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篇1
随着社会进步和信息化时代的发展，计算机应用能力变得越来越必要。如何掌握计算机相关知识也成了大家关心的话题。在计算机的硬件知识体系中，知识点纷繁复杂，因此，构建合理的计算机硬件知识体系框架有重要意义。笔者就如何构架计算机硬件知识体系框架几点浅薄的认识：
1、计算机硬件知识体系的特点
1.1 硬件知识整体性强、富有层次性
计算机硬件知识的许多知识点都是密切相关的，相互影响的。在某个知识点的掌握程度和理解如何直接影响着对其它知识点的把握，如门阵列控制器就一知识点的学习就需要有“可编程阵列逻辑”为基础。除此之外，富有层次性也是硬件知识体系的一个重要特点。比如在计算机硬件的设计中，就需要经过三个过程，从概念结构到逻辑结构，再到物理结构，这三个模块层次分明。
1.2 计算机硬件知识体系的特征
一般而言，计算机的硬件知识点难度都不小，如在存储系统中，就会涉及局部的存储和访问，以及如何精心相关的替换算法和存储系统的应用诸多问题。同时，计算机硬件知识的理论知识和实际的要求却相差甚远，例如说电脑中都会有CPU这一核心配置，但我们却很难看到CPU的具体内部结构。
1.3 知识体系的重点和界限变化快
以往的硬件知识体系培养的是人们设计电脑硬件的能力和底层使用的硬件，而从上世纪八十年代后期开始，硬件知识体系则是以嵌入式系统的设计、软件和硬件的结合为目标。同时，硬件知识的重点也有了很大改变，同时，界限也在变化。
2、计算机硬件知识体系结构框架
2.1 计算机硬件知识的教学目标
计算机硬件知识的教学目标主要有以下三个：让学生掌握相关的计算机硬件知识，为以后的计算机软件和其他知识的学习奠定基础；学会嵌入式系统的相关技术和设计方法；形成能够直接以已有的基础知识来运用计算机。计算机硬件所研究的包括对计算机的工作原理、结构的分析和以及一些编程和技术的运用。
2.2 计算机硬件知识体系结构框架
计算机硬件的知识体系可以分成以下四种：工作原理知识系列、编程应用知识系列、组成结构知识系列和技术方法的知识系列。这四者的具体的构建方法和如何构建各有不同。比如说工作原理的知识系列通过一定手段让理论知识转化为现实，这可以通过一些相关的过程驱动、指令执行等来实现；而编程应用知识系列则不同，编程应用看重的是从基础知识到具体应用和操作的一种转变，编写程序可以通过一些特性结构、指令系统等来实现。具体来说：
工作原理的知识系列的重要内容是计算机的组成和结构方面的一些知识，它是计算机硬件的基础知识，也是重要根据。工作原理相关的主要知识包括：顺序程序驱动的含义和重要性、电脑指令的表现形式、控制器的使用以及程序设计的一些基础知识。
作为计算机硬件知识体系中的核心，组成结构方面的知识对于计算机的使用有着十分重要的意义。组成结构方面的知识涵盖了计算机的组成原理、数字逻辑和系统结构等多方面的知识，如运算器和逻辑代数等重要部件的设计方法和相关的存储系统等。
除了以上两种知识系列，编程应用知识系列也是重要的知识系列之一。编程应用是计算机硬件技术的目标之所在，介绍的是汇编语言和相关的程序设计、计算机系统结构等相关内容，如指令系统、接口芯片和微型计算机的结构等都是编程应用知识体系中的重要知识点。
此外，作为计算机硬件技术的一大思路，技术方法的知识体系的重要性越来越受到肯定。技术方法方面的知识体系主要涉及了计算机组成原理、微型计算机的组成原理和相关的接口技术等，具体的包括数字指令的种类、流水线技术和互联网的网络技术等等。
3、如何构建计算机硬件的知识体系结构
正如前面我们所提到的计算机硬件知识体系的四种系列，在构建相关的知识体系的时候也应当加以区别对待。
3.1 工作原理的知识体系的构建方法
在构建工作原理的知识体系时，应当本着从理论到实践的想法来构建。计算机硬件方面的知识有许多是理论性强，较抽象的，这就需要我们能将这个抽象转化为具体的操作。如计算模型本身是一个较抽象的概念，在这个概念的表达中，我们要加深对计算过程的程序和驱动的认识，以及加深对数字指令的和运行方面的认识，这样就能更加明白的理解诶怎样通过控制计算机中的相关元件和配备来达到计算的目的。
3.2 编程应用知识体系的构建方法
在构建编程应用知识系列的锅中中，要遵循从基础到应用的指导思想。我们直接通过给计算机指令来让机器运行，这时的计算机指令的能够和执行的基础就是计算机的外部特征，同时，机器之所以能够执行这些指令，依靠的又是在计算机里编写好了的程序，在这个基础上，计算机才能够计算和解决那些实际意义的应用难题。
3.3 组成结构知识体系的构建方法
和工作原理知识系列的构建不同的是，组成结构的知识体系应当遵循从部分到整体的方法。部分是局部的概念，要将部分纳入到整体中去。如逻辑元件是计算机系统中的最小组成单元，我们通过对逻辑元件等小的计算机器件的内部结构及其功能的认识，进一步能够加深对整个计算机操作系统的组成和功能设计等的认识，这就是通过部分认识整体的一个方面。
3.4 技术方法知识体系的构建方法
技术方法知识体系的构建应当遵循抽到到具体的转变。计算机的功能如何是计算机程序设计等的重要基础，概念性的结构较为抽象、不容易理解，而计算机的物理性结构则较为具体，因此，应当以某种逻辑形式或联系来将它们连接好。
4、结语
总之，在计算机应用如此广泛的今天，如何掌握计算机的硬件和软件方面的必备知识是我们都需要关注的问题。因此，计算机硬件知识体系的构建也日益重要。笔者相信，在不断的探索之下，计算机硬件知识体系的结构框架会越来越完整。
篇2
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：
[1] 万晓冬,王友仁等. 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):4-6.
[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.
篇3
【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.
篇4
一、比喻教学法的含义
比喻教学法是一种打比方的方法，它将两个本质上有异曲同工之处的事物相联系。通常的做法是，选择一个学生熟悉的事物，将其引申至未知或抽象的事物，达到让学生更好地认识新事物的目的[2]。恰当的使用比喻教学法，能起到化繁为简的效果，便于学生理解和记忆。
二、比喻教学法的重要性
计算机硬件系统相关知识的教学对象极其广泛，包含初中生、高中生、大学生。对于处于这个偏远山区的初中生来说，有一大部分从来没有接触过计算机，有一小部分同学会懂得计算机最基本基础操作，极度缺乏对计算机相关理论知识的了解，就更不用说理论与实践的相结合。但是在信息技术学科的教学中，又存在着大量的基础性概念和理论知识，教师若是照着教材去讲述相关知识，往往会使课堂变的枯燥、无味；也使得学生无法更好的掌握相关知识，提不起学习的热情，影响整体的教学质量，曾经作为计算机专业的大学生是深有体会的。这时候若是能够恰当的运用比喻教学法，把繁琐、抽象的知识用通俗易懂、贴近生活的事物来描述，易于学生理解和记忆，极大程度提高了教学质量。
三、比喻教学法在具体案例中的应用
1、计算机系统的整体感知
在学习计算机硬件系统前，要对计算机系统有个整体的感知，为更好的学习相关知识打下基础，教材对计算机系统给出的定义：计算机系统是由硬件和软件组成的有机整体。硬件是计算机的实体部分，它由看得见摸的着的电子元件、各类光、电、机设备的实物组成。软件是由人们事先编制的具有各类特殊功能的信息组成，它是看不见摸不着的。软件的功能和作用是评价计算机系统性能的重要指标，同时软件系统的发挥必须依托于硬件支撑，二者缺一不可[3]。为了使学生理解这一概念，我们使用如下方法类比。
我们把计算机系统，比喻成一个人类，那么计算机硬件就好比人类的躯体，是可以看的见摸的着的实体，计算机软件就好比人类的灵魂、思想。是比较抽象的，是看不见摸不着的东西。一个人若是没有思想，没有灵魂是不行的，空有思想和灵魂也要依托于健康的躯体，只有二者统一才能说是一个完整的人，计算机系统也是如此（如图3-1所示）。这种比喻以通俗易懂，贴近生活的事物阐述了计算机系统的构成，软件、硬件的定义，以及二者相互协调，缺一不可的关系。
硬件：计算机系统里看得见摸的着的设备躯体：人体内，看的见摸的着的器官
软件：各类特殊功能的信息组成，它是看不见摸不着的灵魂：指生命；人格，良心；精神、思想、感情等、它是看不见摸不着的
二者关系：软件的功能和作用是评价计算机系统性能的重要指标，同时软件系统的发挥必须依托于硬件支撑，二者缺一不可二者关系：一个人若是没有思想，没有灵魂是不行的，空有思想和灵魂也要依托于健康的躯体，只有二者统一才能说是一个完整的人
2、计算机硬件系统的学习
通过观察计算机，结合多媒体电教工具的展示，引出一部计算机从外观上看包含：主机、显示器、鼠标、键盘、音箱、摄像头、打印机、扫描仪等，除了主机以外的设备我们称作“外部设备”。引出计算机硬件系统=“主机+外部设备”，主机=“中央处理器+内存储器”，外部设备=“输入输出设备+外存储器”（如图3-2所示）。
图3-2计算机硬件
懂得相关的知识体系，下面用比喻教学法来阐述相关知识，这里把计算机硬件系统比喻成人类的躯体进行讲述，具体如下：
中央处理器CPU：CPU是计算机的核心，由运算器和控制器组成。就如同人类的大脑控制着我们的思想和言行一样[4]。计算机的任何操作，都在cpu的控制下完成，运算器用来完成各种算术运算和逻辑运算；控制器的作用是分析指令程序、控制协调计算机各部件按程序指令工作。
存储器Memory：分为内存储器（内存）和外存储器，是一个记忆设备，用来存放数据和程序的。好比人类大脑的记忆功能，当要用到的知识大脑里面没有或者忘记了，才会去查看书籍。电脑也是一样的，CPU根据不同的层级来访问存储器，先访问内存储器，然后才去访问像硬盘、可移动磁盘等外存储器。
输入设备（Input device）：是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。如同比人类的眼睛和耳朵，是人类沟通世界，获得信息的主要手段之一。
输出设备（output device）：是计算机的终端设备，把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。如同人类的手和嘴巴，把大脑要表达的信息表示出来。
主板Motherboard：硬件系统的其他部件全部都是直接或间接的通过主板相连接的。连接线：好比人类的骨骼、韧带一样把身体的各个器官连接在一起。
电源线和数据线：连接主板与各个硬件用的，电源线是电脑供电的途径，数据线是负责主板和各部件数据的传输。就如同人的血管和神经，血管是血液流通的途径，养活身体的各个系统；神经负责把大脑和骨髓个兴奋传送到各个器官。
计算机硬件知识的学习，各个部件的名称、功能是重要的理论基础。为了学生更好掌握相关知识，以图表的形式更好的来诠释比喻教学法（类比如表3-3所示）。
计算机硬件系统人类躯体（比喻描述）
中央处理器CPU：计算机的任何操作，都在cpu的控制下完成大脑：人类的任何行为，都是在大脑支配下完成的
存储器Memory：记忆设备，存放数据记忆功能：记忆存放信息
输入设备：计算机输入数据和信息的途径眼睛和耳朵：获取外界信息的手段
输出设备：表达计算机的信息嘴巴和手：表达自己思想
主板：连接其他各部件骨骼和韧带：连接身体各个器官
电源线：为电脑供电的途径血管：养活身体各个系统途径
数据线：负责主板和各部件数据的传输神经：把大脑和骨髓个兴奋传送到各个器官
3、内存和硬盘的认知
刚刚接触电脑的学生，对硬盘和内存的概念很容易混淆。内存是内部存储器的缩写，它是用来调取硬盘的数据供CPU处理，暂时存放数据。硬盘是外部存储器的一种，是用来储存所有的数据。我们用比喻教学法进行相关概念的阐述，如果把硬盘是仓库，那么内存就可以理解成来仓库提货的货车，CPU就象一个加工厂。仓库是永久性存放货物用的，货车只把仓库的东西运到加工厂进行加工，只是临时存放货物用的。经过这样一比喻，便于学生理解，加深了学生对内存和硬盘的认知（类比如下表3-4所示）。
四、使用比喻教学法应该注意的事项
首先，比喻要以浅喻深，喻繁于简，喻体要贴近生活，易于学生理解的。其次，比喻应当贴切、要能很好的阐述本体的特点。再次，比喻要用简洁的语言去阐述，化繁为简。最后，比喻要形象生动形象生动是对比喻的典型性和趣味性的要求。形象生动才能吸引人，才能活跃课堂气氛，才能使学生在轻松中理解抽象、陌生的事物，才能取得较好的教学效果[5]。
实践证明，把比喻教学法应用到计算机硬件系统的教学中，能使抽象知识具体化，使枯燥知识变得形象生动，易于学生掌握相关的知识，教学效果良好。教学有法，但教无定法。教师作为教育教学工作的组织者，应不断的探索好的教学方法，应用到教学课堂中去，为做好教育教学工作而努力。
参考文献：
[1]王晓东福建省中学信息技术[M]第1版福建教育出版社，20084
[2]徐学福论类比教学模式[J]广西师范大学学报，1998年02期
篇5
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。
篇6
当世界上第一台计算机被应用在军事方面的时候，极少有人会意识到这个创造能在若干年后广泛的被应用于国计民生的各个环境中，尤其是借助了互联网作为平台之后，“地球村”已经绝非再是一种概念，凭借计算机各个终端中的相互关联，已经完全演绎成为一个实实在在的真实场景。互联网环境在不断的发展，无线数据信号传输所带来的便利带动了计算机技术的革新，越来越快的信息处理器仅仅是从硬件方面对计算机技术的提升，软件方面的计算机技术应用与推广也是日新月异。
2计算机技术发展过程中的创造
回顾计算机技术的发展过程，可以明显的看出其有着鲜明的时代背景特点，在所谓“冷战”时期又有计算机被大量的应用在了军事方面，由于涉及到了海量的数据运算，因此对计算机硬件技术的革新极为重视，在相当长的一段时间里，计算机硬件技术一直是各大硬件厂商技术攻关的重点。而当互联网平台搭建起来之后，计算机又被快速的融入到了国计民生的各个环节中，需要不同的软件尤其是操作系统来作为计算机应用的根基，因此一大批的计算机软件开发团队甚至是个人又引领了计算机技术发展的潮流。总而言之，在软硬件两个不同的发展历程中，计算机技术借助信息处理器和操作系统两方面里程碑式的创造，让世人的生活完全迈入了计算机信息化时代。当历史的车轮驶入了二十一世纪的时候，与互联网技术结合之后，进而衍生出了互联网+时代的生活。
3计算机技术发展过程中的选择
针对目前计算机技术发展的分析来看，计算机技术的发展过程已经逐步的趋于理性化，虽然在宏观上来说仍然本着软硬件两个方向分别开展技术革新与创总工作，但是相互之间的融合甚至是依附关系也逐步的日渐明显。归纳起来说，计算机技术发展过程中的选择本着四个原则：
3.1计算机硬件技术发展不再盲目的追求“速度”
计算机的广泛应用的确需要硬件技术达到一定的高度作为支撑。但是相对于以往盲目的追求利用硬件技术的革新来提升其运行与计算速度而言。目前的计算机硬件技术发展的选择已经不再盲目强调这一点了。一是，计目前计算机硬件技术已经发展到了一定的水平上，无论是处理器还是内存，精巧的体积与超高的性能在一般的民用层面上已经完全能够达到相关的要求，除了极为专业的运算之外，硬件技术已经没有再进行大规模提升的空间；二是，通过对计算机硬件运行速度的破坏性实验数据来看，当其运算速度长期保持临界值状态的时候，会导致其大大的缩短使用寿命，频繁的更换计算机硬件的话，对于系统的稳定性并不是好事；三是，目前计算机硬件的原材料采购成本已经相对稳定，如果在此基础上再进行技术革新，势必会让其成本激增，这样反倒不利于现有硬件的普及与推广。
3.2计算机软件技术发展不再盲目的追求“简单”
当微软的视窗操作系统还处于3.1时代的时候。诸多计算机业内人士就大胆预言说计算机软件技术已经到了“一键式”时代了。的确，视窗操作系统完全颠覆了计算机软件技术的“个体式”发展格局，把软件技术完全囊括在视窗操作系统的“配套式”发展模式下。不过，随着计算机软件技术的日臻完善，这种发展模式所带来的弊端也较为明显的显现出来，因为视窗系统的漏洞导致的大规模病毒扩散、数据泄漏等问题已经引起了相关部门的重视和关注。目前的计算机软件技术发展已经也不再盲目的追求这一点了。一是，视窗操作系统的简便操作给系统的稳定带来很多的隐患。黑客大规模的利用视窗操作系统的漏洞来窃取相关核心数据已经并非个案，而视窗操作系统对对应措施仅仅是在事后做出技术修补，这对于大多数专业化运行体系而言绝对是一种巨大的阻力；二是，视窗操作系统商业化概念炒作的盛行导致了更新速度的提升，但是在这种系统更新的背后其核心技术并没有在一定程度上实现突破，反倒是客户需要因此支付高额的费用，从节约成本的角度上考虑，过度依赖视窗操作系统并非明智之举。
3.3计算机软硬件技术发展之间存在交叉与融合
黑客问题一直是计算机技术发展过程中一个绕不过去的矛盾点。在软硬件技术各自为战的时期，虽然都在这方面进行了一些尝试，但是效果并没有太明显，但是将软硬件技术融合在一起之后，采用硬件防火墙与软件防病毒系统兼容的形式，可以极大的提升计算机运行终端的稳定性，这就让软硬件技术在发展的过程中抓住了融合与交叉的切入点。在此基础上，衍生出来的“城域网”技术已经在很多领域得到了广泛的应用，可以说是计算机软硬件技术发展过程中的一个典型优势。
3.4计算机软硬件技术发展都考虑了外部环境因素
互联网无线环境的推广与应用，给计算机软硬件技术的发展指引了一个明确的方向，软件需要配合在无线环境下确保各应用系统的信息处理稳定，硬件需要在无线环境下确保数据终端传输信号的过程中精准。因此，目前全球各大计算机软硬件供应商都将计算机技术发展的目标围绕着适应外部因素的变化作为一个全新的“风向标”。这样做一方面可以从技术的角度上满足计算机的实际运行与应用，一方面可以从营销的层面上满足软硬件设备的市场需求，最主要的一方面是，在无线环境下，计算机软硬件的技术都区域模块式发展的新方向，广泛的参与其中之后，对于未来计算机技术的发展完全能够把握先机。
4结束语
计算机技术的应用改变了人们的生活方式，计算机技术的革新提升了人们的生活质量，随着时代的发展，人们对计算机技术的创造也会越来越重视实用性和技巧性，这是计算机技术发展的规律，更是时展的潮流。
参考文献
[1]康文德.计算机技术在面向市场需求中的应用[J].电子技术与软件工程,2016(01).
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Researching on Architecture of Computer Hardware-experimentation Teaching
ZOU Yi, XU Yu-ming, WEI Shu-di, LI Lang, JIAO Ge
(Hengyang Normal University, Hengyang 421008, China)
Abstract: Analyzing and researching the current status of computer hardware experimental teaching, then explored and proposed the way to how to establish a scientific and rational experimental architecture, experimental platform and evaluation methods in terms of teaching of computer hardware experimentation for the current existing issues.
Key words: hardware-experimentation; experimental architecture; computer teaching
计算机实验教学是计算机专业一个重要的教学内容之一,实验教学的质量与人才培养的质量有着密不可分的关系。合理的实验体系是高质量实验教学的关键。高质量的实验设计,综合性和创新的实现,都需要对实验体系进行梳理。本文从我校计算机硬件实验课程教学的现状出发,对计算机硬件实验教学体系进行初步的研究与探索。
1 当前计算机硬件实验教学存在的问题分析
目前,国内大多数高等院校在实验教学模式和手段上,主要存在以下几个方面的问题:
1) “教师课堂演示,学生分组实验”的教学模式根深蒂固。这样不利于调动学生的积极性,而且学生分组实验时,又形成一名组员动手,其他成员观看的局面,更不利于大多数学生动手能力的锻炼。
2) 实验内容陈旧,与实际应用脱节;具体实验的过程严格按照教材进行,缺乏灵活性;另外学科本身的特点也给学生的学习带来一定困难。
3) 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。各门课程各自为战,实验设置缺乏连贯性、整体性、系统性,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。
计算机技术不断进步与发展,如果硬件实验教学仍停留在传统的实验教学模式和实验平台上,那么要实现开设自主性、综合性、创新性实验的目标将只能成为空谈。计算机学科的课程内容具有很强的交叉性和相关性,特别是硬件课程,因而计算机硬件实验课程更是面临着诸多问题。比如,硬件设备投入高,项目开发周期长的问题。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。同时,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。
另外,教学实验设计针对性强,硬件线路相对固定,实验内容受硬件设计的制约的问题。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。
其次,硬件实验教学彼此脱节,缺乏系统化的实验体系的困难。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、单片机原理、计算机体系结构,选修课程一般包括计算机接口与通信技术、嵌入式系统设计等。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。
综上所述,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且必要。
2 构建科学完整的硬件课程实验体系
2.1 硬件课程实验体系
首先从教学计划入手,在现已构建的硬件课程体系基础上展开研究。新构建的课程体系由必修课程、选修课程及实践课程三部分组成。必修课包括“汇编语言”、“数字逻辑”、“微机原理”、“组成原理”、“单片机原理”、“系统结构”等基础课程,另外,为适应社会需求,在选修课除原有的“微机故障诊断与维护”课程外,增加“嵌入式系统设计”等社会需求较强、实用价值较高的应用性课程,同时计划将 “硬件课程设计”实践课程的开设时间提前至大三下学期,以保证课程体系的有效性、实用性、先进性。
硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次:基础层、应用层和提高层,其课程间的关系如图1所示。
基础层为“数字逻辑” 、“汇编语言”与“组成原理”,在第三学期结束前开设。“数字逻辑”课程是计算机硬件系统的技术基础,是必修的前续课;“汇编语言”作为硬件编程的基础语言,是硬件设计的根本;“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理,解决整机概念;其中汇编语言与组成原理均开设课内实验,在学习整机构成的同时,强化学生的硬件动手能力。
应用层为“单片机”、“微机原理”等必修课程,以及“接口技术”等选修课程,可开设在第四学期到第六学期间,通过 “单片机”介绍单片机的组成和特点,以及应用领域,使学生了解单片机技术的发展趋势;“微机原理”介绍微型计算机体系结构以及微型计算机各个组成部分等内容;并以“接口技术” 、“硬件课程设计” 等实用性强的课程作为选修课,每门课程都配有相应的实验,强化学生对基础知识的掌握和应用。
提高层为“系统结构”等课程,在第六学期到第七学期间开设。通过学习和实践,能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法,并建立起计算机系统的完整概念。同时展开“嵌入式系统设计”实践课程,从整体上强化学生的理论知识与综合应用能力。
因此,在硬件课程实验体系构建过程中,突出强调课程体系的系统性和完备性。从第2学期到第7学期硬件实验层次逐步提高,实验内容衔接连贯。注意各硬件实践的相互次序和互补,使硬件实践训练层次化、系列化,以此来系统强化学生的硬件动手能力。同时调整各课程的开设顺序,理顺每门课与前导课和后续课之间的关系,从而保证硬件课程体系的系统性和完备性。
2.2 计算机硬件实验平台
在硬件开发平台的设计上综合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。兼顾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。
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。
根据我院实际情况,现采用一款低成本综合实验装置,该实验板是基于一个支持实时仿真的16/32位的ARM7 TDMI-S CPU的微控制器,可实现各种工业控制、医疗系统等方面的应用,通过扩充板可以满足大部分的实验要求。
2.3 多形式的实验考核体制
为了更好地展开硬件实验教学,对学生的实验设计展开情况进行检查和考核,需要有相应的科学合理的实验考核方法对应。在文中所建立的实验体系中,实验的考核主要通过以下几种形式。
1) 动态考核:对实验过程中的主要环节进行跟踪、记录、评价,并作为最终成绩考核的主要依据。这就改变了传统的根据实验结果和报告打分的体制,更能反应学生的实际能力。
2) 实验报告: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) 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] 陈妍,王换招.高等学校计算机硬件实验教学体系改革研究与探索[J].Computer Education,2008(8).
[2] 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.
篇8
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).
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篇9
计算机和网络的运用给人类的生活带来了各种的便利和影响，深深的转变了我们生活和工作的方式方法。随着计算机对人类生活的影响越发严重的今天，改进计算机的相关项目课题也逐渐成为了人们关注的重点，特别是相关计算机硬件的研究更是吸引了众人的目光。计算机硬件作为计算机的重中之重，是计算机系统可以如常工作运行的基本，它相对于计算机而言具有无法替代的地位。然而，在日常使用中，因为多人的不注意维护计算机或者时常进行错误的指令操作，从而引发了计算机的各种各样的滞碍问题，让计算机无法正常工作运行。而计算机硬件的各种滞碍问题越来越明显，所以对于计算机硬件的障碍问题的分析和根据分析成果进行改造和出台解决方案则显得十分重要。
1 计算机硬件的概念
计算机硬件是计算机的核心，在计算机的如常工作运用中有着不可取代的地位。计算机硬件是指计算机系统内的机械和光电元件等许多器件组成的物理装置的总称。这些物理装置在计算机运作的过程中按照计算机内设的系统结构要求各自运行从而确保计算机软件运行无阻。所以硬件的作用大多数为输入和储存各类的数据和程序，再利用各种程序对数据进行分类运用，为计算机软件的运用提供物理基础。
计算机硬件有主机和外设组成。主机则由中央处理器和内存储器组成。其中的中央处理器则有控制器。运算器和寄存器组成，是整个计算机系统中的控制中心，按照人们对计算机发出的指令，进行逻辑运算和处理存储数据等动作。而内存储器则由只读存储器、随机读写存储器和高速缓冲存储器组成。顾名思义，存储器的作用则是用于存储和调用各种各样的数据和程序。主机是计算机日常工作所必需的，是计算机运行的重中之重。外设则由外存储器（软硬盘、光盘、U盘等）、输入设备（键盘、鼠标等）、输出设备（打印机、显示器等）和其他（网卡、声卡、显卡等）组成。其功能各有不同，也并不是计算机所必需的器件，是根据人们自身的需要而安装和设置的。所以计算机硬件的运用和维护对于计算机而言是十分重要而无法忽视的。
2 计算机硬件普遍滞碍分析
计算机的硬件是整个计算机如常运用的核心部分，对整个计算机的系统运作有着非同小可的重要意义。因此，针对计算机硬件进行滞碍的分析和进而排除障碍对保持计算机的健康有着重要的作用，必须要基本了解维护整修计算机的各种技巧。
2.1 计算机系统死机重启。计算机系统的死机重启的状况是计算机用户里经常会出现的一种滞碍，很多计算机使用者认为这种情况的出现大多数原因是因为软件的不兼用。然而，出现这种滞碍的主要因由是计算机硬件出现障碍，例如计算机硬件中内存和外存储存器不兼容，导致计算机运行较慢；硬件散热功能不能满足硬件的散热需求，导致计算机温度过高；主板和CPU的不兼容等情况的出现都能导致计算机系统瘫痪死机重启，都是由于计算机硬件出现滞碍而引发的结果。
2.2 计算机蓝屏。计算机蓝屏也是计算机硬件出现滞碍的症状之一。例如：计算机硬件局部存在坏道；主板翻松；计算机存储器中的内存条接触不好等滞碍的出现也会直接导致计算机系统瘫痪蓝屏。虽然软件的不兼容也会导致蓝屏的产生，但是计算机出现蓝屏的因由也是计算机硬件出现问题居多。
2.3 计算机硬件与软件的配合问题。计算机的工作内容是由软件和硬件的相互结合才能如常运作。因此计算机的软件对计算机硬件的作用力也是十分巨大的。软件的非正常使用或者软件和计算机硬件不兼容都会导致计算机的滞碍出现。例如软件病毒的出现和计算机硬件是否支持某些软件的正常运行等。
2.4 计算机硬件电源滞碍。随着计算机的长时间的使用，计算机硬件如果使用三年以上，将为出现电源滞碍。该滞碍没有什么特别明显突出的症状，而计算机内部硬件则会发热快而散热慢。而这种情况如果持续一段时间，则会导致计算机各方面障碍的产生，加大计算机的死机率。所以必须要定期对计算机硬件电源进行维护保养，必要时进行替换。
2.5 器件老化引起的计算机硬件滞碍。随着计算机的长时期的使用，计算机内部的各个器件，包括电容、电阻、集成电路等将会面临老化的滞碍。所以一定要对计算机各器件进行定期的维护，进行替换，保证计算机的正常运作。
3 计算机硬件出现滞碍时的解决方案
3.1 内存滞碍解决方案。计算机的内存出现滞碍时，计算机通常会发生死机和蓝屏等状况，甚至在开机时会出现声响。在出现这些状况时，必须要对计算机硬件进行检查。首先把电源切开，检查内存条的安装是否存在问题，再检查机箱内的各种电路板和芯片是否有破损。如果内存条存在问题，必须要及时进行调整和更换。
3.2 CPU滞碍解决方案。在计算机运行的过程中，如果CPU的温度过高，将会烧损计算机硬件或者直接导致计算机的死机瘫痪状态。因此，在维护计算机硬件的正常使用的基础上，必须要降低和保持CPU的温度很重要。为避免计算机CPU温度过高，必须定期对计算机进行检查和维护；擦拭散热片，避免灰尘阻碍散热片工作；保证散热小风扇的正常使用；在CPU涂一层硅脂，加快其散热速度，但要注意剂量，剂量过多将会影响CPU的正常运作，也要注意其灰尘等污染，灰尘可能会影响散热功能，甚至影响计算机系统的稳定性；也可以从计算机外面进行散热，例如外增散热小风扇，增添计算机底座等。
3.3 主板滞碍解决方案。主板的滞碍也是计算机硬件普遍的问题，其症状为计算机的系统无法开启或者显示器没有显示等。
（1）当主板出现滞碍时，例如驱动器出现滞碍等。计算机将会十分不稳定，该系统将会出现反复死机重启和蓝屏等。当出现这种状况时，必须要重新安装驱动器、显卡和内存等硬件。（2）若是显示器没有反应，没有图像等状况出现，则是表明主板的CMOS电池出现滞碍。这个时候，必须要使CMOS电池完全放电和调整其跳线。如果滞碍尚未解决，那就是CMOS电池的电压不足，这时就必须要运用替代法。替代法的用途十分广泛，运用的范畴也十分广，例如升级配件，预防和杀除病毒入侵和兼容软硬件等。（3）主板滞碍范围十分广泛，其中还包括硬软件的不兼容和病毒入侵BIOS系统等滞碍。而这些滞碍都会导致计算机出现蓝屏或者会使计算机显示屏没有图像。而解决这些滞碍的方法则是对BIOS进行刷新行为，并且注意在刷新过程不能因外界物理的强制终止，不然主板会直接受到伤害，甚至会报废。
4 结束语
现今，计算机已经成为了人们生活和工作中必不可少的工具之一，计算机已经在潜移默化中慢慢改变了人们的生活，计算机对人们和世界的影响已经是不可磨灭的了。因而，为了计算机能够更好的为人类所利用，能够发挥其该有的影响，定期维护修理计算机就成了必不可少的步骤。定期对计算机进行维护修理才能增加计算机的寿命，而对计算机硬件进行定期的维护修理则是护理计算机健康的重点之一。计算机硬件的维护和管理均为计算机日常运用的基础，对计算机系统的正常运作和工作的质量的提升都具有重要的影响力。所以，长期加强维护计算机硬件的各种技巧则是每计算机使用者都必须要清楚了解的计算机常识。
参考文献：
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[2]张健.计算机硬件维修与故障检测分析[J].福建电脑，2011（08）.
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Jin Yaqun
Beijing union university， Beijing， 100191， China
Abstract： Computer hardware maintenance is a practical course. To cultivate student's ability. Student can master computer hardware composition through study this course， assembly， system configuration and operating system installation. Through the analysis of location can eliminate them， hardware and software failures， maintenance of common external equipment. For the purpose of teaching and the characteristics of the course， reform of the teaching content and teaching methods.
Key words： hardware maintenance； teaching reform； computer
计算机硬件维护课程不仅是我校信息专业本科生和网络专业专科生的必修课，也是其他专业的选修课。随着计算机在各行业的广泛应用及其软件和硬件的迅猛发展，有必要学会自己动手维修维护计算机；社会对掌握计算机维护维修技术的人员的需求也在不断扩大。学生通过该课程的学习，不仅能够排除自己在学习生活中遇到的软硬件故障，还可以从事相关领域的技术支持工作。
1 课程教学现状
计算机硬件维护课程主要内容有：（1）计算机硬件组成，包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡、显示器、光驱等的技术指标，外观以及相关知识。（2）计算机的组装与设置。（3）计算机的维修维护技术。
教师的教学手段从黑板加粉笔转换成多媒体课件，节省了时间但也只是更改了板书形式，单向授课的模式并没有改变。部分概念较为抽象，如果教师对概念的阐述枯燥，会使学生在学习过程中对参数技术指标理解单调，难于掌握，学习兴趣难以调动，遇到故障无从下手。
计算机业界的摩尔定律：芯片所集成的晶体管数目与功效每18个月翻一番，说明硬件发展速度非常快。学生需要了解行业动态，然而课本教材更新速度跟不上计算机软硬件更新速度。正常的教材从编写到出版，最快也要一年时间，即便在编写时内容是最新的，到学生手中时已经是过时的，满足不了学生对当前主流设备了解的要求。另外，教材中涉及对笔记本电脑的内容也很少。
本门课程的实践性非常强，现有的实践内容相对陈旧，实用性不强。动手操作方面，学校一般不会提供最新设备供学生拆装，学生接触到的往往是已经淘汰的设备。用于拆装实验的设备的不确定性比较大，都是当年报废的机器，经实验人员整理后，用于学生拆装练习和各部件认知。
考核方式为笔试，偏重于概念的死记硬背，无法检验学生灵活运用知识的能力和分析、解决问题的能力。
2 课程改革探索
2.1 使用现代化的教学手段
在课堂教学中，使用最多的是多媒体教学手段，适当地加入图片、视频制作出生动的PPT课件可以使枯燥乏味的概念变得易于理解，同时增加学生的感性认知，提高学习兴趣。需要课堂演示时，配合讲课进度，尽量找到硬件实体，带到课堂进行实物教学。教师先在课上演示，课间可以让学生传看，同时对学生提出的问题进行解答。还可以事先在网络上找好各部分安装拆卸演示视频，放给学生看。安排学生开展市场调研，以调查报告的形式上交调查结果，作为平时作业计入课程成绩。
采用虚拟技术，让学生在虚拟机上学习光驱的设置、CMOS参数设置、硬盘初始化设置、安装计算机操作系统以及各种应用软件测试，设置网络参数等，还可实现多操作系统的安装。学生实际动手操作比他们在课堂上听讲印象要深刻得多。通过这些现代化教学手段调动了学生学习的兴趣，也培养了自主学习的能力。
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（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。
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1计算机硬件维护的主要原则
1.1以预防为主
人们对计算机硬件维护的理解，通常是维修硬件，但是实际上，维护与维修是两个不同的概念，维护是预防与维修的充分结合，并且更加重视预防。因此，用户要在平时的计算机使用中，养成良好以及正确的习惯，进而正确使用计算机，延长其使用年限，保证计算机性能稳定，满足用户的工作以及学习需求。计算机如同人体，当硬件出现问题后，不能着急而胡乱处理，如果在平时不注重硬件保养，在出现问题后又随意处理，可能会引发更大的问题。因此，用户一定要注重平时的预防工作。首先，一些用户认为开机比较简单，但简单的开关机中却蕴含了大学问。正确的开机做法是：在打开电源后，过一段时间再启动计算机，因为我国家庭用电电压为220V，但是计算机电压为110V，如果在接通电源后立即启动计算机，由于电压瞬间增大，会对其硬件性能带来负面影响。其次，在关闭计算机的过程中，用户也要注意使用计算机系统关机，不可以为了省事，在非特殊情况下按动主机按钮，进而确保其使用寿命和运行良好。最后，在关闭计算机后，需要拔下电源插头，这样不仅省电，同时也消除了火灾隐患。
1.2具备计算机维护常识
首先，用户在使用计算机过程中，相关硬件会发出一定热量，特别是在炎热的夏季，机箱会快速升温，而如果温度较高，不仅会影响计算的运行速度，同时也可能为硬件带来伤害，因此，为了保证有效散热，用户需要将计算机安放于通风和阴凉的地方；其次，在下雨打雷等恶劣天气下，用户尽量不要使用计算机，防止计算机遭遇雷击，进而为硬件带来伤害；最后，用户不要频繁关闭和启动计算机，如果长时间不使用，要通过正常的关机程序将其关掉，同时，为了保证计算机的运行效率，要选择正版软件，盗版软件也会为计算机硬件带来一定的伤害。
1.3保证卫生环境良好
通常情况下，计算机最佳工作温度为20～30℃，计算机温度过高或者过低，都会为计算机硬件带来影响，轻则导致硬件老化，缩短其使用年限，重则会导致硬件损坏，致使计算机不能正常使用。因此，用户在使用计算机的过程中，要将其放置于空气流动好以及通风效果好的地方，调节计算机温度，如果条件允许，可以为其配置专用空调。同时，用户需要注意，不能将计算机放置于阳光直射下，由于温度较高，会导致计算机运行温度不断升高，而阳光直射也会为屏幕带来一定的损害。计算机运行环境的湿度要合理，如果环境十分潮湿，可能会导致电路板元件引线和触点腐蚀生锈，出现短路以及断路的情况；如果环境十分干燥，其产生的静电会导致计算机出现开机错误，造成硬件损坏。因此，在冬季或者秋季，天气寒冷干燥，用户一定要注意控制环境湿度，根据气候调解环境。在阴雨季节，要保证计算机每周工作两个小时，避免由于环境潮湿而导致元件受潮。用户在检测故障的过程中，要使用毛刷细致清理计算机机箱，排除由于粉尘而引发的故障。
2计算机硬件维护的主要方法
2.1合理分配计算机资源
用户在启动计算机的过程中，系统会自动为计算机分配动态内存和资源，为了保证其工作正常，分配的动态内存都是唯一地址。对于即时性设备，系统分配的资源都能够保证计算机正常运行，对于非即时性设备，系统分配的资源不能完全保证计算机正常运行，因此，需要用户进行手动分配，保证计算机正常使用。具体分配步骤如下：右键点击“我的计算机”选择“系统属性”选择“硬件”选择“设备管理器”选择“属性”选择“资源”选择“设置基于”选择“更改设置”选择“确定”。在完成上述步骤后，计算机配置就已生效。
2.2应用系统还原功能
如果计算机系统出现问题后，用户需要对其进行重新设置，系统还原功能可以满足用户的实际需求。系统还原功能保存系统最好的状态，如果用户在使用中系统出现了问题，可以使用系统还原功能，将计算机恢复到最好的状态。系统还原功能十分实用，如果计算机硬件出现任何问题，都可以利用系统还原功能将其恢复到最好的状态，并且不会丢失以前的数据，在系统还原后，计算机的运行速度会得到较大提升。
2.3科学保护主机
显示器和主机是计算机的两个关键组成部分，而主机对于计算机，如同大脑对于人体，主机中的CPU相当于大脑，声卡相当于听觉系统，显卡相当于视觉系统，主板相当于神经系统，每个硬件都有属于自己的功能和职能，因此，对每个硬件的维护都是至关重要的。首先，用户在使用计算机的过程中，不能频繁开关机，通常情况下，每次开关机都需要间隔六十秒以上，在进行关机操作时，要注重关机顺序，在软件全部关闭后，进行关闭操作，防止出现软件损坏以及数据丢失的情况；其次，如果用户并非专业人士，不能随意打开主机箱，尤其要注意不能在开机状态下触碰电路板，防止出现电路烧坏以及人体触电的情况；最后，计算机如果处于开机状态下，不能随意搬动机箱，更不能将主机与液体容器放在一起。
2.4正确维护硬盘
硬盘是储存数据的重要硬件，因此，用户要重视正确维护硬盘。首先，用户不能频繁进行开关机操作，频繁操作会导致硬盘处于频繁启动的状态下，增加了其出现故障的概率；其次，硬盘要尽量远离磁场，否则可能导致其出现数据丢失的情况；再次，硬盘处于工作状态下，其指示灯会不断闪烁，这证明其正在储存数据，在这个时候，用户不能进行关机操作，如果此时突然关机，可能会为硬盘带来伤害，因此，需要等到指示灯不再闪烁时关机，在特殊情况下，例如电脑死机，用户可以利用热启动键，重新启动计算机；最后，为了防止由于病毒感染而为硬盘带来破坏，用户需要安装正版的杀毒软件，并且对计算机进行定期病毒查杀，当前，主要使用的软件包括瑞星、360以及卡巴斯基等，用户还要定期检查硬盘，确保硬盘数据的安全。
2.5正确维护显示器
人们利用显示器开展工作和学习，因此，为了确保显示器的正常使用，用户需要注重以下几点：首先，显示器需要远离电话卡、银行卡、手机以及电视机等磁性物品；其次，如果用户长期不使用显示器，需要用防尘罩对其进行保护，防止灰尘落到其电子元件以及内部电路上，出现短路的情况；再次，显示器不宜过亮，如果过量会导致荧光粉和显像管老化，缩短其使用年限；最后，分辨率不能超出额定范围，设置保护程序可以有效防止其出现老化的情况。
2.6正确维护键盘与鼠标
键盘是人们经常使用的计算机部件，用户在使用过程中，需要用力适中，如果用力过大会为其带来伤害，降低键盘弹性，键盘要保证整洁干净，液体不能落到键盘上，在不使用键盘时，需要使用保护罩对其进行保护，并且定期清理键盘。当前，鼠标基本为光电式，在使用过程中，要防止灰尘进入鼠标中，保证鼠标垫的平整和清洁。
3结语
新时期下，随着计算机技术的发展，计算机已成为人们工作和生活的关键工具，因此，用户需要注重维护和保养其硬件，延长计算机硬件的使用寿命。
参考文献
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（一）教学内容方面
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，新的计算机技术及其相关产品层出不穷，如多核处理器等，这些产品均反映出了计算机组成原理与系统结构等方面最新而且成熟的前沿理论与技术。为了使教学内容紧跟新技术的发展，教师对教学内容和实验条件不断进行补充和完善，如扩充了计算机硬件的最先进的知识，如分支预测技术、超标量执行技术、微机的流水线操作技术、高速缓冲器技术、虚拟存储器技术（分段存储管理技术和分页存储管理技术）、浮点数据处理技术和高速总线传输技术等，使学生不仅掌握了基础知识，同时激发了学生学习新知识的兴趣。这样既保证学员对基础知识有系统性的理解，并与计算机技术发展的最新水平和趋势相适应，既遵循了教学管理要求，又努力体现了“基础性、系统性、实用性和先进性”统一，为了增强学生的直观性和好奇心，就必须采用多种灵活的教学方法，如演示法、练习法和实验法等。
（二）教学对象方面
由于我院非计算机类专业很多，不同专业的学习基础差别很大，在教学中必须考虑教学对象，考虑不同层次学生的特点，选择恰当的教学方法，才能充分调动学生的学习积极性。如对我院“2006级电气工程及自动化专业”的学员，由于他们已经对数电/模电内容已经有了全面的掌握，对电路有很好的基础，因此在教学中启发学员自己搭建实验平台，增加创新实验的机会，依据学生的学习和解决问题的能力，因材施教，采用不同的教学方法，教学效果必然提高。
（三）教学环境方面
目前我院的教学设施得到了飞快的发展，教室都配有电脑、大屏幕、投影仪、音响等多媒体设备，电脑联接校园网，能够实现音频、视频、动画和课件播放。校园网具有千兆速度，在校园网上基于军队院校网络教学应用系统平台，能够实现全课程网络教学或多媒体教学。计算机硬件实验室始建于2007年，在随后的几年中，学院投入大量建设经费，使本课程相关实验设备达到100余套，满足一人一组教学实验要求。为此，教师必须改变传统一部教科书、一支粉笔、一块黑板和几块电路板的教学方式，充分利用现有的教学环境，提高教学效果。
（四）教师的个性要求
教学方法是多种多样和丰富多彩的，教师在教学活动中对不同教学方法的程序和特点要做出全面的、科学的分析，根据自己的习惯、条件、教学设备、环境、学生的特点来选择教学方法，充分发挥个人的优势。例如，同样一节课的内容，因老师不同可能选择不同的教学方法：有的选择发现法；有的运用学导式；有的采用问题探索法；有的选用“疑、读、导、练”教学方法，有的综合各种方法之长等。教师根据教材内容、学生的特点、个人的善长，得心应手地运用某几种教学方法，才能达到理想的教学效果。
二、教学方法多样化的实现途径
在上述理论分析的指导下，为了提高教学效果，增强学员的学习兴趣，教师从实验环节、多媒体课件、网络和科研转化等几个方面对该课程的教学方法多样化进行了改革和创新。
（一）网络实验平台的建立
为了提高《计算机硬件基础》课程的教学效果，除了开展传统教学模式外，我们搭建了网络化实验平台，通过这种新型的教学方式，不仅把知识和技能传授给学生，而且培养了学生的兴趣，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，提高学生的创新能力和实践动手能力，并使每个学生都能得到充分的发展。通过该平台，一方面教员可以将多媒体信息表现和处理技术运用于网络课程讲解和知识学习各个环节，使网络教学具有信息容量大、资料更新快和多向演示、模拟生动的显著特征，这一点是有限空间、有限时间的传统教学方式所无法比拟的；另一方面，学生也可以自主、创新地学习。网络化教学打破了时空界限，只要有网络的地方，学生就可以随时上网学习。并可根据自己的时间自由调节自己的学习进度。避免了传统教学的平均性进度原则。如在我们所设计的《计算机硬件基础》课程的网络化教学中，学生可以通过测试系统对自己学习的内容进行测评，网络系统给其提出建设性的学习计划，学生随时可以根据自己的水平和建议进行相关内容的学习。这种模式也体现了因材施教的原则，提高了个别化学习效果，学习较好的学员，可以进行探索式的学习方式。如在学习相应芯片的基础上，进一步研究分析芯片的编程结构和工作原理，掌握如何通过编程使多个芯片相互配合，设计综合性的实验，然后进行模拟调试。学生在此过程中建构起雄厚的知识基础，增强了有效解决问题的能力和技巧；另外，通过该方式也增强了“教”与“学”之间的交互性。学生在学习中可以通过利用课件、信息资源及智力工具进行学习而产生互动，也可以通过与在线教师对话而产生互动，学生之间还可进行交流讨论，实现实时全交互。
（二）多媒体教学课件的增强
计算机硬件课程内容庞杂、涉及面广、概念抽象、工作原理复杂和实践性强。学生在学习的过程中往往感到不易理解，难于掌握。很多同学学完本课程，只是通过背诵记住了几个基本概念和原理，并没有真正理解和掌握计算机系统中各个部件的组成和工作原理；没有掌握处理器指令系统的精华思想和编程技巧；也没有真正理解计算机系统是如何协调工作的，这不便于学生形成计算机系统的分析、设计、使用和维护方面的能力。因此为了提高教学效果，必须改变传统的黑板加粉笔的教学手段，而是将文字、图像、声音、动画、视频等多类型、多种格式的媒体形式信息进行融合，以便学员更加直观、形象地理解。如在讲解8253/8254可编程计数器/定时器芯片的6种工作方式时，不是一些简单的图片和文字，而是采用动画技术，当输入控制字后，可以清晰观察到在不同方式下OUT信号的变化，以及在门控信号GATE控制下，不同方式下的时钟脉冲波形，这样不仅使教学内容生动起来，而且增加了学员的注意力，使学生清晰看到不同方式的区别，明白了各种方式的功能和适用场合。
（三）讲授方式的多样化
讲授本课程时，没有采用填鸭式、满堂灌的教学方法，而是注重启发式教学，调动学生学习的积极性和主动性，如在进行实验之前，让学员收集相关的资料，利用学生阅读教材、学生实验和观察以及实验测定等教学方法，并在分析研究和处理资料与数据时，常采用讨论、谈话、问答、练习和讲解等方法。另外为了提高教学效果，还常配合以多媒体工具和各种直观教具。
（四）注重转化科研成果
教师在教学过程中，注意到了一些科研项目提供的基本实验和开发环境与课堂教学的相关性，在对科研项目添置适当器件和改善设备的基础上，将其应用于教学实践，不仅大大改善教学硬件条件和手段，也显著提高了教学效率和效果。为此，教师特别注重了两个方面的问题：首先是实验平台的结构规范化研究，确定一种“开放式”架构，以方便系统的搭建以及完成之后仍可进行重组和变更；其次是模块标准化，在硬件环境、系统功能、程序设计等方面形成“可组合”功能。因此，整个实验室采用“多功能”和“宽口径”的方式，在主要面向本科生进行基础实验的的同时，亦可服务于研究生和部分教师，使其完好率、利用率均得到了较大的提高。
三、结论
总之，在《计算机硬件基础》课程教学过程中，教师根据课程的教学任务和要求，结合教学的具体内容，以提高教学效果为原则，利用学校现有的教学设施，通过采用多种教学方法，不仅把知识和技能传授给学员，而且培养了学员的兴趣，形成了以学员为中心的生动活泼的学习局面，以先进的理论创造性地组织教学，充分发挥了学生的创造性思维学习和能动性，显著提高了该课程的教学效果。。
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