計算機硬件的基本部分
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計算機硬件的基本部分范文第1篇
關鍵字：計算機硬件；維護；創新管理
作者簡介：季一鳴（1989-），男，江蘇鹽城，碩士，初級工程師；研究方向：計算機技術與應用
一臺計算機的使用壽命和其是否被經常性地進行維護息息相關。在計算機的實際使用過程中，不定期地對計算機硬件進行維護，可以有效預防和避免計算機發生故障，給正常的工作帶來負面影響，保證計算機可以較長時間都處于正常高效的工作狀態中，因此日常工作之余對計算機進行硬件維護是十分必要的，也是十分重要的。
1計算機硬件系統
所謂計算機硬件系統，主要是指構成計算機正常運行的各個物理設備，一般而言計算機硬件設備主要由輸入設備、輸出設備、存儲器、控制器和運算器構成，一般包括有常見的鍵盤、鼠標、顯示器、內外存儲器、主機中的主板、CPU以及各個電源等等，硬件之間以總線結構方式進行相互連接，是計算機進行正常運行的基礎物質設備。計算機硬件故障主要是指由計算機硬件設備的機械故障、接觸不良、電氣或安裝不當等原因導致的計算機硬件設備發生的物理性故障。
2計算機硬件產生故障的產生因素
計算機硬件產生故障通常有兩大原因，一是來自計算機內部因素，二是計算機外部因素所致，這兩方面的因素都有可能導致計算機硬件產生物理性故障，而一般又以計算機內部因素最為常見。
2.1計算機內部原因
計算機中各類電子元器件故障。計算機中的各類電子元器件和其他配件的質量及制作工藝等都會影響計算機硬件的使用和壽命，元器件的損壞、性能降低等都可能會使計算機無法正常工作。機械故障。機械故障一般產生于計算機設備中，如計算機某些零件或者部件的損壞，零件的變形、斷裂、間隙增大以及固定零件的松動等都屬于機械故障，這類故障一般容易發生且易于排除。
2.2計算機外部原因
來自計算機外部的因素也經常會導致計算機硬件故障從而使得計算機無法正常工作，如計算機長時間處于過過多的灰塵、靜電、潮濕的環境、外部電壓不穩、開關電源質量較差、計算機使用者沒有經常性的硬件維護等習慣等都有可能導致硬件設備故障。
3計算機硬件維護的基本原則
（1）由易到難進行排查。計算機硬件一般種類較多，一些很容易被忽略的電源問題、設備連接等都有可能導致計算機無法正常工作，因此計算機硬件出現問題的原因往往極為復雜，可能是某一原因也可能是多種原因導致的，例如我們平時常見的電腦黑屏故障，其就可能是顯示器電源問題、顯卡松動、硬盤數據錯損壞等原因導致，因此當計算機發生硬盤故障后，首先從最簡單的原因逐一排查，然后再向稍微復雜的方向進行考慮排查，如此可有效節約時間，提高硬盤問題解決的效率。（2）由外到內進行檢查。計算機硬件故障發生后，應首先從檢查計算機設備入手，如先查看計算機電源是否正常、是否有設備連接松動等，然后再一步步向主機進行排查，有時候計算機無法正常工作可能是由插板解除不良等這種簡單的小問題所致，進行排查的時候不可對其進行忽視。
4一些常用的硬件維護方法
掌握一些常用的硬件維護方法可快速排查計算機硬件故障發生部件等，對于進行有效的計算機硬件維護有事半功倍的效果。（1）觀察法：觀察法主要是工作人員采用看、聽、摸等方法來觀察和判斷計算機硬件設備可能產生故障的部件以及原因，一般看主要是觀察計算機的工作環境、外部連接情況，查看計算機顯示器上所顯示的信息，操作系統、軟件安裝等方面的情況；聽主要是聽計算機主機里的CPU、風扇等的轉動情況，硬盤工作以及設備啟動時的警報聲等；摸主要是用手檢查CPU、顯卡等是否有過熱的情況，各個設備的鏈接是否完整等，這是硬件日常維護的基本方法。（2）插拔法：插拔法也是一種常見的排查硬件設備的方法，主要是來拔掉然后再重新插入各個設備，主要檢查故障是否由設備接觸不良、松動等情況引起。（3）硬件替換法：替換法是指通過替換可能產生故障部位的硬件設備來確定故障點的方法，如果在硬件替換后計算機可正常工作，則可以確定故障發生的原因和部位。（4）逐一排除法：逐一排除法是指逐一對硬件進行排查以檢查發生故障的部件的方法，一般情況下需要保證計算機可正常啟動的基本部件如電源、主板、CPU等最基本的硬件模塊，然后逐一增加硬件，如果發生故障，則可以確定發生故障的部件。
5計算機硬件設備的維護及創新管理
在對計算機硬件設備進行維護時，應按照計算機硬件設備的五大組成部分來進行逐一維護，尤其是對硬件設備中的核心元件如CPU、內存等要尤為重視。
5.1CPU維護及故障排除
對在設備進行維護和故障解決的過程中，要實現了解相關硬件設備的規格參數，對各個硬件常見的故障等有基本的了解，這是有效應對硬件故障的基礎。常見的CPU故障主要有計算機通電源之后只有電源閃動，無其他反應，顯示器不顯示無法進入操作系統，或者計算機出現經常性的死機現象，系統運行不穩定等。常見的CPU故障排除方法主要有將CPU拆除后檢查CPU的針腳及觸點等地是否存在銹蝕、彎曲等現象，如有要及時清除銹蝕等雜物，保證CPU芯片和插座接觸良好；在對計算機進行硬件選擇時，應盡量選擇跟CPU相適合的其他硬件如主板、內存等，避免因硬件與硬件之間因兼容性不足而導致的硬件故障；同時定期對CPU進行灰塵清理，避免CPU超頻使用，保證CPU外頻與倍頻在正常狀態下，盡量使用高質量的優質導熱硅脂，提高散熱效率，保證CPU的散熱要求。
5.2主板維護及故障排除
一般而言主板中容易出現故障的部位集中在內存條插口，各類總線插槽等，導致主板損壞的原因也有很多，如主板和硬件兼容性差、電源系統不良、元件器故障、工作環境惡劣等，日常進行維護以及故障排除應先從觀察主板外觀、檢查電源、查看各元件器再到內存、顯卡、硬盤的順序逐一進行維護和排查，平時的維護過程中要注意對主板進行不定期清潔、除塵，在除塵的時候，輕取下主板用細軟羊毛刷輕拭掉其表面的灰塵，定期對主板進行清洗，在清洗的過程中先把主板放置于干凈的清水中，用羊毛刷洗去其表面的灰塵及污垢，然后放在通風處等其表面的水滴風干后再用紙包好放在陽光下，避免主板積塵而腐蝕。
5.3內存的維護及故障排除
內存發生故障后計算機經常會出現死機、主板發出“嘀嘀”的短小警報聲、藍屏、無法啟動或無法進入操作系統、經常提示注冊表損失等情況，內存發生故障后應根據不同原因進行排除。對于因內存使用時間久發生的氧化而造成的內存與卡槽接觸不良造成的內存故障，可將內存取下，使用橡皮擦輕拭去其表面的氧化層即可；對于因兼容性問題導致的，應改用同規格的內存；另外要注意內存安裝過程中應避免暴力拔插等人為可能造成的內存損壞行為。
5.4硬盤的維護及故障排除
硬盤是計算機中重要的專門用以存儲數據的部件，也是計算機硬件中很容易產生故障的硬件之一，常見的故障有機械故障、盤片故障、操作不當引起的分區表破壞等等，針對不同情況采取針對性的硬盤故障排除方法，如當計算機顯示“硬盤C驅動失敗，運行設置功能，按F1鍵重新開始”時，就要判斷是因硬盤設置的參數和格式化時所采用的參數不同導致的，這時就需要重新設置硬盤參數，重新分區等方式來解決；此外，在平時應加強對硬盤的日常維護，例如在硬盤還處于工作狀態中避免強行關機，因為硬盤在讀取數據以及存儲數據的過程因為突然斷電極易造成硬盤數據丟失和硬盤損壞，同時日常應注意硬盤散熱，避免硬盤因溫度過高而出現問題，養成定期對硬盤進行掃描以及碎片整理，不要頻繁地格式化硬盤，尤其應避免對硬盤進行低級格式化，在使用過程中還應避免硬盤長時間超負荷工作如不間斷下載任務等。
5.5顯示器的維護及故障排除
顯示器的常見故障主要有顯示器黑屏、顯示錯誤信息如“超出頻率范圍”、顯示器內有元件燒糊的氣味、或者顯示器發出異常聲音以及顯示器顯示畫面變形扭曲等，針對顯示器不同的故障采用不同的排查方法，如開機后顯示器出現畫面抖動現象，不久即恢復正常，就該考慮是由于顯示器內部受潮所致，進行排除時應更換新的顯像管高壓包；在日常的維護過程中，應保證顯示器周圍環境干凈清爽，避免過于潮濕，并對顯示器予以定期除塵，避免長時間開機等。
5.6顯卡的維護及故障排除
顯卡是計算機硬件的核心元件之一，顯卡經常出現的故障主要有開機后有警報聲、無法進行自檢程序，出現黑屏及藍屏現象，顯卡驅動丟失等，在進行顯卡故障的排除時可以從顯卡接觸、顯卡設置、驅動程序、顯卡兼容性、顯卡是否超頻等方面入手進行；為保證顯卡正常運行，定期對顯卡進行維護是十分有必要的，如不超頻使用顯卡，定期清理夏卡灰塵，定期更換夏卡散熱器上的散熱脂，保證夏卡散熱器的散熱效果，延長顯卡使用壽命。除了以上列舉的硬件維護以外，其他的例如鼠標、鍵盤、網卡、ADSL等硬件也都應給予定期的維護，除此以外，應保證計算機整機的工作環境，室溫應盡量在20-25℃，有條件的應盡量按照空調，做好計算機整機的除塵工作，保證計算機電源穩定等等，總之計算機使用者應在平時養成良好的計算機使用習慣，提高計算機硬件使用壽命。
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計算機硬件的基本部分范文第2篇
一、財會工作使用計算機的前期準備
1、從思想認識方面打破舊的傳統觀念，樹立改革創新精神，并了解計算機處理會計數據具有安全性、保密性、可靠。領導對企業財務部門運用計算機要給予支持與肯定，這樣財務部門使用電子計算機能夠得到保證，也是能夠購買計算機硬件的基礎。
2、培養一批既懂財務專業業務又懂計算機語言的復合型人才。
3、選擇適應本企業使用的應用軟件，優秀的應用軟件至關重要。選擇軟件方面主要應考慮如下幾點：
（1）財務記賬模塊。首先看是否符合財政部會計核算軟件基本功能規范的要求，然后看是否適應本企業的賬務處理要求，記賬方法以及科目的設置范圍等。
（2）報表模塊。適應內部報表以及對外報表的要求。
（3）打印模塊。賬簿打印方面能夠滿頁打印的全年連續打印，會計報表的打印除了能打印規定的報表外，還能打印各種特殊報表和有關的分析資料。
（4）安全性和保密性。系統要有各權限的密碼設置，起到保密作用，同時防止數據被隨意篡改。安全方面主要是數據的備份，以防止電子計算機硬件的損壞以及電腦病毒的破壞。能夠用備份軟盤迅速恢復損壞丟失的有關數據和信息。
（5）跨年處理。年終結賬后，跨年度時能夠自動將年末余額，結轉到年初余額，并清除有關賬戶科目的發生額。使用到年終時，年初的數據能夠順利及時結轉。
（6）查賬功能。能夠按記賬憑證編號查、按時間查、按余額查、按賬戶查，以及選擇某個條件或選擇多個條件查詢。
二、實際使用階段
1、電子計算機初次在財務部門運用時，應考慮賬戶科目代號設置的科學性。為防止由于賬戶科目代碼隨意變動，引起數據錯亂，確定后的賬戶科目不要隨意變更。另外，科學設置賬戶科目代號便于記憶，以便輸入匯總分析各種數據和信息。如，甲車間的代號為001，乙車間的代號為002，應付工資、管理費用的賬戶代號為0211－001，0211－002，0511－001、0511－002，以此類推。
2、建立必要的使用制度和管理辦法。如崗位人員職責、操作程序、軟盤備份、保管、計算機硬件的保管、維護，嚴禁外來軟盤隨意進行拷貝等，防止計算機病毒的感染，確保計算機運行的可靠性和安全性。
3、人員培訓要求全部財會人員都能上機進行賬務查詢操作。大部分財會人員都會進行記賬憑證的錄入，以及會計報表的編制，避免會計人員不會操作計算機而影響正常的業務工作。
4、經過一段時間試用，計算機處理的數據與手工計算的數據都能夠相符，達到最基本的條件后，通過總結、提高、驗證后，可脫手工處理賬務、報表，正式轉入運用計算機處理賬務、報表，以達到預期目的。
三、鞏固發展，提高階段
通過一至二年的實際應用，結合計算機理論的學習，對計算機的功能有了較全面的了解，并積累了一定的經驗，較全面掌握了計算機軟件的功能，財會人員可根據本企業、本部門的特點，自行編制某些應用軟件，來彌補專業軟件某些不適用的方面。因為計算機中已儲存了財會的基本數據和信息，利用這些數據和信息就非常方便和及時，不必再花時間去歸集原始數據，自編軟件能適合本企業需要，使用整個企業軟件運用系統更完善，更能及時提供綜合反映本企業的全面信息（如編制責任成本、資金控制、成本分析、資金分析、材料成本核算等軟件），使財會人員的工作從繁忙、單調的計算機中擺脫出來，真正為企業起到參謀的作用。
計算機硬件的基本部分范文第3篇
中圖分類號：G642
摘要：隨著信息技術快速發展，計算機新興硬件器件及系統設計工具不斷涌現，國內外計算機學科教育面臨著挑戰和機遇。傳統課程體系以單門課程為中心，課程之間缺少銜接，學生難以深入理解計算機系統技術，不適應技術發展和社會需要。文章介紹浙江大學計算機學院面向系統設計能力培養的教學改革，采用軟硬件課程融會貫通的方法，以數字邏輯設計、計算機組成、操作系統、編譯技術等課程為主線，以系統設計能力為統一視圖，建立層次化、循序遞進。開放式課程群的課程體系和實踐體系。關鍵詞：系統設計能力；軟硬件貫通教學；教學體系
1 計算機學科教學面臨的挑戰和機遇
當今世界新技術和新產業迅猛發展，信息產業正成為引領未來經濟社會發展的重要力量。信息技術與生物技術、新材料技術、新能源技術的交叉融合和突破，將引發新的產業革命，令計算機學科的教學面臨巨大挑戰。進行軟硬件貫通和面向系統設計能力培養的教學改革，能讓學生深入理解計算機，具有利用計算機系統觀解決實際問題的能力并提升整體素質，適應社會對人才的需求。這項教學改革在國內具有創新示范作用和重要意義。
1）面臨的挑戰。
（1）計算架構多樣化：①SSD、PCM、GPU、FPGA等新器件層出不窮；②模擬、仿真、可編程硬件、可模擬網絡系統等新工具應運而生；③CUDA、Hadoop、MapReduce等新編程語言框架讓人應接不暇。
（2）軟硬件協同設計成為主流：①硬件、操作系統、編譯器、并行計算關系更密切；②硬件多核及并行架構需要支持高效程序運行，編寫高效程序必須了解計算機底層結構。
（3）計算機應用問題更復雜，領域更廣：①高性能計算；②大數據處理；③大型系統開發與維護；④智能（嵌入式）系統開發等。
這些挑戰使得高校人才培養與社會對人才需求之間的差距有不斷加大的趨勢。擺在高校教師面前的迫切任務是如何改變這種局面，以提升硬件和系統類課程的教學質量和效果，提高學生實踐能力并激發其興趣，解決計算機專業學生應該具備怎樣的計算機系統知識、教師應該采用什么樣的培養方式和如何適應社會對人才的需求等問題。
2）存在的機遇。
EDA技術的發展降低了硬件設計和應用的難度，更有利于計算機學科（科學、工程、軟件）深入運用硬件研究和實現體系結構的創新和優化。硬件描述語言（hardware discribe language）、System C及仿真技術令計算機學科從系統層研究到軟硬界面的硬件方向研究進了一大步。計算機體系結構的發展使得師生在系統層教學和科研成為可能，RISC設計思想使CPU設計變化更容易實現，尤其是在嵌入式系統需求上。
FPGA器件采用計算機輔助硬件設計，為開展計算機和軟件專業能力型人才培養教學提供非常有效的工具，同時拓寬學生的就業領域，加強計算機硬件人才、軟硬件復合型人才和研究型人才的培養，滿足企業對于高質量的計算機人才的要求。
3）現狀分析。
美國一流大學計算機系統相關課程設置各具特色。MIT采用BOTTOM-UP的設計方法，以匯編為中心，強調底層涉及硬件與操作系統的接口。UC Berkeley采用TOP-DOWN的設計方法，以不同粒度的并行為線索設計各個層次，實驗跨度比較大。Standford Univer曲和CMU采用，TOP-DOWN的方法，強調從程序員角度看到的底層內容，重點為C語言的底層支持、程序優化、存儲器分配管理。它們有一個最大的共同點就是非常重視實驗動手能力，盡量做到課程群之間實驗內容前后貫通和實驗平臺二致。
浙江大學計算機學院從20世紀90年代起就醞釀和實施計算機硬件系統課程的教學改革，多年來堅持圍繞“面向系統設計能力培養”這一課程建設核心，以計算機系統設計與實現的實踐過程為手段，以深入理解計算機系統和高性能程序設計為目標，以數字邏輯設計、計算機組成、操作系統、編譯技術等課程為主線，以系統設計能力為統一視圖，建立層次化、循序遞進、開放式課程群的課程體系和實踐體系。近年來，改革小組相關教師數十次參加全國性計算機系統相關教學研討會，舉辦計算機系統設計師資培訓班，編寫出版系列化教材，受邀參加教育部國家教學指導委員會計算機專業委員會的邀請，參與面向系統設計能力培養的研究報告并取得良好效果。國內其他高校對于面向系統設計能力培養這一觀點逐漸形成共識，一些重點高校正在開展相關的教學改革。
2 面向系統能力培養的關鍵問題
面向系統能力培養的教學改革是一項綜合性的改革工程，涉及內容、體制、方法等各方面，重點在教學體系、課程體系、實驗體系等方面探索新的方法和手段，關鍵問題主要有以下幾個方面。
1）如何以系統設計為統—視圖建立課程體系。
面向系統設計能力培養進行教學改革涉及硬件類和系統軟件類很多課程，必須采用軟硬件課程貫通的整體設計思路和統一目標視圖，匯總核心課程群知識體系并結合實踐過程，按課程間、課程內和實踐銜接等要求將系統設計分解到各門課程中。課程之間構成輸入輸出關系，每門課既有獨立的知識體系、實驗內容和課程設計，又為后繼課程提供系統設計需要的基礎和部件（子系統），不僅課程群之間和課程之間構成前后遞進的層次關系，而且課程內知識點之間也構成遞進的層次關系，從而改變以往課程間缺乏直接聯系的不足，轉向課程緊密聯系的整體教學和實驗目標設計實現不斷完善的漸進過程。
2）如何以統一的實驗平臺建立實驗體系。
在實施統一視圖的課程體系教學改革過程中，實驗體系也應該隨之進行改革，采用統一的教學實踐平臺。該教學實踐平臺力求簡單而豐富（simple but rich），設計目標明確而開放，實踐過程要求完整且有可操作性，針對不同學生群體構成高、中、低3類實現目標。每門課程需要建立實驗成果庫，不同課程之間的成果還要構成輸入輸出關系，以構建系列化、遞進式的實驗體系。
3）如何以社會需求和學生興趣為切入點激發學生學習熱情。
現代社會對計算機硬件人才的需求主要表現在嵌入式技術、高性能技術和多核技術上，這要求計算機系統技術人員懂得更深入的計算機硬件知識，如SOC的實現、FPGA加速、多核編程等。興趣是創新的動力，教師應不斷給學生一些創新點子，激發他們的設計欲望，同時在整個教學過程中鼓勵學生將學習的知識與社會需求對比，從社會需求中找問題，讓學生解決并改善教學實驗方案，以接近社會需求的真實應用。
4）如何針對不同學校的不同專業建立多層次教學方案。
在課程體系設計過程中，教師還需要考慮不同層次學校的要求和不同學生的知識基礎，采用開放式層次構架擴展不同屬性的相關課程，以適合不同專業方向。在實踐體系設計過程中，針對不同學生群體采用高、中、低不同層次實現目標，實踐過程要求完整且有可操作性。
3 面向系統能力培養的教學體系
浙江大學計算機學院面向系統設計能力培養進行教學改革的終極目標是使學生能夠充分利用和掌握現代最新理論和技術，提高學生深入理解計算機系統和應用計算機系統觀的能力，在此基礎上以嵌入式系統為綜合實踐舞臺，提高學生根據應用需求設計與實現計算機（嵌入式）系統應用的工程實踐能力與創新能力，培養具有軟硬協同能力的計算機系統研究、開發和應用型人才，同時引導有興趣和潛力的學生進入計算機系統結構研究領域。
3.1 以系統設計為統一視圖，建立層次化、循序遞進、開放式課程群的課程體系
計算機系統設計課程不僅涉及電子線路、數字邏輯、計算機組成、計算機體系、計算機接口等諸多硬件技術，而且還與編譯技術、匯編語言、操作系統等計算機系統級軟件技術相關聯。在傳統的課程體系中，各門課程相對獨立，內容缺少銜接，學生往往感覺“不該講的講了，而該講的卻講不深入，理解不透”。我們在總結多年的教學經驗后，建立了圖1所示的層次化、循序遞進、統一視圖的開放式可擴展課程群的課程體系。這一改革思路與最近一年來國內外興起的小核心、模塊化、大整合等教學改革理念不謀而合。
圖1中邏輯與計算機設計基礎、計算機組成和計算機體系結構構成核心課程群；核心課程群加上嵌入式系統設計、高級數字系統設計、計算機接口、SOC設計、計算機系統設計等構成硬件課程群；硬件課程群加上操作系統和編譯技術構成系統課程群；在系統課程群基礎上可以根據專業方向和人才應用需求擴展成更大的課程群。開放式可擴展課程群具有層次構架，可擴展不同屬性的相關課程，適合不同專業方向。縱向可擴展系統軟件和應用軟件課程，橫向可擴展專業硬件和應用課程，適應不同方向和應用的人才培養機制，形成學校教學實驗與社會人才需求有機結合的培養體系。
1）圍繞計算機系統設計建立核心課程群。
圍繞計算機系統設計這個統一視圖，我們首先建立核心課程群。核心課程群以數字邏輯設計課程為基礎前導，重點講述計算機數字電路原理與設計技術并為后繼課程提供基本數字系統器件，如譯碼器、選擇器、加法器、寄存器組和狀態機模塊等；以計算機組成與設計為群內核心，重點講述計算機部件的設計技術，如數據通路、RISC指令系統、單周期/多周期控制器、總線架構等處理器集成和應用技術，為后繼課程提供可用的多周期CPU；以計算機體系結構為深入提高，重點講述計算機硬件系統的相關優化技術，如流水線處理器、存儲層次優化等，并為后繼課程提供流水線CPU。核心課程群統一考慮3門課的教學與實驗，構成三位一體、循序遞進、緊密耦合的層次關聯。
2）引入計算機接口、嵌入式系統和多核設計等課程，形成硬件應用擴展課程群。
在核心課程群基礎上，我們引入計算機接口、嵌入式系統、高級數字系統設計等課程，構建硬件范疇的擴展課程群，深化硬件系統的學習與實踐。計算機接口主要講授匯編、CPU與存儲器、I/O接口實現技術，為后繼課程提供存儲器、鍵盤、鼠標、串口、顯示器等構成計算機硬件系統的基本部件；嵌入式系統主要講授面向特殊領域的計算機軟硬件設計技術，是計算機硬件系統的現實應用；高級數字系統主要講授復雜數字系統設計，以便提高計算機系統應用的專用算法性能。
同時，我們還可引入多核設計，主要講授多核互連、共享Cache、任務并行等設計技術，以適應現在多核計算機人才的需求。核心課程群和硬件擴展課程群的內容覆蓋了整個計算機“裸機”的設計技術。
3）引入編譯原理、操作系統與計算機網絡等課程，形成完整的計算機系統課程群。
核心課程群和硬件擴展課程群完成的計算機“裸機”，還不能稱為真正的計算機系統，就像剛出生的嬰兒只有軀干、四肢和基本感知的大腦，但缺乏對環境刺激的高級智能反應，因此我們需進一步引入編譯原理、操作系統、計算機網絡等課程相關技術并組成計算機系統課程群，在計算機“裸機”的基礎上進一步設計實踐并加上計算機系統級的軟件，以滿足“設計簡易計算機系統”的要求。
3.2 以統一的實驗平臺建立實驗成果庫，構建系列化、遞進式的實驗體系
計算機硬件和相應系統軟件價格相對昂貴，技術資源相當封閉而且更新速度較快，目前國內市場沒有對應的實驗平臺。由于缺少針對性的實驗平臺或實驗平臺不統一，國內部分高校有的用模擬器，有的用仿真結果，傳統實驗教學內容與理論教學內容脫節，學生缺少對計算機系統設計整體流程的感性認識，對理論理解不深，難以滿足社會和業界要求。我們經過多年努力，自主研發實驗平臺并建立實驗成果庫，構建系列化、遞進式的實驗體系，實驗平臺如圖2所示，其中最左邊5個框內內容為實驗平臺可擴展功能。
與統一視圖的課程體系相配套，以現代硬件描述語言和FPGA為統一的實驗平臺，實踐目標不宜太復雜，力求簡易而內容豐富，同時保證所有相關課程在一個平臺上實現，便于學生在在校期間逐步設計實現簡易但完整的計算機系統或SOC，用自己的計算機系統和系統管理軟件運行應用程序。
具體實現方法是以核心課程為主導，課程間不是簡單合并，而是融合各部分以構成一個整體。在具體實現時，我們采用模塊分解法，這樣可簡化實現難度和豐富各課程內容，同時能夠讓學生學會分解問題。各門課程實驗設立各模塊接口信號和時序標準，設計實現符合質量要求的模塊或子系統（產品），前導課為后續課輸出合格的模塊（功能、性能），最后集成調試完成整體系統。
實際上，計算機系統設計實現的不是一個實驗，而是多個大實驗，如以核心課為分解方式劃分4個大實驗；而這4個大實驗也由不同的小實驗組成，這樣就形成了圖3所示的實踐體系的學習層次。
在這樣的層次結構中，整個計算機系統設計實驗分成小實驗、實驗、完整系統集成實驗和附加實驗4個層次。附加實驗是指將系統軟件加入整個計算機系統中的實驗。
1）層次1：小實驗系列。
小實驗是基本實驗，如處理器設計與實現中的ALU設計、寄存器堆設計、控制器設計、中斷控制器設計、Cache設計等實驗，均是小實驗。小實驗構成了處理器的設計與實現（實驗1）、流水線的設計與實現（實驗2）、存儲系統設計（實驗3）和交互外設設計與實現（實驗4）4個實驗。學生要實現更大規模的系統設計就必須先掌握小實驗的設計，為整個計算機系統的設計打好基礎。當然，相對于其他層次的實驗，這些小實驗的設計目標比較簡單，學生能夠較快地完成。層次1是基本的實踐體系層次。
2）層次2：實驗1—4。
這是計算機系統中處理器的設計與實現、流水線的設計與實現、存儲系統設計與實現、交互外設設計與實現4個實驗。每個實驗都由一系列的小實驗構成。要想完成這4個實驗，就必須完成每個實驗中包含的小實驗。這4個實驗相對比較復雜，要求學生在學完相應理論內容的基礎上具備初步的動手實踐能力。層次2能夠讓學生對計算機系統中每個構或部分都會有比較清晰的了解。
3）層次3：完整系統集成實驗。
這是指在前面2個層次實驗（層次1和層次2）的基礎上，通過總線設計與部件互連模塊將前2個層次的實驗集成起來，形成一個完整的計算機系統。盡管相對簡單，但是實現的工作量可能會很大，該層次是實現計算機硬件系統（具備數據通路、控制單元、存儲器、輸入和輸出5大部分）并且能夠實際運行程序的關鍵階段，也是學生能夠掌握一個完整計算機系統設計的關鍵階段。
通過上述3個層次，學生已經學習和掌握計算機組成課程基本知識并具備較好的動手實踐能力。在此基礎上，學生還可以進一步完成層次4的實驗。
4）層次4：附加實驗。
實踐體系的這個層次為計算機組成課程和相關課程內容掌握得較好的學生提供。當然，所有的學生都可以嘗試完成附加實驗。附加實驗的內容分為兩部分：一是要將系統軟件加入到系統中，如Bootloader和Min-OS；二是改善系統的邏輯層性能，如實現流水線處理器、中斷和Cache等。這一層次實驗難度較大，要求學生具有較高的專業綜合能力。
這4個層次由簡單到復雜，由易到難。在實驗過程中，學生通過逐層掌握實驗技能以進行深入學習，提高自己的學習水平。同時，由于實踐體系是分層設計，學生可以先完成較為簡單的實驗，不會一開始就受到實驗難度的影響，而是對完成實驗和理論學習有較強的興趣，從而更好地進行學習和實驗。
3.3 以培養對象為中心確立分類、分層次化、可遞進的實現目標
我們針對不同學生群體，根據其特點和背景設立多層次的面向系統能力和計算機系統設計實現的規模和要求。無論哪個層次，我們都力求計算機系統的整體性或某一領域計算機應用的整體性，保證各層次之間的遞進關系。我們針對計算機軟件工程等專業提出兩個層次，以高、中、低3類實現目標規模。
1）層次1：簡易但完整的計算機系統設計實現。
支持MIPS或ARM基本整數指令和必要的系統指令，必須支持PS2和VGA顯示。二者均為RISC體系架構，MIPS結構簡單易上手，但后續支持工具太少；ARM具有更好的后續應用支持工具和應用軟件，但體系結構較MIPS復雜，難度較高。
（1）高級要求：設計操作系統管理調度的簡易計算機系統，具有Bootloader、OS內核管理、進程調度、文件系統、GUI和一定數量的API函數，提供編譯器、匯編器以及一個有實用價值的典型應用。
（2）中級要求：移植操作系統管理調度的簡易計算機系統，具有Bootloader、進程調度、文件系統、GUI，提供編譯器、匯編器，同時完成一個有實用價值的典型應用。
（3）基本要求：設計系統管理器直接調用單進程應用程序的簡易計算機系統，提供編譯器、匯編器以及一個有實用價值的典型應用。
2）層次2：簡易SOC或微控制應用系統設計實現。
支持MIPS、MSP430或MCS51基本整數指令，至少具有基本GPIO接口。考慮MSP430和MCS51同樣是基于后續工具和應用的支持，而MSP430有TI大學計劃的嵌入式平臺支持，后續支持和應用會更好。
（1）高級要求：設計簡易命令管理直接調用運行應用程序，構成簡易專用的SOC計算機系統，支持PS2鍵盤和VGA顯示，同時提供一個有實用價值的典型應用程序。
（2）中級要求：CPU直接運行有實用價值的典型應用程序，構成簡易SOC，具有應用交互功能和系統自檢和測試功能，支持中斷、基本GPIO接口、硬件計數器接口、7段碼文本（16進制）和圖形（由7段顯示器構成的圖形）接口。
（3）基本要求：設計完成CPU擴展基本GPIO接口和7段碼顯示接口，直接運行一個有意義的應用程序，構成微控制器應用系統。
4 改革措施
浙江大學計算機學院在計算機硬件教學改革過程中，充分利用學校教學和科研等方商的條件，匯聚政府、行業、企業等各方資源，深入挖掘學院學校、師生、教學科研三者之間的內在關系，積極探索和建立“基地k才一科研”三位一體的有利于激發學生創新熱情和創新實踐的教學體系和培養機制。
1）成立計算機硬件系統開放實驗室，以此為教學實踐基地。
除了滿足平時教學和實驗用教室需求之外，學院還依靠國家相關項目資金支持及企業捐贈等多種資源，專門成立計算機系統設計開放實驗室并以此為“基地”。
2）面向各級學生成立興趣小組，建立人才資源庫。
學院針對每屆學生專門設立一個計算機興趣小組班級，單獨設立培養方案，以此為“人才”。在基地集中學院的本科生、研究生等各類人才和興趣愛好者，由硬件課程的各名教師組成導師組，對基地學生進行教學。
3）面向實際需求進行技術研發創新，以此為科研源泉。
針對教學、社會和國家的需求，我們進行技術開發和自主創新，以此為“科研”。這種一體化的培養模式為培養“高、精、寬”的專業人才提供了條件。
5 改革效果
從2005年最初的硬件課程貫通開始到2011年面向系統能力培養模式的形成和初步建立，浙江大學計算機學院經過近10年的教學改革實踐，已取得良好的教學效果，學生也受益匪淺。
2005年，日本法政大學計算機系李亞民教授來浙江大學講學，計算機學院學生在李教授指導下在一周內完成了流水線CPU的設計仿真實現，李教授贊許這是他在國內講學中學生完成情況最好的一次，同時這也充分體現計算機學院硬件課程貫通的效果。2009年，學生的SRTP項目在FPGA上設計實現了完整的簡易計算機系統。2010年，學生興趣小組項目在20萬門FPGA上（Xilinx Spartan 3）完成帶有虛擬文件系統的流水線計算機系統。201 1年，學生在該系統上開發了PPT應用程序，受到Xilinx中國Keven和Ram博士的夸獎。2012年，姚元、盧忠勇等同學參加全國開源嵌入式硬件大賽，他們設計的M2M項目獲得一等獎，同年獲得在美國舉行的國際電子設計大賽一等獎。2012年，馬岷和江舟同學進入Xilinx公司實習，開發出Xilinx中國的實踐教學項目機器人平臺，同時參與編寫并出版《嵌入式系統軟硬件協同設計實戰指南》實踐教材，畢業后馬岷進入Xilinx中國技術開發部工作。2012年開始，改革小組成員受教育部高等學校計算機專業教學指導委員會邀請，參加全國面向系統能力培養的相關報告撰寫工作。
通過面向系統能力培養的教學體系建設，浙江大學計算機學院70%以上的學生能夠從被動接受知識逐漸發展到主動學習并積極實踐，從而提升了教學效果。
計算機硬件的基本部分范文第4篇
1 引言
《計算機組成原理》是一門偏硬的學科，是計算機與科學技術專業的一門核心專業基礎課[1]，主要學習計算機內部的各部件的組成結構、工作原理及相互間的聯系。隨著計算機技術及電子技術的飛速發展，計算機內部部件的高度集成化，復雜化，很多學生普遍感覺《計算機組成原理》這門課程難學、難懂，概念抽象、感性認識差等，如果用傳統的教學方法很難達到教學的目標；同時這門課程還是很多院校計算機專業研究生入學考試的考查科目，所以應該找到一種切合實際的教學模式，在達到本科教學目標的同時能夠讓學生們感覺研究生入學考試這門課程對于他們來說不是一種屏障。鑒于此，我們針對這門課程的特點，從教學內容、方法、手段及實踐四個方面做了改革，并取得了較好的效果。
2 教學內容的改革
在教學內容上，主要遵循本科教學大綱來循序漸進該課程的講授工作，同時要借鑒每年的考研大綱，找出其出入部分，重點內容要重點詳盡地講述，以典型例題來加深學生的理解，難點問題要找到切入點，讓學生找到頭緒，步步為盈，例如信息通路部分，可以先畫一個單總線結構的計算機系統來講解信息在各部件間的流動過程，然后再針對某一復雜具體機型的計算機來疏導它的信息通路，學生理解起來就會容易的多。對于考研與本科大綱的出入部分作為擴展內容講解，主要針對有精力或是有考研目標的同學。例如輸入輸出部分的幾種數據傳輸方式[2]，要深入到每種方式的具體實施過程，而不是局限于表面的了解。
3 教學方法的改革
在教學方法上，采用啟發式教學和習題檢測等相融合的方法，注重重點的突出、難點的突破。另外，留給學生實踐作業，采用課堂鼓勵等方式調動學生的興趣及積極性。使學生能夠理解單處理器計算機系統中各部件工作原理、組成結構及相互連接方式，具有完整的計算機系統的整機概念，掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現方法，最終能運用課堂所學理論知識對有關計算機硬件系統中的理論和實際問題進行計算和分析，并能對一些基本部件進行簡單設計。
4 教學手段的改革
教學手段上主要采用板書加多媒體及Proteus仿真軟件并用的方式進行教學。板書盡量用言簡意賅的詞語來描述問題，讓學生學起來達到簡單易懂的效果。對于將計算機的比較抽象復雜些的內部結構可以采用多媒體課件及Proteus仿真軟件將其工作原理和工作過程直觀形象地演示出來。
5 實踐教學環節的改革
實踐教學環節主要由實驗和課程設計兩部分組成，因為實驗學時有限，可以設計一定數量的實驗項目、驗證性實驗，加深學生對各計算機部件的組成和工作原理的進一步理解； 在課程設計期間可以因材施教，讓學生綜合運用所學計算機組成原理知識，采用Proteus仿真軟件，人為模擬各部件單元中的控制信號實現常用部件電路及之間的信息通路的設計，對于有能力且勇于創新的同學，可以利用EDA技術，自主設計一個組合邏輯控制器模型機，因為EDA技術很多學校計算機專業學生未開設此門課程，所以此實驗需要學生有一定的EDA基礎才能實現。通過實踐教學環節，進一步加強學生理論知識與應用相結合的實踐和鍛煉，培養了學生分析問題、解決問題和設計的能力。
計算機硬件的基本部分范文第5篇
關鍵詞：計算機接口技術；教學改革；proteus
1引言
《計算機接口技術》課程是計算機科學與技術專業的一門專業主干課程，是大學本科生掌握計算機硬件基礎知識和常用接口技術的入門課程[1]。課程由微型計算機工作原理和微處理器、匯編語言程序設計、常用接口技術三個部分組成。該課程目的使學生通過本門課程的學習，掌握計算機系統的構成，建立起整機概念，并培養學生具有一定的獨立分析和解決問題的能力，為后續課程的學習以及將來的工作奠定堅實的基礎。但由于本門課程是一門實踐性很強的課程，并且具有知識點多、概念抽象、理論性強等特點，學生掌握起來并非易事，就以往學生的反應，此門課程學習難度大，知識不易理解，普遍存在“重軟件、輕硬件”的現象，大大降低了學生的學習熱情，動手實踐能力的培養也受到很大的限制，如何能夠提高學生學習熱情，激發學生的學習欲望，是需要解決的問題，筆者結合多年的教學經驗和教學實踐，在實驗教學過程中進行了一些教學改革的初步探索。
2引用
proteus仿真軟件Proteus嵌入式系統仿真與開發平臺是英國labcenterelec⁃tronics公司開發，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統設計與仿真平臺。它包括原理圖編輯與仿真軟件包isis和布線編輯軟件包ares兩部分組成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增對8086CPU及其相關接口芯片的仿真。硬件實驗設備由于結構固定、資源有限且成本高、損耗大以及壽命低等缺點，pro⁃teus的引用對于改善教學實驗環境，激發學生學習知識的求知欲，以及學習興趣，提高教學效果，是一個不錯的選擇，此外，學生只要在自己的電腦上安裝proteus軟件后，可以不受時間和空間的限制，進行設計仿真操作，既節約了成本，又能充分發揮學生自己的思維和想象，對實驗教學來說是一個課堂的延伸[2]。對于8086來說，將其編寫好的源程序可通過外加EMU8086編譯器生成.exe文件，然后在proteus上進行仿真，達到教學目的。Proteus的引用不僅可在實驗教學上使用，也可在理論教學中使用，教師可以在課堂上邊講理論知識，邊進行教學演示，直觀形象，使學生對生澀難懂的知識進行有效的消化、吸收，是教學的有力的輔助工具。實踐證明，引用proteus，達到了提高教學效果的目的，更加利于學生學習興趣的培養。Proteus是教學的一個有利的補充，但它只是一個仿真軟件，不能完全代替實物實踐，仿真實驗和實驗箱上的實驗還是有區別的，由于實際電路運行時表現的各種電氣特性等，使在proteus上調通的，在硬件上不一定能夠成功的實現，基于以上認知，采取proteus仿真實驗和實物實驗相結合的方法進行教學。要求學生先課下通過proteus軟件進行仿真，模擬實驗效果，再到實驗室進行實際硬件電路的操作，查看實驗效果，這種教學搭配，充分利用proteus仿真軟件的形象直觀性，增強學生好奇心，激發學生學習熱情，同時提高學生的學習效率，達到更好的學習效果。
3課時安排
計算機接口技術課程主要分為微機原理、匯編語言程序設計和接口技術三大模塊，共64學時，為兼顧各個模塊之間的承上啟下以及知識的連續性，主要分配學時如下表1：微機原理主要講授微機基本知識，如微處理器、微型計算機、微機系統的概念以及微機的結構和工作原理、時序知識、指令系統等，匯編語言程序設計涉及內容有匯編語言源程序的格式、變量屬性、分支結構、循環結構和子程序設計，接口技術涉及內容有存儲器、輸入輸出接口、常用I/O接口芯片等。實踐教學在整個課程中起著重要作用，通過實踐，對理論知識進行消化和理解，同時學生的動手能力能夠得到很好的鍛煉，培養學生分析解決問題的能力，做到理論與實踐有效的結合，實踐教學總學時16學時，具體分配如下表2，其中匯編語言程序設計部分安排4學時，由于此部分上機實踐只需計算機即可，不需其他硬件，學生在課上學習好程序的設計和調試方法后，可以利用課下時間在圖書館或宿舍完成作業和上機實踐，節約課上學時，為其他內容的講授提供充足的時間。接口技術實驗共分為6次實驗，分別為proteus的使用、8259中斷控制器、8255并行接口芯片、8253定時計數器以及A/D、D/A轉換。每次實驗安排2學時，要求學生課下提前預習，為下次實驗做充分的準備，保證每次實驗順利地進行，完成相應的實驗任務。其中proteus的使用這一實驗安排1次，是因為在本門課程學習之先，學生已學習過《電路制圖與仿真》這門課程，此門課程主要介紹proteus軟件的使用，因此在proteus的實驗主要介紹EMU8086編譯器的使用，學會使用proteus進行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次實驗均設置了基本實驗部分和提高部分兩個層次，其中基本部分要求每一個學生必須完成，按照電路原理圖進行連線，編寫實驗程序，完成實驗效果。提高部分要求學生在完成基本部分后，有余力的學生可對電路進行設計并編寫相應的程序改善接口的性能。每一個層次的實驗，要求學生進行現場演示。
4實驗考核
實驗評分標準分為實驗操作部分、現場提問環節以及實驗報告三個部分組成。學生抽簽決定實驗考核內容，并進行現場演示，教師根據學生實驗操作過程、結果以及對現場的提問回答情況等形式進行現場評分，以激勵學生學習主動性，達到教學目的。實驗操作部分占實驗總成績的比例為50%，現場提問環節所占比例為30%，實驗報告占20%，其中實驗報告要求學生重點報告在實驗過程中遇到什么問題，以及解決此問題的思路和方法以及實驗的心得體會，避免抄襲和實驗報告的形式化。
5充分利用多媒體
在進行實驗教學過程中，充分利用多媒體，提升教學效果。為提高學生學習的熱情，對于在實驗過程中難懂的知識點，可以采用動畫進行直觀形象的演示，使學生更加能夠領會實驗的內容和目的，便于理解和記憶。
6結論
《計算機接口技術》是一門理論性和實踐性都很強的課程，對于此門課程的教學也是一個不斷學習和探索的過程。對于本門課程的改革實踐，實驗教學效果有了很大改善，學生主動性、學習熱情有所提高。此課程是一門公認的教師難教、學生難學的課程[3]。隨著時代的發展，計算機接口技術課程也應與時俱進，需要不斷完善教學體系，更新教學內容，尋求新的教學方法，提高教學效果，充分調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的綜合能力、科學素質，為社會培養更多高素質的復合型人才。本課程的改革是一項長期艱巨的任務，需要不斷探索和完善。
作者:鄢艷紅 單位:廣州中醫藥大學醫學信息工程學院
參考文獻：
[1]王志軍,楊延軍,王道憲.微機原理實驗課程內容的層次化設計[J].實驗室研究與探索,2012,31(1):105-106.
