计算机硬件发展趋势

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计算机硬件发展趋势范文第1篇

【关键词】计算机软件；应用；发展趋势

计算机的高速发展不仅改变了人们的生活方式，更带动了社会的发展进步。而现在，计算机的功能早已不仅仅是计算工具，更是人类社会发展的智慧结晶，其应用范围已非常广泛。20世纪中期，计算机技术已从军事领域扩展到各个领域，经济管理、数据通信、医疗设备、文化教育等，对各行业、各领域有着非常重要的影响。计算机核心部分是软件技术，在计算机系统中担当着执行任务需要的数据、程序、文档等。随着信息技术的发展，计算机应用的增加和硬件的更新换代，计算机技术以及软件技术产业的发展壮大，不仅是21世纪的新型产业，更是增加国民经济的主要因素和全球竞争的核心产业之一。近年来，我国计算机软件产业的发展不仅加快了信息化进程，还逐步成为我国经济发展的支柱产业，因此，计算机发展至今，我们必须对其发展现状和未来发展趋势有足够的了解。

1计算机软件发展应用现状

1.1计算机用户增多的原因

初中甚至小学已普及计算机教学，而计算机教学是一门基础性教学任务，不管是城市还是农村，计算机已是我们咨询问题、了解世界、信息交流的重要工具。计算机的应用和发展让全球信息交流加强，视野更为广泛，这也是计算机用户不断增加的原因。与此同时，我国电器行业更新速度快且竞争大，电脑的价格变化很快，而且国家出台的家电下乡贴补等相关政策也促进了人们的消费。此外，基础设施的不断完善，人们生活水平的大幅度提高，促使计算机成为了人们常用家电之一。

1.2计算机软件的用途

计算机用途十分广泛，涉及到方方面面，正因如此，计算机的发展才会日新月异，在这里将其用途主要分为了以下几类：娱乐活动；日常工作工具；运用计算机达到机械的自动化控制；运用计算机进行多媒体教学，按不同教学领域和方法进行教学，将计算机作为辅教学工具为学生传授知识，不仅利于学生对知识的接收，还能有效节省时间；运用计算机进行各类设计，设计的过程可以达到半自动化或者自动化的程度，不仅效果更佳，还能有效缩减设计时间；达到人工智能，计算机有着强大的逻辑和记忆能力，能够模拟人类智力活动，代替人类进行相应的劳力劳动，因此，智能计算机是人类的辅助工具，其应用涉及到生活中的各领域。

2计算机软件的应用发展趋势

计算机软件技术是人类在计算机开发创新、操控欲望增强的情况下产生的，通过一代代科研技术人员坚持不懈的努力，在经历了相对漫长的过程后计算机软件技术才逐步发展起来。随着对计算机研究的不断深入，人们逐渐将构思寄托于软件上，希望能通过某种技术将自己想法融入到软件中，由软件来将人们各种所需运算进行执行。计算机在早期发展中，硬件和软件没有做严格区分，这个时期计算机主要用于庞大数据的计算，也是一种大型计算工具，而此工具主要以计算机硬件为基础来执行，但各领域中软件应用较少。20世纪中期，计算机软件已应用于军事和科研领域，并且其应用范围不断扩大，向民用方向发展。20世纪时期的软件仍处于研究、探索阶段，而制约软件技术发展的重要因素就是缺乏软件编程人员。通过不断的深入研究，突破了此项技术瓶颈，诞生了一种新的编程语言，对于后期逐步出现并发展的个人电脑而言具有历史性变革意义，为计算机软件后期的发展奠基了基础，使得计算机软件技术蔓延到各个领域。计算机软件技术的发展推动了信息时代的到来。为满足新时期信息时代、网络时代、数字时代的要求，计算机操作系统需进行不断地更新换代，而计算机软件技术作为计算机系统中的重要组成部分，也需要不断进行优化设计。

2.1加强增强计算机应用软件的安全性能

现目前，社会各领域已离不开计算机软件的支持，其应用范围也在不断扩大，所以，计算机软件的稳定性、安全性就尤为重要，影响着社会的稳定。现代信息网络技术的飞速发展促进了对计算机软件的需求量不断增加，为满足网络信息技术的发展以及各行业对功能的需求，计算机软件在难度和复杂度上都大大增加。软件系统的复杂和庞大增加了安全风险和安全漏洞的出现几率，因此，为确保计算机信息的安全，需要对软件中的风险和漏洞做安全检测和预防。漏洞的出现源于计算机软件的设计、编写，以及在研发过程中，研发人员因考虑不全面或者失误所造成的，这些漏洞容易被病毒或者黑客利用，并通过此路径进行攻击、入侵。

2.2加强计算机应用软件的版权意识

计算机软件市场整体发展十分迅速，但其可复制特性让计算机软件的知识发明和产权没有得到相应的著作权和版权的保护。盗版软件的大量出现不仅侵害了软件生产者的利益，还减少了生产者对软件的制作热情，而不法分子利用盗版软件中的漏洞来牟利，最后给用户造成大量损失。所以，计算机软件的发展会将著作权、版权、知识产权做进一步加强，把计算机软件技术当做发明创造进行保护，最大程度的对软件编写以及生产企业的利益进行保护，与此同时，也为用户带来更安全、稳定的使用体验。

3小结

21世纪大数据信息时代下，计算机软件的应用范围已覆盖社会的各行业、各领域中。新的形势下，在对计算机软件进行开发中，需要不断分析和探究其存在的问题和整体发展趋势，从而才能更好的推动计算机软件产业的不断发展，社会的进行。

参考文献

[1]徐晓莉.计算机软件的应用及发展趋势探究[J].电子技术与软件工程,2013(22).

[2]梁华.浅论近年来软件开发技术与应用发展趋势[J].科技信息,2010(16):118-120.

计算机硬件发展趋势范文第2篇

【关键词】计算机软件;应用;发展趋势;安全性能

一、计算机软件的定义

计算机软件的主要组成部分是计算机程序以及相关的程序文档，其核心组成部分是软件程序源文件，虽然目前没有关于计算机软件的统一的、标准的定义，但是各种定义的本质是相同的。又可以将计算机软件称之为应用软件，其主要的作用是在计算机的操作工程中，使计算机能够响应用户的各种需求及命令，从本质上来讲，计算机应用软件就是一个为用户提供有效服务的程序系统。计算机软件能够提供新领域探索开发过程中需要的相关支撑系统。在长期的开发探索后，计算机软件系统的模型体系层次分明，并且已日趋完备。计算机软件系统主要由系统软件、应用软件和支撑软件等组成。其中，系统软件是指借助操作系统程序和数据库程序的共同协调合作，完成系统管理、软件控制、访问以及浏览等一系列任务;支撑软件是指由高级程序语言编译器、计算机辅助软件工程（CASE）以及程序存储库等部分组成的软件系统;应用软件则是指为了应对计算机操作中的不同问题而设计开发的一系列独立的程序系统。我国在二十世纪九十年代末期出台了《计算机软件保护条例》，条例汇总定义计算机软件为计算机程序及其相应的文档。其中计算机程序包括计算机源程序和目标程序，源文本和目标文本可以被认为是同一文件，计算机软件既具备功能性也具备作品性。计算机软件由文字、符号等表达，同时以光盘、硬盘等存储形式记录，因此是受著作权保护的作品。计算机软件的工具性是指计算机软件在计算机应用中的实际作用，计算机软件通常是为了起到实际效果而设计制作的，因此计算机软件具备功能性，因此计算机软件具有功能性。

二、计算机软件应用概述

计算机软件是计算机能够稳定运行和发挥作用的基础。计算机软件的完善和更新使得世界不同地区的计算机能够借助网络这一交互平台实现信息的交流、传递和共享。在当今社会，计算机被普及应用于各行各业。计算机软件更是涉及到国防、航空航天、工程、金融、水利、服务、建筑等诸多行业。同时，许多通用软件也逐渐成为人们日常生活和社会交流中不可或缺的工具。从聊天工具（QQ、微信、MSN等）、购物软件（阿里旺旺等）到电子邮箱，从网络订购机票、车票的相关软件到从GPS卫星导航系统，都可通过计算机软件轻松实现，这都充分体现出计算机软件应用的高度普及性和不可或缺，也体现出计算机软件在我们工作、学习和生活中的重要地位。由于软件产业的迅速发展带动了信息网络产业的快速发展，我国开始对信息网络产业的发展提高重视程度，我国国务院也在“十二五”计划的发展纲要对信息网络产业的发展提出了明确的要求，即通过加强我国信息化建设和信息化进程前进步伐，以此来带动我国工业化向现代化发展。政策上的引导表明在未来，我国的计算机软件将渗透到工业、农业、军事、教育、医疗、金融、通信等诸多领域中，并开始更快、更加深入的发展。据相关部门统计，在近五年间，我国的计算机行业值以每年约30%的幅度增长，我国软件市场的销售总额在2011年突破了12000亿元，为我国国民生产总值的增长做出了重要贡献。计算机软件在未来应用领域还会不断深入和发展，市场份额将会进一步增发。

三、计算机软件应用发展趋势探究

进入到二十一世纪，信息和网络成为时代不可或缺的重要部分。从大型运算计算机到平板电脑，都必须借助一定的系统软件和应用软件才能发挥作用。因此，计算机软件系统作为计算机不可或缺的重要组成部分，必须不断优化其自身结构，不断更新和开发新功能，才能满足现代社会日益增长的需要。我国计算机技术未来的发展趋势主要表现在以下几个方面：

1.加强计算机软件的安全性能和稳定性能

随着计算机软件的大规模普及和推广应用，社会上不同领域都需要计算机软件提供相应的帮助和支持，这就对计算机软件的安全性和稳定性提出了较高的要求。网络信息技术的兴起和发展使计算机软件的需求量与日俱增，不同行业、领域及信息网络技术促使计算机软件向复杂性和集成性发展。软件系统的复杂性和集成性会大大增加其自身的缺陷性和安全风险。计算机软件出现漏洞或缺陷的主要原因是在软件设计、编写阶段没有进行周全的考虑或设计程序上出现了失误计，导致软件中存在缺陷或漏洞。当这些漏洞或缺陷被黑客或病毒攻击、入侵后，就会造成软件的不稳定运行，严重时会对用户的重要信息造成泄漏。

因此，为了保证计算机软件系统可以安全、稳定的运行以及信息网络的安全，对计算机软件的安全漏洞检测和安全风险评估控制就显得尤为重要，加强计算机软件的安全性和稳定性也将成为计算机软件未来的必然发展趋势。

2.逐步增强计算机软件作为发明创造的版权意识

由于计算机软件具有可任意复制使用的特殊性，造成软件的知识产权和发明著作权不能很好地被保护，导致大量的盗版软件在市面上销售。盗版软件的大肆销售不但给软件生产者造成巨大的损失，不尊重软件的知识产权，而且盗版软件存在的很多漏洞会被黑客和病毒利用，造成用户更大的损失。

因此，在未来的发展进程中，需要加大对计算机软件的著作权和知识产权的保护力度，把计算机软件作为一项发明创造来保护，将软件所有者和生产者的利益作为重要的保护对象，并给用户们提供更加安全和稳定的使用环境。国家应建立相关的计算机产权保护法律法规，以完备的法律手段来实现对计算机软件的著作权和知识产权的全面的保护，同时，使软件所有者和生产者的利益得到最大限度的保证。

四、结语

总之，计算机软件作为计算机和网络信息时展的灵魂，对我国社会经济和人民生活的发展与提高有重要意义，大力发展计算机软件产业对于努力实现现代化的社会主义经济具有现实意义。

参考文献

[1]巫玉芳.美国计算机软件专利法保护的发展趋势[J].当代法学，2000，06：69-71.

计算机硬件发展趋势范文第3篇

【关键词】计算机 软件工程技术 发展趋势 开发方式

计算机包括软件、硬件两个重要的组成部分，其中计算机硬件的灵魂是软件，如果没有计算机软件作为基础支撑，计算机硬件的存在也就毫无价值可言。而计算机硬件则又是软件运行支持的重要载体，软件分为应用软件与系统软件，其中系统软件能够实现对计算机硬件、软件的统一控制，其主要包括驱动程序、操作系统等；而应用软件则主要用于提供休闲娱乐、办公等功能，常见的有office办公软件、腾讯QQ等。

1 计算机软件工程技术的开发方式分析

当前计算机软件经历了长时间的发展逐渐变得成熟，软件开发技术的不断优化与完善对于计算机网络科技的进步意义重大。现阶段常见的计算机软件开发方式包括瀑布模型法、自动开发及原型模型开发方法。

瀑布模型法即结构化系统开发方法，在国内、国外的一些软件技术开发领域有着广泛的应用，特别是在复杂的大型软件开发系统中，瀑布模型法有显著的开发优势。该软件开发技术是从软件开发整个系统的整体，在整个开发的过程中采用分阶段的工作方法，划分软件开发过程为若干个小的模块，并采用递进式的方法完成。在不同的阶段中，其有着明确的任务，这就大大降低了在开发复杂系统方面的难度。然而瀑布模型法的整个开发时间往往较长，由于不同阶段之间是递进的关系，因此一般只有将这个阶段的工作完成之后，才能对下一个阶段的工作进行研究。

自动形式的软件开发技术指的是在计算机软件开发的过程中，将开发软件的主要功能与目的标明，并不一定需要详细解释开发的过程。这种开发方法能够依据软件本身的设计规范，从而自动开展设计与编码工作。在这种自动化的开发方式下，相关开发人员能够依据自己的设计风格与喜好，选择开发的环境与开发语言，从而利用编程软件进行编码。此种方法最灵活，但是要求开发人员的编码规范度高。

原型模型开发方法在当前计算机软件开发过程中应用较为广泛。这种开发方法关键是需要相关开发人员在软件开发的前期就系统需求进行讨论，从而达成一致的意见之后，并围绕这个意见而开发出一个原型。在原型运行的过程中不断优化与完善，指导符合系统的各项需求。原型模型在克服瀑布模型缺点、减少由于软件需求不明确给开发工作带来风险方面，确有显著效果，但该方法在大型软件系统开发方面并不适用。

2 计算机软件开发技术的应用价值分析

计算机软件的开发最大的目的就是为了人们生活服务，在计算机中安装相应的软件，并将软件的功能充分发挥出来才是实现了其真正的价值。例如，应用两款不同的软件，其中一种为Web+Xml+ActiveX，另一种为VB6.0+Acess。前者需要安装有关组间，后者则可以直接在计算机上运行。当计算机安装好这两种软件之后，在运行的过程中能够发现，第一种软件运行时总是存在多方面的限制，对用户的使用产生很大的影响，因而使用的人不多。而第二种系统则运行十分流畅，且无需对浏览器作出任何方面的修改，所以大部分的用户都会倾向于选择这一款软件。但随着用户人数的不断增多，导致系统运行速度相对减慢，此时相关开发人员就应当对这款软件作出一定的更改。因此，计算机软件开发技术在应用过程中，需要依据人们的具体生活需求对开发设计的软件进行优化与完善。

3 未来计算机软件工程技术的发展趋势分析

（1）智能化趋势。为了进一步提升计算机办公的效率，减低人力投入成本，以及缩短办公流程、提高数据信息处理效率，自动化发展趋势在今后软件工程技术开发中必将愈演愈烈。而要想使办公自动化变成现实，计算机软件开发技术就应当实现智能化的发展，相关开发与设计软件也应当充分借鉴先进的软件开发技术，使得智能化软件的开发更好地为社会服务。

（2）开放化趋势。近些年来，由于各个行业、各个领域中的计算机应用变得更加广泛，这使得及软件工程技术的学习人员及开发人员比例呈现出逐年上升的趋势。因此，要想使更多的人能够对软件工程开发技术有更多的了解，就应当推动计算机软件开发技术的全面发展，促使计算机软件工程技术的开放化，从而使学习人员能够通过计算机网络技术改革与创新当前的软件开发技术，使其更好地推动社会的前进与发展。

（3）网络化趋势。提升计算机软件开发技术水平的一个极为重要的平台就是计算机网络，随着当前信息数据流量的不断增加，传统的计算机硬件逐渐难以满足数据存储的相关要求，所以未来计算机软件工程技术应当朝着网络化的方向不断发展，从而才能使得数据信息的处理及存储更加高效，并且还能够实现海量数据共享。此外。网络化趋势的不断加剧，还有效消融了不同地域及不同领域之间沟通的壁垒，同时大数据的全球化也将使得全世界的各地实现了同步进步与繁荣。

4 结语

经过数十年的发展，计算机软件工程技术虽然逐渐趋于成熟，但为了更好地满足人们日常工作与学习的需求，相关设计者应当开发并设计出更富有人性化、个性化及多功能的软件系统，这样同样能进一步提升当前的及软件工程技术水平。因此，在当前信息化时代中，软件工程的开发应当在充分把握市场的动态需求，并结合实际的计算机技术，最终开发出有利于社会发展的产品，使其更好地为人们提供服务。

参考文献

[1]战锴.软件工程技术发展趋势研究[J].电子技术与软件工程，2013，14：51.

[2]朱仲英，虞慧群，王景寅，尤晋元，高毓乾.软件技术发展趋势研究[J].微型电脑应用，2010，09：1-4+65.

[3]卢东晓.关于软件工程技术发展趋势分析[J].计算机光盘软件与应用，2014，14：86+88.

[4]刘堂宇.浅析目前软件工程技术在网络时代背景下的发展[J].计算机光盘软件与应用，2014，18：76-77.

[5]张忠华.软件工程发展历程及其发展趋势探讨[J].计算机光盘软件与应用，2014，24：69+71.

计算机硬件发展趋势范文第4篇

【摘 要】随着计算机应用技术的不断发展，对于作为底层系统的硬件，也提出了更高的要求。本文针对计算机硬件系统的相关技术，进行了由浅入深的分析。

【关键词】计算机应用技术；硬件；系统

【Abstract】With the continuous development of computer application technology ， it puts forward higher requirements for the underlying hardware of the system. It analyzes the relevant technology of the computer hardware system.

【Key words】Computer application technology； Hardware； System

1 计算机硬件简介

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各种物理装置的总称。这些物理设备按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件的运行提供物质基础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序，把数据加工成可以利用的形式。从外观上看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内部主要包括：CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光驱、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘、显示器、音箱等，这些设备通过接口和连接线与主机相连[1]。

2 计算机硬件技术

计算机硬件技术，是以计算机硬件系统结构和工作原理为核心，逐步掌握各个硬件模块的原理与功能，从而能够利用硬件技术进行系统开发。

3 计算机硬件技术的范畴

计算机硬件技术主要面向计算机软方向专业开设，因此是一门综合性的硬件技术课程，其范畴包括：计算机系统概述、电路元器件、计算机数制、常用逻辑部件、硬件结构及原理、指令与汇编语言、接口与外部系统、单片机系统[2]。

其中，对每个知识点都做了详细的分析，以计算机组成为例，如下图所示：

图1 计算机硬件组成

图中涵盖了计算机五大硬件模块：运算器、控制器、输入设备、输出设备和存储器，箭头表明了各种信息流向。图中，我们首先要了解各个硬件模块的功能，从而根据箭头分析各种信息在硬件设备中如何传递。

4 硬件技术的核心

硬件技术的核心包括如下几个方面：

（1）计算机硬件组成原理

计算机硬件组成原理为掌握硬件技术的基础。

（2）微处理器

微处理器是计算机核心部件，主要包括运算器和控制器。微处理器技术，重点是对指令和指令系统的理解。

同一厂商会在一个处理器产品的基础上不断研发下一代新的兼容产品，而新一代处理器与前一代要实现指令兼容，即新一代指令系统包含前一代处理器的全部指令，同时可能增加新指令。而不同厂商之间也可能生产指令兼容的处理器产品。如何提高处理器性能，也是各个厂商争先研究的对象，一般采取的技术包括：流水线、超标量、超线程、Cache、扩展指令集、多核心等。

（3）总线

总线就是严格定义的信号线集合，用于实现计算机各个部件之间信息传输的通道[3]。总线具备公共性、标准型和可扩展性等特征。通过总线可实现点对点连接或者多点连接。只能实现点对点连接的通道在概念上不是总线，习惯上也称为总线。

在计算机中，总线一般分三种：数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。

DB：传输数据内容，与内存、I/O之间双向传输；

AB：传输的存储位置，如存储器地址、端口地址等，与I/O接口或之间单向传输；

CB：传输各种控制信号，如存储器读/写、端口读/写等，与I/O接口之间单向传输。

（4）接口

接口是用于完成计算机主机系统与外设之间的信息交换[4-5]。接口由接口硬件（接口电路、连接器、连接电缆等）和接口软件（程序）组成。如下图所示：

图2 接口电路的构成

接口功能主要包括：数据传送、数据缓冲、信号变换、中断、差错控制、高层通信协议、即插即用、电源管理、动态配置等。接口构成都是通过数据变换机制来完成。对接口的操作是程序对接口的访问（读/写）的方式，不同接口电路支持不同的操作方式，常用方（下转第324页）（上接第128页）式包括查询、中断和DMA控制方式。

5 计算机硬件技术总结

熟悉计算机硬件技术，目的是提高计算机应用能力。不仅仅要熟悉各个硬件模块的功能，还需了解相关最新技术的发展趋势及新标准，利用硬件性能测试方法，能解决在实际使用中出现的问题。

【参考文献】

[1]李桂秋，宋维堂.计算机硬件技术基础[M].高等教育出版社，2012：5-8.

[2]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000：57-61.

[3]周洪利，朱卫东，陈连坤.计算机硬件技术基础[M].北京：清华大学出版社，2012：159-162.

计算机硬件发展趋势范文第5篇

摘要：本文针对目前高等学校计算机硬件实验教学存在的问题，提出适合本科生及研究生联合培养的创新实验教学体系，设计了支持基础验证型、综合设计型和创新研究性实验一体化的计算机硬件实验平台。

关键词：教学改革；创新型人才；计算机硬件实验

中图分类号：G642

文献标识码：B

1计算机硬件实验普遍存在的问题分析

目前，国内大多数高等院校的实验组织模式和实验手段主要存在以下问题：

“一人动手大家看”的“放羊式”

实验的内容、步骤严格按照教材(实验指导书)进行

实验内容陈旧、与工程实际脱节

本科生和研究生的实验环境分别建设

计算机学科的课程内容具有很强的交叉性和相关性。针对每门具体课程单独设置实验及单独提供实验环境，一方面很难使学生对其前导课程所完成的基础能力做要求，同时也很难兼顾到其后续课程，各自独立，相互间缺少有效的贯通；另一方面实验环境重复建设，实验资源得不到充分利用。下面以“数字逻辑”、“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门硬件主干课程为例说明计算机硬件实验的现状。

(1) “数字逻辑”是计算机专业必修的专业基础课，目的在于掌握计算机数字电路设计和调试方法，为后续硬件课程奠定基础。而相应的“数字逻辑实验装置”一般仅能用于TTL与GAL器件的实验；有部分学校购置的实验装置还不能进行GAL器件的实验。实验一般使用小规模74系列TTL器件，通过面包板实现输入/输出连线，其可靠性低、元器件易损，复杂实验受到限制，很难支持设计型实验；许多目前流行的硬件设计方法，如采用EDA(电子设计自动化)工具的基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)的逻辑设计等，更是因为硬件设计环境不够而无法进行。

(2) “计算机组成原理”作为计算机专业的核心课程，目前很多大学采用类似清华大学计算机厂早期研制的实验装置，采用面包板和拨位开关等输入/输出接线，调试手段缺乏，支持的实验内容少，对CPU设计之类的实验没法很好地开展。即使一些新的实验装置，重点仍然是支持验证型实验，设计型实验的开展仍具有局限性。

(3) “计算机体系结构”作为计算机专业的高端专业课，由于缺乏实验条件，很多学校还没有开设实验，少数开设实验的学校也只能采用系统结构模拟软件进行模拟实验。大多数该类模拟软件运行在UNIX平台上，参数设置复杂、接口界面不友好，使用起来费时费力。学生只是通过课堂学习来掌握计算机体系结构的内容，缺乏对计算机体系结构的感性认识，更谈不上培养学生的设计与创新性能力。

由于以上三门课程目前都只针对自己的课程内容单独设置实验并单独提供实验环境，这些相关性非常强的课程各自独立，相互间缺少有效的贯通，不仅导致了实验环境的重复建设，实验资源得不到充分利用，而且也不利于学生对计算机硬件体系有一个系统的了解，更无法对本科生的课程设计、毕业设计等大型和综合型训练提供必要的支撑环境。

为了解决目前计算机硬件实验教学中存在的问题，需要建立能满足计算机专业实验教学需求的，集实践性、先进性、开放性、创新性为一体的先进硬件实验教学体系，结合EDA、软件模拟和虚拟现实等先进的实验手段建立集基本验证、综合设计和创新研究为一体硬件实验平台，促进理论教学与实践教学紧密结合，以适应学科发展和IT企业对高层次计算机专业人才的更高需求。

2 适应多层次人才培养需要的计算机硬件实验体系的建立

为了构建适合本科生、研究生多层次需要的一体化的实验教学体系，我们对国内外著名大学的课程及实验教学大纲等做了深入的研究，主要做了以下几个方面的研究工作：

(1) 研究计算机专业硬件课程及其实验课程当前的设置和今后的发展趋势；

(2) 剖析计算机专业硬件相关课程之间的衔接关系；

(3) 分析教学实验和科研实验的本质，发现本科阶段以及研究生阶段主要硬件课程教学实验的规律。

基于以上研究工作，我们设计的计算机硬件实验体系主要包含以下层次。

2.1系统化的计算机硬件实验内容层次

计算机学科是目前更新换代最快的学科之一，实验在设计时必须和实际工程结合紧密。实验内容和手段的设计必须是以培养具有很好实践能力和一定创新能力的本科毕业生为目标。因此，我们将每门课程实验的内容分为以下三个层次：

基础验证型：主要用于验证课程当中所讲的内容，加深对课堂知识的理解，并培养学生的基本专业技能和实际操作能力。

综合设计型：这类实验一方面可以加强学生对相关课程的理解，更主要的是培养了学生综合分析能力和独立解决问题的能力。

创新研究性：这类实验要求学生自行设计目标并进行实验；实验允许失败，但是必须对失败原因和改进设想做深入的分析和探讨。这类实验是学生早期参加科学研究的一种重要形式，主要培养学生的创新意识、创造性思维及创造性个性，使学生创新性的想象力、判断力、思维能力和实践能力得到提高。

这三个实验从内容上由浅入深、由易到难，从对学生的要求上是由低到高的。其中前两类实验主要针对本科生设计，第三类实验主要针对少数有余力的低年级本科生、多数毕业设计阶段的本科生和所有研究生设计。

在多层次实验教学中，教师的主要作用在于启发学生认识实验教学的目的和意义，组织开展实验教学活动，引导学生研究问题，指导学生的实验过程和认真完成各项实验任务。在实验教学中，教师要教育学生树立严谨的科学态度，鼓励学生勇于求异的创新意识，注意培养学生独立解决问题的能力。

2.2计算机硬件课程层次的建立

以西安交通大学计算机学科为例，本科生和研究生的硬件相关课程体系中主干课程由“数字逻辑与数字系统”、“计算机组成原理”、“计算机体系结构”、“高性能计算机体系结构”和“计算机系统的量化研究方法”组成，其中前三门课程为本科生课程，后两门课程为研究生课程。与主干课程相关的本科生必修课程还包括“汇编语言程序设计”、“微机原理和接口技术”、“操作系统原理”、“计算机网络原理”、“嵌入式系统”；研究生课程包括“计算机网络理论及应用”、“VHDL和FPGA设计”、“分布式系统”等。这些课程，特别是主干课程，不仅有较强的顺序性，而且课程内容的相关性很强。图1给出了计算机硬件主干课程的实验层次。其中，虚线方框部分为偏软件类型的实验。

图1 计算机硬件主干课程实验层次

从图1可以看出，计算机专业本科阶段硬件主干实验课程主要为数字逻辑专题实验、计算机组成专题实验、微机接口专题实验；并且这三个实验中，每个实验的开展必须以前一个课程为基础；课程实验从内容到形式都有很密切联系。为了让学生学习完这些课程后对计算机硬件结构有一个系统和感性的认识，我们在设计这三个实验时，首先设立了一个总的培养目标，每个课程组根据这个目标，结合本课程的内容和培养目标分阶段完成相关支撑的实验内容，并且这些实验可以采用一致的实验手段和平台。具体措施主要包括以下两方面内容：

(1) 对于每门具体的计算机硬件课程均设置8学时的课内实验，实验类型为独立的基础验证性。

(2) 硬件课程都有配套的专题实验，专题实验均为综合设计型。主干课程的实验为必修专题实验，其他小部分课程实验为选修专题实验。以工程项目设计实验为目标形成多个系列，同一系列实验间具有时间先后关系、支撑与被支撑关系。例如图1中的“数字逻辑”、“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门硬件课程就构成了一个主干的硬件实验系列。这三门课程的实验必须在内容上具有前后相关性，并采用基本一致的实验方法和平台。

2.3多样化的计算机硬件实验平台层次

在硬件开发平台的设计上兼顾不同层次人才的培养需要，综合本硕博各个阶段的不同需求，构建多层次的实验环境，提高实验效率，促进学生的创新思维，进行创新式构建实验。还要考虑对毕业设计的实验环境以及本科生创新性研究活动实验体系的支持，结合软件设计的方法和手段(即硬件设计软件化)构建灵活多样的硬件实验平台。此外，实验平台设计要具有层次性，并且考虑课程间内容交叉和互补。

从国外的发展趋势来看，计算机硬件课程的实验由传统的孤立的实验装置承担，发展到了由EDA和CPLD/FPGA仿真器联合承担的阶段。

传统的实验装置支持相对简单的连线类的实验，这类实验只能使用中小规模的集成电路器件。设计大规模的实验几乎是不可能的，因为大规模的实验用中小规模的芯片来实现费时、费力，且受面包板等空间和实验装置能提供的电源限制。

使用HDL语言，如AHDL、VHDL和Verilog等，通过EDA工具软件设计各种规模的数字电子系统是目前工程师的设计潮流。通过EDA和CPLD/FPGA仿真器能完成计算机硬件课程的各类实验。图2是我们设计实现的一款低成本综合实验装置，该装置使用了Xilinx公司Spartan-3系列FPGA芯片(40万门)，通过扩充板可以满足大部分的实验要求。

图2 一款综合实验装置的PCB的元器件布局示意图

2.4多层次的实验考核体制

实验的考核主要有以下几种形式。

(1) 实验过程的跟踪考核：改变传统的根据实验结果和报告打分的体制，对实验过程中的主要环节进行记录、评价，并作为最终成绩考核的依据。

(2) 实验报告撰写：实验结束后，要求学生撰写实验报告，以总结个人实验结果，明晰实验思路，实现知识的融合、升华和再学习。通过实验报告的撰写可以培养学生对科技活动的总结能力，科技论文的写作能力，使学生的科研素养得到初步锻炼。

(3) 实验答辩机制：对于综合设计型，特别是创新研究型实验，前两种考核机制存在明显的不足，因此需要引入新的机制来评价学生所做工作及取得的成绩。可通过学生讲解、演示，教师提问和回答，课程设计报告撰写三个步骤来进行考核。

参考文献

[1] 蒋景华. 麻省理工学院培养创新人才特色的做法的分析研究[J]. 实验技术与管理,2006,23(6):1-4.

[2] 朱颖. FPGA实验开发系统的设计和实现[D]. 西安交通大学计算机科学与技术系,2005.

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[4] 贾国芳. 高校计算机基础课程体系建设与教学改革探析[J]. 科技教育创新,2007(7):220-221.

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