在计算机的维护和维修方面，使学生学有专长。本课程设计的基本理念应遵循高等职业教育“行动领域和项目导向”的理念，依据IT行业对计算机专业能力要求，制定教学情境与典型工作任务，以实际工作项目为载体开展理论实践一体化教学，实现对学生的技能培养目标。
2 课程现状分析
目前本课程的教学为理论课+实训课的教学模式，理论授课为一学期，56学时，学期末实训一周，30学时。
理论内容主要有以下几大模块为：计算机系统概述；中央处理器；主板；内存储器；外存储器；显示卡与显示器；机箱、电源、键盘与鼠标；常用多媒体部件；微机软件安装；电脑常见故障及维修。
根据授课内容安排及近几年授课效果，目前本课程存在以下几个问题：
2.1 理论知识比重较多，实践操作训练不足
《计算机组装与维修》课程的教学目标是学生通过学习，能完成计算机硬件的组装、软件的安装和处理各种微机故障，增强解决实际问题的动手能力。要实现这一目标，只能通过大量的实践环节教学去实现。然而，在原有的课时安排中很难实现，片面强调了理论知识实践能力得不到切实提高。
2.2 教学资源严重不足
我院目前没有足够规模的专门的计算机硬件实验室，原有的可拆卸的计算机经过多年的实验已不能胜任目前的教学实验需求，处于待报废状态。学生多，设备少，课时少。
2.3 教材内容、考核方式等均存在问题
众所周知，当今世界计算机硬件的发展日新月异，新技术、新产品层出不穷，然而相应教材的内容却严重滞后。原因是教材从编写到出版再到征订都需要花费一定的时间，这使得学生拿到教材后，其内容已经陈旧，不能与时代同步。如果这样的教材再用上几年，这样的问题会更为突出，严重挫伤学生学习该门课程的积极性。
本门课程固有的考核方式是采取理论考核的方式，不能客观反映教学质量与学习水平。
3 市场调查
本次市场调查主要围绕计算机硬件市场的技术发展、企业用人方向两个方面进行。一是让学生了解计算机的前沿技术和流行配置，二是通过调查问卷的形式，对个体经营户、公司、工厂、计算机类专业技术公司进行调查，汇总出企业的用人方向。我们采取走出去的做法，让学生了解社会需求。调查地点为周边区县电脑公司、网络运营商及各科技市场。得出典型工作任务与职业技能要求：
工作任务与职业技能要求
硬件销售、组装维修、办公设备维护作为本门课程基础，是在课程目标中明确提出并要求掌握的内容，但限于目前的教学方法及资源设备，还不能完全达到教学要求。个人PC的软、硬件知识是网络管理的基础，因此，本门课程也是计算机网络技术课程的先导课程。
4 改革方向
通过本课程的调研与改革，我们期望学生掌握计算机维修方面的知识，具备维护维修计算机的基本技能，为从事计算机组装、计算机维修等工作打下基础。
4.1 根据调研结合实际，确定改革方向
（1）改变课程安排，去掉冗杂的理论知识学习，改为两周（60学时）的实训，理论与实践并重，重点在技能培养。
（2）教学内容选取，本课程的教学内容选取针对职业岗位的实际工作任务，根据IT行业企业的发展需要，以应用为目的，依据真实的工作任务来选取，教学内容分层次结构，具有一定的针对性与适用性。整体教学内容分四大模块：电脑产品、硬件维修、操作系统、数据安全。
（3）教学内容的组织与安排在教学过程中，淡化理论，突出实践，采用“任务驱动、情境教学、学训一体”的方式组织教学内容。
（4）考核方式改革，考核分三大部分：实训表现与态度、项目完成过程与质量分析、实训报告内容文字表达。其比例为10：70：20。
4.2 实训内容具体安排
（1）计算机部件的选购与搭配：认识计算机的硬件组成；掌握计算机各部件性能指标；掌握各部件的选购与搭配。计算机硬件性能指标检测：了解硬件检测方法；掌握CPU-Z工具软件的使用。
（2）计算机硬件的安装与拆卸：掌握主板插槽与接口；掌握各零部件的安装与拆卸方法；能连接各种数据线及电源线；能熟练拆装完整的计算机。计算机整机调试：掌握BIOS与CMOS；正确进行BIOS设置；开机类故障排查。
（3）安装原版Windows XP：硬盘主从跳线设置；硬盘的分区与格式化；正确安装Windows XP纯净版；使用Everest工具软件检测下载驱动安装。
（4）安装Windows XP Ghost版：安装Windows XP Ghost版；WinPE下安装；U盘制作系统盘。认识Ghost软件完成硬盘对拷：Ghost软件完成分区备份与还原；Ghost软件完成硬盘对拷。
（5）Windows 2000server操作系统：用原版Win98安装98操作系统；Windows 2000server操作系统。
（6）杀毒软件的安装与使用：病毒分类及预防；瑞星、金山毒霸、江民；防火墙。
（7）光驱维修及刻录软件的使用：光驱分类、性能指标；刻录数据光盘；刻录系统光盘；光驱的维修。
（8）电脑维修常用检测方法及工具使用：微机系统的故障形成原因；微机系统故障的常规检测方法；简单部件维修。启动类故障诊断：控制面板线的连接；显卡、内存类故障。
（9）数据恢复软件EasyRecovery的使用：正确安装使用EasyRecovery；能够恢复格式化的文件。
4.3 改进考核方法
考核方式上采取答辩考核的新方式，由小组长组成评委会，对每个小组成员进行答辩考核，考核主要问题如下：
（1）安装操作系统的整个流程（选择性操作）；
（2）光盘刻录软件可实现基本的三种功能：数据刻录、音频视频刻录、系统启动盘。（操作）；
（3）请说出计算机选购的主要部件，阐述其功能并讲述选购原则；
（4）若某用户C盘文件丢失（格式化）给出解决办法（操作）；
（5）根据给出的硬盘、光驱将硬盘设置为主，光驱设置为从（操作）；
（6）若用GHOST系统安装之后，主页无法修改，该如何做（操作）；
（7）控制面板线的连接，在无跳线说明的情况下如何开机；
（8）开机开不了，有异常响声，怎么办；
（9）如何用Easyrecovery进行数据恢复（操作）；
（10）若要将系统启动盘刻录到4.7G的DVD盘上，需要的ISO文件有什么要求；
（11）某用户对硬盘分区不满意，想调整C盘的容量，请给出方案，要求数据无丢失（操作）；
（12）若安装原版操作系统后须安装驱动，怎么才能知道显卡型号（操作）；
（13）密码清除方法（两种）阐述原理（操作）；
（14）CPU及散热器安装注意事项；
（15）做好操作系统后，已安装应用软件，并对主页进行修复，打上漏洞补丁，现在需要对系统做备份怎么做；
（16）若C盘系统文件丢失或损坏，进入不了操作系统，在重做之前怎么才能把桌面上有用的文件拷出；
（17）检测CPU与内存的参数；
（18）光驱使用时间长，读盘困难，怎么办；
（19）PQ分区（操作）；
（20）如何制作U盘安装盘。
5 结束语
课程改革的目的是为了使学生更好地掌握专业知识，作为职业院校必须与社会紧密相连，在教学中淡化理论强调实践，培养技能型人才，计算机组装与维修作为计算机专业的核心课程，课程改革势在必行，硬件拆卸与组装、电脑选型、系统盘的制作、操作系统安装、分区工具的使用、系统备份与还原、数据恢复等项目是作为一个计算机从业者必须具备的基本能力。笔者通过对市场调研、选取教学内容、确立课程标准、建立课程网站、改革教学过程、改进考核方式等措施，教学效果明显，不仅仅有效调动学生的积极性，并使理论与实践操作切实结合，大大提高了学生的技能水平。
参考文献：
[1]刘小伟等.电脑组装、调试与维护实训教程.科学出版社，2007
计算机硬件概述范文第7篇
关键词：台式计算机 组装 维修方式 分析
中图分类号：TP305 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0014-02
计算机是当前社会生活中必不可少的工具，通过算机能够获取所需的信息资源内容，为日常办公与学习提供保障。其中，计算机组装和维修具有十分重要的作用，特别是台式计算机，是其使用的重点。在长期使用的过程中，计算机的维修问题也会随之突显出来，最常见的就是软硬件故障与病毒的防护等。同时，计算机的组装和维修工作会对其使用效果产生一定的影响，维修方案的科学化制定能够为计算机运行的稳定性提供保障，也是应用计算机的重要前提。为此，对于计算机组装和维修方式的深入研究具有一定的现实意义。
1 计算机概述
计算机也被称之为电脑，属于电子计算机器，计算速度极快，实现逻辑与数值计算的同步性，最重要的是其储存记忆的功能十分强大，能够针对具体程序对信息内容进行自动化与高速化的处理，在当前智能电子设备中占据重要地位。计算机的重要组成部分就是软件系统与硬件系统，如果计算机内部不具备安装软件，则被称之为裸机[1]。根据实际用途与性能进行划分，主要有网络计算机、微型计算机、台式计算机与个人计算机等多种类型。
国际范围内的第一台计算机于1946年被发明出来，被称为电子数字积分计算机。而其发明的主要目的就是对弹道进行计算。也正是在计算机问世以后，全球范围内开始了新一轮的技术革命，其中，计算机技术也实现了飞速发展，在长期研究与实践过程中，电子管计算机已经向着晶体管方向发展，而实际应用的领域也更加广泛，不仅在科学研究计算中出现，同时也融入到人们的日常生活与娱乐中。为此，计算机逐渐成为社会生活当中办公与娱乐的必要工具。与此同时，在对国家综合实力衡量的过程中，计算机产业的发展水平发挥着关键性的作用。而目前，计算机也将智能化、模型化以及自动化作为重要的发展方向。
2 关于台式计算机的组装问题分析
所谓的台式计算机也是现代计算机中的一种，也被称之为桌上型的计算机。这种计算机最主要的优点就是价格合理，且具有一定的耐用性。与相同价位的笔记本相对比，其性价比要更高一些，且具体配置要高于笔记本，所蕴含的功能也十分强大，具有良好的散热性。另外，台式计算机的硬件不容易受到损坏，而且在更换方面，价格也更经济。但是，其体积较大，十分笨重，在耗电量方面要远远超出笔记本。对于台式计算机的组装，具体指的就是将台式计算机所需具备的兼容配件进行选择，并且将不会出现冲突的配件安装起来，最终形成台式计算机。
其中，台式计算机的组装配件主要有主板、硬盘、CPU、光驱、内存与显示器等。台式机组装的过程具有明显的复杂性与专业性特点，而且会涉及到与计算机相关的网络知识与计算机硬件及软件知识等。为此，在计算机组装前，要熟练掌握计算机的专业知识，而最重要的知识内容就是故障的处理、软件与系统的安装以及硬件结构多个方面。其中，在组装台式计算机之前，应当把具体的需求状况作为参考依据，根据实际情况来采购配件。值得注意的是，选购配件的时候一定要提高对性价比的重视程度[2]。在购买机箱的时候，需要确保其结构的合理化，且机箱内部的电源需要满足计算机实际运行的具体需求。另外，在选择主板方面，应当重视和其他配件之间的兼容效果。基于此，台式计算机组装并不仅仅指的就是配件的购买，同时还要有螺丝刀、尖嘴钳以及镊子等多个工具。在实际组装的时候，在机箱内部安装电源，而主板的安装同样要安装在机箱的内部，但是必须要确保固定的效果。在安装台式计算机主板前，应该事先把其他io的配件安装于主板之上，特别是内存条或者是显卡等相关配件。与此同时，在安装CPU的过程中，必须要保证CPU入到主板的处理器插座当中，应及时涂抹散热硅脂，对散热风扇进行有效的安装。在对台式计算机显卡安装的时候，其总线插槽要选择合理，随后需要将内存条安装好，最后对驱动器进行安装。当完成计算机配件安装工作以后，针对不同配件之间连线与连接的正确性进行严格检查，在确定指示灯与电源开关线正常的情况下，将机箱盖改好。对显示器、音响和键盘鼠标等外接的硬件设备也要及时地安装。在台式计算机所有部件安装完成后，仍然要对各接线检查。在试运行中如果屏幕的显示正常，就可以对系统进行初始设置，并且将操作系统与驱动程序及时安装，针对所有配件的运行状态予以确认。
3 台式计算机维修方式的相关阐述
在台式计算机使用的过程中，故障是不可避免的，即便计算机硬件已经取得了极快的发展，使其技术含量不断提高，但同样也增加了维修的难度。一旦计算机发生故障，会对其使用效果产生直接的影响，因而必须要合理制定出维修方案，有效增强维修的效率，确保计算机运行的正常性。
台式计算机最常见的故障就是软件和硬件这两种，在维修过程中，应尽可能避免将故障的范围扩大，并且在维修之前应当对装机单与具体的配置进行详细地核对与确认。
在维修硬件故障之前，应对附近设备的异常状况进行详细的观察，对电源的环境进行全面检查，以保证对电源状态进行有效的掌握。在开箱以后应当对机箱内部的温度、湿度以及清洁度进行检查，若灰尘量过多，必须要及时清除。随后，需要对配件与接线的设置以及温度等展开严格审查，确保连接的准确性，一旦发现连接错误亦或是断针的问题，一定要全面考虑多种因素来确定故障的具体类型[3]。在确认的过程中，应进行深入全面的分析，实时观察，对原始的安装状态进行详细的记录，并注重配件状态的查看。
在出现软件故障的时候，则需要对系统加载软件或者是软件之间的不匹配情况进行分析与确认。其中，一定要对配件驱动安装详细地查看，检查其兼容效果，并对BIOS的状态予以确定。
针对台式计算机维修工作，最关键的就是要始终遵循基本性原则，要全面思考再采取维修措施，首先维修软件而后对硬件进行维修。其中，间隔法、比较法以及综合法和替换法等都是台式计算机主要的维修方式。但是在实际维修的过程中，还需要将计算机故障的具体表现作为重要参考依据，正确地选择维修的方法。而最小系统法是解决软件故障最常见的方法，对于硬件故障，最好使用替换方法。
4 结语
综上所述，计算机在人们日常生活与工作中的作用逐渐突显出来。其中，计算机组装对计算机的性能具有直接的影响，所以，在装机方面要保证配件选择的合理性，以有效提高配件的性价比。而计算机的维修工作可以及时消除其故障，使得计算机的运行处于正常状态，制定最佳维修方案，选择最理想的维修方法，为台式计算机的使用提供保障。
参考文献
[1] 张瑞锋.台式计算机的组装与维修方案研究[J].数字通信世界，2015（10）：142.
计算机硬件概述范文第8篇
关键词:计算机组织与系统结构;计算机组成原理;计算机系统结构;教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
“计算机组织与系统结构”是计算机专业最重要的核心基础课之一。从学科和专业知识结构的角度看,该课程涉及的内容是整个计算机学科和计算机系统中最重要的基础和核心;从实践和应用的角度看,该课程具有显著的实践和工程应用特点,因而对培养学生的实践能力、对培养创新人才、对推动我国高等教育和人才培养的战略目标的实现具有重要的作用。
2008年12月21至22日,教育部在北京召开了2009年度教育工作会议。会议通过的《教育部2009年工作要点》和周济部长在会议中的讲话都强调要“着力培养学生创新精神和实践能力”、“增强培养高素质人才、科技创新和社会服务的能力”,这是目前在我国实现经济结构转型的重大发展战略下高等教育发展和人才培养的指导方针和发展目标,是目前国家经济建设、科技和社会发展对我们教育部门人才培养的迫切要求。
但是,就目前我国高校计算机专业的教学现状来看,我们在计算机学科相关的课程结构设置、教学内容和教学方法上存在一些缺陷。纵观各大学计算机专业课程设置和授课内容,基本上都偏向算法和程序设计、软件工程、数据库、网络和各种媒体应用类课程,而在计算机组成与系统结构方面开设的课程较少,与本课程在计算机系统中的地位不太相称;与此同时,课堂教学和实验教学的内容都比较陈旧,与现代计算机技术的发展水平和实际情况脱节较大,总体上与国外一流大学相比还有很大的差距。
课程结构设置的不均衡和教学内容与方法的落后,使我们培养的人才结构和模式已经不能满足社会发展的需要。从社会发展需求和就业市场反馈的信息来看,目前计算机软件人才基本上供大于求,而熟悉计算机硬件设计、具有计算机系统结构理论基础和设计能力的人才则严重短缺,年薪远远高于同等软件设计人员。随着国家推动各行各业,尤其是传统制造业向信息化技术发展,以实现经济结构转型的重大战略的出台,各行各业将大量需要掌握核心芯片和硬件系统设计技术的人才,这些人才需要能够针对行业需求自行设计和开发具有自主知识产权的计算及控制核心部件和系统。因此,计算机硬件设计人才的培养对今后我国各行各业计算机应用和信息化技术的发展、对实现我国传统行业的经济结构转型将具有十分重要的作用。另外,即使对于那些软件系统设计和开发者而言,不具备扎实的计算机组成与系统结构基础,也难以很好地胜任重要的底层和系统软件的开发任务,不考虑硬件结构的软件设计将难以最大限度地发挥硬件性能,所实现的程序效率和性能将是比较低下的。
鉴于以上现状和原因,计算机组成与系统结构的教学具有极其重要的作用,其教学理念、教学内容和教学手段等方面的改革势在必行。
本文就本课程在计算机系统中的地位、国内本课程的教学现状、国外一流大学的教学内容和教学模式等几个方面进行介绍、分析和总结,并在此基础上,提出“从程序员需求出发、重在流水线CPU设计、强调软/硬件结合”的课程教学内容改革思路和“从ISA模拟器入手、以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU”的实验教学方案。
2本课程的地位和特点
美国UC Berkeley大学的David Patterson教授在他讲授计算机组成与设计课程的讲义中,曾经用图清晰地描述了计算机系统的层次结构,并且指出了本课程在其中的位置,如图1所示。
图1本课程在计算机系统中的位置
从图1可以看出计算机系统从大的方面可以分成硬件(Hardware)和软件(Software)两部分。在硬件和软件交界面上的是指令集体系结构ISA(Instruction Set Architecture),围绕ISA的阴影部分就是计算机组成和系统结构的内容。很明显,这部分内容处于整个计算机系统中极其重要的位置。课程所涉及的硬件包括:处理器(Processor)、存储器(Memory)和输入/输出系统(I/O System),处理器主要由数据通路(Datapath)和控制逻辑(Control)组成。这些硬件是操作系统(Operating System)直接管理的资源,也是编译器(Compiler)对高级语言源程序翻译生成的目标程序代码直接运行的平台。因此,本课程的教学内容除了计算机硬件所涉及的各部件及其各部件的互连和指令系统等内容以外,还与数字逻辑电路设计(Digital Design & Circuit Design)、操作系统和编译器等技术和课程也密切相关。此外,数据的表示、Cache的局部性、虚拟存储器的实现、过程调用的硬件实现以及寄存器使用约定等内容与应用程序的设计与开发也密切相关。由此可见,这部分是整个计算机系统的核心内容,因而“计算机组织与系统结构”自然成为计算机专业的核心基础课程。
从该课程的地位来说,它是多门后续专业核心课的先导课程,在整个专业教学中,起着重要的承上启下的作用,对于学生完整地理解计算机系统的层次结构、系统地建立计算机整机概念、掌握计算机硬件和软件之间的接口、培养学生对计算机硬件系统的分析、应用、设计及开发能力,都直接起到重要的作用。
但是,该课程涉及的知识面广、内容多;课程难度大、概念抽象。不少学生觉得枯燥无味,凌乱繁杂,导致学习兴趣下降,学习时似懂非懂,考试时死记硬背,考完后一切全忘,难以达到教学目的。因此,如何把握课程的主线和重点,改革教学内容和教学模式,为学生今后的专业学习打下坚实基础,使学生具备一定的硬件设计和开发能力,增强学生的动手能力和自信心,是该课程教学改革必须解决的问题。
3本课程国内、外教学现状和比较
2009年教育部首次进行硕士研究生计算机专业基础课全国联考,考核的四门专业基础课总分为150分,计算机组成原理和数据结构是占分比重较高的两门课程,各占45分,充分说明了教育部对计算机组成与系统结构在计算机专业中重要性的认可,也迫使我们相关任课教师认真思考如何才能使该课程的教学真正起到课程所应有的重要作用。
在教育部的大力倡导和推动下,最近几年国内很多大学都开始对本课程进行教学改革,从教学内容、教学手段、实验环境和实验内容等方面进行了不同程度的革新。但与国外一流大学相比还相差很大,体现在教学内容和实验水平两个方面的主要差距如下。
3.1教学内容上的差距
从目前所使用的教材和网上资源中课程讲义内容等方面可以看出,国内高校该课程的教材内容和教学内容普遍存在下列问题:
(1) 内容比较陈旧,且概述性内容多,实例和细节方面内容较少,内容缺乏深度和系统性。特别是在有关CPU设计原理方面,还停留在三级时序系统、CPU内总线结构、CPU和存储器之间的异步控制等等方面,与流水线处理器设计技术的发展水平和现状相差甚远。学完后学生基本上没有流水线处理器设计的概念,和后续的系统结构课程之间有一条较大的鸿沟,未能为深入理解各类并行处理技术奠定坚实的基础。
(2) 未能有意识地建立硬件和软件之间的联系。例如,在介绍虚拟存储器、异常和中断等内容时很少提及硬件和操作系统的关系;在介绍数据表示、Cache局部性特点等与程序设计密切相关的部分时,未能与程序设计中的问题结合起来;指令系统和硬件结构等是与编译器密切相关的,但教学内容中很少提及编译器和硬件的关系。由于未能把教学内容与其实际运用场合和环境联系起来,学生在学习时会感到茫然,不知道学了有什么用,而且由于缺少感性认识,学生在对课程内容的理解上感到困难。特别是多数学生认为自己将来不会从事CPU等硬件设计工作,因而也提不起学习本课程的兴趣。
我们调查了美国UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU和UIUC等几个一流大学的课程教学情况,通过访问相关课程网站,下载相关的课程讲义,我们发现这些大学中开设的相关课程的教学内容和实验内容有以下几个特点:
(1) 所用教材基本上是David Patterson教授和John Hennessy教授编著的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》和《Computer Architecture: A Quantitative Approach》,以及美国CMU的Bryant教授等编著的《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》。
(2) 处理器设计讲得较透彻。以MIPS处理器几条典型指令为基础,从单周期处理器、多周期处理器,逐步过渡到流水线处理器的设计,最后以流行的Intel系列处理器作为实例介绍高级流水线处理器的基本构成。在介绍流水线处理器时比较深入地阐述了三种流水线冲突(hazard)的解决方案,并简单介绍了如何在流水线方式下实现异常和中断处理。如此详尽地介绍流水线CPU设计在国内的高校中目前还较少。
(3) 以MIPS处理器或IA32处理器为模型机贯穿整个教材,所以整体上系统性比较好。无论是指令系统、数据的表示及运算,还是CPU实现都以MIPS或IA32为蓝本进行介绍,并且以大量的实例清楚说明了高级语言程序、汇编语言程序、机器代码和处理器实现之间的关系;并简单说明将高级语言源程序进行编译、汇编、链接,生成可执行文件在计算机上启动执行的过程。将学生能直观感觉到的高级语言程序和在CPU上执行的机器代码程序联系起来,使学生对一个程序的整个处理过程有全面的了解。
(4) 将数据表示和高级语言程序中的类型定义、Cache的局部性和高级语言中循环的实现、指令类型和高级语言编程结构等建立联系,将课程内容落实到具体运用点上,使学生不仅学会本课程内容,还学会运用相关知识解决具体问题,同时也增强了学生的学习兴趣和综合学习及运用能力。
(5) 在计算机硬件和软件(主要是操作系统)交界的地方清楚说明了硬件和软件的关系,通过了解具体计算机功能的软/硬件实现,使学生深刻体会计算机功能的软、硬件划分原则,以及成本和性能的权衡策略;同时也使学生了解硬件和软件之间如何协调工作。
(6) 结合高级语言和机器级代码之间的转换,结合流水线中的数据冲突和控制冲突处理的介绍,对有关编译优化技术进行了说明和解释。事实上,脱离具体指令集体系结构和硬件实现就无法清晰说明这些编译优化技术,因此这样的安排是比较恰当的。
(7) 利用性能评价方法对各种硬件设计方案进行定量分析,以加深学生对各种硬件设计方案、性能评价基本知识和基础理论的认识,也培养了学生对理论知识的应用能力和科学、严谨的学术风格。
(8) 由于对CPU设计的内容介绍得比较具体,使得相应的实验内容比较容易和课堂教学配套。从上述提到的这些一流大学设置的相应实验内容来看,基本上是围绕单周期处理器和五段流水线处理器设计展开的。
(9) 教材更新速度快。由清华大学郑纬民教授等翻译的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》教材中文第3版2007年才出版,目前英文第四版已经出版并在使用了。教材的快速更新使得课程的教学内容能始终保持先进性。
从所下载的教案可以看出,上述几个一流大学的教学内容都有一个明显的特点,就是课堂教学虽以教材为中心,但不完全按照教材内容组织,增加了许多书中没有的内容,加进了任课老师的自我理解或借鉴了其他教材和教案的内容和描述方式,这也是值得我们学习的。
3.2实验内容上的差距
分析美国这几所学校课程网站和教材《Computer Organization and Design》所附光盘对其他一些学校课程实验的介绍内容,可以发现,国外本课程的最终实验目标是在FPGA板上实现一个带转发功能的RISC风格的流水线处理器,并模拟实现I/O设备与主机的简单通信。
通常都是先让学生在一个软件模拟器(或指令解释器)上熟悉指令系统,有些学校让学生自行设计一个指令解释器,也有些学校让学生在模拟器上用汇编语言实现一个小的游戏程序或其他特定功能的程序;然后在给定基本功能部件的源码框架下,逐步实现单周期处理器、不带任何冲突处理的流水线处理器,最终实现带转发和阻塞处理的具有Cache机制的流水线处理器。
实验设计策略基本上都是通过从简单的小部件逐步过渡到复杂部件,最终设计一个完整CPU的过程。该过程反映了结构化设计思想,遵循“自底向上”的设计方法。
目前国内有些大学也已经开始尝试使用硬件描述语言通过软件仿真技术和FPGA或CPLD技术来开展硬件实验,比传统的实验教学机大多只能进行验证性实验已经前进了一大步。但是,实验内容基本上只是多周期处理器的设计与实现,还没有达到流水线处理器设计的水平,与国外一流大学相比,还有很大差距。
4教学改革思路
为了在教学内容与实验内容上缩小与国际一流大学的差距,我们提出了“从程序员需求出发、重在流水线CPU设计、强调软/硬件结合”的课程教学内容改革思路和“从ISA模拟器入手、以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU”的实验教学方案。
4.1教学内容改革
教材在教学过程中起主导作用,所以,我们首先从选择或编写教材入手来推动教学内容的改革。在教材建设方面采用了循序渐进的策略。
教学内容改革之初,我们采用“国内教材为主,国外经典教材为辅”的方针,2004年初步引入Patterson和Hennessy的《Computer Organization and Design》作为主要参考教材,对于一些重要章节,如中央处理器、指令系统、Cache和总线等,把该教材的内容大量地补充到课堂讲义和作业中;2006年开始全面使用该教材。但在使用该教材时发现存在一些问题,例如,篇幅太大、内容组织比较零乱等,给学生的学习带来较大困难。特别是从2009年开始,硕士研究生计算机专业基础课实行全国联考,因此涉及到教学内容与国内其他高校所用教材之间的统一协调问题,因而,从2008年开始,我们结合国内教学的特点,又开始自编教材。新编教材主要以MIPS和Intel Pentium4处理器为模型机,参考UC Berkeley、Stanford、MIT和CMU等国外一流大学相关课程的讲义、实验说明和所用教材,同时结合国内主流教材,在充分考虑与课程群中其他课程的衔接和实验相配套的基础上编写。与目前国内同类教材内容相比,在计算机性能评价、指令集体系结构与高级语言程序设计的关系、存储器分层结构中的软、硬件接口、CPU设计和指令流水线、计算机硬件与编译优化的关系等诸多方面进行了强化。
4.2教学实验改革
目前国内大多数高校本课程的教学实验,主要是在实验教学机上进行,且大多以验证性实验为主,基本上以“依葫芦画瓢”方式进行实验,很难进行自主创新设计,特别是很难通过实验建立一个整机概念,流水线设计思想也没有体现。
我校由于近年来对教学内容进行了大幅度改革,课堂教学中加大了对CPU设计、特别是流水线CPU设计的教
学力度,使学生打下了很好的理论基础。同时,硬件教学实验室配置了Altera DE2实验板,使学生可以通过硬件描述语言和FPGA进行CPU设计实验。
实验教学改革在以下几个方面进行:(1)与课堂教学同步进行一套“硬件模拟程序”实验,即:用软件方式模拟各个功能部件的功能及性能设计。例如,用软件模拟运算器、Cache、总线等的不同设计方案以及不同方案所获得的性能。(2)通过ISA模拟器实验,使学生深入理解数据的表示、指令集体系结构、汇编语言和机器代码的转换,以及指令执行过程等。(3)以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU。要求学生先使用Quartus II软件进行模拟设计,通过后再下载到Altera DE2的FPGA板上进行验证。所有学生都要求能完成一个五段理想流水线CPU设计,部分能力强的学生还完成了带转发和阻塞功能的五段流水线CPU设计。
实验的最终目标是和其他课程联合开展综合性实验,在自行设计的CPU芯片基础上,设计汇编语言和高级语言,并配置简单的操作系统和编译器,学生可以通过自行设计的高级语言编写游戏等应用软件,在自行设计的CPU上运行。
5结束语
多年的教学工作告诉我们,学生的潜能是无限的,学习兴趣也是可以激发出来的。只要我们投入精力,引导有方,一定能带领学生领略到计算机王国的无限风光。
相信随着教育部和各高校对教学工作的重视,随着各高校从事本课程教学的老师们的努力,一定能在不长的时间内与国际一流大学的计算机硬件教学达到同步,为计算机专业的教学打下坚实的基础,从而提升整个专业的计算机教学水平。
参考文献:
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