计算机硬件教程范文精选

摘要：在计算机硬件技术基础课程中开展了“口袋实验室”的探索。为学生提供软硬件资源，在课后进行自主学习与创新，提高了教学效果。

关键词：软件基础;教学探索;高校计算机

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0165-03

一、引言

随着信息技术的发展，计算机硬件基础课程已经成为了理工科专业学生的必修课程，它的综合性和实践性强，是后续专业课程学习的基础。该课程是硬件和软件相结合的一门课程，在硬件设计方面，达到能设计接口电路的水平;在软件开发方面，培养学生使用汇编语言或者C语言进行程序设计的能力，达到能编写接口程序和设备驱动程序的水平。通过该课程的学习，使学生掌握计算机的基本组成结构和工作原理，更重要的是使学生掌握硬件电路设计与应用开发能力，培养学生运用理论知识解决实际问题，因此课程的实践性非常强。

二、计算机硬件基础课程教学中存在的问题

由于该课程教学内容比较抽象，知识点多，学生普遍反应不好学，学习起来缺乏兴趣，这样就更加大了该课程在教学上的难度。主要体现在以下几个方面：

（一）在教学方法方面

针对应用型本科院校中计算机硬件类课程实验教学存在的问题，经过本校硬件教研室多年来课程实践教学的实践，提出了通过构建有机的硬件类课程实验教学体系，构建科学的多级实验教学模式，加强教学团队建设和实验教学资源建设等全方位的实验教学改革方案，实施表明，该实验教学改革模式改变了传统验证型教学模式，能有很好的培养学生的工程实践能力和创新能力。

计算机硬件类课程实践教学中存在的问题

（一）硬件类课程实验开设各自独立，不能相互支撑

实践教学是教学活动中一个重要的环节，然而很多学校却没有足够的重视，主要体现在实践教学的学时越来越少，计算机技术的发展日新月异，课程所涉及的内容也是越来越多，用人单位对学生的能力要求也是越来越高，基本能力的要求越来越全面。而实际上课时，各计算机实验课程安排只为本课程服务，并没有建立一个有机的整体，课程内容开设不能为后继课程服务，这就导致开设后继实验时，要重新甚至重头学习以前所做的实验，导致事倍功半，学生对单一课程学习再好，也只能体现在该门课程上，对计算机整机系统的理解认识依然模糊，更不能学以致用。

（二）教师教学理论实践脱钩，实验教学目的不明确

各高校近些年的人才引进，注重高层次的人才，然而学校引进人才是更注重他们的科研能力，这些新进教师在课程上课之前缺乏课程教学工作的基本培训，授课过程中也有些不切实际，就计算机课程来说，很多教师科研偏“软”，大多是搞算法出身，对计算机元器件和电路了解不够，也缺少硬件的科研背景，硬件能力明显不够，这就导致在课程教学中，理论和实践教学脱钩，对实验教学不够重视，主要以验证实验为主，也不能很好明确每次实验教学的目的，无法引导学生扩展实验，为后继课程服务。

（三）学生学习动力不足，急功近利

高校现在都采用学分制，学生学习都是为了获得学分，而大多课程采用试卷考试方式考核，这就使学生不在意实验教学环节，只去死记硬背一些理论的知识，最后导致学生能听懂但没学会，不少学生不会自己研究问题。由于偏重理论学习，导致学生实践观念差，不少学生不了解理论、仿真、硬件实现的区别，不会对故障进行分析和排除。如果不能从根本上改变学生对计算机硬件课程实验教学的认识，就无法提高学生学习的积极性和主观能动性，也就无法提高学生的动手能力和创新能力。

摘要：针对计算机专业硬件课程教学现状和存在的问题，阐述计算机硬件课程之间的层次关系，对计算机硬件课程在教学内容整合、教学资源建设、教学方法综合运用以及重视实践教学环节等方面进行深入分析和探讨，提出硬件课程体系结构调整方案和课程整合办法等。

关键词：计算机硬件课程；教学改革；教学资源；教学方法

1.背景

计算机硬件课程是计算机专业的重要课程，是深入了解和掌握计算机基本工作原理以及建立整个计算机知识体系结构必不可少的部分。计算机硬件类课程一方面需要对计算机内部CPU结构、各种寄存器、存储器、指令系统以及指令的执行过程等非常清楚，而且需要掌握和记忆的内容较多，知识点也非常分散；另一方面，硬件课程的实验要复杂得多，需要有相应的硬件平台支撑，而硬件平台一般由专门实验室提供，学生很难拥有自己的硬件学习平台，无形中就疏远了硬件课程的学习，再加上没有运用有效的硬件课程教学方法，进一步加剧“重软件轻硬件”的现状。因此，当前高校计算机专业硬件课程的教学存在两难的境地：教师难教，学生难学。如何提高计算机硬件课程的教学效果，实现学生愿意学和教师乐于教，成为当前大多高校亟待解决的问题。

2.计算机专业硬件课程体系结构

随着信息技术的快速发展，计算机专业开设的课程也在不断调整，但涉及计算机硬件的课程相对稳定，只是在内容上有所更新，这给计算机硬件教学带来一定的便利，不需要大范围地调整课程体系。

根据当前普通高校计算机专业硬件课程的开设情况，并结合安徽理工大学计算机专业的培养计划和课程设置，计算机硬件课程体系一般包括4个层次：一是前导课程，如电路原理、电子技术基础、数字逻辑等；二是核心专业基础课程，如计算机组成原理、汇编语言程序设计等；三是主干专业基础课程，如微机原理与接口技术（或微型计算机技术）、计算机体系结构等；四足高级应用层次的课程，如DSP原理与应用、嵌入式系统与应用、计算机控制技术、CPU设计、EDA技术与应用等。

计算机硬件课程4层体系结构如图1所示其中第2、3层是和计算机密切相关的，也是大多计算机专业都开设的核心课程，在课程设置上基本保持稳定。第4层高级应用课程与计算机应用技术发展现状因各高校的具体情况而有所不同，各有其侧重点。第2层次和第3层次课程之间的递进关系如图2所示，其中，汇编语言程序设计和微机原理及接口技术课程有的学校将其合而为一，但为了突出和加强硬件编程，也可以单独开设，让学生更为深入地了解高档微机的指令系统以及编程技术。

【摘要】在高校计算机硬件课程教学之中，还存在一定的问题，阻碍学生计算机硬件技术的提高，影响计算机硬件课程教学水平以下本篇就主要探讨计算机硬件课程教学改进以及实践策略。

【关键词】高校；计算机硬件；课程教学

随着我国计算机控制技术的提高，社会中对计算机硬件专业人才需求也是越来越大，因此在高校教学中，应该改进其计算机硬件课程教学模式，提高学生对计算机硬件知识的掌握能力以及实践应用能力，提高计算机硬件课程的教学质量。本篇就主要探讨改进计算机硬件课程教学的实践策略，以下就做具体介绍：

一、高校计算机硬件课程教学现状

（1）教师存在的问题。绝大多数的教师在计算机硬件课程教学中，不仅缺乏对硬件产品的研发实践经验，计算机硬件课程教学中，理论性强、应用广还与实践联系紧密，而且由于现在计算机硬件的更新换代速度快，故此在教学中教师对计算机硬件的掌握程度较低，因此在对学生教课中不仅不能激发学生兴趣，还将会降低课堂教学的质量。

（2）缺乏实践教学。对于计算机硬件课程教学中，其作为一门技术型实践性很强的基础课程，教学中会因为课时限制以及一些客观条件的限制，使得在教学中缺乏实践教学的应用，不仅不能很好的培养学生的硬件动手能力，也不能激发学生的硬件学习兴趣，还有就是会降低学生对计算机硬件知识的理解能力，这些都将会影响高校学生在计算机硬件知识方面的提高。

（3）硬件课程体系不完善。对于当前高校的计算机硬件核心课程中，不仅包括《数字逻辑》、《计算机组成原理》等课程，同时计算机硬件也是教育可以教学中的核心课程，针对目前高校教学中，其课程结构不合理。并且在硬件核心课程中，不仅缺乏联系，而且课程教学之间结合也不够严密，硬件课程知识中对于一些知识点又出现重复教学的弊端，这些问题都将给高校计算机硬件课程教学带来一定困难，降低计算机硬件课程教学质量。

二、高校计算机硬件课程教学改革措施

摘要：针对目前国内高校计算机专业开展的硬件类课程教学，分析了理论教学和实践教学中存在的主要问题。结合目前应用型本科院校的开展和教学经验，从理论教学体系和实验教学体系两个方面进行探索，旨在提高硬件的教学质量和水平，培养具有系统能力的综合性创新人才。

关键词：计算机；硬件类课程教学；理论教学；实践教学；改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2016)12-0123-03

1引言

数字电路、微机原理与接口技术、单片机原理与应用、计算机组成原理和嵌入式系统等硬件课程是计算机、电子信息类等相关专业的专业基础课程。这些课程都具有理论性强、技术性强、理论与实践结合紧密等特点。但是这些课程也存在着内容抽象，难以理解，以及实验环节薄弱[1]，难以跟理论匹配的困难。对此，各个学校进行了积极的探索[2-4]。近年来，随着应用型本科院校的深入开展，本校的信息学院结合面向系统能力培养的课程群建设，对计算机硬件类课程进行了积极的改革与探索，旨在让学生建立计算机系统的概念，提高大学生计算机工程实践能力，培养学生的动手实践能力和创新能力。在此基础上，进一步探索理论教学和实验教学改革举措。本文以计算机专业中硬件课程的开展为例，结合本校的实践及教学中存在的问题，从理论教学体系和实验教学体系两个方面对硬件类课程的教学进行探索。

2问题分析

计算机专业的硬件类课程教学存在诸多问题，下面从几个方面分别说明。1）思想认识偏颇作为计算机专业的学生，给人的第一感觉是软件编程，硬件似乎并不是本专业的强项。基于这种片面观念，无论是在决策阶层还是在广大学生的学习过程中,都或多或少的出现了“重软轻硬”的倾向[5-6]。在某一程度上，这是与培养全面发展的应用型人才相背离的，由此造成了学生后续学习深造或职业发展道路上的硬件瓶颈。当然，在这种问题的背后,也隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题。2）理论为主，理解困难一般高校计算机专业的硬件课程是为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。该类课程的特点是概念多、较抽象和涉及面广，其整体实现思想和技术又往往难于理解。比如微机原理与接口技术课程中的微处理器，介绍微处理器的基本组成原理和内部工作机制，这些都是看不见摸不着的东西，学生学习起来就非常的枯燥，难以理解；又或者计算机组成原理课程介绍计算机的各子系统（包括运算器、存储器、控制器、外部设备和输入输出子系统等）的基本组成原理、设计方法、相互关系等。3）实验方式单一目前许多院校还在沿用传统实践教学模式、方法和手段，比如我们一般采用的“实验加课程设计”的模式。以微机原理与接口技术和单片机原理与应用课程为例，实验学时受到课程总学时的限制，一般教学计划中安排16个学时实验，都偏重于接口的实现部分，对于微机原理或单片机原理都以理论为主。同时，各个实验之间没有明显的联系，并且局限于学时限制，只能抽取一部分完成。学生的独立思考能力、实践能力和创新能力得不到有效的锻炼，有的学生对知识一知半解。即使这样,也难以满足接口内容的系统训练[7]。课程设计是在学完相关课程之后综合利用所学知识完成一个接口应用系统设计并在实验室实现，是一个实践性较强的综合案例。但是传统的课程设计都是安排在期末，学生期末时间紧张，并且前面所学的知识有所遗忘，设计起来就会出现问题。“实验加课程设计”的模式使得教学内容较为单一，综合训练程度不够，缺少系统能力的培养。4）实验考核重视不足实验一般作为平时成绩计入总成绩。以我们学院为例，平时成绩占总成绩的30%，但平时成绩一般包括平时表现、平时作业、课程设计等。所以，即使和课程设计放一起算，实验所占的比重也非常少，这就很难引起学生的重视。5）课程之间缺乏联系，各自为战数字电路、微机原理与接口技术、单片机原理与应用、计算机组成原理、嵌入式系统计等课程的教与学都是各自为战，各门课程间缺乏相应联系,学生很难驾驭整个知识体系。作为计算机专业的学生，给人的第一感觉是软件编程，硬件似乎并不是本专业的强项。基于这种片面观念，无论是在决策阶层还是在广大学生的学习过程中,都或多或少的出现了“重软轻硬”的倾向。在某一程度上，这是与培养全面发展的应用型人才相背离的，由此造成了学生后续学习深造或职业发展道路上的硬件瓶颈。当然，在这种问题的背后,也隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题。

3改革探索

1．国内计算机硬件类专业课程实践教学体系现状

近年来，微处理器技术和微型计算机技术得到了突飞猛进的发展，其应用也渗透到各行各业，包括科学计算、信息处理、过程控制、仪器仪表、事务管理、计算机辅助设计、制造、家用电器、网络通信等方面，极大地改变着人们的工作和生活方式，已成为社会前进的巨大推动力。因此，硬件设计技术和硬件工程能力已成为现在科技人员和高校专业学生必须掌握的技能。国内计算机硬件专业课程实践体系却已远远的落后于技术的发展和时代的要求。计算硬件专业课程设置各高校都有所不同，但是普遍都包括《电路与电子》、《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《汇编语言》、《单片机》、《嵌入式系统》、《体系结构》等。前面五门课程相对属于基础类低级课程;《单片机》和《嵌入式系统》属于应用性比较强的课程;《体系结构》属于理论性比较强的课程。对于国内比较优秀的研究型高校，比如“985”和“211”这类高校，在计算机硬件实践课程体系的设置上，近年来都在不断的改革［2－4］，也初见成效，但这些实践教学的改革都是针对“研究型”高校的特点提出的。由于技术力量和资金各方面的悬殊，其实践教学体系的改革并不适合地方本科高校。而对于大部分需要转型的地方本科高校，计算机硬件专业实践课程体系已严重的阻碍了应用型人才的培养，由于这类高校在技术上和资金上都比较薄弱，并且没适合自身发展特色的实践教学体系，在实践教学过程中出现了很多问题。缺乏适合自身特色的实践教学体系。目前大部分地方本科高校现有的实践教学体系基本上是模仿“研究型”高校的实践教学体系，而在技术力量和资金设备配置上却远远地落后于“研究型”高校，使得这种模仿的实践教学体系难以适合地方本科高校自身人才培养的特色。

(1)实验设备陈旧，完全和新技术的发展脱节。许多硬件低级课程的实验还在用十多年前的固化实验箱，已经完全落后于现在硬件技术的发展水平。

(2)实验方式手段落后，大部分硬件底层实验还是使用传统的实验箱。传统的实验箱存在诸多弊端，大部分实验都是验证性的实验，学生不需要理解实验的原理，只需要按照实验指导书的要求，连线、拨动模拟开关、观察指示灯的亮灭就能完成验证性实验，不利用发挥学生的设计能力和创新能力，且传统的实验手段受到时间和空间的制约。

(3)实验内容跟不上应用技术的发展，实验项目的设计与实验设备密不可分，陈旧的实验设备中完成不了新颖的与应用结合紧密的实验项目。

(4)实验课时严重不足。在传统硬件类专业课程的设置中，实验课程只是理论课程的附属，理论课程与实验课程的课时比通常是3:1，实验课时完全不能满足硬件应用技术型人才的培养需求。课程设计环节不被重视。硬件类专业课程中只有少部分课程开设了课程设计，并且课程设计的效果也不尽理想，课程设计的选题也没有及时更新，没有与社会应用需求接轨。学生课余时间没有实践条件也没有兴趣自主实践，课外实践活动空白。总之，目前地方本科高校在转型发展过程中由于实验经费和技术力量的薄弱以及实践教学体系的不健全严重地阻碍了应用技术型人才的培养，实践教学体系的改革是迫在眉睫。

2．新的计算机硬件类专业课程实践教学体系

实践教学体系改革是一个全方位的改革，计算机硬件类专业课程实践教学体系改革并不是针对某门单独课程的实践教学体系改革而是针对于一系列课程的实践教学体系改革，因此，其范围广泛，涉及的内容繁多，改革的措施也是全方位的，改革的过程也将是复杂的繁琐的。以下是在地方本科高校转型发展过程中针对计算机硬件类专业系列课程所提出的新的实践教学体系。

摘要：本文深入分析了国内外几所典型大学计算机工程专业硬件课程设置情况，讨论了目前我国计算机专业硬件课程实践教学改革的方向和亟待解决的问题。

关键词：实践教学；计算机工程；硬件课程教材设计；嵌入式系统

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1672-5913 (2007) 24-0029-03

1引言

2005年底，我国高校有771个“计算机科学与技术”专业点，44万多在校生。根据各校的办学理念和培养目标，本专业又可分为五个专业方向：计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统和信息技术。各个方向的课程设置及教学要求均有所侧重，对于传统的工科院校中的计算机应用技术专业而言，其方向介于计算机科学(CS)和计算机工程(CE)之间，且更偏向于计算机工程。计算机工程方向是计算机科学与电子工程的交叉学科，电类基础课程较多，大多数院校均开设电路与系统、电工电子学等相关课程。此外，计算机硬件系列课程包括数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构三门核心课程。

从根本上讲，计算机学科是一门技术学科，工程技术的含义远大于科学的涵义，因而本专业具有实践性非常强的特点，强调实践教学体系。许多优秀的计算机专业学生(例如比尔・盖茨)的成长历程也说明了计算机实践能力培养的重要性，因此新世纪的计算机教育不仅要重视扎实的专业基础理论学习，更要强调硬件开发、软件设计的能力培养。

2中外计算机专业硬件课程实践教学对比

摘 要：文章针对“互联网+”时代计算机硬件课程的现状，分析了该类课程在新时代所面临的挑战，从而提出了必须注重硬件课程相互之间的融通以及硬件课程与其他类别课程的联系；同时要注重加强以参与科研项目和学科竞赛为主要形式的课外实践训练，关注学生硬件与软件能力协同发展的观点。

关键词：互联网+；计算机硬件课程；教学方法

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）07-0045-02

随着中国社会进入“互联网+”时代，在“万众创业，大众创新”的大环境下，IT领域中各项新兴技术层出不穷，例如应用于各领域的智能电子设备、可穿戴设备、人工智能等。这些新兴技术又都与计算机硬件紧密联系，于是社会对当前的计算机硬件类专业人才的培养提出了新要求。以人工智能为例，国家发改委、科技部等几部门联合的《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》中明确提出，“培养发展人工智能新兴产业”、“推进重点领域智能产品创新”和“提升终端产品智能化水平”等三点目标，同时强调方案实施的关键是大量的“互联网+人工智能”专业人才。由此可见，时代的发展方向正要求对计算机硬件课程进行调整，势必会引领计算机的软硬件课程的协同发展，开展新一轮的计算机教学内容的整合和教学方法的改革。

一、计算机硬件类课程现状

（一）计算机硬件课程设置现状

从计算机专业本科生的培养计划可见，软件类课程仍占据主导地位，而硬件类课程则相对较少。笔者以南京邮电大学信息类各专业的培养计划为例，将与计算机硬件相关的课程整理在表1当中。根据各专业的培养计划的具体要求不同，课程会放在不同学期进行授课。

表1 计算机硬件类课程的设置

摘要:本文针对目前国内高校计算机专业教学中普遍存在的“重视软件课程、轻视硬件课程”现象,分析了计算机硬件类课程教学中存在的主要问题,结合自己多年的教学经验,提出了硬件类课程教学改革和学生创新能力培养的措施。

关键词:硬件类课程;创新能力;教学改革;实践教学

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

随着计算机网络与通信技术、集成电路技术和计算机软、硬件软件技术的飞速发展,我国高等院校计算机专业教育的内容与形式都发生了很大的变化。如何跟上飞速发展的计算机科学与技术,培养具有创新能力的高素质计算机专业人才,是高校计算机专业教育面临的新挑战。

计算机是一个由硬件系统和软件系统组成的复杂系统。随着现代计算机系统的功能逐渐增强,对计算机专业人员硬件知识的要求也越来越高。作为计算机专业的核心课程之一,硬件类课程在培养学生的实际动手能力、工程实践能力、开发创新能力等方面具有非常重要的作用。但由于目前国内高校计算机教育中普遍存在着“重软轻硬”的现象,使得计算机专业在硬件课程的设置、知识体系和教学内容等方面存在着诸多不尽人意的地方,教学质量难以保证,致使许多计算机专业毕业生的硬件设计与动手能力较差,根本无法胜任计算机硬件方面的相关设计和应用工作。本文针对目前国内高校计算机专业教学中普遍存在的问题和不足进行探讨,结合自己多年的教学经验,提出了硬件类课程教学改革和学生创新能力培养的几点想法。

2存在的主要问题

计算机硬件类课程的内涵十分丰富,主要包括:电工与电子技术、数字逻辑、计算机组成与体系结构、汇编语言程序设计、微机原理与接口技术、单片机及应用、嵌入式系统等。这些课程虽然特点不同、内容各有侧重,但普遍存在工程实践性强,应用技术含量高,课程内容抽象难学的特点,影响了硬件类课程的教学效果。目前国内高等院校计算机专业硬件类课程教学中主要存在以下几方面的问题。

【摘要】随着高校对计算机硬件课程教学的不断改革和发展，对从事计算机硬件教学的教师提出了越来越高的要求。对硬件课程的共性、特点进行归纳，根据本人的教学实践提出了硬件教学内容中存在的宏观和微观、抽象和具体、具体和生动的关系，强调硬件教学要具有可操作性，力求为算机硬件专业高质量人才的培养提供新的教学思路和模式。最后总结全文。

【关键词】硬件 宏观和微观 抽象和具体 具体和生动

目前我校在计算机专业中开设了若干硬件课程，本人主要承担了《单片机原理及其接口技术》、《嵌入式系统原理及应用》、《PLC编程及应用》等课程的理论教学和实验教学方面的工作。由于计算机专业的培养目标和电气自动化及电子仪器专业的培养目标不同，计算机专业不可能过多的开设电子、电路原理及设计方面的课程，同时又由于课时所限，不可能在有限的时间内给学生作深入细致的讲解，这给学生学习硬件课程带来困难的同时更给老师的教学方式、方法、教学艺术提出了更高的要求。根据本人的教学实践，谈谈在硬件课程教学方面的体会。

一、把微观的讲宏观

大规模或超大规模集成电路技术是计算机硬件发展的基础。在单片机、嵌入式、PLC的CPU芯片上集成了数量众多的微电子器件，具体表现为各种工作寄存器、控制寄存器、状态寄存器、接口电路以及各种控制逻辑电路，这些摸得着、看不清的微小的器件组成了具备人脑功能的一种具有高度智能化的电子装置。在讲授这部分内容时，要给学生讲明白，这种装置的组成道理和其它物体、设备如汽车、楼房一样，是各种部分的有机组合形成的，把这种微观的东西想象成宏观的东西进行理解，拉近学生与硬件的距离。

二、把抽象的讲具体

计算机专业的学生只是学习、使用硬件而不是开发、设计硬件，各种微控制硬件逻辑电路设计原理对他们来说是复杂和抽象的，但是作为使用来说，学生只需要知道硬件的组成部分、各部分具有的功能和如何使用就足够了；使用硬件或者说支配硬件都是通过指令的方式，指令执行的过程就是控制硬件动作的过程，尽管微电路中硬件的动作我们并看不到，但是它们对外输入、输出的引脚信号状态电路的变化有些是可以测量观察到的，也就是说这些东西并不深奥。而只是高度集成化了使人感到有些抽象，我们完全可以把它们看成透明的东西。

三、把具体的讲生动