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關鍵詞:創(chuàng)新精神;實踐能力;計算機專業(yè);硬件課程

隨著我國高等教育改革的不斷深入,高等教育由原來的畢業(yè)教育轉(zhuǎn)向就業(yè)教育,要求畢業(yè)生要有創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)能力,具有一技之長。合格大學生的標準不再是完成學校規(guī)定的課程及取得相應的成績,就業(yè)成為評價畢業(yè)生優(yōu)劣的標準,也是評價高校辦學水平和教學質(zhì)量的標準[1]。畢業(yè)生就業(yè)工作,直接關系到高校的生存與發(fā)展。在我國人才培養(yǎng)方面有一種現(xiàn)象值得注意:一方面是大量計算機專業(yè)的學生難以找到合適的職位,另一方面卻是相關用人單位難以找到滿意的人才,其中一個重要的原因是學生缺乏必要的創(chuàng)新精神和實踐能力[2]。如何提高學生的創(chuàng)新精神和實踐能力,一直是計算機學科教學的難點問題。幾年來,我們轉(zhuǎn)變教育觀念,不斷創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,探索出一條培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神和實踐能力的有效途徑。

1現(xiàn)狀分析

從專業(yè)的角度,計算機類專業(yè)學生具備的創(chuàng)新能力應該從計算機軟、硬件兩個方面體現(xiàn)。我們以培養(yǎng)學生在硬件方面的創(chuàng)新能力出發(fā),推進在計算機硬件環(huán)節(jié)方面的教育,從課程群設置、教學大綱、實驗設置、課程設計設置、畢業(yè)設計訓練等方面,構(gòu)建硬件類課程教學與實踐體系等,著力培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力和創(chuàng)新意識,提高學生的實踐能力。

經(jīng)過2004年教學評估過程以及近幾年的質(zhì)量工

程實施,我校在相關專業(yè)都增加了綜合設計型實驗項目,從教學大綱、實驗內(nèi)容上都有所體現(xiàn),但是實際的執(zhí)行情況并不樂觀,部分綜合設計型實驗從實驗項目確定、實驗內(nèi)容以及實驗的開放模式等,還不能成為真正的創(chuàng)新型實驗。以計算機組成原理實驗室提供的綜合設計型實驗項目為例,實驗室開出了時序邏輯電路分析與設計、存儲器設計、運算器設計、總線設計等綜合設計型實驗項目,但是從實驗效果來看,并不十分令人滿意。其中的原因是多方面的,一是實驗內(nèi)容本身的問題。從學生的角度,實驗內(nèi)容本身的可實施性較差,學生學到的知識與綜合設計型實驗的內(nèi)容存在較大的差距,有些實驗雖然是綜合設計型的,但到學生真正操作階段,難于下手,實驗起不到預想的效果;其二,實驗室的管理模式,實驗人員的配備不能滿足綜合設計型實驗的正常高水平開出。實驗室雖然列出了綜合設計型實驗項目,但是這些實驗項目大多是從公司引進的裝置,對實驗項目內(nèi)容的開發(fā)有待進一步深化。

針對上述存在的問題,我們從計算機硬件類課程的角度,建立一套培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教學及實驗系統(tǒng),包括培養(yǎng)方案中的課程設置,課程實施機制,從實驗項目的確定、開發(fā),到實驗項目實施過程中的管理,提出一系列具體的管理辦法和措施,以期做好計算機專業(yè)硬件類實踐性課程綜合設計型實驗的管理模式,為創(chuàng)新型實驗提供一種可以借鑒的模式。

作者簡介:馬禮(1968-),男,教授,博士,研究方向為分布式系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng);張永梅(1967-),女,教授,博士,研究方向為人工智能、圖像處理;宋麗華(1979-),女,講師,博士,研究方向為嵌入式系統(tǒng)。

2具體做法

結(jié)合目前的狀況和實驗條件,通過調(diào)研、分析和比較等研究,從以下幾個方面作了一些工作。

2.1研究課程設置與修課序列

以計算機硬件類課程群相關課程為依托,通過與國內(nèi)兄弟院校溝通、交流,建立了更趨合理的硬件課程群設置方案。從課程群的內(nèi)涵出發(fā),以培養(yǎng)學生獨立思考問題和創(chuàng)新意識為出發(fā)點,設置相應的課程并調(diào)整為合理的先后修課程順序。針對計算機專業(yè)的特點,結(jié)合當前課時數(shù)相對緊張的實際情況,將“數(shù)字邏輯電路”、“計算機組成原理”、“匯編語言程序設計”、“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“接口技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”等幾門課程的實踐環(huán)節(jié)合理有機結(jié)合,深入探究課程之間的邏輯關系,設置循序漸進的教學內(nèi)容和實驗,通過“驗證型―設計型―綜合型”實驗環(huán)節(jié),為學生學好硬件類課程奠定一個良好的基礎。

對于“數(shù)字邏輯電路”課程,受總學時和課程實際需求關系制約,我們認為以滿足后續(xù)課程學習夠用為止,安排并講述數(shù)字電路的核心基礎部分,并在集成電路特性方面重點加強,目的是讓學生能夠應用集成電路芯片完成硬件電路的初步設計。

“計算機組成原理”是計算機科學與技術(shù)及相關專業(yè)的核心硬件類專業(yè)基礎課程,需要“數(shù)字邏輯電路”、“計算機導論”、“程序設計”等先修課程支持。該課程是學生接觸計算機硬件核心的第一門主干課程,以講述通用計算機原理為重點,包括計算機硬件各主要組成部分的組成原理,實現(xiàn)方法等。多年來的教學實踐和交流溝通,學生們普遍認為“計算機組成原理”是較為抽象和難于掌握的課程之一。我們從課程的內(nèi)容入手,結(jié)合計算機發(fā)展的現(xiàn)狀,進行分析認為:“計算機組成原理”之所以學起來困難,主要原因就是課程內(nèi)容比較抽象,講述的都是實實在在的計算機原理,但學生學習的過程中卻根本無法進行具體的操作實踐。例如,計算機組成原理中最為核心和重要的知識點是“控制器內(nèi)部組成原理”,同學們接觸到PC機時,往往看不到,摸不著其心臟。學起來就很枯燥,不易掌握。針對這種情況,我們嘗試在“計算機組成原理”課程中將功能部件的實現(xiàn)部分加強,

具體的做法就是通過采用VHDL(超高速硬件描述語言)描述功能部件,將功能具體化到FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陣列)電路中,學生在掌握各功能部件基本原理的基礎上,通過具體的實驗設計完成控制單元的設計,并調(diào)試通過。這樣就把抽象的概念和內(nèi)容具體化,學生就容易接受,從而也就容易掌握。

在完成課內(nèi)實驗的基礎上,專門設置了依托“計算機組成原理”的硬件課程設計。利用VHDL技術(shù)和FPGA技術(shù),將組成原理的各功能部件進一步綜合和具體化,從而為后續(xù)課程的深入學習奠定基礎。

在“計算機組成原理”學習完成之后,設置并逐步學習“匯編語言”、“接口技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”等課程,并逐漸接觸并學習具體的應用系統(tǒng)設計,完成從理論到實踐的系統(tǒng)訓練。為學生參加電子設計競賽和科技活動提供良好的基礎訓練,為學習計算機應用技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)奠定良好基礎。

2.2界定課程內(nèi)容

計算機硬件系列課程教學內(nèi)容多,技術(shù)發(fā)展快,而各課程學時數(shù)緊張。硬件類相關課程在課程內(nèi)容上存在著一定的相互交叉和依賴關系[2],單純考慮某一門課程,從課程的系統(tǒng)性角度,往往力求知識點完備,但結(jié)合多門課程綜合考慮,課程之間又具有內(nèi)容重復設置的實際。在這一課程群中,我們認真研究課程的內(nèi)涵,合理確立各門課程的授課內(nèi)容,構(gòu)建知識內(nèi)容前后銜接、實驗環(huán)節(jié)密切配合的一體化教學與實驗體系,寫出合格的教學大綱,為教學實施提供具體合理的依據(jù)。硬件課程群各門課程的內(nèi)容界定以基礎知識在某門課程中體現(xiàn)即可,避免在多門課程中重復出現(xiàn)相同的內(nèi)容,從而對課程內(nèi)容進行精煉。通過整合,我們將“數(shù)字邏輯”、“計算機組成原理”、“匯編語言”、“接口技術(shù)”、“嵌入式技術(shù)”等課程的內(nèi)容進行了界定,具體如下。

(1) “數(shù)字邏輯”主要講述數(shù)字邏輯的基礎門電路、邏輯表達式與化簡、編碼器/譯碼器、組合邏輯電路、時序邏輯電路、集成電路基礎等內(nèi)容。

(2) “計算機組成原理”主要講述通用計算機主要組成部分的組成原理。講述數(shù)據(jù)表示與編碼,運算方法與運算器實現(xiàn),一般意義上的指令系統(tǒng)及其設計方法,控制單元構(gòu)成原理與實現(xiàn),存儲器基本原理與存儲器構(gòu)成、存儲系統(tǒng)的構(gòu)成,輸入輸出部件與輸入輸出系統(tǒng),總線系統(tǒng)等。特別指出,數(shù)據(jù)表示中的各種進制數(shù)表示與相互轉(zhuǎn)化,由于已經(jīng)在計算機導論等課程中已經(jīng)講過,在本課程中不講,但是要求學生熟練掌握。只提示,不深入講述。

(3) “匯編語言”主要講述Intel x86系列CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與寄存器組織、尋址方式、指令系統(tǒng)、匯編語言的語句格式、匯編語言程序設計方法與技巧等。本課程中不講二進制數(shù)及其各種編碼。

(4) “接口技術(shù)”以Intel x86系列CPU為原型機核心,講述處理器與存儲器、與IO設備之間的接口方法,具體存儲器的擴展、地址分配等,IO端口及編程方法,串行接口與并行接口,A/D與D/A接口等內(nèi)容。學生通過學習掌握基本的接口實現(xiàn)方法。

(5) “嵌入式系統(tǒng)”從應用角度出發(fā),直接結(jié)合目前廣泛使用的嵌入式系統(tǒng),講述一般的組成原理,以一種具體的嵌入式系統(tǒng)為例,從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)定制、驅(qū)動程序編寫、具體的IO接口等部分,實現(xiàn)具體應用系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。

2.3研究創(chuàng)新實驗項目

硬件類課程的后續(xù)知識點,可以有很多具體實用的項目。為提高學生創(chuàng)新實踐能力提供保障,我院聘請相關教師作為創(chuàng)新能力培養(yǎng)的指導教師。有針對性地建立適當?shù)墓芾砗图顧C制,以支持實踐教學指導教師持續(xù)有效地實施實踐教學環(huán)節(jié)。在實驗項目的制定上,充分考慮學生的需求。通過學生參與提出實驗項目,教師深入研究設置有意義的、實用的、學生感興趣的實驗項目,通過這些項目逐漸培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

開始時,實驗項目主要由教師根據(jù)實驗條件和技術(shù)發(fā)展狀況提供,在學生熟悉實驗環(huán)境后,根據(jù)自己的興趣提出實驗項目,與實驗室協(xié)商配套,完成實驗。這種方式,可以啟發(fā)學生積極思維、主動解決問題,最終形成完整的思路和方法。同時,增強學生的責任感和成就感,為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了新思路。

2.4研究實踐環(huán)節(jié)的模式

建立一套適合管理綜合設計型、創(chuàng)新型實驗項目的管理辦法,為實施創(chuàng)新型實驗提供制度上的保證。實踐環(huán)節(jié)從“課內(nèi)實驗―單獨實驗課―畢業(yè)設計”三個環(huán)節(jié)貫穿實踐教育的各個環(huán)節(jié),從第4～5學期開始,逐漸將實踐環(huán)節(jié)滲透到教學過程中,從“驗證型

實驗―設計型實驗―綜合創(chuàng)新型實驗”三個層次,循序漸進地設置實驗項目,鍛煉學生的實際動手能力。

(1) 基礎驗證型實驗:依托課程,完成課內(nèi)的基本實驗,以演示、驗證實驗為主。通過這些實驗使學生建立起基本的科學研究和創(chuàng)新理念。

(2) 設計提高性實驗:通過課內(nèi)綜合設計型實驗、課程設計、大型實驗周等環(huán)節(jié),以設計型、綜合型實驗為主,培養(yǎng)學生對依托課程進一步深入理解,熟練掌握課程核心理論,訓練綜合應用課程知識的技能,具備獨立思考和解決問題的基本能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。通過該層次的培養(yǎng),使學生具備獨立思考問題的能力,具備初步的創(chuàng)新意識。

(3) 綜合創(chuàng)新型實驗:第三層次的實驗結(jié)合課程群,綜合運用相互關聯(lián)的幾門課程內(nèi)容,獨立完成具有具體應用背景和一定難度的實驗內(nèi)容,為學生提供一些與科研項目緊密結(jié)合的題目,項目可以滲透到課外和畢業(yè)設計過程中,使學生在具體項目的設計中,參加實際的科研過程,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

在實踐環(huán)節(jié)的具體安排上,結(jié)合課程,以課內(nèi)實驗、課程設計、畢業(yè)設計的形式具體體現(xiàn)到教學過程的各個環(huán)節(jié)。在經(jīng)過這一系列環(huán)節(jié)的綜合訓練之后,通過參加各級電子設計競賽等形式,將學習到的能力具體運用,增強學生的成就感,從而達到培養(yǎng)初步的創(chuàng)新意識和能力。

2.5綜合、客觀地評價學生的創(chuàng)新能力

一個學生的創(chuàng)新能力體現(xiàn)在許多方面,在對學生評價時,僅考察少數(shù)幾個方面是難以做到公平公正的[3]。針對大學生創(chuàng)新能力的評價無法進行量化,而且存在大量的人為因素這種情況,我們給出了各種創(chuàng)新因素,以及各個因素的重要程度,開發(fā)了大學生創(chuàng)新能力評價系統(tǒng)。建立學生創(chuàng)新能力的評價體系,確立評價模型,利用模糊數(shù)學將定性指標定量化,設計了多級綜合加權(quán)評價算法,從評價因素中提取大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、存儲、計算,并給出了考核分數(shù)進行量化,采用定性與定量相結(jié)合的方式準確地評價學生的創(chuàng)新能力,有效地減少人為因素的干擾。并對比分析改革前后學生的創(chuàng)新能力,以調(diào)整改革中出現(xiàn)的弊端。

3結(jié)語

在全面推進大學生素質(zhì)教育的過程中,高等學校的本科教育必須強調(diào)學生的實際動手能力和創(chuàng)新精神[4]。實踐性課程的加強和創(chuàng)新能力培養(yǎng)在質(zhì)量工程

中必將起到十分重要的作用。本文對培養(yǎng)計算機類專業(yè)學生硬件方向創(chuàng)新能力進行了探討,希望能夠更好地對本科生進行培養(yǎng),從而更好地滿足國家和社會的需要。本研究得到北方工業(yè)大學2009年教育教學改革項目資助,在此表示感謝!

參考文獻:

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Research and Practice on Innovation Ability Training in Hardware of Computer Major Students

MA Li, ZHANG Yong-mei, SONG Li-hua

(College of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)

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【關鍵詞】拱壩壩肩；影響因素；計算方法

1.引言

拱壩是一種經(jīng)濟優(yōu)越、結(jié)構(gòu)合理且體型優(yōu)美的壩型，有著較為廣闊的發(fā)展前景。作為高次超靜定結(jié)構(gòu)，當壩體的某一部為發(fā)生局部開裂時，拱壩自身將會自行調(diào)整，使壩體應力得到重新分配，這一特點使得拱壩具有很強的超載能力。迄今為止，拱壩幾乎沒有因壩身出現(xiàn)問題而失事的。但是，由于拱是一種主要承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)，壩體主要依靠兩岸拱端的反力作用來維持穩(wěn)定[1]。因此，相對于重力壩，拱壩對地形地質(zhì)特別是兩岸壩肩地質(zhì)條件的要求較高，壩肩山體的穩(wěn)定也就成了保證拱壩安全的必要條件。

地形地質(zhì)、穩(wěn)定分析以及施工布置等是影響拱壩壩肩穩(wěn)定的主要因素。在拱壩設計中，必須對壩肩巖體進行周密的勘探和詳細的穩(wěn)定分析；在施工中，對基礎必須進行認真的處理，以保證壩肩巖體的穩(wěn)定；在運行中，必須經(jīng)常監(jiān)視和觀測[2]。近年來，隨著各種研究的普遍和深入，一些未曾被足夠關注的影響因素，以及彌補現(xiàn)有分析方法中不足之處的計算方法逐漸被提出，為拱壩壩肩穩(wěn)定的分析結(jié)果增加了更多的保證。以下對此做簡單介紹和概括。

2.影響壩肩穩(wěn)定的部分因素

2.1 拱圈形狀

在拱壩建設中，應用較多的拱圈形式有單圓弧、拋物線及橢圓曲線。在拱壩設計中，河谷寬度取決于地形地質(zhì)條件，反映拱圈形狀的其他特征參數(shù)則由設計者選擇。不同的拱圈幾何形狀，對拱圈應力和拱端巖體穩(wěn)定性將會產(chǎn)生不同的影響。

對于單圓弧拱壩，最大拉、壓應力一般出現(xiàn)在拱冠或拱端，這些部位T/L（T為拱圈厚度，L為相應高度處的河谷寬度）通常較小，若適當增大拱的中心角或厚度，將使拱應力大為改善；而在拱圈曲率半徑不變的情況下，僅增加拱厚，不但不能改善壩肩的穩(wěn)定性，相反還會更為不利。

對于拋物線型拱壩，在常用的T/L范圍之內(nèi)，合理調(diào)整F/L（F為拋物線頂點至端點沿河流方向的距離）值，可以顯著改善拱應力。但在F不變的情況下，僅增加拱厚也只會帶來不利影響[3]。

此外，當拱壩厚高比較小、斷面較薄、壩肩開挖爬坡度較緩時，因接觸面較小，基巖上部壓重小，拱端推力沿建基面的滑動分力較大，易發(fā)生壩體沿建基面滑動的問題。

2.2 巖體的抗剪指標

在壩肩的抗滑穩(wěn)定分析中，我們力求找到抗滑力最小的面，體現(xiàn)在數(shù)值上即是安全系數(shù)最小的面。在計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)時，抗剪指標對安全系數(shù)的影響較大，尤其對黏聚力的變化比較敏感。當巖體受成組節(jié)理切割時，巖體的抗剪強度存在強烈的各向異性。此外，在降雨、入滲情況下，黏聚力和摩擦系數(shù)都將會發(fā)生變化。因此用合理的方法選擇和確定巖體的抗剪指標是很重要的，取值較大，則對安全不利，取值偏低則會加大處理工程量。

2.3 裂隙巖體滲流

滲流荷載是拱壩壩肩穩(wěn)定分析中較為敏感的作用力。巖體是裂隙介質(zhì)，土體是孔隙介質(zhì)，兩者存在本質(zhì)上的區(qū)別，兩者之中的滲流存在的巨大差異如下。

（1）由于巖體的裂隙分布不均一，在研究巖體的滲流系數(shù)時，其樣本單元體積要比土體大得多，甚至可能不存在。因此對于每個具體的巖體滲流問題，需使用恰當?shù)哪Ｐ瓦M行滲流分析；（2）由于巖體中存在產(chǎn)狀較為穩(wěn)定的裂隙，使得滲流具有明顯的各向異性。（3）與土體不同，裂隙巖體的概化流速與實際流速相差較大，水位上升將對巖體穩(wěn)定產(chǎn)生不利；（4）由于裂隙過水能力與其開度的立方成比例，因此應力環(huán)境對裂隙滲流的影響也十分顯著。因此，選用適當?shù)挠嬎隳Ｐ头治鰩r體的滲流參數(shù)對于拱壩壩肩穩(wěn)定分析具有重要意義[4]。

2.4 其他因素

當采用二維（水平）抗滑穩(wěn)定分析壩肩穩(wěn)定時，由于揚壓力折減系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗公式取定，不同的經(jīng)驗公式得到的揚壓力折減系數(shù)對壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的影響較大。因此，揚壓力折減系數(shù)的取值也是值得關注的問題[5]。

此外，泄洪方式、施工開挖、爆破方法（由于振動而產(chǎn)生或擴大巖體裂隙）等也在一定程度上影響著壩肩巖體的穩(wěn)定性。

3.改進和創(chuàng)新的壩肩穩(wěn)定分析方法

3.1 拱壩壩肩抗滑承載能力極限狀態(tài)的計算

計算拱壩壩肩巖體的穩(wěn)定性時，傳統(tǒng)的安全系數(shù)系數(shù)法不夠科學，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的增加并不能表示結(jié)構(gòu)的安全性按比例的增加。因此，按照《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》[6]，可在采用概率極限狀態(tài)設計法，用可靠指標來度量可靠性，以分項系數(shù)設計表達式進行設計，來代替單一的安全系數(shù)設計。

在拱壩壩肩巖體抗滑穩(wěn)定分析中，由于影響因素復雜，材料參數(shù)統(tǒng)計不完備，因此材料的分項系數(shù)難以確定。對于具體工程，可分析其安全系數(shù)與可靠度之間的對應關系，為分項系數(shù)的確定提供依據(jù)?？扇《嘟M可能的材料的分項系數(shù)，計算壩肩可靠度（用可靠指標來表示）及計入分項系數(shù)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，當兩者呈一一對應的線性關系，即加大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)的可靠度能按比例增加，然后統(tǒng)計線性回歸殘差最小的一組值即為可能取值[7]。

3.2利用變形資料評判拱壩穩(wěn)定性

運行期的拱壩壩體和基礎的工作狀況會隨時間呈動態(tài)變化。高拱壩的壩肩一般建有完善的位移和滲流監(jiān)測系統(tǒng)，因此，如何結(jié)合實測資料分析拱座的實際安全度，有著重要的意義。

根據(jù)實測變形資料反分析得到壩體和壩基物理力學參數(shù)，利用反演的參數(shù)，通過強度折減法計算各種工況下壩肩臨界穩(wěn)定狀態(tài)時的各監(jiān)測點位移和相應的強度折減系數(shù)。在相同荷載工況下，穩(wěn)定強度折減系數(shù)和考察點的位移值呈一一對應關系，且位移值是穩(wěn)定強度折減系數(shù)的連續(xù)函數(shù)。將計算的位移值和相應的強度折減系數(shù)作為樣本，通過建立相應的BP神經(jīng)網(wǎng)絡映射模型，可實現(xiàn)基于壩肩實測位移場的拱壩壩肩穩(wěn)定安全度分析[8]。

4.結(jié)語

拱壩壩肩穩(wěn)定是影響拱壩安全的關鍵點。實際工程中，由于地質(zhì)條件復雜，壩肩巖體中各種連續(xù)或不連續(xù)的結(jié)構(gòu)面的存在使得對巖體的正確模擬尤為困難，再加上荷載之間的相互影響和各種壩肩巖體穩(wěn)定計算方法的不足，要得到更加合理可靠的分析結(jié)果，還需充分考慮到各種影響因素及其影響程度并完善計算方法。

參考文獻：

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關鍵詞： 日照影響；高層建筑；遮光

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）17-0107-02

0 引言

鐵嶺市位于遼寧省北部，地處東北亞中心的遼寧中部城市群，是遼寧省十四個省轄地級市之一。近幾年由于棚戶區(qū)改造、鐵西工業(yè)區(qū)外遷、商住房地產(chǎn)開發(fā)、公共建筑設施擴建等城建活動的全面開花，鐵嶺市城區(qū)面貌日新月異，高層建筑迅速增多。高層建筑雖然具有提升城市形象，提高容積率節(jié)約城區(qū)用地等優(yōu)勢，但也有由于規(guī)劃及設計的不合理而導致的高層建筑遮光、高樓風等缺點。高層建筑遮光影響不僅僅是指擬建高層建筑群對周邊原有建筑的遮光，而且還包括擬建高層建筑之間，以及原有高層建筑對擬建建筑的遮光問題。從近年高層遮光的事件來看，擬建建筑之間遮光和原有建筑對擬建建筑遮光的投訴均不在少數(shù)。根據(jù)鐵嶺地區(qū)日照條件，通過研究高層建筑遮光的影響范圍，提出切實可行的防治對策，可以實現(xiàn)避免或減少高層建筑日照影響的目標。

1 建筑遮光計算方法及日照標準

1.1 建筑遮光計算方法 建筑遮光計算方法是通過計算建筑光影長度和建筑光影角度來確定建筑光影范圍，光影長度取決于建筑高度和太陽高度角。光影角度取決于所在地日出日落時間和日出角度。

1.1.1 光影長度計算

太陽高度角計算公式：

1.2 鐵嶺地區(qū)日照標準 由于各地區(qū)不同的地理位置、氣候條件、生活習慣以及社會經(jīng)濟水平，不同國家對于住宅日照的要求均不一樣，但是大多以日照時間作為標準。我國當前對日照的要求也是通過對住宅建筑連續(xù)日照時間的規(guī)定，根據(jù)GB50180-93《城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范》，鐵嶺地區(qū)屬Ⅰ建筑氣候區(qū)，住宅建筑日照標準為：大寒日≥3h，冬至日≥2h。

2 高層遮光影響范圍計算實例

日照影響范圍是以光影的長度為半徑，以光影的不同角度為夾角所圍成的面積。以鐵嶺市調(diào)兵山人民醫(yī)院門診病房綜合樓為例，該樓為10層建筑，樓高38.7米，樓型為板式樓。取9：00～15：00逐時時間，計算大寒日和冬至日樓體陰影長度，見表1。

取9：00～15：00逐時時間，計算大寒日和冬至日樓體光影角度，見表2。

根據(jù)樓體尺寸及方位、不同時段光影長度及光影角度，可以確定日照影響范圍。大寒日9：00～15：00逐時時間，樓體陰影長度為74.6～167.5m，投影角度為48.7°～133.2°，冬至日9：00～15：00逐時時間，樓體陰影長度為84.9～206.6m，投影角度為46.2°～143.1°。該樓體大寒日日照影響范圍和冬至日日照影響范圍分別見圖1和圖2。

根據(jù)上述實例可以看出，鐵嶺地區(qū)日照影響范圍應按照大寒日進行確定。城區(qū)高層建筑實際的日照影響更為復雜，因為日照影響不僅僅由樓體高度、長度以及建樓角度決定，還和樓體樣式（比如塔式樓）、被遮擋建筑朝向等有關。從影響類別上包括擬建高層對周邊原有建筑的日照影響、擬建高層建筑之間以及原有高層建筑對擬建建筑的日照影響三種，需要根據(jù)實際情況計算出日照影響范圍，因地制宜地提出合理的防治對策。

3 高層建筑遮光影響防治對策

3.1 加強高層建筑規(guī)劃管理 首先在城建規(guī)劃上進行管理和控制，城建部門可依據(jù)GB50180-93《城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范》，制定符合本地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展水平的易于操作的建筑規(guī)劃設計辦法，在辦法中明確各類建筑間的最小間距要求，從根本上解決新建建筑之間以及原有建筑對新建建筑的日照影響。在審圖過程中，應要求高層建筑與其受影響的周邊地區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃，并將日照分析做為審批圖紙設計的一個重要依據(jù)。

3.2 從建筑間距和建筑造型上減少日照影響 在實際操作中，建筑間距的增大和建筑造型的改變是減少日照影響的切實有效辦法。建筑間距增大的原則是滿足日照標準即可，過度增大間距會造成城區(qū)土地資源的浪費。而降低樓層高度，錯落布局高層建筑實質(zhì)上就是增大建筑間距。建筑造型也是日照影響的一個重要因素，鐵嶺處于北方，冬季漫長，板式樓的采光要比塔式樓效果好。所以在建筑造型上盡量采用板式樓，盡量正南向布局，可以最大限度的增大樓體的采光量，相應地這種建筑造型可以實現(xiàn)樓體間的最小間距。

3.3 合理補償措施 對于已造成事實的遮光事件，應在被遮擋室內(nèi)進行采光測量，根據(jù)實際情況提出合理的解決措施。鐵嶺地區(qū)往往被遮光的建筑都是列入動遷計劃的老舊建筑，在未動遷的這段時間內(nèi)給予一定經(jīng)濟補償，絕大多數(shù)居民都能夠接受。對于已造成遮光又無法拆遷的建筑，這類建筑被遮光的部分多為一層二層居民，三層以上大多滿足日照標準，這種情況可以采取改變一二層建筑使用用途等方式，并合理補償居民搬遷或改裝的費用。運用補償手段最終目的是解決日照影響問題，并在新建項目上避免新的日照影響。

4 結(jié)論

日照影響是環(huán)境影響的一部分，不但是城建部門審批項目的一個重要指標，也是環(huán)保部門審批項目的一個重要考慮因素。通過計算調(diào)兵山人民醫(yī)院門診病房綜合樓日照影響范圍的實例，得出鐵嶺地區(qū)日照影響范圍應按照大寒日進行確定。并從加強高層建筑規(guī)劃管理、在建筑間距和建筑造型上減少日照影響、合理的補償措施三個方面論述減少日照影響的對策，最終目的是以人為本解決好日照影響問題，為構(gòu)建和諧鐵嶺、建設美好家園做努力。

參考文獻：

[1]劉建榮主編建筑構(gòu)造，下冊北京：中國建筑工業(yè)出版社.2000：50.

[2]閆循濤.塔式高層住宅日照影響因素研究[J].華中建筑，2008.[7].

[3]宋小冬.基于方位角的建筑日照間距控制.和諧城市規(guī)劃2007中國城市規(guī)劃年會論文集[C].2007.

篇4

關鍵詞:應用型人才;計算機專業(yè)網(wǎng)絡方向;課程群

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

我國大學課程密度很大,但強度很小。我國大學本科四年的課程一般規(guī)定50～60門之多,而哈佛大學只有32門,芝加哥大學有42門。我國大學生每學期甚至可以選學10門以上的課程,而哈佛大學的學生平均每學期選學4門課程。我國計算機專業(yè)在課程設置上也是高、大、全,如何改變這種現(xiàn)象呢?可以通過課程群和方向課程模塊化的思想進行設置。課程群方法是近年來高等院校課程體系建設實踐中出現(xiàn)的一項新的課程開發(fā)技術(shù),其基本思想是把內(nèi)容聯(lián)系緊密,內(nèi)在邏輯性強,屬同―個培養(yǎng)能力范疇的同一類課程作為―個課程群組進行建設。

2計算機專業(yè)網(wǎng)絡方向能力培養(yǎng)的目標定位

作為一所應用型本科院校,在知識、能力、素質(zhì)三個維度中,應該突出能力的培養(yǎng)。計算機專業(yè)的學生曾經(jīng)一度受到社會青睞,然而隨著時代的發(fā)展,計算機專業(yè)學生人數(shù)的增多,辦學的實驗環(huán)境跟不上,實踐內(nèi)容陳舊,造成了部分計算機專業(yè)學生到社會上求職難的局面。那么到底應該培養(yǎng)學生具備那些網(wǎng)絡能力,這需要面向社會去尋找答案。通過對用人單位的需求了解獲悉計算機專業(yè)網(wǎng)絡方向的就業(yè)面可以劃分為三個層次:一是小型企業(yè)或單位,它們需要能夠建設網(wǎng)站、編寫網(wǎng)頁、組建簡單的局域網(wǎng),能夠配置一般的服務,對網(wǎng)絡能夠進行維護的人員。二是中型企業(yè)或單位,這類單位擁有多個路由器和交換機,它們需要能夠配置各種網(wǎng)絡服務,包括對交換機、路由器進行配置和管理,能夠維護網(wǎng)絡安全,優(yōu)化網(wǎng)絡性能,具有網(wǎng)絡規(guī)劃能力的人員。三是大型企業(yè),它們要求除了上述在中小型企業(yè)需要的能力之外,還需要具備網(wǎng)絡編程,網(wǎng)絡入侵檢測,網(wǎng)絡存儲,無線網(wǎng)絡,網(wǎng)絡冗余設計等人員。

根據(jù)社會需求以及計算機專業(yè)培養(yǎng)目標,我們把計算機專業(yè)網(wǎng)絡方向的實踐能力抽象歸納為三點:建網(wǎng)、組網(wǎng)、管網(wǎng),如圖1。其中建網(wǎng)和組網(wǎng)是基本能力,管網(wǎng)是在建網(wǎng)和組網(wǎng)之上的提升。

建網(wǎng)、組網(wǎng)、管網(wǎng)對應的能力如圖2所示。

3構(gòu)建網(wǎng)絡方向模塊化課程體系

有了能力的準確定位,下面就可以依據(jù)能力構(gòu)建計算機專業(yè)網(wǎng)絡方向課程教學體系。我院計算機專業(yè)學生方向的選擇是在三年級進行的,在選擇方向前需要讓學生對專業(yè)了解,以及培養(yǎng)專業(yè)興趣,這樣學生到了三年級才知道自己的興趣以及如何進行方向的選擇。學院從一年級到四年級規(guī)劃了能力培養(yǎng)路線圖如圖3所示。

一年級學生通過學習計算機導論、C語言等課程了解專業(yè);二年級學生通過學習專業(yè)基礎課程、參加興趣小組、素質(zhì)拓展平臺以及各種大賽來培養(yǎng)對專業(yè)的興趣,挖掘自身的潛能;三年級學生根據(jù)自己的喜好可以選擇方向,當然這些方向并非完全獨立,某一方向的學生完全可以選擇另外一個方向的課程去學習;四年級學生進行畢業(yè)實習、畢業(yè)設計。

對于應用型人才培養(yǎng),應該注重知識點的掌握和知識面的拓寬,不過分強調(diào)知識的系統(tǒng)性和完整性;要注重實用性,不過分強調(diào)深層次的基礎性知識;要注重實踐知識與能力,不過分強調(diào)理論上的精深?？傊?要強調(diào)“學以致用”。課程配置及課程內(nèi)容的取舍應遵循“夠用性”原則,即前修課的設置和其內(nèi)容的取舍,要以后續(xù)課的需要為原則。網(wǎng)絡方向模塊化體系如下圖4:

網(wǎng)絡方向在一年級和二年級和其它方向是共享一個基礎教學平臺的。我們在制定網(wǎng)絡方向課程體系時,重點是要突出上面所定位的三大能力,課程體系制定如表1所示。

建網(wǎng)課程主線的龍頭課程為“WEB技術(shù)”;組網(wǎng)課程主線的龍頭課程為“網(wǎng)絡工程”;管網(wǎng)課程主線的龍頭課程為“網(wǎng)絡信息安全”,如圖5所示。

4構(gòu)建實踐課程教學體系

實驗課程體系是實驗教學體系的核心要素。重組實驗課程教學體系,優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),更新實驗教學內(nèi)容,增加綜合性、設計性、研究性實驗項目是要素的關鍵。實驗教學不僅使學生增加感性認識,有利于接受和理解所學的知識,同時要培養(yǎng)學生的實驗技能,使學生具備觀察問題、分析問題、判斷問題的能力,并初步學會運用理論知識和實驗技能綜合分析和解決問題,使學生具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力。

實驗課程內(nèi)容的改革與更新,尤其是要緊密結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展的需要,將現(xiàn)有的實驗教學內(nèi)容進行篩選、整合,對不符合現(xiàn)代科學發(fā)展的實驗項目進行刪除或更新,做到少而精,整體優(yōu)化。減少驗證性、演示性實驗,精心安排綜合性、設計性實驗,注重融入本學科發(fā)展的最新科技知識,滲透相關學科的理論和技能,使綜合性、設計性實驗的課程占有相當?shù)谋壤?。要改變實驗教學依附于理論課,實驗教學內(nèi)容各自獨立、零散、重復的現(xiàn)狀,建立系統(tǒng)優(yōu)化的、相對獨立的實驗課程體系。實踐教學能力培養(yǎng)與實驗室的關系如圖6所示。

根據(jù)“建網(wǎng)、組網(wǎng)、管網(wǎng)”能力培養(yǎng)路線,我們整合相關課程,刪減重復內(nèi)容,更新實驗內(nèi)容,優(yōu)化了實驗課程教學體系,如圖7所示。

5結(jié)束語

課程是教學中的核心,它可以看作是一個載體,所有改革的問題都要在課程這個舞臺上進行檢驗。課程群的科學合理設置是整個專業(yè)發(fā)展的基礎與動力。根據(jù)市場需求,應用型大學人才培養(yǎng)可以按職業(yè)傾向設置專業(yè)方向并設置課程進行培養(yǎng),最后按職業(yè)傾向畢業(yè)。這種由的“專業(yè)取向”向“職業(yè)取向”的轉(zhuǎn)變,能有效提高人才培養(yǎng)的“職業(yè)化”程度,培養(yǎng)出具有社會適應性人才。

參考文獻:

[1] 王萬森. 計算機專業(yè)還有幾分天下?[J]. 計算機教育,2006(2):3-7.

[2] 吳林根. 基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐教學改革[J]. 實驗室研究與探索,2004,23(10):10-14.

篇5

關鍵詞:天線陣列;波達方向;MUSIC算法;陣元間距;空間譜

中圖分類號:TP212文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2010)06-0012-03

在大多數(shù)的超分辨陣列測向技術(shù)中,各種算法利用陣列天線陣元間距產(chǎn)生時延所引起的相移信息來估計波達方向角度。然而相位信息是以2為周期的,所以對于普通的常用等距線陣來說,其陣元間距不能大于空間入射信號波長的一半,使得陣列方向矩陣的各個列向量線性獨立,以保證波達方向估計的唯一性。對于寬頻段的測向設備中,空間入射信號的波長的波動范圍較大,這樣陣元間距選取不當將會存在兩個嚴重問題:對于高頻段的空間入射信號而言,波達方向估計算法的空間譜上將出現(xiàn)虛假譜峰,估計角度模糊;對于低頻段的空間入射信號而言,雖然保證了波達方向估計的唯一性,但是陣元間距與空間入射信號的半波長相比過小,造成波達方向估計算法空間分辨率和估計精確度的降低。

針對空間譜上將出現(xiàn)虛假譜峰,估計角度模糊的問題,Zoltowski等人首先提出了采用的非均勻線陣的方法來解波達方向估計角度模糊,在此基礎之上,王激揚等人提出了一個可以實現(xiàn)信號到達角解模糊的具有最小冗余度的非均勻線陣陣元間距的配置方案和相應的信號到達角解模糊算法。但是這類方法需要設計較為復雜不規(guī)則的非均勻線陣,不利于算法的擴展。Kim等人提出了采用對實際的物理陣列進行多次虛擬擴展,然后平均多個具有不同擴展參數(shù)h的虛擬陣列的空間譜的方法來擬制虛假譜峰;然而這樣必然需要進行空間自相關矩陣的估計、空間自相關矩陣的特征分解、噪聲子空間的構(gòu)造、空間譜的構(gòu)造等多次計算,導致巨大的運算量,增加了算法復雜度,影響波達方向估計算法的運算速度,使得算法的實時性變差。

本文以最為經(jīng)典的MUSIC算法為例,提出一種基于等效變換陣元間距的寬頻段自適應波達方向算法,該方法在不改變均勻線陣物理拓撲結(jié)構(gòu)的情況下,能夠保證一定空間分辨率,同時有效避免波達方向估計角度模糊。

一、基本原理和思路

從原理上來說,等效變換陣元間距法擬制空間譜上的虛假譜峰,解除角度模糊問題,也同樣是通過參考文獻[4]提出的擴展參數(shù)h改變陣列的方向向量來達到目的的。圖1、圖2是對于8元均勻線陣、和均勻圓陣的虛擬變換示意圖。

實際上,通過變換后的陣列方向向量為:

這也就是說,雖然陣元間距和載波頻率所對應的波長之間滿足d/>0.5,會產(chǎn)生虛假譜峰和角度模糊,但是只要我們選取恰當?shù)臄U展參數(shù)h

首先,采用普通MUSIC算法進行波達方向估計(此時不需要做任何的虛擬陣列擴展,即陣列的擴展參數(shù)h=1),在空間譜上搜索到P( 0 )個譜峰,同時通過MDL或者是AIC準則估計出信源個數(shù)P,然后比較空間譜上搜索到的譜峰個數(shù)P( 0 )和估計出的信源個數(shù)P之間的大小。接下來可能出現(xiàn)三種情況:

1.若P( 0 )

(2)

此時,可以再把擴展參數(shù)h擴大2倍,對物理陣列進行一次虛擬擴展,再次應用MUSIC算法進行一次波達方向估計,此時不需要搜索(-/2,/2)區(qū)間上的所有角度,收縮譜峰搜索角度域的范圍在上一輪每一個估計角度p( 0 )所對應的譜峰附近空間譜譜值比譜峰下降3dB的方位內(nèi)的(,)區(qū)間上。波達方向角度所對應的陣列方向向量變?yōu)?

(3)

此時算法的空間分辨率將增強,記搜索到所有波達方向角的個數(shù)為P( 1 ),P( 1 )≥P( 0 )。這里不在全角度域進行譜峰搜索的原因有兩點:其一,再次全角度域搜索浪費了上一輪估計給出的信息量,沒有必要的增加了寶貴算法的時間;其二,也是更加重要的,對于上一輪波達方向估計過程中能夠很好分辨的信源到達角度而言,在完成采用2倍于上一輪的擴展參數(shù)后,進行的本輪估計將有可能在別的角度上出現(xiàn)虛假譜峰,造成角度模糊,甚至使得本輪搜索到所有波達方向角的個數(shù)為P( 1 )>P,增加算法檢測是否還有別的角度由于本輪算法的分辨率不夠而還存在沒有分辨出來的波達方向角,同時也增加排除虛假譜峰的難度。此時若仍有P( 1 )

2.若PP( 0 )=P,那么這些譜峰在角度域上所對應的角度即為所求的波達方向估計角度,波達方向估計完成。

3.若P( 0 )>P,意味著必然出現(xiàn)了虛假譜峰,產(chǎn)生了角度模糊。為了能夠在盡量少的虛擬陣列變換過程中,查找真實波達方向角度,同時又具有較好的算法分辨性能。對于擴展參數(shù)h的選取問題不能過大也不能過小,擴展參數(shù)h過大,則將仍然存在著虛假譜峰和角度模糊問題,不能有效分辨真實譜峰;擴展參數(shù)h過小,那么有可能使得波達方向估計算法的空間分辨率下降,以至于不能有效分辨上一輪能夠分辨出來的波達方向角度。因此為了選取一個大小較為合適的擴展參數(shù)h,進一步考察空間譜上搜索到的譜峰個數(shù)P( 0 )和估計出的信源個數(shù)P之間的關系。由上一小節(jié)得出的虛假譜峰的個數(shù)和陣元間距的關系,我們可以把陣列虛擬擴展參數(shù)h取值定義為:

(4)

然后,可以再把物理陣列進行虛擬縮小擴展h倍,再次應用MUSIC算法進行一次波達方向估計,利用上一輪波達方向估計的信息,此時同樣不需要搜索(-/2,/2)區(qū)間上的所有角度,收縮譜峰搜索角度域的范圍在上一輪每一個估計角度所對應的譜峰附近空間譜譜值比譜峰下降3dB的方位內(nèi)的(,)區(qū)間上[101],那么必然有P( 0 )-P個(,)區(qū)間上將不存在譜峰,僅有P個區(qū)間(,)分別有且僅有唯一譜峰,這些譜峰在角度域上所對應的角度即為所求的波達方向估計角度,波達方向估計完成。

二、等效變換陣元間距算法步驟

具體算法步驟描述如下:

步驟1:初始化擴展參數(shù)h=1,進行普通MUSIC算法估計得到空間譜譜峰P( 0 )個,信源數(shù)P個。

步驟2:比較空間譜譜峰個數(shù)P( 0 )與信源數(shù)個數(shù)P之間的大小關系,當P( 0 )P,則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟5。

步驟3:把擴展參數(shù)擴大一倍后,再次應用MUSIC算法進行估計得到空間譜譜峰P( 1 )個,并把這輪估計得到的譜峰個數(shù)P( 1 )與信源個數(shù)P相比較,當P( 1 )

步驟4:本輪空間譜譜峰搜索得到的P( 0 )個譜峰在角度域所對應的角度即為波達方向,算法結(jié)束。

步驟5:令擴展參數(shù) ,并再次應用MUSIC算法進行估計后必有空間譜譜峰個數(shù)P( 0 )與信源數(shù)個數(shù)P相等,即P( 0 )=P,本輪空間譜譜峰搜索得到的P( 0 )個譜峰在角度域所對應的角度即為波達方向,算法結(jié)束。

等效變換陣元間距方法的流程圖如圖3所示:

三、仿真實驗

對于寬頻段中的兩個空間信號分別從20°和40°入射到陣元間距為一倍波長的8元均勻線陣上,線陣的陣元間距大于空間信號對應的半波長,信噪比均為10dB,快拍數(shù)為128。采用h=1和h=1/2的兩組不同的虛擬變換參數(shù)進行空間譜估計,如圖4所示,進行了一次等效縮小陣列變換方法的MUSIC算法完全消除了虛假譜峰。

四、結(jié)論

為了避免設置非均勻線陣和平均多個等效虛擬擴展陣列空間譜而帶來的巨大運算量,本文提出采用等效縮小陣元間距的變換方法來,使得等效陣元間距變小來擬制虛假譜峰和波達方向估計角度模糊。該方法在能夠在出現(xiàn)虛假譜峰的情況下,僅僅只需要通過一次陣列虛擬擴展就可以把空間譜的真實譜峰提取出來;并且在虛擬擴展陣列所對應的空間譜搜索上也不需要全角度域的搜索,僅僅只需要在幾個上一輪已經(jīng)存在的譜峰周圍進行搜索,有效地避免了不必要的運算。

參考文獻

[1]M.D.Zoltowski,C.P.Mathews.Real-time Frequency and 2-D Angle Estimation with Sub-Nyquist Spatiotemporal Sampling[J].IEEE Trans,1994,SP-42(10).

[2]A.T.Moffer.Minimum Redundancy Linear Array[J].IEEE Trans,1968,AP-14(2).

[3]王激揚,黃佑勇,陳天麒.空間欠采樣信號DOA估計的解模糊算法[J].電波科學學報,1999,14(4).

篇6

關鍵詞：計算機；硬件技術(shù)；思考

前言

硬件是計算機的重要組成部分，而硬件技術(shù)的發(fā)展決定著計算機系統(tǒng)的技術(shù)水準與完善水平，對國內(nèi)計算機網(wǎng)絡行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在計算機的硬件組成看，運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備是主要構(gòu)件，在計算機運行過程中，發(fā)揮其獨特的作用。通過對計算機硬件技術(shù)的發(fā)展與完善，其技術(shù)水平得到明顯的提高。在學習計算機硬件技術(shù)知識內(nèi)容后，我能夠?qū)υ摷夹g(shù)有著進一步的了解和認識，并進行深入的思考。

1計算機硬件的構(gòu)成及作用

軟件設施、硬件設施是構(gòu)成計算機的重要部分，以硬件為例，其構(gòu)成也相對較為復雜，對計算機的有效運行發(fā)揮著重要作用。首先，運算器，能夠?qū)τ嬎銠C數(shù)據(jù)信息進行加工與處理，借助控制器，可以與存儲器之間相互轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息。這是CPU的重要部件，對數(shù)據(jù)計算發(fā)揮著重要影響，也是決定計算機運行效率的關鍵。其次，控制器，相當于計算機系統(tǒng)的控制指揮中心，與運算器共同組成中央處理器，可分析系列指令，并根據(jù)指令而發(fā)出控制命令信號，促進計算機各部件的協(xié)調(diào)工作?？梢?，控制器如同人體的大腦或中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對計算機的正常運行發(fā)揮重要作用。再次，存儲器，相當于記憶裝置，能夠?qū)τ脩舻谋４嫘畔⒆x取。通常，存儲器是由主存、輔存兩部分組成，計算機運行的程序和數(shù)據(jù)信息內(nèi)容大多在主存儲器中存儲。最后，輸入和輸出設備，是實現(xiàn)計算機與人交互的重要部件［1］。

2計算機硬件技術(shù)分析

2．1開發(fā)技術(shù)：當前，開發(fā)技術(shù)主要表現(xiàn)在嵌入式硬件平臺開發(fā)方面。該平臺為嵌入式微芯片提供工作場所，借助處理器和系統(tǒng)設備，使其能夠正常運作。對于嵌入式的計算機硬件，由嵌入式處理器、控制器、數(shù)字信號處理器等組成，可將計算機硬件的工作效率提升層次。其中嵌入式控制器發(fā)揮重要作用，其在單片機的內(nèi)部芯片中具有諸多功能，如集成總線、脈寬調(diào)制輸出等，不僅能夠降低控制器的成本，而且其體積下，有利于計算機朝著為控制的方向發(fā)展。在計算機開發(fā)技術(shù)水平提高中，相關技術(shù)人員應加強對數(shù)字信號處理器的開發(fā)力度，縮小其體積，同時也加強其工作能力，達到提升計算機硬件整體性能的目的［2］。

2．2加速技術(shù)：近年來，計算機硬件加速技術(shù)得到廣泛的應用，能夠提高計算機的處理速度。加速技術(shù)主要有：Huffman算法、XML、像素光照計算、CUDA等硬件加速技術(shù)，利用硬件模塊代替軟件算法，能夠發(fā)揮影響速度快的優(yōu)勢，對數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進行快速處理，達到提高計算機工作效率的目的。計算機硬件加速技術(shù)研究中，可借助芯片、處理器等硬件元件，用以解決CPU的諸多問題，減小CPU的壓力，使其能夠運行其他程序。就我國計算機的發(fā)展趨勢看，硬件加速技術(shù)是計算機硬件技術(shù)未來發(fā)展的重要方向，技術(shù)人員能夠在該方面有著突破性進展，有利的促進我國計算機技術(shù)的發(fā)展進程［3］。

2．3硬件存儲技術(shù)：從存儲技術(shù)看，是計算機得以在社會眾多行業(yè)領域中有著廣泛應用的重要技術(shù)支持，伴隨計算機技術(shù)水平的提高，存儲技術(shù)也逐漸實現(xiàn)突破。目前，常見的計算機硬件存儲技術(shù)主要包括：首先，DAS技術(shù)，其存儲設備在連接裝置的作用下，可以直接連接計算機，具有操作簡單、成本低廉、性能良好的優(yōu)勢和安全性低、擴展性差的劣勢。其次，NAS技術(shù)，這是專門為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的存儲而開發(fā)和研究的新型服務器，具有獨立的PC服務器，盡管其擴展性能良好，但數(shù)據(jù)傳輸速度并未達到理想標準，而且在使用過程中，單點故障相對較多，對計算機正常運行有影響。最后，SAN技術(shù)，可以形成存儲網(wǎng)絡，其擴展能力較強，而且數(shù)據(jù)信息的傳輸速度十分快，但應用該技術(shù)的成本相對較高，且對技術(shù)水平的要求更高。

2．4故障診斷技術(shù)：在計算機硬件運行中，可能發(fā)揮故障，相關人員應對故障加以合理的定位及檢測。為能夠及時開展故障診斷工作，可設置自動診斷的程序，只需要在數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)、診斷控制系統(tǒng)的條件下，方可實現(xiàn)。在此過程中，相關人員構(gòu)建故障模型，進行硬件數(shù)據(jù)測試，并輸入精準的數(shù)據(jù)，在計算機硬件內(nèi)部創(chuàng)造“詞典”，在計算機硬件發(fā)生故障時，則啟動自動診斷程序，針對相關數(shù)據(jù)而形成一份初步診斷報告，供技術(shù)人員參考。隨著科學技術(shù)水平的飛躍發(fā)展，計算機體積越來越小，但其構(gòu)件越趨復雜多樣，增加故障診斷難度，通過發(fā)展故障診斷技術(shù)，可以提高計算機硬件故障診斷工作的效率，這對計算機技術(shù)的發(fā)展有利［4］。

2．5運行維護技術(shù)：運行維護技術(shù)是計算機硬件技術(shù)的重要組成部分，通過有效開展計算機的維護工作，能夠使計算機處于正常運行的狀態(tài)。就計算機硬件的元件看，主板、顯卡、內(nèi)存、硬盤比較容易出現(xiàn)故障，一旦故障產(chǎn)生，則影響計算機的運行，因而用戶應定期檢測故障，對硬件部件開展必要的檢查、保養(yǎng)工作，可延長計算機硬件的使用壽命。例如，對于風扇部件，應定期對其進行清潔，避免灰塵積累過多而影響風扇的轉(zhuǎn)速。另外，機主還應定期檢查內(nèi)存及做好殺毒工作，為計算機硬件設施提供有利的運行環(huán)境。

結(jié)論

現(xiàn)階段，我國計算機硬件技術(shù)水平不斷提高，有力的推動著計算機事業(yè)的發(fā)展進程。我學習計算機硬件技術(shù)知識的過程中，能夠?qū)τ嬎銠C硬件技術(shù)有更多的理解，有助于為我以后學習計算機知識內(nèi)容奠定基礎。國內(nèi)的計算機技術(shù)研究道路上，必將以硬件技術(shù)知識為依托，從而加大技術(shù)研發(fā)力度，為國內(nèi)計算機硬件技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展進程創(chuàng)造有利的條件。該技術(shù)未來發(fā)展中，開發(fā)技術(shù)、加速技術(shù)、存儲技術(shù)、故障診斷技術(shù)、運行維護技術(shù)也將占據(jù)主導地位和發(fā)揮導向作用。

參考文獻

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［3］黃云峰，程啟明，王莉，等．“計算機硬件技術(shù)”重點課程建設研究［J］．中國電力教育，2011，（17）：79－81．

篇7

【摘 要】隨著計算機應用技術(shù)的不斷發(fā)展，對于作為底層系統(tǒng)的硬件，也提出了更高的要求。本文針對計算機硬件系統(tǒng)的相關技術(shù)，進行了由淺入深的分析。

【關鍵詞】計算機應用技術(shù)；硬件；系統(tǒng)

【Abstract】With the continuous development of computer application technology ， it puts forward higher requirements for the underlying hardware of the system. It analyzes the relevant technology of the computer hardware system.

【Key words】Computer application technology； Hardware； System

1 計算機硬件簡介

計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理設備按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體為計算機軟件的運行提供物質(zhì)基礎。簡言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行程序，把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。從外觀上看，微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內(nèi)部主要包括：CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅(qū)動器、光驅(qū)、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設備包括鼠標、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設備通過接口和連接線與主機相連[1]。

2 計算機硬件技術(shù)

計算機硬件技術(shù)，是以計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理為核心，逐步掌握各個硬件模塊的原理與功能，從而能夠利用硬件技術(shù)進行系統(tǒng)開發(fā)。

3 計算機硬件技術(shù)的范疇

計算機硬件技術(shù)主要面向計算機軟方向?qū)I(yè)開設，因此是一門綜合性的硬件技術(shù)課程，其范疇包括：計算機系統(tǒng)概述、電路元器件、計算機數(shù)制、常用邏輯部件、硬件結(jié)構(gòu)及原理、指令與匯編語言、接口與外部系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)[2]。

其中，對每個知識點都做了詳細的分析，以計算機組成為例，如下圖所示：

圖1 計算機硬件組成

圖中涵蓋了計算機五大硬件模塊：運算器、控制器、輸入設備、輸出設備和存儲器，箭頭表明了各種信息流向。圖中，我們首先要了解各個硬件模塊的功能，從而根據(jù)箭頭分析各種信息在硬件設備中如何傳遞。

4 硬件技術(shù)的核心

硬件技術(shù)的核心包括如下幾個方面：

（1）計算機硬件組成原理

計算機硬件組成原理為掌握硬件技術(shù)的基礎。

（2）微處理器

微處理器是計算機核心部件，主要包括運算器和控制器。微處理器技術(shù)，重點是對指令和指令系統(tǒng)的理解。

同一廠商會在一個處理器產(chǎn)品的基礎上不斷研發(fā)下一代新的兼容產(chǎn)品，而新一代處理器與前一代要實現(xiàn)指令兼容，即新一代指令系統(tǒng)包含前一代處理器的全部指令，同時可能增加新指令。而不同廠商之間也可能生產(chǎn)指令兼容的處理器產(chǎn)品。如何提高處理器性能，也是各個廠商爭先研究的對象，一般采取的技術(shù)包括：流水線、超標量、超線程、Cache、擴展指令集、多核心等。

（3）總線

總線就是嚴格定義的信號線集合，用于實現(xiàn)計算機各個部件之間信息傳輸?shù)耐ǖ繹3]。總線具備公共性、標準型和可擴展性等特征。通過總線可實現(xiàn)點對點連接或者多點連接。只能實現(xiàn)點對點連接的通道在概念上不是總線，習慣上也稱為總線。

在計算機中，總線一般分三種：數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。

DB：傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容，與內(nèi)存、I/O之間雙向傳輸；

AB：傳輸?shù)拇鎯ξ恢?，如存儲器地址、端口地址等，與I/O接口或之間單向傳輸；

CB：傳輸各種控制信號，如存儲器讀/寫、端口讀/寫等，與I/O接口之間單向傳輸。

（4）接口

接口是用于完成計算機主機系統(tǒng)與外設之間的信息交換[4-5]。接口由接口硬件（接口電路、連接器、連接電纜等）和接口軟件（程序）組成。如下圖所示：

圖2 接口電路的構(gòu)成

接口功能主要包括：數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)緩沖、信號變換、中斷、差錯控制、高層通信協(xié)議、即插即用、電源管理、動態(tài)配置等。接口構(gòu)成都是通過數(shù)據(jù)變換機制來完成。對接口的操作是程序?qū)涌诘脑L問（讀/寫）的方式，不同接口電路支持不同的操作方式，常用方（下轉(zhuǎn)第324頁）（上接第128頁）式包括查詢、中斷和DMA控制方式。

5 計算機硬件技術(shù)總結(jié)

熟悉計算機硬件技術(shù)，目的是提高計算機應用能力。不僅僅要熟悉各個硬件模塊的功能，還需了解相關最新技術(shù)的發(fā)展趨勢及新標準，利用硬件性能測試方法，能解決在實際使用中出現(xiàn)的問題。

【參考文獻】

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[3]周洪利，朱衛(wèi)東，陳連坤.計算機硬件技術(shù)基礎[M].北京：清華大學出版社，2012：159-162.

篇8

關鍵詞：計算機硬件教學；有效性；措施

作者簡介：劉忠仁，男，1984年8月，江西贛州人，漢，秘書，助教，研究方向：計算機硬件

0引言

計算機硬件教學是職業(yè)學校計算機專業(yè)開設的一門基礎課程，相比其他專業(yè)理論課來說內(nèi)容豐富多樣，且學習難度較大，尤其是對于女生和部分對計算機不感興趣的男生來說學習起來更是困難。如果教師還是采取傳統(tǒng)理論課教學的方式來進行計算機硬件課程教學，很難提起學生的學習興趣，教學效果必然得不到提升。還有一些學生總想著在課下業(yè)余時間上網(wǎng)自己查閱和了解相關的知識，認為計算機硬件知識靠自主探究就能學會，沒必要聽老師講解，因此在課堂學習中注意力不集中，再加上計算機硬件課時安排本來就有限，最終導致課堂教學嚴重降低，學生對計算機硬件知識掌握的也不扎實。因此，要想提高職業(yè)院校計算機硬件教學效率，計算機專業(yè)教師必須探索出一套有效的硬件教學模式。下面對有效的計算機硬件教學改進措施進行了分析。

1明確教學目標

高效的課堂教學工作必須要有明確的教學目標作為方向和指導。因此，職業(yè)院校計算機專業(yè)教師要想提高硬件教學的有效性，就必須明確教學目標。我校的計算機硬件課程包括《計算機應用與科學》和《計算機組裝與維護》兩門課，這就需要教師根據(jù)學生對計算機的興趣，引導學生除了要掌握基本的計算機硬件基礎知識之外，還要系統(tǒng)的了解計算機硬件系統(tǒng)的組成以及計算機的發(fā)展過程，同時掌握常見的計算機硬件故障及維護維修方法，提高學生的計算機素養(yǎng)，從而為學生今后從事計算機方面的工作打下堅實的基礎。

2做好課前準備工作

高效的課堂教學需要充分的課前準備工作作為保障，這就要求教師充分把握計算機硬件課程的整體教學內(nèi)容，從而對各階段的教學工作作出系統(tǒng)和科學的安排，并且在進行課堂教學之前，一定要做好教學前的準備工作。首先，教師要對整個班級的情況有一個詳細的分析，了解學生男女生分配比例，有多少學生對計算機硬件學習比較感興趣，有哪些學生計算機硬件基礎較好等，這些都能為后期課堂教學工作的開展提供幫助。比如教師可以利用學生對計算機硬件知識掌握程度不同、興趣高低不同等來對學生進行分組教學，在分組學習的過程中加強不同水平學生之間的相互交流，在共同學習的過程中相互促進。教師還要根據(jù)不同學生的課堂表現(xiàn)實時調(diào)整和改進教學方式，幫助不同的學生制定適合其自身實際情況的學習目標和方法。其次，教師還要根據(jù)計算機硬件教學內(nèi)容準備教學需要的材料，比如在教授《計算機組裝與維護》這門課時，就可以提前到市場做調(diào)查，詳細了解計算機硬件的技術(shù)參數(shù)和區(qū)域價格，并且利用網(wǎng)絡來查閱和了解硬盤的品牌、價格、技術(shù)參數(shù)及其使用說明等相關信息，并且將這些知識內(nèi)容融入到課堂教學當中，不僅可以通過展示自己淵博的知識使學生提高對教師的崇拜之情，還能激發(fā)學生的學習興趣，提高學習計算機硬件課程的自信。由此可見，充分的課前準備工作對于提高計算機硬件教學的有效性具有積極的促進作用。

3加強學校計算機實驗室的建設與管理

計算機硬件教學作為一門實踐性比較強的課程，必須要有完善的基礎硬件設施作為保證，才能為教學效率的提升提供支持，因此，學校必須加強計算機實驗室的建設與管理，為計算機硬件課程的教學提供充足的資源。首先需要學校加大資金投入力度，根據(jù)教學需要加大對先進的計算機實驗儀器的購進，讓學生能夠更方便的了解和掌握最新的計算機硬件知識和技術(shù)。其次，資金條件不足的學?？梢酝ㄟ^校企合作的方式來加強實驗室的建設，學校為企業(yè)輸送高素質(zhì)的計算機專業(yè)人才，企業(yè)為學校提供計算機硬件實驗設施，通過加強學生的實踐教學使學生畢業(yè)后可以直接勝任企業(yè)的工作，從而幫助企業(yè)節(jié)約成本，實現(xiàn)校企雙贏。然后，學校還要不斷完善計算機實驗室管理制度。明確崗位責任制，對學生在實驗室的操作規(guī)范做出明確的規(guī)定，建立實驗室安全制度、學生實驗守則等詳細的制度，從而保證實驗室和實驗儀器的安全性，從而也能確保學生參與計算機硬件實驗安全高效進行。另外，為了提高學生的學習效率，計算機硬件實驗室除了教學時間外，可以免費向?qū)W生開放，讓學生在課余時間自主實驗，鞏固所學知識，提高學習效果。

4強化實踐教學

計算機硬件教學作為一門實踐性比較強的學科，需要大量的課堂實踐教學作為支撐，才能切實提高教學效率，教師在實踐教學過程中，應強化學生的動手操作能力，嚴格把控教學操作和講解時間，留出足夠的時間和空間讓學生自主探究實踐。另外，在實踐教學中教師要認識到自己引導者的角色，充分發(fā)揮自身的指導作用，在讓學生進行實驗之前可以進行操作示范，進而接著讓學生進行自主操作，教師根據(jù)學生的實踐學習情況進行必要的指導。尤其是對電路和有關線路問題，教師要在重點重復講解之后，指導學生進行實驗，對于學生不懂或難以掌握的地方要強化講解，從而使學生更好的掌握知識和計算機硬件實踐技能。再如，進行計算機電子元件的知識內(nèi)容講解時，在經(jīng)濟狀況允許的情況下可以讓學生到科技市場購買一些實用的硬件電子器件，并拿到課堂上來供大家學習了解，這樣不僅能夠提升學生的學習興趣，還能有效提高教學效率。

5做好教學考核評價工作

高效的課堂教學離不開科學的考核評價工作，這就需要計算機硬件專業(yè)課教師制定一套完善的考核工作方案，在公平全面的基礎上明確考核標準，對學生日常的學習情況、課堂表現(xiàn)、學習態(tài)度、實驗完成情況等進行科學的評價，并將考核結(jié)果及時的反饋給學生，對于表現(xiàn)優(yōu)秀的學生要給予獎勵，學生的自我價值得到肯定，必然會增加學習的動力。對于表現(xiàn)不好的學生要給予適當?shù)墓膭睿⒅赋鏊麄儗W習中存在的不足，從而引導學生努力學習，提高學習效率。教師也要根據(jù)考核結(jié)果改進教學模式，從而提高計算機硬件教學的有效性。

參考文獻：

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[2]郭新寧.計算機硬件教學的一體化教學改革策略[J].電腦知識與技術(shù),2015,14:112-113.

篇9

關鍵詞：計算機；維護；硬件；判斷

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

計算機的硬件較多，小一些的硬件有風扇、內(nèi)存條等等，大一點的硬件就是主板、硬盤等等，對于計算機來說，現(xiàn)階段有主機和顯示器合二為一的一體機，也有普遍使用的顯示器和機箱分開的。無論是哪一種，都需要在日常的使用中得到較好的維護才能保證計算機的性能保持在一個較高的水準，幫助人們更加便利的生活，更好的處理工作中的一些瑣事。在此，本文主要對計算機發(fā)展及日常維護進行探究。

一、計算機硬件的發(fā)展

（一）計算機硬件發(fā)展現(xiàn)狀

從現(xiàn)有的情況來看，計算機的發(fā)展正在朝著巨型、微型化、網(wǎng)絡化和智能化的方向發(fā)展。由于人們的日常工作在不斷的細化，需要處理的事情很多。通過計算機能夠更好的完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、調(diào)查、搜集等工作，為銷售部分、市場分析部門、客服部門以及企業(yè)的總體戰(zhàn)略部署提供較多的參考，所以計算機的硬件發(fā)展需要進一步強化，不僅要處理較多的問題，同時要能夠最大限度的同時解決各個部門的問題，在保證效率的基礎之上，保證工作質(zhì)量。在計算機的硬件發(fā)展過程中，微處理器是一個具有代表性的產(chǎn)品。它是用一片或者少數(shù)幾片大規(guī)模集成的電路組成的中央處理器。微處理器作為計算機硬件當中最重要的組成部分之一，在整個計算機當中發(fā)揮非常重要的作用。幾乎每一項功能的實現(xiàn)都需要微處理器作為基礎。另一方面，微處理器的發(fā)展能夠從根本上提高計算機的各項性能，尤其是縮小處理器芯片內(nèi)晶體管的尺寸和線寬上。由此可見，計算機的發(fā)展現(xiàn)狀還是比較理想的，在很多方面都取得了一個非常理想的成就。

（二）計算機硬件的發(fā)展前景

對于硬件來說，能夠給人們一個非常直觀的感受，并且在性能、體積、兼容性方面能夠直接進行考驗。計算機硬件的發(fā)展前景非常好，比方說納米級晶體管的出現(xiàn)，給微處理器性能的進一步提高帶來了曙光。但是，隨之而來的挑戰(zhàn)也非常嚴峻，首先，制造納米級晶體管的新的光刻技術(shù)還在試驗階段，部分技術(shù)性的難題還沒有被攻破；其次，光刻技術(shù)遇到的阻礙較多，比方說晶體管門極氧化物的存在。未來的計算機硬件研究和設計，必須有效的突破這些技術(shù)性的難題，實現(xiàn)全面的提升。

二、計算機硬件的日常維護

（一）維護環(huán)境

對于計算機來說，日常的運行環(huán)境是影響計算機運行效果的重要因素。首先，要將計算機放在一個較為穩(wěn)定的環(huán)境當中，包括電壓穩(wěn)定、電源穩(wěn)定、周邊沒有太多的灰塵、網(wǎng)速較好等等。相對來說，工作用的計算機和家庭使用的計算機還是有差別的，工作用的計算機一般情況下是集中在一起，導致周邊的溫度上升，很容易造成死機。此時應保持辦公室的空氣流通，并且將空調(diào)打開，計算機要保證散熱才能維持正常的運行。家庭計算機的安放位置盡量要擁有一個獨立的電腦桌，并且機箱的空間不能過于狹小，定期定理機箱內(nèi)部的灰塵，讓計算機保持一個較高的運行狀態(tài)。

（二）觀察

對于計算機來說，它的軟件如果出現(xiàn)問題，可能會自動報警，或者是通過一些反映讓操作者知曉。但是硬件出現(xiàn)問題，并不容易察覺，很多的情況是硬件出現(xiàn)問題但是得不到關注，長久的運行導致隱患加大，有些計算機甚至在一瞬間報廢。我們在日常使用的時候，要注意計算機的周邊環(huán)境和程序的運行數(shù)量，大量的程序同時運行，會導致機箱的硬件設備反應不過來，導致死機或者是主板破壞。另一方面，要對一些細小的元件進行觀察，比方說內(nèi)存條或者是風扇等等，這些細小的元件會對計算機產(chǎn)生較大的影響。我們要保證計算機的每一個元件的運行情況了如指掌，并且定期進行維護，即便是沒有問題也可以建立一個日常維護替體制。

（三）判斷

計算機的故障類型較多，在維護的過程中，必須具備較強的判斷能力?，F(xiàn)今的大部分用戶都會將計算機放到專業(yè)維修點去維修，多數(shù)技工會根據(jù)用戶的提供的信息來進行維修。但是，用戶畢竟不是專業(yè)人士，他們有時候形容的情況也是模棱兩可的，所以技工應該對計算機進行一個全面的檢查，找到問題的根源，采用針對性的技術(shù)性措施來處理，避免故障頻繁發(fā)生。值得注意的是，計算機的有些故障并不容易察覺，即便是應用相關的設備進行檢測，也沒有太好的結(jié)果。此時就需要一些有經(jīng)驗的技工來判斷，結(jié)合計算機的實際硬件問題來進行維修，畢竟有些技術(shù)沒有一個統(tǒng)一的處理方法。計算機作為一種高精尖的設備，在維護過程中，需要根據(jù)不同的型號來制定不同的方案，才能取得一個和較為理想的成果。

三、結(jié)束語

本文對計算機硬件發(fā)展和日常維護進行了一定的探究，就現(xiàn)階段的情況來看，計算機的發(fā)展空間比較廣闊，在很多方面都取得了非常高的成果。但是，計算機的未來發(fā)展道路并不通暢，技術(shù)性的難題和硬件的發(fā)展困境較多。計算機的日常維護需要用戶比較注意一些，無論是出現(xiàn)問題還是正常運行，都要時常進行檢查，不僅可以保證計算機擁有一個較好的運行環(huán)境，同時可以讓計算機擁有更好的性能。在以后的相關工作中，計算機硬件應該研究一些相關領域的技術(shù)，通過多方面的幫助讓計算機獲得更大的進步。

參考文獻：

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篇10

關鍵詞：計算機硬件；實驗教學；創(chuàng)新人才；教學改革

文章編號：1672-5913（2013）03-0046-04

中圖分類號：G642

0 引言

計算機硬件實驗主要面向軟件工程、信息安全等專業(yè)開設，它是計算機硬件實驗教學體系中最為重要的教學內(nèi)容之一。通過計算機硬件實驗，學生可以掌握計算機硬件設計、制作、調(diào)試、運行維護等多方面的技能。學生利用VHDL以及波形圖等對實驗結(jié)果和中間環(huán)節(jié)進行調(diào)試和驗證，可以訓練自身對計算機底層技術(shù)的創(chuàng)新技能，培養(yǎng)嚴謹?shù)目蒲凶黠L。

隨著電子設計自動化（EDA）和可編程邏輯器件（PLD）技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外高校普遍采用硬件描述語言進行邏輯設計，實現(xiàn)在計算機上進行功能仿真，最后下載到編程邏輯器件中進行測試。哈爾濱工程大學于2005年在黑龍江省率先引進了單片大規(guī)模FPGA來實現(xiàn)計算機硬件實驗教學，這種方法將使實驗過程從“驗證為主”轉(zhuǎn)變到以“設計為主”，有助于提高學生的硬件設計能力。

目前，計算機硬件實驗的突出特點是仿真實驗軟件系統(tǒng)過于復雜。從編程到測試，再到實時測試的過程過于繁瑣，學生不易掌握。教師往往需要花費大量的課時，講解QUARTS軟件的基本使用方法以及FPGA實驗平臺的結(jié)構(gòu)原理，這就大大降低了計算機硬件實驗的教學效果。

互動式計算機硬件實驗教學將主要研究如何通過多媒體教學手段以及教師學生互動交流等方式，使學生在脫離實驗室的環(huán)境下，快速掌握軟件系統(tǒng)及硬件平臺的使用技巧，提高計算機硬件實驗教學質(zhì)量和學生培養(yǎng)效果。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平與發(fā)展趨勢

目前，歐美發(fā)達國家的理工科大學計算機專業(yè)普遍重視硬件類課程實驗，要求學生必須掌握一種硬件描述語言，會使用先進的EDA工具進行硬件設計、驗證和測試。美國、日本、新加坡等國早在20世紀90年代初期，就開展了有關互動式輔助實驗教學的研究。利用多媒體、教師個人網(wǎng)站等多種電子交互手段，提高教師知識傳授和學生間技術(shù)交流的效果，達到課內(nèi)外同步教學的目標。

互動式實驗教學主要解決大量基礎知識的講授以及基本技能問題驗證占用有限課時的問題，目的是有效降低教師的教學負擔，提高學生的學習效率。日本、韓國在互動硬件實驗教學上具有豐富的經(jīng)驗，在多所高等學校進行推廣，如日本北海道大學、韓國釜山大學等均建有獨立的互動實驗門戶或交互系統(tǒng)。

我國的計算機實驗教學發(fā)展相對較晚，近年來，隨著大批實驗教學示范中心的建設以及高校對實驗教學方法改革與研究的逐步重視，包括清華大學、北京大學、上海交通大學在內(nèi)的許多高校都陸續(xù)開展了對互動式實驗教學內(nèi)容的研究。目前我們將重點闡述如何通過互動實驗教學方式，縮短學生理解基礎知識、熟悉設備使用的時間，最終獲得理想的教學效果。

2 實驗教學體系

2.1計算機硬件實驗的重要性

嵌入式系統(tǒng)以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，因其軟硬件可裁減，已受到歐美發(fā)達國家的廣泛關注。哈爾濱工程大學依據(jù)當今國際電子設計業(yè)對人才培養(yǎng)能力的普遍認同標準，集中強化學生嵌入式開發(fā)技術(shù)技能的培養(yǎng)。

為此，我們?yōu)橛嬎銠C科學與技術(shù)及相關專業(yè)勾畫了以數(shù)字邏輯實驗為基礎，以微機接口實驗為終結(jié)的，包含計算機硬件實驗、計算機部件實驗以及計算機組成實驗為一體的計算機硬件實驗教學課程群。要求本科生從大學第四學期到第七學期硬件實驗內(nèi)容不斷線、銜接連貫、層次提高；強調(diào)各門課程明確分工、分層次培養(yǎng)學生的獨立組織硬件實驗的能力、軟件仿真驗證能力和測量儀器使用能力。

計算機硬件實驗是該課程群針對軟件工程、信息安全等專業(yè)設置的，實驗內(nèi)容緊緊圍繞計算機組成原理，兼顧VHDL描述語言、數(shù)字邏輯有關組合、時序邏輯電路的有關知識；每個實驗項目都是一個獨立的實驗單元，可進行獨立設計和測試，同時，所有的實驗單元又能夠組成一個有機的整體，完成一個基本模型機的設計和實現(xiàn)。

基于上述原因，哈爾濱工程大學計算機實驗教學中心（下簡稱“實驗中心”）選用GW-48系列SOPC/EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)進行計算機硬件實驗教學。學生利用實驗開發(fā)系統(tǒng)完成一系列基本單元實驗和模型計算機綜合設計實驗，掌握計算機各個部件的功能和設計方法，也更加直觀地掌握計算機各主要部件的工作原理。實驗開發(fā)系統(tǒng)不但使學生更加深刻地理解了計算機組成原理理論知識，而且還能使他們在VHDL語言、EDA軟件工具和FPGA的應用方面獲得大量實用的技術(shù)。

2.2“三化結(jié)合，四個并舉”的實驗教學理念

“三化結(jié)合”的教學理念：構(gòu)建軟硬件一體化實驗環(huán)境有利于培養(yǎng)學生軟硬件綜合素質(zhì)，實驗平臺綜合化有利于培養(yǎng)學生的綜合設計能力，實驗內(nèi)容系統(tǒng)化有利于培養(yǎng)學生的系統(tǒng)化設計思想和能力，為較好地實現(xiàn)“理論教學注重基礎，實踐教學注重能力，創(chuàng)新教學注重個性”的目標打下了堅實的基礎。

四個并舉的教學理念：

1）工學并舉。

工程教育與經(jīng)濟建設相結(jié)合，按照工程教育專業(yè)認證要求調(diào)整實踐育人目標；按照卓越工程師培養(yǎng)計劃建立面向校企合作的實踐育人體系。

理論教學與工程實踐相結(jié)合，修訂2009版人才培養(yǎng)方案，加強理論課程與實踐課程內(nèi)容的相互融合，打造科學合理的實踐育人平臺。

科學研究與社會服務相結(jié)合，以ACM人才培養(yǎng)實驗班為依托，培養(yǎng)拔尖人才，打通進入科研實驗室的科學研究模式；提高科技創(chuàng)新普及率，增加學生接觸社會、服務社會的鍛煉機會，提高社會實踐能力。

開辟提高實踐教學辦學水平、推動區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展的“三結(jié)合”辦學道路。

2）點面并舉。

以數(shù)字邏輯實驗為例，實驗分為三個階段：①組合邏輯實驗階段采用虛擬實驗環(huán)境與現(xiàn)場器件驗證操作相結(jié)合方式；②時序邏輯實驗階段采用實際器件操作與理論研究相結(jié)合方式；③創(chuàng)新設計階段采用自主設計與教師指導相結(jié)合方式。不同的實驗類型和階段，采用不同的授課方式和教學設備資源。

3）教研并舉。

將科研資源有機融合，科研實驗室、創(chuàng)新實驗室全部面向?qū)W生開放，遴選科研團隊教師納入兼職教師序列，研究生助教充實教學輔助力量，科研方向助力推動科技創(chuàng)新，提高學生的科學研究水平；積極開展面向教學輔助系統(tǒng)的科學研究，開設MATLAB等科研工具與科研方法的實驗教學課程，鼓勵學生參與科研實踐，使學生了解科技最新發(fā)展，提升學生科學研究和科技創(chuàng)新的能力。夯實教師隊伍和教學質(zhì)量工程建設，教學科研相互促進，共同推動實踐教學發(fā)展。

做到“教學-科研-創(chuàng)新-服務”一線牽，從教學中發(fā)現(xiàn)問題，并凝練問題；在創(chuàng)新中探索問題，并剖析問題；以科研來處理問題，并解決問題；由服務來普及“問題”，并消除“問題”。

4）建改并舉。

以軟件工程、計算機科學與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程和信息安全四個專業(yè)為依托，分別建設國家工程實踐教育中心、實驗教學基地、工程師培養(yǎng)基地、校企聯(lián)合實驗室、實習實訓基地等。

加大計算機實驗教學平臺建設力度，特別是文化平臺的建設，設立圖靈文化長廊、計算機歷史展廳、計算機技術(shù)展廳以及實驗中心宣傳展廳，強調(diào)“格物窮理、知行合一”的辦學思想。

面向軟硬件實驗課程，開展實驗教學改革，開展虛擬實驗教學開放系統(tǒng)建設、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實驗系統(tǒng)建設和創(chuàng)新實驗基礎與實踐課程建設。

面向創(chuàng)新實踐活動及教學，與科研密切聯(lián)系，結(jié)合科研方向，依托計算機科學與技術(shù)、軟件工程兩個一級學科，設立集成科研團隊技術(shù)優(yōu)勢的創(chuàng)新平臺，即物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新平臺、網(wǎng)絡與信息安全創(chuàng)新平臺、機器人技術(shù)創(chuàng)新平臺、軟件工程創(chuàng)新平臺和ACM/ICPC創(chuàng)新平臺。

2.3計算機硬件實驗項目設計

由于計算機硬件實驗主要面向計算機科學與技術(shù)以外專業(yè)開設，參與實驗的學生絕大多數(shù)未學習數(shù)字邏輯等基礎課程。為此，按照計算機硬件實驗課程群的整體安排，考慮到知識點的傳承，我們制定了由邏輯電路到重要部件，最終回歸基本模型機的項目設計思路。具體內(nèi)容見表1。

3 互動式實驗教學

3.1互動式實驗考核方式

實驗內(nèi)容和實驗方法的多樣性決定了考核方式的多樣化，考核方式應能真實地反映學生的理論水平和實驗技能水平。為此，課程組提出了“3+5+2互動式實驗成績考核方式”。其突出特點在于將“生寫師查、生做師察、生疑師答”三種交互方式貫穿于整個實驗考核過程中。

1）生寫師查。突出預習在實驗教學中的作用，預習成績占總成績的30%，預習報告是學生對于教師所教授理論知識理解和掌握程度的直觀體現(xiàn)。教師查看預習報告，有針對性地指導學生實驗，從而提高了實驗教學質(zhì)量。

2）生做師察。實驗操作和數(shù)據(jù)收集是實驗教學的中心環(huán)節(jié)，占總成績的50%。教師通過現(xiàn)場觀察和抽查的方式，對學生的動手能力進行全面考核，包括：①是否遵守實驗規(guī)則；②設計能力；③分析、解決問題能力；④對理論設計的實現(xiàn)能力等。

3）生疑師答。實驗報告是實驗教學成果的總結(jié)，它反映了學生對科學實驗的概括總結(jié)能力，占總成績的20%。對于學生的疑惑和操作難題，教師有必要進行針對性解答和輔導。

上述多角度的師生互動方式，考核了學生的真實水平，提高了實驗教學的整體質(zhì)量，達到了實踐創(chuàng)新的培養(yǎng)目標。

3.2互動式虛擬實驗教學平臺

互動式實驗教學的目標是：①減輕教師繁重的教學指導任務，提高師生互動頻率和次數(shù)，提高實驗教學質(zhì)量；②降低設備使用的冗余時間，加強實驗的靈活性和創(chuàng)新型，實現(xiàn)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標。由此，互動式虛擬實驗教學平臺應運而生。

互動式虛擬實驗教學平臺是以虛擬現(xiàn)實為技術(shù)基礎，結(jié)合計算機硬件實驗課程建立起來的，以加強師生互動、挖掘?qū)W生創(chuàng)新潛能、節(jié)約實驗經(jīng)費為目的。教學平臺依托于校園網(wǎng)絡環(huán)境，可以解決實驗設備資源不足、實驗室開放與日常學習任務沖突等問題，實現(xiàn)最大負荷情況下的多人數(shù)在線虛擬實驗。

互動式虛擬實驗平臺內(nèi)部運行結(jié)構(gòu)如圖l所示。該教學平臺不受場地和教學課時限制，學生可根據(jù)自身基礎，完成任何基于虛擬元器件的邏輯電路，并在FPGA平臺上給予實現(xiàn)。借助于該教學平臺，教師能夠靈活考查學生對于實驗原理的掌握程度、實驗操作的熟練程度以及技術(shù)創(chuàng)新的拓展程度。

3.3互動式實驗教學改革反饋

為了檢驗互動式計算機硬件實驗教學內(nèi)容的改革效果，實驗中心對全校159名學生進行了“互動式計算機硬件實驗教學效果”調(diào)查問卷。

從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，89.5%的學生通過實驗完全理解了相關理論知識；91.2%的學生可以熟練運用有關的科學實驗方法，92.6%的學生能獨立完成或在教師提示下完成應用系統(tǒng)設計，96.2%的學生認為實驗教學對考研或就業(yè)有較大幫助；94.3%的學生通過實驗課程的學習，認為教學內(nèi)容和課程設置合理，能滿足需求。很多學生反映新修訂的計算機硬件實驗教學內(nèi)容注重能力培養(yǎng)，加強了老師與學生的溝通，特別是增強了對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使其終生受益。