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計算機硬件系統的概念范文第1篇

關鍵詞：EDA技術；計算機專業；硬件體系；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

1計算機硬件類實驗教學面臨的問題

計算機技術不斷進步與發展，若計算機硬件類實驗教學仍采用傳統的實驗教學模式和傳統的實驗平臺，開設自主性、綜合性、創新性實驗就面臨一些問題和困難。

1.1硬件設備投入高，硬件項目開發周期長

硬件實驗平臺的建設需要大量的資金投入，而且硬件類實驗消耗很大，需要持續的資金投入做保障。此外，硬件課程建設周期也較長，硬件實驗項目開發也非一蹴而就，實驗教師需要完備的理論知識和扎實的電子學知識，而且需要反復的實驗和長期的實踐，才能自如的設計實現，這一過程比掌握一門計算機語言或一種計算機軟件開發工具要難得多和慢得多。實驗設備的更新速度及實驗項目長周期開發難以滿足新技術、新方法的更新步伐。

1.2教學實驗臺的設計針對性強，硬件線路相對固定，實驗內容受硬件設計的制約

很多教學實驗臺的設計針對性強，是針對某門課程而開發設計的，硬件線路部分相對固定，其擴展性很有局限，更新實驗內容受硬件設計的制約。硬件實驗設備的高投入和實驗器件的大消耗，在沒有足夠資金投入的情況下，在現有硬件設備上進行實驗內容的更新，開設自主性、綜合性、創新性實驗難以實現。

1.3硬件實驗教學彼此脫節，缺乏系統化的實驗體系

計算機專業硬件類課程必修課程一般包括數字邏輯、計算機組成原理、計算機接口與通信技術、計算機體系結構、嵌入式系統設計，選修課程一般包括單片機原理及應用、數據采集、計算機控制技術等。這些課程之間彼此存在內在的聯系，學生通過這些課程的學習，應當能逐步建立起整個計算機系統設計的概念，掌握計算機系統的設計技術，掌握計算機的控制應用。但在具體課程和實驗安排中，卻往往忽略并割裂了這種內在聯系，實驗內容沒有從模塊化、系統化的角度整體考慮計算機系統設計和控制應用的要求。因此，分析這些課程之間的內在聯系，設計階段性、模塊化、系統化的實驗教學內容，建立計算機硬件實驗教學體系，對于培養學生的計算機系統設計能力和應用設計能力十分重要和必要。

2構建基于EDA技術的計算機硬件實驗教學體系

EDA技術的迅猛發展，以及可編程邏輯器件PLD的出現及不斷推舊出新，為解決上述矛盾提供了一個良好的契機。EDA技術不僅是一種先進的硬件設計技術，而且將在計算機專業的硬件體系實驗教學中發揮其重要作用。采用EDA技術可以實現硬件設計軟件化，其實以軟件實驗替代硬件實驗的方法也將是計算機硬件設計技術的發展方向，在美國一些著名大學的計算機硬件實驗室，包括計算機組成原理實驗早已不用那種傳統接插式箱式實驗臺，采用EDA技術進行硬件實驗，通過可編程邏輯器件進行修改和重構，實現系統編程和硬件邏輯設計的軟件化，設計方法較靈活。由于所有的實驗都在計算機上利用軟件來完成,不需連接導線，修改測試極為方便，可大大提高實驗效率。與通常的實驗手段相比，“軟件化”實驗無器件損耗，可節省實驗經費，并減輕實驗管理人員的維護工作量。采用EDA技術將為學生進行自主實驗、綜合實驗和創新實驗提供廣闊的發展空間的同時，全面提高學生工程實踐能力和學習硬件設計的興趣。因此，構建EDA技術貫穿于計算機硬件實驗教學體系十分必要。

2.1研究計算機專業硬件類課程之間的關系，設計遞進層次的實驗結構

要合理設置計算機實驗課的結構，在強調計算機實驗課之間的邏輯順序的同時，注意知識內容的相互銜接，上下呼應，以保證學生知識的增長、學生能力的發展和社會需求三者之間的統一。建立基于EDA技術的基礎設計、綜合設計、應用研究設計三個遞進層次的實驗結構。

基礎設計：主要掌握基本技能、基本方法的運用，加深對理論知識理解。例如，數字邏輯實驗課程中組合邏輯和時序邏輯電路的設計，計算機組成原理實驗課程中功能部件的設計，計算機接口實驗課程中I/O接口部件的設計，學生用EDA軟件原理圖和硬件描述語言的方法在設計或描述這些功能時，必須清楚部件的結構與性能，充分理解理論知識。以基礎設計實驗替代驗證性實驗不僅讓學生掌握基本技能和方法，更能透徹理解理論知識。

綜合設計：綜合所學的知識，應用現代化的設計思想，設計計算機的硬件系統。如將計算機組成原理、計算機接口技術與計算機體系結構實驗課程結合，學生用硬件描述語言完成中斷控制器、總線控制器的設計，及RISC、CISC的CPU優化設計。綜合設計實驗可以在單科單個實驗的基礎上，進一步將計算機硬件課程的實驗內容打通，建立統一的平臺，完成多科目的綜合應用。實現更加復雜的計算機硬件系統的設計，達到對整個計算機硬件知識的融會貫通。

應用研究設計：進行軟、硬件綜合設計，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，此時的計算機硬件實驗就不僅僅是單個或綜合的實驗教學了，而是一個總的計算機硬件應用系統的設計項目或軟、硬件綜合設計。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，使學生建立系統的概念與工程的概念。如基于SOPC的嵌入式設計項目，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、軟件環境有較全面、較系統的掌握，才能完成設計任務。

2.2以EDA技術為紐帶構建階段性、層次化的實驗教學體系

仔細研究計算機專業硬件類課程之間的關系，構建階段性、層次化、系統化的實驗體系。EDA技術好比紐帶，將那些分散的計算機專業硬件類課程有機地連接起來。具體可構建如下幾個層次的實驗:

(1) 數字邏輯層次實驗

完成常用組合邏輯和時序邏輯電路的設計，以及具有一定實用功能的邏輯系統的實驗。通過這些實驗使學生熟悉EDA設計的的全過程。

(2) 計算機組成原理層次實驗

主要完成運算器、存儲器、CPU等大規模器件的設計，通過計算機的功能部件或整個計算機系統的設計實現過程，鍛煉學生的工程實踐能力。

(3) 計算機接口與通信技術層次實驗

完成計算機I/O接口部件的設計，側重于硬件邏輯實現，如定時/計數器、中斷控制器、DMA 控制器、并行接口、串行接口和VGA顯示器的控制電路等。

(4) 計算機體系結構層次實驗

完成諸如RISC、CISC和總線控制器等的設計，實現計算機的各種組成部件或整機系統，追求結構的優化和性能的提高，培養學生進行性能分析和測試的能力。

(5) 嵌入式計算機系統層次

主要完成嵌入式系統的硬件、軟件的設計和軟硬件綜合設計、多機容錯系統設計、多機并行算法設計等，使學生能熟練進行嵌入式系統應用程序開發和運用嵌入式操作系統進行任務調度和管理，最終設計出一個完整的嵌入式系統。

3實現基于EDA技術的計算機硬件實驗體系的措施

3.1增設EDA技術課程是當務之急

EDA技術課程以應用為主，主要介紹當前可編程邏輯器件PLD設計的主導思想和設計方法，以及PLD的體系結構、硬件描述語言HDL、EDA開發工具和數字系統的設計方法。實驗教學是EDA課程的一個重要實踐環節，通過一系列由淺入深的、不同層次(如基礎設計型、綜合設計型、應用研究型)的實驗，學生可在較短時間內掌握EDA技術的原理和方法，熟悉EDA設計的全過程。

EDA是以PLD及其開發板為硬件平臺，以硬件描述語言HDL和EDA技術為開發工具，以軟件設計的方法實現硬件的功能。EDA課程的意義不僅僅在于教會學生掌握某種HDL語言和某種EDA工具的使用，更重要的是引導學生掌握現代數字系統設計的方法與思想，能夠用形式化的方法來描述硬件電路，并能綜合運用先進的EDA技術對設計進行仿真、綜合和測試、驗證，從而培養和提高學生的硬件設計能力。國外加州大學伯克利分校、斯坦福大學、威斯康辛大學等高校早已經在計算機專業應用EDA技術進行數字系統的設計和CPU的設計。國內著名高校近年也在計算機專業開設了EDA技術課程，開始應用EDA技術進行計算機系統的設計。在計算機領域應用EDA技術是計算機硬件設計技術的發展方向，對于還沒有開設EDA技術課程或在計算機硬件系統設計還不能自如應用EDA技術的計算機專業，應該盡早增設EDA技術課程。

3.2精選實驗內容，優化實驗設置

精選一些基本的實驗作為計算機實驗的必修內容。在內容選取上，可以打破傳統的模式，如以基礎設計替代驗證性實驗，實驗內容以訓練的性質、層次進行分類。在實驗類型的設計上，強調實驗項目的設計，擬定方案、調試方法等由學生獨立完成，使學生在基礎知識、基本方法和基本技能上得到系統的訓練，提高學生的主動性。

實驗教學項目的設計，應開展多種類型、多種層次、多種目的實驗，如基礎設計型、綜合設計型、創新設計型或應用研究型。合理設置計算機實驗課的結構，注意知識內容的相互銜接，前后呼應。如在計算機組成原理層次實驗，學生需掌握EDA技術的原理和方法，熟悉EDA設計的全過程；在嵌入式計算機系統層次實驗，學生需掌握嵌入式處理器組織結構，如NiosII CPU軟核或MicroBlaze CPU軟核。

3.3抓好計算機硬件師資隊伍建設

要培養高質量的學生，就必須有高水平的教師。教師是實踐教學改革的關鍵，其知識結構、業務素質、實踐能力、敬業精神將影響學生久遠。從事計算機硬件教學的教師需要具備豐富的計算機系統知識、扎實的理論功底、一定的工程實踐經驗。值得思考的是，在當今實踐教學內容更新迅速，實踐教學指導難度加大，社會用人單位急需實踐能力強的應用型人才的情況下，高等工科院校的實踐教學教師仍然被定義為“教輔人員”，在崗位津貼、晉升職稱、項目申報等方面仍然處于弱勢地位。這種現象與重視實踐教學和提高人才培養質量并不合諧一致。需要盡快轉變傳統的觀念，抓好計算機硬件師資隊伍建設，一方面積極引進計算機硬件人才；另一方面定期進行新技術培訓、實踐教學方法培訓；此外，加強與企業單位橫向合作，鼓勵老師走向社會，多參加科研項目的研究，不斷更新知識，提高業務水平，為實踐教學改革與應用型人才培養打下堅實的基礎。

3.4建立開放式EDA實驗室

可編程片上系統SOPC(System On a Programmable Chip)使得在一個芯片上實現一個完整的計算機系統成為可能。SOPC集成了硬核或軟核CPU、DSP、存儲器、I/O及可編程邏輯，采用基于SOPC的實驗平臺，使學生調試、驗證自己的設計項目成為可能，為學生的自主實驗提供廣闊的發展空間。比如軟硬件協同設計實驗，面向DSP等實際應用的實驗，基于SOPC嵌入式系統設計實驗等，使學生能夠應用EDA技術完成大型硬件的原型設計，或進行創新性課題的研究。

由于PLD自身的特點，學生最初完全可以在計算機上借助于EDA工具完成設計輸入、編譯、仿真和綜合，這樣學生在普通的計算機上即可完成PLD設計的大部分工作，最后再到EDA實驗室進行編程下載和驗證。借助EDA技術學生能完成涉及多門硬件類課程的實驗，在不同的學習階段，學生學習了相應的硬件課程后，就可以采用EDA技術，自行設計與本課程相關的實驗設計或復雜應用系統設計。

采用這種模式開設硬件系列實驗，建立一個一定規模的EDA實驗室，配備一定數量的SOPC實驗臺和配套的計算機。這并不需要很大的實驗室，也無須與學生規模相配套的實驗設備，在計算機上安裝各種成熟高效的EDA工具，實驗室作為開放式實驗室，可以是實驗時間開放和實驗內容開放，為計算機專業學生提供一個良好的硬件環境和軟件環境。EDA技術的應用貫穿于計算機硬件體系實驗教學，學生的自主設計能力和創新意識將得到極大提高，這無疑對培養具有創新意識的人才有著重要的作用。

4結束語

計算機科學是一門實踐性很強且發展迅猛的學科，實踐環節是計算機學科建設與發展的重要組成部分。構建合理

的計算機硬件實驗體系，對培養學生良好的計算機硬件基礎，提高學生設計、應用計算機的能力至關重要。構建系統的EDA技術的實驗教學體系，實行開放式實驗教學，有利于增加新技術、新方法的實踐應用；有利于隨時更新實驗內容，開設自主性、綜合性、創新性實驗。建立EDA技術的實驗教學體系必將極大地推進計算機專業硬件實驗教學內容和教學形式的改革，為創新人才的脫穎而出創造條件。

參考文獻：

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計算機硬件系統的概念范文第2篇

早期計算機性能低下，最初的計算機系統中沒有操作系統軟件，計算機的主要功能也只是提供科學計算，所以初期的計算機完全需要人工操作，通過硬件線路的連接來實現計算程序的運行。后來由于計算機硬件速度的快速發展和新的對信息處理能力需求，操作系統成為計算機系統不可缺少的軟件平臺。

計算機操作系統可以幫助工作人員管理計算機硬件資源，調度任務，同時可以人性化的將任務的處理過程和結果實時反饋給用戶。操作系統的產生改變了人們對計算機使用方式的定義和認知，是邁向信息時代的第一步。

計算機發展至今，硬件速度越來越快，操作系統越來越復雜功能越來越強大，幾乎可以處理任何一種數據信息，而人們又對計算機的性能有了新的需求。

當計算機功能越來越強大的同時管理維護的成本也在逐漸增大，其安全性和穩定性已經變成了計算機應用的最主要技術指標，高容錯性和系統快速恢復能力成為當今計算機系統研究的主要方向，而虛擬機技術的完善使得這些新需求的滿足有了更可行的捷徑。

最早計算機虛擬化技術完全由軟件實現，運行速度緩慢而且功能單一，虛擬設備，程序虛擬運行環境都屬于這一類。但是這些遠遠不能滿足各產業實際應用的需求。因此在軟件虛擬技術成熟的基礎之上一些大的軟件公司開始研究虛擬操作系統的產品，VMware就是這類產品的代表。

VMware用軟件模擬計算機硬件系統，這樣一來在一個真實的計算機系統上(包括操作系統軟件)可以同時運行多個虛擬操作系統，這些虛擬操作系統可以是和真實系統相同的系統軟件，也可以是完全不同的系統軟件。比如在一臺裝有WindowsXP操作系統的PC機平臺上安裝VMware，然后再用VMware虛擬機安裝linux操作系統，這樣一來，用戶可以在同一個硬件平臺上同時運行兩個結構完全不同的操作系統。這種計算機的應用方式被許多教學單位采用，以構建低成本的計算機實驗環境。

但是用軟件模擬硬件的技術有它先天的局限性，比如虛擬機系統運行速度受到很大限制，對外部設備的支持差等原因，使得純軟件模擬實現的虛擬機環境不適合商業和工業領域的應用。

為了突破這一瓶頸，許多硬件廠商和軟件廠商都為此做了大量研究。例如Intel已經在其新的CPU中集成了VT功能，這種功能通俗的解釋就是：可以讓一個CPU工作起來就像多個CPU并行運行，從而使得一臺計算機中同時產生運行多個操作系統運行的硬件環境成為可能。

與軟件模擬硬件技術不同，這種以硬件功能為主的虛擬技術可以大大提高虛擬機系統的運行速度，而且可以方便的解決早期純軟件模擬技術條件下虛擬機實現中的許多復雜設計。

目前許多虛擬機軟件開發商都采用了這種VT技術，其中VMwareworkstation、Virtual PC、Xen、Linux KVM都采用了這一一技術，目前對這一類虛擬化技術，人們統一稱之為硬件輔助虛擬化。

Xen

Xen是在劍橋大學作為一個研究項目被開發出來的，它已經在開源社區中得到了極大推動。Xen是一款半虛擬化(paravirtualizing)VMM(虛擬機監視器，VirtualMachine Monitor)，這表示，為了調用系統管理程序，要有選擇地修改操作系統，然而卻不需要修改操作系統上運行的應用程序。

雖然VMWare等其他虛擬化系統實現了完全的虛擬化(它們不必修改使用中的操作系統)，但它們仍需要進行實時的機器代碼翻譯，這會大大影響性能。

Xen采用了VT技術來實現計算機底層虛擬化功能，它很充分的發揮了硬件輔助虛擬化技術的優點，不再將虛擬機模型建立在真實機操作系統之上，而是在硬件平臺上構建一套類似于中間件(并不是真正意義上的中間件)的軟件邏輯層，所有操作系統都建立在這個“中間件”之上。

其中有一個DomO(1inux)操作系統，它負責統一管理其他Guest虛擬操作系統，但是原理上這個負責管理的linux操作系統與其它虛擬機系統是平等的。

這種計算機虛擬技術模型的優點在于，用戶可以通過設置或開發擴展功能，實現計算機硬件資源被所有虛擬操作系統共享，虛擬機系統可以對硬件資源進行適當的調度和管理(完全軟件模擬虛擬化技術中，虛擬機操作系統對硬件資源沒有權利占有，只能依賴虛擬機軟件提供的使用接口實現調用功能)，用戶可以指定每個虛擬機系統所占有的系統資源，比如內存、外存、CPU個數等等。

Xen采用qemu模擬計算機硬件，qemu提供了虛擬機操作系統與計算機硬件的數據交互和控制功能，這樣一來多個虛擬機操作系統可以同時擁有并使用同一個硬件。

如果用戶對Xen進行內核及的擴展性開發，還可以實現虛擬機操作系統完全占有硬件的能力，也就是說一個虛擬機操作系統在一段時間內可以對一個或幾個計算機硬件資源完全占有，就好像這段時間內這個虛擬操作系統是直接安裝在這些硬件上的，無論性能還是穩定性都會大幅度提高。中國國內目前已經有許多公司開發出了類似的功能擴展。

完全虛擬化技術的不利因素就是它們的性能，因此半虛擬化的思想已經成為了目前計算機虛擬化技術的主流，其性能度量和它達到的高效性成為一個突破。運行Xen的系統開銷確實非常小，大約占3％，這在完全虛擬化技術時代是不可想象的。

Xen的半虛擬化技術與硬件輔助虛擬化技術所描述的概念不同，半虛擬化技術主要指的是軟件層面上的特點，而硬件輔助虛擬化技術指的是計算機硬件為了實現虛擬化所作的輔助設計。

Xen是在linux系統內核代碼的基礎上修改添加了許多用來支持計算機虛擬化技術的功能，這樣一來Xen本身便成了一個獨立存在的系統軟件(也可看作是系統硬件和操作系統之間的一個類似中間件的邏輯部分)，標準的操作系統如Windows或linux等都運行在它的基礎上。

如果直觀的解釋，那就是Xen在linux系統內核與計算機硬件之間封裝了一層功能接口，這些接口用來管理虛擬機操作系統，為虛擬機操作系統提供硬件資源并建立數據交互機制。這樣的軟件層的實現，使得虛擬機系統的運行速度和穩定性更加優良。

但是只有這些是不能完全實現一個虛擬機系統全部的功能，因為作為被虛擬的操作系統，他們自身是一個完整的標準操作系統，因此它們沒有對X en的依賴概念，Xen的特殊性和被虛擬操作系統的獨立性之間便會出現許多矛盾，為了解決這些問題，Xen除了內核上的修改之外還提供了許多服務性質的軟件。

計算機硬件系統的概念范文第3篇

關鍵詞：計算機硬件教學；改革；實驗教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)27-6724-03

An Exploration of Computer Hardware Experiment Teaching and Management

JIANG Hao

(Ningxia Bureau of Civil Aviation Air Traffic Control, Yinchuan 750009, China)

Abstract: Experimental computer hardware in the computer science teaching is a core of basic courses in the country's overall course in computer hardware and software plays a supporting role, as computer technology continues to develop in China, as well as the upgrading of computer hardware continues to accelerate, computer hardware experimental teaching computer education has become an extremely important part, but it also faces serious challenges. In this paper, to solve this problem a series of computer hardware education reform measures, so as to achieve continuous improvement of quality of teaching and the practical ability of students to become 21st century's new talent.

Key words: computer hardware teaching; reform; experiment teaching

隨著計算機技術在我國的不斷發展，以及計算機硬件設施的更新換代速度不斷加快，計算機硬件實驗教學已經成為我國計算機教學的一個極其重要的環節，但同時也面臨著嚴峻的挑戰。因此我們必須不斷對計算機實驗教學與管理進行研究與探索，從而不斷提高教學的質量，以達到不斷提高學生能力的目的。

1 概述

計算機硬件實驗教學是計算機學科中的一門核心的基礎課程，在我國的整體計算機軟硬件課程中起著支撐的作用，可以幫助學生理解一些計算機的硬件系統組成以及工作原理，從而不斷培養學生對計算機硬件結構的分析和設計開發能力。

目前計算機教學模式主要以教師灌輸為主，學生缺乏足夠的批判性和創新思維，而且實踐經驗較少，很難將課堂所學理論知識運用到實踐中去。例如在計算機組成這樣的教學中：課堂上采用的教學模型主要是以16位機為主，而我們生產和生活實踐中卻以32位機為主，這樣就造成了理論與實際的偏差。另外，計算機硬件教學所選用的教材必須既要能講述清楚一些重要概念、原理、結構，而且必須脫離具體機型，可以讓學生了解一般計算機的系統結構。

隨著信息時代的到來，我們的各種觀念都在發生巨大的轉變，因此計算機教學觀念也要發生相應的變化，必須改變傳統的以教師為主導的課堂，充分發揮學生的主體地位。另外要加強實驗在教學中的重要性，將一些抽象、難懂的概念與學生日常生活中較為熟悉的食物進行類比，給予學生充分的思考時間，，充分調動學生的積極性。

由于計算機硬件教學的實踐性很強，因此必須加強實驗教學的重要性，而且實驗教學的質量高低直接關系到學生的動手能力的提高，關系到學生是否能夠培養理論聯系實際的能力，對于學生的分析、解決問題以及獨立工作能力的提高都有著十分重要的作用。因此在基礎教學的基礎上，我們應該將理論教學與實驗教學兩手抓，兩手都要硬，適當增加實驗教學的課時數，而且要構建全新的實驗體系，將實驗分為：基礎性實驗、綜合性實驗、研究性實驗三個層次。在實驗的設計上，可以將開放式實驗與封閉式實驗相結合，讓學生可以根據自己所學的專業知識對一些實驗進行自主的設計，從而學以致用，將自己所學與實踐相結合，不斷培養自己的綜合技能，提高自身動手和創新能力。

總之，隨著信息化的不斷普及，我們傳統的計算機教學也遭受到了巨大的挑戰，需要我們結合新形勢下人才培養的需要，不斷地對計算機教學進行改革，加強實驗教學的重要性，提高學生的實踐和動手能力，不斷將自己所學知識與實際相結合，從而提高我國計算機教學的教學質量，為我國的信息化的普及奠定基礎。

2 加強計算機硬件實驗教學改革的措施

計算機技術以及半導體技術的不斷發展使得一些新穎的電路設計方法以及各種功能齊全的器件層出不窮，傳統的計算機硬件實驗教學已經無法適應這種改變，無法培養出社會需要的計算機人才，更加無法跟上當今社會計算機技術的發展水平，為此我們根據這種現狀必須不斷進行實驗教學內容、方法、手段等各方面的改革，從而讓學生掌握先進的技術，不斷跟上時代的需求，為社會的發展做出自己的貢獻。為此，目前高校的計算機硬件實驗教學可以進行以下方面的改革：

2.1 加強多層次實驗教學的構建

計算機硬件實驗教學過程的構建是一個逐步建設的過程，從而加強對課程體系系統性和完整性的構建。在這個過程中，實驗教學的課程設置不應該間斷，相反應該不斷提高其難度，內容應該逐步遞進，從而可以達到硬件實踐訓練層次化、系統化的目的，并且不斷加強學生的硬件動手能力。在課程的開設上應該理清各個課程之間的順序，避免課程設置的遺漏和前后順序的顛倒，從而使得整個硬件課程體系系統、完整，硬件實驗課程體系的設置可以參照表1。實驗教學內容的改革主要可以分為4種：驗證型、設計型、綜合型以及探索型，這四部分內容的難易度由淺入深，貫穿于整個實驗課程中，一般實驗課程主要由50%的驗證實驗、20%的設計實驗、20%的設計實驗、10%的探索實驗組成，從而形成了一個“驗證型-設計型-綜合型-探索型”的多層次實踐教學模式，其中驗證性實驗使為了加強學生的理論基礎知識，設計性實驗是讓學生了解一些基本的電路設計及其調試方法，綜合性實驗的是為了培養學生的一些綜合應用能力，提高他們分析問題和解決問題的能力，而探索型實驗的設置目的主要在于培養學生的自主能力，讓他們能夠獨立地設計一些課題，并且不斷查閱大量的資料，獨立地分析問題和解決問題，在這個過程中培養自身的創新能力，最終使得整個硬件實驗教學課程能夠達到整體性和系統性的統一。另外，驗證性課程的布置，教師可以根據學生的實際情況，設計一些預實驗方案，在課堂上，除了驗證教材上的一些實驗內容還可以驗證自己編寫設計的實驗方案，從而充分調動學生的積極性和主觀能動性。比如脫機運算器(AM2901芯片)實驗，不僅要做實驗教材規定的11種運算功能，還要求學生自己根據AM2901芯片的功能設置(I8-I0)設計出5~8種運算，從而加深對運算器的理解。總之，加強學生自主的實踐過程可能會遇到一定的困難，但是卻對學生形成一定的吸引力，只要學生持之以恒，就一定能夠充分地應付這些實驗操作，從而不斷提高自身的操作技能。

2.2 增強配套設備的獨立性，增加循環次數

計算機硬件實驗教學的質量對教學實驗設備的依賴性非常強，因此要想提高教學的質量必須不斷改善教學設備的性能和數量，從而改善實驗環境，達到提高教學質量的目的。目前高校中實驗設備和師資力量不足，因此學生無法充分接觸到一些設備，有的甚至是三四個人合用一臺，因此實驗教學無法取得預期的效果，我們只能采取分批上課的方法來解決這個困難，

一個實驗分8~10批，一個學生一臺設備，同時將學生與設備編號對應。這樣學生能有足夠的時間完成實驗內容，而且能夠獨立冷靜地去面對解決試驗中遇到的問題。教師在實驗課程中也能夠更好輔導學生，同時學生與設備配對后，為實驗設備的管理提供了方便。但是這種教學方法也存在自己的問題，那就是對師資力量要求較高，而且課時數也較多。

2.3 加強實驗環境的開放，不斷拓寬學生的思路

學生實踐能力和創新能力的培養主要是在硬件實驗室中得到培養的，因此加強對實驗室的建設與管理可以幫助學生水平的提高以及學校聲望的不斷提高。要想提高實驗室的教學效果，有一個很關鍵的因素就是必須不斷加強對實驗資料的整理，主要是一些實驗教學資料以及設備檔案的整理。

每門硬件實驗課程都要結合理論課程認真組織研究，以基本原理為基礎進行實驗設計，同時對基本原理進行擴充和結合，從而設計出一套由淺入深的綜合性、設計性實驗教學體系，結合一系列教學資料進行修改，例如相應的實驗教學講義、實驗教案、參考實驗報告等，最終形成一套讓學生認可的實驗資料。

硬件實驗室的開放可以不斷加大學生接觸設備的幾率，提高學生的實踐機會。由于硬件實驗課程相對來說比較復雜，學生無法單純地依據教學大綱去真正理解和獨立完成實驗的內容，因此要求實驗室簡單的開放必須靈活，讓學生可以有選擇、有計劃地去安排自己的實驗，從而提高自身的主動性。另外，硬件課程相對來說也是比較抽象的，讓學生多加接觸實驗設備有助于學生更直觀地去理解和掌握一些硬件的原理和構成，而且還能夠根據自己的興趣愛好，自主地設計一些課程以外的實驗內容，從而不斷提升實驗的效果。例如，我們設立數字電路、計算機組成原理和微機接口等開放實驗室，對學生做到實驗設備開放、元器件開放。這樣吸引學生參與實踐，學生均表現出較強的學習興趣和創造能力，取得良好的教學效果。

2.4 加強學生在教師科研中的參與度，提高學生的實踐創新能力

為了不斷提高大學生的創新精神、實踐能力以及面對就業競爭壓力，我們必須加大對大學生的創業和科研的支持力度。在一項調查統計中我們發現，有將近20%的大學生有很明顯地科研創新的欲望，教師針對這種情況必須給予不同程度的支持和鼓勵，給學生提供機會，讓他們參與到教師的可養活動中去，從而不斷提高自身的科研創新能力。讓學生參加這些科研活動，不僅可以幫助他們不斷鞏固自己的所學理論知識，而且可以不斷激發學生的科研開發能力，不斷發掘學生的潛能，培養他們的興趣，發揮主觀能動性。當然，由于學生的時間、

精力和經驗都比較少，失敗也很常見，及時有些實驗項目無法達到預期的效果，但是只要學生在試驗中能夠學習到一些知識，并且分析問題和解決問題的能力得到提高，那么實驗的目的就算已經達到了。我們經常就不同的科研項目成立不同的學生研發小組，集中對于失敗的實例進行講解、分析和討論，重新設計，探索新實驗方案。對于成功的實例也要進行討論，進一步修改完善，以期待達到最佳效果。這一措施促進了個性發展，為學生營造一個活潑主動、開放交流的學習環境和氛圍，創造一個具有科研能力、創新意識的發展平臺。

3 學校在加強計算機硬件教學系統性與實踐性的統一中的作用

3.1 根據學生的基礎來進行改革，以促進計算機硬件教學的實踐性與系統性的提高

高校中的學生相對于一些職業高校來說稍微好一點，然而一些中等職業學校的生源較差，學習方法不科學、興趣低下，計算機硬件教學質量明顯不高。面對這種情況，中等職業學校計算機硬件教師必須以科學的教學方式與教學模式提高學生的學習興趣，另外還要加強對學生學習方法的指導，從而不斷提高學生的自主學習能力和實踐能力，以期待計算機硬件教學質量的不斷提高。

3.2 加強對理論教學的歸納與總結

提高學生硬件實踐能力的基礎是要對學生進行理論知識的系統灌輸，為了加強學生的理論知識，教師在教學過程中必須不斷對所學理論知識進行歸納和總結，從而為其實踐能力的提高奠定扎實的基礎，而且在理論教學過程中，學生可能會遇到老舊型號計算機與實際應用中的計算機不配套的情況，因此教師必須對計算機硬件的發展、改革情況進行系統的講解，從而幫助學生在實際工作中面對這些問題打下良好的基礎。

3.3 促進教學一體化模式的發展

計算機硬件教學的理論教學與實驗教學是一個統一的整體，為了幫助學生將所學知識運用到實踐中去，學校應該以教學一體化的模式來壓縮單純的理論課，加強對學生的實踐指導，而且將兩者有機結合，從而提高學生的積極性，培養其實踐能力，促進計算機硬件教學系統性與實踐性的統一。

3.4 加強課堂的高效性，來促進計算機硬件教學的實踐性與系統性的統一

課堂是學生學習知識的一個主要陣地，同樣在計算機硬件教學中也要加大對課堂的重視程度，以有限的教學課時來提高教學質量。通過學生親自參與配置計算機，體驗選購計算機硬件的過程，以及教師設置的常見問題等加深他們對計算機系統的組成思考與感悟，從而激發學生探究創新的興趣和愿望。在整個教學過程中，加強學生的主動學習性，使學生自主活動，勤于動腦動手，形成積極的學習方式。通過教學方式、方法的改革提高課堂教學的高效性，促進學生理論知識系統性及實踐能力的提高。

4 結束語

硬件實驗教學質量直接影響到學生學習硬件基本知識的成效。因此我們必須不斷對其進行改革，在這個過程中不能完全依附于課堂教學，而應該在緊密配合課堂教學的前提下，開放實驗室，發展實驗教學本身的特點，發揮實驗教學培養學生獨立工作能力的優勢。另外，由于計算機技術發展日新月異，因此我們必須注重培養學生的創新思維。如何讓他們充分將自己所學的理論知識運用到實踐中去，培養自身的動手能力，從而成為21世紀的新型人才，是擺在我們面前的問題，我們必須不斷對其進行探索和研究。

參考文獻：

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[4] 崔永利,李妍.計算機硬件實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2006(3).

計算機硬件系統的概念范文第4篇

（一）計算機硬件的概念

計算機硬件是指計算機系統中由電子、機械和光電元件等組成的物理裝置總稱。這些物理裝置按系統結構要求構成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質基礎。

（二）計算機硬件結構特點

以目前最為經典的馮·諾依曼型計算機為架構來說，計算機硬件主要包括：CPU、存儲設備、輸入輸出設備、總線、其他部件。具體介紹如下：1.CPU也稱中央處理器，是計算機最重要的組成部分，用來對數據進行各種邏輯運算，是計算機的執行單位。2.存儲設備具有記憶功能，分為內存和外村。內存也稱主存儲器，與CPU直接相連，是計算機中的工作存儲器，存取速度快，但存儲容量小；外存也稱輔助存儲器，容量大，例如計算機硬盤、光盤、U盤等。3.輸入輸出設備簡稱I/O設備，是計算機與外界聯系的橋梁。其中輸入設備是指能向計算機系統輸入信息的設備，如鼠標、鍵盤、掃描儀；輸出設備是指能把計算機處理結果顯示出來的設備，如顯示器、打印機、繪圖儀。4.總線是連接CPU、內存、外存、輸入、輸出設備的一組物理信號線及其相關的控制電路，是計算機中用于在各部件間運載信息的公共機構。其他部件也很重要，影響著計算機的日常使用，如主板、顯卡、聲卡、網卡、物理加速器等。

二、計算機硬件系統組成

（一）控制設備。計算機的控制中心由控制設備擔當，控制器根據人們事先給定的指令，通過自身功能將指令傳達給其他部件，有條不紊地控制著計算機其他各個部分的正常運作。在整個計算機系統中，控制器有著指揮的作用，它的功能對計算機的自動化程度有深遠影響。

（二）存儲設備。內存儲器和外存儲器構成了計算機的存儲設備，經常把它稱為存儲器。內存儲器是由半導體等材料做成的，并由電路和CPU相連接。計算機進行相關工作時，首先要把用戶需要的程序或者相關數據裝入內存，然后CPU到內存中讀取相關的指令與數據，運算結果的處理上，CPU會將結果寫入內存。所謂的外存儲器，就是用戶用來放置需要長期保存的數據，這也是外存儲器的一大優點。

（三）運算設備。所謂的運算設備，就是計算機在運算過程中要用到的，并且能夠根據不同的運算、算數裝置進行各種算數處理，使數據信號得到全面處理的設備。在人們的日常生活中，運算設備的使用范圍較廣，它能夠使復雜困難的計算變得簡單，極大地節約了工作的時間，并提高相關工作的效率，同時也提高了計算機運算的準確性。

（四）輸入設備。計算機與人之間所進行的會話是靠計算機中的輸入設備完成的，輸入設備是接受人的命令或接收數據時需要的必備設備，它的主要功能是將各種信息傳輸到計算機，再由內部設備進行相關處理。常用的輸入設備包括鍵盤、鼠標等工具，另外，常用到的輸入形式有數據、程序等。

（五）輸出設備。輸出設備主要功能是將計算機內部處理過的信息輸出計算機，并將計算機處理的結果以一種人們能夠看懂的方式輸出的設備。要想得到一個精確地計算結果，必須要借助計算機相關的輸出設備。然而，輸入設備是將人為的命令以及編程等以計算機能夠識別的語言輸入到計算機內部當中，供計算機存儲以及計算或者進行輸出等。

三、如何對計算機硬件設備進行維護

（一）對硬件進行日常維護

計算機硬件是PC的重要組成部分，更是核心部分，對硬件設備做好日常維護，才能保證計算機的正常穩定運行。在對硬件進行維護時應該遵循硬件和軟件兼顧的原則。計算機軟件和硬件設備相輔相成，軟件的正常運行對硬件設備有良好的促進作用。此外，要注意為計算機營造一個良好的工作環境，注意定期對計算機中的各種設備進行除塵。一個干凈的工作環境可以增加計算機設備的使用壽命，降低故障發生的概率。

（二）對硬件維護的具體內容

對計算機維護人員來說，對硬件故障進行正確的判斷是維護工作中的重要內容。維護人員要結合計算機的內部情況和外部問題對其進行綜合分析，準確定位故障位置，從而及時解決問題。判斷故障方法：首先，檢查電源情況。要認真觀察計算機本身的電源、插座或者電源線是否出現故障。其次，檢查系統是否正常。硬件設備由計算機系統支配，所以需要檢查計算機的系統問題。

（三）硬件維護的步驟

第一，要定期對計算機硬件進行檢查，要注意電磁干擾方面的影響問題。第二，安排合理的檢查順序，做到從軟件到硬件的檢查。因為很多的硬件故障都是由軟件引起的，所以要先檢查軟件的情況，這樣可以有效提高工作的效率。第三，注重對電源的檢查。電源的性能好壞直接影響計算機的正常工作，如果電源出現損壞，就會導致計算機無法穩定運行。所以在檢查時，維修人員要先確定電源沒有問題了，再對其他部件進行檢查。

四、計算機硬件的維護原則、內容及一般步驟

（一）計算機硬件的維護原則

計算機硬件有其敏感性和特殊性特征，因此維護保養顯得尤其重要。在維護計算機硬件時，要遵循以下基本原則：第一，確保軟件和硬件兼容、匹配的原則。計算機軟件和硬件是相互聯系的兩方面，不兼容的軟件和硬件會對計算機硬件造成極大的傷害。第二，確保計算機有良好的運行環境。首先，保證計算機電壓的穩定，使計算機硬件遠離頻繁跳槽或者電壓不穩的電路環境中；其次，定期清理計算機灰塵；再次，及時更新計算機硬件，確保計算機整體功能的協調運轉。

（二）計算機硬件的維護內容

在維護計算機硬件故障時，要盡可能選擇科學的手段和方法。計算機維護人員要切實提高自身素質，對計算機運行狀態進行綜合判斷和分析，科學確定故障原因和位置，及時妥善處理好各種計算機問題。系統或者電源問題會在一定程度上造成計算機硬件故障，就電源而言，可以對電源線和電源接口進行檢查；而就系統而言，要熟悉各種硬件故障。

（三）計算機硬件維護的步驟

維護計算機硬件時要遵循如下步驟：第一，定期檢查。及時檢查計算機硬件，發現潛在風險和問題，從根源上避免硬件損壞。第二，在檢查過程中遵循先軟件后硬件的基本原則。大部分情況下，計算機硬件故障都是由軟件故障引發的。第三，主機檢查在外部設備檢查之后進行。第四，首先從電源檢查開始，接著進行其他部件的常規檢查。

五、對計算機硬件進行故障排查的方法

對計算機硬件進行故障排查的方法有直接觀察法、最小系統法、對最小系統進行逐步增減法、組件替換法、組件比較法、隔離嘗試法六種。直接觀察法即對硬件的工作環境及本身的配置狀況進行觀察。一旦出現無法正常工作的情況，則可判斷是最基本的運行所需要的軟硬件出現了問題，可以進行故障隔離。如果要判斷出現問題的硬件與狀態良好的硬件，在配置與環境設置方面有哪些區別，也可以直接對兩整的計算機展開對比。隔離嘗試法即通過屏蔽可能導致問題發生的軟硬件，來判斷是否存在軟硬件之間的沖突，進而解決問題。在具體隔離過程中，可以通過卸載或停止運行的方式來屏蔽軟件，通過禁用設置或將該硬件驅動程序卸載的方式來屏蔽硬件。

六、結束語

計算機硬件系統的概念范文第5篇

論文摘要文章從當前計算機硬件科技高速更新的角度入手，對如何順應潮流進行相應的計算機硬件組裝教學更新實踐進行了論述，為新一步的計算機教學改革提供參考。

自上世紀末90年代末開始計算機科技技術的發展日新月異，與之同步的計算機硬件技術也在不斷順應著計算機軟件系統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，如何使計算機硬件教學順應計算機科技的發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生必要的聯系，這就容易讓一些計算機專業學生產生輕視硬件組裝課程學習的心理。而且計算機硬件組裝的教學實踐中，往往受到課時因素、場地因素、資金因素等客觀因素的制約，把本應在探索和實踐中進行理解和消化的教學內容，局限在書本上的講解，這樣生硬的“演繹式”教學方式不符合學生的認識規律，也不容易調動學生的主動學習意識，這些就是當前計算機硬件組裝教學所面臨的最嚴重問題。

2 計算機硬件科技發展的背景

從學生的就業形式上來考慮，學生們所學習的計算機硬件組裝知識，必須是計算機產品最前沿的產品，所以制定計算機硬件組裝教學實踐并不是一個靜態的過程，而是要時刻關注計算機市場動態，了解計算機硬件技術的最新發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，要盡量協調資源，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生。同時，從2010年對我國計算機維修市場的調查統計中顯示，只有5%的硬件維修任務是出在硬件實質損傷維修/維護上，也就是說有95%的的硬件故障任務用簡單的更新/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技術人才，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合

首先由于計算機硬件組裝教學所涉及到的教學內容，如：電子電路基礎、各電子元配件（包括電阻、電容等）工作原理、相關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合是以計算機科技發展為基進行硬件組裝教學的首要原則。

3.2 以學生就業需求為教學目的

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

4 針對計算機科技發展的計算機硬件組裝實訓改革措施歸納

4.1 靈活應用調研/多媒體手段，激發學生主動學習欲望

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。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，使學生產生興趣，主動的作到知識點與實物結合。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配，大家分章節制作課件，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容盡量生動地展示給學生，有效地調動學生的求知欲望。而且還要盡量多安排學生在課余時間做一些相關的硬件信息調研或市場調研任務，這樣學生在進行實際調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，為以后就業工作實踐打下了堅實的基礎。

4.3 給學生多提供實踐操作的機會

學校可以根據自身的情況，與專業公司協商，承接一些計算機硬件維修任務。初期讓學生在老師的帶領下完成任務，后期達到獨立完成維修任務的目的。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，將實訓課程的內容和社會中所存在的相關問題相結合，讓學生在這樣的環境中鍛煉成長。并可以和市場上一些專業公司合作，推薦一些在實踐操作中比較優秀的學生，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系到一起，讓學生對自己的人生提前作出規劃。

4.4 考核體系的完善

在傳統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評定的，這樣得出的分數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展需求，對于計算機硬件組裝教學的考核體系也應當系統化，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一的認證考試，比如：全國計算機信息高新技術考試（即通常說的CITT）、信息產業部推出的硬件工程師認證考試等等。

5 虛擬實訓室的建立，符合計算機科技發展需求

前文已經提到過根據計算機硬件科技發展的情況，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，尤其現在計算機職業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展了，通過市場調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。在對市場上新出現的硬件產品進行編程虛擬時，一定要與模擬實體保持一致，對于設備的接口、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。

但必須要強調的是，普通的計算機職業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。

同時，虛擬實訓室是一個依賴硬件實物模擬單元和操作模擬程序存在的實驗場所，它從根本上解決了由于經費緊張而無法實現的硬件元器件無法更新的情況，而且由于他是虛擬系統操作，其實訓效率遠遠超過了實物實訓，而且由于其實驗所用單元完全虛擬，將不會受到規格和品種不全的限制。但由于要求實訓過程的逼真，其中各個硬件單元組裝教學的過程必須用連續動畫效果表示，這些動畫的制作非常繁瑣。最后要強調的就是，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

[1]萬曉冬.計算機硬件系列課程體系改革探討[J].電氣電子教學學報，2007:29.