计算机硬件原理

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计算机硬件原理范文第1篇

随着计算机技术的飞速发展，其应用在日常生活中的各个领域不断得到扩展，特别是近年来各种智能技术的应用，使得各种计算机系统开发人员的需求不断增加。计算机专业现已成为了各高校的通用性专业，作为独立学院，计算机硬件类课程无论是师资还是实验室建设等方面来看都相对薄弱，培养出来的计算机人才不论是从数量上还是从质量上来看，都无法满足市场的需求。

计算机硬件类课程教学中存在的问题

教学体系、内容设置不合理。独立学院在开办之初，课程设置内容很多难免照搬本部，而没有考虑独立学院学生的生源质量。我院早期开设的计算机硬件类课程主要包括：《电路分析基础》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《汇编语言程序设计》、《微机原理及接口技术》、《单片机原理及应用》、《计算机组成与体系结构》、《嵌入式系统及应用》等。这些课程的开设，其难度基本上跟电子类专业是一致的。在教学内容上很多课程难免有重叠部分，比如中断、接口控制方面的内容在《微机原理及接口技术》、《单片机原理及应用》、《计算机组成与体系结构》等课程中均有涉及。课程内容的重叠一方面将会占用了十分有限的学时，另一方面也会使学生感到疲劳，影响学习效果。同时，在教学内容方面难免有些陈旧，在讲授基础知识的基础上，又缺乏对新知识的讲解、引导，对学生缺乏吸引力，难以激发学生的兴趣。

教学内容上“重软偏硬”。硬件系统和软件系统作为计算机系统的两大组成部分，二者相互依存、不可分割，共同构成了完善科学的计算机知识体系。作为一个合格的计算机专业毕业生应具备良好的计算机软硬件开发技术、能力，但由于软硬件课程自身特点不同（比如软件系统开发比较容易上手，容易看到实际结果）以及独立学院自身定位问题（多以培养应用型人才为主），独立学院在师资、教学设备等方面的制约，计算机专业硬件类课程的学时也被逐步压缩，同时教学及实验室方面的建设明显不够，导致硬件类课程逐步边缘化，相比较软件类课程少之又少，因此“重软轻硬”的现象十分普遍。

实践教学重视不够，缺乏创新。在硬件类课程教学过程中，理论教学与实践教学同等重要，实践教学可以让学生更好地理解、掌握硬件知识。但是，大多数独立学院的计算机硬件类课程教师自身的实践经验不足，教师在授课过程中难免会出现没有考虑学生的实际情况，过分强调理论知识，而忽视了对学生实际动手能力的培养。同时，由于实验课时、实验设备等方面的影响，开设的实验大多数都是验证性的，设计性实验和创新性实验所占的比例较小。其次，授课教师在实验环节上缺乏整体把握，不同课程之间的实验缺乏必要的联系，创新性不足。

计算机硬件类课程教学改革实践

优化课程体系，更新课程内容。根据多年的教学实践、总结，结合独立学院生源质量的实际情况，首先对教学体系上进行了优化。在基础课层面上，将《电路分析基础》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》3门课进行了整合优化，开设了《电路和数字逻辑》，突出强调数字电路知识，使学生能够理解电路处理信息的方法和技巧。在系统原理层面上，将《汇编语言程序设计》和《微机原理及应用》两门课进行结合，以理论为主，掌握系统模块原理为目的，主要让学生深入理解处理器、存储器、中断和接口等内容的原理。在系统应用层面上，以单片机应用为核心，加强学生动手实践为主。

改进教学方法，激发学生兴趣。“兴趣是最好的老师”，只有切实提高学生对硬件类课程的学习兴趣，学习效果将会事半功倍。首先，让学生认识到硬件类课程的重要性，提高他们学习的主动性和积极性。在每年新生入学专业介绍时，都会有教师给学生讲解硬件类课程在整个课程体系中的位置、发展方向，并在学习方法上给学生一定的指导。其次，授课过程中，先给出实际案例，通过软件演示的方式让学生能看到实际结果，吸引学生的学习兴趣然后再深入浅出的讲解相关理论知识。同时，教师需要及时了解学生的学习情况，了解学生对学习内容（特别是重难点）的接受、理解情况。最后，积极组织学生参与到各种实践活动中来，让学生的学习成果得到检验，提高他们的学习动力。

加强实践教学，提高学生创新能力。强大的师资力量是培养高素质人才的重要前提，近年来，我院不断加强师资建设，积极鼓励教师申报和参与各种院级、省级教科研项目，提高自身的实践经验。同时，我院不断加强实验室建设，积极为学生提供良好的实验环境，在实验内容上，不断加大设计性试验和创新性实验比例；另外，在实验课程外还通过课程设计等实践教学活动加强对学生动手能力的培训。

积极引导学有余力的学生去学习各种新的技术（比如ZigBee技术、射频识别技术）；同时，鼓励学生积极参加学科竞赛，让学生能够运用所学的知识，提高自己的实际动手能力，在近几年参与的“赛佰特杯”全国大学生物联网创新设计大赛中均有学生获奖。

本文以长江大学工程技术学院为例分析了计算机硬件类课程教学中存在的一些问题，并在实际教学过程中从教学体系、教学内容、教学方式、实践教学等方面进行了一些探索；从近年毕业生就业情况和学科竞赛情况来看，这些教学改革实践取得了一定的效果。

计算机硬件原理范文第2篇

关键词计算机资源；利用率；机房建设

1引言

计算机利用率是指在正常工作时间内计算机的使用率，计算机资源利用率指计算机在正常运行中所需求的硬件资源使用率，如CPU、内存、显卡、硬盘等硬件的使用率。计算机机房是高校计算机及若干科目教学质量的保证。随着信息时代的飞速发展，计算机已经渗透到各个领域，高校为了满足教学需要都在不断地扩建计算机机房，随着计算机机房数量的增加，规模不断地扩大。与此同时，计算机硬件性能的提升发展更是迅猛，从而导致现在的电脑CPU资源严重浪费，利用率不到15%，克林顿总统访华做过的演讲中，有一次大部分讲了能源的节省方面，说每年全球，电脑浪费掉的电费就达55%。怎样加强对现有计算机的科学管理，积极推广应用，提高使用效率，是迫切要求解决的问题。本文结合教学实践经验及在计算机机房长期工作中所积累的经验，就机房及教学管理、机房建设两方面谈谈如何提高高校计算机及硬件资源利用率。

2机房及教学管理

提高计算机利用率最重要的因素就是机房及教学管理模式，高校机房是教学、科研的重要基地，是人才培养、实施素质教育的重要场所。它的工作质量也是衡量学校办学水平的重要标志之一。管理机房，必须要有一个合适的管理机构，才能最大限度地推广应用和提高利用率。目前管理形式可分为统一集中管理、分散管理、集中和分散相结合。

1)统一集中管理

近年来，为了优化教育资源的配置，进一步提高办学质量，促进学科发展，深化素质教育，各高校纷纷建设统一的实验教学中心，以实现资源共享、提高效率，适应全校师生的实验教学、科学研究以及学科发展等的需要。优点是计算机和人员均能集中管理，维护方便，能有效地开放和研制新的软硬件产品、接受较大的科研和协作项目，以及对用机学生能统筹兼顾，集中安排上机。缺点是用机安排一般为有计划的分批集中上机，对临时及少数用机人员较难做到灵活服务。

2)分散管理

即有需要的单位自己组建机房，自行管理。优缺点也较明显，优点是使用方便，有各学院(系)自行组织安排教学。缺点也主要体现在管理和维护力量差，开发软件、硬件能力薄弱，不能同意安排使用设备资源，以致用机负担轻重不一，一般所能提供的机时数多余所需机时，会造成经常性的停机待用，在很大程度上造成机时浪费。

3)集中和分散相结合

以统一的实验教学中心为主，各学院(系)一定数量的计算机为辅，大型公共课、公选课集中安排在实验教学中心，各学院(系)独立专业课可灵活自行安排。

笔者认为集中和分散相结合这种管理方式综合了前面两种的优点，在管理制度上确定双重领导职能，机房利用空余时间的开放等措施，给学生营造一个进行自主学习，具有宽松、自由、良好的学习环境，并能充分发挥计算机的功能，更能提高计算机利用率。

3机房建设

计算机更新换代速度非常快，追随着遵循着摩尔定律惊人发展。当然计算机配置越高，对教学越有促进作用。而正如引言所说，现在的计算机CPU资源严重浪费，利用率不到15%，电脑浪费掉的电费却高达55%。如何提高每台计算机硬件资源使用率，成为了我们建设机房时需要考虑的一个问题。

计算机多用户终端设备(拖机卡)技术的出现，其出发点也正是为了充分利用每台电脑的硬件资源。目前该类产品都可以支持Windows和Linux操作系统，都能达到一台主机共享达32台以上终端设备，利用Windows多用户终端设备解决方案(如图1)，或是利用拖机卡解决方案(如图2)，我们可以让多个用户独立、同时运用一台主机的软、硬件资源和所有外部设备资源。以1拖6为例，需购买的设备仅仅为：一台配置较高的计算机、6台计算机多用户终端设备(或只需购买一个拖机卡)、6个显示器、6个键盘、6个鼠标。

图1利用多用户终端设备连接图

图2利用拖机卡及USBHub连接图

图1中，每个终端都配置了显示器、键盘、鼠标、多用户终端设备，通过网线连接多用户终端设备，而显示器、键盘、鼠标都接入到多用户终端设备的接口；图2中，利用VGA分频器连接终端显示器，利用USBHub连接键盘、鼠标。由此可以看出采用图2方案需要键盘、鼠标为USB接口，而图1方案则没有这个要求。

显而易见，其优点也非常突出，主要表现为以下几个方面：

(1)花费极少的硬件费用就可以让多名学生同时独立使用一台计算机，无须购买昂贵的计算机，更可省去以后升级电脑的费用。

(2)可省去大量维护、管理工作，仅需要维护少量几台主计算机即可。使您省去大量时间来管理和维护多台电脑。

(3)能够实现个性化的真面设置和个人私有文件的安全与保密，以及共有文件的共享设置。本地断电也不会导致信息丢失，重新开机后自动恢复到关机前的状态。

(4)大大降低了电费的支出。

(5)最大限度地发挥了计算机的能力。

(6)有效避免了电脑主机辐射，更加绿色，更加环保。

然而其缺点也暴露了出来，如果学生运行一些比较耗费电脑系统资源的软件(如：三维制作、图像制作等)时，那么系统的运行速度将会变得缓慢；如果某一个学生由于操作不当而造成死机现象，则其余公用同一台电脑的用户就必须跟着主机重启。为了改良这种情况，笔者结合上文提到的管理形式进行了优化，分类组建机房将是最好的选择，可以组建1拖2机房甚至标志的一人一机的机房用于要求较高的课程，其余机房可以组建1拖多的形式，笔者认为1拖4或1拖6的形式最恰当，即可完全满足教学要求，减少故障辐射面积，又大大降低采购成本和维护成本。

3结束语

在能源紧缺的当今社会，绿色环保意识越来越受到重视。据统计：制造一台电脑要用700多种化学原料，其中约有一半的原料都含有对人体有害的有毒物质，例如电脑的塑料外壳涂层中的溴化阻燃剂，可以想象拥有几百台电脑的机房的辐射又有多少。利用笔者提出的解决方案，不仅降低了采购成本、维护工作量、电费支出，更加重要的是既绿色又环保。我们要时刻站在先进技术的前沿才能提高我们的工作效率。

参考文献

[1]施永进.提高高校计算机利用率之管见，《实验室研究与探索》1988第4期

计算机硬件原理范文第3篇

关键词：在线式UPS，全桥逆变；SPWM；计算机机房设备

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0020-02

近年来，随着社会的发展，计算机机房设备系统在全国普遍应用，在生产和学习过程中对于网络的依赖程度越来越高，一旦出现网络故障，将严重影响我们的生产和学习。而事实表明，计算机机房设备系统的故障出现，有55%以上都是计算机电源系统的故障而引起的，例如电厂因故障发生的断电，电网的失压，电源的谐波对计算机设备造成的干扰等。因此，UPS（不间断电源）是预防和解决这些故障的重要设备。

1 UPS的分类以及主要功能

目前UPS的种类繁多，这些UPS除了额定功率的区别以外，按照其基本工作原理，可以分为三大类：第一，离线式（OFF LINE），即UPS处于备用状态，一旦故障发生，立即工作；第二，在线式（ON LINE），即UPS不断处于工作状态并且一般是并网工作；第三，在线互动式（Interactive），这种UPS是实时监控电网，并且更具具体情况在备用和工作之前进行切换。本文主要是讨论第二类在线式UPS的工作原理、方案设计及其在计算机机房中的应用与维护。

2 在线式UPS在供电系统中的工作原理

2.1 输入输出端的配线与空气开关选择

输入输出的配线选择，对于整个UPS工作系统是很重要的。选择的线径太粗会造成一定程度上的浪费；而选择的线径太细，不能够在合理的工作电流之上留有裕量，会导致配线发热，引起无法预料的后果。选择适当的输入输出配线，需要考虑金属导线的电气特性，防火等级，耐温等级等等。一般的，多股铜芯配线的散热量为6 A/mm。在计算机机房设备系统中，我们选用多股铜线配线，如表1所示。

2.2 在线式UPS的工作原理

在计算机机房设备这种重要的应用场合中，在线式UPS是作为供电系统辅助和应用的最佳选择。在线式UPS除非故障状态下，是不断的处于工作状态之下的。电网电源分成两路，一路通过AC-DC充电器对蓄电池组进行充电，以保证蓄电池组后备供电的能力；另一路通过带有功率因素校正的整流器（Power Factor Corrector——PFC），将220 V的市电转换为直流电，然后再通过DC-AC逆变电路，将直流电转换为220 V的交流电，供给计算机机房设备。

当电网电压正常时候，DC-AC的工作电源是由电网电压输入到PFC整流器获得的，然后逆变输出，供给计算机机房。

当电网电压出现异常情况时刻，例如电网电压高于264 V或者低于175 V（220 V+/-20%），或者断电时刻，蓄电池组直接通过DC-AC逆变器将蓄电池组的直流电转换为交流电，供给计算机机房设备。

旁路开关是在UPS的负载过重的情况下或者逆变器出现故障停止工作的时候接通，以保护UPS的主电路部分。当上述故障恢复到正常状态以后，旁路开关立即翻转为正常的工作状态，在线式UPS工作系统如图1所示。

3 在线式UPS的主要电路设计

下面介绍一种单相小型在线式UPS系统，本系统总共分为DC-AC全桥逆变模块、主控制电路模块、隔离驱动模块、信号采样检测模块、滤波系统、辅助电源。

输入滤波部分主要是将经过蓄电池和配线的直流电压和电流进行简单滤波，由于PFC整流器输出的直流电压和电流相对来说较理想，所以UPS的输入滤波部分也并不复杂，通常由电解电容和高频电容组成，加上安规电路后，都能够满足输入电压和电流的纯净。一般根据输出功率的大小和输入蓄电池的电压来确定电解电容和安规器件的选择。

主电路采用大功率IGBT全桥拓扑逆变电路，相比较来说，有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗非常小，具有快速响应的特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是直流供电电压的瞬变，还是负载迅速变化的冲击，都可以保证UPS安全可靠地工作。

输出滤波LC参数的确定：要求输出为50 Hz的正弦波，系统的SPWM频率设定为18 kHz，采用LC低通滤波器将截至频率设置在400 Hz，根据■计算，综合电感在回路中的分压作用和电容的分流作用的影响，取电感值为1.5 mH，电容取值为1 uF。

4 计算机机房设备中UPS的维护

4.1 蓄电池的维护以及注意事项

蓄电池在整个在线式UPS系统中是至关重要的。UPS之所以能够在电网异常甚至断电的时候提供不间断的电源，正是因为蓄电池源源不断的提供能量。目前，小型UPS大多数使用的是免维护，全密封的铅酸蓄电池。整个蓄电池的成本占据了整个在线式UPS系统的1/3到1/2。维修经验表明，在线式UPS系统的蓄电池失效的主要表现为输出端的电压不够，容量随着时间的使用会降低，或者是瞬间的放电电流不能够满足启动电流的要求等等。通常的，计算机机房系统所使用的在线式UPS系统的寿命在5～7 a年左右。但是在国内维修反馈中，有些在线式UPS系统的蓄电池在投入使用了不到一年就出现了各种问题。出现这样的问题的原因追究起来，一方面是因为部分蓄电池本身的质量问题，另一方面，在系统投入使用之后，没有进行相关必要的维护和检修，使得蓄电池的工作状态不清晰，成为了整个系统的安全隐患，造成不必要的损失。

在新的在在线式UPS系统投入使用后，必须保证系统所处的环境温度以及适度的适宜。更重要的是，需要定期对蓄电池的各个电压，当出现了各个电池的电压不均匀时候，就要对各个电池进行均匀充电；除此之外，需要定期的对蓄电池进行容量测试和深度放电，使得电池组的性能能够得到正确检测，保持电池的活性。

4.2 蓄电池的维护以及注意事项

目前，计算机机房系统使用的在线式UPS系统基本上都是智能型系统。对于环境要求比较高，温度偏高会直接导致UPS系统的过热，引起系统本身的保护，从而停止输出。UPS在使用过程中，各个参数不能够随意更改，以免出现输出的混乱以造成不必要的损失。不能够令UPS系统工作在超负载的情况之下，否则会引起过度发热，轻则自动关机，不再工作，重则使得逆变功率部分发生损坏。在断电时刻，应该先切断负载与UPS系统的连接，等待UPS系统正常开启以后，再启动负载，否则会直接导致多负载的冲击电流和供电流，造成UPS电源瞬时过载，这样的结果也会严重损坏逆变器的功率部分。

5 结 语

在线式UPS 不间断电源对计算机机房设备正常运行非常重要，在对于计算机网络服务系统的工作起着不可替代的作用。正确使用和维护好UPS 能够提高计算机机房设备的数据安全以及设备的安全使用。

参考文献：

[1] 刘少慧.浅析UPS不间断电源的原理及维护[J].福建电脑，2011，（4）.

计算机硬件原理范文第4篇

关键词：成本核算；医院；经济管理；实践应用策略

成本核算在医院经济管理中发挥着重要作用，能够加快医院运行机制的深入改革，激发全员的工作热情，促进医院构建完善的内部管理制度。本文首先分析了成本核算的内涵、核算方法及其在医院中的重要性，其次提出了成本核算在医院经济管理中的实践应用策略。

1成本核算的内涵、核算方法及其在t院中的重要性

1.1内涵

成本核算在医院中的涵义是通过综合一段时间内产生的医疗服务成本，准确计算出整体医疗服务成本及医院成本。成本核算共涉及了院级成本核算、诊次成本核算、科室成本核算、床日成本核算等过程。在成本核算中占据重要地位的是科室成本核算，是所有核算工作的前提，是医院评价科室作业实效性的重要依据。

1.2核算方法

医院在进行成本核算时，一般会将科室划分为项目科室与非项目科室两种类型。实际运用的核算方法是直接成本归集与间接成本分摊。前者在成本核算中占据重要地位。医院成本核算中最常用的归集方法是：一是计算实际发生的劳务费、公务费、业务费、原材料费；二是医疗成本会受到固定资产折旧费一定程度的影响，现阶段还没有相对统一的折旧标准，不同的医院有不同的做法。间接成本在分摊过程中，遵循受益原则将非项目科室成本向项目科室及其他非项目科室进行分摊，常使用直接法、双重分配法、联立方程法这几种分摊方法。联立方程法的精确度最高，不过操作起来较为繁琐，双重分配法是中小型医院的最佳之选。

现阶段，医院成本核算方法从之前的完全成本法转变为了现在的制造成本法。在日常成本计算中，应采用变动成本法，分别对变动制造成本及固定制造成本进行统计。对于医院公益性单位，可通过制造成本法建立目标成本，进行预算的编制。

1.3重要性

成本核算在医院经济管理中发挥着重要作用，具体体现在：一是实施成本核算有利于实现医院当前的发展需求；随着市场经济的快速发展，医院要想不断强化自身竞争实力及发展能力，就必须严格按医疗卫生改革要求变事业为产业，通过开展成本核算工作，对支出管理过程加以规范，合理节约成本，从而促进医院经济效益最大化。并且成本核算的开展，能够促使核算单位主动节省医疗服务成本，规避看病贵的问题，力争用最低的成本提供优质的服务，提高在社会的影响力，加快医院稳定发展。二是通过成本核算，有助于我们清晰看到医疗活动中产生的财务状况及经营成果，不但能促进全员良好的成本意识形成，实现资源的优化配置，同时还培养了员工较强的责任感，激发其工作热情及工作效率，为医院的经济水平提供了重要保障。三是成本核算是医院决策过程中重要的依据，医院要想不断提升自身的市场竞争实力，就必须深入了解现代市场环境，进行科学合理的经营决策。只有及时提供真实可靠的成本信息，才能有效保证成本预测、成本决策等活动的有效性。

2成本核算在医院经济管理中的实践应用策略

当前，随着我国医疗改革制度的不断深入，强烈要求医院对自身经营策略加以调整，以满足现代医疗市场的要求。随着医药分开、盈利性医院与非盈利性医院分类管理等各类政策的颁布，就此在市场经济环境中引入了医院成本，如何推动医院高效持续发展是医院管理层必须重视的问题，医院只有开展成本核算工作，节约医疗成本，落实完善的成本核算等经济管理手段，才能保证医院较高的发展能力，从而在竞争激烈的市场中长盛不衰。

2.1更新医院领导观念，提高对成本核算的重视度

由于受到了旧的经营观念影响，致使医院管理者忽视了树立先进的成本管理理念，一直沿用着过去的管理模式，未注重成本控制，盲目创收，这样虽然一定程度上提高了医疗收入，但却要花费较大的医疗成本。医院一直以预算会计为主，通过全额或差额预算拨款补助的手段，大大降低了医院进行成本核算的积极性，进而更加忽视了树立成本控制观念。医院领导必须重视起以上问题，及时更新自身观念，强化经济意识，将成本核算在医院发展中的重要作用全面发挥。由于成本核算与医院各项工作都有紧密联系，所以需要各部门、各科室及各种技术的配合支持。

2.2科学构建成本核算管理机构

通过成本核算管理机构，有利于促进财务管理和经济管理两部门的统一，从而提高经济核算与经济管理效率。医院要想长远发展下去，就必须构建完善的经济管理组织机构，成立集中化高的管理决策层及较为分散的管理执行层。医院经济管理体制通过开设经济管理办公室的方式隶属于医院领导，将所有经济信息与决策综合集中起来；经济管理部门通过经济参谋的手段，分散于各经济责任中心中，开展相关经济管理工作。通过构建以高度集中与相对分散相结合的方式为前提的经济管理体制、组织机构，能够实现医院经济信息的及时共享，实现统一的经济决策，促进医院经济效益最大化。

2.3加强培训

由于成本核算工作具有系统复杂性，因此需要全体人员的高度理解与支持，成本核算运行前及实施阶段应积极开展相关培训活动，大力宣传与推广成本核算的作用及目的，培养全员树立正确的成本效益意识及全局意识。要求医院领导充分掌握先进的经济管理理论和先进技术，全面贯彻成本核算的原则与措施，发挥医院领导的指导作用、管理能力。加强对成本核算工作人员的培训力度，使其深入了解现行的成本核算制度、操作流程等，不断提升其素质水平及实践操作能力。

2.4构建完善高效的医院成本核算体系

医院应在相配套的财务会计制度与法律法规基础上构建成本核算体系。首先，医院在进行财务成本核算时，应时刻关注自身的社会公益性，不能只将目光放在经济利益的提升上，盲目地开展成本控制工作。其次，随着市场经济的快速发展，成本控制应切实满足价值规律的基本要求，在推动医院有序运营的同时，尽可能减少医院成本费用，保证医院经济水平。总而言之，医院成本核算实施过程中必须充分考虑各方一致要求。一套行之有效的成本核算制度共涵盖了成本预测、决策制度，成本核算控制制度、考核制度等多项内容。实际中，应将这些制度内容贯彻落实到实处，全面体现其约束力。

2.5完善监督系统

为了规范成本管理的运行，需要多样化的监督管理手段作为支撑，构建对成本管理有约束作用的监督管理体系。一是加强监督成本绩效评价、奖惩等工作，保证结果公正有效；二是监督同样需要成本的支撑，应用最低的成本构建完善的监督机制。三是监督涉及面广，具体的环节和阶段中要有具体的监督工作者，除了涵盖管理人员外，还涉及所有医务工作者，建立起系统全面的监督网络。四是一旦发现成本管理中有违规操作行为，应第一时间予以严厉的处罚，起到警示作用。

2.6制定涵盖成本核算的经济管理一体化策略

从医院经济管理的角度上看，应做到财务管理、财务预算、经济核算、预算执行、评估等工作的统一性。因此，经济管理部门在突出自身优势的前提下，还应建立纵向的、横向的、统一协调的管理伙伴关系，在机构分设过程中，做到优势互补，彼此协调，有效整合各部门优势，建立适应各方的管理平台，从而形成综合系统的经济管理体系。

计算机硬件原理范文第5篇

关键词：岩土工程，计算软件，基本原理，应用

中图分类号：G623.58文献标识码： A

一、FLAC软件背景介绍

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由Itasca公司开发的。目前，有二、三维两个版本，二维V3.0以前的为DOS版本，V2.5版本仅能够使用计算机的基本内存64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。1995年，FLAC2D升为V3.3版本，程序能够使用护展内存。

FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)也Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚元、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。

二、FLAC3D计算软件的理论依据

FLAC3D是FLAC2D的扩展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。三维是基于三维显式有限差分法的数值分析方法，可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。三维快速拉格朗日分析将计算区域划分为若干四面体单元，每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格可以随着材料的变形而变形，这就是所谓的拉格朗日算法，这种算法非常适合于模拟大变形问题。可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有独到的优点。

1、FLAC3D计算软件的优点与缺点

优点：（1）对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。

（2）即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。

（3）采用了一个“显式解“方案。因此，显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几互与线性本构关系相同，模拟大变形问题几互并不比小变形问题多消耗更多的计算时间。

缺点：（1）对于线性问题的求解，FLAC3D比其他有限元程序运行得要慢；

（2）用FLAC3D求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然周期之比。

2、Flac3D应用范围

Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型，总共包含了10种材料模型：

（1）开挖模型null

（2）3个弹性模型（各向同性，横观各向同性和正交各向同性弹性模型）

（3）6个塑性模型（Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型）。

Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型，并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度。 还包含了节理单元，也称为界面单元，能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性。节理允许发生滑动或分离，因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩界。

Flac3D中一共有五种计算模式：

(l)静力模式； (2)动力模式；(3)蠕变模式；(4)渗流模式 ；(5)温度模式

Flac3D可以模拟多种结构形式：

(l)对于通常的岩体、土体或其他材料实体，用八节点六面体单元模拟。

(2)FIAC3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元。可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。

(3)FLAC3D的网格中可以有界面，这种界面将计算网格分割为若干部分，界面两边的网格可以分离，也可以发生滑动，因此，界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界。

Flac3D有多种边界条件，边界方位可以任意变化，边界条件可以是速度边界、应力边界，单元内部可以给定初始应力，节点可以给定初始位移、速度等，还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布。

FLAC-3D内嵌语言FISH：

FLAC-3D具有强大内嵌语言FISH，使得用户可以定义新的变量或函数，以适应用户的特殊需要，例如，利用HSH做以下事情:

(l)用户可以自定义材料的空间分布规律，如非线性分布等。

(2)用户可以定义变量，追踪其变化规律并绘图表示或打印输出。

(3)用户可以自己设计FLAC-3D内部没有的单元形态。

(4)在数值试验中可以进行伺服控制。

(5)用户可以指定特殊的边界条件。

(6)自动进行参数分析。

(7)利用FLAC-3D内部定义的Fish变量或函数，用户可以获得计算过程中节点、单元参数，如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等。

三、FLAC3D的理论模型计算分析的一般步骤以及方法技巧

与大多数程序采用数据输入方式不同，FLAC采用的是命令驱动方式。建立FLAC计算模型须进行以下工作：

（1）有限差分网格 ；（2）本构特性与材料性质 ；（3）边界条件与初始条件

方法技巧：

用FLAC3D解决问题时，为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的。这个章节对改进模型的运行提供了一些方法建议。同时，准备计算时需要避免的一些通常出现的缺陷也列了出来。

1.检查模型运行时间 ；

2.影响运行时间的因素 FLAC3D有时需较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下：

(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大。

(b)划分的区域尺寸相差很大。

3.考虑网格划分的密度 FLAC3D使用常应变单元。如果应力/应变曲线倾斜度比较高，那么你将需要许多区域来代表多变的分区。通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响。

4.自动发现平衡状态 默认情况下，当执行SOLVE 命令时，系统将自动发现力的平衡。当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大不平衡力的量级的比率小于1*10时，认为达到平衡状态。注意一个网格顶点的力由内力（例如重力）和外力共同引起。

5.考虑选择阻尼对于静力分析，默认的阻尼是局部阻尼，对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效。这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变。局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力。

6.检查模型反应 FLAC3D 显示了一个相试的物理系统是怎样变化的。做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情。

7.初始化变量在模拟基坑开挖过程时，在达到目的前通常要初始化网格顶点位移。因为计算次序法则不要求位移，所以可以初始化位移，这只是由网格顶点的速度决定，并有益于用户初始化速度却是一件难事。如果设定网格顶点的速度为一常数，那么这些点在设置否则前保持不变。

8.最小化静力分析的瞬时效应对于连续性静力分析，经过许多阶段逐步接近结果是很重要的――即，当问题条件突然改变时，通过最小化瞬时波的影响，使结果更加“静力”。

9.改变模型材料FLAC3D 对一个模拟中所用的材料数没有限制，这个准则已经尺寸化，允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格每个区域使用不同的材料。

10.运行在现场原位应力和重力作用下的问题有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用。

四、FLAC3D计算软件现阶段使用的领域

根据手册中所说，总结如下：

（1）承受荷载能力与变形分析（2）渐进破坏与坍塌反演（3） 断层构造的影响研究（4）施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究（5）排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究（6） 粘性材料的蠕变特性（7）陡滑面地质结构的动态加载（8）爆炸荷载和振动的动态响应（9）结构的地震感应（10）由于温度诱发荷载所导致的变形和结构的不稳定 （11）大变形材料分析。

隧道方面：（1）做地表沉降槽（zdisp）（2）地表横向位移（xdisp）（3）隧道中线竖向沉降曲线（zdisp）（4）提取位移矢量图（5）显示初期支护结构内力（6）显示state（找塑性区）

基坑方面：（1）做地表沉降槽（zdisp） （2）提取位移矢量图（3）显示初期支护结构内力（4）显示state（找塑性区）

四、FLAC3D计算软件在实际工程当中的应用

以边坡在地震作用下的模拟为例：

图1.边坡变形矢量图

图2.边坡变形云图

图3. 计算过程变量1的变化

图4. 计算过程变量1～6的变化