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計算機硬件發展趨勢范文第1篇

【關鍵詞】計算機軟件；應用；發展趨勢

計算機的高速發展不僅改變了人們的生活方式，更帶動了社會的發展進步。而現在，計算機的功能早已不僅僅是計算工具，更是人類社會發展的智慧結晶，其應用范圍已非常廣泛。20世紀中期，計算機技術已從軍事領域擴展到各個領域，經濟管理、數據通信、醫療設備、文化教育等，對各行業、各領域有著非常重要的影響。計算機核心部分是軟件技術，在計算機系統中擔當著執行任務需要的數據、程序、文檔等。隨著信息技術的發展，計算機應用的增加和硬件的更新換代，計算機技術以及軟件技術產業的發展壯大，不僅是21世紀的新型產業，更是增加國民經濟的主要因素和全球競爭的核心產業之一。近年來，我國計算機軟件產業的發展不僅加快了信息化進程，還逐步成為我國經濟發展的支柱產業，因此，計算機發展至今，我們必須對其發展現狀和未來發展趨勢有足夠的了解。

1計算機軟件發展應用現狀

1.1計算機用戶增多的原因

初中甚至小學已普及計算機教學，而計算機教學是一門基礎性教學任務，不管是城市還是農村，計算機已是我們咨詢問題、了解世界、信息交流的重要工具。計算機的應用和發展讓全球信息交流加強，視野更為廣泛，這也是計算機用戶不斷增加的原因。與此同時，我國電器行業更新速度快且競爭大，電腦的價格變化很快，而且國家出臺的家電下鄉貼補等相關政策也促進了人們的消費。此外，基礎設施的不斷完善，人們生活水平的大幅度提高，促使計算機成為了人們常用家電之一。

1.2計算機軟件的用途

計算機用途十分廣泛，涉及到方方面面，正因如此，計算機的發展才會日新月異，在這里將其用途主要分為了以下幾類：娛樂活動；日常工作工具；運用計算機達到機械的自動化控制；運用計算機進行多媒體教學，按不同教學領域和方法進行教學，將計算機作為輔教學工具為學生傳授知識，不僅利于學生對知識的接收，還能有效節省時間；運用計算機進行各類設計，設計的過程可以達到半自動化或者自動化的程度，不僅效果更佳，還能有效縮減設計時間；達到人工智能，計算機有著強大的邏輯和記憶能力，能夠模擬人類智力活動，代替人類進行相應的勞力勞動，因此，智能計算機是人類的輔助工具，其應用涉及到生活中的各領域。

2計算機軟件的應用發展趨勢

計算機軟件技術是人類在計算機開發創新、操控欲望增強的情況下產生的，通過一代代科研技術人員堅持不懈的努力，在經歷了相對漫長的過程后計算機軟件技術才逐步發展起來。隨著對計算機研究的不斷深入，人們逐漸將構思寄托于軟件上，希望能通過某種技術將自己想法融入到軟件中，由軟件來將人們各種所需運算進行執行。計算機在早期發展中，硬件和軟件沒有做嚴格區分，這個時期計算機主要用于龐大數據的計算，也是一種大型計算工具，而此工具主要以計算機硬件為基礎來執行，但各領域中軟件應用較少。20世紀中期，計算機軟件已應用于軍事和科研領域，并且其應用范圍不斷擴大，向民用方向發展。20世紀時期的軟件仍處于研究、探索階段，而制約軟件技術發展的重要因素就是缺乏軟件編程人員。通過不斷的深入研究，突破了此項技術瓶頸，誕生了一種新的編程語言，對于后期逐步出現并發展的個人電腦而言具有歷史性變革意義，為計算機軟件后期的發展奠基了基礎，使得計算機軟件技術蔓延到各個領域。計算機軟件技術的發展推動了信息時代的到來。為滿足新時期信息時代、網絡時代、數字時代的要求，計算機操作系統需進行不斷地更新換代，而計算機軟件技術作為計算機系統中的重要組成部分，也需要不斷進行優化設計。

2.1加強增強計算機應用軟件的安全性能

現目前，社會各領域已離不開計算機軟件的支持，其應用范圍也在不斷擴大，所以，計算機軟件的穩定性、安全性就尤為重要，影響著社會的穩定。現代信息網絡技術的飛速發展促進了對計算機軟件的需求量不斷增加，為滿足網絡信息技術的發展以及各行業對功能的需求，計算機軟件在難度和復雜度上都大大增加。軟件系統的復雜和龐大增加了安全風險和安全漏洞的出現幾率，因此，為確保計算機信息的安全，需要對軟件中的風險和漏洞做安全檢測和預防。漏洞的出現源于計算機軟件的設計、編寫，以及在研發過程中，研發人員因考慮不全面或者失誤所造成的，這些漏洞容易被病毒或者黑客利用，并通過此路徑進行攻擊、入侵。

2.2加強計算機應用軟件的版權意識

計算機軟件市場整體發展十分迅速，但其可復制特性讓計算機軟件的知識發明和產權沒有得到相應的著作權和版權的保護。盜版軟件的大量出現不僅侵害了軟件生產者的利益，還減少了生產者對軟件的制作熱情，而不法分子利用盜版軟件中的漏洞來牟利，最后給用戶造成大量損失。所以，計算機軟件的發展會將著作權、版權、知識產權做進一步加強，把計算機軟件技術當做發明創造進行保護，最大程度的對軟件編寫以及生產企業的利益進行保護，與此同時，也為用戶帶來更安全、穩定的使用體驗。

3小結

21世紀大數據信息時代下，計算機軟件的應用范圍已覆蓋社會的各行業、各領域中。新的形勢下，在對計算機軟件進行開發中，需要不斷分析和探究其存在的問題和整體發展趨勢，從而才能更好的推動計算機軟件產業的不斷發展，社會的進行。

參考文獻

[1]徐曉莉.計算機軟件的應用及發展趨勢探究[J].電子技術與軟件工程,2013(22).

[2]梁華.淺論近年來軟件開發技術與應用發展趨勢[J].科技信息,2010(16):118-120.

計算機硬件發展趨勢范文第2篇

【關鍵詞】計算機軟件;應用;發展趨勢;安全性能

一、計算機軟件的定義

計算機軟件的主要組成部分是計算機程序以及相關的程序文檔，其核心組成部分是軟件程序源文件，雖然目前沒有關于計算機軟件的統一的、標準的定義，但是各種定義的本質是相同的。又可以將計算機軟件稱之為應用軟件，其主要的作用是在計算機的操作工程中，使計算機能夠響應用戶的各種需求及命令，從本質上來講，計算機應用軟件就是一個為用戶提供有效服務的程序系統。計算機軟件能夠提供新領域探索開發過程中需要的相關支撐系統。在長期的開發探索后，計算機軟件系統的模型體系層次分明，并且已日趨完備。計算機軟件系統主要由系統軟件、應用軟件和支撐軟件等組成。其中，系統軟件是指借助操作系統程序和數據庫程序的共同協調合作，完成系統管理、軟件控制、訪問以及瀏覽等一系列任務;支撐軟件是指由高級程序語言編譯器、計算機輔助軟件工程（CASE）以及程序存儲庫等部分組成的軟件系統;應用軟件則是指為了應對計算機操作中的不同問題而設計開發的一系列獨立的程序系統。我國在二十世紀九十年代末期出臺了《計算機軟件保護條例》，條例匯總定義計算機軟件為計算機程序及其相應的文檔。其中計算機程序包括計算機源程序和目標程序，源文本和目標文本可以被認為是同一文件，計算機軟件既具備功能性也具備作品性。計算機軟件由文字、符號等表達，同時以光盤、硬盤等存儲形式記錄，因此是受著作權保護的作品。計算機軟件的工具性是指計算機軟件在計算機應用中的實際作用，計算機軟件通常是為了起到實際效果而設計制作的，因此計算機軟件具備功能性，因此計算機軟件具有功能性。

二、計算機軟件應用概述

計算機軟件是計算機能夠穩定運行和發揮作用的基礎。計算機軟件的完善和更新使得世界不同地區的計算機能夠借助網絡這一交互平臺實現信息的交流、傳遞和共享。在當今社會，計算機被普及應用于各行各業。計算機軟件更是涉及到國防、航空航天、工程、金融、水利、服務、建筑等諸多行業。同時，許多通用軟件也逐漸成為人們日常生活和社會交流中不可或缺的工具。從聊天工具（QQ、微信、MSN等）、購物軟件（阿里旺旺等）到電子郵箱，從網絡訂購機票、車票的相關軟件到從GPS衛星導航系統，都可通過計算機軟件輕松實現，這都充分體現出計算機軟件應用的高度普及性和不可或缺，也體現出計算機軟件在我們工作、學習和生活中的重要地位。由于軟件產業的迅速發展帶動了信息網絡產業的快速發展，我國開始對信息網絡產業的發展提高重視程度，我國國務院也在“十二五”計劃的發展綱要對信息網絡產業的發展提出了明確的要求，即通過加強我國信息化建設和信息化進程前進步伐，以此來帶動我國工業化向現代化發展。政策上的引導表明在未來，我國的計算機軟件將滲透到工業、農業、軍事、教育、醫療、金融、通信等諸多領域中，并開始更快、更加深入的發展。據相關部門統計，在近五年間，我國的計算機行業值以每年約30%的幅度增長，我國軟件市場的銷售總額在2011年突破了12000億元，為我國國民生產總值的增長做出了重要貢獻。計算機軟件在未來應用領域還會不斷深入和發展，市場份額將會進一步增發。

三、計算機軟件應用發展趨勢探究

進入到二十一世紀，信息和網絡成為時代不可或缺的重要部分。從大型運算計算機到平板電腦，都必須借助一定的系統軟件和應用軟件才能發揮作用。因此，計算機軟件系統作為計算機不可或缺的重要組成部分，必須不斷優化其自身結構，不斷更新和開發新功能，才能滿足現代社會日益增長的需要。我國計算機技術未來的發展趨勢主要表現在以下幾個方面：

1.加強計算機軟件的安全性能和穩定性能

隨著計算機軟件的大規模普及和推廣應用，社會上不同領域都需要計算機軟件提供相應的幫助和支持，這就對計算機軟件的安全性和穩定性提出了較高的要求。網絡信息技術的興起和發展使計算機軟件的需求量與日俱增，不同行業、領域及信息網絡技術促使計算機軟件向復雜性和集成性發展。軟件系統的復雜性和集成性會大大增加其自身的缺陷性和安全風險。計算機軟件出現漏洞或缺陷的主要原因是在軟件設計、編寫階段沒有進行周全的考慮或設計程序上出現了失誤計，導致軟件中存在缺陷或漏洞。當這些漏洞或缺陷被黑客或病毒攻擊、入侵后，就會造成軟件的不穩定運行，嚴重時會對用戶的重要信息造成泄漏。

因此，為了保證計算機軟件系統可以安全、穩定的運行以及信息網絡的安全，對計算機軟件的安全漏洞檢測和安全風險評估控制就顯得尤為重要，加強計算機軟件的安全性和穩定性也將成為計算機軟件未來的必然發展趨勢。

2.逐步增強計算機軟件作為發明創造的版權意識

由于計算機軟件具有可任意復制使用的特殊性，造成軟件的知識產權和發明著作權不能很好地被保護，導致大量的盜版軟件在市面上銷售。盜版軟件的大肆銷售不但給軟件生產者造成巨大的損失，不尊重軟件的知識產權，而且盜版軟件存在的很多漏洞會被黑客和病毒利用，造成用戶更大的損失。

因此，在未來的發展進程中，需要加大對計算機軟件的著作權和知識產權的保護力度，把計算機軟件作為一項發明創造來保護，將軟件所有者和生產者的利益作為重要的保護對象，并給用戶們提供更加安全和穩定的使用環境。國家應建立相關的計算機產權保護法律法規，以完備的法律手段來實現對計算機軟件的著作權和知識產權的全面的保護，同時，使軟件所有者和生產者的利益得到最大限度的保證。

四、結語

總之，計算機軟件作為計算機和網絡信息時展的靈魂，對我國社會經濟和人民生活的發展與提高有重要意義，大力發展計算機軟件產業對于努力實現現代化的社會主義經濟具有現實意義。

參考文獻

[1]巫玉芳.美國計算機軟件專利法保護的發展趨勢[J].當代法學，2000，06：69-71.

計算機硬件發展趨勢范文第3篇

【關鍵詞】計算機 軟件工程技術 發展趨勢 開發方式

計算機包括軟件、硬件兩個重要的組成部分，其中計算機硬件的靈魂是軟件，如果沒有計算機軟件作為基礎支撐，計算機硬件的存在也就毫無價值可言。而計算機硬件則又是軟件運行支持的重要載體，軟件分為應用軟件與系統軟件，其中系統軟件能夠實現對計算機硬件、軟件的統一控制，其主要包括驅動程序、操作系統等；而應用軟件則主要用于提供休閑娛樂、辦公等功能，常見的有office辦公軟件、騰訊QQ等。

1 計算機軟件工程技術的開發方式分析

當前計算機軟件經歷了長時間的發展逐漸變得成熟，軟件開發技術的不斷優化與完善對于計算機網絡科技的進步意義重大。現階段常見的計算機軟件開發方式包括瀑布模型法、自動開發及原型模型開發方法。

瀑布模型法即結構化系統開發方法，在國內、國外的一些軟件技術開發領域有著廣泛的應用，特別是在復雜的大型軟件開發系統中，瀑布模型法有顯著的開發優勢。該軟件開發技術是從軟件開發整個系統的整體，在整個開發的過程中采用分階段的工作方法，劃分軟件開發過程為若干個小的模塊，并采用遞進式的方法完成。在不同的階段中，其有著明確的任務，這就大大降低了在開發復雜系統方面的難度。然而瀑布模型法的整個開發時間往往較長，由于不同階段之間是遞進的關系，因此一般只有將這個階段的工作完成之后，才能對下一個階段的工作進行研究。

自動形式的軟件開發技術指的是在計算機軟件開發的過程中，將開發軟件的主要功能與目的標明，并不一定需要詳細解釋開發的過程。這種開發方法能夠依據軟件本身的設計規范，從而自動開展設計與編碼工作。在這種自動化的開發方式下，相關開發人員能夠依據自己的設計風格與喜好，選擇開發的環境與開發語言，從而利用編程軟件進行編碼。此種方法最靈活，但是要求開發人員的編碼規范度高。

原型模型開發方法在當前計算機軟件開發過程中應用較為廣泛。這種開發方法關鍵是需要相關開發人員在軟件開發的前期就系統需求進行討論，從而達成一致的意見之后，并圍繞這個意見而開發出一個原型。在原型運行的過程中不斷優化與完善，指導符合系統的各項需求。原型模型在克服瀑布模型缺點、減少由于軟件需求不明確給開發工作帶來風險方面，確有顯著效果，但該方法在大型軟件系統開發方面并不適用。

2 計算機軟件開發技術的應用價值分析

計算機軟件的開發最大的目的就是為了人們生活服務，在計算機中安裝相應的軟件，并將軟件的功能充分發揮出來才是實現了其真正的價值。例如，應用兩款不同的軟件，其中一種為Web+Xml+ActiveX，另一種為VB6.0+Acess。前者需要安裝有關組間，后者則可以直接在計算機上運行。當計算機安裝好這兩種軟件之后，在運行的過程中能夠發現，第一種軟件運行時總是存在多方面的限制，對用戶的使用產生很大的影響，因而使用的人不多。而第二種系統則運行十分流暢，且無需對瀏覽器作出任何方面的修改，所以大部分的用戶都會傾向于選擇這一款軟件。但隨著用戶人數的不斷增多，導致系統運行速度相對減慢，此時相關開發人員就應當對這款軟件作出一定的更改。因此，計算機軟件開發技術在應用過程中，需要依據人們的具體生活需求對開發設計的軟件進行優化與完善。

3 未來計算機軟件工程技術的發展趨勢分析

（1）智能化趨勢。為了進一步提升計算機辦公的效率，減低人力投入成本，以及縮短辦公流程、提高數據信息處理效率，自動化發展趨勢在今后軟件工程技術開發中必將愈演愈烈。而要想使辦公自動化變成現實，計算機軟件開發技術就應當實現智能化的發展，相關開發與設計軟件也應當充分借鑒先進的軟件開發技術，使得智能化軟件的開發更好地為社會服務。

（2）開放化趨勢。近些年來，由于各個行業、各個領域中的計算機應用變得更加廣泛，這使得及軟件工程技術的學習人員及開發人員比例呈現出逐年上升的趨勢。因此，要想使更多的人能夠對軟件工程開發技術有更多的了解，就應當推動計算機軟件開發技術的全面發展，促使計算機軟件工程技術的開放化，從而使學習人員能夠通過計算機網絡技術改革與創新當前的軟件開發技術，使其更好地推動社會的前進與發展。

（3）網絡化趨勢。提升計算機軟件開發技術水平的一個極為重要的平臺就是計算機網絡，隨著當前信息數據流量的不斷增加，傳統的計算機硬件逐漸難以滿足數據存儲的相關要求，所以未來計算機軟件工程技術應當朝著網絡化的方向不斷發展，從而才能使得數據信息的處理及存儲更加高效，并且還能夠實現海量數據共享。此外。網絡化趨勢的不斷加劇，還有效消融了不同地域及不同領域之間溝通的壁壘，同時大數據的全球化也將使得全世界的各地實現了同步進步與繁榮。

4 結語

經過數十年的發展，計算機軟件工程技術雖然逐漸趨于成熟，但為了更好地滿足人們日常工作與學習的需求，相關設計者應當開發并設計出更富有人性化、個性化及多功能的軟件系統，這樣同樣能進一步提升當前的及軟件工程技術水平。因此，在當前信息化時代中，軟件工程的開發應當在充分把握市場的動態需求，并結合實際的計算機技術，最終開發出有利于社會發展的產品，使其更好地為人們提供服務。

參考文獻

[1]戰鍇.軟件工程技術發展趨勢研究[J].電子技術與軟件工程，2013，14：51.

[2]朱仲英，虞慧群，王景寅，尤晉元，高毓乾.軟件技術發展趨勢研究[J].微型電腦應用，2010，09：1-4+65.

[3]盧東曉.關于軟件工程技術發展趨勢分析[J].計算機光盤軟件與應用，2014，14：86+88.

[4]劉堂宇.淺析目前軟件工程技術在網絡時代背景下的發展[J].計算機光盤軟件與應用，2014，18：76-77.

[5]張忠華.軟件工程發展歷程及其發展趨勢探討[J].計算機光盤軟件與應用，2014，24：69+71.

計算機硬件發展趨勢范文第4篇

【摘 要】隨著計算機應用技術的不斷發展，對于作為底層系統的硬件，也提出了更高的要求。本文針對計算機硬件系統的相關技術，進行了由淺入深的分析。

【關鍵詞】計算機應用技術；硬件；系統

【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 計算機硬件簡介

計算機硬件是指計算機系統中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理設備按系統結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件的運行提供物質基礎。簡言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數據，以及執行程序，把數據加工成可以利用的形式。從外觀上看，微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內部主要包括：CPU、內存、主板、硬盤驅動器、光驅、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設備包括鼠標、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設備通過接口和連接線與主機相連[1]。

2 計算機硬件技術

計算機硬件技術，是以計算機硬件系統結構和工作原理為核心，逐步掌握各個硬件模塊的原理與功能，從而能夠利用硬件技術進行系統開發。

3 計算機硬件技術的范疇

計算機硬件技術主要面向計算機軟方向專業開設，因此是一門綜合性的硬件技術課程，其范疇包括：計算機系統概述、電路元器件、計算機數制、常用邏輯部件、硬件結構及原理、指令與匯編語言、接口與外部系統、單片機系統[2]。

其中，對每個知識點都做了詳細的分析，以計算機組成為例，如下圖所示：

圖1 計算機硬件組成

圖中涵蓋了計算機五大硬件模塊：運算器、控制器、輸入設備、輸出設備和存儲器，箭頭表明了各種信息流向。圖中，我們首先要了解各個硬件模塊的功能，從而根據箭頭分析各種信息在硬件設備中如何傳遞。

4 硬件技術的核心

硬件技術的核心包括如下幾個方面：

（1）計算機硬件組成原理

計算機硬件組成原理為掌握硬件技術的基礎。

（2）微處理器

微處理器是計算機核心部件，主要包括運算器和控制器。微處理器技術，重點是對指令和指令系統的理解。

同一廠商會在一個處理器產品的基礎上不斷研發下一代新的兼容產品，而新一代處理器與前一代要實現指令兼容，即新一代指令系統包含前一代處理器的全部指令，同時可能增加新指令。而不同廠商之間也可能生產指令兼容的處理器產品。如何提高處理器性能，也是各個廠商爭先研究的對象，一般采取的技術包括：流水線、超標量、超線程、Cache、擴展指令集、多核心等。

（3）總線

總線就是嚴格定義的信號線集合，用于實現計算機各個部件之間信息傳輸的通道[3]。總線具備公共性、標準型和可擴展性等特征。通過總線可實現點對點連接或者多點連接。只能實現點對點連接的通道在概念上不是總線，習慣上也稱為總線。

在計算機中，總線一般分三種：數據總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。

DB：傳輸數據內容，與內存、I/O之間雙向傳輸；

AB：傳輸的存儲位置，如存儲器地址、端口地址等，與I/O接口或之間單向傳輸；

CB：傳輸各種控制信號，如存儲器讀/寫、端口讀/寫等，與I/O接口之間單向傳輸。

（4）接口

接口是用于完成計算機主機系統與外設之間的信息交換[4-5]。接口由接口硬件（接口電路、連接器、連接電纜等）和接口軟件（程序）組成。如下圖所示：

圖2 接口電路的構成

接口功能主要包括：數據傳送、數據緩沖、信號變換、中斷、差錯控制、高層通信協議、即插即用、電源管理、動態配置等。接口構成都是通過數據變換機制來完成。對接口的操作是程序對接口的訪問（讀/寫）的方式，不同接口電路支持不同的操作方式，常用方（下轉第324頁）（上接第128頁）式包括查詢、中斷和DMA控制方式。

5 計算機硬件技術總結

熟悉計算機硬件技術，目的是提高計算機應用能力。不僅僅要熟悉各個硬件模塊的功能，還需了解相關最新技術的發展趨勢及新標準，利用硬件性能測試方法，能解決在實際使用中出現的問題。

【參考文獻】

[1]李桂秋，宋維堂.計算機硬件技術基礎[M].高等教育出版社，2012：5-8.

[2]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000：57-61.

[3]周洪利，朱衛東，陳連坤.計算機硬件技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2012：159-162.

計算機硬件發展趨勢范文第5篇

摘要：本文針對目前高等學校計算機硬件實驗教學存在的問題，提出適合本科生及研究生聯合培養的創新實驗教學體系，設計了支持基礎驗證型、綜合設計型和創新研究性實驗一體化的計算機硬件實驗平臺。

關鍵詞：教學改革；創新型人才；計算機硬件實驗

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1計算機硬件實驗普遍存在的問題分析

目前，國內大多數高等院校的實驗組織模式和實驗手段主要存在以下問題：

“一人動手大家看”的“放羊式”

實驗的內容、步驟嚴格按照教材(實驗指導書)進行

實驗內容陳舊、與工程實際脫節

本科生和研究生的實驗環境分別建設

計算機學科的課程內容具有很強的交叉性和相關性。針對每門具體課程單獨設置實驗及單獨提供實驗環境，一方面很難使學生對其前導課程所完成的基礎能力做要求，同時也很難兼顧到其后續課程，各自獨立，相互間缺少有效的貫通；另一方面實驗環境重復建設，實驗資源得不到充分利用。下面以“數字邏輯”、“計算機組成原理”和“計算機系統結構”三門硬件主干課程為例說明計算機硬件實驗的現狀。

(1) “數字邏輯”是計算機專業必修的專業基礎課，目的在于掌握計算機數字電路設計和調試方法，為后續硬件課程奠定基礎。而相應的“數字邏輯實驗裝置”一般僅能用于TTL與GAL器件的實驗；有部分學校購置的實驗裝置還不能進行GAL器件的實驗。實驗一般使用小規模74系列TTL器件，通過面包板實現輸入/輸出連線，其可靠性低、元器件易損，復雜實驗受到限制，很難支持設計型實驗；許多目前流行的硬件設計方法，如采用EDA(電子設計自動化)工具的基于CPLD(復雜可編程邏輯器件)的邏輯設計等，更是因為硬件設計環境不夠而無法進行。

(2) “計算機組成原理”作為計算機專業的核心課程，目前很多大學采用類似清華大學計算機廠早期研制的實驗裝置，采用面包板和撥位開關等輸入/輸出接線，調試手段缺乏，支持的實驗內容少，對CPU設計之類的實驗沒法很好地開展。即使一些新的實驗裝置，重點仍然是支持驗證型實驗，設計型實驗的開展仍具有局限性。

(3) “計算機體系結構”作為計算機專業的高端專業課，由于缺乏實驗條件，很多學校還沒有開設實驗，少數開設實驗的學校也只能采用系統結構模擬軟件進行模擬實驗。大多數該類模擬軟件運行在UNIX平臺上，參數設置復雜、接口界面不友好，使用起來費時費力。學生只是通過課堂學習來掌握計算機體系結構的內容，缺乏對計算機體系結構的感性認識，更談不上培養學生的設計與創新性能力。

由于以上三門課程目前都只針對自己的課程內容單獨設置實驗并單獨提供實驗環境，這些相關性非常強的課程各自獨立，相互間缺少有效的貫通，不僅導致了實驗環境的重復建設，實驗資源得不到充分利用，而且也不利于學生對計算機硬件體系有一個系統的了解，更無法對本科生的課程設計、畢業設計等大型和綜合型訓練提供必要的支撐環境。

為了解決目前計算機硬件實驗教學中存在的問題，需要建立能滿足計算機專業實驗教學需求的，集實踐性、先進性、開放性、創新性為一體的先進硬件實驗教學體系，結合EDA、軟件模擬和虛擬現實等先進的實驗手段建立集基本驗證、綜合設計和創新研究為一體硬件實驗平臺，促進理論教學與實踐教學緊密結合，以適應學科發展和IT企業對高層次計算機專業人才的更高需求。

2 適應多層次人才培養需要的計算機硬件實驗體系的建立

為了構建適合本科生、研究生多層次需要的一體化的實驗教學體系，我們對國內外著名大學的課程及實驗教學大綱等做了深入的研究，主要做了以下幾個方面的研究工作：

(1) 研究計算機專業硬件課程及其實驗課程當前的設置和今后的發展趨勢；

(2) 剖析計算機專業硬件相關課程之間的銜接關系；

(3) 分析教學實驗和科研實驗的本質，發現本科階段以及研究生階段主要硬件課程教學實驗的規律。

基于以上研究工作，我們設計的計算機硬件實驗體系主要包含以下層次。

2.1系統化的計算機硬件實驗內容層次

計算機學科是目前更新換代最快的學科之一，實驗在設計時必須和實際工程結合緊密。實驗內容和手段的設計必須是以培養具有很好實踐能力和一定創新能力的本科畢業生為目標。因此，我們將每門課程實驗的內容分為以下三個層次：

基礎驗證型：主要用于驗證課程當中所講的內容，加深對課堂知識的理解，并培養學生的基本專業技能和實際操作能力。

綜合設計型：這類實驗一方面可以加強學生對相關課程的理解，更主要的是培養了學生綜合分析能力和獨立解決問題的能力。

創新研究性：這類實驗要求學生自行設計目標并進行實驗；實驗允許失敗，但是必須對失敗原因和改進設想做深入的分析和探討。這類實驗是學生早期參加科學研究的一種重要形式，主要培養學生的創新意識、創造性思維及創造性個性，使學生創新性的想象力、判斷力、思維能力和實踐能力得到提高。

這三個實驗從內容上由淺入深、由易到難，從對學生的要求上是由低到高的。其中前兩類實驗主要針對本科生設計，第三類實驗主要針對少數有余力的低年級本科生、多數畢業設計階段的本科生和所有研究生設計。

在多層次實驗教學中，教師的主要作用在于啟發學生認識實驗教學的目的和意義，組織開展實驗教學活動，引導學生研究問題，指導學生的實驗過程和認真完成各項實驗任務。在實驗教學中，教師要教育學生樹立嚴謹的科學態度，鼓勵學生勇于求異的創新意識，注意培養學生獨立解決問題的能力。

2.2計算機硬件課程層次的建立

以西安交通大學計算機學科為例，本科生和研究生的硬件相關課程體系中主干課程由“數字邏輯與數字系統”、“計算機組成原理”、“計算機體系結構”、“高性能計算機體系結構”和“計算機系統的量化研究方法”組成，其中前三門課程為本科生課程，后兩門課程為研究生課程。與主干課程相關的本科生必修課程還包括“匯編語言程序設計”、“微機原理和接口技術”、“操作系統原理”、“計算機網絡原理”、“嵌入式系統”；研究生課程包括“計算機網絡理論及應用”、“VHDL和FPGA設計”、“分布式系統”等。這些課程，特別是主干課程，不僅有較強的順序性，而且課程內容的相關性很強。圖1給出了計算機硬件主干課程的實驗層次。其中，虛線方框部分為偏軟件類型的實驗。

圖1 計算機硬件主干課程實驗層次

從圖1可以看出，計算機專業本科階段硬件主干實驗課程主要為數字邏輯專題實驗、計算機組成專題實驗、微機接口專題實驗；并且這三個實驗中，每個實驗的開展必須以前一個課程為基礎；課程實驗從內容到形式都有很密切聯系。為了讓學生學習完這些課程后對計算機硬件結構有一個系統和感性的認識，我們在設計這三個實驗時，首先設立了一個總的培養目標，每個課程組根據這個目標，結合本課程的內容和培養目標分階段完成相關支撐的實驗內容，并且這些實驗可以采用一致的實驗手段和平臺。具體措施主要包括以下兩方面內容：

(1) 對于每門具體的計算機硬件課程均設置8學時的課內實驗，實驗類型為獨立的基礎驗證性。

(2) 硬件課程都有配套的專題實驗，專題實驗均為綜合設計型。主干課程的實驗為必修專題實驗，其他小部分課程實驗為選修專題實驗。以工程項目設計實驗為目標形成多個系列，同一系列實驗間具有時間先后關系、支撐與被支撐關系。例如圖1中的“數字邏輯”、“計算機組成原理”和“計算機系統結構”三門硬件課程就構成了一個主干的硬件實驗系列。這三門課程的實驗必須在內容上具有前后相關性，并采用基本一致的實驗方法和平臺。

2.3多樣化的計算機硬件實驗平臺層次

在硬件開發平臺的設計上兼顧不同層次人才的培養需要，綜合本碩博各個階段的不同需求，構建多層次的實驗環境，提高實驗效率，促進學生的創新思維，進行創新式構建實驗。還要考慮對畢業設計的實驗環境以及本科生創新性研究活動實驗體系的支持，結合軟件設計的方法和手段(即硬件設計軟件化)構建靈活多樣的硬件實驗平臺。此外，實驗平臺設計要具有層次性，并且考慮課程間內容交叉和互補。

從國外的發展趨勢來看，計算機硬件課程的實驗由傳統的孤立的實驗裝置承擔，發展到了由EDA和CPLD/FPGA仿真器聯合承擔的階段。

傳統的實驗裝置支持相對簡單的連線類的實驗，這類實驗只能使用中小規模的集成電路器件。設計大規模的實驗幾乎是不可能的，因為大規模的實驗用中小規模的芯片來實現費時、費力，且受面包板等空間和實驗裝置能提供的電源限制。

使用HDL語言，如AHDL、VHDL和Verilog等，通過EDA工具軟件設計各種規模的數字電子系統是目前工程師的設計潮流。通過EDA和CPLD/FPGA仿真器能完成計算機硬件課程的各類實驗。圖2是我們設計實現的一款低成本綜合實驗裝置，該裝置使用了Xilinx公司Spartan-3系列FPGA芯片(40萬門)，通過擴充板可以滿足大部分的實驗要求。

圖2 一款綜合實驗裝置的PCB的元器件布局示意圖

2.4多層次的實驗考核體制

實驗的考核主要有以下幾種形式。

(1) 實驗過程的跟蹤考核：改變傳統的根據實驗結果和報告打分的體制，對實驗過程中的主要環節進行記錄、評價，并作為最終成績考核的依據。

(2) 實驗報告撰寫：實驗結束后，要求學生撰寫實驗報告，以總結個人實驗結果，明晰實驗思路，實現知識的融合、升華和再學習。通過實驗報告的撰寫可以培養學生對科技活動的總結能力，科技論文的寫作能力，使學生的科研素養得到初步鍛煉。

(3) 實驗答辯機制：對于綜合設計型，特別是創新研究型實驗，前兩種考核機制存在明顯的不足，因此需要引入新的機制來評價學生所做工作及取得的成績。可通過學生講解、演示，教師提問和回答，課程設計報告撰寫三個步驟來進行考核。

參考文獻

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