计算机硬件系统的概念
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计算机硬件系统的概念范文第1篇
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NiosII CPU软核或MicroBlaze CPU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(System On a Programmable Chip)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：
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[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.
[3] 艾明晶. EDA课程在计算机专业硬件体系实验教学中的作用[J]. 实验技术与管理,2005,(10):88-91.
[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.
计算机硬件系统的概念范文第2篇
早期计算机性能低下，最初的计算机系统中没有操作系统软件，计算机的主要功能也只是提供科学计算，所以初期的计算机完全需要人工操作，通过硬件线路的连接来实现计算程序的运行。后来由于计算机硬件速度的快速发展和新的对信息处理能力需求，操作系统成为计算机系统不可缺少的软件平台。
计算机操作系统可以帮助工作人员管理计算机硬件资源，调度任务，同时可以人性化的将任务的处理过程和结果实时反馈给用户。操作系统的产生改变了人们对计算机使用方式的定义和认知，是迈向信息时代的第一步。
计算机发展至今，硬件速度越来越快，操作系统越来越复杂功能越来越强大，几乎可以处理任何一种数据信息，而人们又对计算机的性能有了新的需求。
当计算机功能越来越强大的同时管理维护的成本也在逐渐增大，其安全性和稳定性已经变成了计算机应用的最主要技术指标，高容错性和系统快速恢复能力成为当今计算机系统研究的主要方向，而虚拟机技术的完善使得这些新需求的满足有了更可行的捷径。
最早计算机虚拟化技术完全由软件实现，运行速度缓慢而且功能单一，虚拟设备，程序虚拟运行环境都属于这一类。但是这些远远不能满足各产业实际应用的需求。因此在软件虚拟技术成熟的基础之上一些大的软件公司开始研究虚拟操作系统的产品，VMware就是这类产品的代表。
VMware用软件模拟计算机硬件系统，这样一来在一个真实的计算机系统上(包括操作系统软件)可以同时运行多个虚拟操作系统，这些虚拟操作系统可以是和真实系统相同的系统软件，也可以是完全不同的系统软件。比如在一台装有WindowsXP操作系统的PC机平台上安装VMware，然后再用VMware虚拟机安装linux操作系统，这样一来，用户可以在同一个硬件平台上同时运行两个结构完全不同的操作系统。这种计算机的应用方式被许多教学单位采用，以构建低成本的计算机实验环境。
但是用软件模拟硬件的技术有它先天的局限性，比如虚拟机系统运行速度受到很大限制，对外部设备的支持差等原因，使得纯软件模拟实现的虚拟机环境不适合商业和工业领域的应用。
为了突破这一瓶颈，许多硬件厂商和软件厂商都为此做了大量研究。例如Intel已经在其新的CPU中集成了VT功能，这种功能通俗的解释就是：可以让一个CPU工作起来就像多个CPU并行运行，从而使得一台计算机中同时产生运行多个操作系统运行的硬件环境成为可能。
与软件模拟硬件技术不同，这种以硬件功能为主的虚拟技术可以大大提高虚拟机系统的运行速度，而且可以方便的解决早期纯软件模拟技术条件下虚拟机实现中的许多复杂设计。
目前许多虚拟机软件开发商都采用了这种VT技术，其中VMwareworkstation、Virtual PC、Xen、Linux KVM都采用了这一一技术，目前对这一类虚拟化技术，人们统一称之为硬件辅助虚拟化。
Xen
Xen是在剑桥大学作为一个研究项目被开发出来的，它已经在开源社区中得到了极大推动。Xen是一款半虚拟化(paravirtualizing)VMM(虚拟机监视器，VirtualMachine Monitor)，这表示，为了调用系统管理程序，要有选择地修改操作系统，然而却不需要修改操作系统上运行的应用程序。
虽然VMWare等其他虚拟化系统实现了完全的虚拟化(它们不必修改使用中的操作系统)，但它们仍需要进行实时的机器代码翻译，这会大大影响性能。
Xen采用了VT技术来实现计算机底层虚拟化功能，它很充分的发挥了硬件辅助虚拟化技术的优点，不再将虚拟机模型建立在真实机操作系统之上，而是在硬件平台上构建一套类似于中间件(并不是真正意义上的中间件)的软件逻辑层，所有操作系统都建立在这个“中间件”之上。
其中有一个DomO(1inux)操作系统，它负责统一管理其他Guest虚拟操作系统，但是原理上这个负责管理的linux操作系统与其它虚拟机系统是平等的。
这种计算机虚拟技术模型的优点在于，用户可以通过设置或开发扩展功能，实现计算机硬件资源被所有虚拟操作系统共享，虚拟机系统可以对硬件资源进行适当的调度和管理(完全软件模拟虚拟化技术中，虚拟机操作系统对硬件资源没有权利占有，只能依赖虚拟机软件提供的使用接口实现调用功能)，用户可以指定每个虚拟机系统所占有的系统资源，比如内存、外存、CPU个数等等。
Xen采用qemu模拟计算机硬件，qemu提供了虚拟机操作系统与计算机硬件的数据交互和控制功能，这样一来多个虚拟机操作系统可以同时拥有并使用同一个硬件。
如果用户对Xen进行内核及的扩展性开发，还可以实现虚拟机操作系统完全占有硬件的能力，也就是说一个虚拟机操作系统在一段时间内可以对一个或几个计算机硬件资源完全占有，就好像这段时间内这个虚拟操作系统是直接安装在这些硬件上的，无论性能还是稳定性都会大幅度提高。中国国内目前已经有许多公司开发出了类似的功能扩展。
完全虚拟化技术的不利因素就是它们的性能，因此半虚拟化的思想已经成为了目前计算机虚拟化技术的主流，其性能度量和它达到的高效性成为一个突破。运行Xen的系统开销确实非常小，大约占3％，这在完全虚拟化技术时代是不可想象的。
Xen的半虚拟化技术与硬件辅助虚拟化技术所描述的概念不同，半虚拟化技术主要指的是软件层面上的特点，而硬件辅助虚拟化技术指的是计算机硬件为了实现虚拟化所作的辅助设计。
Xen是在linux系统内核代码的基础上修改添加了许多用来支持计算机虚拟化技术的功能，这样一来Xen本身便成了一个独立存在的系统软件(也可看作是系统硬件和操作系统之间的一个类似中间件的逻辑部分)，标准的操作系统如Windows或linux等都运行在它的基础上。
如果直观的解释，那就是Xen在linux系统内核与计算机硬件之间封装了一层功能接口，这些接口用来管理虚拟机操作系统，为虚拟机操作系统提供硬件资源并建立数据交互机制。这样的软件层的实现，使得虚拟机系统的运行速度和稳定性更加优良。
但是只有这些是不能完全实现一个虚拟机系统全部的功能，因为作为被虚拟的操作系统，他们自身是一个完整的标准操作系统，因此它们没有对X en的依赖概念，Xen的特殊性和被虚拟操作系统的独立性之间便会出现许多矛盾，为了解决这些问题，Xen除了内核上的修改之外还提供了许多服务性质的软件。
计算机硬件系统的概念范文第3篇
关键词：计算机硬件教学；改革；实验教学
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)27-6724-03
An Exploration of Computer Hardware Experiment Teaching and Management
JIANG Hao
(Ningxia Bureau of Civil Aviation Air Traffic Control, Yinchuan 750009, China)
Abstract: Experimental computer hardware in the computer science teaching is a core of basic courses in the country's overall course in computer hardware and software plays a supporting role, as computer technology continues to develop in China, as well as the upgrading of computer hardware continues to accelerate, computer hardware experimental teaching computer education has become an extremely important part, but it also faces serious challenges. In this paper, to solve this problem a series of computer hardware education reform measures, so as to achieve continuous improvement of quality of teaching and the practical ability of students to become 21st century's new talent.
Key words: computer hardware teaching; reform; experiment teaching
随着计算机技术在我国的不断发展，以及计算机硬件设施的更新换代速度不断加快，计算机硬件实验教学已经成为我国计算机教学的一个极其重要的环节，但同时也面临着严峻的挑战。因此我们必须不断对计算机实验教学与管理进行研究与探索，从而不断提高教学的质量，以达到不断提高学生能力的目的。
1 概述
计算机硬件实验教学是计算机学科中的一门核心的基础课程，在我国的整体计算机软硬件课程中起着支撑的作用，可以帮助学生理解一些计算机的硬件系统组成以及工作原理，从而不断培养学生对计算机硬件结构的分析和设计开发能力。
目前计算机教学模式主要以教师灌输为主，学生缺乏足够的批判性和创新思维，而且实践经验较少，很难将课堂所学理论知识运用到实践中去。例如在计算机组成这样的教学中：课堂上采用的教学模型主要是以16位机为主，而我们生产和生活实践中却以32位机为主，这样就造成了理论与实际的偏差。另外，计算机硬件教学所选用的教材必须既要能讲述清楚一些重要概念、原理、结构，而且必须脱离具体机型，可以让学生了解一般计算机的系统结构。
随着信息时代的到来，我们的各种观念都在发生巨大的转变，因此计算机教学观念也要发生相应的变化，必须改变传统的以教师为主导的课堂，充分发挥学生的主体地位。另外要加强实验在教学中的重要性，将一些抽象、难懂的概念与学生日常生活中较为熟悉的食物进行类比，给予学生充分的思考时间，，充分调动学生的积极性。
由于计算机硬件教学的实践性很强，因此必须加强实验教学的重要性，而且实验教学的质量高低直接关系到学生的动手能力的提高，关系到学生是否能够培养理论联系实际的能力，对于学生的分析、解决问题以及独立工作能力的提高都有着十分重要的作用。因此在基础教学的基础上，我们应该将理论教学与实验教学两手抓，两手都要硬，适当增加实验教学的课时数，而且要构建全新的实验体系，将实验分为：基础性实验、综合性实验、研究性实验三个层次。在实验的设计上，可以将开放式实验与封闭式实验相结合，让学生可以根据自己所学的专业知识对一些实验进行自主的设计，从而学以致用，将自己所学与实践相结合，不断培养自己的综合技能，提高自身动手和创新能力。
总之，随着信息化的不断普及，我们传统的计算机教学也遭受到了巨大的挑战，需要我们结合新形势下人才培养的需要，不断地对计算机教学进行改革，加强实验教学的重要性，提高学生的实践和动手能力，不断将自己所学知识与实际相结合，从而提高我国计算机教学的教学质量，为我国的信息化的普及奠定基础。
2 加强计算机硬件实验教学改革的措施
计算机技术以及半导体技术的不断发展使得一些新颖的电路设计方法以及各种功能齐全的器件层出不穷，传统的计算机硬件实验教学已经无法适应这种改变，无法培养出社会需要的计算机人才，更加无法跟上当今社会计算机技术的发展水平，为此我们根据这种现状必须不断进行实验教学内容、方法、手段等各方面的改革，从而让学生掌握先进的技术，不断跟上时代的需求，为社会的发展做出自己的贡献。为此，目前高校的计算机硬件实验教学可以进行以下方面的改革：
2.1 加强多层次实验教学的构建
计算机硬件实验教学过程的构建是一个逐步建设的过程，从而加强对课程体系系统性和完整性的构建。在这个过程中，实验教学的课程设置不应该间断，相反应该不断提高其难度，内容应该逐步递进，从而可以达到硬件实践训练层次化、系统化的目的，并且不断加强学生的硬件动手能力。在课程的开设上应该理清各个课程之间的顺序，避免课程设置的遗漏和前后顺序的颠倒，从而使得整个硬件课程体系系统、完整，硬件实验课程体系的设置可以参照表1。实验教学内容的改革主要可以分为4种：验证型、设计型、综合型以及探索型，这四部分内容的难易度由浅入深，贯穿于整个实验课程中，一般实验课程主要由50%的验证实验、20%的设计实验、20%的设计实验、10%的探索实验组成，从而形成了一个“验证型-设计型-综合型-探索型”的多层次实践教学模式，其中验证性实验使为了加强学生的理论基础知识，设计性实验是让学生了解一些基本的电路设计及其调试方法，综合性实验的是为了培养学生的一些综合应用能力，提高他们分析问题和解决问题的能力，而探索型实验的设置目的主要在于培养学生的自主能力，让他们能够独立地设计一些课题，并且不断查阅大量的资料，独立地分析问题和解决问题，在这个过程中培养自身的创新能力，最终使得整个硬件实验教学课程能够达到整体性和系统性的统一。另外，验证性课程的布置，教师可以根据学生的实际情况，设计一些预实验方案，在课堂上，除了验证教材上的一些实验内容还可以验证自己编写设计的实验方案，从而充分调动学生的积极性和主观能动性。比如脱机运算器(AM2901芯片)实验，不仅要做实验教材规定的11种运算功能，还要求学生自己根据AM2901芯片的功能设置(I8-I0)设计出5~8种运算，从而加深对运算器的理解。总之，加强学生自主的实践过程可能会遇到一定的困难，但是却对学生形成一定的吸引力，只要学生持之以恒，就一定能够充分地应付这些实验操作，从而不断提高自身的操作技能。
2.2 增强配套设备的独立性，增加循环次数
计算机硬件实验教学的质量对教学实验设备的依赖性非常强，因此要想提高教学的质量必须不断改善教学设备的性能和数量，从而改善实验环境，达到提高教学质量的目的。目前高校中实验设备和师资力量不足，因此学生无法充分接触到一些设备，有的甚至是三四个人合用一台，因此实验教学无法取得预期的效果，我们只能采取分批上课的方法来解决这个困难，
一个实验分8~10批，一个学生一台设备，同时将学生与设备编号对应。这样学生能有足够的时间完成实验内容，而且能够独立冷静地去面对解决试验中遇到的问题。教师在实验课程中也能够更好辅导学生，同时学生与设备配对后，为实验设备的管理提供了方便。但是这种教学方法也存在自己的问题，那就是对师资力量要求较高，而且课时数也较多。
2.3 加强实验环境的开放，不断拓宽学生的思路
学生实践能力和创新能力的培养主要是在硬件实验室中得到培养的，因此加强对实验室的建设与管理可以帮助学生水平的提高以及学校声望的不断提高。要想提高实验室的教学效果，有一个很关键的因素就是必须不断加强对实验资料的整理，主要是一些实验教学资料以及设备档案的整理。
每门硬件实验课程都要结合理论课程认真组织研究，以基本原理为基础进行实验设计，同时对基本原理进行扩充和结合，从而设计出一套由浅入深的综合性、设计性实验教学体系，结合一系列教学资料进行修改，例如相应的实验教学讲义、实验教案、参考实验报告等，最终形成一套让学生认可的实验资料。
硬件实验室的开放可以不断加大学生接触设备的几率，提高学生的实践机会。由于硬件实验课程相对来说比较复杂，学生无法单纯地依据教学大纲去真正理解和独立完成实验的内容，因此要求实验室简单的开放必须灵活，让学生可以有选择、有计划地去安排自己的实验，从而提高自身的主动性。另外，硬件课程相对来说也是比较抽象的，让学生多加接触实验设备有助于学生更直观地去理解和掌握一些硬件的原理和构成，而且还能够根据自己的兴趣爱好，自主地设计一些课程以外的实验内容，从而不断提升实验的效果。例如，我们设立数字电路、计算机组成原理和微机接口等开放实验室，对学生做到实验设备开放、元器件开放。这样吸引学生参与实践，学生均表现出较强的学习兴趣和创造能力，取得良好的教学效果。
2.4 加强学生在教师科研中的参与度，提高学生的实践创新能力
为了不断提高大学生的创新精神、实践能力以及面对就业竞争压力，我们必须加大对大学生的创业和科研的支持力度。在一项调查统计中我们发现，有将近20%的大学生有很明显地科研创新的欲望，教师针对这种情况必须给予不同程度的支持和鼓励，给学生提供机会，让他们参与到教师的可养活动中去，从而不断提高自身的科研创新能力。让学生参加这些科研活动，不仅可以帮助他们不断巩固自己的所学理论知识，而且可以不断激发学生的科研开发能力，不断发掘学生的潜能，培养他们的兴趣，发挥主观能动性。当然，由于学生的时间、
精力和经验都比较少，失败也很常见，及时有些实验项目无法达到预期的效果，但是只要学生在试验中能够学习到一些知识，并且分析问题和解决问题的能力得到提高，那么实验的目的就算已经达到了。我们经常就不同的科研项目成立不同的学生研发小组，集中对于失败的实例进行讲解、分析和讨论，重新设计，探索新实验方案。对于成功的实例也要进行讨论，进一步修改完善，以期待达到最佳效果。这一措施促进了个性发展，为学生营造一个活泼主动、开放交流的学习环境和氛围，创造一个具有科研能力、创新意识的发展平台。
3 学校在加强计算机硬件教学系统性与实践性的统一中的作用
3.1 根据学生的基础来进行改革，以促进计算机硬件教学的实践性与系统性的提高
高校中的学生相对于一些职业高校来说稍微好一点，然而一些中等职业学校的生源较差，学习方法不科学、兴趣低下，计算机硬件教学质量明显不高。面对这种情况，中等职业学校计算机硬件教师必须以科学的教学方式与教学模式提高学生的学习兴趣，另外还要加强对学生学习方法的指导，从而不断提高学生的自主学习能力和实践能力，以期待计算机硬件教学质量的不断提高。
3.2 加强对理论教学的归纳与总结
提高学生硬件实践能力的基础是要对学生进行理论知识的系统灌输，为了加强学生的理论知识，教师在教学过程中必须不断对所学理论知识进行归纳和总结，从而为其实践能力的提高奠定扎实的基础，而且在理论教学过程中，学生可能会遇到老旧型号计算机与实际应用中的计算机不配套的情况，因此教师必须对计算机硬件的发展、改革情况进行系统的讲解，从而帮助学生在实际工作中面对这些问题打下良好的基础。
3.3 促进教学一体化模式的发展
计算机硬件教学的理论教学与实验教学是一个统一的整体，为了帮助学生将所学知识运用到实践中去，学校应该以教学一体化的模式来压缩单纯的理论课，加强对学生的实践指导，而且将两者有机结合，从而提高学生的积极性，培养其实践能力，促进计算机硬件教学系统性与实践性的统一。
3.4 加强课堂的高效性，来促进计算机硬件教学的实践性与系统性的统一
课堂是学生学习知识的一个主要阵地，同样在计算机硬件教学中也要加大对课堂的重视程度，以有限的教学课时来提高教学质量。通过学生亲自参与配置计算机，体验选购计算机硬件的过程，以及教师设置的常见问题等加深他们对计算机系统的组成思考与感悟，从而激发学生探究创新的兴趣和愿望。在整个教学过程中，加强学生的主动学习性，使学生自主活动，勤于动脑动手，形成积极的学习方式。通过教学方式、方法的改革提高课堂教学的高效性，促进学生理论知识系统性及实践能力的提高。
4 结束语
硬件实验教学质量直接影响到学生学习硬件基本知识的成效。因此我们必须不断对其进行改革，在这个过程中不能完全依附于课堂教学，而应该在紧密配合课堂教学的前提下，开放实验室，发展实验教学本身的特点，发挥实验教学培养学生独立工作能力的优势。另外，由于计算机技术发展日新月异，因此我们必须注重培养学生的创新思维。如何让他们充分将自己所学的理论知识运用到实践中去，培养自身的动手能力，从而成为21世纪的新型人才，是摆在我们面前的问题，我们必须不断对其进行探索和研究。
参考文献：
[1] 夏伟.高校计算机网络教学平台的设计与实现[J].电脑知识与技术,2004(26).
[2] 万晓冬,王友仁,陈则王,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).
[3] 周亚俊.全面改革实验教学，培养学生创新能力[J].实验室研究与探索,2004(7).
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计算机硬件系统的概念范文第4篇
（一）计算机硬件的概念
计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的物理装置总称。这些物理装置按系统结构要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。
（二）计算机硬件结构特点
以目前最为经典的冯·诺依曼型计算机为架构来说，计算机硬件主要包括：CPU、存储设备、输入输出设备、总线、其他部件。具体介绍如下：1.CPU也称中央处理器，是计算机最重要的组成部分，用来对数据进行各种逻辑运算，是计算机的执行单位。2.存储设备具有记忆功能，分为内存和外村。内存也称主存储器，与CPU直接相连，是计算机中的工作存储器，存取速度快，但存储容量小；外存也称辅助存储器，容量大，例如计算机硬盘、光盘、U盘等。3.输入输出设备简称I/O设备，是计算机与外界联系的桥梁。其中输入设备是指能向计算机系统输入信息的设备，如鼠标、键盘、扫描仪；输出设备是指能把计算机处理结果显示出来的设备，如显示器、打印机、绘图仪。4.总线是连接CPU、内存、外存、输入、输出设备的一组物理信号线及其相关的控制电路，是计算机中用于在各部件间运载信息的公共机构。其他部件也很重要，影响着计算机的日常使用，如主板、显卡、声卡、网卡、物理加速器等。
二、计算机硬件系统组成
（一）控制设备。计算机的控制中心由控制设备担当，控制器根据人们事先给定的指令，通过自身功能将指令传达给其他部件，有条不紊地控制着计算机其他各个部分的正常运作。在整个计算机系统中，控制器有着指挥的作用，它的功能对计算机的自动化程度有深远影响。
（二）存储设备。内存储器和外存储器构成了计算机的存储设备，经常把它称为存储器。内存储器是由半导体等材料做成的，并由电路和CPU相连接。计算机进行相关工作时，首先要把用户需要的程序或者相关数据装入内存，然后CPU到内存中读取相关的指令与数据，运算结果的处理上，CPU会将结果写入内存。所谓的外存储器，就是用户用来放置需要长期保存的数据，这也是外存储器的一大优点。
（三）运算设备。所谓的运算设备，就是计算机在运算过程中要用到的，并且能够根据不同的运算、算数装置进行各种算数处理，使数据信号得到全面处理的设备。在人们的日常生活中，运算设备的使用范围较广，它能够使复杂困难的计算变得简单，极大地节约了工作的时间，并提高相关工作的效率，同时也提高了计算机运算的准确性。
（四）输入设备。计算机与人之间所进行的会话是靠计算机中的输入设备完成的，输入设备是接受人的命令或接收数据时需要的必备设备，它的主要功能是将各种信息传输到计算机，再由内部设备进行相关处理。常用的输入设备包括键盘、鼠标等工具，另外，常用到的输入形式有数据、程序等。
（五）输出设备。输出设备主要功能是将计算机内部处理过的信息输出计算机，并将计算机处理的结果以一种人们能够看懂的方式输出的设备。要想得到一个精确地计算结果，必须要借助计算机相关的输出设备。然而，输入设备是将人为的命令以及编程等以计算机能够识别的语言输入到计算机内部当中，供计算机存储以及计算或者进行输出等。
三、如何对计算机硬件设备进行维护
（一）对硬件进行日常维护
计算机硬件是PC的重要组成部分，更是核心部分，对硬件设备做好日常维护，才能保证计算机的正常稳定运行。在对硬件进行维护时应该遵循硬件和软件兼顾的原则。计算机软件和硬件设备相辅相成，软件的正常运行对硬件设备有良好的促进作用。此外，要注意为计算机营造一个良好的工作环境，注意定期对计算机中的各种设备进行除尘。一个干净的工作环境可以增加计算机设备的使用寿命，降低故障发生的概率。
（二）对硬件维护的具体内容
对计算机维护人员来说，对硬件故障进行正确的判断是维护工作中的重要内容。维护人员要结合计算机的内部情况和外部问题对其进行综合分析，准确定位故障位置，从而及时解决问题。判断故障方法：首先，检查电源情况。要认真观察计算机本身的电源、插座或者电源线是否出现故障。其次，检查系统是否正常。硬件设备由计算机系统支配，所以需要检查计算机的系统问题。
（三）硬件维护的步骤
第一，要定期对计算机硬件进行检查，要注意电磁干扰方面的影响问题。第二，安排合理的检查顺序，做到从软件到硬件的检查。因为很多的硬件故障都是由软件引起的，所以要先检查软件的情况，这样可以有效提高工作的效率。第三，注重对电源的检查。电源的性能好坏直接影响计算机的正常工作，如果电源出现损坏，就会导致计算机无法稳定运行。所以在检查时，维修人员要先确定电源没有问题了，再对其他部件进行检查。
四、计算机硬件的维护原则、内容及一般步骤
（一）计算机硬件的维护原则
计算机硬件有其敏感性和特殊性特征，因此维护保养显得尤其重要。在维护计算机硬件时，要遵循以下基本原则：第一，确保软件和硬件兼容、匹配的原则。计算机软件和硬件是相互联系的两方面，不兼容的软件和硬件会对计算机硬件造成极大的伤害。第二，确保计算机有良好的运行环境。首先，保证计算机电压的稳定，使计算机硬件远离频繁跳槽或者电压不稳的电路环境中；其次，定期清理计算机灰尘；再次，及时更新计算机硬件，确保计算机整体功能的协调运转。
（二）计算机硬件的维护内容
在维护计算机硬件故障时，要尽可能选择科学的手段和方法。计算机维护人员要切实提高自身素质，对计算机运行状态进行综合判断和分析，科学确定故障原因和位置，及时妥善处理好各种计算机问题。系统或者电源问题会在一定程度上造成计算机硬件故障，就电源而言，可以对电源线和电源接口进行检查；而就系统而言，要熟悉各种硬件故障。
（三）计算机硬件维护的步骤
维护计算机硬件时要遵循如下步骤：第一，定期检查。及时检查计算机硬件，发现潜在风险和问题，从根源上避免硬件损坏。第二，在检查过程中遵循先软件后硬件的基本原则。大部分情况下，计算机硬件故障都是由软件故障引发的。第三，主机检查在外部设备检查之后进行。第四，首先从电源检查开始，接着进行其他部件的常规检查。
五、对计算机硬件进行故障排查的方法
对计算机硬件进行故障排查的方法有直接观察法、最小系统法、对最小系统进行逐步增减法、组件替换法、组件比较法、隔离尝试法六种。直接观察法即对硬件的工作环境及本身的配置状况进行观察。一旦出现无法正常工作的情况，则可判断是最基本的运行所需要的软硬件出现了问题，可以进行故障隔离。如果要判断出现问题的硬件与状态良好的硬件，在配置与环境设置方面有哪些区别，也可以直接对两整的计算机展开对比。隔离尝试法即通过屏蔽可能导致问题发生的软硬件，来判断是否存在软硬件之间的冲突，进而解决问题。在具体隔离过程中，可以通过卸载或停止运行的方式来屏蔽软件，通过禁用设置或将该硬件驱动程序卸载的方式来屏蔽硬件。
六、结束语
计算机硬件系统的概念范文第5篇
论文摘要文章从当前计算机硬件科技高速更新的角度入手，对如何顺应潮流进行相应的计算机硬件组装教学更新实践进行了论述，为新一步的计算机教学改革提供参考。
自上世纪末90年代末开始计算机科技技术的发展日新月异，与之同步的计算机硬件技术也在不断顺应着计算机软件系统进行着高速的改朝换代，从而达到匹配其需求的目的。时至今日，随着人机互动系统的不断完善与普及，各种新颖的输入/输出硬件不断的刷新市场，这都给计算机硬件组装的教学工作提出了新的挑战，如何使计算机硬件教学顺应计算机科技的发展是摆在计算机教育工作者面前的一个崭新的课题。
1 当前计算硬件组装教学上存在的主要问题
由于计算机硬件组装教学相对于软件教学来说，教学知识概念比较繁复，而且一些硬件与具有着高集成化的特点，这就是说计算机硬件在教学内容本身上就存在着学习的硬伤，再加上教学时许多问题比较抽象，如果不亲自动手操作很难让学生产生认同感，这就导致了当前学生们普遍的“喜软（件）怕硬（件）”的情绪。同时，由于许多软件教学课程实践中并没有和硬件产生必要的联系，这就容易让一些计算机专业学生产生轻视硬件组装课程学习的心理。而且计算机硬件组装的教学实践中，往往受到课时因素、场地因素、资金因素等客观因素的制约，把本应在探索和实践中进行理解和消化的教学内容，局限在书本上的讲解，这样生硬的“演绎式”教学方式不符合学生的认识规律，也不容易调动学生的主动学习意识，这些就是当前计算机硬件组装教学所面临的最严重问题。
2 计算机硬件科技发展的背景
从学生的就业形式上来考虑，学生们所学习的计算机硬件组装知识，必须是计算机产品最前沿的产品，所以制定计算机硬件组装教学实践并不是一个静态的过程，而是要时刻关注计算机市场动态，了解计算机硬件技术的最新发展以及相应配件的换代情况。但这对于计算机学校的财力要求比较高，要尽量协调资源，尽量避免用废弃教学机或是淘汰落后品来进行计算机硬件组装教学实践的情况发生。同时，从2010年对我国计算机维修市场的调查统计中显示，只有5%的硬件维修任务是出在硬件实质损伤维修/维护上，也就是说有95%的的硬件故障任务用简单的更新/更换硬件方法得到解决，粗糙而浪费资源，这客观反映出当前我国计算机硬件市场急需硬件专业技术人才，这也为计算机硬件组装教学工作提供了动力。
3 以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的原则
3.1 将理论和实践操作进行有机结合
首先由于计算机硬件组装教学所涉及到的教学内容，如：电子电路基础、各电子元配件（包括电阻、电容等）工作原理、相关硬件的匹配原理等都是具有着极强知识性和极强实践性的知识内容，需要通过多课时、多层次的实训教学才能达到理想化的教学目的。因为将理论和实践操作进行有机结合是以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的首要原则。
3.2 以学生就业需求为教学目的
随着当前计算机专业学生就业形式的日趋严峻，以就业为主导向的职业人才培养教育形式已经成为了专业人才培养的核心思路。同样的，计算机硬件行业也迫切需要适合计算机科技发展需求的高素质、高聚合性、技能过硬的复合型人才，要达到这样的人才培养效果，在计算机硬件组装教学设计初期，就要以学生的就业需求为教学根本原则进行设计。
4 针对计算机科技发展的计算机硬件组装实训改革措施归纳
4.1 灵活应用调研/多媒体手段，激发学生主动学习欲望
不可否认的事实是，当前学生学习计算机硬件组装课程时，绝大多数是被动式学习，只能通过机械的反复操作，反复记忆达到一种，“心里没记住，但手却记住了”的操作熟练状态。这种方式很容易造成对计算机硬件组装学习的厌恶或抵触情绪。所以在具体教学实践中，要尽量的多利用多媒体手段，（当然如果能找到硬件实物则更为理想）模拟制作相应的硬件实体课件，使学生产生兴趣，主动的作到知识点与实物结合。同时，要尽量用多媒体课件代替相对枯燥的板书教学，让学生在单位时间内尽量多的获得信息量，如果多媒体课件制作的工作量比较大，可以进行全体教师的调配，大家分章节制作课件，然后串换使用，这样用多媒体手段进行的演示操作可以使枯燥的硬件装机内容尽量生动地展示给学生，有效地调动学生的求知欲望。而且还要尽量多安排学生在课余时间做一些相关的硬件信息调研或市场调研任务，这样学生在进行实际调研过程中客观了解到所接触到硬件的价值所在，有助于学生对硬件的理解和记忆。
4.2 尽最大努力多安排实训课时
计算机硬件组装教学最忌讳的教学效果，就是培养出的学生“眼高手低”，所有的操作知识步骤都能靠着反复死背而记牢，但当进行实际操作或是出现一些灵活问题时就变得不着头绪。因此，要尽学校最大的努力多安排计算机硬件组装的实训课程，这样在学生巩固所学习理论知识的同时还大大提高了学生的动手能力，为以后就业工作实践打下了坚实的基础。
4.3 给学生多提供实践操作的机会
学校可以根据自身的情况，与专业公司协商，承接一些计算机硬件维修任务。初期让学生在老师的带领下完成任务，后期达到独立完成维修任务的目的。这样通过具体的问题，学生可以用心的思考所学过的知识技能，并将其用在实处；将课堂上所学到的技能代入到实际存在的故障中，将实训课程的内容和社会中所存在的相关问题相结合，让学生在这样的环境中锻炼成长。并可以和市场上一些专业公司合作，推荐一些在实践操作中比较优秀的学生，去该公司进行实习，进一步刺激学生的学习积极性，将学习与以后走入社会生存联系到一起，让学生对自己的人生提前作出规划。
4.4 考核体系的完善
在传统的计算机硬件组装考核体系中，学生的成绩基本都是由实践操作报告来进行分数评定的，这样得出的分数与该学生的实际操作能力有很大出入，因为考核所进行的操作部分题目大多是验证型题目，学生比较容易通过完成，这样所得出的分数不能客观评价学生的计算机硬件组装能力。因此为了针对计算机科技的发展需求，对于计算机硬件组装教学的考核体系也应当系统化，比如制定相应的计算机硬件组装维护考核标准，或是组织学生参加一些国家统一的认证考试，比如：全国计算机信息高新技术考试（即通常说的CITT）、信息产业部推出的硬件工程师认证考试等等。
5 虚拟实训室的建立，符合计算机科技发展需求
前文已经提到过根据计算机硬件科技发展的情况，学校应该及时更新实训用计算机硬件材料，但这样的更新耗损非常巨大，尤其现在计算机职业院校多为私立办学形式，这种理想化的硬件组装实训形式无法达到。所以虚拟实训室这种以软件替代硬件的高科技形式就得以发展了，通过市场调研将最新的硬件配件进行编程模拟，这样在简化实验操作程序的同时，也大大弥补了实训资源的不足。而且突破了传统的计算机硬件装机实训教学过分受到时间和空间制约的事实，完成了教学模式的更新。在对市场上新出现的硬件产品进行编程虚拟时，一定要与模拟实体保持一致，对于设备的接口、具体操作法要完整的用多媒体形式进行模拟，让学生达到身临其境的效果。
但必须要强调的是，普通的计算机职业院校是无法达到硬件模拟高度仿真指标的，因此，虚拟实训室不能完全的代替实物实训教学活动。
同时，虚拟实训室是一个依赖硬件实物模拟单元和操作模拟程序存在的实验场所，它从根本上解决了由于经费紧张而无法实现的硬件元器件无法更新的情况，而且由于他是虚拟系统操作，其实训效率远远超过了实物实训，而且由于其实验所用单元完全虚拟，将不会受到规格和品种不全的限制。但由于要求实训过程的逼真，其中各个硬件单元组装教学的过程必须用连续动画效果表示，这些动画的制作非常繁琐。最后要强调的就是，虚拟实训所操作的效果都是将操作进行理想化模式进行的，在和实际操作接轨时可能会出现手动失误或操作缺憾等问题，所以它并不能代替实物实训。
参考文献
[1]万晓冬.计算机硬件系列课程体系改革探讨[J].电气电子教学学报，2007:29.
