计算机硬件系统的基本功能篇1
关键词：硬件芯片性能
中图分类号：tp302.1G64文献标识码：a文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0031-01
新一代计算机硬件是把信息采集存储处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。目前，随着计算机技术的不断发展，计算机有着越来越方便、越来越人性化、越来越自动化、越来越容易操作的趋势。
虽然计算机的制作技术已经发生了极大的变化，但在基本结构上，一直沿袭着冯.诺依曼的传统架构，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本构件组成。计算机硬件体系结构的发展主要体现在两个方面的发展，一个是研制新型的计算机体系结构，提高并行计算和处理能力，其次是以硬件或固件为发展主线的大规模集成电路的研制和开发。
（1）软、硬件的功能分配是计算机系统结构的主要任务，而软件和硬件在逻辑功能上又是等效的。从原理上讲，软件的功能可以用硬件或固件完成，而硬件的功能也可以由软件模拟实现。提高硬件功能的比例可提高解题速度，减少程序所需存储空间，但会增加硬件成本；提高软件功能的比例可减低硬件成本，提高系统的灵活性，但解题速度会下降，而且软件设计费用和所需的存储器用量也要增加。计算机硬件成本不断下降，软件成本的不断上升，计算机的硬件越来越便宜，软件越来越昂贵，因此，计算机系统朝着硬件比例越来越大的趋势发展。
（2）硬件的发展就是在不断的追求体积更小巧、集成度更高、性能更好、生产更快速、价格更低廉的芯片。现在处理器的发展真可谓日新月异，CpU对于计算机对计算机性能的发挥起着至关重要的作用，所以不断的提高CpU的性能将对电脑的性能起到巨大的推动作用。计算机硬件的核心技术是微电子技术和光电子技术。从1995年以来，芯片制造工艺的发展十分迅速，新的生产工艺可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面积的情况下，使用更精细的生产工艺可以比老工艺大大增加的晶体管数量，并可以扩展新的功能采用最新制造工艺后，相同晶体管会占据更小的面积，使一块晶元能够切割出更多处理器，使整体处理器成本降低，直接结果就是单颗处理器售价降低。同时，速度越来越快，功耗越来越小。纳米技术的运用也使这些电器产品更加智能化，功能更多。整合性的东西越来越多，如声卡、显卡、网卡都地整合到主板上，这样可以使电脑的价格更加便宜。
随着信息时代的到来，各层次的电脑用户对电脑的性能提出了更高的要求。在市场需求上看，无论是企业用户，还是个人用户，多任务、多线程的应用越来越广泛，传统的单核处理器在同时处理多个线程的时候显得力不从心，提升处理器多任务处理能力是迫切需要解决的问题。双核和多核处理器能大幅度提高了pC的工作效率。这也就表明双核和多核也是未来科技发展的必然需要。
（3）存储器的发展也具有容量大，体积小、价格低的趋势。随着信息量的不断增加，对数据的存储需求提出了更高的要求。存储器的发展将更多的关注速度和可靠性的提高，要具有更好的扩展性。借助于先进的工艺优势，存储芯片的封装尺寸更小，也决定了存储器的低电压特性，更促进了便携式产品的发展。
（4）随着微电子技术的飞速发展，计算机的体积越来越小，速度越来越高，容量越来越大，功耗越来越低，可靠性越来越好，输入输出设备也朝着高性能、多样化、智能化和多媒体方向发展。同时，随着计算机输入、输出设备的发展，人机界面越来越友好。一方面设备中也已越来越多地嵌入微处理器和软件进行控制以达到智能化和高性能的目标，另一方面也常常将原属于设备或设备控制器的部分功能直接设计进CpU，以便降低成本和改善性能。
迅猛发展的计算机硬件技术，为计算机软件的不断更新创造了良好的平台。未来计算机的发展，应更进一步缩短高级语言与机器语言、操作系统与系统结构，程序设计环境域系统结构之间的语义差距，这些差距是用软件来填补的，语义差距的大小实质上取决于软、硬件功能的分配，差距小了，系统结构对软件的支持就加强了。软件跟上硬件的发展步伐还需要时间。目前，随着数字模拟融合、微机电融合、电路板硅片融合、硬软件设计融合的趋势，新一代集成电路技术和ip核产业的发展势在必行，嵌入式整机的开发工作也从传统的硬件为主变为软件为主，嵌入式软件的发展将成为主流，会有超长的生命周期。
参考文献
[1]耿增民.计算机硬件技术基础[m].2版.人民邮电出版社，2012.
计算机硬件系统的基本功能篇2
关键字：GSpn；计算机硬件系统；可靠性
GSpn，也就是广义随机petri网，它是一种以普通的petri网为基础，在此基础上对类型形式进行扩展变化而形成的一种较为高级的petri网，它的一个显著特点就是可以对计算机硬件系统的动态变化运行过程进行准确的描述，并且在很多领域的可靠性分析中得到了应用。
1建模的基本方法
1.1什么是GSpn
从广义的角度来讲，随机petri网可以定义为一个8元组，即GSpn＝（p、t、i、o、H、m、w0、λ）[1]。这几个元组分别代表不同的含义，p代表的是库所的所有有穷集合；t代表的是变迁的所有集合；i代表的是输入弧的有穷集合；o代表的是输出弧的有穷集合；H代表的是禁止弧的有穷集合；m0代表的是系统初始标识的集合；w代表的是弧权函数的有穷集合；λ是和变迁集合相对应的。1.2GSpn建模元素的用法库所：用来对计算机硬件系统工作过程中的资源和状态进行描述。时间变迁：用来对计算机硬件系统工作过程中的各种事件进行描述。瞬时变迁：用来对计算机硬件系统工作过程中的控制和运行逻辑进行描述。有向弧：用来对计算机硬件系统工作中的状态与时间之间的因果联系进行描述。禁止弧：用来对计算机硬件系统工作中的控制和运行逻辑进行描述。标记：用来对计算机硬件系统的动态行为变化进行描述。
2硬件系统基本单元GSpn模型阐述
2.1库所及其含义
库所结构中，它的含义各有不同，其中，p1表示的是计算机硬件系统处于正常运行状态；p2表示运行出现了异常；p3表示的是出现了临时性故障；p4表示的是硬件系统的故障是永久性的；p5表示的是异常故障计算机可以自动恢复；p6表示的是异常故障不能自动恢复，需要对其进行人工检查和维修。
2.2变迁及其含义
变迁的每一项含义各有不同，其中，t1表示的是计算机硬件系统在运行过程中出现了异常；t2表示的是永久性故障；t3表示的是临时性故障；t4表示的是系统在经过维修后可以正常工作；t5表示的是系统可以自行恢复；t6表示的是不能恢复的故障；t7表示的是转化为永久性故障。我们从实际的计算机硬件系统来看，模型的运作原理是，如果计算机硬件系统基本单元在正常状态下发生了故障，它的基本单元发生了异常，这个异常状况还不确定，可能是临时性的也可能是永久性的，如果是临时性的话，又很可能转化为两种状态，即可以自动恢复和不可以自动恢复，如果是可以自动恢复的话，在系统基本单元下可以自行恢复，如果是不可自动恢复的话，就需要进行人工维修恢复，如果故障转化为了永久性故障时，经过恢复后会进入正常的工作状态。
3系统基本单元GSpn模型设计分析
计算机硬件系统基本单元GSpn模型的描述粒度精度，它的描述也有一定的针对性，对于结构简单单一的硬件系统描述具有很好的效果，对于复杂的则很难描述完整。
3.1简化假设
简化假设的体现主要是在哪些地位较为关键的模型分析来说的，对于这部分的模型分析，要按照既定的流程，首要做的是区分运行状态，也就是属于正常和故障哪一类，然后假设硬件系统中基本单元出现的故障都可以在λ基础上进入到泊松过程中，最后可以把所有硬件系统全部维修成功为条件，直接处于维修率的泊松过程中。
3.2精化模型
从计算机硬件系统基本单位GSpn的自身运作原理和作用来看，它的主要作用是可以反映出计算机硬件系统的故障变化情况，pw表示的是计算机处于正常的工作状态，pf表示的是它的硬件系统出现了故障，tf表示的是硬件系统基本单元受到某些因素的干扰发生了故障，tr表示的是出现的故障经过维修后可以正常运作[2]。
4对于计算机硬件系统的分析
4.1出现的故障分析
在其模型建立后，模型中的矩形S表示的是计算机硬件系统出现了全局性的故障，矩形Yi（其中i＝1、2、3），它所表示的是在第i个功能模块出现了故障异常，那么圆形Xi（其中i＝1、2、3）表示的是硬件系统基本单元出现了故障异常，需要注意的是，这个故障的逻辑关系是这样的：功能模块的障碍以或门逻辑引起了全局性的故障，计算机硬件系统基本单元故障以与门逻辑引起了故障产生。
4.2系统GSpn的可靠性分析
对于它的分析主要是通过模型实现的，也就是计算机硬件系统GSpn可靠性分析的模型，这种模型的运行条件是需要timenet软件支持的，通过实际的研究证明，计算机硬件系统的可用度是pSa＝1－p{＃pS＞0}，那么它的功能模块的可用度是pYia＝1－p{＃pYi＞0}，需要注意的是，i的取值是1、2、3。本文主要对计算机硬件系统的可靠性进行了分析探讨，研究以GSpn为基础，相对于传统的描述方法来说具有明显的优势特性，可以准确描述出简单结构的计算机硬件系统。
参考文献
[1]谷春英,姚青山.基于GSpn的计算机硬件系统可靠性分析[J].微电子学与计算机,2013,30(06):122-125+130.
计算机硬件系统的基本功能篇3
立足实用化的角度设计了wamS主站系统测试评估方案，对测试内容进行分类包括系统基本硬件、系统软件基本功能、系统应用功能，采用从三个层次逐一推进的测试评估思路(图2)，评估步骤如下：1）wamS主站系统硬件评估，对wamS主站系统的主要硬件及环境进行检测评估，判断当前硬件条件是否能够支撑wamS主站系统运转，满足检测条件。2）wmaS主站系统软件基本功能性能评估，检测系统软件基本功能，并对软件基本功能及性能进行评估，以保证主站系统的可用性和稳定性。3）系统应用功能性能评估，对wamS系统的应用功能以及性能进行评估，包括功能完备性、计算速度、计算精度等，以判断主站系统的实用化水平。4）wamS系统总体评估方法，考虑以上三方面评估内容之间的关系，设计wamS系统总体评估方案。5）通过对wamS主站系统进行连续测试评估，得出某一时间段主站系统的软硬件及应用功能的性能水平，以及整个系统的稳定性。
2wamS主站系统评估方法
（1）系统硬件评估方法系统硬件是wamS主站系统能够正常运行的基石，同时硬件性能和所处环境都是制约整个系统性能发挥的因素。基本系统硬件包括前置机、数据采集服务器、实时应用服务器、历史数据服务器、图形监视工作站、电源等，基本系统硬件是主站系统不可或缺的设备。影响硬件使用寿命和性能的因素包括温度、湿度、大气压、是否有爆炸危险、是否有腐蚀性气体及导电尘埃、是否有严重霉菌、无剧烈震动冲击源；计算机机房符合GB/t2887-2000《电子计算机场地通用规范》的规定；交流电源满足要求；不间断电源满足要求等。（2）系统软件基本功能性能评估把wamS主站系统必备的基本系统功能作为系统评估的第二层内容，其建立在第一层系统硬件基础之上，又作为后续其他系统功能和应用功能的必备条件，主要包括数据采集、数据通信、数据处理与运算、数据存储与管理、图形功能等。基本系统功能的性能指标包括系统响应时间、主站负荷率、数据误差、系统权限管理等。（3）系统应用功能性能评估方法其他必备系统功能包括告警、制表与打印、通信监视功能、动态监视功能、远程维护及故障诊断功能等,必备应用功能包括低频振荡监视与分析、电网扰动识别、发电机一次调频评价、电力系统模型和参数校核。对应应用功能指标包括振荡频率计算误差要求、低频振荡报警正确率、电网扰动报警正确率、发电机一次调频正确识别率、一次调频分析结果能够保存的时间、电力系统模型和参数辨识的正确率，各应用功能的稳定性、容错性和计算效率等。（4）wamS主站系统整体评估方法考虑系统硬件、系统软件和应用软件的评估，设计wamS主站系统的整体评估方法，以能够正确评价当前系统所处状态和性能水平。
3结果评价
评估方法从三个层次对主站系统进行评估，每个层次评估值都为[0，1]范围的值，主站系统整体评估值为[0，3]范围的值，考虑当前wamS主站系统还处在初级阶段，基本系统硬件和基本系统软件两个层次以系统的完备性为主，因此可设置上文中dev、sysb分别为0.8，inl、perb分别为0.2；考虑wamS系统最终还需落实到应用，因此在系统应用层应提高应用软件性能所占的比重，可设置app为0.5、pera为0.5。随着系统的发展可以逐步提高系统软硬件性能和应用软件性能的权重，以增加评估值对性能指标的灵敏度，以真实反映主站系统的真实运行状态。
4算例分析
以某wamS主站系统为例进行评估分析，以测试其运行水平。基本系统硬件前置机、数据采集服务器、实时应用服务器、历史数据服务器、图形监视工作站、电源等都已安装，基本系统软件功能也都应有尽有。各评估内容的权重即采用上文中设定的值（根据系统的特点或发展情况，可对权重进行调整），对系统运行的20个运行状态进行评估仿真，分别把基本系统硬件层、基本系统软件层、系统应用软件层和系统整体评估的评估结果示于图3～图6。基本系统硬件和基本系统软件都已安装且运行正常，连续平均评估值分别为0.8940、0.8975，由图5知应用软件性能较差，平均评估值为0.8156。系统整体平均评估值为2.6071。系统第7个运行状态的评估值为0，因为实时应用服务器暂停工作，作为基本系统硬件，且是系统软件及应用软件正常运转的基础，因此导致各层评估值均为0。通过三个层次的评估以及系统整体评估，不仅可以了解系统整体运行水平和性能，可以详细了解系统的不同层次的运行状态。本文来自于《电力系统保护与控制》杂志。电力系统保护与控制杂志简介详见
5结论
计算机硬件系统的基本功能篇4
引言
计算机软硬件技术的飞速发展使计算模式不断演化，经历了单机模式、终端一主机模式、客户机，服务端模式等几个重要阶段。目前的互联网大规模应用使人们对于计算的认识和使用产生新的变革。计算模式的不断变革必将带来一系列的挑战，继分布式计算、并行计算、网络计算、效用计算之后，计算机业界又提出了云计算模型来满足人们对于计算的需求。
互联网的应用使远程学习、网络学习被越来越多的学习者所接受，远程教育信息系统也随着互联网的发展不断建设和扩展。远程教育事业快速发展的同时，信息系统建设也面临着一系列的问题。如何使信息系统运维更加经济便捷、更能随需应变成为远程教育信息系统研究的方向之一，云计算技术为解决上述问题提供了可行的方法。
一 现代远程教育信息化建设现状分析
1 现代远程教育信息化建设现状
远程教育利用现有的计算机技术、通信网络技术和多媒体技术，来辅助地域上分散的多个教师和学生构成一个分布式大规模学习环境，为学生提供个性化学习支持服务，让学生可以在不同地区、不同时间接受教育，这些特性都使远程教育定义本身就包含着分布式服务的基本要素。
与普通高校一样，开展远程教育高校的信息化建设也经历着三个阶段：第一阶段是校园网硬件平台建设阶段，主要实现校园范围内的网络畅通；第二个阶段是各部门应用建设阶段，开始建设部门层面的信息应用系统，初步步入办公信息化的轨道；第三个阶段是学校整体系统化集成建设阶段。目前，远程教育信息化依然以信息系统的构建为主要实现方式，通过不断新增和整合现有系统软硬件资源来提升各校在远程教育领域中的能级。开展远程教育的各所高校，都已将信息化建设的重点转移到整体系统集成和信息聚合的过程中去。各所高校都将提供个性化支持服务的开放式网络系统作为未来高校信息化建设的主要目标，体现出远程教育的开放性、分布性和服务性要素。
2 现代远程教育信息系统建设中存在的问题
我国的远程教育事业在近几年来得到了快速发展，各高校都快速建设和部署了若干信息系统。但是随着时间的推移，这些信息系统在运维过程中都遭遇了不少共同存在的技术瓶颈。主要表现在三个方面。
(1)系统维护成本逐渐提升。伴随着远程教育事业的快速发展，信息化建设一直处在边实践边探索的过程。我国的远程教育本身带有前沿性和探索性，因此在实践的过程中，不可避免地遇到一些新问题。业务流程的不断调整和变更，使远程教育信息系统经常需要随着业务流程变更而进行升级改造，这给远程教育信息系统运行维护提出了很高的要求，系统维护和升级给高校信息化带来的压力也越来越大。
(2)现有系统功能难以集成及重用。在信息化建设的第二阶段，各部门、学习中心都依据自己的实际情况，先期逐步建设了符合自身业务需要的信息系统。这些信息系统往往开发和立项的时间不同、开发技术及软件架构不同、投入运行的时间也不同。这些差异使逐步投入应用的各信息系统间难以进行功能集成和重用。
(3)缺乏统一规划，易于形成信息孤岛。先建设、后规划的远程教育信息化建设思路，经常使信息系统建设规范以及统一平台开发架构往往滞后于各类信息系统的实际应用。由于各类信息系统在应用的过程中积累了大量的数据，使对已有信息系统改造和部署调整变得十分困难，而数据迁移以及异地存储都存在一定的技术风险和困难，因此易于产生分布于各部门以及学习中心的信息孤岛。
二 基于云计算的远程教育信息系统整合设计
1 云计算概述
云计算是虚拟化(virtualization)、效用计算(utilitycomputing)、iaaS(基础设施即服务)、paaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果，也是分布式计算(distributedcomputing)、网格计算(gridcomputing)和并行计算(parallelcomputing)的最新发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。
iBm认为云计算是一种共享的网络交付信息服务的模式，云服务的使用者看到的只有服务本身，而不用关心相关基础设施的具体实现。在这个定义中，有四个关键要素[4j：
(1)硬件和软件都是资源，通过互联网以服务的方式提供给用户。(2)这些资源都可以根据需要进行动态扩展和配置。(3)这些资源在物理上以分布式的共享方式存在，但最终在逻辑上以单一整体的形式呈现。(4)用户按需使用云中的资源，并按需付费。
根据云计算的关键要素，图l给出了一个云架构的基本层次。与传统三层软件架构不同，用户交互层只是提供对用户使用资源分配和访问权限控制：服务应用层将对软件资源进行管理并提供各种服务，如软件即服务等；虚拟化层通过硬件虚拟化技术，提供服务部署的虚拟主机环境，并将分散的、有限的计算机硬件资源进行管理。
2 基于云计算的远程教育信息系统整合思路
远程教育信息化建设目前面临的问题之一是如何实现对现有系统进行整合和扩展，并让信息系统能够更好地应对未来需求的变化。解决这个问题的途径之一就是建设一个高可用的、易于变更和部署的软件架构，而对软件资源提供硬件支撑的是一个可移植的，可被整合和重用的硬件资源集。利用云计算技术实现软硬件资源的整合和扩展，可以满足上述要求，因此云计算技术是实现远程教育信息系统整合可以借鉴和应用的核心技术之一。
(1)从架构系统到提供服务
云计算的核心基础之一是采用面向服务架构，原有以信息系统为单位的系统建构思路必须被打破，转变为以服务库为核心的面向服务系统建设。从面向对象过渡到面向服务开发，通过对现有系统功能的服务化改造，逐步实现对现有系统功能重新提取和组合，并将其封装为可供其他软件调用的服务。以上海电视大学开放教育学院为例，传统的远程教育管理信息系统结构如图2所示。
从图2中可知，由于学院信息化建设目标是为教师、学生以及管理者提供多样化的信息系统，这导致用户所面对的是一个个独立的信息系统。系统功能模块封装在系统内部，用户也无法在一个信息系统中完成其所需要的各类功能。每个信息系统都有与之对应的数据库系统，这些数据库相互独立，数据共享困难。
通过对已有信息系统进行服务化改造，以往被系统层层行接口保护，防止服务非法调用并实现数据加密。服务接口在用户交互层中的aSp.net服务中心进行注册，服务中心根据用户操作按需调用相应的服务接口。wCF服务作为独立服务承载于iiS或系统服务中，有利于服务功能的扩展、重新配置和移除。这也使经过整合后的云服务系统更具灵活性，系统运行时更新功能更加便捷。
3 虚拟化层实现
承载wCF服务的主机并不是物理主机，而是由Hyper-V虚拟化技术所生成的虚拟主机，这些主机可以按需安装各类操作系统，为服务的运行提供个性化的操作系统环境。即便未来操作系统版本不断更新，管理员也不需要为在有限硬件资源下搭建不同的服务运行环境而发愁。利用微软Hyper-V虚拟化技术，可以将一台安装windowsServer2008R2操作系统的服务器配置为专业的虚拟机管理服务器，方便的管理虚拟机并为其动态配置硬件资源。在可靠网络环境下，实现根据虚拟机运行实际占用资源大小合理调整虚拟机的硬件资源，充分利用物理服务器资源。
4 私有云的建设
完成系统框架及服务环境的搭建后，可以通过windows域管理技术建立一个统一的逻辑网络，为私有云的建设提供可信互联的网络环境。通过私有云在windows网络域中的不断扩展和延伸，可以将现有的物理网络及服务器硬件资源整合起来。在新加入的物理服务器中部署虚拟机环境，动态部署相应的服务，完成对现有系统功能的整合与扩展。
四 基于云计算进行信息系统整合的优势
通过信息系统私有云的建设，不仅可以逐步完成软硬件资源的整合和再利用，也可以在应用层面获得相应的好处。
1 实现个性化办公(按需使用)
利用云计算技术可以实现真正意义上的在线办公。在以往信息系统建设中，经常按照角色来划分用户功能，因此无法满足每一位用户个性化需求，云计算的应用优势之一就是按需服务，实现对于每位用户定制个性化的功能。
由于用户处理的数据和所使用的功能都在云端，用户可以通过互联网访问到自己所需要的数据并使用功能对数据进行处理，也可以按照自己的需要调用实际存储于远端服务器的数据并实现云端数据备份。灵活的服务扩展使无论哪种类型的用户都可以获得自己想要的功能，从而定制出自己的办公界面，大大增强了系统的可用性和灵活性。
2 搭建可动态扩展和配置的信息服务平台
无论采用何种方式进行信息系统开发和维护，其核心都在于如何满足用户需求――用户在处理和使用数据的要求，并根据用户的需求对数据进行汇总和处理。云服务架构有利于实现数据分布式存储和调用，并且支持数据资源的无限扩展。未来的信息系统建设将更关注如何设计和使用服务。将用户所需的功能和数据都以服务的方式封装起来，便于今后的组织和调用，并在此基础上，按照用户需求新增新的服务来向现有系统扩展新的功能。对于用户来说，用户所使用的是一个强大的能够满足功能需求的信息聚合平台；而对于管理员来说，是一个可动态扩展和配置的软件服务平台，这些都将大大延长服务系统的软件生命周期。
3 实现软硬件资源分布式共享
采用云计算技术后，通过任意调整服务软件以及数据文件的部署位置，从而实现软硬件资源的分布式共享。甚至可以在不需要改变物理硬件资源(如服务器、网络设备、存储设备)位置基础上，实现对于硬件资源的重新分配和使用，这些都极大地提高了硬件资源的利用率。在虚拟硬件环境中灵活部署软件和数据资源，能够更好地实现共享和调配。即便一个在地理位置上处于分布式的计算机软硬件资源，在云端也能构造成为一个逻辑统一的，可供管理和维护的统一的服务系统。这些特性都会对今后远程教育信息化建设产生深远的影响。
计算机硬件系统的基本功能篇5
一、引言
BioS（BasicinputoutputSystem，基本输入输出系统）是计算机中最基础、最重要的程序。这段程序存放到我们计算机主板上的Rom芯片上，它是一个可重复编程、可擦写的只读存储器，主要记录了计算机中最重要的有关基本输入和输出的程序、系统信息的设置、开机上电自检和系统启动自举程序。BioS看似软件，却与计算机硬件有着相当紧密的联系，准确的说，BioS是计算机软件程序和硬件设备连接的桥梁，换句话说是人机交流的接口所在，负责解决硬件的即时要求，并按软件对硬件的具体操作执行。我们的算机能否高速运行，充分体现我们计算机硬件性能，不仅仅取决于我们计算机硬件本身，它要涉及到硬件配置（如BioS）设置、软件配置、操作方法等诸多方面，其中最重要的要数BioS设置。
二、BioS的基本功能
我们要对BioS参数进行设置，我们首先就要全面了解BioS的基本功能和基本操作，这是对BioS参数设置并进一步进行优化计算机的基础知识。下面我来看一下BioS的具体功能和主要作用：
1.自检及初始化程序
计算机进行开机后，系统将会有一个对计算机内部各个设备进行检查的过程，这个过程就是由上电自检的程序来完成。完整的上电自检包括了对CpU、基本内存、扩展内存、Rom、主板、CmoS存储器、串口、并口、显卡、硬盘及键盘的检测。如果在检测过程中发现存在问题，系统将会出现提示信息或报警声。没有发现任何问题，完成自检后BioS将会按照系统CmoS设置的有效启动顺序，读入操作系统引导记录，把系统控制权限移交给引导记录，由引导记录来完成系统的启动。
2.硬件中断处理
计算机进行开机的时候，BioS会告诉我们的CpU等硬件设备的中断信号，当进行操作时，输入了某个硬件设备的命令后，BioS就会根据中断信号使用相应的硬件来执行命令的任务，最后根据其中断信号跳回原来的状态。
3.程序服务请求
BioS总是和计算机的输入输出设备打交道，准确地说，BioS是硬件设备和软件程序之间的一个“转换器”，它是通过特定的数据端口发出命令、发送或接受各类外部设备的数据，从而实现软件应用程序对硬件设备的操作。
三、BioS的进入
由于BioS芯片种类繁多，不同的BioS有不同的进入方法，进入BioS设置通常有一下3中方法。
1.开机启动时按热键
在开机时按下特定的热键可以进入BioS设置程序。不同类型的机器进入BioS设置程序的按键不同有的在屏幕上给出提示、有的不会给出提示。例如常见BioS进入方法如下表：
BioS
型号进入BioS设置的
热键有无屏幕
提示
amiDel或esc有
awaRDDel或Ctrl+alt+esc有
pHoeniXCtrl+alt+s无
部分品牌计算机会使用自己设定的热键进入BioS设置，例如Hp、Dell、acer等电脑是在启动计算机或重新启动计算机时按F2键，具体品牌计算机要参考品牌计算机说明书。
2.使用系统提供的软件
现在很多主板都提供了在DoS下进入BioS设置程序的软件，现在的操作系统的注册表中已经包含了部分BioS设置项。
3.可读写CmoS的应用软件
部分应用程序提供了对CmoS进行读写的功能，通过它们可以对一些基本系统配置进行修改。
四、BioS设置
我们可以通过对系统BioS的设置对系统进行优化，不同的BioS会有不同的功能和设置选项，但都大同小异。awardBioS在现在的pC机应用较为广泛（界面简单、功能强大），我们现在以awardBioS为例介绍，我们在这里对系统的优化主要是指对内存读写等待时间、硬盘传输模式、开始顺序等参数进行调整，主要是因为系统默认的设置并不一定是最优化的，所以我们自己需要找到最佳参数设置。一般而言，我们对BioS进行的设置过程中可以对BioS的一下选项进行设置和优化。
1.磁盘设置：硬盘型号、启动顺序、上电自检iDe接口。
2.内存设置：存储容量、读写时序、奇偶校验、eCC纠错、1mB以上内存测试及音响等。
3.CpU设置：L1/L2Cache、CpU外频、倍频、电压等。
4.总线周期设置：即插即用功能、iRQ中断请求号、pCi/aGp工作频率。
5.主板集成接口设置：串口和并口、i/o地址、iRo及Dma设置、USB接口、irDa接等。
6.RomShadow设置：RomBioSShadow、ViDeoShadow、各种适配卡Shadow。
7.安全设置：硬盘分区保护、病毒防护、开机口令、CpU温度、电压、风扇监控等。
8.电源管理设置：节能状态、唤醒状态、等待延迟时时间、iDe设备断电方式、显示器断电方式。
9.其他参数设置：快速上电自检，a20地址线选择、系统引导速度。
五、设置BioS提高系统速度
1.提高启动速度
系统启动时间是指从开机或重启到引导出操作系统所需的时间，在这个过程中主要包括了：检测硬件、初始化系统数据、引导操作系统等几个方面，所以CpU得速度在很大程度上影响了系统的启动速度。我们可以通过3个方面对BioS进行设置，在一定程度上提高计算机的启动速度：
1）加速系统自检过程：可以在BioS菜单中找到“inteGRateDpeRipHeRaLS”设置项；关闭不用的硬件，例如：通过BioS主菜单中的“iDeHDDaUtoDeLeCtion”设置项检测iDe硬盘参数，如果可以正确检测出来，就进入主菜单“StandardCmoSSetup”设置项，按检测结果设置硬盘参数。不要把硬盘设置参数设置为auto，这样就可以省去每次启动时都要检测硬盘参数而耗时，可以缩短启动时间；关闭多余的检测，例如：above1mBmemorytest选项可以关闭，即设置为Disabled，不检测mB以上的内存，可以缩短检测时间，提高系统启动时间。
2）进行快速自检：可以通过BioS菜单中的“BioSFeatUReSSetUp”设置项，设置快速自检，即把设置项中的“QuickpoweronSelftest”设置为enabled，进行快速自检，通过提高自检速度来提高启动速度。
3）设置系统引导顺序：在BioS主菜单中“BioSFeatUReSSetUp”设置项中将“BootSequence”设置为系统所在磁盘。省去检测光驱是否有启动盘的操作，从而可以提高系统启动速度。
2.提高运行速度
计算机的运行速度虽然直接取决于计算机的CpU的性能，但是，其他部件的设置以及所使用的软件也很大的关系，我们可以通过2个方面对BioS进行设置，来提高系统的运行速度：
1）加速CpU：可以通过BioS主菜单中
“BioSFeatUReSSetUp”，将CpUL1Cache、CpUL2Cache或externalCache、internalCache设置为enabled，以使用内外高速缓存。将SystemBootUp及CpUSpeed设置为High，可以让我们的计算机在高速状态下运行。
2）允许设备使用缓存：可以将BioS菜单中的“SystemBioSCacheable”、“SystemBioSShadow”设置为enabled，以使用主板BioS内存映射。
3.提高显示速度
显示速度与显卡本身的性能以及显存的多少有直接关系，在BioS中我们可以设置视频BioS影子内存以提高显示速度，可以通过BioS主菜单中“CHipSetFeatUReSSetUp”设置项，将“VideoBioSCacheable”、“VideoRamCacheable”和“VideoBioSShadow”都设置为enabled。来提高显示速度。
4.提高硬盘读写速度
硬盘读写速度主要取决于所使用的硬盘驱动器的类型和性能，我们通过对BioS的设置，可以在同等条件下提高磁盘的读写速度。在BioS主菜单中“BioSFeatUReSSetUp”设置项中将“iDeHDDBlockmode”和“iDe32Bittransfermode”设置为enabled，将“iDeUltraDmamode”设置为enabled，来提高磁盘的读写速度。
通过前面的介绍我们可以知道，BioS是计算机启动和操作的基础，若计算机系统中没有BioS，所有的硬件设备都不能正常使用。BioS对硬件的管理功能决定了计算机系统的性能，如果我们BioS操作不当就会对计算机的性能造成影响，如BioS中的设置错误，则可能无法进入操作系统，检测不到硬件；为计算机添加新的硬件设备时，可能会出现设备之间的冲突；安装操作系统时，会出现安装不能彻底完成、硬件设备冲突，甚至无法使用某些设备的问题。
参考文献
[1]甘登岱.实战注册表与BioS[m].人民邮电出版社，2002.
计算机硬件系统的基本功能篇6
关键字：嵌入式系统；组成；特点；开发；应用
嵌入式系统的简单定义：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统。
1嵌入式系统的组成和特点
嵌入式系统是专用计算机应用系统，它具有一般计算机体统组成的共性。
（1）嵌入式系统整体分为硬件基本结构和软件基本结构。硬件结构以嵌入式微处理器为中心，配置存储器、i/0设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口。
如图为嵌入式系统的软/硬件框架：
（2）嵌入式系统的特点
功耗限制：嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。
低成本：包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的芯片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。
多速率：系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，但这些动作有些速度慢，有些速度快。
实时性：实时性的本质是任务处理所化费时间的可预测性，即任务需要在规定的时限内完成。任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而进行确定性的预测。也就是说，如果硬件可以做这件工作，那么基于实时操作系统的软件将可以确定性的做这件工作。
除此之外，嵌入式系统有一个重要的特点就是不可垄断性。pC有wintel垄断，嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。
2嵌入式系统的基本设计与开发过程
系统设计开发从系统需求分析开始；第二步是对于规格的说明，在这一步对所要设计的系统功能进行更加详细地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统的结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。
在设计之前，必须明白要设计什么。在设计的最初阶段，应从客户那里收集系统功能的非形式描述，在此称其为需求；对需求进行提炼，以得到系统的规格说明，规格说明中应包含进行系统体系结构设计所需的足够信息。
系统结构设计的目的是描述系统如何实现系统的功能，它是系统整体结构的一个计划。体系结构设计中明确需要什么样的构件，而构件设计中就是设计或选择符合体系结构和规格说明中所需求的构件。构件通常既包括硬件，如FpGa、电路板等，也包括软件模块。在所有工作完成之后就要进行系统的调试与集成。
3嵌入式系统设计的主要应用
对于嵌入式的信息系统应用来说，其前景是十分广泛的，它已经涉及到了我们生活的各个方面，不仅用在一些家用电器上，例如冰箱、洗衣机，而且还在一些交通工具上有所应用，例如汽车等，还包括一些远程的会议系统管理等，由此可见，嵌入式系统的开发应用具有很大的市场需要.因此在这个过程中，我们一定要按照相关的需求进行科学有效的管理，掌握该系统运用的相关要求以及应用操作规范，在此基础之上把该系统运用到我们的日常生活当中，这样也就大大提高我们生活的水平。
嵌入式系统目前已在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用，用于企业、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。如图：
在这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持tCp/ip的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。
4结束语
综上所述，通过本文，充分了解了嵌入式系统的组成、开发与应用。如今随着科学技术的迅速发展，嵌入式系统已经渗入到生活的各个领域，嵌入式系统作为科技领域中重要的组成部分，对于未来的可持续发展具有重要作用，它一定会使我国的科学技术迅猛发展。
参考文献
计算机硬件系统的基本功能篇7
[关键词]计算机，操作系统，维护，还原
中图分类号：tp文献标识码：a文章编号：1009-914X（2016）23-0365-01
科技的飞速发展，对我国的计算机行业有着巨大推动作用，近些年来，我国各个领域对于计算机的应用已经普及，由于计算机操作系统，在人们工作效率以及工作质量有着极大的帮助，因此得到了人们的广泛青睐，同时，生活中的计算机爱好者也越来越多。但是，人们在使用计算机的时候，常常存在操作不当的问题，并且计算机系统自身的防御能力也相对较弱，这样计算机在运行过程中，就非常容易受到外界的攻击，进而出现死机或系统瘫痪的情况。这样的情况一旦出现，对于用户来说，非常的不便，而还原技术，就是针对这样的状况产生的一种技术，它能够最大限度的保存计算机最为原始的资料，降低人们的损失。这项技术一经问世便得到了迅速的应用和推广。
1还原技术及其方式
1）还原技术是建立在备份技术之上的一种技术，它能够将计算机的各种软件以及初始系统软件进行备份，当系统遭到攻击无法正常运行的时候，我们就可以运用还原技术，将系统恢复到最初的状态，进而达到启动计算机，清除恶性程序的目的。现阶段，这种技术是应用最为广泛，也是最为便捷的恢复系统运行的技术。
2）现阶段，我国的还原技术中，主要有软件还原以及硬件还原两种方式。下面来具体介绍这两种还原方式。
①软件还原方式：这种方式在软件中的应用比较多，但主要是集中在发明以及应用类别的软件中，目前，应用最为广泛和方便的就是GHoSt。这种备份软件，对计算机操作系统有着一定的依附，因此在使用上还存在一本文由http：//收集整理定的不便，那么为了能够提高其实用性，各种以其为基础的软件不断出现，这些软件在作用上基本相同，但是，也有效果比较显著地软件，其中以“精灵还原”最具代表性。它在市场上的反应比较好，并且用户在使用之后，也比较满意，它主要在硬盘还原领域有所应用。“精灵还原”优点很多，它不但功能强大，并且操作和使用都非常方便，计算机在应用这种软件时，不需要装置硬件设备，计算机直接就能够安装使用，用户可以通过自定义设置，去设置自己所需要的模式。这种软件对于计算机的保护效果也非常好，在阻止病毒入侵方面效果显著，并且在进行还原操作的时候，对于恶性程序清理得十分彻底，一些被恶意删除的软件还能够还原，在保障系统稳定，数据安全的方面，有着巨大贡献。
②硬件还原方式。这种方式就是将带有还原功能的软件固化在芯片上或者使用插接卡的形式。目前市场上还原硬件的技术种类繁多，其中最主要的还是主板集成型、独立网卡型两种。主板集成型是将有还原功能的芯片集成在主板上的形式;独立网卡型是将还原功能的芯片集成在独立以太网卡上。同时，在市场中硬盘还原卡相对来说种类也是很多的，还原卡是以芯片为主体的，在使用的时候直接插入计算机主机板的pCi槽内，它与硬盘的mBR协同工作。软件固化在芯片与插接卡二者只是硬件的形式不同，但是对计算机还原的思路与还原的技术是没有区别的。
2计算机操作系统维护时还原技术的应用
还原技术主要是在软件还原以及硬件还原两个方便，进行使用，软件还原方面，GHoSt应用最为广泛，而硬件还原系统的种类非常多，我们将这些内容理解规划为独立网卡以及主板集成类型。具体分析如下。
1）计算机操作系统维护中GHoSt软件还原技术的应用。人们在日常的生活和工作中，对于计算机应用已经非常普遍，那么常用计算机的人们，对于GHoSt一键还原，应该并不陌生，目前，GHoSt是应用最广泛，最实用的一种还原软件，它在文件备份和系统还原方面具有强大的功能，对于不同种类的硬盘仅能够进行分区和备份还原，是现阶段性能和使用方面比较突出的一种软件。windows版本的软件只能在计算机操作系统的windows环境里运行，而DoS版本必须要求软件的运行环境为DoS类型。两种版本的GHoSt软件中，由于DoS版本的软件备份能够脱离windows的操作系统，因此我们说，该版本的GHoSt软件更具有稳定性。但是，随着人们对与计算维护系统要求越来越高，目前很多以GHoSt为基础，但性能较为完善的还原技术也相继出现，并逐渐占领市场，在未来，还原技术必将发展的更为完善。
2）计算机操作系统维护中硬件还原技术的应用。独立网卡以及主板集成是计算机硬件还原技术的两个重要方面，它们两者具有自身的特点与不同，同时也存在一定联系和相似之处。硬件还原技术是在计算启动之前获得主动权，计算机使用者对于硬盘的使用操作仅限于一种虚拟形式的操作，并没有对硬件本身产生破坏，所以说硬件还原技术具备专业还原能力。硬件还原技术的工作过程主要是将计算机的终端系统接管到BioS里面的int13，然后再将引导区、Fat的记录以及中断向量表等全部信息都保存在硬盘中，利用硬盘启动功能将原始的中断向量表更新成新类型，从而更高层次的保证硬盘数据在修改过程中的安全、合理性，最后在还原修改过程中将变更后的数据、资料保存到硬盘里面的空闲磁盘空间，从而完成一整套硬件还原技术方案。？
结束语
科技的发展日新月异，在强大科技力量的支持下，计算机的应用和普及也将越来越广泛，但是，计算机技术越是发展，与其相对应的破坏程序和病毒软件就会越猖獗，两者是相互攀升发展的，我们与计算机病毒的对抗一直没有停止，但是，很多人在使用计算机的过程中，依然会有所大意，或者是不按照规范进行操作，这样就使得原本薄弱的计算机系统极为容易受到外界的攻击，进而导致系统无法正常运行，那么针对这样的情况，还原技术应运而生，它的出现，能够有效的解决因系统崩溃而丢失文件的现象，还能够快速方便的启动机计算机，并使计算机恢复到初始状态，同时删除恶意文件或程序，使系统能够正常稳定运行，这个技术，目前在我国计算机系统中的应用非常广泛。
参考文献
[1]王桐桐.浅谈计算机操作系统的安装与备件还原[J].教育教学论坛.2013（03）.
计算机硬件系统的基本功能篇8
关键词:考研;计算机组成原理;课程改革;教学方法
2009年以前计算机考试是各个学校自己命题,根据各个学校对考生的要求和学校老师的研究方向确定不同的考试科目。一般从数据结构、组成原理、操作系统、计算机网络这四门课中挑选两到三门来考。不同学校的试题难度相对不同学校的学生存在有非客观的因素。为使学生在计算机专业课考试中有一个客观的评价,教育部针对这个问题提出了统考科目。众所周知,计算机学科整个课程体系粗略可以分为软件理论和硬件理论两部分。“数据结构”是软件课程的基础,“计算机组成原理”是硬件课程的基石。在这两门课程的基础上,操作系统讲述的是如何使计算机展现给用户强大而易用的功能。随着网络应用的兴起,计算机网络运行基本原理也显得越发重要起来。因此,将这四门课被选定为计算机专业研究生入学考试考查的课程还是比较科学的。计算机专业考研统考给我们的计算机教学提出了新的要求。
1“计算机组成原理”考研大纲解析
1.1大纲考查目标
首先我们要知道考研大纲的考查目标,大纲中明确指出了课程的考查目标为:
(1)理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。
(2)理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
(3)能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,并能对一些基本部件进行简单设计。
1.2大纲解析
从大纲的考查目标以及近两年的真题中可以看出“计算机组成原理”课程的教学内容不仅要传授有关硬件设计的课本知识,更要重视理论知识与实践过程的结合,将知识综合灵活运用,重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。本课程应该着重培养学生关于计算机硬件系统方面的3种能力:即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验,培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。通过对数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验,使学生掌握计算机的运算特征;通过指令系统的相关知识,使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法;通过存储系统的详细讲解和实验,使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理;通过CpU及控制单元的功能和结构的详细分析,结合指令执行控制的深入讲解和实验,使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法;通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解,使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。
2教学方法探讨
2.1教学内容设计
通过对大纲及其所涉及的知识点的分析来看,“计算机组成原理”考研大纲首先要求学生了解各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。也就是要求学生既能够从全局或宏观的角度掌握计算机硬件系统的整体结构和工作原理,又能从局部或微观的角度理解计算机各个部件的工作过程和交互方式。任课教师不但要使学生清晰地了解所学内容在课程知识结构中的位置以及和其他部分之间的关系,还要使学生对所学内容具有清晰的脉络和思路,这对学生全面地掌握本课程的知识具有十分重要的作用。因此,有必要研究并实践一种有效的教学模式,使学生从微观层面掌握课程知识单元、从宏观层面建立该课程知识体系,进而培养学生关于计算机硬件系统的认知能力、设计能力和创新能力[1]。
在实践中,我们从知识与能力两个层次,课堂与实验两个环节对“计算机组成原理”课程与实验体系进行了详细设计,采用自顶向下的教学思路,建立了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化课程内容设计模式。通过提出问题、分析问题、分析功能需求、探讨解决思路、总结功能特征、介绍设计与实现细节的教学内容展开模式,分别对存储系统、计算单元、控制单元和输入输出系统的教学内容进行设计,贯彻局部组成体现整体功能、微观实现体现宏观结构的教学内容设计思路,同时突出“功能分析”和“结构设计”两条主线。
2.2教学方法
在实际教学过程中,有些学生,甚至老师认为各硬件课程之间的衔接并不紧密,互不相干。有的教师讲到的知识点如果用到了前导课程的知识,很多老师在这里就只是一笔带过,没有将前导课的知识点和本课程衔接和过渡起来,而知识之间的贯穿、联系去靠学生自己去领悟,这样的教学效果可想而知。因为课程与课程之间的联系内容对同学们对旧知识的加深和对新知识的理解起着非常重要的作用,教师明确将这种衔接和过渡告诉学生,学生才能在大脑里形成一个严密完整、一环扣一环的硬件体系[2]。
在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上,我们通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解,结合相应设计实验,培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上,可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。如课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容;课后练习可进行框架性设计;配套实验可围绕规范、典型的模型系统,从功能部件的实现开始,直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能,掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境,体验计算机硬件系统的设计过程,掌握相关硬件设计技术与方法等目的。
课堂教学和实验应着力培养学生的创新意识和创新能力,在培养学生认知和设计能力的基础上,通过对计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨,体会在特定的技术条件下的创新思维;针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求,结合新技术向学生介绍该领域的技术发展趋势,引领学生突破思维定势,以此培养学生的创新意识。通过集成计算机组成原理、操作系统、编译技术等课程知识内容的综合课程设计,培养学生的基本创新能力。
3教学方法实践
在教学中笔者还有意识地运用以下一些方法。
3.1多媒体教学
“计算机组成原理”传统的教学方法是采用粉笔加黑板的教学方式,教学手段单一。很多工作过程都发生在芯片内部,看不见也摸不着,内容很抽象,而且电路图、时序图也非常多。如果总是空讲或是单凭老师在黑板上画是远远不能满足授课需要的。要解决这个问题,就得充分利用现代的多媒体手段,上课的时候通过多媒体课件,使同学们有一个直观的、感性的认识,同时扩大学生的知识面。比如:要讲解CpU执行指令的时候,最好制作一个能反映CpU每一步工作流程的动画,动画生动地反映了计算机指令被执行的详细过程,指令如何流动,数据如何获取,结果如何存放。这样就能使同学们直观地获得感性认识,同时也加深了大家对理论知识的理解和记忆。
3.2启发式教学
启发式教学是指教师有意识地提出一些现象或问题去引导学生思考。例如,讲解加法器的时候引导学生思考:aLU内部有加法器,那么有减法器吗?教师进一步引导:补码出现的意义是什么,补码如何实现减变加?经过启发引导,学生把前后两个看似孤立的知识点有机联系在一起,构成完整的知识体系。
3.3类比教学
类比教学是在授课过程中将一些概念、策略和思想等与现实生活中的生动事例进行关联、类比。使学生更容易理解和牢固掌握教学内容、抓住关键思想。例如:为了便于理解指令寻址方式,用生活事例类比:你想找张三,如果张三与你在同一办公室,在办公室可直接找到他,这相当于立即数寻址;如果张三与你不在同一单位,但你知道他的家庭地址。根据地址到张三家可以找到他,这是直接寻址:如果你不知道张三的地址,但是你知道李四的地址,而李四知道张三的地址,可以通过李四找到张三,这就是间接寻址。再如,把存储层次中的映像规则与阅览室的位置分配进行类比;把局部性原理与衣柜里存放什么衣服以及电脑的桌面放什么图标相关联;把流水线技术与工业流水线进行类比等[3]。
还有在讲述计算饥存储系统时,学生对Cache在计算机系统中的作用不能准确把握,此时可以列举:假没学生要找一个同学的电话号码,一个途径是从整个城市的电活号码薄中去查,另一个途径是在自己随身携带的手机通讯录中去查,显然在手机通讯录中去查会快得多。这例子形象地说明了在Cache中获取数据会比在主存中获取数据更快,另外也说明了Cache的另一个特点:虽然存储容量有限,但所存储的信息是较常用的。又例如教学总线宽度的慨念,可借助于城市道路宽度来类比说明。
3.4根据教材内容补充最新的实用知识
计算机技术的迅速发展和教材的出版周期的不协调,使得教材中部分知识显得较老或过时,这也是造成学生学习兴趣不高的原因之一。因此,教学过程的每一环节,都尽量补充一些当前最新技术的发展情况和新型元器件的介绍。让学生不但能在该课程中学习到理论知识,还能开阔眼界并学习到实用的知识,从而有效提高学习积极性[4]。如:在讲述内存的存储单元工作原理和读写工作周期时,也可以补充一些与当前流行的计算机内存的相关知识,如SDRam、DDR、DDRii等,以及内存工作参数如pC150、DDR266、DDRii800等。又如:讲存储器时,也可以补充Rom、pRom、epRom、eepRom,使学生在比较中了解这几种存储器的区别和发展历史。在输入输出系统教学中,需要指出哪些技术和设备已经过时,让学生清楚了解输入输出系统的发展过程。同时补充一些当前最新的输入输出设备的发展、技术和性能,如U盘和串行硬盘存储系统、液晶显示系统等。由于这些最新的技术和产品是学生经常接触到的,相关知识容易吸引他们的兴趣,让学生清楚地理解教材内容究竟有哪些实际应用,可以让学生在学习理论知识的同时也学到一些与实践和应用相关的知识。这样,使学生对知识的记忆不再孤立,而能进行关联记忆,产生较好的教学效果。
4结语
总体来说“计算机组织原理”课程的难度还是较高,在计算机专业课里占到45分。在学习的时候要特别注意以下几点,第一要正确理解大纲的基本概念,掌握概念的一些要点;第二把概念和原理联系起来,不要孤立学习某一部分,要关联起来,因为计算机各个部件之间本来就是一个相互联系的整体;第三要把握重点、难点,主次分清。
以上是笔者在多年“计算机组成原理”教学改革摸索过程中的一些心得体会,归纳起来就是:通过合理组织硬件课程的知识内容,使它们详略得当,突出重点;充分结合实际,引入当前的许多实例来丰富学习的内容,提高同学们的学习兴趣;采用新的教学方法,使用多种教学工具充分调动同学们学习的积极性和主动性,提高学生对计算机组成的实际分析、设计和动手操作能力。通过以上这几个方面来提高课程的教学水平和教学质量,促进课程的建设与发展。在教授知识的同时,作为教师也应该不断学习提高,加强学科科研,立足教学,只有这样教师才能把“计算机组成原理”课程讲好,学生才能更加深入地理解和掌握课程内容,对考研大纲所要求的各个知识点才能更加融会贯通,当然也能够取得较为理想的考试成绩。
参考文献:
[1]刘旭东,熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育,2009(7):74-76.
[2]杨振华.“计算机组成原理”课程改革探索[J].中国电力教育,2008(23):119-120.
[3]王志晓,夏战国,王凯.《计算机组织与体系结构》教学改革与探索[J].福建电脑,2009(2):213-214.
[4]王勇,黄贤英.“计算机组成原理”的教学方法[J].重庆工学院学报:自然科学,2008,22(3):167-170.
DiscussionofteachingmethodtotheprinciplesofComputerorganization
undertheenvironmentofnationalUnifiedexams
wanGDing-lei
(anyangnormalUniversity,anyang455002,China)
计算机硬件系统的基本功能篇9
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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计算机硬件系统的基本功能篇10
关键词：嵌入式系统；课程体系；实验平台
中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：1009-3044(2012)15-3647-04
物联网、云计算目前已经成为信息产业的主流方向，在这个主流方向中，最核心、最关键的部分是嵌入式系统。调查数据【1】显示，市场对嵌入式人才的需求缺口巨大。就高校而言，培养符合行业要求的人才是高校的职责，而人才的培养又始终离不开切实可行的教学计划和课程体系，制定符合行业实际的教学计划和课程体系，是培养人才的关键。而开设什么样的课程来培养符合行业要求人才，又要依据行业特点和对人才的技术要求来确定，否则就会偏离行业要求，满足不了行业需求。在2008年《普通高等学校高职高专教育指导性专业目录(试行)》里已经规划了嵌入式技术与应用专业(专业代码510121)，但还没有形成一门独立的本科专业，近几年高校中的电子专业、计算机专业以及机电与自动化专业、通信专业都相继开设了嵌入式系统相关课程,大都针对本科高年级学生或者研究生开设了嵌入式系统方向。从国内不同高校不同专业开设的嵌入式系统课程来看，各具特色，有些硬件课程开设的多，有些软件课程开设的多。这主要是由于嵌入式系统本身包含软件与硬件两个层次,在设计与应用方面,又具有软硬件协同工作的特点,既要依据硬件设计软件,又要依据软件确定硬件,不能简单的说哪个更重要,只能从应用的角度讲其侧重点不同。因此对于不同专业开设的嵌入式系统课程，不能一概而论。本文主要从嵌入式从业人员进行嵌入式系统开发所具备的知识要求和技术要求为依据，确立计算机专业本科生从事嵌入式系统开发应具备的基础知识和技能，并着重对计算机专业本科生嵌入式系统的课程体系构建内容及实验平台方案进行探讨和研究。
1嵌入式系统概述
嵌入式系统是以计算机技术为基础、以应用为中心、软件硬件可裁剪并且对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从其概念来看，嵌入式系统是专用计算机系统，应该包含硬件系统和软件系统，具体地说，一个嵌入式系统硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备；嵌入式系统软件包括初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。一个典型的嵌入式系统应包含嵌入式硬件、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件三个部分构成。
由于嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，因此嵌入式系统是应用于特定环境下，针对特定用途来设计的系统，所以不同于通用计算机系统，它的硬件和软件都必须高效率地设计、“量体裁衣”、去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。嵌入式系统的基本特点就是“嵌入”、“专用性“和“计算机性”。由于系统的这些特性，导致系统的存在形式是多样的和面向特定应用的，并且对成本、功耗、可靠性和实时性特别关注，因此在嵌入式微处理器和嵌入式操作系统的选择上都要考虑这些特点。
2嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析
2.1嵌入式系统的技术研发岗位划分与设置
从事嵌入式技术的岗位主要是企业的研发、生产、销售部门，当然还有其它辅助部门，在此主要针对研发部门的岗位进行分析。嵌入式系统研发部门岗位的设置，离不开嵌入式系统的结构和开发过程，设置什么样的岗位、需要何种学历的人才都与嵌入式系统的开发过程紧密相关。就嵌入式系统而言，总体上可划分为硬件和软件两部分，硬件一般由高性能的微处理器和的接口电路组成，软件一般由硬件抽象层、嵌入式操作系统、软件应用平台和应用程序等组成,如图1所示。
硬件层是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的平台，包括输入输出接口/驱动电路、处理器、存储器、定时器、串口、中断控制器、外设器件、图形控制器及相关系统电路等部分。对于硬件层的设计开发要有较深的硬件开发经验，这些岗位一般都需要资深的硬件工程师。中间层包括硬件抽象层（HaL）或板级支持包（BSp），负责对各种硬件功能提供软件接口，包括硬件初始化、时钟管理、定时器管理、中断处理、总线管理、内存地址的映射等。它位于底层硬件和操作系统之间，是二者之间的桥梁。这个层次的设计开发不仅要精通底层硬件结构，还要熟悉上层的操作系统，主要工作是开发设备驱动程序。这部分工作需要有丰富的软硬件件研发经验才可以胜任。软件层主要包括操作系统和软件应用平台，操作系统主要是实现资源的访问和管理，完成任务调度，支持应用软件的运行及开发，软件应用平台则是为了提高开发速度与软件质量，一些应用提供商开发了一些可重用的应用平台，封装了一些常用的功能，同时提供api接口，可以在此基础上进行二次开发。这些岗位要求具有丰富的嵌入式操作系统开发经验和软件工程能力。功能层主要指的是应用软件层，位于嵌入式系统层次结构的最顶层，直接与最终用户交互。针对各种特定功能来编写应用程序，实现系统的功能应用。主要是进行大量的C、C++或JaVa语言编程，不需要更多涉及底层硬件，大都是基于操作系统之上的编程。这些岗位要求就有丰富的嵌入式应用软件开发能力。从嵌入式系统开发流程看，还可以对硬件层、中间层、软件层、功能层四个层次的研发工作进一步细化。
2.2技术研发岗位从业人员核心能力分析
对于从事嵌入式系统研发的技术人员而言，必须具有与岗位匹配的核心能力才可以胜任工作。文献[3]就嵌入式整个行业的从业人员在不同岗位应具备的知识和能力进行了描述。由于目前国内就嵌入式人才的评估和认证只有嵌入式工程师认证，因此本文将从硬件设计、软件设计、系统架构、软、硬件测试这五类技术研发岗位进行研究，来确定相应人员应具备的知识和能力要求。对于每一类岗位，将从岗位工作任务、岗位知识能力、主要技能和核心能力这四个方面就行研究，其中岗位工作任务是指该岗位应完成日常基本工作的事务范围，岗位知识能力是指该岗位应具备的基本知识要求，主要技能是指该岗位技术能力的要求范围，核心能力是指该岗位工作主要能力要求。分析结果如表1所示。
2.3技术研发岗位知识要求
表1就目前嵌入式技术人员的五种岗位要求从四个方面进行了分析，从分析的结果看，对于硬件设计及测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉或者掌握模拟电子线路、数字电路，单片机等基本的硬件电子电路设计知识；②熟悉和掌握C语言或者C++语言及接口电路程序设计；嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计③至少熟悉l到2种基本的eDa工具，如moDeLSim、Quartus?li、protel等；④熟悉各种常用工具和仪器仪表，熟悉电子元器件性能分析。软件设计软件测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉Linux，winCe，Vxworks等操作系统的各种软件开发环境；②熟悉GUi开发过程、熟悉网络编程、多任务编程等；③精通C语言、汇编语言；④熟悉嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计。⑤熟悉嵌入式软件开发模式及方法，熟悉白盒测试、黑盒测试和回归测试，熟悉单测试、集成测试、系统测试过程及测试的误区的分析。系统架构人员应具有的知识点：①熟悉嵌入式软件工程；②熟悉面向对象和结构化软件开发方法；③精通常用软件开发语言；④熟悉软件架构模式和设计模式，熟悉常用软件建模技术。
3计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建及分析
3.1计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建
从嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析来看，对于计算机专业，在构架课程体系时，应该结合计算机专业特点及嵌入式技术研发岗位和应具备的知识能力出发，可从理论与实践两个方面，去制定切实可行的专业课程体系。本文将从理论课程体系和实践课程体系两个方面阐述课程体系和实践平台的构建。其平台结构如图2所示。
在图2中，计算机专业基础和核心课程体系可依据计算机专业相关培养课程体系及目标确定，本文不再赘述。对于嵌入式系统理论课程体系可分别从硬件课程、语言课程、专业课程三个方面进行构建，其中硬件课程可包含有电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、计算机组成与体系结构、微机原理与接口、aRm体系结构与编程、电子线路设计、计算机控制系统、单片机原理与应用、DSp技术及应用、FpGa设计基础等课程；语言课程可包含有C语言程序设计、VC＋＋程序设计、离散数学、数据结构、VB程序设计、C#程序设计、J2ee中间件技术、C语言深入编程、C++/VC++深入编程等课程；专业课程可包含有嵌入式操作系统、Linux设备管理与应用、aRm体系结构与编程、嵌入式系统设计、winCe系统设计与应用开发、面向操作系统的程序设计、多核程序设计等。对于嵌入式系统实践课程体系可从专业实践与认证培训两个方面进行构建，其中专业实践可从课内实践、课程实训、项目团队、专业竞赛、企业实习、毕业实习等方面进行构建。在专业实践中，课内实践和课程实训是对嵌入式专门知识的巩固与提高，综合实践是阶段性综合能力培养的需求，项目实训与毕业设计是综合分析设计能力的保障。而对于培训认证，可参与aRm公司全球认证、中国软件行业协会嵌入式认证、中国电子学会认证、信息产业部认证等机构和部门的培训认证活动。
3.2嵌入式系统课程体系分析
从嵌入式系统课程体系的内容来看，具有三个方面的特点。首先是体系完整，专业特色突出，整个课程体系体现四个方面的能力培养：①编程能力培养，体现在C语言程序设计、C语言深入编程、C++/VC++深入编程及面向操作系统的程序设计等课程。②实践能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用开发实践、Linux和winCe操作系统与应用开发实践、嵌入式系统设计与应用综合实训及毕业实习和毕业设计等方面。③应用能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用、嵌入式图形界面开发及嵌入式测试技术等方面。④创新能力培养，主要体现在创新团体、嵌入式竞赛、企业实习及一些嵌入式协会等。其次，整个课程体系具有侧重应用，循序渐进，层层递进的特点。从软硬件编程到专业技能培养，再到项目实训和毕业设计是递进式的。软硬件编程是整个能力培养的基础，专业技能是提高，项目实训和毕业设计是综合应用能力培养。最后，整个课程体系涵盖了微软、信产部认证课程。微软认证为微软winCe嵌入式系统工程师认证，其课程主要包括winCe系统设计与应用和嵌入式系统设计。信产部认证为嵌入式系统设计师认证，其主要课程包括嵌入式系统设计、嵌入式测试技术和aRm体系结构与编程。
4计算机专业嵌入式系统实验教学平台的构建
根据嵌入式系统实践课程体系构建的设想，对于教学实践，要根据计算机专业和嵌入式系统开发的技术要求和岗位职责，可进行合理规划。既要让学生掌握坚实的基础知识，又要让学生跟得上主流技术潮流。由于嵌入式系统在构成上可由硬件和软件构成，因此在进行实验教学时，可从硬件和软件两个方面进行构建。根据目前嵌入式系统开发的主流技术来看，在硬件选型上要以X86CpU、单片机和aRm处理器为主，在操作系统的选择上要以winCe、Linux、μC/oS-ii和Vxworks等操作系统为主，可从驱动程序设计、嵌入式系统界面、应用程序等方面进行实验。本文提出了一种可行的实验架构，如图3所示。
图3嵌入式系统课内实验体系
图3从三个层面对实验教学进行了规划，最底层为硬件层，可选择不同的处理器及各种电路及存储设备进行实验，如X86CpU、aRm处理器、单片机、数模转化电路、i/o接口、通用接口、Rom、Ram等。中间为操作系统层，可选择主流嵌入式操作系统进行实验，如winCe、Linux、μC/oS-ii、Vxworks等。最上层为应用层，可从嵌入式驱动层序开发、嵌入式图形用户界面以及应用程序的设计等方面进行实验，其中在程序设计语言的选择上可重点考虑汇编语言、C/C++语言、JaVa为主要训练语言。
5总结
进几年来，市场对嵌入式人才的需求持续走高，但符合企业要求的合格嵌入式从业人员不多，缺口很大。如何缓解人才供需矛盾，是政府和学者们关心的问题。目前就全国高校的普遍情况来看，嵌入式系统还尚未开设本科专业，很多高校只是开设了嵌入式系统方向课程，而且开设的课程五花八门，很难规范。本文从嵌入式系统构成及特点以及嵌入式系统从业人员的职业岗位出发，探讨了嵌入式系统课程体系和实践体系的构建，并针对计算机专业实验教学提出了一种教学结构。通过本文的探讨试图为解决嵌入式课程规范化做出应有贡献，从而加快嵌入式系统开发人员培养，解决市场人才短板而有所作为。