计算机硬件软件基础知识篇1
石泽全
（名山石泽全）
随着计算机技术日新月异的飞速发展，中学计算机教育面临着严峻的挑战。一方面，硬件的不断更新使学校的计算机教育设备无法跟上发展的潮流；另一方面，层出不穷的软件使中学计算机教育无所适从。面对这种状况，中学计算机教育必须摆正位置，在教学内容和教学设备的配置两个方面都立足于基础教育，才能适应现代化的需要。
计算机硬件设备发展更新虽然迅猛，但构成计算机的电子设备、机电设备、光学设备、声音设备的基本原理没变，计算机对数据进行处理的数学基本知识没变，布尔代数的基本理论、逻辑电路的基本原理，依旧是当今计算机的理论基础。中学计算机硬件基础知识的教学应该以布尔代数的基本知识和逻辑电路的基本原理为基础，建立计算机的硬件结构模型，这不仅体现了计算机硬件结构的一般规律，也符合学生掌握知识的水平。中学阶段学生通过计算机硬件基本知识的学习，建立起正确的计算机模型，了解基本设备的功能及其简单的操作方法，为学生使用计算机提供操作的基本技能，就为以后进一步学习研究各部件打下了一定的基础。
软件是支持计算机工作的必须条件，如何编制软件的程序设计原理和方法在中学计算机教学中占有十分重要的位置。在中学计算机程序设计原理和方法的教学中，要体现计算机处理问题的一般规律及数据结构最常用的一般方法。目前计算机的语言种类数以百计，但就语言构成的程序结构而言，都包括了顺序、分支和循环等基本结构，数据结构中以数值型数据、字符型数据和数组等数据为基本类型，程序设计的方法以自顶向下，逐步求精为主。这些是程序设计原理和方法中最基本的内容，是中学计算机教学中应该突出体现的基本知识。
中学计算机程序设计原理和方法的教学不应以某种计算机语言为蓝本进行介绍。原理和方法是基础，具体的语言应用是该基础知识的应用环境，如果我们忽略了这种主次关系，不仅脱离了中学基础教育为学生传授基础知识的特点，也使学生今后的发展受到限制。当然中学计算机程序设计原理和方法的教学脱离具体语言进行也是不现实的，因此，选择适当的计算机语言说明有关原理也是必要的。
计算机硬件软件基础知识篇2
在计算机教学过程中，我以为中学计算机教学效果的好坏，直接影响着学生各方面能力的发展，以及学生的各种素质的提高，我根据自己的的教学经验，对我校计算机教学现状进行深入思考，对当前教学中存在的一些问题进行了细致分析。计算机技术飞速发展，我们中学计算机教学面临着严峻的挑战。一方面，硬件的不断更新，使我们学校的计算机教育设备无法跟上发展的需要；另一方面，层出不穷的软件使中学计算机教育无所适从。面对这种状况，我在计算机教学中立足学校实际，从学生发展现状出发，在教学内容和教学设备的配置两个方面进行不断改革与创新。
计算机硬件设备发展更新虽然迅猛，但构成计算机的电子设备、机电设备、光学设备、声音设备的基本原理没变，随着计算机硬件的不断更新，中学要立足于基础教育分档次配置计算机硬件，建立适合中学实际的计算机辅助教学、教学管理及教学实习、练习、演示环境。在配置学生用机时要根据教学内容安排以及学生发展需要，选择能体现计算机结构基本模型，能实现所选择的计算机语言实习、练习，能进行基本软件操作的计算机配置。科学、合理、适用的中学计算机硬件配置，既能满足中学计算机基础教育的需要，又使有限的资金投入发挥其最大的教学效益和社会效益。中学阶段学生通过计算机硬件基本知识的学习，建立起正确的计算机模型，了解基本设备的功能及其简单的操作方法，为学生使用计算机提供操作的基本技能，就为以后进一步学习研究各部件打下了一定的基础。
软件是支持计算机工作的必须条件，软件使用方法的教学应把重点放在软件使用的一般规律上，着重向学生介绍如何构造软件运行的环境、如何从软件中取得帮助信息、如何使用软件的服务功能等，使学生通过中学计算机课的学习学会使用计算机软件的一般方法。如何编制软件的程序设计原理和方法在中学计算机教学中占有十分重要的位置。在中学计算机程序设计原理和方法的教学中，要体现计算机处理问题的一般规律及数据结构最常用的一般方法。这些是程序设计原理和方法中最基本的内容，是中学计算机教学中应该突出体现的基本知识。中学计算机程序设计原理和方法的教学上，原理和方法是基础，具体的语言应用是该基础知识的应用环境，我们不能颠倒这种关系，因为那样不仅脱离了中学基础教育为学生传授基础知识的特点，也使学生今后的发展受到限制。因此，选择适当的计算机语言说明有关原理也是必要的。教学一定要考虑学生实际，才会收到事半功倍的效果。
计算机硬件软件基础知识篇3
关键词：eDa技术；计算机专业；硬件体系；实验教学
中图分类号：G642文献标识码：a
1计算机硬件类实验教学面临的问题
计算机技术不断进步与发展，若计算机硬件类实验教学仍采用传统的实验教学模式和传统的实验平台，开设自主性、综合性、创新性实验就面临一些问题和困难。
1.1硬件设备投入高，硬件项目开发周期长
硬件实验平台的建设需要大量的资金投入，而且硬件类实验消耗很大，需要持续的资金投入做保障。此外，硬件课程建设周期也较长，硬件实验项目开发也非一蹴而就，实验教师需要完备的理论知识和扎实的电子学知识，而且需要反复的实验和长期的实践，才能自如的设计实现，这一过程比掌握一门计算机语言或一种计算机软件开发工具要难得多和慢得多。实验设备的更新速度及实验项目长周期开发难以满足新技术、新方法的更新步伐。
1.2教学实验台的设计针对性强，硬件线路相对固定，实验内容受硬件设计的制约
很多教学实验台的设计针对性强，是针对某门课程而开发设计的，硬件线路部分相对固定，其扩展性很有局限，更新实验内容受硬件设计的制约。硬件实验设备的高投入和实验器件的大消耗，在没有足够资金投入的情况下，在现有硬件设备上进行实验内容的更新，开设自主性、综合性、创新性实验难以实现。
1.3硬件实验教学彼此脱节，缺乏系统化的实验体系
计算机专业硬件类课程必修课程一般包括数字逻辑、计算机组成原理、计算机接口与通信技术、计算机体系结构、嵌入式系统设计，选修课程一般包括单片机原理及应用、数据采集、计算机控制技术等。这些课程之间彼此存在内在的联系，学生通过这些课程的学习，应当能逐步建立起整个计算机系统设计的概念，掌握计算机系统的设计技术，掌握计算机的控制应用。但在具体课程和实验安排中，却往往忽略并割裂了这种内在联系，实验内容没有从模块化、系统化的角度整体考虑计算机系统设计和控制应用的要求。因此，分析这些课程之间的内在联系，设计阶段性、模块化、系统化的实验教学内容，建立计算机硬件实验教学体系，对于培养学生的计算机系统设计能力和应用设计能力十分重要和必要。
2构建基于eDa技术的计算机硬件实验教学体系
eDa技术的迅猛发展，以及可编程逻辑器件pLD的出现及不断推旧出新，为解决上述矛盾提供了一个良好的契机。eDa技术不仅是一种先进的硬件设计技术，而且将在计算机专业的硬件体系实验教学中发挥其重要作用。采用eDa技术可以实现硬件设计软件化，其实以软件实验替代硬件实验的方法也将是计算机硬件设计技术的发展方向，在美国一些著名大学的计算机硬件实验室，包括计算机组成原理实验早已不用那种传统接插式箱式实验台，采用eDa技术进行硬件实验，通过可编程逻辑器件进行修改和重构，实现系统编程和硬件逻辑设计的软件化，设计方法较灵活。由于所有的实验都在计算机上利用软件来完成,不需连接导线，修改测试极为方便，可大大提高实验效率。与通常的实验手段相比，“软件化”实验无器件损耗，可节省实验经费，并减轻实验管理人员的维护工作量。采用eDa技术将为学生进行自主实验、综合实验和创新实验提供广阔的发展空间的同时，全面提高学生工程实践能力和学习硬件设计的兴趣。因此，构建eDa技术贯穿于计算机硬件实验教学体系十分必要。
2.1研究计算机专业硬件类课程之间的关系，设计递进层次的实验结构
要合理设置计算机实验课的结构，在强调计算机实验课之间的逻辑顺序的同时，注意知识内容的相互衔接，上下呼应，以保证学生知识的增长、学生能力的发展和社会需求三者之间的统一。建立基于eDa技术的基础设计、综合设计、应用研究设计三个递进层次的实验结构。
基础设计：主要掌握基本技能、基本方法的运用，加深对理论知识理解。例如，数字逻辑实验课程中组合逻辑和时序逻辑电路的设计，计算机组成原理实验课程中功能部件的设计，计算机接口实验课程中i/o接口部件的设计，学生用eDa软件原理图和硬件描述语言的方法在设计或描述这些功能时，必须清楚部件的结构与性能，充分理解理论知识。以基础设计实验替代验证性实验不仅让学生掌握基本技能和方法，更能透彻理解理论知识。
综合设计：综合所学的知识，应用现代化的设计思想，设计计算机的硬件系统。如将计算机组成原理、计算机接口技术与计算机体系结构实验课程结合，学生用硬件描述语言完成中断控制器、总线控制器的设计，及RiSC、CiSC的CpU优化设计。综合设计实验可以在单科单个实验的基础上，进一步将计算机硬件课程的实验内容打通，建立统一的平台，完成多科目的综合应用。实现更加复杂的计算机硬件系统的设计，达到对整个计算机硬件知识的融会贯通。
应用研究设计：进行软、硬件综合设计，能够根据需要设计出一定规模的计算机硬件应用系统实例，此时的计算机硬件实验就不仅仅是单个或综合的实验教学了，而是一个总的计算机硬件应用系统的设计项目或软、硬件综合设计。学生以接近于实际应用环境，完成高质量综合设计为训练手段，使学生建立系统的概念与工程的概念。如基于SopC的嵌入式设计项目，以掌握计算机硬件结构与应用系统设计作为主要训练目的，使学生对计算机的整个硬件系统、软件环境有较全面、较系统的掌握，才能完成设计任务。
2.2以eDa技术为纽带构建阶段性、层次化的实验教学体系
仔细研究计算机专业硬件类课程之间的关系，构建阶段性、层次化、系统化的实验体系。eDa技术好比纽带，将那些分散的计算机专业硬件类课程有机地连接起来。具体可构建如下几个层次的实验:
(1)数字逻辑层次实验
完成常用组合逻辑和时序逻辑电路的设计，以及具有一定实用功能的逻辑系统的实验。通过这些实验使学生熟悉eDa设计的的全过程。
(2)计算机组成原理层次实验
主要完成运算器、存储器、CpU等大规模器件的设计，通过计算机的功能部件或整个计算机系统的设计实现过程，锻炼学生的工程实践能力。
(3)计算机接口与通信技术层次实验
完成计算机i/o接口部件的设计，侧重于硬件逻辑实现，如定时/计数器、中断控制器、Dma控制器、并行接口、串行接口和VGa显示器的控制电路等。
(4)计算机体系结构层次实验
完成诸如RiSC、CiSC和总线控制器等的设计，实现计算机的各种组成部件或整机系统，追求结构的优化和性能的提高，培养学生进行性能分析和测试的能力。
(5)嵌入式计算机系统层次
主要完成嵌入式系统的硬件、软件的设计和软硬件综合设计、多机容错系统设计、多机并行算法设计等，使学生能熟练进行嵌入式系统应用程序开发和运用嵌入式操作系统进行任务调度和管理，最终设计出一个完整的嵌入式系统。
3实现基于eDa技术的计算机硬件实验体系的措施
3.1增设eDa技术课程是当务之急
eDa技术课程以应用为主，主要介绍当前可编程逻辑器件pLD设计的主导思想和设计方法，以及pLD的体系结构、硬件描述语言HDL、eDa开发工具和数字系统的设计方法。实验教学是eDa课程的一个重要实践环节，通过一系列由浅入深的、不同层次(如基础设计型、综合设计型、应用研究型)的实验，学生可在较短时间内掌握eDa技术的原理和方法，熟悉eDa设计的全过程。
eDa是以pLD及其开发板为硬件平台，以硬件描述语言HDL和eDa技术为开发工具，以软件设计的方法实现硬件的功能。eDa课程的意义不仅仅在于教会学生掌握某种HDL语言和某种eDa工具的使用，更重要的是引导学生掌握现代数字系统设计的方法与思想，能够用形式化的方法来描述硬件电路，并能综合运用先进的eDa技术对设计进行仿真、综合和测试、验证，从而培养和提高学生的硬件设计能力。国外加州大学伯克利分校、斯坦福大学、威斯康辛大学等高校早已经在计算机专业应用eDa技术进行数字系统的设计和CpU的设计。国内著名高校近年也在计算机专业开设了eDa技术课程，开始应用eDa技术进行计算机系统的设计。在计算机领域应用eDa技术是计算机硬件设计技术的发展方向，对于还没有开设eDa技术课程或在计算机硬件系统设计还不能自如应用eDa技术的计算机专业，应该尽早增设eDa技术课程。
3.2精选实验内容，优化实验设置
精选一些基本的实验作为计算机实验的必修内容。在内容选取上，可以打破传统的模式，如以基础设计替代验证性实验，实验内容以训练的性质、层次进行分类。在实验类型的设计上，强调实验项目的设计，拟定方案、调试方法等由学生独立完成，使学生在基础知识、基本方法和基本技能上得到系统的训练，提高学生的主动性。
实验教学项目的设计，应开展多种类型、多种层次、多种目的实验，如基础设计型、综合设计型、创新设计型或应用研究型。合理设置计算机实验课的结构，注意知识内容的相互衔接，前后呼应。如在计算机组成原理层次实验，学生需掌握eDa技术的原理和方法，熟悉eDa设计的全过程；在嵌入式计算机系统层次实验，学生需掌握嵌入式处理器组织结构，如niosiiCpU软核或microBlazeCpU软核。
3.3抓好计算机硬件师资队伍建设
要培养高质量的学生，就必须有高水平的教师。教师是实践教学改革的关键，其知识结构、业务素质、实践能力、敬业精神将影响学生久远。从事计算机硬件教学的教师需要具备丰富的计算机系统知识、扎实的理论功底、一定的工程实践经验。值得思考的是，在当今实践教学内容更新迅速，实践教学指导难度加大，社会用人单位急需实践能力强的应用型人才的情况下，高等工科院校的实践教学教师仍然被定义为“教辅人员”，在岗位津贴、晋升职称、项目申报等方面仍然处于弱势地位。这种现象与重视实践教学和提高人才培养质量并不合谐一致。需要尽快转变传统的观念，抓好计算机硬件师资队伍建设，一方面积极引进计算机硬件人才；另一方面定期进行新技术培训、实践教学方法培训；此外，加强与企业单位横向合作，鼓励老师走向社会，多参加科研项目的研究，不断更新知识，提高业务水平，为实践教学改革与应用型人才培养打下坚实的基础。
3.4建立开放式eDa实验室
可编程片上系统SopC(SystemonaprogrammableChip)使得在一个芯片上实现一个完整的计算机系统成为可能。SopC集成了硬核或软核CpU、DSp、存储器、i/o及可编程逻辑，采用基于SopC的实验平台，使学生调试、验证自己的设计项目成为可能，为学生的自主实验提供广阔的发展空间。比如软硬件协同设计实验，面向DSp等实际应用的实验，基于SopC嵌入式系统设计实验等，使学生能够应用eDa技术完成大型硬件的原型设计，或进行创新性课题的研究。
由于pLD自身的特点，学生最初完全可以在计算机上借助于eDa工具完成设计输入、编译、仿真和综合，这样学生在普通的计算机上即可完成pLD设计的大部分工作，最后再到eDa实验室进行编程下载和验证。借助eDa技术学生能完成涉及多门硬件类课程的实验，在不同的学习阶段，学生学习了相应的硬件课程后，就可以采用eDa技术，自行设计与本课程相关的实验设计或复杂应用系统设计。
采用这种模式开设硬件系列实验，建立一个一定规模的eDa实验室，配备一定数量的SopC实验台和配套的计算机。这并不需要很大的实验室，也无须与学生规模相配套的实验设备，在计算机上安装各种成熟高效的eDa工具，实验室作为开放式实验室，可以是实验时间开放和实验内容开放，为计算机专业学生提供一个良好的硬件环境和软件环境。eDa技术的应用贯穿于计算机硬件体系实验教学，学生的自主设计能力和创新意识将得到极大提高，这无疑对培养具有创新意识的人才有着重要的作用。
4结束语
计算机科学是一门实践性很强且发展迅猛的学科，实践环节是计算机学科建设与发展的重要组成部分。构建合理
的计算机硬件实验体系，对培养学生良好的计算机硬件基础，提高学生设计、应用计算机的能力至关重要。构建系统的eDa技术的实验教学体系，实行开放式实验教学，有利于增加新技术、新方法的实践应用；有利于随时更新实验内容，开设自主性、综合性、创新性实验。建立eDa技术的实验教学体系必将极大地推进计算机专业硬件实验教学内容和教学形式的改革，为创新人才的脱颖而出创造条件。
参考文献：
[1]万晓冬,王友仁等.计算机硬件系列课程体系改革探讨[J].电气电子教学学报,2007,(2):4-6.
[2]郑秋梅.计算机专业硬件系列课程的改革与实践[J].石油教育,2002,(2):69-71.
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[4]徐煜明.计算机专业硬件教学的研究与改革[J].常州工学院学报,2007,(3):83-86.
计算机硬件软件基础知识篇4
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intel8086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intel8086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.
计算机硬件软件基础知识篇5
关键词：嵌入式系统；课程内容设置；教学方法；系统能力
引言
随着物联网的快速发展，作为主要核心技术的嵌入式系统再一次成为关注的焦点，行业对嵌入式技术人才的需求日益增加。嵌入式系统和相关技术受到广大工程技术人员和教育者的关注，正成为新兴的热门技术。在计算机专业教学中，已成为各高校计算机专业的主要专业课程。嵌入式系统课程内容涉及知识面广，不仅涉及软件开发技术，还与操作系统、各种硬件接口、通信等技术紧密关联，是软硬相结合的系统开发设计技术。因此，各高校计算机专业对嵌入式系统教学的相关理论教学内容的选择、实验教学与实践环节的设置，还在不断探讨阶段［1－3］。正是由于嵌入式系统的知识覆盖面和应用广这样一个特点，在课程教学中应当更加注重系统能力的培养［4］。本文主要探讨面向系统能力培养的计算机科学与技术专业的嵌入式系统课程建设思路，从课程与其它课程的衔接、课程内容、教学方法等方面进行探讨。
1嵌入式系统课程设置现状
嵌入式系统需要学生更多地掌握计算系统内部各软件／硬件部分的关联关系与逻辑层次，了解计算系统呈现的外部特性以及与人和物理世界的交互模式，也就是需要学生具备系统能力。目前，嵌入式系统课程设置不足以培养学生的系统能力，主要表现在如下几个方面：（1）没有形成围绕嵌入式系统教学的课程体系。目前计算机专业的课程体系中注重的是学生更宽泛知识的教育，满足了宽口径、厚基础的基本要求，但缺乏能够贯穿整个计算机系统应用的思想。嵌入式课程内容太散太多，没有系统性，并没有围绕嵌入式系统框架组织内容。（2）嵌入式系统与其它课程之间的衔接和关联考虑不够。目前课程设置大多按照计算机系统的不同层次内容独立开设课程，相应的教材内容和课堂教学内容中很少体现本层次的内容与其它层次内容之间的关联，学生难以把所学知识贯穿到嵌入式系统的学习中。（3）嵌入式系统课程缺乏特色，如对于不同应用系统和相关平台所需的设计和应用人才的培养应设置哪些内容（包括课程实验）等。由于教学中对系统能力培养重视不够，所以嵌入式系统的教学效果存在以下问题：①大部分学生缺乏系统观，不能很好地解决系统层面问题；②大部分学生难以胜任复杂的涉及软／硬件协同设计的任务；③由于没有很好地建立课程之间内容的关联，教学缺乏系统性的综合实践环节，学生对于很多核心知识的掌握呈碎片状态，对于已经学过的知识无法融合到嵌入式系统课程的学习中，其综合分析、设计和应用能力较差；④各高校嵌入式系统设置内容多，缺乏特色，在有限的教学时数内学生无从下手，很难深入理解和掌握嵌入式系统技术。
2嵌入式系统课程建设思路
2．1嵌入式系统在课程体系中的地位
根据ieee的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与一般桌面计算机系统不同，嵌入式系统通常只针对一项特殊的任务，是以应用为中心的专用计算机系统。因此，嵌入式系统必须使软、硬件可裁剪，来满足高可靠性、低功耗、低成本，适应工作场所的小体积的应用要求。由嵌入式计算机系统的组成可以看出，嵌入式系统几乎涉及了计算机软硬件的各个知识点，与多门课程紧密相关，具体关联如图1所示：（1）硬件层。硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRam、Rom、Flash等）、通用设备接口和i／o接口（a／D、D／a、i／o等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在Rom中。涉及先修课程：电子电工技术、数字逻辑（数字电路）、计算机组成原理。（2）中间层。硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（HardwareabstractLayer，HaL）或板级支持包（BoardSupportpackage，BSp），它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSp层提供的接口即可进行开发。涉及先修课程：计算机组成、体系结构、汇编、接口技术、C语言程序设计。（3）系统软件层。系统软件层由实时多任务操作系统（Real－timeoperationSystem，RtoS）、文件系统、图形用户接口（GraphicUserinterface，GUi）、网络系统及通用组件模块组成。RtoS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。涉及先修课程：汇编、C语言程序设计、操作系统、计算机网络。（4）应用软件层。应用软件层则由基本的数据表示、存储管理、数据分析以及与各个应用领域相关的知识，比如：医疗设备、智能家电；汽车电子；航空航天；智慧城市；环境监测；工业控制等。涉及的先修课程有计算机导论、汇编、C语言程序设计、数据结构、数据库、数据分析（挖掘）。（5）开发方法。开发方法包括嵌入式系统开发的过程、采用的方法以及遵循的标准。涉及的主要先修课程有软件工程、UmL设计。综上所述，嵌入式系统课程涉及的大多数内容在先修课程中得到了诠释，但知识获取是分散的，学生得到的是知识碎片，没有形成连贯的知识体系，无法站在完整系统的角度学习嵌入式系统的开发设计，因此有必要在课程内容设置中重点串联相关的知识，使学生对所学习的知识能够形成体系，灵活地应用。
2．2课程设置的原则
嵌入式系统几乎涵盖了从底层的硬件线路、接口到软件工程等计算机专业所有的知识点，教学内容分布在不同阶段开设的不同课程中。因此嵌入式系统课程内容设置需要从以下几个方面考虑：（1）要做好把所有相关知识串起来的导引，使学生能对已学的知识进行过滤和总结。（2）嵌入式系统是通过软硬件的结合，把计算机（芯片、板、或整机）嵌入到具体的产品中，对产品进行控制，提升产品性能，降低产品成本的应用系统。因此在课程内容中必须体现软硬件协同的设计思想，同时要强调嵌入式软件开发的特点。（3）嵌入式系统课程实际上是一门综合多知识点的应用开发课程，因此课程内容应更注重实验、实践环节的设计，以此加强学生系统能力的培养。遵循上述的课程建设原则，嵌入式课程教学内容总课时可根据学校具体情况设为48、64或更多课时，但理论知识与实践内容的课时比可设置为1∶3，因为在先修课程中已经介绍了理论知识的很多内容，本课程则更多偏重于学生系统能力即嵌入式系统实际开发应用能力的培养。因此实验、实践内容的设置是本课程的重点。
3课程内容组织
根据上述课程建设思路，分别从理论知识和实践两个方面探讨课程内容的设置。
3．1课程理论教学内容的设置
考虑课程内容的设置原则，根据多年教学经验和对学生学习效果的总结，嵌入式课程的理论教学内容可以从如下几个方面组织：（1）导论：在此部分重点需要讲解的内容是①嵌入式系统的基本概念、应用领域；②涉及的知识点及相关先修课程。此部分首先让学生明确嵌入式系统开发与一般计算机系统开发的异同点，在此基础上引导学生对已学过的知识点进行归纳总结，形成知识体系。同时培养学生从系统角度认识计算机应用的观念。此部分可设计一个嵌入式系统开发与相关知识点所在课程的知识关系图谱，便于学生对过往知识的查阅和归纳。（2）嵌入式系统开发：①系统开发的特点；②软硬件协同开发方法及步骤；③开发工具及环境。此部分主要使学生了解嵌入式系统开发首先遵循一般计算机系统开发的过程和标准，其次，重点掌握嵌入式系统的设计更注重软硬件系统的协同设计，在开发方法上与传统计算机系统有一定差异，掌握一种实用的嵌入式系统开发方法。（3）在大多数院校的计科专业中，学生对硬件的设计开发很难实现，因此在关于硬件知识的介绍方面，应更注重为学生提供硬件选择的一些方法或准则，便于硬件的选择。因此理论知识中硬件的知识包括：①嵌入式微处理器、存储器以及接口的特点；②常用的嵌入式微处理器、存储器和接口以及优缺点和适用场合；③在实验实践环节中要使用的微处理器详解，熟悉实验、实战开发中使用的微处理器的结构和功能。（4）嵌入式操作系统：①嵌入式操作系统的特点；②常用的嵌入式操作系统，适用场合；选择操作系统的原则和方法；③实验实践环节中要使用的操作系统详解。（5）嵌入式软件的开发：主要介绍嵌入式软件的特殊性能要求以及常用的开发工具及环境。
3．2课程实践教学内容的设置
嵌入式应用非常广泛，涉及的实验包罗万象，目前各个厂家提供的嵌入式实验平台上也提供了各种类别的实验，但课程课时内实验设计不可能把所有内容全部都做，实验实践的教学环节目的不是让学生把所有可以用嵌入式系统的控制的应用全部都实验一次，而是让学生掌握嵌入式软件开发的过程，从系统的角度组织软硬件协同完成对外部装置的控制。因此实验内容的组织划分为3个层次：基础实验、功能实验、小型嵌入式系统的设计实现。如表1所示。3．2．1基础实验基础实验设计为12学时，主要涵盖嵌入式系统开发环境学习和基本接口练习。开发环境使用包括开发环境的搭建、软件程序的调试、模拟、仿真及下载，是后续实验的保障。基本接口实验让学生对嵌入式应用中基本的或常用的接口使用熟练掌握；中断是嵌入式系统应用中处理被控制对象与微处理器信息交流的主要方法，也是嵌入式开发必备的知识，使学生熟练掌握中断的处理，为更复杂的嵌入式应用奠定基础。基础实验包括的内容和知识点较多，实验设了12个学时完成，使学生既能对所学知识有时间回顾总结，又能够熟练掌握嵌入式开发必备的知识和技能。3．2．2功能性实验嵌入式应用太广泛，涉及的领域和具体的接口都有很大差异，在课程有限的课时内不可能让学生接触到所有可能的功能接口实验。功能性实验主要考虑学生的兴趣不同，按照接口的功能设置了功能模块，见表2。根据一般嵌入式应用，功能实验分为四大类，其中通讯实验分为有线和无线通讯，在实验项目选择中可以根据学生自己的兴趣进行选择。在整个功能实验中，设置了14个学时，学生至少选择两种功能实验内容，结合后续小型系统的开发设计，推荐学生三种组合选一。3．2．3小型系统的设计实现“小型系统的设计实现”实践内容采用命题选做和学生自己命题两种形式。学生根据之前的实验情况和兴趣选择一个小型应用。要求按照嵌入式系统开发的完整步骤首先选择开发方法，进行功能和非功能性需求分析，在此基础上给出软硬件的设计选型，利用开发工具实现系统，结果测试、演示，最后写出完整的设计文档。3．3教学方法的思考在嵌入式教学过程中，要教会学生怎样从系统层面思考，首先讲透原理（基本原则、架构、特点等），然后强化系统性的实践教学过程和内容。在此基础上发挥学生的自主创新能力，使学生的系统能力得以培养。要达到这样的目的，除了从课程内容的设置上进行设计和不断改革，还需要配合合理的教学方法，引导学生建立系统观，学会从系统的角度分析问题、解决问题。因此在教学中应灵活使用多种教学方法，如问题式、讨论式、案例式、以及课内外结合式和项目驱动的教学方式。（1）问题式教学。现代教育思想强调以培养学生发现、分析、解决问题的能力为主要目的。使用“问题式”教学法对于提高学生的素质，强化学生学习的兴趣，调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力有积极作用。在教学过程中，围绕问题而展开教学活动，激发学生自觉思考、主动探索，引导学生不断发现问题、提出问题、分析问题并最终解决问题，培养了学生的创造性思维。按照“问题式”教学法，教师可以在教学过程中精心组织多种方式、多种目的、多种层次的问题，而不是将课堂教学视为一个封闭的体系。例如：教师可以自问自答，作为问题或一段内容的引入，避免交待式的讲解；还可以提出问题要求学生做出判断并回答，以抓住学生的注意力。（2）讨论式教学。在课程教学中充分发挥了学生的主体地位，让学生“动”起来。调动学生的积极性，同时检验教学效果。在教学中，课程教学以讲授为主，增加讨论环节，老师和学生共同商讨具有前沿性和重要意义的论题，课堂上拿出部分时间，师生双方共同交流。讲授是向学生传授知识，训练使学生巩固知识，但是只有讨论才能让学生真正参与，变被动为主动，调动学习的积极性和主观能动性。在讨论交流过程中学生通过操作、分析、思考，获取探求新知的技能，不但巩固了已有的知识，而且还锻炼了思维能力、创造能力。这样教育由传递性教学向研讨性和发现性转变。实践证明，只要组织恰当，课堂讨论能取得意想不到的效果。（3）推演性教学。在介绍理论知识的同时，通过介绍相关知识的来龙去脉，将知识的发现过程和大师的思维过程展现出来，激发学生求知欲望；并利用现代多媒体技术模拟知识的发现过程，使学生能够感受到知识的创新过程。
4结语
嵌入式系统是涵盖学科知识，应用范围最广的综合性应用课程，该课程的学习对于提升学生的系统能力，具有关键作用。本文以培养学生系统能力为目标，提出了该课程的内容设置要体现已学相关知识的连贯性，实践环节教学内容要体现系统化方法，确立了“循序渐进、融会贯通、精讲多练”的教学原则。同时提出要配合多种教学方法，才能把课程内容真正传达给学生，使学生真正能从系统的角度认识问题、解决问题。
参考文献：
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［3］张锋辉，符茂胜，宗瑜，渐进式项目驱动法在嵌入式系统课程改革中的应用———借鉴德国经验［J］．计算机教育，2013，21（11）：48－50．
计算机硬件软件基础知识篇6
关键词：层次化计算机硬件实验课程体系；开放实验平台；项目驱动实践教学；過程式考评机制
文章编号：1672-5913（2013）03-0050-04
中图分类号：G642
计算机硬件系列实验课程主要从逻辑和应用两个方面对计算机硬件的基本原理、应用方法进行教学，其目的是在学生学习硬件抽象理论的同时，通過教师演示或学生亲自动手实验，直观地验证计算机硬件的基本原理和工作机制，培养学生在应用技能方面的实践创新能力。因此，计算机硬件系列实验课程在高校计算机教学中占据非常重要的位置。
1问题分析
当前，计算机硬件实验课程教学主要存在以下几个方面的问题：
1）思想上“重软轻硬”。不少学生认为硬件实验课程只是验证计算机硬件的工作原理，对学习软件知识，进行软件开发没有帮助；或者认为硬件实验完成的多少无碍大局，因此在硬件实验课程上缺乏主动性。
2）实验教学内容陈旧。当今计算机硬件技术飞速发展，而硬件理论和实验教材均稍显落后，实验设备老化，实验内容陈旧，很多新理论新技术没有融入到实验课程中。
3）实验课程体系缺乏系统性和科学性的规划。由于计算机硬件实验课程包含了众多的基础知识、基本思想、基本方法，课程之间不仅存在前后衔接的层次关系，而且存在着相互渗透的交叉关系，计算机硬件实验课程之间和课程知识点之间内容衔接比较紧密。但各门课程的任课教师按照教学大纲独立授课，過分强调某一门课的完整性和独立性，忽略了课程之间的内容衔接和整体优化，内容重复的现象时有发生。加之有些课程的先修课并未放到培养计划中，造成前导知识断层，致使学生的硬件知识体系不系统、结构不健全、实验技能不全面，无形中给学生学习计算机硬件课程和软件课程制造了障碍，影响了学生的学习积极性。
4）对创新性实验认识不足。计算机硬件实验不能仅仅停留在通過基础类实验验证计算机硬件的工作原理这一最低要求上，还要通過综合类实验让学生完成一些综合性系统设计，更需要拓展视野，完成一些开创性的设计，培养科学探索精神和素养。
5）实验室的开放程度不高。目前国内多数高校的计算机硬件实验室为限制性集中管理，学生进行集体实验，不能满足学生个人实验需求，实验设备共享和利用程度不高。传统的实验教学存在时间和空间的限制等问题，这些都严重影响了硬件实验课程教学效果的提高和专业人才培养的质量，限制了学生完成硬件实验的能力，降低了实验兴趣。
6）缺乏科学的实验、实训成绩评价方法。计算机硬件实验、实训成绩過度依靠教师现场观察进行打分，导致实验指导教师工作量繁重，实验抄袭现象时有发生，缺乏统一评价标准，降低了考核成绩的公正和客观性。
针对以上问题，计算机教育专家们提出了许多计算机硬件实验课程改革创新性的建议，但多倾向于从某一侧面解决问题。计算机硬件实验教学改革需要统筹规划，兼顾课程体系、实验平台、实践模式和评价方法各个方面。
计算机硬件实验课程的重要性不言而喻，它对于培养学生实际动手能力、工程实践能力及开发创新能力具有特别重要的意义。随着电子技术和社会经济的发展，计算机科学与技术和电子科学技术相互渗透和融合，硬件软件化和软件硬件化日益普遍，尤其是aRm、SoC、SopC等技术的出现，计算机软、硬件的融合日益显著和成熟，加强计算机硬件实验课程的建设、硬件课程体系新的实验平台的建设显得越来越重要和必要。为了培养创新型人才，有必要对计算机硬件实验课程体系进行更系统、更深层次的教学改革。
2融合各门计算机硬件实验课程
传统的计算机硬件实验课程的主要任务是验证计算机的工作原理，以配合对应的计算机硬件理论课程，忽略了各实验课程间的融合性，而且课程内的各个实验之间的融合也不够紧密，而技术的发展需要软硬结合、软件硬化或交融。硬件实验课程教学任务不但要学生了解计算机结构、工作原理，而且要掌握计算机维护技术，能用硬件描述语言进行部件及应用系统的设计；结合软件知识，能够设计计算机应用系统。尤其是嵌入式系统的应用日益普及，应用范围迅速扩大，要培养学生综合设计能力。
因此，计算机硬件实验课程群应以“培养应用型、创新型人才，注重计算机实践能力培养”为核心进行建设。按照计算机科学与技术专业培养方案的要求，将课程群中各门课程的授课、讨论、实践、考核、教材等教学环节作为一个整体进行统筹优化，融合各课程的学习内容，形成一个完整的体系。这样就能使学生较容易地理解和掌握课程的重点内容，理解课程间的连续性，使所学的知识形成一个完整的体系。
按照培养方案，对课程群内各课程的安排顺序、授课内容、授课重点、授课计划等按照计算机科学与技术专业培养方案的要求和社会对人才的需求进行调整和整合，形成包含基础层、系统层和应用层的层次化课程体系（如图1所示，其中标*的课程为核心课程）。修订教学大纲，协调各门课程的内容，避免同一内容在多门课程重复讲授；适当引入新概念、新技术；注重课程之间的内容侧重和无缝衔接。
在基础层，讲授模拟电路和数字电路分析与设计，让学生掌握电路的基本知识和现代设计方法，能够设计一般的数字逻辑部件及简单的数字系统。在系统层，让学生掌握现代计算机组成结构、工作原理、实现方式和设计方法，能够再现和设计简单指令系统、CpU和完整的计算机硬件系统。在应用层，让学生掌握计算机应用系统（包括硬件电路、应用软件）设计方法，能够设计实际的嵌入式应用系统。
3建设共享和开放的计算机硬件实验平台
当前，计算机硬件实验主要通過集体实验来完成。由教师布置，学生准备，在固定时间集中到实验室完成，最后提交实验报告。这种途径不能充分满足学生的个性化实验需求。
此外，一些实验室采用分散预约和集体实验相结合的实验方式，学生可以在任何地点、任何时间通過网络进入实验网站进行预约，提前准备实验内容，写好实验报告的“静态”（实验项目、原理、内容、设备等）部分后，再到实验室开始做实验；在实验過程中完成实验报告的“动态”（实验调试過程、出现的问题、解决方法、实验结果、分析等）部分。这种方式较为灵活，一定程度上提高了实验室的利用率和实验效率，但在实验资源有限的情况下依然不能解决供需矛盾。
近年来，利用多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术进行虚拟教学和虚拟实验已经成为业内研究的一个热点。虚拟教学可模拟进行演示、探索、游戏。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统（自然、物理、社会）的结构和动态，为学生提供一种可供体验和观测的环境。虚拟实验室概念是由美国弗吉尼亚大学教授williamwolf于1989年首先提出的，它描述了计算机网络化的虚拟实验环境，致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里，实验员可以非常有效地利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。利用虚拟现实技术构建基于网络的虚拟实验，将有效缓解很多院校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量。
4改革创新计算机硬件实验和实训
计算机硬件实验教材中对一些重要原理的有关实验大多是验证性的，即先通過教师演示，然后学生再现计算机硬件各个器件的工作。目前的计算机硬件实验仪器生产厂商多提供这种封闭性实验仪器，虽然利于教学，但是仅支持基础类实验，实验内容固定，实验目的单一，扩展性不足，不利于学生创新能力的培养。
针对以上验证性基础类实验的问题，综合类实验也纳入到了计算机硬件实验模式中。这类实验需要综合多个知识点，对所学内容的综合运用，一般作为考试型或课程设计实验项目安排，目的在于充分发挥学生的潜在能力，拓展思维空间，考查学生运用综合知识，进行规划、设计、组织以及调试运行的能力；也可以作为学生课外开放实验的选题项目，一定程度上满足学生开展课程设计和课外创新实践活动的需要。
对任何一所大学来说，本科教育始终是学校办学的主体和基础。在有条件的大学开展本科生科研，培养本科生的科研意识，鼓励本科生及早进入研究领域，是培养具有实践能力和创新能力的本科人才的一个十分重要的途径。因此，创新成为实践环节的更高要求，其实现途径成为实验模式研究的新课题。
5建立完善科学的计算机硬件实验成绩评价机制
在高校计算机课程教学過程中，实验成绩是学生实践能力的综合反映，也是一个综合评价问题。在教学实验中如何科学地、合理地判定学生的实验成绩，有效地提高学生的学习主动性和积极性，发现和挖掘学生在教学实验中的潜能是从事实践教学的高校教师所探讨的课题。
计算机硬件实验成绩的评价不同于软件，需要结合具体的实验设备进行考核，其考核形式包括单项实验验收式、实验报告验收式、综合实验考试式等，考核教师的工作量巨大。考核過程中，成绩的评定人为因素较严重，過分依赖于考核教师。另外，实验考核中也存在抄袭现象，仅仅通過实验报告形式考核欠科学公正。因此，计算机硬件实验成绩的考核需要规范化、量化。
为了减轻考核教师的工作负担，可以用“优秀”“良好”“中等”“及格”“不及格”来分等级衡量。等级制成为首选的评定方法。但该评价标准较为模糊，而评价学生实验成绩的因素是多元的，并没有完全客观的标准，通常难以定量衡量。如果直接进行定量分析，如仅给出一个成绩，很难科学合理地反映学生的综合能力及水平，也就难以对其学习进行正确的评价。
指标制则对等级制进一步细化，将考核指标化，如表1所示。
可以进一步限定指标的分值比重和等级的分数范围，实现考评的量化。通過在线评测系统登记考评结果，实现对实验成绩的规范管理，可提高实践教学的指导效率，更准确及时地调整实验内容和难度，更有效地杜绝或减少互相抄袭，更客观公正地考核成绩，从而调动学生学习积极性，提高学生的动手能力。
计算机硬件软件基础知识篇7
关键词：仿真实验室；proteus；硬件实验
中图分类号：tp391.9文献标识码：a文章编号：1007-9599（2013）09-0000-02
1引言
随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。
2虚拟仿真实验室结构
2.1proteus仿真实验室概念
所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质[4]。
2.2proteus仿真实验室系统架构
图1proteus虚拟仿真系统架构
如图1所示基于proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、pCB设计。
2.3计算机网络平台
由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。
图2计算机网络平台拓扑结构
2.4proteus软件平台
proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、mCU混合仿真和pCB系统设计，除此之外，proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于proteus可以提供x86、单片机、aRm等系统的仿真实验。
2.5proteus试验系统
proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。
3虚拟仿真实验室实验内容
通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。
基础性实验包括mCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。
综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、pCB设计与制作等。
创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。
4虚拟仿真实验室实验方法
传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。
5虚拟仿真实验室教学目标
通过本课题的基于proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：
5.1实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、pCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。
5.2教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。
5.3有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。
6结束语
构建基于proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。
参考文献：
[1]刘萌，郑煊.基于proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.
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计算机硬件软件基础知识篇8
在实现目标的各个环节中暗含着所要学习的知识。学生为了实现任务目标，必须通过课题的探究或是团队的合作，寻求解决目标任务的途径，在解决目标任务的过程中学生自主的提出问题，解决问题，最终实现任务目标。而在这一过程中，所蕴含的学生所需要学习和掌握的学习知识，逐渐显露为学生所掌握。学生在这一过程中不但学习了知识，而且通过运用知识点解决了实际问题，加深了学生对于所学知识点的理解，增强了学生对数学知识点的实际运用能力。任务驱动教学法，学生通过完成确定的任务目标，实现了整个学习过程。在学习过程中激发了学生的学习兴趣，和探究问题的能力以及实际解决问题的能力。带着任务去学习，更好地激发了学生的学习积极性。
二、任务驱动教学法在教学过程中的应用
（一）在实际的教学中采用多媒体教学
教师通过对于课程课件的制作和运用，更好地激发学生的学习兴趣。现代计算机技术下，多媒体课件已经实现了声音图片，网络远程传输，网络链接等技术的应用。教师通过设计，生动、形象的多媒体课件进行课堂教学，不但能够激发学生的学习兴趣，而且对于计算机基础课程的学习的实践展示，让学生更直观的了解计算机，以及计算机技术的应用和计算机技术带来的便利。现在的学生对于计算机并不陌生，较之以往学生更加频繁的使用和利用计算机，他们喜欢应用计算机在实际生活中解决一些问题。但是他们对于计算机理论的基础知识相对薄弱，计算机理论基础知识的枯燥性使学生并不喜欢。那么在教学中幺幺学生认识到计算机理论知识课程的重要性，同时还要通过多种教学方法调动学生的学习积极性和主动性。实际教学中，通过案例分析法等多种教学方法，加强学生的学习效果，提高学生的学习效率。在计算机基础知识的学习中，通过具体的案例展示和分析，使学生更为直观的了解计算机，基础知识。在教学中通过分组讨论法，使学生积极主动地参与到教学的学习当中，根据学生的水平进行合理的分组，以优等生带动接受能力较差学习基础较差的后进生的学习。增强学生在学习过程中的自主学习和合作学习，全面提升学生的学习兴趣和学习效果。
（二）在office办公软件教学中应用的任务驱动教学法
office办公软件是计算机应用基础之中着重和基础部门。因此我应用任务驱动教学法将办公软件自动化教学模块分成了三个任务，即文档排版、幻灯片制作以及表格数据处理。在教学之中，我便引入实例，借助案例和适当地引导，让学生自主一步一步实践完成任务。根据任务，让学生来完成的过程，让学生的上机操作具有很强的目的性，并学会积极主动探索解决问题方案及方法，同时也了解到excel在学习生活工作中的用途也意义。
（三）具体教学案例
在实际教学中，根据学生的专业不同，针对学生的专业特点展开个性化教学，调整具体的教学案例，增强教学过程中的实践性和实用性，能够更好地培养学生的实际实践能力。
1.对计算机专业学生的教学
在计算机文化基础教学之后，并不直接开始计算机应用基础（办公软件使用）的教学，而是进行计算机实际应用的教学。考虑到计算机本专业的学生在其后要开设大量的本专业课程，而《计算机应用基础》是这些后续课程的前导，因此在当前的第二步（计算机技术基础内容的教学）安排了计算机软、硬件基础的讲授，使学生掌握计算机软、硬件技术的基础知识。在此过程中，培养学生利用计算机处理问题的逻辑思维方式和利用软、硬件技术与先进工具解决相关领域问题的能力。
2.对学前教育专业学生的教学
学前教育专业学生的就业方向大多是学校、企事业单位，对计算机理论方面的知识运用较少，很少会更深入地对计算机软件编程和硬件维护方面进行研究，而是办公软件运用较为频繁。所以，在教学“两步走”的第二步，也就是计算机应用基础上花大量的时间进行office办公软件的情景教学。在进行powerpoint基本技巧的讲解之后，笔者增加了“如何通过powerpoint制作一节课”等等教学方面的小案例进行情景教学。在学生的课后作业和课外扩展环节里，布置了通过powerpoint制作市场推广计划等练习项目。
3.对文秘、物流管理等专业的教学
计算机硬件软件基础知识篇9
关键词：系统结构；系统能力；教学内容
0、引言
计算机系统结构课程是高等院校计算机科学与技术专业的一门重要专业核心课，在已具备基本的计算机软、硬件知识基础上，从软、硬的总体设计角度出发，研究如何改善计算机系统组织结构以提高系统性能特别是应用程序性能的方法，组织性价比高的计算机系统，着重讨论软、硬件功能的分配以及如何最佳、最合理地实现分配给硬件的功能。该课程对于学生全面理解计算机系统的层次结构、建立计算机整机的概念、了解软硬件之间的关系、培养计算机系统分析设计及开发能力都起到非常重要的作用。
1、加强系统能力培养
2013-2017年教育部高等学校计算机专业教学指导委员会制定的教学指导计划中指出，计算机专业应该培养的四大基本能力包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力和系统能力。计算机系统结构课程应从全局和系统的角度介绍进行计算机系统设计所必须了解与掌握的专业知识，培养学生的系统认知、系统设计、系统开发和系统应用能力，这4方面就构成了系统能力。四大基本能力及能力点分配见表1，每种基本能力都有相应能力点的分配，其中系统能力占到75%。
当前计算机专业学生最重要的是必须加强系统能力培养。相比其他专业学生的计算机基础和应用能力，计算机专业学生的核心特点和需求是更强调计算机系统能力。其他工科专业（如通信工程、电子工程、自动化专业等）也都开设了一些与计算机相关的课程，如C++程序设计、数据结构、计算机组成原理、汇编语言等。如果把这些课程比作列车车厢，计算机系统结构就是连接这些车厢的挂钩和轨道。没有挂钩，车厢之间就孤立无联系；没有轨道，列车无以依托便无法驰骋。计算机专业的学生区别于其他专业学生最重要的能力就是能否将这些课程所学内容系统地联系起来，能否从总体结构、系统分析这一角度研究计算机系统。
2、从系统层面构建知识体系
aCm和ieee/CS联合工作组于2012年11月提交了具有指导意义的计算机科学课程教学参考计划ComputingScienceCurricula2013，其中明确指出计算机组织与体系结构应当建立在深入理解计算机系统硬件环境与更高级的软件层基础上，要求学生理解计算机系统基本组成、特征、性能及其之间的关系，特别是现在和未来利用并行性所带来的计算机系统性能的改进。
通常计算机系统结构课程面向高年级本科生开设，其原因是该课程涉及与计算机软、硬件相关的方方面面知识，因此孤立学习这门课程不可取，必须从系统层面建立知识体系。课程体系既是一个整体，又应当连贯而有继承性，能够满足本科以及更高层次的教学需求。
计算机系统结构课程与相关课程共同构成的教学体系如图l所示。该体系所包含的知识应当涵盖于计算机专业学生应具备的知识体系中，其中虚线以下部分是针对本科2-4年级学生开设的课程，虚线以上部分是针对本科以上层次开设的相关课程，其中灰色部分课程是与计算机系统结构课程联系最为紧密的课程群。
从系统层面构建知识体系有利于高年级学生将所学知识立体化，形成科学完整的知识体系；注重课程之间的融合与衔接能促使学生真正做到融会贯通，领略到计算机专业最核心、最本质的内涵。
3、教学内容划分与学时安排
以课堂教学为主导的教学活动中，教学内容对学生学习兴趣的培养至关重要，因此有必要对教学内容进行精心合理的设计。
目前信息工程大学计算机系统结构课程的教学分为3个不同层次：一是计算机专业本科必修课程；二是针对研究生阶段的高性能计算机体系结构；三是面向非计算机专业（电子工程专业、芯片专业等）开设的计算机系统结构选修课程。教师应当针对不同授课对象适当调整教学内容的学时安排，通过查阅网上公开资源，将信息工程大学针对计算机专业本科开设的计算机系统结构教学学时安排与美国加利福尼亚大学伯克利分校（UCBerkeley）、美国威斯康星大学（wiSC）、国防科技大学等进行对比，对比情况见表2。
从表2可以看出，我们对教学内容的划分与各大名校相比较为一致，结构较为合理。其中国防科技大学和信息工程大学的高级专题主要是介绍多处理机系统、机群系统的基本工作原理，为研究生阶段的后续课程学习打下基础。美国加利福尼亚大学伯克利分校针对本科生开设的高级专题部分占到总学时数（60学时）的20%且内容丰富，主要讲授GpU体系结构中的数据级并行、多核结构下的线程级并行及相关内容，对专题的拓展程度较为深入。美国威斯康星大学对计算机系统结构课程仅就本科生阶段分为3个层次，总学时70学时，随着课程不断进阶，教师对讲授内容的延展程度和深入程度不断加强，高级专题涉及计算机系统的保护与安全、并行算法、并行检测的原则、矢量化编译器、互连网络、阵列处理机、多处理器的同步、数据一致性、数据流计算机和其他特殊用途的处理器结构等一系列知识。
信息工程大学自2012年针对计算机系统结构课程实施教学改革以来，把该课程的实验部分集中在寒暑假实践周进行，将课堂讲授部分学时压缩为36学时。与国防科技大学相比，尤其是与国外名校相比，我们更注重基础知识的教学，高级专题部分所占比重较少，计算机专业的其他课程中也存在类似情况。
4、面向系统能力的教学内容设计
计算机系统结构课程由于涉及多门计算机专业的软、硬件课程，知识体系庞大，各门课程的教学内容交叉多，对讲授该门课程的教师要求很高，不仅要熟悉该课程内容，还要准确把握相关课程尤其是课程间的教学融合点。
计算机系统结构介绍了计算机系统的内部工作原理以及软硬件分界面的权衡策略，对计算机的整体性能进行评价和改进，从而建立计算机软硬件整机的概念。美国普渡大学fpurdueUniversity）计算机科学系资深教授科默fDouglase，Comer）博士曾经在他的著作中指出：计算机系统结构课程将计算机软硬件知识统一起来，在许多计算机科学（ComputerScience）的教学计划中，计算机系统结构是惟一一门能让学生接触到与编程相关的计算机结构方面的课程。
表3列出了计算机组成原理、计算机系统结构、计算机操作系统等课程的教学融合点，同时将不同课程的授课内容进行横向对比，旨在找到核心课程之间教学融合点的区别与联系，使得课程衔接更加顺畅，教学重点更加突出。
由表3可以看出，计算机组成原理（Cp）强调基本运行原理，计算机系统结构（Ca）强调性能优化方法，而操作系统（0s）则侧重从系统软件角度管理计算机软硬件资源；os多用软件的方法解决问题，Cp则从硬件的角度思考问题，ca在软件和硬件之间权衡考虑后取一个折衷，讨论具有最佳性价比的软硬件资源分配方法以及软硬件界面的划分。
比如，教师在cp中讲三大部件连接结构时应该在细化部件讲授的基础上讲清楚最根本的全局通路，在Ca中讲结构时应该屏蔽硬件细节，重点讨论系统全局结构和优化方法。如果忽视全局概念，就容易陷入模块化讲授的误区，导致衔接出现断层。
再比如，Cp中在汇编级讲清指令集接口，讲清Ca中汇编级的描述与cp的关系，而在ca中则要讲清高级语言、编译、操作系统和硬件结构的关系以及性能分析中各方面带来的影响，否则容易令学生对系统软件层面产生误解，弄不清流水线硬件结构与指令集的关系。
教师在讲授时应采取不同的策略，从而达到不同的教学目的，面向系统能力的授课对教师本身就是一种挑战。学生在教师指导下将新的教学内容与之前所学课程的教学内容联系起来，从而更容易把握关键点，在已经熟知或略有了解的知识领域换一种角度和思路展开分析和研究，提高学习兴趣。
面向系统能力进行教学内容设计可以让学生更多地了解学习该课程的意义。计算机系统结构课程中的内容有利于学生理解程序设计中不同选择和取舍带来的影响，从而提高程序的效率。学生通过学习硬件工作原理可以改善编程的过程，能够更迅速地查明故障来源，从而减少程序中的错误，而理解计算机的工作原理与系统结构则有助于学生今后从事系统级的程序开发或参与设计一个真实的计算机系统。
计算机硬件软件基础知识篇10
关键词：高校计算机机房管理维护
中图分类号：G647文献标识码：a文章编号：1007-9416（2012）10-0223-01
在现代高校人才培养中，计算机教育是教育体系中的重要内容、也是现代人才基础技能培养的重要过程。作为计算机教育的重要基础，高校计算机机房建设与管理是影响高校计算机教学的重要因素。按照高校计算机教学应用方向的不同，高校计算机机房可以分为公共机房和专业机房两类。公共机房承担着院系学生计算机基础课程的教学任务，而专业机房主要为计算机专业学生的软件学习等内容开放。随着现代计算机的普及以及高校校园网络建设的不断完善，学生的毕业设计以及相关信息查询、网络信息获取等基本上由个人电脑承担。这为高校计算机机房管理提供了良好的条件，机房主要承担学生学习任务其管理难度相对降低。但是，在实际的管理过程中由于学生计算机操作能力的不同、学生课堂纪律遵守情况等也造成了高校计算机机房管理的难度。因此，在现代高校计算机机房管理中应根据现代高效计算机机房特点进行管理与维护，为高校计算机教学活动的开展奠定基础。
1、高校计算机机房管理与维护工作特点分析
1.1高校计算机机房管理与维护特点及意义
了解和掌握高校计算机机房管理与维护的特点，能够以其特点为基础指导计算机机房的管理与维护工作。同时针对高校计算机机房管理与维护的特点进行相应的改革、强化，进而促进高校计算机机房管理与维护工作的顺利开展。
1.2高校计算机机房管理与维护工作的特点分析
现代高校计算机机房的应用对象及使用内容决定了机房管理与维护工作应在保障教学活动基础上进行，最大程度上满足教学活动以及学生学习需求。而且，高校计算机机房管理工作要求管理人员不仅要具有扎实的计算机操作技术以及专业知识，同时还要具有较高的动手维修能力。机房管理人员应具有软件故障以及硬件故障的快速排除能力。这些工作内容决定高校计算机机房管理与维护的特点。加上计算机常用软件的更新、专业软件的更新及安装等工作使得计算机机房管理维护工作极为繁杂。
2、如何科学的开展高校计算机机房管理与维护
2.1高校计算机机房人员的管理分析
人员管理是高校计算机机房管理工作中的重点与难点。高校计算机机房应根据课程需要对教师、学生进行必要的管理。通过相关管理制度的建立与完善，规范机房使用人的行为。同时考虑人与人、人与物的关系，在实际管理中还应对人员使用进行分析。结合高校普通机房及专业机房的不同应用需求开展人员使用管理，以此为基础促进高校计算机机房管理工作目标的实现。
2.2高校计算机机房物品管理的分析
物品管理即是对计算机软硬件的管理。针对计算机环境、相关配套设施的需求，高校计算机机房物品管理工作可以分为计算机硬件、软件、环境以及配套设施四个方面。
2.2.1高校计算机机房计算机硬件管理
高校计算机机房的硬件管理是根据计算机硬件配置、环境情况对计算机硬件进行管理的过程。为了避免计算机硬件丢失、硬件故障，在计算机机房硬件管理中应注重每天开机与关机前后的检查。确保计算机硬件良好运行基础上，交付上课教师与学生进行使用。虽然，高校计算机机房对环境进行了设置、并要求相关人员保护环境，但是计算机硬件在使用一段时间后也会出现灰尘、风扇转动不畅等问题。因此，高校计算机管理过程中应根据使用频率、使用环境制定科学的养护计划。通过打开机箱进行清洁、定期检查风扇运转情况等避免更为严重的硬件故障的发生。
2.2.2高校计算机机房软件管理
高校计算机机房软件管理主要是由计算机软件的及时更新、软件防火墙以及垃圾清理等内容构成。但是，由于计算机软件更新频繁，这一工作的工作内容极为繁杂。而且，受高校计算机机房使用人员多、不同教学内容下学生对软件系统影响大等因素，高校计算机机房系统重装、系统维修等工作也是工作量较大的工作内容。高校计算机机房管理工作应以单台计算机软件更新情况的掌握为基础，利用教学使用时间差的方式进行计算机的轮换系统重装方法。通过每天或每星期几台机器系统重装减少集中系统维修、重装工作量大带来的问题，为保障高校计算机课程的教学、计算机机房的有效施工奠定基础。
2.2.3高校计算机机房环境及配套设施管理
高校计算机机房环境及配套设施的管理中，应将环境及配套设施的管理工作落实到每天的工作当中。通过每天对机房环境的清洁、配套电源开关、网线的检查等实现管理目的，避免机房设备故障等对教学工作产生影响。
3、高校计算机机房安全管理分析
高校计算机机房安全管理工作主要由防盗、防灾两方面构成。防盗工作应注重上课期间的巡视与检查、注重每天下班前门窗的检查等。同时，严禁机房钥匙外借。以安全意识的树立以及安全管理制度的严格遵守保障机房安全。
计算机机房防灾工作应针对电火灾害以及使用过程中洒水对计算机安全的影响进行管理。首先，应定期检查计算机电路线路，对老化线路进行更换。同时，每日下班前应进行断电操作与检查。通过双人复核方式避免夜间电火灾害的发生。为了避免计算机操作过程中人员水杯、水瓶碰倒造成的短路、触电事故的发生，在计算机机房管理中应严禁进入人员携带水杯水瓶，以此预防这类事故的发生。
4、结语
作为现代高校计算机课程教学的基础保障，计算机机房管理关系到高校计算机课程教学活动的开展。针对计算机机房特点，在现代高校计算机机房管理与维护中应针对机房使用特点制定科学的管理体系。同时，考虑使用频率对设备的影响进行定期检查与抽检。通过这样的方式避免设备故障对计算机教学活动的影响，实现机房管理目的与目标。
参考文献