计算机硬件技术
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计算机硬件技术范文第1篇
前言
电子设计从手工设计逐步走向了自动化设计，它的发展以EDA技术的发展为主要标志。EDA技术以计算机为操作工具，融合了最新的应用电子技术、计算机技术和智能化技术的成果，并且将设计人员从繁重且重复的劳动中解脱出来，使得电子产品的设计效率提升了。
1EDA技术概述
1.1EDA技术的基本内容
在没有EDA技术的时代，计算机硬件的设计需要通过人工手动完成集成电路的设计、布线等工作。而随着集成线路复杂程度的增加，基于手工的设计方式已经无法满足工作需求。因而人们开始寻求一种更为高效的硬件设计方式。EDA技术的诞生，成功改变了这一情况。它以计算机为操作工具，让学生可以在软件平台上，通过软件化的设计方式来描述计算机硬件。由计算机代替人工完成逻辑编译、优化、布线、仿真等工作。整个过程是自动的，直到能够完成对既定芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作[1]。
1.2一般设计流程
它创新性的颠覆了传统电子产品的设计方式。将设计的顺序从由下至上翻转过来。这使得硬件设计者能够从更为宏观的角度去掌控产品的开发。包括设计的质量、成本、功能需求、研发周期等。在拥有比较全面的宏观分析后，从系统设计出发，进行顶层功能模块的解构和划分。并能够按照方框图系统级的次序逐级完成仿真纠错和验证。从而能够使设计问题更早的被凸显出来。当所有的仿真和验证确认无误后，再用逻辑综合优化工具的门级逻辑电路的网表来实现硬件的物理级呈现。通过该项技术的应用，将设计者的设计强度减轻，仅需要通过软件平台，就可以实现硬件的电路设计和功能仿真。整体的设计效率被大幅度提升。硬件设计流程如图1所示：
2基于EDA技术的计算机硬件设计的实践探究
本文以可编程器件开发工具MAX+PLUSⅡ为开发平台设计，它的运行速度快，界面统一，功能集中。同时该开发平台具备十分完整的可编程逻辑设计环境，能够完成从指标设计、输入、编辑综合处理、校验直至编程下载的EDA设计的全过程。设计者可以按工作流程选用工作模块。适用于多平台操作，是一种理想的开发平台。本部分就计算机的基本硬件之一通用异步收发传输器基于EDA技术的设计实现进行了简要的阐述。
2.1UART的基本介绍
通用异步收发器（UART），是计算机中不可缺少的组成部分，它是一种短距离串行传输接口。能够作为微机与下位机的通讯串口，来实现有效通讯。根据当前的计算机运行机制，需要进行数据的交换和传输。但是并行数据并不能够直接发送到调至解调器中，而必须要经过异步传输才能够解决。UART就是此过程的必要部件。它将信息有序的发送到调制解调器中，实现计算机的正常运转。
2.2硬件设计
在进行硬件设计时，考虑各项功能模块的调试工作，设置了三个按键输入来实现UART的复位、接收和发送数据功能的启动。整体硬件结构如图2所示。
2.3模块设计
（1）基本设计思路UART在工作中主要涉及两个过程，发生和接收。在设计时，考虑模块化的方式来进行设计。发生的过程即并行数据的准备阶段，UART按照既定的格式，将信号进行转换。在此过程中涉及到关键的时钟信号。需要通过波特率发生器来产生与本地系统同步的时钟信号。而接收的过程，就是在信号转换成RXD串行信号后，转换成调制解调器需要的并行数据信号。在整个进程中，由于本地时钟信号与UART的时钟信号会产生一定的延迟和误差。当这种误差产生持续性的积累时，会产生接收偏差。使得UARD的功能不能够被顺利的实现。因此，在进行设计时，需要采用一个远远高于波特率的本地时钟信号对输入信号RXD不断地采样，来保持工作过程中UARTDE接收和发生不会出现步调不一致。（2）奇偶校验位发生器模块设计奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法，以保证串行数据的准确性。在基于EDA技术进行UART奇偶校验位发生器设计需要考虑几个关键点。一是该模块能够执行奇偶校验规则，正确的选择数据。从而实现系统既定二进制数据与输入的串行数据校验位的合理比较。验证输入的正确性。二是该模块必须要满足计算机功能的持续拓展性。在计算机工作中，会产生不确定的并行校验位的增加。那么该模块应该能在后续定义的规则基础上进行校验位的添加。对已经设计完成的奇偶校验位发生器模块采用EDA的工具mod-elsim12.0进行功能的仿真，对仿真结果进行详细的分析，以确保所有期望的功能都已经实现，对于发生问题的地方及时进行修订。（3）波特率发生器模块设计此模块的主要功能就是能够根据时钟的频率和既定的波特率来计算出波特分频因子。分频因子就是分频数。对于波特率发生器的系数一般在现场可编程门阵列实现时基本上是固定的，但是当实现出现变化时，波特发生器的系数就要发生改变。在UART中采用的是专用的芯片，使得波特率的改变变得比较困难，需要加上相应的接口来实现波特率的变动。在使用硬件描述语言的parameter语句（VerilogHDL）或者Generic语句（VDHL）就可以实现UART专用芯片的波特率的改变。那么就不需要通过后续的接口添加来改变系数，也就减少了设计和调试的难度。该发生器的分频时钟与波特时钟的频率比设置为16:1.那么信号采样的准确性就会增高，使接收和发生保持在同一步调上[2]。（4）顶层模块设计UART顶层模块是硬件的综合模块。它涵盖硬件中全部接口定义。主要是为了接收和发生与其他模块的通讯和连接。若通用异步收发器的波特率为9600bit/s，分频因子则为9600*16*2。运用EDA仿真软件，在进行发送功能仿真时将能够得到相应的仿真结果。对该模块的仿真结果进行详细分析的时候可以发现，等待发送的数据在接触发生信号后，其串行信号发生了改变，由01010101001010101[3]。利用EDA技术进行UART的实际，能够实现利异步串行通信功能，同时可以利用EDA仿真工具就功能模块进行分别和整体的仿真校验，解决了计算机硬件设计问题发现晚的劣势，能够在设计的过程中及时调整设计方案。
3结束语
EDA技术是计算机硬件设计向软件化转变的重要标志，它为计算机硬件设计提供了全新的思路。这种设计方式使得计算机的硬件设计具备可视性、直观性，且可以在设计过程中进行实时的控制和调整，解决了复杂电路设计问题发现滞后的问题。
参考文献
[1]曲行柱.浅析EDA技术在计算机硬件设计中的应用[J].祖国,2016(21):288-288.
[2]徐迪.EDA技术在计算机硬件中的应用[J].数字技术与应用,2015(8):216-216.
计算机硬件技术范文第2篇
关键词:计算机；硬件；维护；
Abstract: Along with the computer application, the technical requirements of the higher content of computer hardware, computer hardware upgrading at the same time, the hardware maintenance requirements are also getting higher and higher. Aiming at the maintenance of computer hardware technology and troubleshooting discussed.
Keywords: computer; hardware; maintenance
中图分类号：G633.67
现如今社会和经济发展的速度是非常快的，计算机已经是一个普遍家庭普遍存在的电器设备，在各行业的应用也极为广泛，如机械，电子，电信等行业，都是由计算机协助来完成。计算机的设备核心是内部硬件，在操作过程中，如果电脑的问题，它会导致电脑死机。本文根据计算机硬件维护的原则，对计算机硬件常出现的故障提出解决措施。
1 计算机硬件维护原则
1.1 检测前进行必要的环境清洁
计算机的工作环境在很大程度上影响着硬件的工作，很多硬件的故障都是因为环境差引起的。湿度大或灰尘大的环境都会损伤计算机硬件，减短其使用寿命。因此，在计算机硬件的维护以及故障检查中，首先要清洁计算机外和机内的工作环境，防止环境原因引起计算机硬件发生故障。
1.2 注意硬件维护的顺序
计算机硬件设备维护时需掌握一定的程序。第一, 先进行电源检查, 再检查部件。电源容易被用户忽视, 电源的功率应当保持在适当的水平。第二, 检查要分接通电源前和接通电源后。检查时不能盲目接通电源, 有些故障需要拔出电源才能解除,而另外一些则需要接通电源才能发现。第三, 维护时先易后难, 先普通后特殊。
2 计算机硬件问题分析
计算机硬件是计算机必不可少的一个组成部分，如何判断计算机硬件出现的故障，找到故障来源，对于计算机硬件的维护十分重要。计算机硬件故障产生的原因要从计算机内部和外部两个方面来分析，计算机硬件内部故障一般是由于设备冲突或者是软件故障引起。 计算机硬件故障出现的外部原因相对于内部原因而言，就更好判断一些，计算机使用的外部环境就是原因之一。如果计算机的使用地区电压不稳或者经常停电，在该环境下使用的计算机就容易不能正常工作，还很有可能会损坏硬盘等配件。电磁干扰对于计算机硬件产生的影响也不容忽视，生活中常见的高压线、变压器、以及变频空调等设备的使用，都有可能引起强大的电磁干扰。如果恰好计算机主机抗电磁干扰能力差，这些电磁干扰就会导致计算机意外重启等现象的出现；强大的电磁干扰还有可能使得显示器被磁化，进而导致显示器的偏色故障等。
3 计算机硬件故障排除技术
3.1 肉眼观察。首先仔细检查计算机的周边环境和设备，包括：室内环境、插头插座接触程度检查、用户操作方式合理性确认等。
3.2 最小系统法。计算机是多组合的工作模式，许多外设可以热插拔，而外设故障是可能导致系统异常的。要确定具体的问题，需要不断地缩小范围。可以考虑先将计算机最简化到可基本引导的程度，只留电源，主板和CPU这最小系统化的组合。
3.3 逐步添加法。即在最小系统工作正常的前提下，逐步添加原来拆除或打开屏蔽装置，直到系统故障重现，可以确定故障所在。
3.4 替换法。这一方法的应用往往要结合其他方法。先基本确定故障硬件，然后再采用好的部件替换故障部件。替换过程中，最好采用同一种型号的设备，这样避免引来设备兼容的新问题。
4 计算机硬件常见故障及对应解决方法
4.1 CPU的维护
CPU是计算机的重要处理部件。CPU在正常使用过程中出现故障的几率很小，但作为计算机最核心的部件，对CPU的日常维护还是很重要的。
1）正常使用CPU要保证CPU工作在正常的频率下，尽量不要通过超频来提高计算机的性能。计算机正常工作时，要保持主机位置的稳定，不要轻易移动CPU。安装时要注意安装到位，以免引起不必要的故障。
2）保持良好散热现在的CPU发热量都比较大，如果CPU不能很好的散热，就有可能引起系统运行不正常等故障，选择一款好的CPU散热器是必不可少的。CPU散热器根据散热原理可分为：风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和压缩机、液态氮制冷等几种。常用的散热器仍然是风冷式。
3）定期进行清洁灰尘过多会造成散热不良、引起CPU故障，要经常对散热风扇进行除尘，保持CPU插座周围清洁。
4.2 主板维护
1) 随着计算机的使用期限延长，会发现电脑系统的时间会变慢，虽然对其校准过，但仍解决不了。是电脑主板电池引起的。在更换电池后还是如此情况，很大一部分原因是主板的时钟电路的问题，这种情况需要及时联系厂家或者维修服务部门。
2) 电源指示灯不亮。开机后电源指示灯不亮，许多用户是将主板拆下然后重新安装在主板上，导致出现指示灯问题。首先，可以检查电源是否正常，如果电源没有理由，那么原因很可能是一个电脑主板的问题。一个被怀疑主板烧坏，一种检查主板，如果发现曲折的现象是由接触不良线。可以拆下主板，重新安装螺丝固定后重启。
3) 外置移动存储设备计算机无法识别现象。移动硬盘或其他移动存储设备不被计算机识别，且会听到异常的噪音，首先应该采取的办法是检查传输接口连接好，没有任何问题，就说明驱动器的传输端口指示供电不足。大多数电脑主板传输端口可满足大多数的存储设备，但一些特殊的移动设备，由于设计会使主板的供电不足，在这种情况下，这种情况下可以采用移动设备的另一条电源线。
4.3 内部存储
1)长期闲置的电脑无法启动。出于各种原因，用户可能将电脑闲置很长一段时间，在突然开机后系统会警报，屏幕变黑，系统无法启动。出现这种情况主要的原因可能是内存的问题。方法是检查内存的位置是松散的。内存条的接触不良也会导致计算机系统无法启动，可以尝试重新将内存条拔出，清理内存槽后将内存条再插入插槽，最后再次开机启动。
2)在系统运行时，经常会出现运行程序发出运行错误的提示，如“非法操作”的消息。经过分析，原因是由于计算机的硬件不兼容或硬件本身存在故障。
4.4 电脑的硬盘问题
(1)硬盘读写故障。常见两种情况，一是硬盘不读，就是不能被电脑识别，具体体现是对电脑硬盘的基本信息诸如主板、电源、等信息不能显示，出现这种情况应该是硬盘本身的构造由于长期使用出现了数据接触不良，里面出现了数据线断裂的现象，应更换线路，排除问题。二是读写硬盘信息错误。表现在误读硬盘容量。出现这种情况可以重启电脑，进入bois设置程序，检查硬盘属性，若能显示正确的硬盘容量，则要通过软盘启动到dos环境，检查电脑空间分区。很可能会发现分区异常，重新分区，格式化重新启动电脑。
(2)硬盘工作噪音大。硬盘驱动器的速度要根据不同的设计有不同的要求，不同品牌的硬盘在工作时声音大小不同，排除设计的因，主要原因是底盘设计和硬盘安装的问题。解决办法是更换主机机箱或者重新安装硬盘。
计算机硬件技术范文第3篇
【关键词】计算机硬件；故障；维护；保养
一、排除计算机硬件故障应当遵循的原则
（1）创造良好的计算机工作环境，尤其是要注意计算机工作场所的防尘和防潮，确保计算机使用电源供应的稳定性。灰尘对于计算机来说是一个无形的杀手，许多计算机部件随着使用时间的变长，都被日积月累的灰尘覆盖。厚厚的灰尘把外设和插槽隔离，也使得外设和空气隔离。这样一方面损害计算机散热，使得部件老化，同时，可能导致设备接触不良，工作异常。同样空气中的潮湿水分也会腐蚀计算机元件，使得它们过早老化和废旧。因此日常使用中遇到计算机故障，首先可以从这些方面入手：一是外部环境检查，包括电源供应，温湿度检查，设备连线是否松动；二是灰尘清理；三是设备指示灯识别与判断设备工作状态；四是软硬件故障排除，包括操作系统病毒排查和设备驱动。（2）由于计算机故障存在各个环节和设备，因此要分析故障也需要从多个方面入手：一是计算机元件及计算机芯片的故障；二是接触良好性；三是部件损坏或老化；四是外部设备兼容性引起的故障；五是设备跳线及bios设置不合理；六是电源老化和电源连接故障；七是各种软故障。
二、计算机硬件故障排除技术
（1）肉眼观察。首先要仔细检查计算机的周边环境和外设，包括：室内环境、插头插座接触程度检查、用户操作方式合理性确认等。（2）最小系统法。计算机是组合的工作模式，许多外设可进行热插拔，而外设故障可导致系统异常。要确定具体问题所在，需要不断缩小范围。可以考虑先将计算机最简化到可基本引导的程度，只保留电源、主板和CPU这种最小化组合。（3）逐步添加法。即在最小系统工作正常的前提下，逐步添加原来拆下或打开屏蔽设备，直到系统故障重现，则可基本确定问题所在。（4）隔离法。实际上就是将有故障嫌疑的部件暂时屏蔽，这样可以间接排除故障来源。（5）替换法。这一方法的应用往往要结合其他方法。先基本确定故障硬件，然后再采用好的部件替换故障部件。替换过程中，最好采用同一种型号的设备，这样避免引来设备兼容的新问题。（6）比较法。比较法的应用于检测不同设备工作状态。
三、计算机硬件的日常维护方法
（1）计算机整机。计算机整机运行要有一个干燥良好通风的工作环境，这是很关键的。房间空气要比较清新，灰尘太多，容易影响计算机部件寿命。此外，要保障定时开机率，否则设备可能因长期不工作而老化腐化。（2）电源选择事项。稳定可靠持续的供电保障是计算机运行重要前提。因此，选择电源一定要选择有品质保证的优质品牌电源。计算机电源插座要牢固可靠，插孔充足，防止漏洞。（3）显示器。它虽然暴露在外面的只是一个屏幕和外壳，但是它的保健作用也不容忽视。尤其是显示器上蒙受灰尘，大大影响显示效果，甚至损伤用户视力。因此，对显示器的爱护主要工作是防尘除尘。防尘的手段最好是有一个显示防尘罩。除尘要注意用专业的清洁工具，不能直接用水和酒精，水的清洁效果不明显，酒精会腐蚀液晶显示器。（4）主板。它的日常维护需要注意三个方面：，一是设备不能随意热拔插；二是要维持设备接触；三是要注意防止静电，否则很容易损坏细小的设备。（5）CPU。普通用户不要迷恋“超频”的CPU。一般来说，市场上大部分CPU产品性能已经能胜任大部分个人办公娱乐需求。CPU工作环境要保持温度适当，持续工作时间不能太长。一般温度最好控制在75 度下。CPU 风扇是CPU的最好保护设备，主要起到了降温除尘的作用，需要定期保养。（6）内存。内存的防护工作要注意三个方面：一是型号兼容性问题；二是接触要良好；三是防止静电。（7）硬盘。作为数据存储的标准设备，硬盘对计算机用户来说非常关键，但也是非常容易损坏的设备。一方面是硬盘本身面临着高速运转和频繁读写的压力；另一方面硬盘运转过程中的震动对硬盘的损坏也是十分致命的。因此，在硬盘维护时要注意从使用入手，降低硬盘使用负荷，尽量不要用来做一些损害性工作。（8）鼠标。该设备由于其作为基本标准输入设备习惯使用频繁高，也较容易出现问题。这些故障可以通过拆开设备检查清洗来尝试解决。（9）光盘驱动器（COMBO、DVDRW，统称光驱)。光驱的故障集中在读盘慢或不读盘等。导致光驱故障的原因是读取数据的激光头出现了故障。除了激光头本身有使用寿命的限制外，过多的灰尘也是激光头功能受到影响的主要原因。因此，保持光驱的清洁是硬件维护的重要内容。通常光驱的机械部件维护可以用棉签蘸取酒精擦拭即可，而激光头切记不得用沾上酒精，只需要用气囊吹掉激光头上积聚的灰尘即可。
参考文献
[1]陈艳灵等．计算机故障自维护[M]．北京：科学出版社，2004
计算机硬件技术范文第4篇
1主板的兼容性问题
主板作为计算机的核心，同时也是其他硬件设施功能发挥的主要途径，与大部分硬件设施都有着密切的联系，也是最容易出现兼容性问题的部分，应该受到相关技术人员的充分重视。（1）主板与内存。主板与内存的兼容性问题是计算机硬件冲突中一个较为常见的问题，表现为计算机开机后持续报警或者机器点不亮。部分维修人员或者用户通过将内存条重新安装的方法，可以解决这个问题，但是仍会不时发生，属于治标不治本。造成这种问题的原因，主要是内存条的质量问题，导致在与主板连接时出现接触不良的情况。在对其进行处理时，如果通过检查，确定是内存条质量问题，则需要对内存条金手指进行清洁，或者采取相应的措施对其进行固定，确保内存条与主板可以充分有效的接触。如果内存条不存在问题，在其他相同型号的主板上可以正常使用，则需要通过更换内存条的方式进行解决。（2）主板与声卡。微电子技术的发展，使得当前计算机主板在制作过程中，多数都集成有声卡。但是这样的声卡在音质方面与独立声卡相比存在一定的不足，因此，独立声卡在许多领域和行业仍然有着广阔的市场。如果声卡选择不当，或者声卡驱动的安装出现问题，就会导致主板与声卡出现不兼容的现象，又或者在具备集成声卡的主板上，加装独立声卡，会造成硬件之间的相互冲突，导致计算机出现各种各样的问题。对于这种情况，一方面要结合主板的型号、规格等，对声卡进行合理选择，并安装配套的声卡驱动，另一方面，可以在计算机的资源管理器中，修改声卡中出现冲突的地址，从而对主板与声卡的兼容性问题进行解决。（3）主板与显卡。造成主板与显卡兼容问题的主要原因，是由于显卡自身的质量问题，由于制作工艺、制作方法等问题，会导致显卡与主板的冲突，表现为显示器不亮、花屏等现象。在对其进行处理时，一方面要对显卡进行全面检查，查看是否存在质量问题，如果有，要对显卡进行更换，另一方面，对显卡与主板的接触点进行清洁，确保双方接触的有效性。
2系统驱动的兼容性问题
系统驱动问题造成的硬件冲突同样是一个常见的问题，在计算机系统的安装过程中，如果将相同的系统资源分配给多个设备，就会导致硬件冲突的产生，影响设备的正常工作。在对其进行分析时，首先，需要对设备的驱动程序进行检查，明确是否存在重复安装的情况，如果有，则需要对多余的部分进行删除，并重新安装驱动程序。然后，对设备在“设备管理器”中的状态和设置进行检查，如果在设备的资源设置中，没有发现“资源”选项，则表示设备并没有使用任何系统资源。如果发现资源的重复使用问题，要对其进行重新分配，并对计算机进行重启，查看故障是否解决。
3结语
计算机硬件技术范文第5篇
《计算机硬件技术基础》课程是通信电子类专业的科学文化必修课，主要讲授计算机的基本构成、汇编语言程序设计、存储器设计及常用接口技术等内容，分理论教学和实验教学两个部分。该课程是学生信息化素质培养课程体系核心课程之一，而学生信息化素质的培养主要体现在学生学习能力、实践能力、创新能力的培养上。课程实验教学对这些能力的培养所起的作用是理论教学无法替代的。在我院，《计算机硬件技术基础》的实验教学在整个课程的课时量中的占比只有1/4，在实际的教学过程中，常常出现学生刚刚熟悉实验却没有课时余量的情况，无法深度参与实验。当然，这在其他院校也基本上都发生过。为了让学生能够更好地学习，培养他们的实践动手能力，这些院校也都做出了一定程度的改革[1-2]。我院针对这种情况，经过不断探索，对《计算机硬件技术基础》这门课的实验教学进行了大胆的创新改革，逐步形成了具有自我特色的教学方法和手段，并在实践过程中取得了良好效果。
1实验教学现状
1.1汇编语言程序设计部分
由于《计算机硬件技术基础》这门课是以8086处理器为核心展开，因此需要学习与相应CPU对应的指令集。现有教学是首先在理论课上讲解各条汇编指令的用法[3]，介绍汇编语言的程序结构，然后在Debug环境下调试程序。Debug.exe是与8086相应的操作系统DOS提供的一个用于调试可执行程序的工具软件，有关它的命令包括Debug的启动和退出、常用的Debug命令如A、U、R、D、G、T、P、E等，如果要完成相应汇编程序的调试，必须首先熟练掌握这些Debug命令。在实验教学过程中如果能够利用DEBUG调试引导学生对汇编语言的执行过程进行详细跟踪分析，那么对学生而言可以更加深入地理解计算机的底层工作原理。然而在实际实验过程中，由于部分学生认为8086相比现有的微处理器太过老旧，产生“学了也没用”的错误心理，本身对课程的兴趣已经降低，又要记忆大量的Debug调试命令，造成实验进行过程中，学生不积极参与或只用几个简单命令的情况，实验效果不理想。
1.2硬件电路设计部分
目前基于8086CPU的硬件电路设计主要包括存储器设计、常用接口设计等部分，相应的实验教学以DVCC-5286JH实验箱为平台，在过去的十年学生都是在该实验箱上根据实验指导书的要求完成相应验证性的实验即可。这虽然在一定程度上培养了学生将理论知识与实际电路相结合的能力，但是在如今学生信息化素质培养的要求下显然是远远不够的，主要有以下两点原因。首先，以实验箱为平台的实验教学不能充分锻炼学生的实践动手能力。实验箱的底层电路连接已经由厂家设计完成，可供学生进行电路连线的部分很少，学生在做实验时只是按照实验指导书上的实验步骤一步步连线，将教师给的程序下载进实验箱的存储器中即可，学生无法深度参与到实验的设计过程中，更无法进行综合性实验。其次，《计算机硬件技术基础》的实验课时不多，地点固定。课程安排上用于接口实验的课时只有4个，学生只有在这4个课时的时间里才能够接触到实验箱，并且还得到固定的实验室完成，其它时间如果有学生想进一步地做实验，就得与学校的各部门去协调，这显然非常不方便。针对以上现有实验中所存在的问题，进行《计算机硬件技术基础》相应的实验改革就显得尤为重要了。
2实验教学改革
2.1改革的基本思想
《计算机硬件技术基础》是一门实践性要求很强的课程，在信息化素质培养的要求下，通过实验教学的改革，希望能够达到培养学生学习能力、实践能力和创新能力的目标。由于现有实验教学存在课时少、实验工具落后、实验平台不够开放等特点，实验效果不理想，学生实践能力和创新能力不能得到充分培养，在改革的过程中，我们针对这些问题，一方面寻找能够激发学生实验兴趣、提高学生动手参与度的新型实验工具，另一方面对实验内容重新规划设计，以期深度挖掘学生的潜力。
2.2改革的具体措施
通过引入新的教学手段：EMU8086和ProteusVSMfor8086，调动学生的积极性。通过层次化的实验内容设计，激发学生学习的主观能动性和探索知识的欲望。（1）实验手段的改革①EMU8086汇编语言程序设计部分是《计算机硬件技术基础》的重要组成部分，也是学生认识并理解微机系统的重要基础。传统模式下所采用的实验手段是Debug调试，由于该工具本身的命令不易掌握，造成学生对课程兴趣的降低，学习效率也不高，为了改善这一现状，引入了EMU8086调试工具[4]。该工具相比Debug而言直观、生动、形象，学生可以实时观察指令的执行过程，查看CPU内部几乎所有寄存器的动态变化以及每条指令反汇编后生成的机器码和在内存中所占存储单元的物理地址情况。可以说，EMU8086很好地展现了CPU的工作过程和原理，它将学生学习汇编语言时感觉晦涩难懂的东西表现得直观形象。这一方面提高了学生的学习兴趣，另一方面培养了学生观察、比较、验证、概括问题的能力。如图1所示。利用EMU8086进行汇编语言程序设计部分实验教学的过程中，教师把主要精力放在引导学生启发学生深入探索和思考上，而学生则发挥其主体地位，不断完善自主学习能力。②ProteusVSMfor8086硬件电路设计部分的实验是加深学生对存储器、常用接口芯片的理解，体会其功能、工作原理以及工作过程的重要教学环节，是培养学生学习能力、实践能力和创新能力的重要措施。但是由于传统实验平台的限制，学生一方面不能深度参与到实验的设计过程中，另一方面不能利用课余时间随时随地拓展实验项目，所以学生即使有能力也不能得到充分发挥。ProteusVSMfor8086平台就能够很好地破解这个难题。Proteus是LabcenterElectronics公司研发的唯一将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真合二为一的设计与仿真平台，它所提供的元器件和虚拟仪表接近真实元件和仪表的效果，免去了学生担心操作实验箱不当造成损坏的担心，让学生可以大胆实验，体会实验的乐趣。ProteusVSMfor8086平台则是该公司在2010年推出的基于Intel8086的仿真环境，这无疑为《计算机硬件技术基础》这门课硬件电路设计部分的实验提供了有利条件[5]。基于ProteusVSMfor8086平台，学生可以选取元件，搭建电路，下载程序，然后通过观察仿真环境下电路的运行效果，判断电路设计的正确性和完整性，如果效果不理想，可以反复修改，不受实验课时和实验地点的限制，直到达到理想效果，如图2所示。如果学生想进一步做出实物电路板，只需要进入Proteus的电路板制作环境下完成相应绘图即可。可见，通过该平台，学生不仅能够全程参与到实验的设计过程中，而且还可以充分利用课余时间完善实验、拓展实验。但是，ProteusVSMfor8086平台毕竟是仿真环境，与实际电路的电气特性还有所差距，不可能完全替换传统实验箱，所以学生在仿真平台下完成的实验，仍需要到实验箱上加以验证，或者结合实验箱通过外部电路板搭建电路拓展实验，这样才真正做到理论联系实际，提升自我的学习能力、实践能力和创新能力。也是基于这样的考虑，我院对实验内容进行了相应的改革。（2）实验内容的改革传统模式下，学生在完成相应章节的理论学习后，按照教师给出的实验步骤在实验课上进行相应的验证性操作，得出实验结果。在实验的过程中，学生的潜力并没有被充分挖掘，甚至造成部分学生的厌学情绪，为了充分调动学生的积极性，发挥学生的主观能动性，我们对实验内容进行了层次化设计，改革了原有的验证性实验，并且进一步引入设计性实验和综合性实验。①验证性实验《计算机硬件技术基础》是一门比较抽象的课程，学生在学习的过程中一定要紧跟教材，及时消化理论课堂上教师教授的知识点，而验证性实验就是将教材上的例子在EMU8086和Proteus上运行，查看执行过程和结果，帮助学生进一步消化和理解知识点。在汇编程序设计部分，例如统计一组数据中奇数和偶数的个数，教材上有写好的代码，课堂上也分析过这个例子，但是有部分学生仍然对程序的执行过程不理解，通过EMU806的单步调试功能查看程序执行过程中各寄存器值的变化以及最后的结果，抽象的程序变得具体化，学生也就更加容易理解。在硬件电路设计部分，例如在8255A接口中通过一组开关控制一组发光二极管的亮灭，教材上给出了现成的电路连接，8255A的初始化程序和开关控制发光二极管的程序，但是由于书本知识是静态的，学生只能想象，而在Proteus环境下，学生可以自己动手将该电路搭建好，然后将程序下载好验证结果，在仿真环境下按下或断开开关观察发光二极管的亮灭，动态效果明显，学生自然也更加乐于学习。②设计性实验通过验证性实验完成了课程的去抽象化，然而学生的兴趣并未充分激发，还需要通过设计性的实验进一步加强。设计性实验是将部分自交到学生手里，教师给出基本的实验要求、实验目的和实验条件，而怎么设计则由学生独立完成。如数码管显示控制、跑马灯控制、行列扫描键盘控制[6]等。设计性实验本身并不复杂，所涉及的内容也基本上是课程内的，但是对于学生而言又有一定的难度，这，就激发了学生的探索欲，从而在自己能力范围内完成设计任务。③综合性实验由浅入深是学习的内在规律，在以上两种实验的基础上开展综合性实验是促进学生掌握课程精髓的关键步骤。综合性实验所涉及的知识点比较全面，不再局限于课程内，而有可能涉及到相关课程，具有一定的复杂性，因此通常采用分组方式由学生互相协作、完全自主设计，学生从自拟题目、设计方案、选择元件、搭建电路、EMU8086下编写程序、Proteus下仿真调试，结合实验箱制作电路板实物调试，最后到分析结果都是独立完成。例如，由学生完成的作品有篮球记分牌、数字钟、音乐播放器、计算器等等，如图3所示。在任务完成的过程中，首先学生需要综合运用所学的计算机原理、数字电路、模拟电路以及电工电子等各方面的知识，培养了学生的综合学习能力；其次学生在调试电路、观察结果、再调试再观察的过程中收获了实践动手能力；再次由于实验是由小组协调完成，也就培养了学生的团队合作精神；最后，为了获得最后的实验结果，小组成员都是不遗余力通过各种方法经不同途径达到目的，培养了学员的创新能力。综合性实验不仅对本课程有很大促进作用，而且为学生参加学院甚至全国的各种电子设计大赛打下了良好的基础。
2.3改革的实施效果
实《计算机硬件技术基础》课程改革的重要环节，对课程的促进作用非常明显，主要体现在以下两点上。（1）学生的学习兴趣显著增强通过实验教学的改革，学生对课程的积极性和主动性明显提高。课堂内，不仅紧跟教师思路展开学习，而且对某一实验案例能够提出不同的设计思路，课堂参与度较高；课堂外，学生拜访教师的次数明显增加，与教师探讨的问题往往不局限于本门课，还会涉及相关课程，求知欲望较强。（2）学生的工程实践能力显著提升通过多元化的实验手段、层次化的实验内容，学生掌握了计算机硬件系统的工作流程，建立了系统思维，熟悉了系统工作时所需要的软硬件环境如何搭建，学生的动手能力有所提高。学生主动提出参加学院内科技创新制作和全国大学生各类设计大赛的人数明显增多，近三年学生在参加了全国大学生“嵌入式设计大赛”和“中国机器人武术擂台赛”以后，共获全国一、二、三等奖17个，2014年占8个，占总数的48%。
3结语
