硬件课程（共12篇）
硬件课程 篇1
计算机科学与技术专业在全国高校中几乎都有开设, 虽然经过了近二十年的计算机专业人才的培养, 社会对计算机专业人才的需求量仍然很大, 只是所需的人才模式发生了变化, 特别在近几年对硬件人才的需求增加。
1、当前计算机科学与技术专业硬件课程教学现状。
1.1 学校在专业建设上的误区, 因为计算机硬件教学特别需
要相应的实验设备配套, 而硬件实验设备需要一定的经费支持, 所以很多学校都把重点放在软件和理论教学上, 造成学校整体对计算机硬件教学的轻视, 严重影响学生的学习积极性。
1.2 教学内容的关联性差:
一般院校的硬件课程包括电路和模拟电子技术、数字电子技术、计算机组成原理、汇编语言和接口技术。在很多学校中由于教学任务的分配问题, 电子技术基础和计算机专业课由不同的教学单位担任, 在教学中很难保证学生对计算机硬件课程有一个整体的认识。
1.3 学生学习上的误区:
很多学生在学习电子技术课程时不了解这门课程在计算机科学与技术专业的作用, 学习上缺乏主动性, 不认真学习, 使得此门课程的学习不扎实。计算机组成原理、接口技术的课程特点是相对抽象, 特别是接口技术课程由于主要地芯片的学习, 内容繁杂, 不容易学习和掌握, 很多学生学习上没有积极性。学生在学习中有一些错误认识, 一是认为计算机硬件和软件是截然分开的;二是认为在今后的工作中不会去制造计算机, 从而认为没有学习硬件课程的必要, 对硬件课程的学习没有热情。
1.4 教学内容重复和陈旧:
在计算机组成原理、汇编语言、操作系统中有部分内容重复, 在授课中如果不能很好的对它们进行阐述, 容易使学生感到厌烦, 从而严重影响学习态度。另外很多课程的教学内容陈旧, 与实际应用脱节。如开设8086汇编语言, 和以8086微处理器为主芯片的接口技术。学生的学习针对性不强, 理论联系实际缺少, 影响学生的学习效果。
1.5 编程困难:
现在开设的接口技术课程一般都是用汇编语言编程, 学生们感觉编程困难, 同时使得硬件课程和软件设计好象完全分开。没有体现出C语言等软件课程与硬件编程的联系。
2、改变学生学习态度和认识的方法研究
2.1 看到社会对硬件人才的需求
在课常教学中要给学生介绍当前社会对硬件人才的需求, 目前主要有以下两方面的需求:
1) 硬件维修市场需求
随着计算机的广泛普及使用, 计算机外设产品种类的不断增加, 对计算机硬件维护和外设维修的人才需求量急速增加, 来自中国家电维修协会的权威调查报告显示, 维修市场规模已达400亿元, 且每年按30%的速度递增。其中电脑及外设维修行业正在成为维修市场的一块巨大的"奶酪", 电脑及外设维修不断攀高的服务需求正刺激着整个行业, 巨大的利润吸引了众多的淘金者。据有关部门统计, 随着电脑行业在中国的发展, 目前中国电脑用户总计五千多万, 且每年还在大规模的递增, 可见, 电脑数量的剧增为电脑及外设维修行业提供了广阔的发展空间和巨大的潜在市场。
2) 硬件相关技术设计人才的需求
随着计算机控制技术的发展, 特别是嵌入式系统的快速发展, 社会上对硬件工程师的需求量逐年递增。但是对人才的实际动手能力要求较高。
2.2 改变课堂教学手段
1) 事例教学
在计算机科学与技术专业的硬件体系课的教学中, 加强基础课与后续专业的联系, 对硬件课教师进行体系化教学的培训。在课堂教学中打破课本的原有章节, 实行事例教学法。将日常生活中涉及到计算机硬件的例子向学生进行展示, 如接口技术课中可以把在工业控制、智能仪器仪表等, 特别是学生身边常见到的家用电器、智能交通、公共汽车报站系统、电子考勤机、门铃报警电话等常见设备展示给学生, 然后再通过一个比较实用又不太复杂的产品作为例子, 给学生讲解它的设计过程, 从而启发学生的学习欲望, 并且把接口技术这门内容繁杂的课程变得相对有趣, 使得学生认识到只要掌握相关的软硬件知识, 也能自己动手开发出实用的电子产品。
2) 任务驱动法
在学生有了一些相关课程的基础知识后, 采用任务驱动法教学。任务驱动法是基于探究性学习和协作学习的一种模式, 它要求师生改变传统的观念和角色, 充分发挥学生在学习中的主体作用和教师在教学中的组织、引导、促进、控制、咨询作用, 将学生认为枯燥的知识转变为生动的学习内容。将任务驱动思想与计算机硬件课教学结合, 构造出全新课题式教学内容体系, 把所要讲授的各项理论知识和实践技能按由浅人深、现学现用的原则分解到一个个具有明确应用目标的课题任务中, 让学生在规定时间内依次完成这些任务来达到教学目的。在实验教学过程中, 任务驱动法要求以完成一个个具体实验任务为线索, 把单片机的理论教学内容巧妙地隐含在每个实验任务之中。引导学生学会如何去发现和思考、如何去寻找解决问题的方法, 最终让学生通过自己的努力和老师的指导, 解决问题。在教学中充分发挥学生的自主学习, 使他们在钻研的乐趣中掌握知识, 用成就感提高学生的学习信心, 从而改变现在的学习状况, 使得计算机硬件教学取得好的效果。
2.3 改革考核方法
改变过去一张试卷的考核方式, 将考核分解为平时、实验、试卷和大作业几部分。要求学生在平时的课堂练习和课生作业中就要认真完成, 实验中根据任务的完成情况计分。在期末给学生布置一个大的题目, 让他们利用课下的时间通过查阅资料和自主研究设计完成一个系统, 将其作为课程考核的一块重要内容。这种多样化的考核手段, 使得学生可以感觉到对自身能力的综合评定, 不是一试定成绩, 加大他们的学习主动性, 提高学习效果。
3、结语
为了使得计算机科学与技术专业学生的实际动手能力提高, 培养出符合社会需要的应用型人才, 必须要从学生的学习自主性入手。通过改变现有的学生学习态度和对硬件课程的认识, 再改变理论和实践教学的手段, 使学生们对课程的兴趣提高, 在自主的学习中获得成就感, 更好的掌握硬件知识。
摘要：在计算机科学与技术专业中普遍存在轻硬件重软件的情况, 学生对硬件课程的学习没有热情。随着计算机技术的发展, 社会上对硬件人员的需求逐年增加, 在如今大学生就业压力日益增大的情况下, 让计算机科学与技术专业的学生能够掌握一定的硬件实践能力, 会为他们的日后工作打下良好的基础, 提供更广泛的就业渠道。
关键词：硬件课程,学习态度,自主学习
参考文献
[1].张小鸣.计算机应用专业硬件学习创新教学[J].实验室研究与探索, 2003, 22 (1) :33-38.
[2].李心广, 黄红桃.面向21世纪计算机专业硬件教学改革的研究[J].中国现代教育装备, 2007, 2:41-42.
[3].张红梅, 冷英男, 傅越千等.应用型本科计算机专业硬件基础课程改革[J], 宁波工程学院学报, 2006, 18 (4) :67-70.
硬件课程 篇2
from你们的老学长
说明：哈哈哈哈哈哈，学长造福学弟学妹们啦。有这个在手，还怕51硬件实验吗？哈哈哈哈哈哈（都能直接运行的，下载了别忘记给5分，或者跟我说声：好人一生平安）
实验2
#include
{
unsigned int i;
for(i=0;i<100;i++);
} void main(void)
{
unsigned char num,i=0;
while(1)
{
P1 = 0xff;
num = P1&3;
switch(num)
{
case 0:
P1 = 0xff;
break;//灯全灭
case 1:
if(i<100)P1 = 0xf3;
else P1 = 0xff;
break;//两个灯闪烁
case 2:
if(i<100)P1 = 0xcf;
else P1 = 0xff;//两个灯闪烁
break;
case 3:
if(i<100)P1 = 0x00;
else P1 = 0xff;//四个灯闪烁
break;
}
delay();
i++;
if(i>200)i = 0;
}
}
东华学子加油
from你们的老学长
实验3 #include
#define Out_port XBYTE[0xcfa0] void delay(unsigned int time)
{
char i;
for(;time>0;time--)
for(i=0;i<5;i++);
} void led_out(unsigned char dat)
{
Out_port = ~dat;
} void main(void)
{
char i=0;
led_out(0x11);//两个路口的红灯全亮
delay(30000);
while(1)
{
led_out(0x12);//东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮
delay(30000);
while(i<5)//东西方向黄灯闪烁5次
{
led_out(0x10);
delay(1000);
led_out(0x14);
delay(1000);
i++;
}
i=0;
while(i<10)//****将黄灯闪烁10
{
led_out(0x00);
delay(1000);
led_out(0x44);
delay(1000);
i++;
东华学子加油
from你们的老学长
}
led_out(0x21);//东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮
delay(30000);
i=0;
while(i<5)//南北方向黄灯闪烁
{
led_out(0x01);
delay(1000);
led_out(0x41);
delay(1000);
i++;
}
/*led_out(0x03);
delay(1000);*/
}
}
实验5 #include
#define Out_port XBYTE[0xcfb0] void delay(unsigned int time)
{
char i;
for(;time>0;time--)
for(i=0;i<5;i++);
} void led_out(unsigned char dat)
{
Out_port = ~dat;
} void urgent(void)interrupt 0//***将闪烁时间改为10秒
{
unsigned int i;
EA = 0;//现在不允许中断 while(i<25){
led_out(0x11);
delay(1000);
led_out(0x00);delay(1000);
i++;}
东华学子加油
from你们的老学长
i=0;
EA = 1;
} void main(void)
{
char i=0;
IT0 = 1;
EX0 = 1;
EA = 1;
led_out(0x11);
delay(30000);
while(1)
{
led_out(0x12);
delay(30000);
while(i<5)
{
led_out(0x10);
delay(1000);
led_out(0x14);
delay(1000);
i++;
}
led_out(0x11);
delay(1000);
led_out(0x21);
delay(30000);
i=0;
while(i<5)
{
led_out(0x01);
delay(1000);
led_out(0x41);
delay(1000);
i++;
}
led_out(0x03);
delay(1000);
}
}
东华学子加油
from你们的老学长
实验六
注意更改为“。Asm“文件不要用。C文件编译
NAME
T6
;定时器实验
CSEG AT 0000H
LJMP START
CSEG AT 001BH
;定时器/计数器1中断程序入口地址
LJMP INT
CSEG AT 4100H START: MOV
A,#01H
;首显示码
CPL
A
MOV
R1,#03H
;03是偏移量，即从基址寄存器到表首的距离
MOV
R0,#05H
;05是计数值
MOV
TMOD,#10H;计数器置为方式1
MOV
TL1,#0AFH;装入时间常数
MOV
TH1,#03CH
ORL
IE,#88H
;CPU中断开放标志位和定时器
;1溢出中断允许位均置位
SETB
TR1
;开始计数 LOOP1: CJNE
R0,#00,DISP
MOV
R0,#05H
;R0计数计完一个周期，重置初值
INC
R1
;表地址偏移量加1
CJNE
R1,#21H,LOOP2
MOV
R1,#03H
;如到表尾，则重置偏移量初值 LOOP2: MOV
A,R1
;从表中取显示码入累加器
MOVC
A,@A+PC
CPL
A
JMP
DISP
DB
01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,0FFH
DB
0FEH,0FCH,0F8H,0F0H,0E0H,0C0H,80H,00H
DB
03H,0FH,3FH,0FFH,0FCH,0F0H,0C0H,00H
DISP:
MOV
P1,A
;将取得的显示码从P1口输出显示
JMP
LOOP1 INT:
CLR
TR1
;停止计数
DEC
R0
;计数值减一
东华学子加油
from你们的老学长
MOV
TL1,#0AFH;重置时间常数初值
MOV
TH1,#03CH
SETB
TR1
;开始计数
RETI
;中断返回 END 实验11 #include
#define Led_dat XBYTE[0xcfe8] #define Led_ctl XBYTE[0xcfe9] char g;void Display_byte(unsigned char loc,unsigned char dat)
{
unsigned char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
loc &=0xf;
Led_ctl = loc|0x80;
Led_dat = table[0];
/*显示高4位*/
loc++;
Led_ctl = loc|0x80;
g=dat&0xf;
if(g==6)
g=4;
if(g==7)
g=5;
if(g==8)
g=6;
if(g==9)
g=7;
if(g==0xc)
g=8;
if(g==0xd)
g=9;
Led_dat = table[g];
/*显示低4位 */
}
void main(void)
{
Led_ctl = 0xd1;
while((Led_ctl&0x80)==0x80);
Led_ctl = 0x31;
while(1)
{
if((Led_ctl&0xf)==0)continue;
东华学子加油
from你们的老学长
Led_ctl = 0x40;
Display_byte(0,Led_dat);
}
}
/*switch(表达式){
case 常量表达式1:
语句1;
break;
case 常量表达式2:
语句2;
break;
……
case 常量表达式n:
语句n;
break;
default:
语句n+1;
break;}
*/
实验15
#include
#define Led_dat XBYTE[0xcfe8] #define Led_ctl XBYTE[0xcfe9] #define ad_port XBYTE[0xcfa0]
void Display_byte(unsigned char loc,unsigned char dat)//中断结果处理后显示在数码管上
{
unsigned char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
loc &=0xf;
Led_ctl = loc|0x80;
Led_dat = table[dat>>4];
/*显示高4位*/
东华学子加油
from你们的老学长
loc++;
Led_ctl = loc|0x80;
Led_dat = table[dat&0xf];
/*显示低4位*/
} void delay(unsigned int t)
{
for(;t>0;t--);
} void main(void)
{ /*中断*/
EA=1;IT0=1;EX0=1;//初始化设置中断 /*中断*/
Led_ctl = 0xd1;
while((Led_ctl&0x80)==0x80);//?
Led_ctl = 0x31;
/* while(1)
{
ad_port = 0;
while(INT0);
while(!INT0);//??
Display_byte(0,ad_port);
delay(10000);
}*/ ad_port = 0;while(1);//让程序停在这儿等待中断
} void vb()
interrupt 0 //中断函数当数值转化完成后将数值显示出来 {
if(ad_port>0xf0)
P1=0xfe;if(ad_port<0x10)
P1=0xfd;if(0x10
Display_byte(0,ad_port);
delay(10000);
硬件课程 篇3
【关键词】硬件 宏观和微观 抽象和具体 具体和生动
目前我校在计算机专业中开设了若干硬件课程，本人主要承担了《单片机原理及其接口技术》、《嵌入式系统原理及应用》、《PLC编程及应用》等课程的理论教学和实验教学方面的工作。由于计算机专业的培养目标和电气自动化及电子仪器专业的培养目标不同，计算机专业不可能过多的开设电子、电路原理及设计方面的课程，同时又由于课时所限，不可能在有限的时间内给学生作深入细致的讲解，这给学生学习硬件课程带来困难的同时更给老师的教学方式、方法、教学艺术提出了更高的要求。根据本人的教学实践，谈谈在硬件课程教学方面的体会。
一、把微观的讲宏观
大规模或超大规模集成电路技术是计算机硬件发展的基础。在单片机、嵌入式、PLC的CPU芯片上集成了数量众多的微电子器件，具体表现为各种工作寄存器、控制寄存器、状态寄存器、外围接口电路以及各种控制逻辑电路，这些摸得着、看不清的微小的器件组成了具备人脑功能的一种具有高度智能化的电子装置。在讲授这部分内容时，要给学生讲明白，这种装置的组成道理和其它物体、设备如汽车、楼房一样，是各种部分的有机组合形成的，把这种微观的东西想象成宏观的东西进行理解，拉近学生与硬件的距离。
二、把抽象的讲具体
计算机专业的学生只是学习、使用硬件而不是开发、设计硬件，各种微控制硬件逻辑电路设计原理对他们来说是复杂和抽象的，但是作为使用来说，学生只需要知道硬件的组成部分、各部分具有的功能和如何使用就足够了；使用硬件或者说支配硬件都是通过指令的方式，指令执行的过程就是控制硬件动作的过程，尽管微电路中硬件的动作我们并看不到，但是它们对外输入、输出的引脚信号状态电路的变化有些是可以测量观察到的，也就是说这些东西并不深奥。而只是高度集成化了使人感到有些抽象，我们完全可以把它们看成透明的东西。
三、把具体的讲生动
在内存管理方面，不论PC机还是各种单片机、ARM系列内核、PLC的CPU模块一般都是以字节为单位进行编址管理的，这就可以把内存看作一个教室，内存的每个单元相当于一排排的座位，其地址编码对应于每排的序号，单元的每个位对应于每个座位号；在段页式内存管理中，可以把一个教室看作一个段，一个教学楼看作整个内存空间，一个教室的房间号相当于段的编号，如此，可以帮助学生很快理解内存管理的方式、方法。同时、对内存的扩展，不外乎就是在教室里增加几排座位或几个教室而已。
四、硬件教学要有可操作性
在硬件教学中要把复杂的电路原理将简单，一个复杂的硬件模块对外的表现就是一些引脚，要让学生深刻理解各个引脚的含义和使用，理解引脚信号的对应连接，从硬件电路上找到信号的根源，从实物器件上找到引脚与外部信号线的连接，并说明连接的道理和原因，使学生对信号线的认识深刻而清楚，增强学生对硬件可操作性的认识；同时要加强学生实践动手能力的培养，这包括软件编程能力和硬件接口能力的培养两个方面，在这类课程中软、硬件是紧密结合、对应的，软件编程受硬件的地址规定、功能特性、指令使用的限制，软件是在硬件认可的方式下进行。
五、接口问题的共性解决思路
一个CPU芯片，就像一个人的大脑，只是具备了一定“思维运算”的能力，还不具备与外界打交道、解决实际问题的能力，要与外界打交道就需要给它配上“眼”、“耳”、“鼻”、“口”“舌”、“手”，“脚”等协同部件，就像一个人，如何感受信息、表达信息，如何根据自己的意愿产生动作、达到自己的目的，就必须有自己的五官和四肢一样，CPU芯片也要具备这些外围功能器件它才能发挥功能，如果它缺少某些器件就必须缺什么补什么，这就形成了接口技术，很多功能器件都可从市场上买到自己扩展。现在有些接口电路如串口通信、中断系统等做在CPU芯片里面了，但它们仍属于接口电路部分，通过其外部引脚来使用它们。接口问题就像解决日常生活中的问题一样，当自身的能力不够时可以通过与外部力量的合作帮助解决。
六、实验教学与理论教学的统一
计算机硬件的理论教学和实验教学是紧密联系的，理论教学的内容要在实验教学中贯彻和理解，理论教学甚至可以在实验室中进行；硬件教学的实验设备在市场上有很多产品可以选择，但实际上这些封装好的产品不利于对学生硬件原理和内容的真正理解，有条件的话还是提供实验材料和实验平台自己搭建硬件电路完成实验内容，这样可以更好地理解理论方面的内容。
七总结
计算机硬件课程的改革和探索 篇4
关键词：计算机硬件,课程改革,改革与探索
随着我国信息化水平的提高,计算机课程逐渐成为当前教育体系的必修课程,在计算机课程教学体系中,以《计算机组成原理》、《操作系统》、《计算机系统结构》等课程为代表的计算机硬件课程具有理论性强、应用范围广、与社会需求联系紧密等特点,因而在计算机教学体系中占据重要的地位。然而,目前我国计算机教育中存在“重软轻硬”的现象,加之计算机硬件课程体系设置不合理、教师教学方法的不灵活、学生缺乏必要的动手和实践能力等因素影响,[1]计算机硬件课程在实际教学效果中存在一定的问题,因而如何有效进行计算机硬件课程的改革、探索一条现代化的计算机硬件教学方法显得尤为重要。
1 计算机硬件课程教学中的问题
1.1 教师在计算机硬件教学中的问题
传统计算机硬件课程教学过程中,教学方法以理论讲授为主,但计算机硬件知识理论性较强、学习相对枯燥且理解相对困难,导致学生的学习兴趣不高;此外,由于计算机硬件的更新频率较快,绝大部分教师缺乏计算机硬件领域最新的理论知识,让学生感到硬件学习与软件相比实用性较差,进一步降低了当前计算机硬件课程的教学质量。
1.2 学生在计算机硬件学习中的问题
长期以来,受传统计算机教学观念的影响,计算机硬件课程作为计算机基础教学的附属品难以收到足够的重视,学生在学习时往往只是纸上谈兵、缺乏足够的实践能力培养,体现在很多学生在计算机硬件课程学习后,在打开机箱后甚至不知道内存条的位置;[2]另一方面,当前部分院校计算机硬件实验设施相对落后,难以与教材中的计算机硬件知识同步,导致单纯的理论学习降低了学生的学习兴趣。
1.3 计算机硬件课程设置的问题
当前计算机硬件课程除理论学习外,通常采用实验教学对教师的理论课程进行基础验证,然而计算机是一个由硬件和软件构成的系统,具有很强的系统性,当前的理论学习和实验实践缺乏足够的交叉和互补,在计算机体系教学中计算机硬件课程的设置有时会与部分软件有重复性知识或者有遗漏的知识,[3]导致整个计算机知识体系不完整、不健全;此外,在对计算机硬件课程的评价上缺乏规范量化,影响学习评价的客观性和公正性。
2 计算机硬件课程教学的改革和探索
2.1 运用信息化手段,提高教师整体素养,创新计算机硬件课程教学方法
教师在计算机硬件学习中占据重要地位,因而可以借助信息化的手段,培养一支知识和技能一流的教师队伍,加强教师之间的交流学习,建设优秀的硬件课程教师团队的建设,为计算机硬件教学的提高奠定基础。教师可利用现代化的教学工具,灵活运用任务驱动、探究学习等新型教学方法将计算机硬件教学内容细化为多个灵活的教学目标,激发学生学习硬件课程的兴趣,提高学生学习的主动性与积极性,并在学习的过程中增强学生分析、解决问题和团队协作的能力。
2.2 改革计算机硬件课程体系结构,强化软件课程和硬件课程联系
计算机是由硬件和软件构成的系统,因而在课程设置上也要注重硬件课程和软件课程的体系建设,改变目前课程体系设置中重视软件忽视硬件的现状,在建设过程中要科学设置硬件课程和软件课程的比例,注重计算机硬件课程在课程体系中的地位,整个课程体系的知识构建要避免知识点的重复和遗漏,保证学生在学习过程中计算机硬件课程的连续性和完整性。这要求教师在教学过程中应注意课程间的相互衔接,注意知识点的互补;教师间加强沟通交流,在教学过程中对软硬件课程的教学内容进行适当的穿插。
2.3 提高硬件知识和硬件实验设施的先进性,加强学生实践能力
计算机的快速更新换代要求我们在教学时要注意对计算机知识和实验设施的更新换代,专业的实验教材可以由专业教师来完成,以保证教学理论和学校实验设施的一致性。在计算机硬件上,学校应增加资金和人力投入,每3-5年对实验室进行更新以保证学生的学习需求[4]。作为计算机硬件课程的学习,学生的实践能力是学习质量的重要保障,学校应努力建设各种硬件综合实践实验室,教师对学生进行针对性的训练以全面、系统的提升学生的实践能力。
2.4 运用现代化教学方法,培养新型实践教学模式,改革评价方法,培养学生的创新能力
传统计算机硬件教学通常是先进行理论教学、再做相应的实验。这种单一的教学模式下学生大多只是对讲授内容进行机械式验证,不利于学生创新能力的培养。因而在计算机硬件教学中,依照加强基础、拓宽专业、注重实践、提高素质的教学方针,运用现代化教学方法,构建“设计型一探索型-协作型”等多层次实践教学模式,[5]以学生动手实践为主,教师指导为辅,充分发挥学生的主观能动性和创造性。在计算机硬件课程考核上应建立全面的量化评价标准来调动学生参与学习的积极性,保证考核的公正性和客观性。
3 结束语
笔试题硬件核心 篇5
1、微机计算机硬件系统中最核心的部件是
A) 主板 B) CPU C) 内存储器 D) I/O设备
2、为解决某一特定问题而设计的指令序列称为
A) 文档 B) 语言 C) 程序 D) 系统
3、下列关于系统软件的四条叙述中，正确的一条是
A) 系统软件与具体应用领域无关 B) 系统软件与具体硬件逻辑功能无关
C) 系统软件是在应用软件基础上开发的 D) 系统软件并不具体提供人机界面
4、下列几种存储器中,存取周期最短的是
A) 内存储器 B) 光盘存储器 C) 硬盘存储器 D) 软件盘存储器
5、微型计算机键盘上的Shift键称为
A) 回车换行键 B) 退格键 C) 换档键 D) 空格键
6、计算机能直接识别和执行的语言是
A) 机器语言 B) 高级语言 C) 汇编语言 D) 数据库语言
7、与十进制数254等值的`二进制数是
A) 11111110 B) 11101111 C) 11111011 D) 11101110
8、下列术语中,属于显示器性能指标的是
A) 速度 B) 可靠性 C) 分辨率 D) 精度
9、在计算机领域中通常用MIPS来描述
A) 计算机的运算速度 B) 计算机的可靠性 C) 计算机的可运行性 D) 计算机的
可扩充性
10、在下列四项中,不属于OSI(开放系统互连)参考模型七个层次的是
硬件课程 篇6
随着计算机技术的飞速发展，其应用在日常生活中的各个领域不断得到扩展，特别是近年来各种智能技术的应用，使得各种计算机系统开发人员的需求不断增加。计算机专业现已成为了各高校的通用性专业，作为独立学院，计算机硬件类课程无论是师资还是实验室建设等方面来看都相对薄弱，培养出来的计算机人才不论是从数量上还是从质量上来看，都无法满足市场的需求。
计算机硬件类课程教学中存在的问题
教学体系、内容设置不合理。独立学院在开办之初，课程设置内容很多难免照搬本部，而没有考虑独立学院学生的生源质量。我院早期开设的计算机硬件类课程主要包括：《电路分析基础》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《汇编语言程序设计》、《微机原理及接口技术》、《单片机原理及应用》、《计算机组成与体系结构》、《嵌入式系统及应用》等。这些课程的开设，其难度基本上跟电子类专业是一致的。在教学内容上很多课程难免有重叠部分，比如中断、接口控制方面的内容在《微机原理及接口技术》、《单片机原理及应用》、《计算机组成与体系结构》等课程中均有涉及。课程内容的重叠一方面将会占用了十分有限的学时，另一方面也会使学生感到疲劳，影响学习效果。同时，在教学内容方面难免有些陈旧，在讲授基础知识的基础上，又缺乏对新知识的讲解、引导，对学生缺乏吸引力，难以激发学生的兴趣。
教学内容上“重软偏硬”。硬件系统和软件系统作为计算机系统的两大组成部分，二者相互依存、不可分割，共同构成了完善科学的计算机知识体系。作为一个合格的计算机专业毕业生应具备良好的计算机软硬件开发技术、能力，但由于软硬件课程自身特点不同（比如软件系统开发比较容易上手，容易看到实际结果）以及独立学院自身定位问题（多以培养应用型人才为主），独立学院在师资、教学设备等方面的制约，计算机专业硬件类课程的学时也被逐步压缩，同时教学及实验室方面的建设明显不够，导致硬件类课程逐步边缘化，相比较软件类课程少之又少，因此“重软轻硬”的现象十分普遍。
实践教学重视不够，缺乏创新。在硬件类课程教学过程中，理论教学与实践教学同等重要，实践教学可以让学生更好地理解、掌握硬件知识。但是，大多数独立学院的计算机硬件类课程教师自身的实践经验不足，教师在授课过程中难免会出现没有考虑学生的实际情况，过分强调理论知识，而忽视了对学生实际动手能力的培养。同时，由于实验课时、实验设备等方面的影响，开设的实验大多数都是验证性的，设计性实验和创新性实验所占的比例较小。其次，授课教师在实验环节上缺乏整体把握，不同课程之间的实验缺乏必要的联系，创新性不足。
计算机硬件类课程教学改革实践
优化课程体系，更新课程内容。根据多年的教学实践、总结，结合独立学院生源质量的实际情况，首先对教学体系上进行了优化。在基础课层面上，将《电路分析基础》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》3门课进行了整合优化，开设了《电路和数字逻辑》，突出强调数字电路知识，使学生能够理解电路处理信息的方法和技巧。在系统原理层面上，将《汇编语言程序设计》和《微机原理及应用》两门课进行结合，以理论为主，掌握系统模块原理为目的，主要让学生深入理解处理器、存储器、中断和接口等内容的原理。在系统应用层面上，以单片机应用为核心，加强学生动手实践为主。
改进教学方法，激发学生兴趣。“兴趣是最好的老师”，只有切实提高学生对硬件类课程的学习兴趣，学习效果将会事半功倍。首先，让学生认识到硬件类课程的重要性，提高他们学习的主动性和积极性。在每年新生入学专业介绍时，都会有教师给学生讲解硬件类课程在整个课程体系中的位置、发展方向，并在学习方法上给学生一定的指导。其次，授课过程中，先给出实际案例，通过软件演示的方式让学生能看到实际结果，吸引学生的学习兴趣然后再深入浅出的讲解相关理论知识。同时，教师需要及时了解学生的学习情况，了解学生对学习内容（特别是重难点）的接受、理解情况。最后，积极组织学生参与到各种实践活动中来，让学生的学习成果得到检验，提高他们的学习动力。
加强实践教学，提高学生创新能力。强大的师资力量是培养高素质人才的重要前提，近年来，我院不断加强师资建设，积极鼓励教师申报和参与各种院级、省级教科研项目，提高自身的实践经验。同时，我院不断加强实验室建设，积极为学生提供良好的实验环境，在实验内容上，不断加大设计性试验和创新性实验比例；另外，在实验课程外还通过课程设计等实践教学活动加强对学生动手能力的培训。
积极引导学有余力的学生去学习各种新的技术（比如ZigBee技术、射频识别技术）；同时，鼓励学生积极参加学科竞赛，让学生能够运用所学的知识，提高自己的实际动手能力，在近几年参与的“赛佰特杯”全国大学生物联网创新设计大赛中均有学生获奖。
本文以长江大学工程技术学院为例分析了计算机硬件类课程教学中存在的一些问题，并在实际教学过程中从教学体系、教学内容、教学方式、实践教学等方面进行了一些探索；从近年毕业生就业情况和学科竞赛情况来看，这些教学改革实践取得了一定的效果。
基金项目：长江大学工程技术学院教学研究基金项目（JY201413）。
硬件课程 篇7
关键词：项目驱动,理论教学,实践教学,CPU
1. 引言
随着计算机技术的广泛应用,计算机硬件的发展也势不可挡地进入了嵌入式时代,计算机组成原理的教学应与当前计算机硬件应用密切结合。目前很多学校致力于计算机组成原理的课程改革,CDIO教育模式着力于培养工程专业学生工程基础能力、个人能力、团队能力和工程系统能力,培养适应工程企业需要的,具有工程专业能力、创新创业能力的工程师。目前计算机专业的的学生普遍存在技术应用能力不强的问题,基于CDIO工程教育模式的计算机组成原理课程改革具有重要意义。
2. 理论教学改革
结合计算机硬件工程人才的需求,分别从计算机组成原理的教学内容、教学过程、教学方法手段等方面提出了课程教学改革的方案。
2.1 教学内容改革
计算机组成原理课程教学内容主要包括常用的计算机电路及器件、计算机中数据和信息的表示、计算机组成硬件电路等,其中计算机系统的运算器、存储器、指令系统、控制器和输入输出系统的工作原理及设计方法为教学的重点内容。根据应用型人才培养要求调整教学内容,选择应用性较强、贴切计算机硬件发展与应用的知识。对于教学中陈旧的内容大胆舍去,最新的技术内容融入到教学中,结合当前计算机硬件技术的特点开展基于verilog的硬件编程教学并开展基于FPGA的小型计算机系统课程设计。
2.2 教学过程改革
计算机组成原理教学中基于CDIO模式的教学开展教学,教学过程分三个阶段开展,第一阶段,学生在了解和掌握计算机硬件系统概念的基础上,组织学生就计算机硬件基本组成部件进行调查研究,基于小组讨论,采用主题讨论式教学方式,对计算机硬件基本知识和目前计算机硬件研究成果进行讨论,从而达到知识巩固,将工程应用与理论进行结合。第二阶段,建立课题项目组,拟定计算机硬件设计题目,项目组成员到计算机市场调研,经过系统需求可行性分析拟定出多种计算机硬件课题设计方案。方案既可以是对已有成果的改进或完善,也可以提出自己的自己的计算机硬件设计方案,每个方案经过小组讨论后,最终确定总体设计方案。第三阶段,项目组完成计算机硬件设计和改进方案,总结课题设计方案,把在课题开发过程中遇到的问题及解决方案撰写成课题报告,进行课题答辩。基于CDIO的教学使学生应用实践能力、表达能力和科技写作能力在得到综合性提高。
3. 实践教学环节改革
计算机组成原理实践课程设置的目的是通过该课程的学习和实践,帮助学生建立计算机系统的整机概念,使学生掌握计算机的工作原理,深刻理解软件在计算机硬件上被执行的过程。实践教学环节的改革主要从以下三个方面开展。
(1)实验教学内容通过选取应用性强,知识点全面的综合实践项目,优化课程设计题目,要求学生在学习基本知识的基础上,从实用和创新的角度出发选择题目。形成一个以项目为中心、教师为主导、学生为主体的教学过程,达到全面培养学生的实践动手能力、综合设计能力的目的。
(2)优化实验教学体系,改革实验课程与相关理论课程的关系,不再将实验课作为理论课程的辅助教学,课前布置预习任务,课上首先对预习进行检查、改革实验考核方法考核过程注重实验过程及实验结果的论证,加大对平时成绩的考核比重及力度。
(3)实践教学添加开放性实验,开放性实验由学生自主选择感兴趣、应用性强的题目,提交题目方案,由于开展计算机组成原理实验采用的是口袋实验室,学生可以将口袋实验室借回实验室自主完成实验,使开放性实验的时间和地点更为灵活。
4. 课程案例的选取
计算机组成原理是一门综合性较强的专业基础课程,课程内容涉及存储器技术、CPU设计技术,控制器设计技术等,将CPU的设计整合到一个应用案例中使学生理解CPU的设计技术和方法。
基于前导课程对于EDA及VHDL语言的学习,采用Vivado软件开展译码电路设计、控制器设计、运算器设计、存储器设计等基础实验。
在基础实验的基础上,进一步开展CPU设计的综合实验,通过简化的RISC_CPU的设计和仿真过程,使学生掌握CPU的基本原理和设计方法。
第一阶段,时钟的设计,结合计算机组成原理时序设计及时钟的工作特点,完成时钟发生器,利用外来时钟产生一系列的时钟,送往CPU的其他部件。
第二阶段,寄存器的设计,寄存器在整个CPU中有非常重要的作用,主要完成指令寄存器、累加器、程序计数器的设计,设计过程考虑各个寄存器的用途和特点。
第三阶段,算术逻辑单元的设计,根据输入的操作码不同分别实现计算机基本操作运算,基本运算可以组合实现其它运算操作。
第四阶段,控制器的设计,主要完成数据控制器,状态控制器和地址多路器的设计。
第五阶段,CPU与外围模块的通信,设计实现RAM和ROM,完成CPU与存储器之间的通信,完成基本的指令和数据读写功能,通过仿真文件验证设计的CPU的基本功能。完成整机的调试和测试,能力较强的同学可以设计自己的指令系统,完成完整的计算机系统。
计算机组成原理的教学过程对原有的实践教学模式进行改革,突破原有实验项目受时间,地点限制等问题,学生可将实验设备(口袋实验室)借到宿舍完成实验,实现真正意义上的开放性实验。
5. 结语
基于CDIO的计算机组成原理教学改革,使学生能够掌握计算机硬件的专业知识和最新技术动向,并进一步提高学生的计算机硬件分析和创新能力,为培养计算机工程应用人才打下良好的基础。计算机组成原理教学过程中课程案例的选择与计算机发展的核心技术紧密联系的多核处理器,高速存储器及Cache技术等。课题的开展能进一步加深学生对计算机硬件组成及各功能部件的理解,使学生计算机系统综合开发能力及软硬件结合能力得以提高。
参考文献
[1]刘京锐,吴敏华,李志平.CDIO理念在计算机硬件实践课程教学改革中的应用[J].实验技术与管理,2011.28(7).
[2]陈旭辉,吴克寿,姜春艳.基于CDIO理念的计算机工程教育模式[J].计算机教育,2010(8):141-143.
[3]基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索,2010.29(5).
[4]岳云峰,顾晖.计算机硬件课程教学中的项目驱动教学法[J].南通大学学报(教育科学版),2007(3):93-94.
[5]孙浩军,孙梅,熊智.计算机专业基于课程群的EIP??CDIO项目设计[J].计算机教育,2010,9(11):101-106.
硬件课程 篇8
近些年, 计算机专业的大多数学生在就业的过程中暴露出来的动手能力缺乏, 培养的人才和用人单位的要求脱节的现象相当严重, 改革计算机专业的专业结构和培养方式到了迫在眉睫的程度。通过四年的培养不可能培养出在计算机领域面面俱到的学生。对于地方本科院校, 培养目标应该以实用型为主, 剔除一些和培养目标不相符的成分, 把握一个方向, 让学生从理论知识到动手能力真正的掌握, 这样才能在就业市场压力巨大的情况下脱颖而出。
计算机硬件相关的行业是目前用人市场比较紧缺的领域, 如何在这个方向中培养出实用人才一直是我们思考的问题。
计算机硬件系列课程问题和现状分析
1. 对硬件课程的认识不够
硬件系列课程是学生理解计算机硬件组成和工作原理的基础, 对学生更好地学习软件课程有很大的帮助。但是目前高校计算机教育中普遍存在着“重软轻硬”的现象[1], 学生的学习积极性不高, 学习效果差。甚至有些高校在以软件应用为主的专业中, 直接将与硬件相关的课程删除。
2. 课程开设不合理
传统的计算机硬件系列课程主要包括:《数字电子技术》、《汇编语言》、《计算机组成原理》、《微机原理与接口技术》、《单片机原理》和《计算机体系结构》。这些课程的开设往往贯穿了整个本科的教育阶段。按照基础课和专业课的关系, 我们将这些课程划分为两个层次, 如图1所示。
第一层是计算机专业的专业基础课, 第二层次的课程属于与硬件相关的更深一层的课程。如果不区分情况一味开设, 不仅从课时量方面很难保证, 而且学生的接受情况参差不齐, 也很难保证有好的效果。
3.课程内容重复
在这一系列课程中, 存在一定的内容重复性, 相关内容重复的情况。所以有必要将一些课程进行整合, 调整其中的教学侧重点。[2]
4.先进性体现不足, 内容枯燥
硬件系列课程还有一个比较突出的问题就是先进性不足。内容讲解过于陈旧, 一些课程依然套用十几年前的教材, 花费大量的篇幅讲解理论知识, 一些内容过细过难, 不注重从实践环节进行加强等, 都导致学生频繁出现厌学的情绪。
改革思路
1.规划方向
课程体系要根据培养目标进行设置, 在制定相应的课程体系之前应根据相应行业和市场的需要弄清学生需要掌握哪些方面的知识和能力。要想在硬件教学中有特色, 必须从动手能力和创新能力两方面进行突破。在计算机专业中规划出专门的硬件方向, 根据需求灵活侧重和加强。
图1中第一个层次的课程我们针对所有计算机专业的学生开设, 但是对于第二个层次的课程, 我们认为对于不从事与硬件相关工作的学生, 或者对硬件相关内容不感兴趣的学生, 没有必要全学, 可以作为选修课供有兴趣的同学进行选择。
2、构建课程体系
(1) 规划基础类课程
将《模拟电子技术》和《数字电子技术》整合为一门课程[3]。《汇编语言》其他硬件课程的前导, 所以有必要保留, 但是我们精简了课时。《计算机组成原理》目前成为计算机专业学生考研的必考课程, 需成为教学重点。
(2) 构建方向类课程
为了满足市场对用人的需求, 在第二个层次的基础上加入了《EDA》、《Protel》和《嵌入式系统》等课程。将《单片机原理》列为硬件方向的必修课, 而《微机原理与接口技术》作为方向选修课供一些有较高要求的学生选学。
《Protel》以电路板设计为主, 重点在教会学生使用这个工具, 进行相应电路板的设计和开发;《EDA》课程着重加强学生对电子设计思想和设计工具的掌握, 同嵌入式技术或单片机技术相结合, 对学生综合能力的提高有非常好的作用;《嵌入式技术》对学生的综合能力要求较高, 我们的重点放在这两者的结合部分, 通过实训环节提高学生的综合设计能力。
3. 革新教学内容
《数字电子技术》课程在传统的教学内容中以介绍分离门器件为主, 但是学生学习往往会陷入“只见树木不见森林”的状况, 有的甚至到了学习《计算机组成原理》课程时还看不懂简单的电路。我们认为该课程应与当前新技术相结合, 剔除繁杂的成分, 增加VHDL的简单知识, 通过学生动手编写实例, 从中领会整个逻辑电路的功能和作用。学生动手动脑实现了具有一定功能的电路, 会激发学生的学习热情。
单纯的讲解《汇编语言》往往会陷入讲解编程技巧的误区, 所以我们目标是看懂已有的程序即可。在后续的《微机原理与接口技术》课程中通过工程实践再会对这一部分内容进行加强。
4. 其他相关措施
(1) 完善相应的硬件设施:
与培养目标相结合, 建立适合学生动手开发的实验室也是我们考虑的重点。近年来, 除了专门的课程实验室外, 我们还建立了电子制作实验室, 着重培养学生仪表使用、焊接工艺的动手能力。
(2) 注重师资的培养:
高水平的师资队伍一直都是教学的核心环节。近些年, 我们先后派出多名教师到重点高校、公司参加培训和学习, 着重加强教师自身的动手能力。
(3) 加强实训环节:
要最终提高学生的动手能力还要结合实训环节, 利用假期时间, 由授课教师设置相应的题目对学生的硬件动手能力和创新能力进行系统的训练, 另外我们还结合一些比赛如电子设计大赛等鼓励有能力的学生积极参加。
总结
应用型本科院校培养的学生应该以应用型人才为主, 院校应从课程设置、教学内容、实验环境等方面为这个中心环节服务。课程的开设要与时代紧密结合, 根据市场的变化及时调整。在许多行业就业趋于饱和的情况下, 对计算机硬件方向系列人才的需求依然处于上升趋势, 可以说如果能够在这个方面做好做强, 会有非常广阔的发展空间。
参考文献
[1]赵若阳.李宁.库少平.计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J].计算机教育, 2006 (3) :47-49.
[2]肖慧娟.李勇.张丽娟等.计算学科硬件课程相同知识点的整合[J].东莞理工学院学报, 2008 (10) .
[3]梁燕来.刘超.地方院校计算机硬件类课程教学改革与实践[J].电脑知识与技术, 2008 (9) :2020-2021.
硬件课程 篇9
关键词：计算机专业,硬件基础课程,教学改革
我国计算机类本科专业有三个, 计算机科学与技术、软件工程及网络工程。这三个专业在全国高校中布点数最多。实际上电子信息工程、通信工程、仪器仪表及自动化专业的课程无不与计算机技术有关。我们知道计算机专业的课程分为两大类, 计算机硬件及计算机软件。本人认为上述电子类、仪表类及自动化专业更靠近计算机硬件, 而计算机专业学生的学习应放在计算机构成的基本原理及计算机软件技术上来。在计算机技术飞速发展的今天, 各高校的计算机专业应办出特色, 并且达到让学生能更多自主学习的目标, 因此在专业总学分数不变的情况下, 应对计算机专业课程设置、教学内容进行改革。其中计算机硬件基础课程有许多值得改革的地方。从教育部有关本科专业设置的文件中得知, 计算机专业必开的核心课程有:电路原理、模拟电子技术、数字逻辑、数字分析、计算机原理、微型计算机技术、计算机系统结构、计算机网络、高级语言、汇编语言、数据结构、操作系统、编译原理、系统分析与控制、信号处理原理、通信原理概论。在这些课程中, 硬件课程占了12门, 达到75%。
一、教学改革的必要性
1. 专业培养目标的需求
全国高校开办计算机专业的学校众多, 从教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会的“中国计算机本科专业发展战略研究报告”可知:各校计算机专业办学时应体现自己的办学特色。广东外语外贸大学计算机专业的办学定位为:国际化视野信息技术人才培养模式, 毕业生应达到“跨文化交际能力强、信息技术运用能力强”的培养目标。
在教学计划制订过程中, 加强对学生外语应用能力的培养, 计算机专业的毕业生强调在计算机应用行业就职能力的培养。如银行, 特别是外资银行;企业, 特别是合资企业;外贸出口行业等的就业。因此这要求我们针对这种培养需求调整教学计划课时。
2. 可整合课程的内在联系
分析计算机专业的12门硬件核心课程, 我们可将其分为三类:其一电路类, 如电路原理、模拟电子技术、数字逻辑、数字分析;其二计算机原理类, 如计算机原理, 汇编语言, 计算机系统结构;其三为其它类。
在电路类课程中主要是《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》三门课程, 这三门课程存在内在联系。按这三门课程的排列顺序, 《电路分析》是《模拟电子技术》的基础, 《模拟电子技术》是《数字电子技术》的基础。课程合并后可有效地衔接、有机地整合, 针对学生培养目标, 有利于课时减少。
在计算机原理类课程中主要是《汇编语言程序设计》、《计算机组成原理》及《计算机系统结构》三门课程, 这三门课程也存在内在联系。
在第三类课程中, 一般可根据培养目标, 可决定课程的取舍。如计算机技术课程主要开设计算机接口技术, 计算机网络设置为必修课程, 系统分析与控制、信号处理原理、通信原理概论等课程设置为选修课程。
3. 可提升学生自主学习的能力
课程改革节省的时间, 可用于学生自主学习。计算机技术的飞速发展, 新技术层出不穷, 学生面临的就业市场需要这些新技术, 让学生自主学习、创新学习, 参加各种学科竞赛, 在竞赛中培养能力。
二、教学改革实践
1. 电路与电子技术基础课程的改革
(1) 改革的初步阶段 (2001年至2004年)
在2001年开始考虑该项改革, 将《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》三门课程整合为《电路与电子技术基础》一门课程, 在2002年第一次开设此课程, 周学时数4, 共72时, 使用两本教材, 较多的学科知识点难于照顾, 教学反馈效果一般。
2003年第二次开设此课程, 周学时数5, 共90时, 使用自编讲义, 教学效果较好。但还有较少的关键教学知识点在教学中难于完成。实验室建设初具规模, 并开始编写实验讲义。2004年第三次开设此课程, 周学时数6, 共108时, 使用自编教材 (《电路与电子技术基础》, 中山大学出版社2004) , 教学效果好。实验讲义也开始完善, 主要教学知识点也能完成。并开始网络课程的建设。
(2) 改革的完善阶段 (2005年至2008年)
2004年开始教学时数固定为周学时数6, 共108时, 并开始在软件工程及网络工程开设该课程。开课学生数达350人, 2007年课题组被评为校级教学团队。申报校级教研课题“面向21世纪的计算机专业硬件课程内容改革的研究”获立项, 2005年申报校级精品课程成功。2007年申报省级精品课程成功。《电路与电子技术基础》网络课程建设获校二等奖。
实验室建设完善, 做到学生人手一套仪器, 充分保证学生动手的机会。针对目前我国高校普遍存在的学生动手能力弱的现状以及该课程是一门动手要求较高的特点, 我们以下面三种方式来提高学生动手能力, 以弥补课时减少带来的不利影响:
(1) 常规的课堂理论验证性实验:采用以班为单位, 教师讲解与指导, 原则上课内完成实验, 若没有完成, 在实验室开放时间继续进行。
(2) 课外整机电子系统练习:学生在课程学习期间完成一个电子产品的安装与调试工作。学生在实验室开放时间到实验室操作, 原则上学生自行完成, 在焊接完成后, 调试遇到问题, 由实验室教师指导。让学生形成电子系统整机的概念, 掌握一般电子系统的调试方法和电子系统创新设计方法。
(3) 创新基地:创新基地进入人员采用人数总量控制、动态调整, 学生首先是自愿报名, 然后进行考核, 获准进入后采用动态淘汰制, 不符合要求的学生将会被淘汰, 有兴趣的同学可中途进入。每位教师指导3~6名学生, 指导过程采用目标驱动, 在指定时间内完成一定的设计目标, 指导教师与所指导的学生每周会面一次, 检查任务完成情况, 或布置新的任务, 或解决具体问题。创新基地培养学生的目标是让学生参加“挑战杯”和全国大学生电子设计竞赛等比赛, 以赛代学。往往学生在参赛的过程中需要许多知识, 学生为解决问题必须学习这些知识, 由于是针对问题学习, 所以学生从过去的被动学习转变为主动学习, 学习兴趣、学习热情和学习效果要远远好于课堂教学, 且围绕一个需解决的问题, 需要学习大量的相关知识, 使学生在计算机软硬件技术全方位得到锻炼。
2005, 2007年组织学生参加全国大学生电子设计竞赛, “挑战杯”赛取得好成绩。2008年《电路与电子技术基础》教材在机械工业出版社出版。
2. 汇编语言与计算机系统组成课程的改革
(1) 汇编语言与计算机系统组成课程名称
《汇编语言与计算机系统组成》课程来源于《汇编语言程序设计》、《计算机组成原理》及《计算机系统结构》三门课程。因此课程名字应体现三门课程的特征。在《汇编语言与计算机系统组成》课程名字中《汇编语言程序设计》、《计算机组成原理》的名字特征已明确体现, 而《计算机系统结构》, 国内某些院校称《计算机体系结构》, 在整合的课程中以“系统”二字体现。主要有二个含义:其一, 在课程中体现计算机系统结构的概念, 系统的总体及外特性, 指令流水及存储层次;其二, 课程较少牵涉计算机网络的概念。
(2) 创新思想
将汇编语言程序设计归于计算机系统分层结构中, 体现原三门课程的紧密联系。在课程增加计算机组成部件在大规模集成电路中的设计方法的内容, 使学生真正体会现代计算机部件的设计思想。计算机指令集的发展有CISC复杂指令集及RISC精简指令集两个方向, RISC指令集的实现采用组合逻辑电路, 而现代组合逻辑电路的实现一般采用VLSI超大规模集成电路实现, 因此我们将在教材中加入FPGA实现计算机部件的内容。
(3) 课程改革的过程
我校从2001年开始招收计算机本科专业学生, 经过几年的发展, 目前具有计算机科学与技术、软件工程及网络工程三个计算机类专业。四个年级在校生达1400人。刚开始时我们也是将三门课程分开开设, 汇编语言周课时为4, 计算机组成周课时为5, 体系结构周课时为4。第一步改革是对三门课程课时的压缩, 每门课程周课时均压缩1课时;第二步改革是将计算机组成原理与汇编语言课程合并, 形成一门课程《汇编语言与计算机组成原理》, 周课时数为6;第三步改革是将上述三门课程合并, 形成一门课程《汇编语言与计算机系统组成》, 周课时数仍为6。
(4) 教学内容的改革及效果
课程的整合的第一个好处是消除了原三门课程独立开设时的内容重复问题, 节省开课时间, 省下的时间可让学生自主学习及开设计算机新技术内容。教学内容的整合是根据三门课程特点的完美地融合, 去掉不合时宜的内容, 如存储芯片的位扩展及字扩展, 原为计算机组成中的一个重点内容, 随着芯片容量的发展, 重点讨论这个问题已经没有必要。关于计算机逻辑设计问题, 原教学内容很少体现, 随着大规模集成电路的使用的推广, 我们在教学改革中引入这方面的内容取得了很好的教学效果。在课程教学中, 绝大多数学生能完成一个计算机部件甚至一个计算机CPU的设计。
三、结束语
从2001年开始的教学实践中我们进行了《电路与电子技术基础》及《汇编语言与计算机系统组成》的课程教学改革, 其中《电路与电子技术基础》获省精品课程称号。出版了配合改革的教材。并有如下经验:
1. 关联度大的专业基础课可进行整合, 整合时应考虑该课程对后续课程知识的储备的要求。
节省课时可开设专业新技术及专业特色课程。
2. 全国计算机专业众多, 因此各校计算机专业应有
自己的特色, 我校计算机专业特色为专业能力突出, 外语应用能力强。
3. 充分发挥现代化教学手段在教学改革中的作用, 提高教学效率。
建立互动性强的教学网站, 让学生主动学习, 弥补课堂课时的不足。
4. 课堂实验、课外动手训练和创新基地的学生实践的立体培养模式, 是加强学生动手能力培养的好方法。
5. 培养学生创新意识, 积极组织学生参加专业竞赛, 特别是全国性的专业竞赛, 提高学生学习积极性。
以上届学生得奖的实例, 增强学生专业学习的自信心。
参考文献
[1]李心广, 王金矿, 张晶.电路与电子技术基础精品课程网站[EB/OL].http://www1.gdufs.edu.cn/jwc/bestcourse/kecheng/34/index.htm
[2]教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会. 中国计算机本科专业发展战略研究报告[EB/OL].http://www.edu.cn/jiao_xue_318/20060323/t20060323_126300.shtml.
[3]王金矿, 李心广, 张晶.电路与电子技术基础[M].北京:机械工业出版社, 2008.3.
硬件课程 篇10
关键词：计算机硬件课程,CDIO,教学改革
计算机硬件课程是计算机专业的重要课程, 是深入了解和掌握计算机基本工作原理[1]、建立计算机系统整体认知及培养计算机系统底层编程能力必不可少的部分。
电子科技大学成都学院计算机系针对三本院校学生特点, 其计算机科学与技术专业的硬件基础课程主要设置“数字逻辑”、“计算机组成与结构”、“汇编语言”、“微机原理与接口技术” 四门课程, 但在实际授课中发现存在课程内容交错重复、课程之间缺乏有机联系、理论知识抽象化、实践能力培养不足等问题, 为了培养出基础知识扎实[2]、具备较强实践能力、符合CDIO国际工程教育理念的合格应用人才, 迫切需要对我系的计算机硬件系列课程的课程体系进行改革优化, 结合CDIO工程教育思想提出改革方案并加以实施。
一、现有硬件课程体系及存在的问题
目前, 在我系计算机科学与技术专业开设的专业基础课程中, 与硬件有关的课程主要有“数字逻辑”、“计算机组成与结构”、“汇编语言”、“微机原理与接口技术”四门课程, 现有的课程体系主要存在以下问题:
(一) 知识点交错重复。
例如:计算机系统概述、主存储器的逻辑设计等内容, 在“计算机组成与结构”、“微机原理与接口技术” 两门课程中都有相应的介绍。 又如, 信息在计算机中的表示, 包括数制、带符号数的表示、定点数与浮点数、数和字符的编码等相关内容, 在“数字逻辑”、“计算机组成与结构”、“微机原理与接口技术”三门课程中都进行了介绍。
(二) 课程内容相互独立, 缺乏有机联系。
例如在“计算机组成与结构”课程中, 介绍了半导体存储器的存储原理与存储芯片, 并就如何使用基本的存储芯片通过字扩展、 位扩展构成一定容量的主存储器的扩展方法进行了介绍。 而在“微机原理与接口技术”课程中, 存储器部分则主要侧重对8086存储器的组织结构进行介绍, 包括8086存储器的存储地址空间、物理组织结构 (奇偶库结构) 及编程结构 (分段的存储管理方式) , 而这些与前面在“计算机组成与结构”课程中所学到字扩展、位扩展原理之间的联系, 却没有充分地体现出来。
(三) 理论知识抽象化。
在上述硬件课程的教学中, 对于知识的讲解, 目前大多只停留在理论上, 在课堂教学中多采用灌输式的教学方法, 将硬件系统的基础知识一味地讲解[2], 缺乏相应的实例, 学生学习起来感觉比较抽象, 造成学习兴趣低迷和对于硬件知识有畏难情绪。
(四) 实践能力培养不足。
课程内容没有与实际的项目或产品的制作开发过程相结合, 虽安排有一定的课程实验, 但有的实验只是对理论的验证或形象化的加深理解, 对学生的实际应用能力及进行项目或产品开发的能力锻炼仍然不足。
二、硬件融合课程教改思路
(一) 对我系的硬件基础课程教学内容进行融合。
将原有的 “数字逻辑”、“计算机组成与结构”、“汇编语言”、“微机原理与接口技术”四门课程融合为三门课程:“硬件基础1”、“硬件基础2”、“硬件基础3”, 重新梳理硬件基础课程的全部知识点, 去掉重复、冗余的部分, 连接关联的部分。
(二) 建立课程之间的有机联系。
在融合课程的内容安排上, “数字逻辑” 的知识作为基础进行介绍, “汇编语言”由于需要“微机原理”的知识, 因此放到最后, 在学生学习完“微机原理”的内容后进行介绍;而“计算机组成与结构”与“微机原理与接口技术”两门课程的内容则放到“数字逻辑”与“汇编语言”之间进行介绍, 对两门课程的融合思路是:按照“一般与特殊”的方式建立联系, 进行内容整合。
例如, 将“计算机组成与结构”与“微机原理与接口技术”两门课程融合后的课程内容按照计算机硬件的几大组成部分:运算器、控制器、存储器、总线系统、输入/输出系统、中断系统进行组织, 对于每一部分的教学内容。 例如存储器, 先将“计算机组成与结构” 中的内容作为一般性的原理进行介绍, 再将“微机原理与接口技术”中的内容———8086存储器的组织以一个具体实例的方式给出, 并进行相关内容的介绍。
这样学生通过具体的实例:8086的系统组织, 对“计算机组成与结构”课程中所讲授的一般性原理有更实例化的理解, 同时也明白微型计算机这一特殊类型的计算机与其他类型计算机 (如大型机、中型机等) 之间的区别和联系。
(三) 引入CDIO的教学思想, 强调 “做中学”。
CDIO教学理念强调 “ 做中学”, 因此, 在此次硬件课程的教学改革中进一步突出了实践实训环节, 主要从以下几个方面进行加强:
1.以章节为单位, 设置课内实践及专训实践。
其中课内实践纳入理论课授课内容, 专训实践独立于理论课, 以实验课的方式展开。 例如:对于运算器一章的教学内容, 设置有六个学时的专训实践, 对运算器的组成及工作原理、算术运算和逻辑运算的运算功能进行专训实验。 各章节的专训实践进一步构成三门实验课程 “硬件综合实验1”、“硬件综合实验2”和“硬件综合实验3”, 分别与理论课程“硬件基础1”、“硬件基础2”和 “硬件基础3”相对应。
2.设置专门的项目实践环节。
在硬件融合课程中, 设置了专门的项目实践环节———综合项目开发, 该环节包含理论及实践两个部分, 理论部分对项目开发流程等工程项目开发知识进行介绍, 实践部分通过实际项目的开发, 如:智能交通灯的设计与实现、电子琴的设计与实现等, 要求学生对其软、硬件进行分析和设计, 并经历一个具体项目从需求构思到设计、实现的全过程, 将所学知识运用于解决实际项目开发中所遇到的问题, 从而提高学生进行实际项目开发的能力和产品的制作实现能力。
3.采用CDIO的教学模式。
吸纳CDIO的教学思想, 转变授课方式, 具体体现在:
(1) 知识讲解实例化:通过实例引入教学内容或以具体的实例、案例来对知识进行讲解, 体现课程的实践性, 提高学生的兴趣。
(2) 课内课外协作化:课内组织讨论, 课外进行大量的调查研究, 团结协作, 完成探究活动。
(3) 采用“做中学”的授课模式:通过课内实践, 如在课内带领学生完成一个汇编语言程序的汇编、调试过程, 让学生在动手实践中学到相关知识。
(4) 积极开展课堂互动:要求教师在课堂教学中, 必须留一定时间与学生互动, 鼓励学生提问和思考, 增强学生的参与感。
三、改革具体举措及成果
基于以上的教学改革思路, 实施以下具体举措并形成相应的成果:
(一) 对上述四门硬件基础课程的教学知识点进行整体的梳理和融合, 形成新的硬件融合课程知识点体系结构。
(二) 按照硬件融合课程的知识点体系, 重新编写教学大纲, 并对应每一章教学大纲的任务要求, 撰写每一次课的剧本式教案。 该剧本式教案在教学设计时凸显“剧本”的特点, 将课堂看做一个学生和教师共同参与的舞台, 由教师根据授课内容进行引导, 学生充分参与, 使学生在参与中学习知识、学会沟通、提高兴趣。
(三) 组织编写了各章节专训实践项目的实验指导材料和综合项目开发的教学大纲及指导材料。
四、改革成效
以上是我系硬件融合课程教改项目的改革思路及建设成果, 该教改成果已在我系2014级学生的专业课学习中得到实施。 通过教学内容和教学方式的改革, 学生普遍反映能更好地理解计算机硬件系统的原理及设计方法, 工程实践能力和团队协作能力得到有效提高, 取得较好的教学效果。
参考文献
[1]陈辉, 李敬兆, 詹林.计算机专业硬件课程教学改革探索[J].计算机教育, 2014 (5) .
[2]惠丽, 吴玲.计算机硬件系列课程教学改革的研究与实践[J].黑龙江教育 (高教研究与评估) , 2010 (1) .
硬件课程 篇11
关键词： 计算机硬件基础课程 开放实验项目 综合性实验项目 Logisim
“计算机组成原理”与“数字逻辑电路”是计算机科学与技术专业的硬件基础课程，这两门课程均需要通过实验教学加深学生对理论知识的理解及动手能力的培养。尽管上述两门课程理论与实验教学的先后衔接关系非常明确，但是长期以来两门课程的实验教学缺少有效衔接，导致学生在计算机硬件实验技术方面训练严重不足并影响对相关知识点的理解和掌握[1]，从而出现计算机硬件基础课程教师难教、学生厌学的不利现状。
开放实验的目的是更好地培养学生的创新精神和实践能力，其中开设的综合性实验项目旨在培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力及查阅中外文献资料的能力。研究如何利用开放实验中的综合性实验项目，实现在涵盖计算机组成原理课程教学重点的同时又兼顾到与数字逻辑电路课程间的相互衔接，以形成计算机专业硬件基础课程实验教学体系是十分必要的[2-4]。
1.Logisim在计算机专业硬件基础课程实验教学中的应用可行性
Logisim[6]作为一个数字逻辑电路的设计与仿真软件，相比较EWB，LabVIEW，Multisim，ELVIS，Proteus等软件，具有开源免费可二次开发、无须安装即可运行、软件使用简单易学、仿真结果直观易于理解等优点，适合用于数字逻辑电路的设计与仿真。Logisim除了提供基本的门电路（Gate），还提供编码器（Plexer）、算术单元（Arithmatic）、存储（时序）电路（Memory）、按钮、LED、7段数码管等输入输出（Input/Output）设备。在Logisim中通过简单的鼠标拖拽操作就可以建立起逻辑电路，并通过仿真直观地看到运行结果；另外，在Logisim中还可以利用真值表、逻辑表达式的方式建立逻辑电路。Logisim在“数字逻辑电路”实验教学中的应用是完全可行的[5]。
利用Logisim所提供的子电路（Subcircuit）工具、探查（Probe）工具、通道（Tunnel）工具与分割（Splitter）工具，可以将各个功能部件封装为独立的子电路，然后通过总线连接为一个整体。“计算机组成原理”中大量由基本门电路通过总线连接而成的计算机功能部件实例适合利用Logisim软件设计及仿真[7]。
2.基于Logisim的计算机硬件基础课程综合性实验项目实例
借助Logisim所提供的组件，将理论教学中一些抽象、不便于理解的概念和实现技术进行门电路级的仿真实现并加以调试，加深学生对于所学知识的理解，加强学生利用所学知识解决实际问题的能力。
原码一位乘法对于学生进一步认识计算机ALU中数据信息的加工处理流程，从而进一步加深对计算机硬件组成及整机工作原理的理解，并综合运用硬件基础科学和所学知识设计实现功能部件有重要意义[8]。“利用Logisim设计实现原码一位乘法器”实验项目要求实现两个17位原码表示机器数的乘法，并能够仿真通过。学生在设计实现乘法器过程中，必须综合运用“数字逻辑电路”、“计算机组成原理”课程中学过的设计方法、理论知识才能最终完成项目。因此，将“利用Logisim设计实现原码一位乘法器”作为计算机专业硬件基础课程的综合性实验项目，实现了“利用开放实验中的综合性实验项目涵盖计算机组成原理课程教学重点的同时又能够兼顾到与数字逻辑电路课程间的相互衔接，以形成计算机专业硬件基础课程实验教学体系”的目标。
2.1原码一位乘法
利用原码实现乘法运算是十分方便的。原码表示的两个数相乘，其乘积符号为相乘两个数符号的异域值，数值则为两个数绝对值之积。设：
2.2基于Logisim的原码一位乘法的仿真电路
2.2.1基于Logisim的原码一位乘法的仿真电路控制部分
2.1.2基于Logisim的原码一位乘法的仿真电路运算部分
2.3原码一位乘仿真电路3组测试数据验证
2.3.1第1组测试数据结果
寄存器X：0 1111 1111 1111 1111 B，寄存器Q：1111 1111 1111 1111 B，结果为（其中左边17个LED对应乘积的高17位，右边16个LED对应乘积的低16位）：
寄存器X中存放的是被乘数的数值部分，寄存器Q中存放的是乘数的数值部分，即：
利用原码1位乘运算规则[8]计算得：
电路仿真结果与计算结果一致，该组测试数据通过。
2.3.2第2组测试数据结果
寄存器X：0 0001 0010 0011 0100 B，寄存器Q：1010 1011 1100 1101 B，结果为（其中左边17个LED对应乘积的高17位，右边16个LED对应乘积的低16位）：
寄存器X中存放的是被乘数的数值部分，寄存器Q中存放的是乘数的数值部分，即：
利用原码1位乘运算规则[8]计算得：
电路仿真结果与计算结果一致，该组测试数据通过。
2.3.3第3组测试数据结果
寄存器X：0 0000 0000 0000 0000 B，寄存器Q：0000 0000 0000 0000 B，结果为（其中左边17个LED对应乘积的高17位，右边16个LED对应乘积的低16位）：
寄存器X中存放的是被乘数的数值部分，寄存器Q中存放的是乘数的数值部分，即：
利用原码1位乘运算规则[8]计算得：
电路仿真结果与计算结果一致，该组测试数据通过。
3.结语
通过仿真结果及验证，3组测试数据均通过测试，证明所给基于Logisim的原码一位乘法仿真电路正确，“利用Logisim设计实现原码一位乘法器”作为计算机硬件类基础课程开放实验项目中的综合性实验项目可行。
参考文献：
[1]盛建伦，巩玉玺，刘淑霞，等.计算机专业硬件基础课程实验教学体系的研究[J].实验室研究与探索，2013（10）：387-391.
[2]侯宏霞.关于提高“计算机组成原理实验”课程教学质量的探索[J].计算机教育，2009（15）：154-156.
[3]刘京锐，李志平.计算机硬件类课程实践教学改革与实践[J].实验技术与管理，2010，27（4）：130-132.
[4]马汉达，鲍可进.计算机硬件课程实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013（10）：360-362.
[5]胡世昌.用Logisim改革数字电路实验[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2015，33（2）：301-304.
[6]BURCH C.Logisim[EB/OL].[2016-1-23].http：//www.cburch.com/logisim/
[7]Minnies Stuff.An Example Hardwired CPU[EB/OL].[2016-1-23].http：//minnie.tuhs.org/CompArch/Tutes/week03.html
硬件课程 篇12
1 计算机硬件类课程实验教学体系的改革与建设
1.1 计算机硬件类课程实验教学体系的现状
现在的计算机硬件类实验教学,在课程安排上,存在相互脱节的问题。各门课程的实验内容相互独立,每门课程建立了一套自有的实验教学体系。在实验内容安排、实验平台的使用上,没有考虑计算机硬件课程之间的内在联系。以中央处理器(CPU)为例,在数字逻辑课程,寄存器、加法器、译码器等内容是课程重点,而这些逻辑电路是构成CPU的基本部件。在实验教学中,安排较多学时进行验证性实验。在计算机组成原理课程,会重点讲解CPU的工作原理和设计思想,并给出了CPU内部各组成部件的电路结构框图。在实验教学中,以CPU为核心的基本模型机实验是该课程中最重要的实验。而在微机原理与接口技术课程中,所有的内容主要围绕对CPU的编程展开。在实验教学中,利用汇编语言进行程序编程和对接口操作进行编程是最主要的2个内容。在单片机原理与应用课程,主要围绕MCS-51单片机的内部结构和指令系统进行讲解,在实验教学上,主要是汇编或C语言编程以及单片机应用编程。从上面的分析看出,在计算机硬件类课程,一直贯穿着CPU的内容。但由于这些硬件课程讲解的侧重点不同,并且在不同的学期授课,因此,很多学生无法掌握这些硬件课程之间的内在联系,造成学生知识结构体系的零碎化。
1.2 计算机硬件类课程实验教学体系的改革
计算机硬件类课程之间存在密切的内在联系,学生通过这些课程的学习,应该能够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[1]。为了达到这个目标,我们构建一个新的计算机硬件类课程实验教学体系。在原有主要课程的基础上,增加EDA技术、计算机综合系统设计等创新类课程。对原有计算机硬件课程,结合EDA技术对其改进。比如在数字逻辑中,对译码器、加法器、寄存器、触发器等知识,不但要介绍其功能和电路逻辑,而且给出基于硬件描述语言的实现方法。在计算机组成原理中,结合对CPU的工作原理和设计方法的介绍,逐步给出CPU的ALU、控制单元、中断系统等电路的EDA设计思路。在实验教学中,可以要求学生编写出具体的HDL实现代码。而在计算机系统结构中,利用EDA技术,在实验教学中实现对流水线CPU、带Cache的CPU的设计实现。
而在计算机综合系统设计课程中,将数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口技术、单片机原理与应用、计算机系统结构等课程的内容,以CPU为主线,形成各门课程内容上的全面贯通,加深对各门课程内在联系的认识,最终使学生建立全面的计算机硬件知识体系结构。
1.3 新实验教学体系的建立
通过对计算机硬件类课程在教学上的通盘考虑,理顺各门课程的内容安排,分清每门课与其先修课和后续课之间的关系,建立一个合理、科学的实验教学体系。根据课程内容间的内在联系和其先后衔接顺序,考虑实验内容的阶段性、层次性,我们将计算机硬件实验课程分为三个层次[2],分别为:基础层、拓展层、综合层,见图1。
基础层包括数字逻辑、计算机组成原理这两门课程的实验。数字逻辑实验是整个硬件类课程实验的基础,实验内容既包含组合逻辑电路和时序逻辑电路的验证性实验,也包含电子琴、数字频率计、电子秒表等综合性实验。同时增加关于EDA技术的应用设计实验,让学生初步学会EDA设计的方法,包括Quartus II的软件使用,并使用该软件进行仿真实验。电子工艺实习的主要内容:(1)元器件和集成电路的基本知识;(2)手工烙铁焊接技术;(3)电子工程图简介;(4)印刷电路板设计与制作[3]。我们选择AM/FM收音机为实习产品,学生通过焊接、安装、调试等一系列动手操作,为以后的硬件实验课、课程设计、毕业设计奠定实践基础。计算机组成原理实验,主要进行存储器、总线、运算器、以及控制单元等各功能模块的工作原理实验,在此基础上,使用计算机各功能部件构建基本模型机,使学生构建计算机系统的完整概念。计算机组成原理综合性设计实验让学生从指令系统入手,设计出硬布线逻辑CPU和微程序思想CPU。
拓展层是在基础层的基础上,将概念型CPU进行拓展。其中,微机原理与接口技术是以通用型CPU(比如8086、80386、Pentium等)为中心,讲解其X86指令系统,掌握汇编语言的编程规则。按照汇编、连接、可执行文件生成、调试的流程让学生掌握汇编语言的编程与调试。在此基础上,通过接口技术的实验,加深学生对微机结构和各种接口芯片的理解。单片机技术是以MCS-51型CPU为中心,掌握其指令系统和编程规则。在拓展层,这2门课程都要开展计算机定时器/计数器、中断控制器、并行接口、串行接口、A/D转换等常见I/O接口部件的实验,使学生能熟练进行应用程序开发技术。
综合层包括计算机系统结构和计算机综合系统设计。计算机系统结构实验要求学生掌握多周期CPU、流水线CPU、带Cache的CPU的设计等实验内容。计算机综合系统设计要求将CPU、中断控制器、定时器/计数器、键盘控制器、LED数码管控制器、UART串行通信控制器件设计整合成一个完整的计算机系统或So C芯片,并进行软件编程调试、优化结构和系统性能评价等。在综合层,要让学生充分利用EDA技术,在基础层、拓展层的基础上,按照自顶向下的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,由硬件描述语言完成系统行为级设计,利用先进的开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布线、仿真及特定目标芯片的适配编译和编程下载[4]。
2 计算机硬件实验教学平台的改革与建设
2.1 计算机硬件实验教学平台的现状
目前计算机硬件实验教学的实验平台,如计算机组成原理实验箱TEC-2000、Dais-CMH等,微机原理和单片机综合实验箱HK8688等。虽然设备操作简单,实验成功率高。但存在以下缺陷:
2.1.1 实验平台基本硬件化
在这类实验平台上,学生只能严格按照实验指导书的实验内容、操作步骤进行验证性实验,很难开展设计型实验。比如实验室现在所用的数字逻辑实验箱,所用到的各类门电路芯片都已经插好在电路板上,学生只需要根据实验指导书连线,进行实验验证即可。在实验过程中,很难发挥学生的主动性,极大地限制了学生创新性思维的发展,也严重消弱了学生的实验兴趣。
2.1.2 实验设备与计算机当前主流技术差距较大
现在的计算机硬件实验内容仍然是上世纪90年代左右的计算机知识,缺乏对计算机当前新发展技术的体现。比如在计算机组成原理里缺乏对RISC CPU的介绍,对于ALU没有介绍并行计算的实现算法。在微机原理中缺乏对现代计算机架构的介绍,没有引入南桥、北桥、前端总线以及超线程等概念,基本停留在Intel 16位CPU 8086的介绍。而单片机主要讲述MCS-51系列,对许多新型单片机如AVR、C8051F没有涉及。而现代计算机技术飞速发展,根据摩尔定律,计算机性能每18个月提高一倍,因此大量的新技术、新概念不断出现。但实验这些变化无法及时反映到实验设备上,这是实验设备常见的局限性。
2.2 基于EDA技术的计算机硬件实验教学平台
应用EDA技术,设计计算机组成原理实验教学平台。该实验平台采用大规模可编程逻辑器件,结合EDA技术的硬件设计思想,建立一个开放式的计算机组成原理实验平台。该实验平台以FPGA芯片为核心,配合存储器芯片、输入输出模块、通信模块,共同组成一个32位的计算机组成原理实验平台。在计算机组成原理功能模块实验时,结合altera或者Xilinx等公司的EDA软件,使用硬件描述语言编写各功能部件的设计方案,然后通过进行编译、连接和适配工作,得到二进制文件。通过对各部件进行综合、仿真、验证等。最后封装成图形化顶层文件。而在综合性实验中,既可以完成无流水无Cache的最基本的CPU设计,也可以是既有流水又有Cache的复杂CPU的设计。
在该实验平台上,通过进一步对硬件资源进行整合,以该实验平台为基础,加入相应的各个实验课程的辅助模块,即数字逻辑模块、微机原理与接口技术模块、计算机系统结构模块。从而将该实验平台扩展为一个计算机硬件实验教学的公共开放平台。使得原本分散在不同类型实验平台上的课程实验得到了统一,消减了多种实验平台带来的教学成本,更为重要的是提高了学生的实验学习效率,取得了良好的实验效果。
3 总结
计算机硬件类课程对于建立学生全面的计算机系统知识体系具有重要作用,而计算机硬件实验教学不仅仅是对理论教学的强化和补充,更对培养学生的动手实践能力、启发学生的创新意识、建立对科学研究的兴趣都具有重要的作用。因此,按照由简单到复杂、从理论到工程的教学思路,建立了一套优化的计算机硬件实验教学体系,让学生建立起计算机系统的整体概念,掌握计算机系统各部件的内在联系。而开放式的实验教学平台的建设,保证了所提出的优化实验教学体系的有效实施。
摘要：计算机硬件教学属于计算机专业教学的重要组成部分,而计算机硬件实验教学是理论知识的验证与巩固的重要环节。针对目前计算机硬件实验教学的现状,从实验教学体系、实验教学平台进行改革与探索,提出了分层次的计算机硬件优化实验教学体系,建立了一个以计算机组成原理实验为核心的开放式实验平台。促进了理论教学与实践教学紧密结合,可以适应学科发展和IT企业对高层次计算机专业人才的需求。
关键词：计算机硬件实验教学,实验教学体系,开放式实验平台,EDA技术
参考文献
[1]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.
[2]李绍平,余桂兰.基于EDA技术的计算机硬件实验教学体系构建[J].中国现代教育装备,2009(77):97-99
[3]戚梅,东野长磊.构建计算机硬件实验教学体系[J].实验室研究与探索,2009(28),9:131-132.