计算机软硬件基础知识

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计算机软硬件基础知识范文第1篇

关键词：嵌入式系统；人才培养目标；计算机本科专业；课程体系

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01

Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。

嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。

目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。

二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标

按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。

毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。

三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路

嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。

（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合

嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。

（二）与嵌入式系统自身特点相结合

嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。

（三）与市场、企业需求相结合

高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。

四、嵌入式方向课程体系基本内容

要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。

（一）理论课程体系

计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。

在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。

（二）实践课程体系

嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。

五、结束语

在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。

参考文献：

[1]马义德,汤书森,张北斗等.嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养[J].高等理科教育,2004(8):23-25

[2]徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发,2009(28):145-146

[3]徐敏,林瑞金,关健生.嵌入式系统教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(3):13-15

[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70

[作者简介]

计算机软硬件基础知识范文第2篇

获得计算机一级证书表明持有人具有计算机的基础知识和初步应用能力，掌握Office办公自动化软件的使用及因特网应用，或掌握基本图形图像工具软件（Photoshop）的基本技能，或网络安全基本素质，可以从事政府机关、企事业单位文秘和办公信息化工作。

获得计算机二级证书表明持有人具有计算机基础知识和基本应用能力，能够使用计算机高级语言编写程序，可以从事计算机程序的编制、初级计算机教学培训以及企业中与信息化有关的业务和营销服务工作。

获得计算机三级证书表明持有人初步掌握与信息技术有关岗位的基本技能，能够参与软硬件系统的开发、运维、管理和服务工作。

获得计算机四级证书表明持有人掌握从事信息技术工作的专业技能，并有系统的计算机理论知识和综合应用能力。

（来源：文章屋网 ）

计算机软硬件基础知识范文第3篇

关键词：地方院校；课程体系；教学改革

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)27-2020-02

Teaching Reform and Practice of Computer Hardware Courses in Local College

LIANG Yan-lai, LIU Chao

(Dept. of Math & Computer Science, Yulin Normal' College, Yulin 537000，China)

Abstract: By analysis on problems existing in computer hardware courses teaching, a reasonable computer hardware course system was rebuilt, in view of local fact and social demand. Some feasible advice was given on teaching reform and practice of computer hardware courses, from such aspects as teaching contents, teaching means, teaching methods to improve the teaching quality.

Key words: local college; course system; teaching reform

1 引言

随着计算机科学技术的发展，计算机应用领域正在不断向生产生活的各个领域扩展渗透，尤其是各种电子电器产品的智能化发展，使得近年来IT企业对计算机硬件系统设计及开发人员的需求急剧增加。然而目前大多数高校（尤其是地方院校），计算机硬件课程教学相对薄弱，培养的计算机硬件人才无论从数量还是质量上，均无法满足人才市场需求。因此非常有必要对地方院校计算机硬件类课程进行改革与实践，使其既能适应地方实际又能满足社会需求。

2 重视硬件教学

截止到2004年初，我国普通高校总数为1683所，本科学校679 所，505所开设有“计算机科学与技术”专业，是全国专业点数之首[1]；其中，这505个计算机专业中有接近一半是1994年后开办的地方新升本科院校。由于计算机专业建设的数量大、任务重、时间紧，导致专业建设者产生功利思想和短期行为。计算机硬件课程不仅难教难学，而且对于硬件设备和实验条件有较高要求，教学成本远远高于计算机软件课程教学，因此形成了计算机专业建设“重软轻硬”和师生教学“喜软怕硬”的畸形发展现象，这在经济条件和师资力量较差的地方院校中表现尤为突出。

然而计算机是由硬件和软件组成的，缺了任何一样都无法运行。不重视计算机硬件教学与科研的结果之一，就是近年来计算机软件人才相对过剩，硬件人才供不应求。另外一个结果就是，目前我国使用的计算机核心部件“芯片”几乎都是从国外大公司进口的，如联想等公司的产品，用的都是英特尔公司的“奔腾处理器”。核心器件严重依赖国外芯片制造商，这给国家信息安全造成了严重隐患。因此，我国计算机界的权威专家多次强调呼吁加强计算机硬件的科学研究和人才培养。令人欣慰的是，中科院计算技术研究所于2002年研制成功中国第一款CPU芯片“龙芯Ⅰ号” [2]，从而结束了中国人只能用洋人的CPU造计算机的历史。

3 优化教学内容

计算机硬件系列课程教学内容目前存在的突出问题有：软硬件分离，知识不能融会贯通；急功近利，理论基础不扎实；脱离实践，理论不能应用于实际；知识陈旧，远远落后于计算机硬件技术的迅猛发展。因此要从系统性、基础性、应用性和先进性等方面对硬件课程教学内容进行选取和调整，将技术已经落后或者使用较少的内容从课程中删除或压缩，将最新技术发展内容及时补充到课程体系中。

3.1 重视系统性

由于种种原因，计算机专业现有课程体系软硬件各自相对独立，综合性、系统性较差，导致学生学习各科知识后不能融会贯通，没有整机概念。然而技术的进步以及应用的需求迅速推动系统规模变得越来越大，功能实现也越来越复杂。传统的硬件教学和软件教学相分离的教学方法已经成为阻碍学生深入学习计算机的关键因素。打通计算机软硬件理论教学，设计计算机软硬件协同实验，培养学生知识的系统性和能力的综合性成为当务之急。

3.2 重视基础性

著名物理学家、诺贝尔奖获得者李政道先生曾经讲过“只有重视基础研究，才能保持创新能力”，计算机硬件课程中大部分是计算机专业基础课，因为计算机硬件支撑着计算机软件的发展，很难想象一个不懂硬件的人能开发出多么优秀的软件。因此学习硬件课程时尤其要掌握基本理论、基础知识和基本能力。

3.3 重视应用性

计算机硬件课程教学过程中，应结合目前计算机技术发展的新趋势，将课程内容与实际联系起来，使课程的应用性加强，增设应用型计算机硬件技术课程，如《嵌入式系统》、《单片机技术》、《微机控制技术》等。这些应用型课程不仅可以激发学生学习硬件课程的兴趣，而且有利于增强学生就业竞争力。

3.4 注意先进性

目前，32位机已经普遍应用于日常生活和生产活动，64位机也正得到应用和推广，但是很多地方院校计算机硬件类课程仍然以16位机作为其教学模型，32位机少有涉及。这使得教师的教学不能联系实际，学生的学习不能应用于实践。因此，在硬件技术飞速发展的背景下，硬件课程教学要注意课程内容的先进性，不能几年一成不变。

4 重构课程体系

计算机专业的硬件类课程体系涉及课程众多，而且各课程在教学中过分强调每门课程的完整性和独立性，忽视了课程之间内容的衔接和知识的整体优化，教学内容重复，教学效率不高[3]。比如中断系统、存储器系统，计算机组成原理、微机接口技术、汇编语言程序设计、计算机体系结构都有涉及但都不完整，学生在学习过程中既感觉重复，又似懂非懂。根据地方院校物质条件和师资力量，重新构建的硬件课程体系被划分为基础层、核心层和应用层三个层次，并在各个层次上将内容关联较为密切的课程进行有效的整合。

4.1 拓宽基础

计算机硬件课程的基础主要包含数学基础、物理基础和计算机基础。其中，物理基础主要包含《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》等课程，这几门课可以以《数字电子技术》为核心进行有效整合；数学基础主要包含《高等数学》、《概率统计》、《离散数学》、《形式逻辑语言》等，其中《形式逻辑语言》可以合并至《离散数学》；计算机基础主要包括《计算机导论》、《C语言》、《操作系统》等。

4.2 确保核心

计算机硬件核心课程应该确立为《计算机组成原理》、《计算机系统结构》、《汇编语言》和《微机原理与接口技术》，由于这几门课程内容重叠较多，相互关联紧密，因此需要整合优化。其中前两门整合为《计算机组成与系统结构》，以计算机组成和系统结构的基本概念和原理为主要内容，重点介绍新型多核计算机系统的CPU、存储器、总线和I/O系统的硬件组成与工作原理，同时介绍并行计算机系统的发展趋势。后两门整合为《微机接口技术与汇编语言》，以Intel 80X86为背景机介绍汇编语言与接口技术的基础知识、原理和使用方法。

4.3 扩展应用

硬件类课程应用主要体现在嵌入式系统开发技术，主要包括单片机、ARM、DSP等技术。目前，嵌入式技术和嵌入式产品已经渗透到工业控制系统、信息家电、通信设备、仪器仪表、军事技术以及人们日常生活的各个领域。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使得嵌入式软硬件工程师成为最近以及未来几年内最为热门的职业之一。因此，作为地方新技术研究和探索最活跃的群体，地方高校应该接受嵌入式技术带来的挑战，尽快开设嵌入式系统的相关理论与实验课程，另外适当开设《Protel》、《AutoCAD》、《电子设计硬件描述语言》、《微机控制技术》、《Linux》等相关应用课程。

5 丰富教学手段

计算机硬件知识的特点是更新速度快、实践性较强，一些硬件课程不太适合以课堂教学为主的教学模式。改革计算机硬件课程教学方法和教学手段的基本原则应该是：知识的传授应当符合计算机硬件知识的特点，教学方法应当有利于培养学生的创新意识和创新能力。具体可以从以下几个方面进行改革尝试：

5.1 采用现代教育技术

由于硬件课程教学内容往往同时涉及时间和空间概念，具有较强的动态性和抽象性，难教难学。为此，需要充分运用现代多媒体教育技术，依靠教育信息资源和系统的教学方法，对硬件课程中的重点难点内容以多媒体形式进行教学设计，将静态图形变成动态图形，抽象内容变为可视内容，图文声并茂，从而起到良好的教学效果[4]。

5.2 建设硬件学科网站

学科网站的本质是一个基于网络资源的学科研究、协作式学习系统，它通过在网络学习环境中向学习者提供大量的学科学习资源和协作学习交流工具，让学习者自己收集、分析并选择信息资料，应用知识去解决实际问题。它强调通过学习者主体性的探索、研究、协作来求得问题解决，从而让学习者体验和了解科学探索过程，提高学习者获取信息、分析信息、加工信息的实践能力和培养良好的创新意识与信息素养。通过建设硬件学科网站，可以促进信息技术与硬件课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。

5.3 问题启发式教学

在课堂教学中通过巧妙设置问题，让学生去查阅资料，自主学习，然后由教师总结并讲解，进行启发教学，可以收到良好的教学效果。例如，对于容易的内容可以设置问答题，布置给学生进行自学；对于重点内容可以设置论述题，布置给学生进行课堂讨论；对于难点内容可以设置针对性的练习题，布置给学生进行课后思考。这种基于问题的启发教学模式，使学习者在问题研讨的过程中增长了知识，提高了问题解决能力，培养了创新意识。

5.4 任务驱动式教学

任务驱动式教学将传授知识为主的传统教学，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学。在教学过程中，教师根据教学目标与教学内容，设计实践任务，提供设计案例和研究工具，指导学生完成实践任务，形成设计作品，实现边做边学的教学理念。任务驱动式教学方法符合人类认知规律，注重以学生为主体，在培养学生的专业能力的同时，也提高了学生的通用能力。

6 加强实践教学

计算机硬件教育的实践性非常强。多年来，虽然计算机硬件特别是CPU的发展速度从几年一代已经发展到几个月一代，但是由于实验条件的限制，计算机硬件的实验教学却远远落后于计算机技术的发展。目前计算机硬件教学中实践教学的时间过少，而且验证性实验占绝大多数，造成学生硬件动手能力普遍低下，其创造力无法得到训练[5]。其客观原因是缺乏足够的物质条件，尤其是许多地方院校硬件实验设施匮乏陈旧，甚至不能应付基本的验证实验，更谈不上开展综合性、设计性实验以及自主性创新实验；而其主观原因是实践能力在考试评价体系中所占比例过小，实验指导教师的工作积极性不高，指导能力也有限。因此，要加强计算机硬件实验教学，就必须在思想上重视，并从实验室建设、实验师资培养以及实践能力考核等方面采取有力措施予以保证。

7 结束语

本文针对地方院校的实际情况以及硬件课程教学中出现的典型问题，构建了分层次的硬件课程教学体系，并在各层次上整合优化了课程内容，通过丰富教学手段和加强实践教学等方面的有力措施，对地方院校计算机硬件类课程教学进行了改革与实践，取得了良好的效果。

参考文献：

[1] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会．中国计算机本科专业发展战略研究报告[J]. 中国大学教学, 2005, (5):7-10.

[2] 唐志敏. 龙芯1号通用CPU芯片的研制[J]. 中国科学院院刊, 2002,(6):437-439.

[3] 宋人杰,周欣欣,牛斗. 计算机专业硬件系列课程教学改革探讨[J]. 东北电力大学学报. 2007, 27(5): 30-33.

计算机软硬件基础知识范文第4篇

关键词:计算机组成原理;EDA技术;课程设计

中图分类号:G642 文献标识码:B

1背景

“计算机组成原理课程设计”是计算机科学与技术专业本科教学阶段的核心专业基础课程“计算机组成原理”的重要实践教学环节。其先修课有“数字逻辑”及其实验,其后继课程有“计算机体系结构”,“编译技术”,“接口与通讯技术”等。

本课程起着承上启下的重要作用,通过本课程的各项实验,使同学进一步掌握计算机各部件的基本原理和结构,掌握计算机各部件的基本设计方法和实验方法,帮助同学建立计算机时间―空间的整体概念,巩固课堂知识,初步培养学生的实验操作能力和分析解决问题能力。

但是以前的教学实践中在CPU硬件设计这一重要内容方面存在不足。CPU、DSP处理器乃至计算机系统的设计技术及相关课程随着新技术的发展应该成为计算机科学与技术专业中重要的组成部分,计算机专业对于软硬件综合设计人才的培养是责无旁贷的,也是本专业的特色与亮点。作为计算机专业的人员,如果只会使用计算机而不会设计CPU 和计算机,那么和其他专业比较就没有优势,不符合计算机专业的办学宗旨而缺失市场竞争性。

调研表明,国内大多高校仅将“计算机组成原理”定位为“计算机科学导论”和计算机模型认知的层面上;而在实验与实践方面,“计算机组成原理”的实验则主要是在一些由分离元件构成的实验平台上,完成简单模型CPU的验证性实验,基本谈不上设计。这显然难以满足教育部在《关于加强高等学校本科教学工作,提高教学质量的若干意见》中关于“高等学校要重视本科教学的实验环节,保证实验课的开出率达到本科教学合格评估标准,并开出一批新的综合性、设计性实验”的要求。

随着科学技术的发展,核心技术已经愈来愈集中在集成电路芯片和软件这两项之中,其中CPU 和OS设计技术是最核心的两项技术,特别是高性能计算机技术一直是衡量国家实力的一个重要标志。美国、日本和西欧等国都作为一种国家行为,不断加大这方面的资助力度。美国的许多高校本科计算机专业中也都安排了CPU 设计方面的课程和实验内容,例如麻省理工学院的一门相关课程是“计算机系统设计”。学生在实验课中,须自主完成(即自行设计)ALU、单指令周期CPU、多指令周期CPU,乃至实现流水线32位MIPS CPU和Cache的设计。斯坦福大学计算机系的本科生也有相似的课程和实验,即“计算机组成与设计”课,实验要求学生以各自独立的形式,用VHDL语言自主实现CPU、VGA显示控制模块等接口,并最后实现于FPGA中,及完成软硬件调试。此外,如加利福尼亚大学和伯克利大学等学校在基于FPGA 的超级计算机研制方面都实现了大量成果。因此我们有必要向国外的先进教学实践学习,应用EDA技术改革“计算机组成原理”课程的实践教学环节。

2改革目标

基于以上问题的考虑,学院计算机体系结构教学组经过调查研究,深入讨论,决定改变基于小型模拟计算机系统的实验教学模式,采用基于硬件描述语言方式,通过让学生实际进行计算机各个组成部件的设计方式进行实验教学,以提高实验教学水平。

为了更好地贯彻学院的本科教学培养计划,培养出基础知识扎实,具有创新意识,善于自主学习,实践能力较强的计算机高级专门人才,我们提出了“计算机组成原理”实验教学环节的下列改革目标。

2.1与基于EDA的现代工程设计接轨

首先,在“计算机组成原理课程设计”中增加向工程实际转化的符合现代计算机系统工程设计规范的硬件设计内容。在传统的实验模式中虽也有“设计”内容,但主要是根据不同实验系统各自规定的方法,用既定的分离元件和接口器件进行拼装搭接而成,学生无法从这样的“设计”过程中了解真实的现代实用CPU基本设计技术。

其次,使学生在了解计算机组成原理和软件设计技术的同时,学会计算机硬件设计技术。计算机的软硬件设计技能是一个合格的计算机专业学生本应具备的基本知识,离开了硬件设计,自主创新能力的培养便无从谈起。以前不少计算机专业学生只将注意力和兴趣集中在各种编程环境、开发工具、数据库、计算机网络的技术上面,对于硬件技术的学习和应用研究不感兴趣或忘而生畏,培养学生掌握计算机硬件设计技术,能从根本上解决这个问题。

2.2培养创造能力

从创造能力培养的角度看,软件设计人员只须拥有逻辑上的单向一维思维能力就能保证软件设计的成功,即过量单纯的软件设计,不断强化设计者纯逻辑性思维和收敛性思维。显然,这与培养植根于多维多向的发散性思维方式和非逻辑思维方式的创造能力是相违背的。因此,多数纯软件设计训练只能归类为技能性和知识性训练。

硬件系统设计则不同。首先,硬件系统可以有许多相关或互为独立的模块组成,相关模块的关系可以是同步,也可以是异步。其次,硬件系统设计本身并不能离开软件设计,因此硬件系统的构建是一个软硬综合的并发系统,设计和把握它自然必须拥有并发和多维的思想方法。例如在时序问题和竞争冒险问题的解决上有时还可能用上非逻辑思维方法。而Verilog HDL语言正是描述和设计硬件系统的计算机语言,它的语句都是并发的,甚至包括进程中的顺序语句。基于EDA技术和Verilog的计算机设计训练无疑十分有利于强化发散性思维和自主创新能力的培养。

3实施方案

3.1实验教学体系的改革

计算机专业的硬件基础实验课多年来一直采用传统的芯片搭电路的方法,此方法过于陈旧,限制了学生能动性的发挥。在实验教学中引入现代EDA技术是必然趋势。

在计算机组成原理实验中我们引入该技术,采用先进的虚拟设计及仿真软件工具quartusII,结合GW48_SOPC实验箱,可以设计、仿真与硬件下载验证计算机的各功能部件。

3.2实验教学软硬件设备及教材的建设

EDA技术的发展已从根本上改变了传统电子系统的设计与开发模式,我们必须适应这一趋势。为此,在学院的大力支持下,我们建设了一个可以容纳65人的计算机组成原理专用实验室,新购置了65台高性能的PC机及终端桌椅。另外,学院还将采购65台新型的基于FPGA芯片和EDA环境进行实验的计算机组成原理实验台,该平台已被国内数十所大学采用。学院的EDA课程实验即采用类似平台,两年多的运行证明性能良好。在实验软件工具方面,我们紧跟国际步伐,引入了高级的虚拟设计与仿真软件工具quartusII。

在教材的建设方面,我们经过两年的教学实践,在实验项目方面有了一定的积累,但距离改革目标还有很大的距离。为了促进教学改革的进一步深入开展,我们将在原有实验指导手册的基础上,增加新的实验项目,并系统整理与实验内容相关的硬件描述语言Verilog HDL,quartusII使用手册及实验台技术手册。在此工作的基础上,将形成“计算机组成原理课程设计”正式出版的配套教材。另外,我们还将结合多媒体技术开发新的教学课件,并建设相应的课程网站,作为教学强有力的辅助手段。

3.3实验教学内容的设计

实验教学内容根据学院实验计划大纲要求,结合工程实际来确实,充分考虑了可操作性与可行性。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计出CPU,但首先,学生必须初步掌握Verilog HDL硬件设计语言,学会使用quartusII设计工具,知道CPU的各个功能部件如何工作,以及相互之间是如何配合构成CPU的。

因此,为满足教学需要,实验教学内容将采用由基本到综合的方式逐层开展,“必修实验+选修实验+综合实验”相结合的方式。首先,设计出一个完整的CPU实验方案,然后再将这个CPU分解出一套功能部件实验,包括:总线传输实验、运算器实验、存储器实验、数据通路实验、时序电路的组成、控制原理实验、微程序控制器实验等。必修实验内容主要由这些功能部件实验作为基础,同时增加大量相关的其他实验内容作为选修实验以供学生选择,满足不同层次的需要。必修实验完成的功能部件在综合实验中进行组装,形成一个完整的CPU。

3.4实验教学的组织方式

培养学生实验能力和设计创新能力是我们实验教学的重要目标。为了贯彻这一指导思想,根据该实验课程的特点,课堂上教师只是启发性地讲解实验的关键点,其余部分全部由学生独立完成。每位学生可根据自己的实际能力在完成必修实验内容的基础上,还可选做选修实验以扩大知识面加深理解,完成选做实验项目者可适当加分。

由于课程的学时数十分有限,因此我们要鼓励学生在课后自己动手完成大量的选修实验,任课教师除上课时间外,每周还可以安排一次集中答疑时间,以解决学生在课外实践中遇到的困难。

实验中的模块我们只给出框图,其具体内容要求学生自己用电路图或Verilog HDL硬件描述语言完成。在编译调试过程中遇到困难尽量由学生根据理论所学内容自己解决,并记录在实验日志中,让教师充分了解每位学生的实验情况。另外每个模块可以设计一些障碍让学生修改,提高他们的实验兴趣。实验内容的安排遵循验证与设计相结合,注重基础,突出应用的原则。

课程严格遵循课前预习和设计(电路图和Verilog程序)、课上调试(实验日志记录)和验收、课后完成报告的实验环节。其中实验日志记录是其中一个重要的环节,它将贯穿于整个实验阶段,体现学生实际实验的情况,是学生独立实验的一项重要证明。实验日志按时间顺序主要记录:实验进行中遇到的问题及解答;回答实验教材中以及教师课堂上提出的问题。

3.5实施效果和亟待改进的问题

实验教学改革方案从2007年春季开始,已经实施了两个学期。总的来说,实施效果令人满意,主要体现在以下几个方面:

(1) 加深了学生对理论课的理解和学习兴趣。在实验课中,通过启发性地讲解实验关键点,使学生能够将理论课上学到的知识和具体的实验有机地联系起来。学生在理论课上学到的主要原理都能应用于具体的实验项目中。而具体的实验过程反过来又能加深对原理的理解和认识。两者之间相辅相成,极大地促进了学生的学习兴趣。

(2) 调动了学生学习相关知识的主观能动性。在实验课中,一方面教师只讲解关键点,这样要完成实验,学生就必须要自己去主动的查阅相关资料;另一方面实验内容设置了综合性实验和选做性实验,这些实验涉及的知识点较多,教材中给的提示相对较少,学生往往需要费一番周折,克服一些障碍,才可能完成实验。

(3) 大大减少抄袭作业的现象。以前经常出现的抄袭作业现象,由于实验日志的出现而大大减少。实验日志记录是实验完成过程的一个详细记录,是学生和教师共同完成的过程。实验日志是没有标准答案的,每个学生的实验日志也不可能雷同,因而能有效地减少抄袭的出现。

实验教学改革是一个不断深入和发展的过程。在方案的实施过程中,也发现了不少亟待改进的问题,其中如何组织好教学内容是至关重要的。一方面要在有限的课时内将理论课中的关键知识点融入到实验内容中,另一方面为了配合好先行和后续课程的教学内容,还要将一些新的知识点和实验内容融入进来。这样如何在不增加学时的前提下,将这两部分内容更加有机的组织起来是日后必须要解决的问题。

4结束语

“计算机组成原理”课程设计的教学改革经过两学期的实践摸索,已基本明确了今后进一步展开深入教学改革的方向和目标。下一步将根据规划好的改革方案,继续实施各项改革内容,朝着预期目标迈进。

相信在对课程进行了上述改革后,必将极大地调动学生的学习积极性,启发他们的学习兴趣,为培养出基础知识扎实,具有创新意识,善于自主学习,实践能力较强的计算机高级专门人才奠定基础。

科学技术不断发展,计算机技术更是日新月异。因此,“计算机组成原理”实验课程的教学方式、方法也需不断更新变化。改革是一个持续不断的过程,需要我们不断地研究与探索。

参考文献:

[1] David A. Patterons,John L. Hennesy. Computer Organization&Design[M]. America: Morgan Kaufmann,2004.

[2] 郑文斌,陈晓竹,刘砚秋.“计算机组成原理”课程教学改革探索[J]. 计算机教育,2007(6).

[3] 谢俐,杨乐,杨鲁. 引入建构主义思想实行计算机公共基础课程实践教学改革[J]. 科技创新导报,2008(8).

计算机软硬件基础知识范文第5篇

【关键词】高职 计算机应用基础 教学改革

在我国，高职教育重在培养能力，重点在于培养技能型、应用型人才，这一类人才集专业理论知识和实践能力于一身，所以，进行实践性教学和训练学生的职业技能相结合是关键，高职教育理应对其引起重视。现如今，信息技术发展迅速，几乎无论什么行业都离不开计算机，人类的日常活动都已经离不开它。各大高职院校中都会开设计算机应用基础这门课程，而且是作为一门必修课来开设，这门课程的知识更新频繁，并且各行各业都会应用到，又具有很强的实践性。这门课程能够让学生掌握并学会操作运用基本的计算机基础知识，使学生学会通过运用计算机技术来分析问题和处理问题，它的基本目的在于培养各专业学生的职业技能，从而使得学生在今后的工作中对各种问题都能够应付自如。

一、如今在高职院校计算机应用基础教学出现的问题

（一）学校方面

在计算机教学软件和硬件基础设施的配套上，学校还需要改进。计算机应用基础课程进行的是公共基础课程教学，参与该课程的学生本来就多，然而，近几年，由于各大高校开始进行扩招，随之便有越来越多的学生参与到计算机应用基础这门课程中来。在教学设备方面，难以实现每个学生在上课时都有一台电脑，因为在学校的机房，现有的电脑比较少且都是用了很久的电脑。学生往往很少进行实际训练，几乎没有自己操作过。而仅仅可以通过听教师在课堂上传授理论知识或教师演示操作等形式来参与这门课程的学习，这样一来，理论和实践之间就很难接轨。之所以开设计算机应用基础这门课程，是为了学生在学习完该这门后，对于计算机软硬件的基本知识能够有所了解，学会怎样运用office 办公软件，对于日常活动中的一些问题，学会如何运用计算机来妥善处理。但是，在学习这门课程的过程中，学生只有进行计算机操作，不断地进行实际训练，才能学会怎样运用理论知识来具体操作。对于学生在课堂上学到的理论知识，没有进行及时的实训的话，久而久之，学生学习这门课程就会越来越被动。除此之外，另外，在学校的一些机房中，计算机的配置、硬件以及软件都是好久以前，不出故障的情况较少，但是，另一方面，Office 2003才是计算机应用基础课程中运用的办公软件，并且计算机应用基础课程的操作系统是 Windows XP，由于学校机房设备的落后，教师的教学效率也不理想。

（二）教师方面

一方面是教学方法几乎是一层不变，教学模式比较保守，虽然学生作为教学过程中的主体，但却发挥不了它应有的作用。这么一段长的时间里，教师一直采用“填鸭式”课堂教学模式，使得学生处于被动的境地，学生似乎不再是课堂上的主体，反而是学生围绕着教师转，把教材作为教学模板。以这种近乎保守的教学模式给学生授课，学生不但会丧失积极性，同时还会丧失创造性，如此一来，教学便起不到应有的作用，特别是具有很强实践性的应用型课程，计算机应用基础就是这一类课程，一旦学生没有兴趣学习，作为课堂主体的他们就会发挥不出它应有的作用，发挥不了学习的积极性，要想使教学任务完成就更加是难以实现了。

另一方面，这门课程的考核方式过于单一。平时教学没有安排成绩考核，尤其很少通过实践操作的方式来考核成绩，直到学期末了，也只是通过做试卷来检测学生的学习成绩，而不是进行操作考核。这种考核方式检测不出学生的操作能力和学习能力，检测出来的仅仅是这种方式理论和结果，这样，可能造成考核结果不公平，学生会因此而降低学习积极性，对于教师而言，他们看不到自己真实的教学效果。

（三）学生方面

现如今，在城市和经济发达地区，电脑几乎已经普及到每家每户，在这些地区的中学学校里，都开设了计算机基础这门课程，在进入大学前，这里的学生就已经掌握了计算机基础知识，并且能够进行实践操作，相比之下，大多数家在农村的学生或者在偏远山区的学生的计算机基础水平比较低，毕竟他们在此之前对于电脑还是很陌生的。这种良不齐的现象，导致教师教授这门课程的难度也会加大。不过，除此之外，有些学生考不出理想的成绩在于他们自己没有认识到这门课程的重要性，高职院校里的计算机课程极易弄懂，对于计算机基础知识，他们自以为自己早已完全掌握了；另外，因为这门课程忽视了对实践操作的考核，只注重理论考核的方式，造成有些学生以应付考试而学习，平时上课不认真，一旦临近考试了，就开始抓记理论知识。

二、如何对高职院校的计算机应用基础教学进行改革

（一）通过改善软硬件水平来为教师创造好教学条件

一者，在该课程教学的硬件和软件设施这一方面，学校还需要进一步改善。在大班里上课的话，学生就可能听不到老师讲课，所以，机房应该配备扩音器，这样，如果教师在大班上课，就可以戴上扩音器讲课。除此之外，机房还需要配备足够数量的计算机，对于这些计算机，理应加强维护，以免计算机损坏，从而导致达不到预期的教学效果；为了使得在实际训练过程中其内容不背离理论知识，对于系统软件和应用软件，需要及时更新。再者，在选择教材时，应该基于高等职业教育的特点来合理选择。在我国，自高校扩招政策实行以来，高等职业教育快速发展，高职院校所招学生越来越多，学校越办越大，设置的专业课程种类繁多。在大部分高校，都会开设计算机应用基础这门课程，是以公共必修课的形式开设的，在选择教材时，应根据各专业学生自身的情况，这一点是比较关键的，另外，如果在组织内容时结合生活实际并注意保持内容的可行性，就会使教材效果更佳。如果教材内容不仅贴近于本校机房的软硬件配置，内容中插入了截图，解释了具体如何操作，而且配有相应的操作提，学生就能够在听课的同时又可以自己看教材并且做题目，这样一来，对学生弄懂教材内容和和提升操作能力也有帮助。另外一方面，还要求所有教师具备良好的综合素质。一是要对教师加强培养，让他们去进修，为提升教师的职业技能而对教师进行培训，从而使得教师的素质得到提升；此外，可以给教师队伍注入新的能量，最终，使教师的计算机素质和业务水平提高。

（二）教师通过的方式分层次并结合其他方式来教学，从而激发学生学习的兴趣与积极性

1.由于刚进学校的学生对计算机基础知识的掌握程度不一，因此，教学时可以采用分层次的方式。在对学生的专业水平情况展开调查后，再开始教学，按照调查结果把各个层次的学生安排到相应的班级，分别进行教学。

2.摒弃“填鸭式”教学，转而以探究式教学代替之，作为教学中心的学生通过教师的引导来主动探究问题，增加学生学习的主动性是他们学会学以致用，能够自己解决实际问题，通过这种探究式教学，学生会学会自主学习。

3.运用情景教学法进行教学的同时，还要运用媒体教学的方法，从而使得学生可以热情并积极地投入到学习中去。通过使用多媒体来教学，使刻板的教材内容变得生动易于接受，吸引学生的注意力，可以提高他们的学习兴趣，而不是再像之前的课本教学一样枯燥难懂。比如，在讲述如何设置PowerPoint 的模板、如何配色、如何插入声音这些内容的过程中，教师给学生看的ppt不仅应该具有美观的设计和优美的背景音乐，还应该与年轻人的审美相符，从而吸引学生的眼球，对于怎样制作ppt进行思考，接着，教师再开始讲解ppt，也就是说创造学习情境，让学生主动投入学习中。

（三）学生应该提高思想认识，加强实践操作，提高计算机操作水平

学生为了提高自己的计算机操作水平，在平时，学生就应该对学习和操作计算机引起思想上的重视，利用课余时间进行实训，如果有自己不能解决的问题，应该及时向老师或同学寻求帮助，不仅要做到多看和多练，还要加强实践。

三、结语

总之，作为一门基础教学，高职计算机应该致力于培养学生的计算机基本技能，无论计算机技术发展到各种程度，高职计算机都应该与之相适应，无论是市场的需求还是社会的需求，都应该尽力去满足，符合社会和市场的需求。在教学过程中，教学的软件设施和硬件设施有待于进一步完善，并及时更新，采用分层次及其它方式并行的手段进行教学，从而使得学生能够自主地投入到学习中，为社会培养出实用型人才，以适应社会人才市场的需求。