計算機硬件技術
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計算機硬件技術范文第1篇
前言
電子設計從手工設計逐步走向了自動化設計，它的發展以EDA技術的發展為主要標志。EDA技術以計算機為操作工具，融合了最新的應用電子技術、計算機技術和智能化技術的成果，并且將設計人員從繁重且重復的勞動中解脫出來，使得電子產品的設計效率提升了。
1EDA技術概述
1.1EDA技術的基本內容
在沒有EDA技術的時代，計算機硬件的設計需要通過人工手動完成集成電路的設計、布線等工作。而隨著集成線路復雜程度的增加，基于手工的設計方式已經無法滿足工作需求。因而人們開始尋求一種更為高效的硬件設計方式。EDA技術的誕生，成功改變了這一情況。它以計算機為操作工具，讓學生可以在軟件平臺上，通過軟件化的設計方式來描述計算機硬件。由計算機代替人工完成邏輯編譯、優化、布線、仿真等工作。整個過程是自動的，直到能夠完成對既定芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作[1]。
1.2一般設計流程
它創新性的顛覆了傳統電子產品的設計方式。將設計的順序從由下至上翻轉過來。這使得硬件設計者能夠從更為宏觀的角度去掌控產品的開發。包括設計的質量、成本、功能需求、研發周期等。在擁有比較全面的宏觀分析后，從系統設計出發，進行頂層功能模塊的解構和劃分。并能夠按照方框圖系統級的次序逐級完成仿真糾錯和驗證。從而能夠使設計問題更早的被凸顯出來。當所有的仿真和驗證確認無誤后，再用邏輯綜合優化工具的門級邏輯電路的網表來實現硬件的物理級呈現。通過該項技術的應用，將設計者的設計強度減輕，僅需要通過軟件平臺，就可以實現硬件的電路設計和功能仿真。整體的設計效率被大幅度提升。硬件設計流程如圖1所示：
2基于EDA技術的計算機硬件設計的實踐探究
本文以可編程器件開發工具MAX+PLUSⅡ為開發平臺設計，它的運行速度快，界面統一，功能集中。同時該開發平臺具備十分完整的可編程邏輯設計環境，能夠完成從指標設計、輸入、編輯綜合處理、校驗直至編程下載的EDA設計的全過程。設計者可以按工作流程選用工作模塊。適用于多平臺操作，是一種理想的開發平臺。本部分就計算機的基本硬件之一通用異步收發傳輸器基于EDA技術的設計實現進行了簡要的闡述。
2.1UART的基本介紹
通用異步收發器（UART），是計算機中不可缺少的組成部分，它是一種短距離串行傳輸接口。能夠作為微機與下位機的通訊串口，來實現有效通訊。根據當前的計算機運行機制，需要進行數據的交換和傳輸。但是并行數據并不能夠直接發送到調至解調器中，而必須要經過異步傳輸才能夠解決。UART就是此過程的必要部件。它將信息有序的發送到調制解調器中，實現計算機的正常運轉。
2.2硬件設計
在進行硬件設計時，考慮各項功能模塊的調試工作，設置了三個按鍵輸入來實現UART的復位、接收和發送數據功能的啟動。整體硬件結構如圖2所示。
2.3模塊設計
（1）基本設計思路UART在工作中主要涉及兩個過程，發生和接收。在設計時，考慮模塊化的方式來進行設計。發生的過程即并行數據的準備階段，UART按照既定的格式，將信號進行轉換。在此過程中涉及到關鍵的時鐘信號。需要通過波特率發生器來產生與本地系統同步的時鐘信號。而接收的過程，就是在信號轉換成RXD串行信號后，轉換成調制解調器需要的并行數據信號。在整個進程中，由于本地時鐘信號與UART的時鐘信號會產生一定的延遲和誤差。當這種誤差產生持續性的積累時，會產生接收偏差。使得UARD的功能不能夠被順利的實現。因此，在進行設計時，需要采用一個遠遠高于波特率的本地時鐘信號對輸入信號RXD不斷地采樣，來保持工作過程中UARTDE接收和發生不會出現步調不一致。（2）奇偶校驗位發生器模塊設計奇偶校驗是一種校驗代碼傳輸正確性的方法，以保證串行數據的準確性。在基于EDA技術進行UART奇偶校驗位發生器設計需要考慮幾個關鍵點。一是該模塊能夠執行奇偶校驗規則，正確的選擇數據。從而實現系統既定二進制數據與輸入的串行數據校驗位的合理比較。驗證輸入的正確性。二是該模塊必須要滿足計算機功能的持續拓展性。在計算機工作中，會產生不確定的并行校驗位的增加。那么該模塊應該能在后續定義的規則基礎上進行校驗位的添加。對已經設計完成的奇偶校驗位發生器模塊采用EDA的工具mod-elsim12.0進行功能的仿真，對仿真結果進行詳細的分析，以確保所有期望的功能都已經實現，對于發生問題的地方及時進行修訂。（3）波特率發生器模塊設計此模塊的主要功能就是能夠根據時鐘的頻率和既定的波特率來計算出波特分頻因子。分頻因子就是分頻數。對于波特率發生器的系數一般在現場可編程門陣列實現時基本上是固定的，但是當實現出現變化時，波特發生器的系數就要發生改變。在UART中采用的是專用的芯片，使得波特率的改變變得比較困難，需要加上相應的接口來實現波特率的變動。在使用硬件描述語言的parameter語句（VerilogHDL）或者Generic語句（VDHL）就可以實現UART專用芯片的波特率的改變。那么就不需要通過后續的接口添加來改變系數，也就減少了設計和調試的難度。該發生器的分頻時鐘與波特時鐘的頻率比設置為16:1.那么信號采樣的準確性就會增高，使接收和發生保持在同一步調上[2]。（4）頂層模塊設計UART頂層模塊是硬件的綜合模塊。它涵蓋硬件中全部接口定義。主要是為了接收和發生與其他模塊的通訊和連接。若通用異步收發器的波特率為9600bit/s，分頻因子則為9600*16*2。運用EDA仿真軟件，在進行發送功能仿真時將能夠得到相應的仿真結果。對該模塊的仿真結果進行詳細分析的時候可以發現，等待發送的數據在接觸發生信號后，其串行信號發生了改變，由01010101001010101[3]。利用EDA技術進行UART的實際，能夠實現利異步串行通信功能，同時可以利用EDA仿真工具就功能模塊進行分別和整體的仿真校驗，解決了計算機硬件設計問題發現晚的劣勢，能夠在設計的過程中及時調整設計方案。
3結束語
EDA技術是計算機硬件設計向軟件化轉變的重要標志，它為計算機硬件設計提供了全新的思路。這種設計方式使得計算機的硬件設計具備可視性、直觀性，且可以在設計過程中進行實時的控制和調整，解決了復雜電路設計問題發現滯后的問題。
參考文獻
[1]曲行柱.淺析EDA技術在計算機硬件設計中的應用[J].祖國,2016(21):288-288.
[2]徐迪.EDA技術在計算機硬件中的應用[J].數字技術與應用,2015(8):216-216.
計算機硬件技術范文第2篇
關鍵詞:計算機；硬件；維護；
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
中圖分類號：G633.67
現如今社會和經濟發展的速度是非常快的，計算機已經是一個普遍家庭普遍存在的電器設備，在各行業的應用也極為廣泛，如機械，電子，電信等行業，都是由計算機協助來完成。計算機的設備核心是內部硬件，在操作過程中，如果電腦的問題，它會導致電腦死機。本文根據計算機硬件維護的原則，對計算機硬件常出現的故障提出解決措施。
1 計算機硬件維護原則
1.1 檢測前進行必要的環境清潔
計算機的工作環境在很大程度上影響著硬件的工作，很多硬件的故障都是因為環境差引起的。濕度大或灰塵大的環境都會損傷計算機硬件，減短其使用壽命。因此，在計算機硬件的維護以及故障檢查中，首先要清潔計算機外和機內的工作環境，防止環境原因引起計算機硬件發生故障。
1.2 注意硬件維護的順序
計算機硬件設備維護時需掌握一定的程序。第一, 先進行電源檢查, 再檢查部件。電源容易被用戶忽視, 電源的功率應當保持在適當的水平。第二, 檢查要分接通電源前和接通電源后。檢查時不能盲目接通電源, 有些故障需要拔出電源才能解除,而另外一些則需要接通電源才能發現。第三, 維護時先易后難, 先普通后特殊。
2 計算機硬件問題分析
計算機硬件是計算機必不可少的一個組成部分，如何判斷計算機硬件出現的故障，找到故障來源，對于計算機硬件的維護十分重要。計算機硬件故障產生的原因要從計算機內部和外部兩個方面來分析，計算機硬件內部故障一般是由于設備沖突或者是軟件故障引起。 計算機硬件故障出現的外部原因相對于內部原因而言，就更好判斷一些，計算機使用的外部環境就是原因之一。如果計算機的使用地區電壓不穩或者經常停電，在該環境下使用的計算機就容易不能正常工作，還很有可能會損壞硬盤等配件。電磁干擾對于計算機硬件產生的影響也不容忽視，生活中常見的高壓線、變壓器、以及變頻空調等設備的使用，都有可能引起強大的電磁干擾。如果恰好計算機主機抗電磁干擾能力差，這些電磁干擾就會導致計算機意外重啟等現象的出現；強大的電磁干擾還有可能使得顯示器被磁化，進而導致顯示器的偏色故障等。
3 計算機硬件故障排除技術
3.1 肉眼觀察。首先仔細檢查計算機的周邊環境和設備，包括：室內環境、插頭插座接觸程度檢查、用戶操作方式合理性確認等。
3.2 最小系統法。計算機是多組合的工作模式，許多外設可以熱插拔，而外設故障是可能導致系統異常的。要確定具體的問題，需要不斷地縮小范圍。可以考慮先將計算機最簡化到可基本引導的程度，只留電源，主板和CPU這最小系統化的組合。
3.3 逐步添加法。即在最小系統工作正常的前提下，逐步添加原來拆除或打開屏蔽裝置，直到系統故障重現，可以確定故障所在。
3.4 替換法。這一方法的應用往往要結合其他方法。先基本確定故障硬件，然后再采用好的部件替換故障部件。替換過程中，最好采用同一種型號的設備，這樣避免引來設備兼容的新問題。
4 計算機硬件常見故障及對應解決方法
4.1 CPU的維護
CPU是計算機的重要處理部件。CPU在正常使用過程中出現故障的幾率很小，但作為計算機最核心的部件，對CPU的日常維護還是很重要的。
1）正常使用CPU要保證CPU工作在正常的頻率下，盡量不要通過超頻來提高計算機的性能。計算機正常工作時，要保持主機位置的穩定，不要輕易移動CPU。安裝時要注意安裝到位，以免引起不必要的故障。
2）保持良好散熱現在的CPU發熱量都比較大，如果CPU不能很好的散熱，就有可能引起系統運行不正常等故障，選擇一款好的CPU散熱器是必不可少的。CPU散熱器根據散熱原理可分為：風冷式、熱管散熱式、水冷式、半導體制冷和壓縮機、液態氮制冷等幾種。常用的散熱器仍然是風冷式。
3）定期進行清潔灰塵過多會造成散熱不良、引起CPU故障，要經常對散熱風扇進行除塵，保持CPU插座周圍清潔。
4.2 主板維護
1) 隨著計算機的使用期限延長，會發現電腦系統的時間會變慢，雖然對其校準過，但仍解決不了。是電腦主板電池引起的。在更換電池后還是如此情況，很大一部分原因是主板的時鐘電路的問題，這種情況需要及時聯系廠家或者維修服務部門。
2) 電源指示燈不亮。開機后電源指示燈不亮，許多用戶是將主板拆下然后重新安裝在主板上，導致出現指示燈問題。首先，可以檢查電源是否正常，如果電源沒有理由，那么原因很可能是一個電腦主板的問題。一個被懷疑主板燒壞，一種檢查主板，如果發現曲折的現象是由接觸不良線。可以拆下主板，重新安裝螺絲固定后重啟。
3) 外置移動存儲設備計算機無法識別現象。移動硬盤或其他移動存儲設備不被計算機識別，且會聽到異常的噪音，首先應該采取的辦法是檢查傳輸接口連接好，沒有任何問題，就說明驅動器的傳輸端口指示供電不足。大多數電腦主板傳輸端口可滿足大多數的存儲設備，但一些特殊的移動設備，由于設計會使主板的供電不足，在這種情況下，這種情況下可以采用移動設備的另一條電源線。
4.3 內部存儲
1)長期閑置的電腦無法啟動。出于各種原因，用戶可能將電腦閑置很長一段時間，在突然開機后系統會警報，屏幕變黑，系統無法啟動。出現這種情況主要的原因可能是內存的問題。方法是檢查內存的位置是松散的。內存條的接觸不良也會導致計算機系統無法啟動，可以嘗試重新將內存條拔出，清理內存槽后將內存條再插入插槽，最后再次開機啟動。
2)在系統運行時，經常會出現運行程序發出運行錯誤的提示，如“非法操作”的消息。經過分析，原因是由于計算機的硬件不兼容或硬件本身存在故障。
4.4 電腦的硬盤問題
(1)硬盤讀寫故障。常見兩種情況，一是硬盤不讀，就是不能被電腦識別，具體體現是對電腦硬盤的基本信息諸如主板、電源、等信息不能顯示，出現這種情況應該是硬盤本身的構造由于長期使用出現了數據接觸不良，里面出現了數據線斷裂的現象，應更換線路，排除問題。二是讀寫硬盤信息錯誤。表現在誤讀硬盤容量。出現這種情況可以重啟電腦，進入bois設置程序，檢查硬盤屬性，若能顯示正確的硬盤容量，則要通過軟盤啟動到dos環境，檢查電腦空間分區。很可能會發現分區異常，重新分區，格式化重新啟動電腦。
(2)硬盤工作噪音大。硬盤驅動器的速度要根據不同的設計有不同的要求，不同品牌的硬盤在工作時聲音大小不同，排除設計的因，主要原因是底盤設計和硬盤安裝的問題。解決辦法是更換主機機箱或者重新安裝硬盤。
計算機硬件技術范文第3篇
【關鍵詞】計算機硬件；故障；維護；保養
一、排除計算機硬件故障應當遵循的原則
（1）創造良好的計算機工作環境，尤其是要注意計算機工作場所的防塵和防潮，確保計算機使用電源供應的穩定性。灰塵對于計算機來說是一個無形的殺手，許多計算機部件隨著使用時間的變長，都被日積月累的灰塵覆蓋。厚厚的灰塵把外設和插槽隔離，也使得外設和空氣隔離。這樣一方面損害計算機散熱，使得部件老化，同時，可能導致設備接觸不良，工作異常。同樣空氣中的潮濕水分也會腐蝕計算機元件，使得它們過早老化和廢舊。因此日常使用中遇到計算機故障，首先可以從這些方面入手：一是外部環境檢查，包括電源供應，溫濕度檢查，設備連線是否松動；二是灰塵清理；三是設備指示燈識別與判斷設備工作狀態；四是軟硬件故障排除，包括操作系統病毒排查和設備驅動。（2）由于計算機故障存在各個環節和設備，因此要分析故障也需要從多個方面入手：一是計算機元件及計算機芯片的故障；二是接觸良好性；三是部件損壞或老化；四是外部設備兼容性引起的故障；五是設備跳線及bios設置不合理；六是電源老化和電源連接故障；七是各種軟故障。
二、計算機硬件故障排除技術
（1）肉眼觀察。首先要仔細檢查計算機的周邊環境和外設，包括：室內環境、插頭插座接觸程度檢查、用戶操作方式合理性確認等。（2）最小系統法。計算機是組合的工作模式，許多外設可進行熱插拔，而外設故障可導致系統異常。要確定具體問題所在，需要不斷縮小范圍。可以考慮先將計算機最簡化到可基本引導的程度，只保留電源、主板和CPU這種最小化組合。（3）逐步添加法。即在最小系統工作正常的前提下，逐步添加原來拆下或打開屏蔽設備，直到系統故障重現，則可基本確定問題所在。（4）隔離法。實際上就是將有故障嫌疑的部件暫時屏蔽，這樣可以間接排除故障來源。（5）替換法。這一方法的應用往往要結合其他方法。先基本確定故障硬件，然后再采用好的部件替換故障部件。替換過程中，最好采用同一種型號的設備，這樣避免引來設備兼容的新問題。（6）比較法。比較法的應用于檢測不同設備工作狀態。
三、計算機硬件的日常維護方法
（1）計算機整機。計算機整機運行要有一個干燥良好通風的工作環境，這是很關鍵的。房間空氣要比較清新，灰塵太多，容易影響計算機部件壽命。此外，要保障定時開機率，否則設備可能因長期不工作而老化腐化。（2）電源選擇事項。穩定可靠持續的供電保障是計算機運行重要前提。因此，選擇電源一定要選擇有品質保證的優質品牌電源。計算機電源插座要牢固可靠，插孔充足，防止漏洞。（3）顯示器。它雖然暴露在外面的只是一個屏幕和外殼，但是它的保健作用也不容忽視。尤其是顯示器上蒙受灰塵，大大影響顯示效果，甚至損傷用戶視力。因此，對顯示器的愛護主要工作是防塵除塵。防塵的手段最好是有一個顯示防塵罩。除塵要注意用專業的清潔工具，不能直接用水和酒精，水的清潔效果不明顯，酒精會腐蝕液晶顯示器。（4）主板。它的日常維護需要注意三個方面：，一是設備不能隨意熱拔插；二是要維持設備接觸；三是要注意防止靜電，否則很容易損壞細小的設備。（5）CPU。普通用戶不要迷戀“超頻”的CPU。一般來說，市場上大部分CPU產品性能已經能勝任大部分個人辦公娛樂需求。CPU工作環境要保持溫度適當，持續工作時間不能太長。一般溫度最好控制在75 度下。CPU 風扇是CPU的最好保護設備，主要起到了降溫除塵的作用，需要定期保養。（6）內存。內存的防護工作要注意三個方面：一是型號兼容性問題；二是接觸要良好；三是防止靜電。（7）硬盤。作為數據存儲的標準設備，硬盤對計算機用戶來說非常關鍵，但也是非常容易損壞的設備。一方面是硬盤本身面臨著高速運轉和頻繁讀寫的壓力；另一方面硬盤運轉過程中的震動對硬盤的損壞也是十分致命的。因此，在硬盤維護時要注意從使用入手，降低硬盤使用負荷，盡量不要用來做一些損害性工作。（8）鼠標。該設備由于其作為基本標準輸入設備習慣使用頻繁高，也較容易出現問題。這些故障可以通過拆開設備檢查清洗來嘗試解決。（9）光盤驅動器（COMBO、DVDRW，統稱光驅)。光驅的故障集中在讀盤慢或不讀盤等。導致光驅故障的原因是讀取數據的激光頭出現了故障。除了激光頭本身有使用壽命的限制外，過多的灰塵也是激光頭功能受到影響的主要原因。因此，保持光驅的清潔是硬件維護的重要內容。通常光驅的機械部件維護可以用棉簽蘸取酒精擦拭即可，而激光頭切記不得用沾上酒精，只需要用氣囊吹掉激光頭上積聚的灰塵即可。
參考文獻
[1]陳艷靈等．計算機故障自維護[M]．北京：科學出版社，2004
計算機硬件技術范文第4篇
1主板的兼容性問題
主板作為計算機的核心，同時也是其他硬件設施功能發揮的主要途徑，與大部分硬件設施都有著密切的聯系，也是最容易出現兼容性問題的部分，應該受到相關技術人員的充分重視。（1）主板與內存。主板與內存的兼容性問題是計算機硬件沖突中一個較為常見的問題，表現為計算機開機后持續報警或者機器點不亮。部分維修人員或者用戶通過將內存條重新安裝的方法，可以解決這個問題，但是仍會不時發生，屬于治標不治本。造成這種問題的原因，主要是內存條的質量問題，導致在與主板連接時出現接觸不良的情況。在對其進行處理時，如果通過檢查，確定是內存條質量問題，則需要對內存條金手指進行清潔，或者采取相應的措施對其進行固定，確保內存條與主板可以充分有效的接觸。如果內存條不存在問題，在其他相同型號的主板上可以正常使用，則需要通過更換內存條的方式進行解決。（2）主板與聲卡。微電子技術的發展，使得當前計算機主板在制作過程中，多數都集成有聲卡。但是這樣的聲卡在音質方面與獨立聲卡相比存在一定的不足，因此，獨立聲卡在許多領域和行業仍然有著廣闊的市場。如果聲卡選擇不當，或者聲卡驅動的安裝出現問題，就會導致主板與聲卡出現不兼容的現象，又或者在具備集成聲卡的主板上，加裝獨立聲卡，會造成硬件之間的相互沖突，導致計算機出現各種各樣的問題。對于這種情況，一方面要結合主板的型號、規格等，對聲卡進行合理選擇，并安裝配套的聲卡驅動，另一方面，可以在計算機的資源管理器中，修改聲卡中出現沖突的地址，從而對主板與聲卡的兼容性問題進行解決。（3）主板與顯卡。造成主板與顯卡兼容問題的主要原因，是由于顯卡自身的質量問題，由于制作工藝、制作方法等問題，會導致顯卡與主板的沖突，表現為顯示器不亮、花屏等現象。在對其進行處理時，一方面要對顯卡進行全面檢查，查看是否存在質量問題，如果有，要對顯卡進行更換，另一方面，對顯卡與主板的接觸點進行清潔，確保雙方接觸的有效性。
2系統驅動的兼容性問題
系統驅動問題造成的硬件沖突同樣是一個常見的問題，在計算機系統的安裝過程中，如果將相同的系統資源分配給多個設備，就會導致硬件沖突的產生，影響設備的正常工作。在對其進行分析時，首先，需要對設備的驅動程序進行檢查，明確是否存在重復安裝的情況，如果有，則需要對多余的部分進行刪除，并重新安裝驅動程序。然后，對設備在“設備管理器”中的狀態和設置進行檢查，如果在設備的資源設置中，沒有發現“資源”選項，則表示設備并沒有使用任何系統資源。如果發現資源的重復使用問題，要對其進行重新分配，并對計算機進行重啟，查看故障是否解決。
3結語
計算機硬件技術范文第5篇
《計算機硬件技術基礎》課程是通信電子類專業的科學文化必修課，主要講授計算機的基本構成、匯編語言程序設計、存儲器設計及常用接口技術等內容，分理論教學和實驗教學兩個部分。該課程是學生信息化素質培養課程體系核心課程之一，而學生信息化素質的培養主要體現在學生學習能力、實踐能力、創新能力的培養上。課程實驗教學對這些能力的培養所起的作用是理論教學無法替代的。在我院，《計算機硬件技術基礎》的實驗教學在整個課程的課時量中的占比只有1/4，在實際的教學過程中，常常出現學生剛剛熟悉實驗卻沒有課時余量的情況，無法深度參與實驗。當然，這在其他院校也基本上都發生過。為了讓學生能夠更好地學習，培養他們的實踐動手能力，這些院校也都做出了一定程度的改革[1-2]。我院針對這種情況，經過不斷探索，對《計算機硬件技術基礎》這門課的實驗教學進行了大膽的創新改革，逐步形成了具有自我特色的教學方法和手段，并在實踐過程中取得了良好效果。
1實驗教學現狀
1.1匯編語言程序設計部分
由于《計算機硬件技術基礎》這門課是以8086處理器為核心展開，因此需要學習與相應CPU對應的指令集。現有教學是首先在理論課上講解各條匯編指令的用法[3]，介紹匯編語言的程序結構，然后在Debug環境下調試程序。Debug.exe是與8086相應的操作系統DOS提供的一個用于調試可執行程序的工具軟件，有關它的命令包括Debug的啟動和退出、常用的Debug命令如A、U、R、D、G、T、P、E等，如果要完成相應匯編程序的調試，必須首先熟練掌握這些Debug命令。在實驗教學過程中如果能夠利用DEBUG調試引導學生對匯編語言的執行過程進行詳細跟蹤分析，那么對學生而言可以更加深入地理解計算機的底層工作原理。然而在實際實驗過程中，由于部分學生認為8086相比現有的微處理器太過老舊，產生“學了也沒用”的錯誤心理，本身對課程的興趣已經降低，又要記憶大量的Debug調試命令，造成實驗進行過程中，學生不積極參與或只用幾個簡單命令的情況，實驗效果不理想。
1.2硬件電路設計部分
目前基于8086CPU的硬件電路設計主要包括存儲器設計、常用接口設計等部分，相應的實驗教學以DVCC-5286JH實驗箱為平臺，在過去的十年學生都是在該實驗箱上根據實驗指導書的要求完成相應驗證性的實驗即可。這雖然在一定程度上培養了學生將理論知識與實際電路相結合的能力，但是在如今學生信息化素質培養的要求下顯然是遠遠不夠的，主要有以下兩點原因。首先，以實驗箱為平臺的實驗教學不能充分鍛煉學生的實踐動手能力。實驗箱的底層電路連接已經由廠家設計完成，可供學生進行電路連線的部分很少，學生在做實驗時只是按照實驗指導書上的實驗步驟一步步連線，將教師給的程序下載進實驗箱的存儲器中即可，學生無法深度參與到實驗的設計過程中，更無法進行綜合性實驗。其次，《計算機硬件技術基礎》的實驗課時不多，地點固定。課程安排上用于接口實驗的課時只有4個，學生只有在這4個課時的時間里才能夠接觸到實驗箱，并且還得到固定的實驗室完成，其它時間如果有學生想進一步地做實驗，就得與學校的各部門去協調，這顯然非常不方便。針對以上現有實驗中所存在的問題，進行《計算機硬件技術基礎》相應的實驗改革就顯得尤為重要了。
2實驗教學改革
2.1改革的基本思想
《計算機硬件技術基礎》是一門實踐性要求很強的課程，在信息化素質培養的要求下，通過實驗教學的改革，希望能夠達到培養學生學習能力、實踐能力和創新能力的目標。由于現有實驗教學存在課時少、實驗工具落后、實驗平臺不夠開放等特點，實驗效果不理想，學生實踐能力和創新能力不能得到充分培養，在改革的過程中，我們針對這些問題，一方面尋找能夠激發學生實驗興趣、提高學生動手參與度的新型實驗工具，另一方面對實驗內容重新規劃設計，以期深度挖掘學生的潛力。
2.2改革的具體措施
通過引入新的教學手段：EMU8086和ProteusVSMfor8086，調動學生的積極性。通過層次化的實驗內容設計，激發學生學習的主觀能動性和探索知識的欲望。（1）實驗手段的改革①EMU8086匯編語言程序設計部分是《計算機硬件技術基礎》的重要組成部分，也是學生認識并理解微機系統的重要基礎。傳統模式下所采用的實驗手段是Debug調試，由于該工具本身的命令不易掌握，造成學生對課程興趣的降低，學習效率也不高，為了改善這一現狀，引入了EMU8086調試工具[4]。該工具相比Debug而言直觀、生動、形象，學生可以實時觀察指令的執行過程，查看CPU內部幾乎所有寄存器的動態變化以及每條指令反匯編后生成的機器碼和在內存中所占存儲單元的物理地址情況。可以說，EMU8086很好地展現了CPU的工作過程和原理，它將學生學習匯編語言時感覺晦澀難懂的東西表現得直觀形象。這一方面提高了學生的學習興趣，另一方面培養了學生觀察、比較、驗證、概括問題的能力。如圖1所示。利用EMU8086進行匯編語言程序設計部分實驗教學的過程中，教師把主要精力放在引導學生啟發學生深入探索和思考上，而學生則發揮其主體地位，不斷完善自主學習能力。②ProteusVSMfor8086硬件電路設計部分的實驗是加深學生對存儲器、常用接口芯片的理解，體會其功能、工作原理以及工作過程的重要教學環節，是培養學生學習能力、實踐能力和創新能力的重要措施。但是由于傳統實驗平臺的限制，學生一方面不能深度參與到實驗的設計過程中，另一方面不能利用課余時間隨時隨地拓展實驗項目，所以學生即使有能力也不能得到充分發揮。ProteusVSMfor8086平臺就能夠很好地破解這個難題。Proteus是LabcenterElectronics公司研發的唯一將電路仿真、PCB設計和虛擬模型仿真合二為一的設計與仿真平臺，它所提供的元器件和虛擬儀表接近真實元件和儀表的效果，免去了學生擔心操作實驗箱不當造成損壞的擔心，讓學生可以大膽實驗，體會實驗的樂趣。ProteusVSMfor8086平臺則是該公司在2010年推出的基于Intel8086的仿真環境，這無疑為《計算機硬件技術基礎》這門課硬件電路設計部分的實驗提供了有利條件[5]。基于ProteusVSMfor8086平臺，學生可以選取元件，搭建電路，下載程序，然后通過觀察仿真環境下電路的運行效果，判斷電路設計的正確性和完整性，如果效果不理想，可以反復修改，不受實驗課時和實驗地點的限制，直到達到理想效果，如圖2所示。如果學生想進一步做出實物電路板，只需要進入Proteus的電路板制作環境下完成相應繪圖即可。可見，通過該平臺，學生不僅能夠全程參與到實驗的設計過程中，而且還可以充分利用課余時間完善實驗、拓展實驗。但是，ProteusVSMfor8086平臺畢竟是仿真環境，與實際電路的電氣特性還有所差距，不可能完全替換傳統實驗箱，所以學生在仿真平臺下完成的實驗，仍需要到實驗箱上加以驗證，或者結合實驗箱通過外部電路板搭建電路拓展實驗，這樣才真正做到理論聯系實際，提升自我的學習能力、實踐能力和創新能力。也是基于這樣的考慮，我院對實驗內容進行了相應的改革。（2）實驗內容的改革傳統模式下，學生在完成相應章節的理論學習后，按照教師給出的實驗步驟在實驗課上進行相應的驗證性操作，得出實驗結果。在實驗的過程中，學生的潛力并沒有被充分挖掘，甚至造成部分學生的厭學情緒，為了充分調動學生的積極性，發揮學生的主觀能動性，我們對實驗內容進行了層次化設計，改革了原有的驗證性實驗，并且進一步引入設計性實驗和綜合性實驗。①驗證性實驗《計算機硬件技術基礎》是一門比較抽象的課程，學生在學習的過程中一定要緊跟教材，及時消化理論課堂上教師教授的知識點，而驗證性實驗就是將教材上的例子在EMU8086和Proteus上運行，查看執行過程和結果，幫助學生進一步消化和理解知識點。在匯編程序設計部分，例如統計一組數據中奇數和偶數的個數，教材上有寫好的代碼，課堂上也分析過這個例子，但是有部分學生仍然對程序的執行過程不理解，通過EMU806的單步調試功能查看程序執行過程中各寄存器值的變化以及最后的結果，抽象的程序變得具體化，學生也就更加容易理解。在硬件電路設計部分，例如在8255A接口中通過一組開關控制一組發光二極管的亮滅，教材上給出了現成的電路連接，8255A的初始化程序和開關控制發光二極管的程序，但是由于書本知識是靜態的，學生只能想象，而在Proteus環境下，學生可以自己動手將該電路搭建好，然后將程序下載好驗證結果，在仿真環境下按下或斷開開關觀察發光二極管的亮滅，動態效果明顯，學生自然也更加樂于學習。②設計性實驗通過驗證性實驗完成了課程的去抽象化，然而學生的興趣并未充分激發，還需要通過設計性的實驗進一步加強。設計性實驗是將部分自交到學生手里，教師給出基本的實驗要求、實驗目的和實驗條件，而怎么設計則由學生獨立完成。如數碼管顯示控制、跑馬燈控制、行列掃描鍵盤控制[6]等。設計性實驗本身并不復雜，所涉及的內容也基本上是課程內的，但是對于學生而言又有一定的難度，這，就激發了學生的探索欲，從而在自己能力范圍內完成設計任務。③綜合性實驗由淺入深是學習的內在規律，在以上兩種實驗的基礎上開展綜合性實驗是促進學生掌握課程精髓的關鍵步驟。綜合性實驗所涉及的知識點比較全面，不再局限于課程內，而有可能涉及到相關課程，具有一定的復雜性，因此通常采用分組方式由學生互相協作、完全自主設計，學生從自擬題目、設計方案、選擇元件、搭建電路、EMU8086下編寫程序、Proteus下仿真調試，結合實驗箱制作電路板實物調試，最后到分析結果都是獨立完成。例如，由學生完成的作品有籃球記分牌、數字鐘、音樂播放器、計算器等等，如圖3所示。在任務完成的過程中，首先學生需要綜合運用所學的計算機原理、數字電路、模擬電路以及電工電子等各方面的知識，培養了學生的綜合學習能力；其次學生在調試電路、觀察結果、再調試再觀察的過程中收獲了實踐動手能力；再次由于實驗是由小組協調完成，也就培養了學生的團隊合作精神；最后，為了獲得最后的實驗結果，小組成員都是不遺余力通過各種方法經不同途徑達到目的，培養了學員的創新能力。綜合性實驗不僅對本課程有很大促進作用，而且為學生參加學院甚至全國的各種電子設計大賽打下了良好的基礎。
2.3改革的實施效果
實《計算機硬件技術基礎》課程改革的重要環節，對課程的促進作用非常明顯，主要體現在以下兩點上。（1）學生的學習興趣顯著增強通過實驗教學的改革，學生對課程的積極性和主動性明顯提高。課堂內，不僅緊跟教師思路展開學習，而且對某一實驗案例能夠提出不同的設計思路，課堂參與度較高；課堂外，學生拜訪教師的次數明顯增加，與教師探討的問題往往不局限于本門課，還會涉及相關課程，求知欲望較強。（2）學生的工程實踐能力顯著提升通過多元化的實驗手段、層次化的實驗內容，學生掌握了計算機硬件系統的工作流程，建立了系統思維，熟悉了系統工作時所需要的軟硬件環境如何搭建，學生的動手能力有所提高。學生主動提出參加學院內科技創新制作和全國大學生各類設計大賽的人數明顯增多，近三年學生在參加了全國大學生“嵌入式設計大賽”和“中國機器人武術擂臺賽”以后，共獲全國一、二、三等獎17個，2014年占8個，占總數的48%。
3結語
