计算原理

计算原理（精选12篇）

计算原理 篇1

1云计算的定义

云计算是在通信和互联网的发展比计算机的发展速度更快的大背景下的必然产物[1]。假如你是一家大公司的经理, 你的职责是为你所有的员工提供工作中必需的计算机硬件和软件, 光提供计算机硬件是不够的, 还需要购买相关的系统软件和应用软件以及相关软件的许可证。

随着公司的壮大员工不断增加, 你必须为他们提供足够的工作所需的一切应用软件, 为他们提供一些专业软件的许可证。如果只需要加载一个应用程序, 该应用程序将允许员工登录到一个基于Web服务的主机上, 远程主机上拥有这家公司所需的包括电子邮件、文字处理和复杂的数据分析程序等应用程序, 不需要再为每个员工单个安装相关的程序了, 这就是所谓的云计算。公司员工只需要关注自己的核心业务, 不需要成为一个“业余的计算机工程师”。本地计算机对硬件和软件的需求降低, 只要能够满足云计算系统的接口软件运行即可[2]。

2云计算系统的架构组成

云计算系统总体分为两部分:前端和后端。这两部分彼此通过网络连接, 这个网络就是互联网。前端就是计算机用户或者客户, 后端系统就是所说的“云端”服务器[3]。

前端是客户通过自己计算机网络访问云计算系统上自己所需的应用程序, 根据客户的需求云计算系统为其提供相应的用户界面。例如基于Web的电子邮件系统, 主要利用现有的Web浏览器如Internet Explorer或Foxmail等来访问“云端”服务器上邮件系统。其他独特的应用都可以通过特定客户端应用程序从“云端”服务器上获得专业级的服务。

后端是基于互联网的各种计算机服务器系统和数据云存储系统, 为客户提供“云端”的各种服务。理论上一个云计算系统可以包括几乎所有的计算机程序, 从数据处理到视频游戏等, 每个应用程序都有自己的专用服务器, 都有专业的团队对其进行相关的维护和管理[4]。

所有“云端”服务器服从中央服务器管理, 中央服务器根据客户和网络的通畅情况确定客户使用哪个“云端”服务器的服务, 确保客户使用的顺利, 它遵循一套规则即协议, 采用一种特殊的软件称为中间件。中间件根据许可允许联网计算机互相沟通, 通过专业软件, 在一个物理服务器上运行多个虚拟服务器, 每个虚拟服务器运行其自己独立的操作系统, 是一套在云计算环境中的开放式基础架构虚拟化平台, 服务器的虚拟化减少了更多的物理机器的需要[5]。

如果一个云计算的公司有很多客户, 可能就会需要大量的存储空间, 客户把大量的数据存储在“云端”服务器上, 云计算系统所需的存储设备至少是两倍的存储容量, 需要把客户的存储的数据保留至少两份或更多。这样就可以防止一旦某个存储服务器瘫痪, 别的服务器还可以继续提供服务, 对客户没有任何影响。

3云计算的应用

云计算的应用是很广泛的, 通过正确的中间件, 云计算系统可以在客户端执行所有的应用程序。从一般的字处理软件到一些专业级软件的应用, 还可以为特定的公司定制在云计算系统运行的应用计算机程序。

云计算系统可以说无处不在, 客户可以在任何时间任何地点访问他们的应用程序和数据, 可以使用任何连接互联网的计算机访问云计算系统。数据不会被限制在一个硬盘上、某个用户的计算机上或一个公司的内部网中。

云计算系统的应用带来硬件成本的下降, 减少在客户端先进的硬件需求。在客户端不需要最快的计算机设备, 云计算系统为你提供更先进的计算机设备。你可以买价格比较合理、处理能力够用的计算机终端连接到“云端”服务器的中间件, 不需要足够大的硬盘, 因为你的数据存储到远程计算机的云存储上[6]。

一个公司或某一个客户可以同拥有向云计算系统的公司购买他们所需要的应用软件的服务, 本公司不要购买相关软件或为每一个员工购买软件许可证, 只需要根据本公司的应用要求向云计算服务公司支付计量收费来使用云计算系统即可。

云计算系统的后端如果是网格计算机系统, 那么客户端用户可以利用整个网络的处理能力。通常情况下, 科学家或研究人员工作和计算都跟复杂, 通过他们的个人电脑需要几年的时间才能完成他们的计算任务。在网格计算系统中, 客户可以通过客户端把需要的计算任务通过云计算来处理, 云计算系统利用本网络内的所有可用的闲置计算机的处理能力来参与计算, 这样就大大提高了计算速度[7]。

4云计算存在的问题

云计算最大的问题是云计算系统安全和隐私的保护。

如果一个公司把本公司的与业务相关的一些核心数据存放到不是本公司的设备上, 而是存放到公共网络的某个地方, 的确让公司高管们担心。它们在使用云计算系统前会仔细考虑这些关乎公司命运的核心数据存放的安全性。因此, 提供云计算服务的公司必须具有良好的声誉, 具有可靠地安全措施, 具有严格的管理规章制度, 具有法律的约束力, 拥有专业级的管理团队和最先进的技术来维护客户的所有信息数据[8]。

隐私的安全性也是客户考量使用云计算系统的关键因素。一个客户可以从任何地点任何时间登录云计算系统访问数据和使用应用程序, 他可能就会影响客户的隐私安全问题。云计算公司就需要提供保护客户隐私的安全措施, 一种方法使用认证技术, 每个用户提供独立的用户名和密码, 而且具有严格的用户名和密码申请程序以及用户名密码找回的安全评估;另一种采用授权格式, 每个用户只能访问和他或她工作关的数据和相关应用[9]。

5结束语

云计算的发展前景广阔, 它应用广泛为人们的学习生活以及工作带来了快捷和便利, 同时云计算还存在着技术、管理与法律风险, 需要进一步加强技术优势、加强法律对云计算的约束力, 让人们越来越放心的使用云计算系统。

参考文献

[1]曲伟平, 黄小龙, 潘大胜.网格计算的优势及安全技术[J].电信快报, 2009, 9.

[2]黎春兰, 邓仲华.论云计算的价值[J].图书与情报, 2009, 4.

[3]宋丽华, 姜家轩, 张建成, 等.黄河三角洲云计算平台关键技术的研究[J].计算机技术与发展, 2011.

[4]戴新发, 袁由光.一种嵌入式实时分布系统的安全策略设计[J].计算机工程与科学, 2001, 5.

[5]发改办高技.关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见[J].信息化技术与信息化, 2012.

[6]李 (Li, M.) , 贝克 (Baker, M.) .网格计算核心技术[M].王相林, 译.清华大学出版社, 2006.

[7]许晓冯.浅谈云计算及应用[J].信息化研究, 2010, 11.

[8]肖征, 郭风雷.典型分布式计算技术的分析和比较[OL].中国论文下载中心, 2009, 2.

[9]胡云.云计算技术及应用的研究[J].开电脑开发与应用, 2011.

计算原理 篇2

坐标增量设直线两端点A和B的坐标分别为XA、YA、和XB、YB。两点间坐标值之差称为坐标增量，纵坐标增量以∆X表示，横坐标增量以∆Y表示。若A为始点，B为终点，则A至B的纵、横坐标增量分别为

∆XAB=XB-XA

∆YAB=YB-YA

反之，若B为始点，A为终点，则B至A的纵、横坐标增量应为

∆XBA=XA-XB

∆YBA=YA-YB

用通式表示为

∆X始－终=X终-X始

∆Y始－终=Y终-Y始

以上可以看出，A至B及B及A之坐标增量的绝对值相等，而符号相反。可见，一直线之坐标增量的符合取决于直线的方向，即取决于直线方向所指的象限，而与该直线所在的象限无关。如果已知直线AB的长度SAB，同时已知该直线的坐标方位角，那么，AB两点间的坐标增量也可以由下式求得

∆XAB＝SAB．cosαaB

∆YAB＝SAB．Sinα

写成通式为

∆X始－终＝S ．cosα

∆Y始－终＝S ．Sinα始－终aB始－终

已知两点坐标，求两点之间的距离为

S=[(∆X始－终)2+(∆Y始－终)2]^0.5

在测量工作中，应用坐标增量可解决两类问题

（1）坐标正算根据直线始点的坐标、直线长度及其方位角，计算直线终

点的坐标，称为坐标正算；

有关化学式计算的教学原理初探 篇3

关键词：化学式计算；化学教学；学习条件分析

有关化学式计算是化学科学中最基础的知识，是九年级化学教学的重点内容和难点内容，化学学科的后续学习都要在具备清晰、熟练的化学式计算技能的条件下才能顺利地进行。化学教师对有关化学式的计算教学进行了一定程度的研究，提出了一些具有一定理论的、有一定效果教学方法，但从学生学习和教学实际来看，有关化学式计算的教和学的效率都不是太高。探讨有关化学式计算教学的原理对于指导中学化学的教学具有很好的实际意义。

一、有关化学式计算的学习条件分析

化学式是用元素符号或元素符号与数字的组合表示物质组成的式子，是一种可以表达多种含义的化学符号：表示某种物质、表明了这种物质的元素组成、表明一种物质的分子（对于分子化合物）、表明分子的原子构成情况等。表明物质元素组成及分子的原子构成是有关化学式计算的基础。

有关化学式计算看上去十分简单，但由于是在分子和原子层次上认识化学式并进行计算，所以在学生学习中并不如想象的那么容易。学生必须具备以下几项条件：

1.学生必须明了化学式表明了物质最小组成

任何数量的物质都是这种组成的按整倍数的扩大，这一最小部分就代表了整个物质，同样这一小部分的相关量计算就代表了整个物质相关量的计算”这一认知基础。

2.清晰的原子概念

学习者必须具备清晰的原子概念，必须知道原子在化学反应中是一个不“破裂”的球，而且任何同种原子的质量都相同，物质的最小组成就是由化学式所表示的原子种类和各种原子的数目。

3.清晰的相对原子质量概念

由于原子的质量很小，其质量是用相对原子质量表示的，而不用千克（kg）质量单位来表示原子的质量。

二、有关化学式计算学习困难原因的调查研究

有关化学式计算类型较多，常见的有关化学式计算类型及各种计算类型学习过程中产生的困难原因调查分析如下：

1.对分子质量计算

这是最简单，最基础的有关的化学式计算。这一计算在学生的学习中相对来说是简单，约90%的学生可以在课堂内掌握概念和计算方法，因为相对分子量是直接将化学式中各原子相对原子质量加和。但是仍然有部分学生学习困难。经访谈得知，原来学生并不清楚原子的概念，他们对原子是球形不清楚，对化学式里的符号与符号所表示的原子不能进行转换，因而没法学习相对分子质量的计算。这些学生不能用思维来掌握原子的形貌，因此也没法认识物质的组成，对化学式的来源和表达物质组成的意义不清楚。例如，有的学生在计算H2O的相对分子质量时，因为只知道“H2O”表示水的化学式，将其理解成表示水的符号，而不能理解为表示水分子的原子组成表达，不知道“H”“O”这两个符号在整个化学式中既可以表示宏观的水的组成元素，也可以表示微观的分子的原子构成，不理解符号可以表示氢原子和氧原子，从而无法下笔进行计算。

2.根据化学式求组成元素中各元素的质量分数

这种计算类型有两个原理必须掌握，一是要理解对于物质来说其組成是用“元素”而非原子表示的，在分子中讲原子构成，但对于物质而言讲元素组成。二是化学式所表示的原子构成是物质组成的最小单位，因此，计算物质中各元素的百分含量的原理就是计算化学式中各种原子质量占化学式中全部原子质量的总和百分数。对于百分数的计算，绝大部分学生是熟悉的，学生学习中出现的问题主要是不能将物质中元素的质量转换为化学式中原子的相对原子质量，将物质中元素质量比转化为一个分子中原子的相对质量比。对学生进行访谈显示，出现这些问题的原因在于学生学习分子、原子、元素、化学式等概念时，知识机械的记忆理解概念，不会对宏观的元素与微观的原子这两个概念进行联系，以及对化学式是表示分子组成的符号，在表观上表示物质的组成单元的这一原理进行深度解析、二次加工。例如，在计算SO3中氧元素的质量分数时，要理解SO3分子是三氧化硫这一物质的组成单元，三氧化硫这一物质就是若干个SO3分子聚集而成的，SO3分子中氧原子的质量分数就代表了氧元素在整个三氧化硫这种物质中的质量分数。

3.根据化学式计算物质中各元素质量比

此类问题同样是从物质组成单元（即化学式）中各元素原子的质量比而推论为物质中各元素的质量比。化学式表示物质的最小组成单元（包括分子组成），而整个物质中各元素的原子组成与化学式中各元素的原子组成是一致的，因此只要求出了化学式中各元素的原子质量比，这个各元素的原子质量比，就是物质中各元素的质量比。对于这类有关化学式的计算，学生出现的主要问题是没有理解化学式的宏观含义可以表示一种物质以及表示该物质的元素组成，不能将物质中各元素的质量比转化为化学式中各原子的质量比。究其原因，除了前面几项学习中所产生的问题，学生对于化学式表示物质的单元（分子）组成，而单元（分子）组成与整个物质的组成是一致的这个原理不甚理解，因而造成了在计算物质中各元素质量比时出现概念指向不明及质量与微粒数目概念混淆的问题。

4.根据化学式计算一定量物质中所含某元素的质量

这类计算是在前面三类计算的基础上发展的较为高级的计算，其计算较之前三类计算多了一项计算技能，就是在已知某物质中M元素含量为b%的基础上，求a kg物质中所含M元素的质量。进行此项内容的学习，学生必须有这样的知识，即分子是物质组成的最小单位，表示物质的化学式其实也是表示了这种物质的最小组成单位，然后转化成所有物质的组成就是这些小单位的无限重复。这类计算也可以看成是一个比例式的计算，只要将其换个形式理解，即百分含量是指每个组成单元中某元素原子的含量，这种计算就很容易被学生理解和接受了。

三、有关化学式计算的教学原理

有关化学式计算教学的研究说明，根据化学式进行计算需要两方面的基本技能，一方面是数学技能，另一方面是化学的基本概念要清晰。对数学技能的要求不高，主要是比例的计算，九年级学生进行比例计算是较为熟悉的，但将比例计算技能运用到化学式计算中产生困难的主要原因乃是化学基本概念掌握不牢固。在有关化学式的计算教学当中，学生掌握原子的形貌和化学式所表达的意思是基础，因为无论是分子或是化学组成单元，首先必须使学生理解到这些都是由不改变的原子组成的，而且每个原子的形貌和质量都是固定且不改变的，这样学生可以对分子和物质的组成单元就可以清晰地从原子的角度理解，各种有关质量的计算中就可以从他们的原有知识出发解决问题。其次是准确地理解相对原子质量，对相对原子质量应该理解为也是表示原子的质量的一个量，只不过相对原子质量不是以kg做单位，而是以一个化学科学中设定的一个值—— 一个碳原子质量的十二分之一的质量为一个单位来衡量原子的质量。如果学生将相对原子质量理解非表示原子的质量，那么有关化学式计算就丧失了学习的基础。

参考文献：

[1]周忠立.化学计算技能的培养[J].读与写，2008（5）：147-158.

[2]王洪林.浅谈初中化学计算题教学[J].延边教育学院学报， 2010（6）：84-87.

[3]谢绍年.在初中化学计算教学中培养学生的思维品质[J].中学教学研究，2008（8）：54-55.

继电保护原理及计算探究 篇4

1 继电保护的基本要求和原理

1.1 继电保护基本要求

继电保护具有4个方面的基本要求, 分别是动作的选择性、灵敏性、速动性和可靠性。在实际的工作中, 继电保护技术就是动作于跳闸线圈上的, 这里选择性表现为, 在继电保护装置动作时, 能够将故障元件部分从个整个电力系统中分离断开。而其他正常的零部件继续正常工作, 这就很好的实现了故障影响的最小化, 最大化的减小了停电的范围。

继电保护还需要保持电磁继电器的灵敏性, 即对保护范围内发生的故障或者非正常运行的设备能够迅速反应, 尽快做出动作。

基于上述特征, 继电保护装置的速动性是指快速的切除故障, 保障电力系统的稳定运行。确保用户的额定电压稳定, 并将故障元件的不利影响降到最低程度。

最后, 可靠性是只继电保护装置在规定的保护范围内, 电力系统一旦发生了故障, 保护装置就应启动保护动作, 而不是拒绝动作和错误动作。这些动作仅仅应是保护范围内的动作, 而该保护, 但不应动作的情况下, 也不应进行错误动作 (见图1) 。

1.2 继电保护的原理

继电保护的原理主要是根据电压和电流的变化, 进而导致电气元件物理特性的变化而来的。在电力系统发生故障后, 相关设备上的电流和电压将会发生一系列的变化, 首先是电流增大, 接着电压降低, 此时电流与电压之间的相位角发生了变化;再接着, 阻抗也会发生变化, 出现负序和零序分量, 电气元件里电流的流入与流出量发生变化;利用这些变化特征, 便可通过装置反应仪表来对电力系统进行保护。

2 继电保护相关计算

2.1 过电流整定值计算

在计算变压器的过电流整定值 (Iop) 时, 应明确如下参数:保护装置的可靠系数 (Krel) 、接线系数 (Kw) 、电流互感器电流比 (Ki) 、线路最大负载电流 (IL, max) 和继电器返回系数 (Kre) ;

其中继电器返回系数为继电器返回电流 (Ire) 与继电器启动电流 (Iop) 的比值, 前者为电流互感器开始释放的最大电流, 后者为电流继电器开始吸合的最小电流。

在计算继电保护动作整定值时, 使用如下公式:

以DL型继电器的继电返回系数为例, 其要求的返回系数一般为0.85-0.9之间, 当返回系数小于0.85时, 表示继电器的传动部分可能需要清洗, 减少油污以减少动作过程中的摩擦阻力。若是在清洗加油后, 返回系数仍然小于0.85, 则表示电流互感器不再灵敏, 需要更换。

下面, 继续以常用变压器为例进行计算和论述。SCB9-1000/10的变压器, 是较为常用的变压器, 其参数为10KV/0.4KV, 57.7A/1443A, 为干式变压器, 其中电流互感器电流比为Ki=75/5, 过电流为15, 此时计算的电流整定值为:

Iop=1.2*1/0.85*15=5.4A, 取值为5.5A。

这里, 可选用DL-11/11型的过电流保护继电器, 工作中, 过电流动作保护时限为0.5S。在校验灵敏度时, 变压器的过电流保护灵敏度为Sp, 变压器的低压侧的母线在系统最小运行方式下运行时, 将发生两相短路, 此时便可检验, 若是灵敏度与线路过电流保护要求相同, Sp大于等于1.5。此时, 允许个别情形下, 该值大于等于1.25。

2.2速断电流保护整定值计算

速断电流保护实在小型的变压器中使用的, 为变压器上装上电流速断保护和气体保护装置, 一起构成变压器的主保护装置。与输电线路的工作原理相同, 速断保护只是将保护设备变成了变压器保护。电流速断保护的原理电路如图1所示。变压器电流速断保护具有显著的优势, 其接线较为简单, 且反应动作迅速, 但是只能用于局部保护, 且范围是不固定的, 故多用于次级保护与气体保护一起构成变压器的主保护装置。

在实际运用中, 保护动作电流的整定值有两个原则, 首先是躲过变压器二次测母线上K1故障时流过的最大短路电流, 在计算时, 可靠系数在1.2到1.3之间。还有一种是躲过变压器空载合闸时的涌流, 这里保护动作电流要取两者中的最大值。

电流速断保护原理接线图的展开模式如图2所示。

3电流速断保护的相关措施

在计算整定值的时候, 一般都是为了保护电流速断的最末级, 此时就较为偏重灵敏性, 为了不改变用户变电站的线路, 将需要进行重新合闸。但在实际中, 我们还需要对保护装置附近的线路进行整定, 即需要对电路速断定值和主变过流值进行相符性对比。有以下4种措施。

首先是线路很短, 在无人保护区, 而下一级为重要的用户变电站时, 需要将速断保护变化为限时速断保护。动作电路与下级保护速断配合, 实际操作中建议全面使用微机, 能够较为容易的实现。

其次, 当保护装置处于主变压器的过流保护或者低压闭锁过流保护时, 是无法与主变压器的过流保护配合的。

再次, 在相对规则且较长的线路上, 若用户呈逐渐减少的趋势, 可以采用躲过线路末端的最大短路电流进行整定, 此时可靠系数的参考值为1.5-1.8之间, 实际操作上可以保证较好的选择性和灵敏性。

最后, 在速断整定值较小或者负荷电流变化不大时, 可以先验证速断定值躲过励磁涌流的能力, 然后再根据实际的情形采取速断保护措施。

摘要：在电力技术不断发展的环境下, 继电保护装置在变电站中的运用越来越普遍, 其在保护变电设备方面有着重要的作用。可靠的继电保护装置也是保障整个电网安全运行的重要部分, 因此, 做好继电保护工作具有十分重要的意义, 文章将主要探讨继电保护的原理, 并计算过电流和速断电流整定值, 最后提出继电保护的相关措施。

关键词：继电保护,原理,整定值,计算

参考文献

[1]余莉.配电线路继电保护整定计算问题探究[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2014 (9) .

[2]何梓田.配电线路故障定位技术及其在10k V电网中的应用[J].中国高新技术企业, 2014 (1) .

计算机组成原理心得 篇5

学习这门课已经有一段时间，刚开始学习《计算机组成原理》的时候，一头雾水，什么都不了解，以前也没有接触过。所以上课的时候有好多东西都听不懂，越学越没有信心，越学越差，甚至有时都想放弃。可是上课一段时间后，一点一点慢慢的发现了这门课程的内在联系，所以慢慢的就有了点信心。在计算机系呆了两年的时间，我感觉到我真的是计算机系的学生，我真的开始作为一名计算机算是专业的人员来了解计算机，而不是跟外行那样，二者有很大的区别。

计算机组成原理课程是计算机学科的一门核心专业基础课，基本要求是使我们掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。这门课对于使我们了解现代计算机的各个组成部分及其工作原理具有重要作用，对于我们后续课程的学习无疑也具有积极的意义。它的课程地位十分重要，学习起来有点难度，感受颇多的。

随着计算机技术的飞速发展，计算机内部结构也越来越复杂和庞大，因此我在整本书的学习过程中总体感受是太过抽象，认识感比较差，感觉很难懂，而且知识点有很多。下面我结合具体的学习内容谈谈。

《计算机组成原理》这本书以计算机的五大基本组成部件：运算器、存储器、控制器及输入设备和输出设备为整体框架结构，模块化的向我们介绍了各硬件的功能和工作方式，向我们介绍了计算机的基本组成原理和工作原理，让我们了解到计算机是如何工作的，同时也让我们掌握了一些对计算机部件和工作方式的基本的分析和设计能力。《计算机组成原理》的专业基础课程是我们已经学习过的《数字逻辑》，它的后继课程有《微机原理及应用》、《接口技术》、《汇编语言程序设计》等课程，为我们以后学习这些课程奠定了基础。从而也可以看出，《计算机组成原理》在我们的整个专业课程学习过程中起到了承上启下的重要作用。

前两章计算机的基本组成和计算机的发展史。计算机是如何工作的，同时也让我们掌握了一些对计算机部件和工作方式的基本的分析和设计能力。在第三章学习了系统总线的相关知识包括总线的分类、数据的传输及总线的控制等。学习起来整体感觉还好，了解到计算机内部数据是如何通过总线传输的，及总线资源是如何控制的，如何分时共享的。在第四章学习了存储器的相关知识。存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，因此它在整个计算机系统中的地位是非常重要的。学习了存储器的分类、工作原理及组织方式等。在第五章学习了输入和输出设备，主要学习了I/o接口技术及I/o设备与主机信息传输的控制方式。重点知识在于程序中断方式和DMA查询方式。在第六章主要学习了计算机的运算方式。都是一些固定的方法，做题目会做，但是因为运算规则、方法太多了，记不住啊！最后的第七到第十章，学习了CPU的功能和结构，这是计算机系统中的核心部分，也是本课程中的重点和难点。学习指令系统的时候，感觉很抽象很难；学习学习控制单元的功能及设计的时候，感觉更难，更抽象，尤其是微指令。整体的感觉就是：模糊。感觉很难，很抽象，很难懂，更难理解。但是在学习过程中唯一让我觉得很有希望的就是，老师您举的比喻或类别，感觉很直观，很好。

通过学习老师的课程，我对于计算机组成原理这门课的学习方法，做出了需要注意的几点的总结：

1、用事实调动自己的兴趣

计算机科学与技术的发展日新月异，新技术、新方法、新产品层出不穷。经常会对所学的课程产生疑问，如果缺乏学习动力，学习的积极性就会不高。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师”。我们应该把学当作一种快乐。

2、积极思考理解，不要死记硬背。

对于知识，只要理解了就会觉得很容易，但是如果不理解，只是死记硬背，那么学习效率就会很低，而且也没有什么收获。

3、通过动手实验培养创造力

实验是本课程的重要环节之一，通过实验能够更加深入地理解计算机的组织、结构和工作原理，从而提高对计算机系统进行分析和设计的能力。实验更是学生创新思维的源泉，是培养高素质创新型计算机专业人才的重要保障。

浅析计算机原理中C语言的应用 篇6

关键词：计算机；C语言；特点；C语言应用

中图分类号：TP312.1

计算机中有一种程序设计语言叫做C语言，C语言可以说是高级语言和汇编语言的一种升华，同时具备了两者的优点。在1972年的时候，美国的计算机专家将C语言推进人们的视野，六年之后，计算机各种的型号中也相继出现了C语言的身影。功能繁多的C语言可以将类似工作关系在特定的某种程度上进行设计，也可以将相关的应用程序进行相对程度的编辑。除了这些，C语言可以把相关的应用程序进行设计成型。就目前来说，C语言在应用上也是非常广泛的，它处理数据的能力很强，软件开发的层面还不能说明什么，就比如说各个类别的科学研究上，它还适合系统型软件的编写，二维图画、三维图画，动画等很多层面都有C语言的身影，而单片机和嵌入式的系统开发就属于C语言的具体应用。

1 C语言的特点

1.1 C语言的构成。构成C语言的就是我们数学中所学的函数，因为函数与函数互相独立，所以这还是C语言的特点之一，把这个理论应用在实践中的话，那么它就能一个程序解决数个编辑任务，而且还可以数个程序合在一起解决一个任务。在解决实际的开发问题时，它们大多是相对较大的软件，这样我们可以分成多个部分，分别由多个人完成，在这当中必须把C语言熟练掌握，灵活使用程序文档的技巧。这么做就可以使程序的编辑能力和软件开发的能力有一个很大的提高。

1.2 C语言的优点。C语言有两个特点：第一个有汇编语言的特点，第二个有高级语言编写的特点。它还有两个优点：一个是它可以对相关的应用进行程序设计，一个是可以有相关系统的设计语言。总体来说，C语言算是一个计算机程序的设计语言，它的编写也会较小的依赖对计算机硬件的应用程序。

1.3 C语言的发展。在高速发展的科技时代，C语言从开始到现在都被应用到计算机领域的各个层面，主要的就是因为它是一门很自然的语言，很容易学会，它可以使汇编语言发挥到更好，还很接近于各个硬件。在科学领域，C语言在多个科研中可以用到，像软件的开发，例如：开发单片机、开发嵌入式系统等。C语言在计算机中不仅应用很广泛而且适合于多个操作系统的原因，是因为它的数据类型多种多样，功能繁多而且齐全，像驱动器、显示器，也都非常合适C语言。另外它的图形功能很强大，更高效率的引入指针，并且设计程序；C语言具备了汇编语言的特点是因为作为一个中级语言，它既能把高级和机器语言相结合，也能对字节、语言地址、对位等进行操作，而且它们就是计算机最基本的工作单元。语言代码和数据化的分割，最终形成了层次清晰，方便使用、维护、和调试的程序。

2 C语言在计算机原理中的应用

2.1 指针。当一个相关的变量在声明的时候，如果这个变量的前面使用的是*符号时，则证明这个就是指针型变量。换句话说，这个变量就是针对一个地址进行对应的存储，然而*的最重要功能就是取得内容的操作符，其大体意思就是得到与之相对应的内存地址里面存储信息。C语言与其他同时期高级语言最大的不同就是指针。与其他语言比较而言，指针不但是与之相关的变量地址，而且也是数组、数组的元素和相对应函数的地址。指针还有一个特点就是，当它作为形式参数的时候能够在函数使用的过程中拥有一个以上返回值。讲了这么多指针的优点，其实指针也有一些弊端，比如说：一些正确的操作方法能够通过指针来进行比较自然化的表述，如果操作不当或者是大量使用指针的话将会给整个程序带来大批量隐藏的错误。

2.2 字符串。因为C语言的字符串也可也说是一种数组，类似于char型一样，当不想使用引用库的时候，可以用字串符来代替。但是要使它们看上去像是字符串而不是像数组，就必须用C标准库里面应用于对应的字符串，用它们来进行相对程度上的操作的函数。使这些函数找到相同类型的开头文件。

2.3 C语言结构的应用。C语言有三种结构模式，它们分别是：顺序结构、选择结构、循环结构。其中顺序结构可以进行比较独立的应用，它的构成就是一个相应简单的，而且也非常具体的程序。像平时的输入结构、计算结构、输出程序也是顺序结构，它们在计算机运用原理中不叫常见。这个时候就要通过先后的顺序逐个进行操作的，它也属于C语言中的顺序结构。平时在程序进行运算与操作时候，一些含有重复规律性的，它们在引用到程序中，就要将这些语句逐个的重复的操作就是循环结构。像那些重复操作的情况中出现被重复执行的语句我们便把它们叫做循环体。所以循环结构出现在语言程序中，是因为它不但避免在书写中源程序重复的问题，还能用以来表达在重复执行一些算法的时候出现的问题并进行很有规律性的重复运算；最重要的，它在相应程度上还能缩短程序的长度，并使得其程序变得很直观而且简单。“for”、“while”、“do-while”、“go to”四种C语言循环语句也能表达一些在计算机原理中所形成的循环结构。在对相同的问题中进行处理时也可以用到这四种循环，而且在平时遇到的较为简单的问题的情况下，它们可能相应程度上的相互替换。在循环结构中它的循环的判定条件是因为它们表达式所组成，其中对应的也取值于表达式“非”、“或”，这两个代表相应的判定结果的真或假。选择结构，其实就是执行相应的选择结构，重点根据对应的条件来选择相应的路径来执行的。在程序设计方法里用选择结构，最重要的就是比较适合设计并有较强的分支条件的和在它们中息息相关的分析程序的对应流程。其中“if”与“if-else”是C语言提供用于选择结构的语句。在选择结构中经常会出现多种选择结果，导致许多分支结构的出现。针对此种现象，C语言中“switch case”语句因此而产生。

2.4 C语言在计算机应用中的发展。高速发展的今天，需要我们每一位软件开发人士熟练的学会C语言的运用，才能适应计算机软件开发的飞速发展。计算机软件开发的很多方面经过了由简便的数值运算到繁杂的程序应用。它们包括高级语言和机器语言以及功能和复合语言等层面。因为每个行业都在逐步的发展，不断的提高工作效率，计算机软件也不例外，它也正以越来越科学越实用，毫不逊色的跟随各行各业的进步。因此可以预言未来几年软件的开发和应用还将会越来越全面。C语言是一个比较更让人接受和熟悉的软件编辑工具，它将会让更多的人去关注和学习。计算机的各个软件在网上冲浪、聊天交友、游戏娱乐时乃至各个企业和厂房里自动化的操作程序，以及公司的商务活动都有非常广泛的应用。它像是社会发展的发动机，带动着各个领域的转动，它编辑的每个程序，开发的各种软件，都是这个发动机的能量源。

3 结束语

综上所述，C语言具有的种种特点如：程序的模块化、使用的灵活简单化等等。正是因为以上几点，在众多的高级语言中C语言成为众所周知的计算机的应用设计程序。正因为这些优点，才能够让C语言在程序的编辑与软件开发上面大大提高了工作效率。因此C语言才能更好的在计算机中应用。

参考文献：

[1]罗莎.计算机中C语言的应用特点分析[J].计算机光盘软件与应用，2012（07）：165-166.

[2]李俊.C語言中计算机原理的应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（10）：99-101.

[3]徐辉强.C语言教学中计算机原理知识的应用[J].科学咨询（科技·管理），2013（09）：94-95.

作者简介：李玉霞（1980.01-），女，讲师，研究方向：信息管理与信息系统。

企业资本成本计算原理新探 篇7

资本成本是企业筹集和使用资本而承付的代价。传统的企业资本成本的测算原理是分别个别资本成本、综合资本成本和边际资本成本介绍的。

作为企业资本成本的计算原理, 有下列问题值得我们思考: (1) 原理应该是比较通用的理念或规则, 应适用于不同的筹资方式。传统的资本成本计算是分别个别资本成本、综合资本成本和边际资本成本三种情况进行讨论, 计算思路存在差异, 未用统一的计算原理来指导, 使不同的筹资方式 (如单一筹资方式与筹资组合方式) 之间缺乏横向可比性。 (2) 原理的通用性还体现在适用范围比较广。若以不考虑时间价值的个别资本成本计算即企业年税后用资费用与有效筹资额的比率作为企业资本成本的计算原理, 则对年税后用资费用不等 (如年金方式还本付息, 等额还本、分期清息等) 的情况无法计算;若以考虑时间价值的主流个别资本成本计算即考虑利息节税的节税利息贴现法作为企业资本成本的计算原理, 则对综合资本成本如何利用此原理进行计算尚未有深入的探讨, 因为目前综合资本成本的计算一定要依赖于资本结构和个别资本成本的计算。 (3) 作为综合资本资本成本的计算原理, 只是直接给出了综合资本成本的计算公式, 而没有解释为什么以资本结构为权数。假设以账面价值来确定资本结构, 也未说明是筹资总额还是筹资净额。

本文的目的在于探讨企业的资本成本计算原理, 使其适用于不同的筹资方式和年税后用资费用的情况, 同时使筹资组合的资本成本直接依赖原理计算出来, 而不依赖于个别资本成本的计算。

二、企业资本成本的计算原理

基于筹资者的视角, 企业获得有效资金的代价是企业未来支付的相关现金流量。为了使不同筹资方式具有可比的基础, 必须考虑利息节税问题。由此给出企业资本成本的计算原理为:企业资本成本是指企业未来需支付的税后现金流量现值之和等于有效筹资额时的税后贴现率。在理解此原理时, 有下列几点值得注意:

1.有效筹资额是指特定筹资方式下的筹资总额与筹资费用之差。个别筹资方式的有效筹资额与传统意义相同, 即筹资总额减筹资费用;筹资组合方式的有效筹资额是指组合中各个别筹资方式的有效筹资额之和, 或者是指组合中各个别筹资方式的筹资总额之和与各个别筹资方式的筹资费用之和之间的差额。

2.未来需支付的税后现金流量是相对于未来每年而言的, 是个时点概念。对自有资金而言, 主要是指股利、利润、优先股的还本额等;对借入资金而言, 主要是指税后利息、归还的本金等。对组合筹资方式而言, 支付的年税后现金流量是指同年的各个别筹资方式的税后现金流量之和。

3.资本成本的定义范畴不仅包括个别资本成本, 而且包括综合资本成本和边际资本成本。这是在原个别资本成本计算原理基础上的推广, 而给予综合资本成本和边际资本成本的计算赋予新的含义, 充分体现了原理的通用性特点。

设筹资总额为P (在筹资组合中, 是指各个别筹资方式的筹资总额之和) , 筹资费用为f (在筹资组合中, 是指各个别筹资方式的筹资费用之和) , 第i年的税后现金流量 (主要是指年税后用资费用和债务本金) 为Di, 贴现率为K, 则:

求出K即为资本成本。

此方法的特点是准确度较高, 适用范围较广, 但计算工作量比较大。在计算机大量普及应用的条件下, 计算工作量不成为制约其推广应用的因素。

三、企业资本成本计算原理的应用

(一) 借入资金的成本

1.无筹资费、一次还本、每年清息。假设借款净额为M, 无筹资费, 期限为n年, 年利率为r, 每年付息一次, 到期一次还本。所得税税率为T。若设该借款的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理有:

一般地, 假设筹资方案有m笔借款组成, 借款净额分别为M1, M2, …, Mm, 均无筹资费, 期限均为n年, 年利率分别为r1, r2, …, rm, 均为每年付息一次, 到期一次还本。所得税税率为T。若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

以上借入资金的成本计算, 无论是个别借入资金方式, 还是借入资金的组合方式, 均和传统的计算相同, 但必须同时具备三个条件: (1) 无筹资费; (2) 每年付息一次, 到期一次还本; (3) 借款期限一致。

2.有筹资费、每年清息的无限期借款。假设借款总额为P, 筹资费用为f, 无限期借款, 票面额为M, 年利率为r, 每年付息一次。所得税税率为T。若设该借款的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理有:

假设筹资方案有两笔借款组成, 借款总额分别为P1、P2, 筹资费用分别为f1、f2, 均为无限期借款, 票面额分别为M1、M2, 年利率分别为r1、r2, 均为每年付息一次。所得税税率为T。若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理有:

其中:w1= (P1-f1) /[ (P1-f1) + (P2-f2) ];w2= (P2-f2) /

一般地, 假设筹资方案有m笔借款组成, 借款总额分别为P1, P2, …, Pm, 筹资费用分别为f1, f2, …, fm, 均为无限期借款, 票面额分别为M1, M2, …, Mm, 年利率分别为r1, r2, …, rm, 均为每年付息一次。所得税税率为T。若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

通过以上借入资金的成本计算, 可以发现, 对个别借入资金方式, 在满足借款无期限 (或称不考虑借款期限) 且每年付息一次的情况下, 和传统不考虑时间价值方法的计算结果一致;对借入资金的组合方式, 在组合中的每一个别筹资均满足借款无期限 (或称不考虑借款期限) 且每年付息一次的情况下, 其资本成本为各个别资本成本的加权平均数, 权数为该筹资净额占筹资净额总数的比例。利用资本成本的计算原理, 明确了在综合资本成本计算中, 其加权权数的确定是筹资净额而非筹资总额。

3.有筹资费、一次还本、每年清息。假设借款总额为P, 筹资费用为f, 期限为n年, 票面额为M, 年利率为r, 每年付息一次, 到期一次还本。所得税税率为T。若设该借款的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理有:

利用插值法求出K即为该借款的资本成本。

假设筹资方案有2笔借款组成, 借款总额分别为P1、P2, 筹资费用分别为f1、f2, 期限分别为n1、n2年, 票面额分别为M1、M2, 年利率分别为r1、r2, 均为每年付息一次, 到期一次还本。所得税税率为T。若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

利用插值法求出K即为该借款的资本成本。

一般地, 对于n笔借款组成的借款组合, 利用类似的方法进行计算, 此处不再赘述。

4.等额还本、分期清息。在等额还本、分期清息的条件下, 每年支付的税后利息是不同的。

设有一笔5年期借款, 筹资净额为9.9万元, 本金10万元, 票面利率8%, 分5年等额还本, 每年结清利息, 所得税税率25%。此借款的现金流量见表1。

单位:万元

若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

利用插值法, 得:K=6.38%。

5.单利计息、一次还本付息。单利计息、一次还本付息的情况下, 每年的利息是计提的, 因而可以抵税。

设有一笔5年期借款, 筹资净额为9.9万元, 本金10万元, 票面利率8%, 单利计息、一次还本付息, 所得税税率25%。

此借款的现金流量见表2。

单位:万元

若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

利用插值法, 得:K=5.74%。

6.年金方式还本付息。年金方式还本付息, 必须先计算每年实际承担的税后利息, 然后再计算资本成本。

设有一笔3年期借款, 筹资净额为10万元, 实际利率8%, 分3年以年金方式还本付息, 所得税税率25%。则每年偿还年金额=10/PVIFA (8%, 3) =3.880 481 (万元) 。

此借款的现金流量见表3。

单位:万元

若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

利用插值法, 得:K=5.99%。

(二) 自有资金的成本

自有资金的个别资本成本计算由于和传统的计算思路一样, 此处就不再讨论。在自有资金的资本成本计算中, 要注意的是用资费用本身就是税后费用, 以下举例说明自有资金组合的资本成本计算。

某公司一大型投资项目的筹集资金组合如下:按面值发行优先股10 000万元, 筹资费率4%, 固定年股利支付率6%;发行普通股20 000万元, 筹资费率5%, 预计第一年股利为800万元, 以后每年将以5%的速度稳定增长。

此自有资金的现金流量见表4。

单位:万元

若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

可得:K=8.74%

按传统资本成本的计算方法为:

两种计算方法的结果相差较大。传统的计算方法使资本成本虚降。

(三) 投资项目的成本

企业的投资报酬率往往是根据投资项目来分别计算的, 而投资的资本成本一般是先按个别筹资方式进行计算, 再进行加权平均, 由于加权平均时选用的权数有一定的操作空间, 就使得报酬和成本的计算缺乏配比性, 若以投资项目为对象按上述原理来确定资本成本, 则此问题就得到很好的解决。由于前面已讨论了借入资金、自有资金的组合成本, 因此本部分仅讨论借入资金和自有资金的组合资本成本计算问题。

某公司一大型投资项目的筹集资金组合如下:按面值发行3年期债券10 000万元, 筹资费率4%, 票面利率8%, 每年清息, 到期一次还本, 所得税税率25%;发行普通股20 000万元, 筹资费率5%, 预计第一年股利为1 000万元, 以后每年将以5%的速度稳定增长。

此投资项目的资金组合现金流量见表5。

单位:万元

若设该筹资方案的资本成本为K, 则依资本成本的计算原理得:

可得:K=10.13%

按传统资本成本的计算方法为:

利用插值法, 得:K1=7.543%

两种计算方法的结果相差较大。传统的计算方法使资本成本虚降。

参考文献

[1].袁太芳.企业债务资本成本计算方法比较.财会月刊, 2009;24

计算智能原理对创新模式的探索 篇8

目前,我们要提高自主创新能力,建设创新型国家。高等教育担负着培养创新型人才的重要责任。学生科技活动对于提高学生科技创新能力,培养拔尖创新型人才具有重要意义。而构建了一批锐意进取、大胆创新的大学生创新团队,对提高学生的创新能力和团队协作能力就显得特别的重要。目前就团队理论的研究还有待与深入,用计算智能的基本理论原理与方法来指导建设大学生创新项目团队,是一种跨学科研究的新尝试。

1 计算智能的基本理论与方法简介

计算智能由美国学者James C.Bezedek1992年首次给出其定义,广义的讲就是借鉴仿生学思想,基于生物体系的生物进化、细胞免疫、神经细胞网络等某些机制,用数学语言抽象描述的计算方法。是基于数值计算和结构演化的智能,是智能理论发展的高级阶段。计算智能的主要方法有:人工神经网络、模糊系统、进化计算等。

1.1 模糊计算

模糊系统以模糊集合理论、模糊逻辑推理为基础,它试图从一个较高的层次模拟人脑表示和求解不精确知识的能力。在模糊系统中,知识是以规则的形式存储的,它采用一组模糊IF—THEN规则来描述对象的特性,并通过模糊逻辑推理来完成对不确定性问题的求解。模糊系统善于描述利用学科领域的知识,具有较强的推理能力。

1.2 人工神经网络

人工神经网络系统是由大量简单的处理单元,即神经元广泛地连接而形成的复杂网络系统。在人工神经网络中,计算是通过数据在网络中的流动来完成的。在数据的流动过程中,每个神经元从与其连接的神经元处接收输入数据流,对其进行处理以后,再将结果以输出数据流的形式传送到与其连接的其它神经元中去。网络的拓扑结构和各神经元之间的连接权值(Wi)是由相应的学习算法来确定的。算法不断地调整网络的结构和神经元之间的连接权值,一直到神经网络产生所需要的输出为止。通过这个学习过程,人工神经网络可以不断地从环境中自动地获取知识,并将这些知识以网络结构和连接权值的形式存储于网络之中。

人工神经网络具有良好的自学习、自适应和自组织能力,以及人规模并行、分布式信息存储和处理等特点,这使得它非常适合于处理那些需要同时考虑多个因素的、不完整的、不准确的信息处理问题。

1.3 进化计算

自然界在几十亿年的进化过程中,生物体己经形成了一种优化自身结构的内在机制,它们能够不断地从环境中学习,以适应不断变化的环境。对于大多数生物体,这个过程是通过自然选择和有性生殖来完成的。自然选择决定了群体中哪些个体能够存活并繁殖:有性生殖保证了后代基因的混合与重组。进化计算受这种自然界进化过程的启发,它从模拟自然界的生物进化过程入手,从基因的层次探寻人类某些智能行为发展和进化的规律,以解决智能系统如何从环境中进行学习的问题。

2 计算智能原理在创新团队实践中的

启发

从系统论的视角看,创新团队的建设问题是一个复杂系统的优化和控制问题。复杂系统具有:1)自适应性/自组织性(self-adaptive/selforganization)。2)不确定性(uncertainty)。3)涌现性(emergence)。4)预决性(Finality)。5)演化(Evolution)。6)开放性(opening)。而计算智能的这些方法具有自学习、自组织、自适应的特征,创新团队的建设是具有一定的研究价值的。

2.1 在专家指导下的自学习、自组织、自适应

计算智能特点提到,模糊系统善于描述和利用经验知识;神经网络善于直接从数据中进行学习,把人工神经网络与专家系统结合起来,建立一个混合的系统,要比各自单一地工作更为有利。创新团队在相关专家的指导下,突出学生自由组建、自主管理、自我服务的特色。在明确团队任务的前提下对团队人数、组成人员条件及内部控制制度做些原则性的规定,赋予团队负责人充分的权力如决定团队成员构成、支配内部经费、对团队成员进行分工和考核等,保证其对团队工作直接有效的管理。

2.2 合作与竞争意识

计算智能特点提到,进化计算善于求解复杂的全局最优问题,具有极强的稳健性和整体优化性。种群的进化过程就是优胜劣汰的自然选择过程。

团队建设的基石是合作与竞争理论。Deutsch早就指出,如果人们处于散乱的、互不相干的独立竞争关系,认为双方目标之间没有关系,那么,在资源有限的情况下,人们会表现得更为自私,彼此之间的利益存在冲突,这种关系会引起组织内耗和人际关系紧张,最终导致低生产率和低创造率。

Dcutsch认为,应该使人们在组织中具有共同目标,在共同目标下合作共事。具有合作关系的人们会相互尊重、共享信息和资源,他们会将他人的进步看成对自己的促进,并交流意见和取长补短,现代科学的进步表明,今天每一项科技成果的取得,差不多都是多学科协同作战的结果。大学科研团队的建设就是要很好地贯彻这种理念,在适度的竞争与合作之间构建这种理念。

2.3 融入计算智能思想的协同学习团队

人们在研究人类智能行为中发现,大部分人类活动都涉及多个人构成的社会团体,大型复杂问题的求解需要多人或组织协作完成,师生之间的关系也更强调合作和共同发展。随着计算机网络、计算机通信和并发程序设计的发展,分布式人工智能逐渐成为人工智能领域的一个新的研究热点,它是以智能Agent概念为研究核心。虽然每个智能Agent都是主动地、自治地工作,多个智能Agent在同一环境中协同工作,协同的手段是相互通信。计算智能与分布式人工智能结合则是研究在逻辑上或物理上分散的智能动作如何协调它们的知识、技能和规划,求解单目标或多目标问题,因此这也为设计和建立大型复杂的智能系统或计算机支持的协同学习工作提供了有效途径。

2.4 选好综合能力强的团队带头人

计算智能特点提到,对复杂系统的控制,要用处理各种不确定的智能方法,这就要求团队带头人有处理复杂问题的综合能力。

科技创新团队应是由不同类型的人为实现特定的目标组成的群体。激励和聚合大家的力量,负责内部的计划、组织、指挥、协调和控制等方面组织工作,必须要有一位核心人物,即学术带头人。优秀的学术带头人是高校科技创新团队必备的要素。团队的带头人处于沟通、协调团队内外的中心位置,是团队其他成员获得工作方向、具体任务、工作目标等信息的主要来源,是团队维持士气、活力、凝聚力的中心环节和纽带,在很大程度上决定了整个团队的学术水平、科研风格和文化氛围。同时对团队整体加强协调与组织,提高团队的内部凝聚力。

2.5 加强交流,资源公享

计算智能特点提到自适应,进化机制,是建立在信息传输基础上的。团队成员之间进而形成了彼此间紧密合作、资源共享的伙伴关系。通过彼此间的紧密合作,使团队成员不再是一个独立的个体,而是共同承担责任、积极面对挑战的一个集体。在这个集体中,团队成员的合力要远远大于每个成员能力简单相加的总和。因此,在科研团队的建设中,良好的沟通渠道能促进成员之间的团结合作,使组织中的每个成员都为组织的发展倾尽所有。团队成员之间进而形成了彼此间紧密合作、资源共享的伙伴关系。通过彼此间的紧密合作,使团队成员不再是一个独立的个体,而是共同承担责任、积极面对挑战的一个集体。在这个集体中,团队成员的合力要远远大于每个成员能力简单相加的总和。因此,在科研团队的建设中,良好的沟通渠道能促进成员之间的团结合作,使组织中的每个成员都为组织的发展倾尽所有。

2.6 配备优势互补的成员

在计算智能机制的调控,非线性复杂系统有涌现性特征。所谓涌现性,就是肩负不同角色的组件间通过多种交互模式、按局部或全局的行为规则进行交互,组件类型与状态、组件之间的交互以及系统行为随时间不断改变,系统中子系统或基本单元之间的局部交互,经过一定的时间之后在整体上演化出一些独特的、新的性质,形成某些模式,这便体现为涌现性。子系统之间的相互作用,可导致产生与单个子系统行为显著不同的宏观整体性质。涌现性也体现为一种质变,主体之间的相互作用开始后,系统能自组织、自协调、自加强,并随之扩大,发展,最后发生质变,即发生了涌现。

3 结束语

计算智能理论对处理复杂系统的优化和控制问题是有效,计算智能原理在创新团队实践中的启发是多方面的。目前就团队理论的研究还有待与深入,利用计算智能原理与方法来指导建设大学生创新项目团队,是一种新的思路。

参考文献

[1]王海鹰.基于多智能体协同进化机制的学术团队建设.中国校外教育.2010,7.

[2]Wang Haiying.Cooperative agent-based evolutionary mech-anism of the management team of Enterprise innovation[C]2010 IEEE International Conference on Advanced Management Science(IEEE ICAMS 2010).2010-07.

地震作用的基本原理及计算方法 篇9

我国地处世界上最活跃的地震带上, 我国东部地区处在环太平洋地震带上, 我国西部及西南处在欧亚地震带上, 因而我国地震活动频繁, 是世界大陆地震最多的国家之一。

地震发生时将释放很大的能量, 但具体地震作用具有哪些特点呢?地震具有偶然性和不确定性的特点, 地震发生的时间、地点、强度是随机的、不确定的, 我国地震的基本特点是:震源浅、烈度高、分布广、伤亡大。

2. 地震作用基本原理

地震作用是短时间内的一种动力作用, 地震发生时, 结构的加速度和惯性力的方向和大小不断变化, 作用力的大小与地震动和结构本身的动力特性有关, 场地、震级和震中距都会影响地面运动。地震是由不同周期的振动频率组成的, 当建筑结构的自振频率与地震的主振频率接近时, 就会产生共振而造成严重破坏甚至倒塌。

地震作用下, 结构的运动微分方程, 单自由度体系表达式为:m (x″+x0″) +cx′+kx=0。

式中m——结构质量;

c——结构阻尼系数;

k——结构刚度系数;

x, x′, x″——分别为结构对地面的相对位移、速度及加速度;

x0″——地面加速度时程。

3. 地震作用的计算方法

地震作用发生的概率较低, 一次地震的时间不长, 但地震强烈, 不确定因素影响较多, 在地震发生时要求结构完全处于弹性状态是十分不经济的, 因此人们要求结构能保护人类的生命和财产, 提出了小震不坏、中震可修, 大震不倒的三水准设计对策, 在地震作用下变形能力不足是结构破损和倒塌的主要原因, 因此抗震设计方法由基于承载力的设计方法发展为基于延性的设计方法, 并正在研究和发展基于性能的设计方法。

结构地震作用计算方法大致经历了三个阶段。

第一阶段:1900年日本学者大森房吉提出了震度法概念, 将地震作用简化为静力, 取重量的0.1倍为水平地震作用, 这是抗震设计初始阶段应用的方法, 称为静力法。

第二阶段:二十世纪三十年代美国开展了强震记录的研究, 在1940年取得了El Centro地震记录, 以后陆续取得的地震记录加强了人们对地震的认识, 促进了地震工程的发展, 使抗震设计理论和地震作用的计算方法有了极大的改变, 美国M Biot提出了用地震记录计算反应谱概念, 二十世纪五十年代初, G.W.Housner实现了反应谱的计算, 并应用于抗震设计, 反应谱理论为现代抗震设计奠定了基础。这是抗震计算方法的第二阶段。

第三阶段:二十世纪五十年代末期, G.W.Housner实现了地震反应的动力计算方法, 并将其成功地加以应用于墨西哥城的拉丁美洲大厦设计, 在1958年的墨西哥大地震中, 墨西哥城遭受严重震害, 而拉丁美洲大厦表现良好, 促使人们开始重视地震反应的直接动力计算方法, 又称为时程分析方法。从二十世纪六七十年代开始, 地震反应动力分析得到了广泛研究和发展, 从弹性时程方法发展到弹塑性时程分析方法, 在工程设计应用和科学研究中, 取得了显著成绩。这是地震作用计算方法的第三阶段, 时程分析方法应用于设计, 主要是作为应用反应谱方法设计的补充手段。

4. 常用的抗震设计方法

(1) 反应谱分析方法

反应谱方法是目前世界各国计算地震作用中普遍应用的方法, 其优点是考虑了地震的强烈程度——烈度, 考虑了地面运动的特性, 特别是场地性质的影响, 考虑了结构自身的动力特性——周期与阻尼。通过反应谱值将结构的动力反应转化为作用在结构上的静力, 结构计算不需要特殊的方法。加速度反应谱值是加速度反应的最大值, 用它来进行设计一般来说是安全的。场地、震级和震中距都会影响地面运动, 从而也影响反应谱形状, 反应谱值对应的周期可近似代表场地的卓越周期, 硬土中反应谱的峰值对应的周期较短, 软土的反应谱值对应的周期较长, 也可以说反应谱的形状反映了场地土的性质, 所以, 长周期的高层建筑结构在软土地基上的地震反应会更大。

反应谱是通过单自由度弹性体系的地震反应计算得到的, 地震反应分析要求直接输入地面运动, 可以得到结构质点的加速度、速度、位移反应。根据不同周期T的结构的加速度值S, 作出一条S—T曲线, 这就是地震的加速度反应谱。

由于反应谱方法存在不确定性, 更需要有效的概念设计和保证延性的构造措施, 高度较大和较复杂的高层建筑还需要第二阶段的变形验算。经过全面的抗震设计的各个步骤和采取各种措施以时程分析方法进行验算。时程分析方法是一种动力计算方法, 在结构的基础部, 结构抗震安全才能得到保证。

(2) 弹塑性时程分析方法

我国规范规定设计的第二阶段是验算阶段, 要验算结构在大震作用下的位移是否超过极限位移, 要求采用弹塑性静力分析或弹塑性时分作用一个地面运动, 用动力方法直接计算出结构随时间而变化的地震反应。通过计算可以得到输入地震波时段长度内结构地震反应的全过程, 包括每一时刻的构件变形和内力, 每一时刻的结构位移、速度和加速度, 弹塑性时程分析还可以得到杆件屈服的位置、塑性变形等, 也可以得到各种反应的最大值, 各种反应的最大值并不是在同一时刻出现, 直接动力分析方法既考虑了地面震动的振幅、频率和持续时间三要素, 又考虑了结构的动力特性。

(3) 静力弹塑性分析

静力弹塑性分析是在结构上施加一组静力, 考虑构件从开裂到屈服, 刚度逐步改变的弹塑性计算方法。计算时竖向荷载不变, 水平荷载由小到大, 逐步加载, 每一步会有部分构件屈服, 屈服的构件需要改变刚度, 重新建立刚度矩阵, 在增量荷载作用下再进行分析, 得到的结果叠加在前一步计算的结果上, 如此逐步计算, 直到结构达到其极限承载力或极限位移, 结构倒塌。

5. 新的抗震设计思想——基于性能的抗震设计

基于性能的抗震设计思想是二十世纪九十年代初美国学者倡导的方法, 代表了结构抗震设计的发展方向, 宗旨是使设计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的功能水平, 目前已引起了各国广泛的重视, 日本已于2000年颁布了采用基于功能的抗震设计思想的新规范。作为基于功能的抗震设计的重要原则, 投资—效益准则反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变, 即在结构设计中从以往只注重结构安全, 向全面注重结构的功能、安全及经济等诸多方面发展。

在强烈地震作用下结构不可能一点不坏, 而且也没有这种必要。在强震中允许结构一些部位或构件发生一定程度损伤有利于地震能量的释放, 提高结构抗倒塌能力, 即使结构中非主要受力构件完全破坏, 只要能保证结构主体不倒, 这样的设计也应该被认为是合理的。因而结构设计的目标应由投资—效益准则确定, 即目标应定为整个设计生命周期内的总费用最小, 也就是说在结构的初始造价和未来的损失期望之间寻找一种优化平衡。

6. 抗震设计应遵循的原则和注意事项

无论采用何种抗震设计方法, 我们都应该强调抗震概念设计, 使抗震概念设计成为抗震设计的一个重要组成部分, 应该贯穿于结构计算分析和细部构造的全过程。我们在结构抗震设计中应遵循以下原则:

(1) 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径

(2) 对可能出现的薄弱部位, 应采取措施提高抗震能力。

(3) 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

(4) 结构应具备必要的抗震承载力, 良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

(5) 宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部削弱或突变形成薄弱部位, 产生过大的应力集中或塑性变形集中。

(6) 结构在两个主轴方向的动力特性宜接近。

(7) 采用有效的措施防止过早的剪切、锚固和受压等脆性破坏, 因此采用“约束混凝土”是非常重要的措施。

(8) 在地震作用下节点的承载力应大于相连构件的承载力。当构件屈服、刚度退化时, 节点应能保持承载力和刚度不变。

7. 结语

综上所述, 地震发生虽然具有随机性和不确定性, 但是地震作用却有一定的规律性。只要科学把握地震作用发生的本质和规律, 从地震灾害中总结经验和教训, 就会使我们的抗震设计理念更先进, 抗震设计计算更准确。当地震发生时, 就有可能挽救更多生命, 减少损失。

摘要：本文主要介绍了我国地震的特点, 地震作用的基本原理和计算方法, 以及抗震设计中注意事项, 得出结论:地震发生虽然具有随机性和不确定性, 但是地震作用却有一定的规律性。只要科学把握地震作用发生的本质和规律, 从地震灾害中总结经验和教训, 就会使抗震设计理念更先进, 抗震设计计算更准确。

关键词：地震,地震作用,基本原理,设计理念

参考文献

[1]GB 50011—2001建筑抗震设计规范 (2008版) .北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]GB 50223—2008建筑工程抗震设防分类标准.北京:中国建筑工业出版社, 2008.

《计算机组成原理》实验教学研究 篇10

高等学校具有人才培养、科学研究、社会服务三大职能[1]。作为地方性院校, 笔者学校计算机科学与技术专业一直以培养服务一线的应用型人才为目标, 因此, 学生的实践能力培养尤为重要。《计算机组成原理》是计算机专业的核心基础课, 要求学生掌握CPU的硬件原理与结构, 通过实验为学生理解和分析硬件系统起到很好的铺垫作用, 在整个课程体系中占有重要地位。该课程具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点[2], 往往理论课教学显得枯燥乏味, 学生理解原理也显得吃力。实验教学有助于化抽象为具体, 通过实际的时序电路、寄存器、运算器、存储器、控制器等单元的展示, 培养学生的学习兴趣, 提高学生的实践能力。

1 以培养学生设计能力为课程目标

(1) 在掌握实验原理的基础上, 以培养学生CPU设计能力为实验目标。目前实验室开设8个实验项目, 其中自行开发项目2个, 综合性实验项目1个。实验室开设的实验包括累加器实验、寄存器组实验、运算器实验、程序计数器实验、存储器实验、微程序控制器实验。计算机组成原理实验是学生实践能力培养过程中的重要环节, 其主要任务就是要求学生掌握CPU的硬件结构与原理, 培养学生的CPU设计能力, 同时在设计电路的过程中为后续学习嵌入式技术打下基础。计算机组成原理开设于电路原理、数字电子技术课程之后, 这时学生具有了一定的电路分析能力和简单电路的设计能力。在实验课程讲授过程中, 重点讲解实验原理和电路的设计原理, 结合学生之前的硬件基础把电路分析透彻。在做完寄存器组实验、运算器实验、存储器实验后, 可以把学生分组, 例如一组6名同学, 由基础较好的学生担任组长, 进行电路图的设计。在课余时间, 由组长组织成员进行电路板的焊接制作、调试完成, 最后组织学生对作品进行总结讨论, 提高学生的实践能力。

(2) 充分利用课余时间, 进行CPU设计实践能力培养。大学生活有大量的课余时间, 大部分学生特别是低年级学生往往在课余时不知道学什么, 没有学习目标。在实验课堂教学学生掌握了计算机主要组成部件工作原理、基本分析与设计方法, 因此, 可以利用课余时间进行CPU制作, 学习时序电路的产生、寄存器组、运算器、存储器、PC计数器的制作, 使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练和提高。在课堂上完成电路图的绘制, 在课余时间, 完成电路的制作与调试, 并逐步把数字电路设计扩展到基于FPGA的设计, 从8位CPU的设计扩展到16位CPU的设计, 把实践教学延伸到课外。此外, 设计的作品可以反馈到实验课堂上, 作为实验系统的有益补充。课外实践活动项目如表1所示。

(3) 积极开展开放性实验、学科竞赛, 不断提高CPU设计的深度。实验室开放[3]指学生可以通过预约方式进入实验室进行选修实验, 或者进行一些个人兴趣实验和创新实验。学科竞赛是培养大学生综合素质和创新精神的有效手段和重要载体, 对于营造创新教育的良好氛围, 培养学生的创新精神、协作精神和实践能力, 激发学习兴趣和潜能具有重要作用。通过开展开放性实验和学科竞赛, 挖掘学生的创新思维。例如运算器、存储器的设计可以从数字电路设计到CPLD设计, 再到FPGA设计, 不断提高科技活动的广度和深度。

2 构建分级实验项目体系

在计算机组成原理实验中, 不同实验模块对培养学生能力具有不同效果。为了加强学生能力培养的层次, 实验室把所有实验项目按照能力培养层次进行分类, 形成三级实验教学体系, 即基本模块实验、综合性实验、设计性实验, 对学生能力进行分级培训, 逐步提高。

基本模块实验以验证型实验为主, 包括寄存器实验、运算器实验、存储器实验等, 主要是让学生学习CPU基本单元模块的组成, 理解单元模块的工作原理。本阶段是能力培养的基础阶段, 为后续的综合性实验和设计性实验做好铺垫。综合性实验阶段以综合型实验为主, 包括微程序控制器实验, 主要教学目标是建立计算机组成概念, 是能力培养的提升阶段, 也是关键阶段。设计性实验阶段是学生应用能力的培养阶段, 能对实际应用问题提出解决方案。要求学生在弄懂原理的基础上, 自主设计实验所用的电路单元模块以及实验步骤, 并进行功能实现。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计、电路图的绘制、电路板的焊接、调试等一系列环节, 不断提高自身实践能力。

3 优化实验教学内容, 提高学生学习能动性

(1) 优化实验内容激发学生学习兴趣。每一个实验项目都预留有学生发挥的空间, 充分发挥学生的主观能动性和创造性。每一个实验项目都有一定的功能, 每一步都有实验结果, 这样不但可以化抽象为具体, 化枯燥为生动, 加深对实验原理的理解, 而且让学生每次做实验都有成就感, 对下次的实验感兴趣、有信心。

(2) 采用以学生为主的授课模式, 调动学生学习的能动性。优化实验教学内容, 在有些实验项目的教学中, 讲授完实验原理之后, 把学生分组, 由组长带领成员按照实验步骤分析实验现象, 掌握实验原理, 从而提高学生的自主学习能力。

4 改革实验考核办法

《计算机组成原理》实验成绩是整个计算机组成原理成绩的组成部分, 如果实验课程成绩不及格则整个课程不能通过, 且不允许学生参加期末理论课程考试和学期初安排的补考, 加大学生对实验课程的重视程度。实验成绩分为平时表现成绩、实验报告成绩、实验考试成绩。平时表现成绩由课内实验表现成绩和课外实践表现成绩综合而定, 根据课外实践项目的增加逐步加大成绩比重。实验考核方式为抽题方式, 确保每名学生的考题不同, 从而加大实验考试的难度, 题目包含课内实验项目和课外实验项目。考核时学生需得出正确的实验现象, 记录实验的设计方法、实验步骤。

5 改革实验教学方法

将实验教学过程分为4个阶段:实验预习[4]、实验操作、实验重现、实验报告。实验预习是计算机组成原理实验前必不可少的一个重要环节, 它能使学生在实验前对本次实验原理有一定的认识, 对本次实验步骤与现象有一定的了解。实验讲解由于受时间的限制, 一般为20分钟左右, 因此要在有限的时间内讲好实验原理和实验操作方法, 实验教师要抓住重点, 言简意赅, 并注重在讲授过程中与学生互动, 发挥学生的主观能动性。实验操作是实验成功的关键环节, 是实验教学的重要内容, 是学生平时成绩的重要组成部分, 是检验学生是否真正掌握实验原理的有效方式。在实验操作过程中, 要求学生在掌握实验原理的基础上, 通过实践来验证原理从而反馈于课程的理论教学, 同时通过实践操作培养学生的动手能力和专业素养。实验成功后, 要求学生对实验进行重现, 勾绘出实验的整个原理和过程, 并设计出电路原理图, 为课外实践活动打好基础。实验报告要求提供实验原理、实验器材、实验步骤、实验现象、实验问题等内容。

摘要：从《计算机组成原理》课程实验教学的目标、实验项目分级、实验教学内容、实验考核办法、实验教学方法等方面进行了探讨, 提出了以学生为主体, 发挥学生的自主能动性, 培养学生实践能力为目标的教学改革思路, 以提高实验教学水平及效果。

关键词：计算机组成原理,实验教学,自主能动性,实践能力

参考文献

[1]孙新德, 刘超慧.应用型本科计算机组成原理实验教学改革[J].电脑知识与技术, 2010, 27 (6) :7615-7616.

[2]马汉达, 赵惠.计算机组成原理实验室教学改革[J].计算机教育, 2010 (17) :30-33.

[3]张燕芬, 刘中成.新形势下高校实验室开放管理与运行机制的研究[J].实验技术与管理, 2013, 30 (3) :180-183.

计算原理 篇11

关键词：系统观；计算机系统；教学内容；教学方法

一、引言

计算机组成原理是计算机专业核心基础课，传统上主要讲述构成计算机硬件系统的各功能部件的基本工作原理以及互连构成整机系统的技术。从2009年至今，在计算机考研统考中，计算机组成原理内容占了约1/3的分值比例。

随着计算机科学内涵和外延的扩展，计算机组成原理传统的教学模式也有了改变，在教学内容、教学方法及实验内容上都有一定的改进。从计算机科学的长远情况来看，未来的计算机设计、应用更需要从系统角度考虑，所以对计算机组成原理进行教學改革很有必要。

二、教学改革原因分析

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，但随着计算机结构的复杂化和应用领域的扩大化，通常用层次结构来描述计算机系统。一种计算机系统的层次结构描述如图1所示，传统的计算机组成原理主要讨论传统机器M1和微程序机器M0的组成原理和设计思想。

但这种主要关注硬件部分的教学思想，弊端早就被感知，在国外的教学中也早被摈弃。如Patterson和Hennessy教授曾指出，“软件设计者对软件系统运行环境的硬件技术是否了解、了解多少，会很大程度地影响软件系统的性能。同样，硬件设计者必须了解设计决策将对软件产生怎样的影响”。这种硬件、软件应一起考虑的思想，在我国正逐步推广。如清华大学科教仪器厂所生产的TEC-XP计算机组成原理实验系统，其提供的实验内容既包括对CPU结构的设计、机器指令的设计等，也包括使用Basic语言的软件设计。

从计算机考研统考对一般教师的教学及学生的学习所起的指导性作用来看，也在强化这种软硬件结合，即不能把计算机组成原理只作为一门硬件课程来看待。表1统计了2009～2014年计算机考研统考试卷中软硬件内容相结合的题目。

表1 软硬内容结合题目统计

而从计算机及其应用的发展来看，20世纪80年代，信息技术和通信为互联网打开了大门，到了90年代，一个很重要的革命始于嵌入式系统技术的传播。现在值得期待的是嵌入式和互联网融合的成果——物联网的出现。很难想象未来20年计算机科学会是什么模样，但2007年图灵奖获得者约瑟夫·斯法科思指出：计算机科学的范围正从算法和程序逐渐向系统转移。在这样的系统发展观下，对计算机组成原理这样的基础课程所进行的教学改革就具有非常重要的意义。

三、教学改革探讨

1.教学内容的改革

最初的计算机专业人员对计算机的工作原理和工作方式了如指掌。计算机体系中的硬件、软件、编译器以及操作系统之间的交互既简单又透明。然而，随着现代计算机技术的日趋复杂，这种明晰性不复存在，导致一种无法避免的结果，即领域专业化，使多门计算机科学领域应运而生，每个领域只涵盖学科的某一个方面。如果学生或计算机从业人员不能把多门课程知识融合到一起，他们常会产生不安的感觉，因为他们没有完全透彻地理解计算机硬件系统和软件系统是如何紧紧地关联在一起的。

21世纪的社会结构中，计算机将成为关键支柱。过去的计算机研究以性能作为主要的优化目标，现在必须认识到常规的计算机已经被上下文计算（如传感器、移动终端、客户端、数据中心）所取代。这种转变更强调超越性能的以人为本的设计目标。在这样的背景下，作为基础课程的计算机组成原理的教学内容就应强调多门计算机课程内容的综合理解。比如，计算机运算器部分内容的讲解，既需要基本的数字电路知识，也需要介绍基于FPGA或CPLD的电路设计，因为将来的系统应用可直接采用可重用的IP（知识产权）核。在基于FPGA的电路基础上，可以让学生从基本功能部件设计开始，设计CPU、存储器和外围接口，最终将CPU、存储器和I/0接口通过总线互连为一个完整的计算机硬件系统。

进一步考虑我们培养的学生，大多数人没有机会构造计算机系统，他们未来主要的工作只是使用计算机或编写计算机程序，所以在教学中对内容的选取也应从程序员的角度来讲解。比如，数据的表示与运算内容的讲解，应该考虑在实际语言程序中的执行情况，分析实际程序中常见的问题与误解。针对流水线等处理技术与编译优化相关，可以以MIPS为模型机进行介绍，利用MIPS模拟器为编译技术的实验提供可验证实验环境。

2.教学方法的改革

在教学内容改革的基础上，重视多门计算机课程内容的综合理解，增加了很多教学内容，这无疑会加重教师和学生的负担，所以此时的教学方法也应进行相应的改革。

（1）采用启发式教学方法。启发式教学方法是教师启发学生积极思维，使他们主动掌握知识的一种教学方法。在较多的教学内容下，教师不可能进行知识的详细讲解、分析，所以应该深刻理解课程的重点，了解计算机科学的最新发展和知识的应用情况，在必要时抛出一些问题，引导学生进行积极思考，主动探究问题的解决方法。如针对无符号数据的表示与运算，可启发学生分析C语言下和JAVA语言下的不同处理，最终理解计算机对数据运算的处理本质。

（2）突出理论知识的实际应用。计算机组成原理的教学内容多较抽象，学生理解的难度较大。教学中要注意理论知识的实现环节，针对一个理论知识点，给出其在实际系统中的应用情况，这会引起学生的兴趣。如浮点数的IEEE754表示，单纯通过讲授来掌握其表示特点非常困难，如果在实际语言环境中（比如C语言）让学生看到浮点数在机器中的二进制表示，就会非常直观。

（3）重视实验与实践教学环节。实验和实践是计算机组成原理教学过程的一个重要环节。一方面，可以进一步深化学生对理论知识的理解和掌握；另一方面，可以培养学生的实际动手能力，提高学生的学习兴趣，增强学生的创新意识。如利用一套承上启下的基于FPGA开发板的综合实验平台，不仅能完成计算机各功能部件的设计验证，也能创新性地设计CPU及整机系统。但现阶段的计算机组成原理实验设备和实验内容还有不完善的地方，在现有的教学模式下，实验和实践的课时是受限的，能突破课时限制的开放式实验环境比较匮乏。

四、小结

计算机系统是软件和硬件的组合，但未来的系统设计不应只考虑系统软件和硬件的交互，还要考虑系统和它的受控环境。目前的计算机科学教师常忽略对学科的宏观描绘，这也限制了课程的教学内容、教学方法及教学效果。本文立足于计算机组成原理，探讨了系统观下的教学改革情况。

参考文献：

[1]马辉，王丁磊.计算机组成原理[M].北京：中国水利水电出版社，2010：10-11.

[2]王丁磊.统考下的“计算机组成原理”教学方法探讨[J].计算机教育，2010（6）：91-93.

[3]王志英.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育，2013（9）：1-6.

基金项目：河南省综合改革试点专业“计算机科学与技术”（2012 -859-14）。

如何分析第一性原理的计算结果 篇12

1 电荷密度图

电荷密度图是以图的形式出现在文章中,非常直观,因此对于一般的入门级研究人员来讲不会有任何的疑问。唯一需要注意的就是这种分析的种种衍生形式,比如差分电荷密图(deformation charge density)和二次差分图(difference charge density)等等,加自旋极化的工作还可能有自旋极化电荷密度图(spin-polarized charge density)。所谓“差分”是指原子组成体系(团簇)之后电荷的重新分布,“二次”是指同一个体系化学成分或者几何构型改变之后电荷的重新分布,因此通过这种差分图可以很直观地看出体系中个原子的成键情况。通过电荷聚集(accumulation)/损失(depletion)的具体空间分布,看成键的极性强弱;通过某格点附近的电荷分布形状判断成键的轨道(这个主要是对d轨道的分析)。分析总电荷密度图的方法类似,不过相对而言,这种图所携带的信息量较小。

2 能带结构

能带结构分析现在在各个领域的第一性原理计算工作中用得非常普遍了。因为能带这个概念本身的抽象性,对于能带的分析是让初学者最感头痛的地方。关于能带理论本身,在这篇文章中不想涉及,这里只考虑已得到的能带,如何能从里面看出有用的信息。首先当然可以看出这个体系是金属、半导体还是绝缘体。判断的标准是看费米能级和导带(也即在高对称点附近近似成开口向上的抛物线形状的能带)是否相交,若相交,则为金属,否则为半导体或者绝缘体。对于本征半导体,还可以看出是直接能隙还是间接能隙:如果导带的最低点和价带的最高点在同一个k点处,则为直接能隙,否则为间接能隙。在具体工作中,情况要复杂得多,而且各种领域中感兴趣的方面彼此相差很大,分析不可能像上述分析一样直观和普适。不过仍然可以总结出一些经验性的规律来。主要有以下几点:

1)因为目前的计算大多采用超单胞(supercell)的形式,在一个单胞里有几十个原子以及上百个电子,所以得到的能带图往往在远低于费米能级处非常平坦、密集。原则上讲,这个区域的能带并不具备多大的解说/阅读价值。因此,不要被这种现象吓住,一般工作中,我们主要关心的还是费米能级附近的能带形状。

2)能带的宽窄在能带的分析中占据很重要的位置。能带越宽,也即在能带图中的起伏越大,说明处于这个带中的电子有效质量越小、非局域(non-local)的程度越大、组成这条能带的原子轨道扩展性越强。如果形状近似于抛物线形状,一般而言会被冠以类sp带(sp-like band)之名。反之,一条比较窄的能带表明对应于这条能带的本征态主要是由局域于某个格点的原子轨道组成,这条带上的电子局域性非常强,有效质量相对较大。

3)如果体系为掺杂的非本征半导体,注意与本征半导体的能带结构图进行对比,一般而言在能隙处会出现一条新的、比较窄的能带。这就是通常所谓的杂质态(doping state),或者按照掺杂半导体的类型称为受主态或者施主态。

4)关于自旋极化的能带,一般是画出两幅图:majority spin和minority spin。经典的说,分别代表自旋向上和自旋向下的轨道所组成的能带结构。注意它们在费米能级处的差异。如果费米能级与majority spin的能带图相交而处于minority spin的能隙中,则此体系具有明显的自旋极化现象,而该体系也可称之为半金属(half metal)。因为majority spin与费米能级相交的能带主要由杂质原子轨道组成,所以也可以此为出发点讨论杂质的磁性特征。

5)做界面问题时,衬底材料的能带图显得非常重要,各高对称点之间有可能出现不同的情况。具体地说,在某两点之间,费米能级与能带相交;而在另外的k的区间上,费米能级正好处在导带和价带之间。这样,衬底材料就呈现出各项异性:对于前者,呈现金属性,而对于后者,呈现绝缘性。因此,有的工作是通过某种材料的能带图而选择不同的面作为生长面。具体的分析应该结合试验结果给出。

3 态密度

态密度(Density of States,简称DOS)。原则上讲,态密度可以作为能带结构的一个可视化结果。很多分析和能带的分析结果可以一一对应,很多术语也和能带分析相通。但是因为它更直观,因此在结果讨论中用得比能带分析更广泛一些。简要总结分析要点如下:

1)在整个能量区间之内分布较为平均、没有局域尖峰的DOS,对应的是类sp带,表明电子的非局域化性质很强。相反,对于一般的过渡金属而言,d轨道的DOS一般是一个很大的尖峰,说明d电子相对比较局域,相应的能带也比较窄。

2)从DOS图也可分析能隙特性:若费米能级处于DOS值为零的区间中,说明该体系是半导体或绝缘体;若有分波DOS跨过费米能级,则该体系是金属。此外,可以画出分波(PDOS)和局域(LDOS)两种态密度,更加细致的研究在各点处的分波成键情况。

3)从DOS图中还可引入“赝能隙”(pseudogap)的概念。也即在费米能级两侧分别有两个尖峰。而两个尖峰之间的DOS并不为零。赝能隙直接反映了该体系成键的共价性的强弱:越宽,说明共价性越强。如果分析的是局域态密度(LDOS),那么赝能隙反映的则是相邻两个原子成键的强弱:赝能隙越宽,说明两个原子成键越强。上述分析的理论基础可从紧束缚理论出发得到解释:实际上,可以认为赝能隙的宽度直接和Hamiltonian矩阵的非对角元相关,彼此间成单调递增的函数关系。

4)对于自旋极化的体系,与能带分析类似,也应该将majority spin和minority spin分别画出,若费米能级与majority的DOS相交而处于minority的DOS的能隙之中,可以说明该体系的自旋极化。

5)考虑LDOS,如果相邻原子的LDOS在同一个能量上同时出现了尖峰,则我们将其称之为杂化峰(hybridized peak),这个概念直观地向我们展示了相邻原子之间的作用强弱。

4 结束语

以上是本人基于文献调研所查阅的一些关于第一性原理工作的结果分析要点。期冀能对刚进入这个领域内的科研工作者有所启发。受本人的水平所限,文章的内容可能会有理论上的不足甚至错误之处,希望大家指出,共同发展利用第一性原理计算材料物理性能的方法和研究内容。

致谢:感谢东南大学材料科学与工程学院于金教授的有益讨论。

摘要：该文主要介绍了利用第一性原理计算软件开展的材料设计和计算工作,第一性原理计算的结果分析要点。主要是从电荷密度图、能带结构、态密度等三个方面进行讨论。

关键词：第一性原理,电荷密度图,能带结构,态密度

参考文献

[1]熊志华.基于密度泛函理论的第一性原理赝势法[J].江西科学,2005,23(1).

[2]严辉.第一原理方法在材料科学中的应用[J].北京工业大学学报,2004,30(2).

[3]张富春.ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算[J].光学学报,2006,26(8).