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計算機軟硬件基礎知識范文第1篇

關鍵詞：嵌入式系統；人才培養目標；計算機本科專業；課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599(2011)23-0000-01

Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系統是指以應用為核心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統、控制應用軟件組成，共同實現諸如實時控制、監視、管理、移動計算、數據處理等各種自動化處理任務。嵌入式系統以應用為中心，以微電子技術、控制技術、計算機技術和通訊技術為基礎，強調硬件軟件的協同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統對功能、成本、體積和功耗等要求[1]。

嵌入式系統已被廣泛地應用于工業控制系統、信息家電、通信設備、醫療儀器、智能儀器儀表等眾多領域，如手機、PDA、MP3、手持設備、智能電話、機頂盒等，可以說嵌入式技術無處不在。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年最為熱門的職業之一。

目前，隨著嵌入式技術越來越熱，國內越來越多的高校陸續開設了相關課程，并建立了嵌入式實驗室。但是通過各種渠道反映出，很多高校嵌入式課程開設的情況不理想，很多學校建立了優良的嵌入式實驗室，卻很難達到理想的授課效果。歸結其原因主要有兩點：一、沒有完善的課程體系；二、需要合適的師資力量。吉首大學作為一所辦在民族地區的省屬高校，其辦學宗旨之一就是為地方經濟建設服務。吉首大學計算機系一直就是秉承此種宗旨來發展和培養應用型人才的。從目前的嵌入式系統技術發展趨勢來看，計算機專業本科教學不僅要面向計算機軟硬件系統，更應與嵌入式系統方向相結合，與人才培養模式和人才需求相結合進行適時調整，從理論及實踐課程體系、師資能力到人才培養模式進行整體規劃，以適應當前應用廣泛的嵌入式系統人才需要。

二、計算機本科專業嵌入式方向的人才培養目標

按照嵌入式技術及其密切相關的電子信息產業目前及未來的發展需求，培養與我國社會主義現代化建設要求相適應的，在德、智、體、美等方面全面發展，掌握計算機科學與技術基本理論、基本知識和基本技能，具有深厚嵌入式理論基礎、能從事嵌入式系統設計與開發、集成電路設計與應用、無線通信等實際工作，具有良好的政治素養、文化科學素養、較強的學習能力、實踐能力和創新意識和綜合解決實際問題能力的高級應用型人才。嵌入式系統方向重點培養學生嵌入式系統軟件工程實踐能力，包括軟件工程及各種嵌入式系統開發技術、調試和測試工具[2]，畢業后學生將具備嵌入式系統軟件開發能力，有能力適應巨大的嵌入式系統產品市場需求，成為嵌入式系統產品企業所急需的掌握嵌入式系統軟件技術的人才。

畢業生具有的知識、素質、能力包括：1.具有良好的思想道德素養和團結協作的精神，熟悉計算機方面的有關法規，遵紀守法，善于合作，勇于創新。掌握較豐富的科學文化知識、較扎實的計算機學科基礎知識、系統的專業基礎知識和基本技能，了解計算機專業的發展趨勢和新進展。2.具有較強的學習能力和實踐能力，能夠熟練地運用多種方法獲取知識、理解知識、掌握知識，能夠綜合性地提出問題、分析問題和解決問題；具有較強的計算機綜合應用能力和一定的科學研究能力。3.掌握嵌入式系統開發的理論和基本方法，具有嵌入式系統軟硬件的設計、開發、調試及維護的基本能力。具體掌握一種嵌入式操作系統，具有在該操作系統環境下設計、編程及開發的能力。兼具軟件及硬件的協調開發能力。4.具有良好的語言表達和書面表達的能力，適應現代社會的交往溝通方式，具有較強的集體合作和組織協調的意識與能力。5.熟練掌握一門外語,并能順利閱讀本專業的外文書刊，了解文獻檢索、資料查詢的基本方法。能夠較熟練地使用英語從事嵌入式方向的研究與開發。

三、計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系建設思路

嵌入式系統作為一個完整的智能電子系統，需要掌握有關電子和計算機等相關領域的硬、軟件綜合知識。一般而言，自動化、測控和電子類的學生電子設計的基礎較好，程序設計偏弱；而計算機類的學生程序設計基礎好，電子設計能力偏弱。計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系的建設和規劃，應從以下幾方面結合進行。

（一）計算機本科專業課程與嵌入式系統方向相結合

嵌入式系統是將先進的計算機技術以及電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物。嵌入式系統的應用范圍可以粗略分為兩大類：電子系統的智能化(工業控制、現代農業、家用電器、汽車電子、測控系統、數據采集等)，計算機應用的延伸(MP3、手機、通信、網絡、計算機設備等)。從這些應用可以看出，要完成一個以MCU為核心的嵌入式系統應用產品設計，需要硬件、軟件及行業領域相關知識。硬件主要有MCU的硬件最小系統、輸入／輸出電路、人機接口設計。軟件設計有固化軟件的設計，也可能含PC機軟件的設計，這些有關嵌入式系統的硬、軟件設計和測試也是計算機系統的組成部分之一，嵌入式系統知識體系最主要的三大技術仍然是計算機體系結構、計算機操作系統和計算機網絡，嵌入式系統方向的課程設置應與這些計算機本科專業課程相結合，在計算機相關軟硬件知識基礎進一步拓展設計和應用知識。

（二）與嵌入式系統自身特點相結合

嵌入式系統以計算機、電子技術為基礎，但嵌入式系統也有其自身的特點。按照層次結構看待嵌入式系統，嵌入式系統分為4層：硬件層、驅動層、操作系統層和應用層，不能片面地從“電子”或“計算機軟件”角度認識嵌入式系統，嵌入式系統軟件硬件密切相關，軟硬件協同設計已經成為電子系統級工具和方法的主要應用，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件，同沒有對軟件的理解也不可能設計好嵌入式硬件。軟硬件相結合進行課程設置是嵌入式系統的特點要求之一[3]。嵌入式系統設計也是一門實踐性非常強的課程,作為以應用為中心的課程，實踐教學是嵌入式系統教學的關鍵，要求理論與實踐并重，為將學生的操作能力、分析能力、工程設計能力與應用實踐結合起來，引導學生由淺入深地掌握嵌入式系統設計的理論與技術，嵌入式系統方向課程設置應以培養實踐動手能力為核心。

（三）與市場、企業需求相結合

高校計算機專業嵌入式方向從需求的角度，總體培養目標是培養人才市場緊缺，企業需求量大，就業率高的軟硬結合的復合型嵌入式開發工程師。嵌入式系統人才的培養應與社會需求相接軌，充分培養學生技能水平與職業素養，使學生能夠達到企業實際崗位的用人標準，滿足企業應用需求，縮短企業二次崗前培訓，成為具有完備的專業知識和技術能力的應用型人才。

四、嵌入式方向課程體系基本內容

要完成一個嵌入式系統應用產品設計，需要硬件、軟件及行業領域相關知識與實踐訓練，嵌入式方向人才培養的定位為應用型技術人才，綜合計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系建設的三個結合點，制定一套培養應用型人才為目標的課程體系[4]。

（一）理論課程體系

計算機科學與技術專業課程包括電路與模擬電子技術、數字邏輯電路、匯編語言程序設計、計算機組成原理、計算機體系結構、微機原理與接口技術等硬件課程；C語言程序設計、離散數學、數據結構與算法、面向對象程序設計（Java和C++）、軟件工程等軟件課程；操作系統原理、計算機網絡、數據庫原理等專業核心課程，這些課程也應該為嵌入式方向的支撐課程群。操作系統考慮嵌入式方向課程設置，應增加Linux操作系統的實訓內容。

在這些計算機專業課程基礎上，刪減原來與嵌入式方向聯系不大，相對獨立的若干專業課程，適當增大嵌入式系統應用技術方向課程比例，構成計算機專業嵌入式方向理論課程體系。基礎課程中增加嵌入式系統概論，硬件層面上增加可編程邏輯器件及描述語言FPGA/VHDL、嵌入式處理器體系結構。軟件層面上增設Linux下C語言編程、嵌入式Linux驅動開發、嵌入式實時操作系統、嵌入式應用程序開發；嵌入式系統級別上考慮軟硬結合增設嵌入式系統設計課程，考慮嵌入式發展方向，增設WinCE設計與開發、嵌入式軟件測試技術課程。

（二）實踐課程體系

嵌入式系統是面向應用的，實踐是整個嵌入式系統課程體系中最重要的環節，其目標是培養學生實際的嵌入式軟硬件設計能力。在嵌入式課程實踐中，采用多層次專業實踐與培訓認證相結合的實踐體系。專業實踐包括課內實驗、課程設計、綜合項目實踐、畢業實習與畢業設計，課內實驗學時占每門課總學時數比例不低于30%，課程設計包括軟硬件和應用系統開發等課程，綜合項目實踐以項目團隊的形式使學生得到團隊協作的訓練，畢業實習以校企合作、實習基地形式進行。課內實驗和課程設計可使學生課程理論知識得到鞏固提高，綜合項目實踐則培養學生階段性綜合性實踐能力，畢業實習和畢業設計可培養學生綜合分析設計的應用能力。目前，在嵌入式專業領域內的知名廠商及相關認證也越來越為更多的大學畢業生及在職工程師所關注，在實踐教學中，引入國際和國內嵌入式認證的培訓內容和知識更新體系，增加實踐動手能力，積累項目開發經驗，增加就業競爭力。

五、結束語

在IEEE計算機協會和ACM共同制定的2004版計算機類課程體系中，嵌入式系統已經被列為核心課程之一。嵌入式系統課程群建設是一項長期、艱難的任務，新知識更新速度明顯快于傳統學科，計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系的規劃與建設，需要明確人才培養目標和建設思路，并在計算機專業課程基礎上進行，既重視融合學科的基礎知識積累，又強調實踐性，使嵌入式系統的教學緊隨嵌入式技術的發展。

參考文獻：

[1]馬義德,湯書森,張北斗等.嵌入式系統課程群建設與創新型人才培養[J].高等理科教育,2004(8):23-25

[2]徐勁松,劉鈺碧,蔣晶.應用型本科嵌入式系統課程群建設與實踐[J].企業技術開發,2009(28):145-146

[3]徐敏,林瑞金,關健生.嵌入式系統教學改革與實踐[J].電氣電子教學學報,2009(3):13-15

[4]楊立林.從企業招聘需求看嵌入式系統教學課程體系設置[J].中國電力教育,2011(22):69-70

[作者簡介]

計算機軟硬件基礎知識范文第2篇

獲得計算機一級證書表明持有人具有計算機的基礎知識和初步應用能力，掌握Office辦公自動化軟件的使用及因特網應用，或掌握基本圖形圖像工具軟件（Photoshop）的基本技能，或網絡安全基本素質，可以從事政府機關、企事業單位文秘和辦公信息化工作。

獲得計算機二級證書表明持有人具有計算機基礎知識和基本應用能力，能夠使用計算機高級語言編寫程序，可以從事計算機程序的編制、初級計算機教學培訓以及企業中與信息化有關的業務和營銷服務工作。

獲得計算機三級證書表明持有人初步掌握與信息技術有關崗位的基本技能，能夠參與軟硬件系統的開發、運維、管理和服務工作。

獲得計算機四級證書表明持有人掌握從事信息技術工作的專業技能，并有系統的計算機理論知識和綜合應用能力。

（來源：文章屋網 ）

計算機軟硬件基礎知識范文第3篇

關鍵詞：地方院校；課程體系；教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2020-02

Teaching Reform and Practice of Computer Hardware Courses in Local College

LIANG Yan-lai, LIU Chao

(Dept. of Math & Computer Science, Yulin Normal' College, Yulin 537000，China)

Abstract: By analysis on problems existing in computer hardware courses teaching, a reasonable computer hardware course system was rebuilt, in view of local fact and social demand. Some feasible advice was given on teaching reform and practice of computer hardware courses, from such aspects as teaching contents, teaching means, teaching methods to improve the teaching quality.

Key words: local college; course system; teaching reform

1 引言

隨著計算機科學技術的發展，計算機應用領域正在不斷向生產生活的各個領域擴展滲透，尤其是各種電子電器產品的智能化發展，使得近年來IT企業對計算機硬件系統設計及開發人員的需求急劇增加。然而目前大多數高校（尤其是地方院校），計算機硬件課程教學相對薄弱，培養的計算機硬件人才無論從數量還是質量上，均無法滿足人才市場需求。因此非常有必要對地方院校計算機硬件類課程進行改革與實踐，使其既能適應地方實際又能滿足社會需求。

2 重視硬件教學

截止到2004年初，我國普通高校總數為1683所，本科學校679 所，505所開設有“計算機科學與技術”專業，是全國專業點數之首[1]；其中，這505個計算機專業中有接近一半是1994年后開辦的地方新升本科院校。由于計算機專業建設的數量大、任務重、時間緊，導致專業建設者產生功利思想和短期行為。計算機硬件課程不僅難教難學，而且對于硬件設備和實驗條件有較高要求，教學成本遠遠高于計算機軟件課程教學，因此形成了計算機專業建設“重軟輕硬”和師生教學“喜軟怕硬”的畸形發展現象，這在經濟條件和師資力量較差的地方院校中表現尤為突出。

然而計算機是由硬件和軟件組成的，缺了任何一樣都無法運行。不重視計算機硬件教學與科研的結果之一，就是近年來計算機軟件人才相對過剩，硬件人才供不應求。另外一個結果就是，目前我國使用的計算機核心部件“芯片”幾乎都是從國外大公司進口的，如聯想等公司的產品，用的都是英特爾公司的“奔騰處理器”。核心器件嚴重依賴國外芯片制造商，這給國家信息安全造成了嚴重隱患。因此，我國計算機界的權威專家多次強調呼吁加強計算機硬件的科學研究和人才培養。令人欣慰的是，中科院計算技術研究所于2002年研制成功中國第一款CPU芯片“龍芯Ⅰ號” [2]，從而結束了中國人只能用洋人的CPU造計算機的歷史。

3 優化教學內容

計算機硬件系列課程教學內容目前存在的突出問題有：軟硬件分離，知識不能融會貫通；急功近利，理論基礎不扎實；脫離實踐，理論不能應用于實際；知識陳舊，遠遠落后于計算機硬件技術的迅猛發展。因此要從系統性、基礎性、應用性和先進性等方面對硬件課程教學內容進行選取和調整，將技術已經落后或者使用較少的內容從課程中刪除或壓縮，將最新技術發展內容及時補充到課程體系中。

3.1 重視系統性

由于種種原因，計算機專業現有課程體系軟硬件各自相對獨立，綜合性、系統性較差，導致學生學習各科知識后不能融會貫通，沒有整機概念。然而技術的進步以及應用的需求迅速推動系統規模變得越來越大，功能實現也越來越復雜。傳統的硬件教學和軟件教學相分離的教學方法已經成為阻礙學生深入學習計算機的關鍵因素。打通計算機軟硬件理論教學，設計計算機軟硬件協同實驗，培養學生知識的系統性和能力的綜合性成為當務之急。

3.2 重視基礎性

著名物理學家、諾貝爾獎獲得者李政道先生曾經講過“只有重視基礎研究，才能保持創新能力”，計算機硬件課程中大部分是計算機專業基礎課，因為計算機硬件支撐著計算機軟件的發展，很難想象一個不懂硬件的人能開發出多么優秀的軟件。因此學習硬件課程時尤其要掌握基本理論、基礎知識和基本能力。

3.3 重視應用性

計算機硬件課程教學過程中，應結合目前計算機技術發展的新趨勢，將課程內容與實際聯系起來，使課程的應用性加強，增設應用型計算機硬件技術課程，如《嵌入式系統》、《單片機技術》、《微機控制技術》等。這些應用型課程不僅可以激發學生學習硬件課程的興趣，而且有利于增強學生就業競爭力。

3.4 注意先進性

目前，32位機已經普遍應用于日常生活和生產活動，64位機也正得到應用和推廣，但是很多地方院校計算機硬件類課程仍然以16位機作為其教學模型，32位機少有涉及。這使得教師的教學不能聯系實際，學生的學習不能應用于實踐。因此，在硬件技術飛速發展的背景下，硬件課程教學要注意課程內容的先進性，不能幾年一成不變。

4 重構課程體系

計算機專業的硬件類課程體系涉及課程眾多，而且各課程在教學中過分強調每門課程的完整性和獨立性，忽視了課程之間內容的銜接和知識的整體優化，教學內容重復，教學效率不高[3]。比如中斷系統、存儲器系統，計算機組成原理、微機接口技術、匯編語言程序設計、計算機體系結構都有涉及但都不完整，學生在學習過程中既感覺重復，又似懂非懂。根據地方院校物質條件和師資力量，重新構建的硬件課程體系被劃分為基礎層、核心層和應用層三個層次，并在各個層次上將內容關聯較為密切的課程進行有效的整合。

4.1 拓寬基礎

計算機硬件課程的基礎主要包含數學基礎、物理基礎和計算機基礎。其中，物理基礎主要包含《大學物理》、《電路分析》、《模擬電子技術》和《數字電子技術》等課程，這幾門課可以以《數字電子技術》為核心進行有效整合；數學基礎主要包含《高等數學》、《概率統計》、《離散數學》、《形式邏輯語言》等，其中《形式邏輯語言》可以合并至《離散數學》；計算機基礎主要包括《計算機導論》、《C語言》、《操作系統》等。

4.2 確保核心

計算機硬件核心課程應該確立為《計算機組成原理》、《計算機系統結構》、《匯編語言》和《微機原理與接口技術》，由于這幾門課程內容重疊較多，相互關聯緊密，因此需要整合優化。其中前兩門整合為《計算機組成與系統結構》，以計算機組成和系統結構的基本概念和原理為主要內容，重點介紹新型多核計算機系統的CPU、存儲器、總線和I/O系統的硬件組成與工作原理，同時介紹并行計算機系統的發展趨勢。后兩門整合為《微機接口技術與匯編語言》，以Intel 80X86為背景機介紹匯編語言與接口技術的基礎知識、原理和使用方法。

4.3 擴展應用

硬件類課程應用主要體現在嵌入式系統開發技術，主要包括單片機、ARM、DSP等技術。目前，嵌入式技術和嵌入式產品已經滲透到工業控制系統、信息家電、通信設備、儀器儀表、軍事技術以及人們日常生活的各個領域。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為最近以及未來幾年內最為熱門的職業之一。因此，作為地方新技術研究和探索最活躍的群體，地方高校應該接受嵌入式技術帶來的挑戰，盡快開設嵌入式系統的相關理論與實驗課程，另外適當開設《Protel》、《AutoCAD》、《電子設計硬件描述語言》、《微機控制技術》、《Linux》等相關應用課程。

5 豐富教學手段

計算機硬件知識的特點是更新速度快、實踐性較強，一些硬件課程不太適合以課堂教學為主的教學模式。改革計算機硬件課程教學方法和教學手段的基本原則應該是：知識的傳授應當符合計算機硬件知識的特點，教學方法應當有利于培養學生的創新意識和創新能力。具體可以從以下幾個方面進行改革嘗試：

5.1 采用現代教育技術

由于硬件課程教學內容往往同時涉及時間和空間概念，具有較強的動態性和抽象性，難教難學。為此，需要充分運用現代多媒體教育技術，依靠教育信息資源和系統的教學方法，對硬件課程中的重點難點內容以多媒體形式進行教學設計，將靜態圖形變成動態圖形，抽象內容變為可視內容，圖文聲并茂，從而起到良好的教學效果[4]。

5.2 建設硬件學科網站

學科網站的本質是一個基于網絡資源的學科研究、協作式學習系統，它通過在網絡學習環境中向學習者提供大量的學科學習資源和協作學習交流工具，讓學習者自己收集、分析并選擇信息資料，應用知識去解決實際問題。它強調通過學習者主體性的探索、研究、協作來求得問題解決，從而讓學習者體驗和了解科學探索過程，提高學習者獲取信息、分析信息、加工信息的實踐能力和培養良好的創新意識與信息素養。通過建設硬件學科網站，可以促進信息技術與硬件課程的整合，逐步實現教學內容的呈現方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革，充分發揮信息技術的優勢，為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環境和有力的學習工具。

5.3 問題啟發式教學

在課堂教學中通過巧妙設置問題，讓學生去查閱資料，自主學習，然后由教師總結并講解，進行啟發教學，可以收到良好的教學效果。例如，對于容易的內容可以設置問答題，布置給學生進行自學；對于重點內容可以設置論述題，布置給學生進行課堂討論；對于難點內容可以設置針對性的練習題，布置給學生進行課后思考。這種基于問題的啟發教學模式，使學習者在問題研討的過程中增長了知識，提高了問題解決能力，培養了創新意識。

5.4 任務驅動式教學

任務驅動式教學將傳授知識為主的傳統教學，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學。在教學過程中，教師根據教學目標與教學內容，設計實踐任務，提供設計案例和研究工具，指導學生完成實踐任務，形成設計作品，實現邊做邊學的教學理念。任務驅動式教學方法符合人類認知規律，注重以學生為主體，在培養學生的專業能力的同時，也提高了學生的通用能力。

6 加強實踐教學

計算機硬件教育的實踐性非常強。多年來，雖然計算機硬件特別是CPU的發展速度從幾年一代已經發展到幾個月一代，但是由于實驗條件的限制，計算機硬件的實驗教學卻遠遠落后于計算機技術的發展。目前計算機硬件教學中實踐教學的時間過少，而且驗證性實驗占絕大多數，造成學生硬件動手能力普遍低下，其創造力無法得到訓練[5]。其客觀原因是缺乏足夠的物質條件，尤其是許多地方院校硬件實驗設施匱乏陳舊，甚至不能應付基本的驗證實驗，更談不上開展綜合性、設計性實驗以及自主性創新實驗；而其主觀原因是實踐能力在考試評價體系中所占比例過小，實驗指導教師的工作積極性不高，指導能力也有限。因此，要加強計算機硬件實驗教學，就必須在思想上重視，并從實驗室建設、實驗師資培養以及實踐能力考核等方面采取有力措施予以保證。

7 結束語

本文針對地方院校的實際情況以及硬件課程教學中出現的典型問題，構建了分層次的硬件課程教學體系，并在各層次上整合優化了課程內容，通過豐富教學手段和加強實踐教學等方面的有力措施，對地方院校計算機硬件類課程教學進行了改革與實踐，取得了良好的效果。

參考文獻：

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術專業教學指導分委員會．中國計算機本科專業發展戰略研究報告[J]. 中國大學教學, 2005, (5):7-10.

[2] 唐志敏. 龍芯1號通用CPU芯片的研制[J]. 中國科學院院刊, 2002,(6):437-439.

[3] 宋人杰,周欣欣,牛斗. 計算機專業硬件系列課程教學改革探討[J]. 東北電力大學學報. 2007, 27(5): 30-33.

計算機軟硬件基礎知識范文第4篇

關鍵詞:計算機組成原理;EDA技術;課程設計

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1背景

“計算機組成原理課程設計”是計算機科學與技術專業本科教學階段的核心專業基礎課程“計算機組成原理”的重要實踐教學環節。其先修課有“數字邏輯”及其實驗,其后繼課程有“計算機體系結構”,“編譯技術”,“接口與通訊技術”等。

本課程起著承上啟下的重要作用,通過本課程的各項實驗,使同學進一步掌握計算機各部件的基本原理和結構,掌握計算機各部件的基本設計方法和實驗方法,幫助同學建立計算機時間―空間的整體概念,鞏固課堂知識,初步培養學生的實驗操作能力和分析解決問題能力。

但是以前的教學實踐中在CPU硬件設計這一重要內容方面存在不足。CPU、DSP處理器乃至計算機系統的設計技術及相關課程隨著新技術的發展應該成為計算機科學與技術專業中重要的組成部分,計算機專業對于軟硬件綜合設計人才的培養是責無旁貸的,也是本專業的特色與亮點。作為計算機專業的人員,如果只會使用計算機而不會設計CPU 和計算機,那么和其他專業比較就沒有優勢,不符合計算機專業的辦學宗旨而缺失市場競爭性。

調研表明,國內大多高校僅將“計算機組成原理”定位為“計算機科學導論”和計算機模型認知的層面上;而在實驗與實踐方面,“計算機組成原理”的實驗則主要是在一些由分離元件構成的實驗平臺上,完成簡單模型CPU的驗證性實驗,基本談不上設計。這顯然難以滿足教育部在《關于加強高等學校本科教學工作,提高教學質量的若干意見》中關于“高等學校要重視本科教學的實驗環節,保證實驗課的開出率達到本科教學合格評估標準,并開出一批新的綜合性、設計性實驗”的要求。

隨著科學技術的發展,核心技術已經愈來愈集中在集成電路芯片和軟件這兩項之中,其中CPU 和OS設計技術是最核心的兩項技術,特別是高性能計算機技術一直是衡量國家實力的一個重要標志。美國、日本和西歐等國都作為一種國家行為,不斷加大這方面的資助力度。美國的許多高校本科計算機專業中也都安排了CPU 設計方面的課程和實驗內容,例如麻省理工學院的一門相關課程是“計算機系統設計”。學生在實驗課中,須自主完成(即自行設計)ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU,乃至實現流水線32位MIPS CPU和Cache的設計。斯坦福大學計算機系的本科生也有相似的課程和實驗,即“計算機組成與設計”課,實驗要求學生以各自獨立的形式,用VHDL語言自主實現CPU、VGA顯示控制模塊等接口,并最后實現于FPGA中,及完成軟硬件調試。此外,如加利福尼亞大學和伯克利大學等學校在基于FPGA 的超級計算機研制方面都實現了大量成果。因此我們有必要向國外的先進教學實踐學習,應用EDA技術改革“計算機組成原理”課程的實踐教學環節。

2改革目標

基于以上問題的考慮,學院計算機體系結構教學組經過調查研究,深入討論,決定改變基于小型模擬計算機系統的實驗教學模式,采用基于硬件描述語言方式,通過讓學生實際進行計算機各個組成部件的設計方式進行實驗教學,以提高實驗教學水平。

為了更好地貫徹學院的本科教學培養計劃,培養出基礎知識扎實,具有創新意識,善于自主學習,實踐能力較強的計算機高級專門人才,我們提出了“計算機組成原理”實驗教學環節的下列改革目標。

2.1與基于EDA的現代工程設計接軌

首先,在“計算機組成原理課程設計”中增加向工程實際轉化的符合現代計算機系統工程設計規范的硬件設計內容。在傳統的實驗模式中雖也有“設計”內容,但主要是根據不同實驗系統各自規定的方法,用既定的分離元件和接口器件進行拼裝搭接而成,學生無法從這樣的“設計”過程中了解真實的現代實用CPU基本設計技術。

其次,使學生在了解計算機組成原理和軟件設計技術的同時,學會計算機硬件設計技術。計算機的軟硬件設計技能是一個合格的計算機專業學生本應具備的基本知識,離開了硬件設計,自主創新能力的培養便無從談起。以前不少計算機專業學生只將注意力和興趣集中在各種編程環境、開發工具、數據庫、計算機網絡的技術上面,對于硬件技術的學習和應用研究不感興趣或忘而生畏,培養學生掌握計算機硬件設計技術,能從根本上解決這個問題。

2.2培養創造能力

從創造能力培養的角度看,軟件設計人員只須擁有邏輯上的單向一維思維能力就能保證軟件設計的成功,即過量單純的軟件設計,不斷強化設計者純邏輯性思維和收斂性思維。顯然,這與培養植根于多維多向的發散性思維方式和非邏輯思維方式的創造能力是相違背的。因此,多數純軟件設計訓練只能歸類為技能性和知識性訓練。

硬件系統設計則不同。首先,硬件系統可以有許多相關或互為獨立的模塊組成,相關模塊的關系可以是同步,也可以是異步。其次,硬件系統設計本身并不能離開軟件設計,因此硬件系統的構建是一個軟硬綜合的并發系統,設計和把握它自然必須擁有并發和多維的思想方法。例如在時序問題和競爭冒險問題的解決上有時還可能用上非邏輯思維方法。而Verilog HDL語言正是描述和設計硬件系統的計算機語言,它的語句都是并發的,甚至包括進程中的順序語句。基于EDA技術和Verilog的計算機設計訓練無疑十分有利于強化發散性思維和自主創新能力的培養。

3實施方案

3.1實驗教學體系的改革

計算機專業的硬件基礎實驗課多年來一直采用傳統的芯片搭電路的方法,此方法過于陳舊,限制了學生能動性的發揮。在實驗教學中引入現代EDA技術是必然趨勢。

在計算機組成原理實驗中我們引入該技術,采用先進的虛擬設計及仿真軟件工具quartusII,結合GW48_SOPC實驗箱,可以設計、仿真與硬件下載驗證計算機的各功能部件。

3.2實驗教學軟硬件設備及教材的建設

EDA技術的發展已從根本上改變了傳統電子系統的設計與開發模式,我們必須適應這一趨勢。為此,在學院的大力支持下,我們建設了一個可以容納65人的計算機組成原理專用實驗室,新購置了65臺高性能的PC機及終端桌椅。另外,學院還將采購65臺新型的基于FPGA芯片和EDA環境進行實驗的計算機組成原理實驗臺,該平臺已被國內數十所大學采用。學院的EDA課程實驗即采用類似平臺,兩年多的運行證明性能良好。在實驗軟件工具方面,我們緊跟國際步伐,引入了高級的虛擬設計與仿真軟件工具quartusII。

在教材的建設方面,我們經過兩年的教學實踐,在實驗項目方面有了一定的積累,但距離改革目標還有很大的距離。為了促進教學改革的進一步深入開展,我們將在原有實驗指導手冊的基礎上,增加新的實驗項目,并系統整理與實驗內容相關的硬件描述語言Verilog HDL,quartusII使用手冊及實驗臺技術手冊。在此工作的基礎上,將形成“計算機組成原理課程設計”正式出版的配套教材。另外,我們還將結合多媒體技術開發新的教學課件,并建設相應的課程網站,作為教學強有力的輔助手段。

3.3實驗教學內容的設計

實驗教學內容根據學院實驗計劃大綱要求,結合工程實際來確實,充分考慮了可操作性與可行性。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計出CPU,但首先,學生必須初步掌握Verilog HDL硬件設計語言,學會使用quartusII設計工具,知道CPU的各個功能部件如何工作,以及相互之間是如何配合構成CPU的。

因此,為滿足教學需要,實驗教學內容將采用由基本到綜合的方式逐層開展,“必修實驗+選修實驗+綜合實驗”相結合的方式。首先,設計出一個完整的CPU實驗方案,然后再將這個CPU分解出一套功能部件實驗,包括:總線傳輸實驗、運算器實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、時序電路的組成、控制原理實驗、微程序控制器實驗等。必修實驗內容主要由這些功能部件實驗作為基礎,同時增加大量相關的其他實驗內容作為選修實驗以供學生選擇,滿足不同層次的需要。必修實驗完成的功能部件在綜合實驗中進行組裝,形成一個完整的CPU。

3.4實驗教學的組織方式

培養學生實驗能力和設計創新能力是我們實驗教學的重要目標。為了貫徹這一指導思想,根據該實驗課程的特點,課堂上教師只是啟發性地講解實驗的關鍵點,其余部分全部由學生獨立完成。每位學生可根據自己的實際能力在完成必修實驗內容的基礎上,還可選做選修實驗以擴大知識面加深理解,完成選做實驗項目者可適當加分。

由于課程的學時數十分有限,因此我們要鼓勵學生在課后自己動手完成大量的選修實驗,任課教師除上課時間外,每周還可以安排一次集中答疑時間,以解決學生在課外實踐中遇到的困難。

實驗中的模塊我們只給出框圖,其具體內容要求學生自己用電路圖或Verilog HDL硬件描述語言完成。在編譯調試過程中遇到困難盡量由學生根據理論所學內容自己解決,并記錄在實驗日志中,讓教師充分了解每位學生的實驗情況。另外每個模塊可以設計一些障礙讓學生修改,提高他們的實驗興趣。實驗內容的安排遵循驗證與設計相結合,注重基礎,突出應用的原則。

課程嚴格遵循課前預習和設計(電路圖和Verilog程序)、課上調試(實驗日志記錄)和驗收、課后完成報告的實驗環節。其中實驗日志記錄是其中一個重要的環節,它將貫穿于整個實驗階段,體現學生實際實驗的情況,是學生獨立實驗的一項重要證明。實驗日志按時間順序主要記錄:實驗進行中遇到的問題及解答;回答實驗教材中以及教師課堂上提出的問題。

3.5實施效果和亟待改進的問題

實驗教學改革方案從2007年春季開始,已經實施了兩個學期。總的來說,實施效果令人滿意,主要體現在以下幾個方面:

(1) 加深了學生對理論課的理解和學習興趣。在實驗課中,通過啟發性地講解實驗關鍵點,使學生能夠將理論課上學到的知識和具體的實驗有機地聯系起來。學生在理論課上學到的主要原理都能應用于具體的實驗項目中。而具體的實驗過程反過來又能加深對原理的理解和認識。兩者之間相輔相成,極大地促進了學生的學習興趣。

(2) 調動了學生學習相關知識的主觀能動性。在實驗課中,一方面教師只講解關鍵點,這樣要完成實驗,學生就必須要自己去主動的查閱相關資料;另一方面實驗內容設置了綜合性實驗和選做性實驗,這些實驗涉及的知識點較多,教材中給的提示相對較少,學生往往需要費一番周折,克服一些障礙,才可能完成實驗。

(3) 大大減少抄襲作業的現象。以前經常出現的抄襲作業現象,由于實驗日志的出現而大大減少。實驗日志記錄是實驗完成過程的一個詳細記錄,是學生和教師共同完成的過程。實驗日志是沒有標準答案的,每個學生的實驗日志也不可能雷同,因而能有效地減少抄襲的出現。

實驗教學改革是一個不斷深入和發展的過程。在方案的實施過程中,也發現了不少亟待改進的問題,其中如何組織好教學內容是至關重要的。一方面要在有限的課時內將理論課中的關鍵知識點融入到實驗內容中,另一方面為了配合好先行和后續課程的教學內容,還要將一些新的知識點和實驗內容融入進來。這樣如何在不增加學時的前提下,將這兩部分內容更加有機的組織起來是日后必須要解決的問題。

4結束語

“計算機組成原理”課程設計的教學改革經過兩學期的實踐摸索,已基本明確了今后進一步展開深入教學改革的方向和目標。下一步將根據規劃好的改革方案,繼續實施各項改革內容,朝著預期目標邁進。

相信在對課程進行了上述改革后,必將極大地調動學生的學習積極性,啟發他們的學習興趣,為培養出基礎知識扎實,具有創新意識,善于自主學習,實踐能力較強的計算機高級專門人才奠定基礎。

科學技術不斷發展,計算機技術更是日新月異。因此,“計算機組成原理”實驗課程的教學方式、方法也需不斷更新變化。改革是一個持續不斷的過程,需要我們不斷地研究與探索。

參考文獻:

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[3] 謝俐,楊樂,楊魯. 引入建構主義思想實行計算機公共基礎課程實踐教學改革[J]. 科技創新導報,2008(8).

計算機軟硬件基礎知識范文第5篇

【關鍵詞】高職 計算機應用基礎 教學改革

在我國，高職教育重在培養能力，重點在于培養技能型、應用型人才，這一類人才集專業理論知識和實踐能力于一身，所以，進行實踐性教學和訓練學生的職業技能相結合是關鍵，高職教育理應對其引起重視。現如今，信息技術發展迅速，幾乎無論什么行業都離不開計算機，人類的日常活動都已經離不開它。各大高職院校中都會開設計算機應用基礎這門課程，而且是作為一門必修課來開設，這門課程的知識更新頻繁，并且各行各業都會應用到，又具有很強的實踐性。這門課程能夠讓學生掌握并學會操作運用基本的計算機基礎知識，使學生學會通過運用計算機技術來分析問題和處理問題，它的基本目的在于培養各專業學生的職業技能，從而使得學生在今后的工作中對各種問題都能夠應付自如。

一、如今在高職院校計算機應用基礎教學出現的問題

（一）學校方面

在計算機教學軟件和硬件基礎設施的配套上，學校還需要改進。計算機應用基礎課程進行的是公共基礎課程教學，參與該課程的學生本來就多，然而，近幾年，由于各大高校開始進行擴招，隨之便有越來越多的學生參與到計算機應用基礎這門課程中來。在教學設備方面，難以實現每個學生在上課時都有一臺電腦，因為在學校的機房，現有的電腦比較少且都是用了很久的電腦。學生往往很少進行實際訓練，幾乎沒有自己操作過。而僅僅可以通過聽教師在課堂上傳授理論知識或教師演示操作等形式來參與這門課程的學習，這樣一來，理論和實踐之間就很難接軌。之所以開設計算機應用基礎這門課程，是為了學生在學習完該這門后，對于計算機軟硬件的基本知識能夠有所了解，學會怎樣運用office 辦公軟件，對于日常活動中的一些問題，學會如何運用計算機來妥善處理。但是，在學習這門課程的過程中，學生只有進行計算機操作，不斷地進行實際訓練，才能學會怎樣運用理論知識來具體操作。對于學生在課堂上學到的理論知識，沒有進行及時的實訓的話，久而久之，學生學習這門課程就會越來越被動。除此之外，另外，在學校的一些機房中，計算機的配置、硬件以及軟件都是好久以前，不出故障的情況較少，但是，另一方面，Office 2003才是計算機應用基礎課程中運用的辦公軟件，并且計算機應用基礎課程的操作系統是 Windows XP，由于學校機房設備的落后，教師的教學效率也不理想。

（二）教師方面

一方面是教學方法幾乎是一層不變，教學模式比較保守，雖然學生作為教學過程中的主體，但卻發揮不了它應有的作用。這么一段長的時間里，教師一直采用“填鴨式”課堂教學模式，使得學生處于被動的境地，學生似乎不再是課堂上的主體，反而是學生圍繞著教師轉，把教材作為教學模板。以這種近乎保守的教學模式給學生授課，學生不但會喪失積極性，同時還會喪失創造性，如此一來，教學便起不到應有的作用，特別是具有很強實踐性的應用型課程，計算機應用基礎就是這一類課程，一旦學生沒有興趣學習，作為課堂主體的他們就會發揮不出它應有的作用，發揮不了學習的積極性，要想使教學任務完成就更加是難以實現了。

另一方面，這門課程的考核方式過于單一。平時教學沒有安排成績考核，尤其很少通過實踐操作的方式來考核成績，直到學期末了，也只是通過做試卷來檢測學生的學習成績，而不是進行操作考核。這種考核方式檢測不出學生的操作能力和學習能力，檢測出來的僅僅是這種方式理論和結果，這樣，可能造成考核結果不公平，學生會因此而降低學習積極性，對于教師而言，他們看不到自己真實的教學效果。

（三）學生方面

現如今，在城市和經濟發達地區，電腦幾乎已經普及到每家每戶，在這些地區的中學學校里，都開設了計算機基礎這門課程，在進入大學前，這里的學生就已經掌握了計算機基礎知識，并且能夠進行實踐操作，相比之下，大多數家在農村的學生或者在偏遠山區的學生的計算機基礎水平比較低，畢竟他們在此之前對于電腦還是很陌生的。這種良不齊的現象，導致教師教授這門課程的難度也會加大。不過，除此之外，有些學生考不出理想的成績在于他們自己沒有認識到這門課程的重要性，高職院校里的計算機課程極易弄懂，對于計算機基礎知識，他們自以為自己早已完全掌握了；另外，因為這門課程忽視了對實踐操作的考核，只注重理論考核的方式，造成有些學生以應付考試而學習，平時上課不認真，一旦臨近考試了，就開始抓記理論知識。

二、如何對高職院校的計算機應用基礎教學進行改革

（一）通過改善軟硬件水平來為教師創造好教學條件

一者，在該課程教學的硬件和軟件設施這一方面，學校還需要進一步改善。在大班里上課的話，學生就可能聽不到老師講課，所以，機房應該配備擴音器，這樣，如果教師在大班上課，就可以戴上擴音器講課。除此之外，機房還需要配備足夠數量的計算機，對于這些計算機，理應加強維護，以免計算機損壞，從而導致達不到預期的教學效果；為了使得在實際訓練過程中其內容不背離理論知識，對于系統軟件和應用軟件，需要及時更新。再者，在選擇教材時，應該基于高等職業教育的特點來合理選擇。在我國，自高校擴招政策實行以來，高等職業教育快速發展，高職院校所招學生越來越多，學校越辦越大，設置的專業課程種類繁多。在大部分高校，都會開設計算機應用基礎這門課程，是以公共必修課的形式開設的，在選擇教材時，應根據各專業學生自身的情況，這一點是比較關鍵的，另外，如果在組織內容時結合生活實際并注意保持內容的可行性，就會使教材效果更佳。如果教材內容不僅貼近于本校機房的軟硬件配置，內容中插入了截圖，解釋了具體如何操作，而且配有相應的操作提，學生就能夠在聽課的同時又可以自己看教材并且做題目，這樣一來，對學生弄懂教材內容和和提升操作能力也有幫助。另外一方面，還要求所有教師具備良好的綜合素質。一是要對教師加強培養，讓他們去進修，為提升教師的職業技能而對教師進行培訓，從而使得教師的素質得到提升；此外，可以給教師隊伍注入新的能量，最終，使教師的計算機素質和業務水平提高。

（二）教師通過的方式分層次并結合其他方式來教學，從而激發學生學習的興趣與積極性

1.由于剛進學校的學生對計算機基礎知識的掌握程度不一，因此，教學時可以采用分層次的方式。在對學生的專業水平情況展開調查后，再開始教學，按照調查結果把各個層次的學生安排到相應的班級，分別進行教學。

2.摒棄“填鴨式”教學，轉而以探究式教學代替之，作為教學中心的學生通過教師的引導來主動探究問題，增加學生學習的主動性是他們學會學以致用，能夠自己解決實際問題，通過這種探究式教學，學生會學會自主學習。

3.運用情景教學法進行教學的同時，還要運用媒體教學的方法，從而使得學生可以熱情并積極地投入到學習中去。通過使用多媒體來教學，使刻板的教材內容變得生動易于接受，吸引學生的注意力，可以提高他們的學習興趣，而不是再像之前的課本教學一樣枯燥難懂。比如，在講述如何設置PowerPoint 的模板、如何配色、如何插入聲音這些內容的過程中，教師給學生看的ppt不僅應該具有美觀的設計和優美的背景音樂，還應該與年輕人的審美相符，從而吸引學生的眼球，對于怎樣制作ppt進行思考，接著，教師再開始講解ppt，也就是說創造學習情境，讓學生主動投入學習中。

（三）學生應該提高思想認識，加強實踐操作，提高計算機操作水平

學生為了提高自己的計算機操作水平，在平時，學生就應該對學習和操作計算機引起思想上的重視，利用課余時間進行實訓，如果有自己不能解決的問題，應該及時向老師或同學尋求幫助，不僅要做到多看和多練，還要加強實踐。

三、結語

總之，作為一門基礎教學，高職計算機應該致力于培養學生的計算機基本技能，無論計算機技術發展到各種程度，高職計算機都應該與之相適應，無論是市場的需求還是社會的需求，都應該盡力去滿足，符合社會和市場的需求。在教學過程中，教學的軟件設施和硬件設施有待于進一步完善，并及時更新，采用分層次及其它方式并行的手段進行教學，從而使得學生能夠自主地投入到學習中，為社會培養出實用型人才，以適應社會人才市場的需求。