計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識精選(九篇)

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第1篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題日漸突出，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應(yīng)運而生，為保證污水處理系統(tǒng)高效運行，同時根據(jù)進水水質(zhì)適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)，故此在設(shè)計中采用了PLC自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了污水處理工藝運行的穩(wěn)定性和便利性，實現(xiàn)了污水處理工藝的半自動、全自動監(jiān)控，具有十分重要的推廣意義。

關(guān)鍵詞：計算機控制系統(tǒng);污水處理;自動控制

1 項目背景

伴隨著人們對環(huán)境的關(guān)注度越來越高，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應(yīng)運而生，有物理法、化學(xué)法及生物法等。而在污水處理運營中存在著各種各樣的問題。例如：現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題沒有能立即反饋;加藥量不準，造成藥劑浪費或效果不明顯等等。在時間上，不能做到快速反應(yīng)，及時解決問題;在人力上，需要大量人員巡視現(xiàn)場;在經(jīng)濟上，藥劑投加過量或者過少，直接造成成本過高或水質(zhì)不達標(biāo)。

為保證污水處理系統(tǒng)高效運行，同時根據(jù)進水水質(zhì)及其他外界因素適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)運行，提出設(shè)計一套關(guān)于污水處理廠從污水收集、處理到排放全過程控制的智能化、自動化，保證排放水質(zhì)達標(biāo)的計算機自動控制系統(tǒng)。

2 技術(shù)方法

（1）根據(jù)污水處理廠的實際運行工藝，確定計算機自控系統(tǒng)的工作模式。污水廠關(guān)鍵設(shè)備及管路的閥門均設(shè)置手動及自動兩種工作模式，在自動工作模式下，設(shè)備的啟停和控制閥開閉均依照預(yù)設(shè)程序所定制的流程自動運行，無須人工干預(yù)。采用在線溶解氧檢測儀控制風(fēng)機曝氣的輸入量，監(jiān)測到氧含量低于設(shè)定值時，則自動曝氣;氧含量達到標(biāo)準值并維持運行設(shè)定時間后，則曝氣結(jié)束。各結(jié)構(gòu)單體均采用液位控制儀在PLC預(yù)設(shè)程序的控制下進行自動進水及排放。

（2）通過試驗分析，優(yōu)化各設(shè)備的工作參數(shù)。合理調(diào)整污水處理工藝運行參數(shù)，進行對比試驗，找出運行參數(shù)的優(yōu)化數(shù)值。

（3）建立自控系統(tǒng)模型，設(shè)計自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)擬采用集中控制，分散控制的集散型系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由主控級，現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)，利用DP總線通信，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

（4）編制程序，設(shè)計自控系統(tǒng)軟件。自動控制軟件的設(shè)計主要包括污水廠各工藝流程段的操作、監(jiān)視和控制?？蛇M行系統(tǒng)功能組態(tài)、監(jiān)視報警、參數(shù)的在線修改，同各PLC站（I/O站）進行通訊，收集檢測信息、運行狀態(tài)，并進行匯總、運算、處理、報警、故障分析等。

（5）進行系統(tǒng)試驗、改進調(diào)試，完善整套系統(tǒng)。

3 技術(shù)方案

根據(jù)就近采集和單元控制為劃分區(qū)域的原則，由檢測控制系統(tǒng)--現(xiàn)場控制站（LCS），對污水處理設(shè)備進行分散控制;再由中心控制系統(tǒng)--中心控制室，對全廠實行集中管理。各現(xiàn)場控制站與中心控制室之間由DP總線（或以太網(wǎng)）進行數(shù)據(jù)通信。在生產(chǎn)管理區(qū)有相應(yīng)數(shù)量控制對象（設(shè)備和儀表），采用線纜與現(xiàn)場控制站連接，組成工廠計算機綜合管理控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計從工藝流程出發(fā)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計為主控級、現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)。

第一層為主控級，位于中心控制室內(nèi)。一般污水廠內(nèi)設(shè)中心控制室一座，建于綜合樓內(nèi)（面積150平方米左右）并設(shè)維修間、資料室等附屬房間。內(nèi)設(shè)兩套監(jiān)控管理計算機操作站、兩套數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊裝置和不間斷電源，主要完成對污水廠各工藝流程段的集中操作、監(jiān)視和控制功能。

第二層為現(xiàn)場控制級，即PLC控制站。各現(xiàn)場控制PLC采用抗干擾時序雙機熱備型控制器，對上它們在中央控制管理計算機的協(xié)調(diào)下運行，并傳送數(shù)據(jù)，對下它們分別承擔(dān)本區(qū)域的數(shù)據(jù)采集和自動控制功能，即使中心控制室的計算機發(fā)生故障，它們也能獨立運行。

第三層為就地控制級，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試、設(shè)備維護階段。

（1）機械格柵自動控制系統(tǒng)。對粗格柵設(shè)置三種控制方式液位控制、時間控制、手（自）動控制。

在粗格柵前后設(shè)超聲波液位計，根據(jù)液位計測得的格柵前后水位差值自動控制機械格柵的運行時間，即水位差達到設(shè)定值時，自動啟動格柵。當(dāng)格柵停止運行的時間超過設(shè)定值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時間控制。PLC系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制柵渣螺旋輸送機、機械格柵的運行先后順序。

（2）提升水泵自動控制系統(tǒng)。在提升泵房設(shè)超聲波液位計，根據(jù)液位計測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按程序自動增加水泵的運行臺數(shù);相反，當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時，系統(tǒng)將按程序自動減少水泵的運行臺數(shù)。

（3）風(fēng)機曝氣量自動調(diào)節(jié)。生化系統(tǒng)曝氣量首先通過溶解氧儀檢測生物池的溶解氧，用空氣流量計檢測空氣管路的流量，根據(jù)溶解氧值和空氣流量調(diào)節(jié)生物池空氣管路上的電動調(diào)節(jié)閥門，以調(diào)節(jié)生物池的進氣量。通過控制管理系統(tǒng)可以設(shè)定溶解氧調(diào)節(jié)的參數(shù)值。

（4）回流污泥量的自動調(diào)節(jié)。為保證生物池中污泥混合液濃度在工藝要求范圍內(nèi)，采用回流污泥泵的變頻運行控制方式。根據(jù)厭養(yǎng)段的污泥沉降比（SVI）測量儀的測量數(shù)值調(diào)節(jié)控制回流污泥泵的變頻運行，實現(xiàn)進水量與污泥回流量的合理配比，從而保證生物處理的質(zhì)量穩(wěn)定性。還可通過控制系統(tǒng)的操作面板設(shè)定回流污泥比例和回流泵的變頻控制參數(shù)。

4 實施效果

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于蠡縣污水處理廠，日處理污水3萬噸，控制準確、可靠、有效，靈敏度可調(diào);管理運行，自動化程度達90%以上，減少操作員工62.5%以上，基本達到現(xiàn)場無人值守。污水處理廠系統(tǒng)可實現(xiàn)溶解氧和污泥濃度在線控制，實時調(diào)節(jié)風(fēng)機曝氣量的大小和剩余污泥泵的運行時間，使污水處理費用低于0.20元/t，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。不僅有效地改善了排放水質(zhì)，每年還可節(jié)省支出費用32.08萬元。

5 社會和經(jīng)濟效益

通過使用計算機控制系統(tǒng)，市、縣級污水處理廠可提高自動化程度90%以上、控制準確、快速有效，大大提高了設(shè)備效率，減少人工操作60%以上，減輕人員勞動強度，減員增效;符合國家節(jié)能減排的政策。

第2篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

關(guān)鍵詞：果蔬儲藏；環(huán)境監(jiān)控；系統(tǒng)模式；控制算法

中圖分類號：x859 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20150932006

引言

我國是一個生產(chǎn)和消費水果蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的大國，對農(nóng)產(chǎn)品、特別是水果和蔬菜的需求呈逐年上升的態(tài)勢。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，2012年我國水果產(chǎn)量達2.41億噸，水果種植面積同比增加1.2%，產(chǎn)量同比增加5.7%；2012年，我國蔬菜總產(chǎn)量達到7.09億噸，較上年凈增加2953萬噸。如此規(guī)模和上升勢頭的果蔬產(chǎn)業(yè)，亟需先進的儲藏系統(tǒng)和設(shè)備確保果蔬的品質(zhì)與長時間保存，而由于儲藏技術(shù)不過關(guān)，每年我國果品腐爛1200萬噸之多，蔬菜腐壞更是高達1.3億噸，每年損耗金額達1000億元以上。

果蔬儲藏環(huán)境具有多因子性、多變性和非線性的特征。需要監(jiān)控的環(huán)境因子有溫度、濕度、氧氣濃度和二氧化碳濃度等，監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)就在于測量影響因子的數(shù)值，根據(jù)既定的控制算法確定出被控量的控制量值，通過實時合理的調(diào)節(jié)環(huán)境因子，改善儲藏環(huán)境，達到長時間保鮮儲藏的目的。果蔬儲藏環(huán)境的監(jiān)控有3個不同的層次：人工監(jiān)控、自動監(jiān)控和智能監(jiān)控[1]。3種方式中，人工監(jiān)控屬于最初階段的方式，由于其諸多缺點，現(xiàn)已較少采用；自動監(jiān)控是我國應(yīng)用最多的果蔬儲藏環(huán)境監(jiān)控方式；智能監(jiān)控方式處于研究水平的較多，實際投入實踐的較少，但智能監(jiān)控勢必是未來的發(fā)展趨勢，因其能更合理、精確與智能地對果蔬儲藏環(huán)境實施監(jiān)督和控制，使得儲藏效果更好[2]。

1 果蔬儲藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)模式

1.1基于單片機的監(jiān)控模式

整個系統(tǒng)以單片機為核心，按照信息流向和控制模塊組成劃分為：前向輸入通道、控制面板和后向輸出控制3部分，如圖1所示。工作過程為：前端傳感器采集儲藏環(huán)境信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片傳給單片機處理中心，單片機中存儲了某種或某幾種果蔬必需的儲藏環(huán)境因子數(shù)值，將其與傳感器實時采集的環(huán)境因子參數(shù)數(shù)值進行比較運算，輸出的結(jié)果控制各個執(zhí)行機構(gòu)的動作[14]。單片機監(jiān)控模式是集中式控制結(jié)構(gòu)，單片機承擔(dān)了所有的控制要求，一旦單片機出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)就會失去控制，因此對單片機性能要求較高。

單片機監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)果蔬儲藏環(huán)境的全局管理，操作簡單、成本低廉，但可靠性較差、精度不高、故障率高，且自動化水平較低。

1.2基于PLC的監(jiān)控模式

基于PLC，即可編程控制器的果蔬儲藏環(huán)境監(jiān)控模式由上位機、PLC、數(shù)據(jù)采集單元及驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)組成，模式框圖如圖2所示。上位機作為全系統(tǒng)的管理監(jiān)控中心，負責(zé)統(tǒng)一管理；PLC作為控制核心，通過擴展模塊，接受來自傳感器的環(huán)境因子參數(shù)信息，實時處理數(shù)據(jù)并發(fā)送指令，經(jīng)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)控儲藏環(huán)境小氣候，實現(xiàn)儲藏環(huán)境的自動化監(jiān)控。

PLC作為系統(tǒng)的控制核心，融合了計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)繼電器技術(shù)，具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高和適宜長期連續(xù)工作的特點。

1.3 基于CAN現(xiàn)場總線的系統(tǒng)模式

CAN（Controller Area Network），即控制器局域網(wǎng)，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，由德國博世公司于20世紀80年代中期開發(fā)。CAN總線的通信速率最高可達1Mbps，通信距離最遠可達10km，總線上可掛接的節(jié)點數(shù)達110個，總線接口芯片支持8位、16位CPU。CAN總線通信介質(zhì)為雙絞線，用戶接口簡單，編程方便，可采取點對點、點對多點和全局廣播的方式傳送數(shù)據(jù)。

基于CAN現(xiàn)場總線的系統(tǒng)模式由上位機監(jiān)控中心、現(xiàn)場控制器、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)組成，組網(wǎng)簡單，成本適中，宜于進行大規(guī)模、多儲藏室的監(jiān)控，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

1.4 基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)模式

基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)模式包括無線通信網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，無線通信網(wǎng)絡(luò)可采用GPRS、3G、微波等方式實現(xiàn)遠距離儲藏環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸，Internet網(wǎng)絡(luò)使得管理人員可以通過遠程登錄的方式在異地就可完成對儲藏現(xiàn)場的操控，只要有Internet網(wǎng)絡(luò)覆蓋就可隨時隨地掌控果蔬儲藏的情況。

該系統(tǒng)模式分解成五層結(jié)構(gòu)，最底層為現(xiàn)場層，由控制器、傳感器和驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)組成，采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，傳感器負責(zé)采集環(huán)境因子參數(shù)數(shù)據(jù)，驅(qū)動電路芯片驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，控制器接受控制指令完成控制操作；第二層為無線通信網(wǎng)絡(luò)層，負責(zé)現(xiàn)場層采集的數(shù)據(jù)和上層發(fā)送的控制指令的傳輸；第三層是監(jiān)控層，完成下層傳輸上來的數(shù)據(jù)的存儲、顯示、處理和控制決策的制定；第四層是Internet網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)遠程登錄；第五層為Web客戶層，通過瀏覽器遠程訪問監(jiān)控現(xiàn)場，系統(tǒng)框圖如圖1.4所示。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)實現(xiàn)的儲藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)管理的儲藏室規(guī)模大、范圍廣，易于統(tǒng)籌，通過遠程登錄的方式能方便的了解到現(xiàn)場的實際情況，利于決策的制定。但是，此系統(tǒng)所需的軟硬件多、技術(shù)要求高、成本高，實現(xiàn)起來有一定難度也是其不足之處。

1.5 基于Zigbee無線技術(shù)的系統(tǒng)模式

Zigbee是一種短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。在2.4G Hz輸出功率和良好信道環(huán)境下，傳輸距離可達100米，數(shù)據(jù)傳輸率可達250kbps，具有功耗低、可靠性高、可擴展性好等優(yōu)點[5]。

基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模式由5部分組成：上位機監(jiān)控管理部分、控制器部分、傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)節(jié)點和驅(qū)動執(zhí)行部分，系統(tǒng)框圖如圖5所示[3]。

2 果蔬儲藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)控制算法

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件核心可以說是控制器，性能優(yōu)良的控制器不僅能夠出色完成預(yù)定的控制任務(wù)，而且還要消耗較少的能量，具有實時性好、效率高等特點。與此同時，系統(tǒng)還有一個軟件核心，是人為設(shè)置的控制策略，即算法。好的算法可使得控制精度高，系統(tǒng)時延小，甚至具有智能。

2.1 模糊控制算法

儲藏環(huán)境系統(tǒng)是一個受多變量影響的大慣性非線性系統(tǒng)，且有交連、時延現(xiàn)象，很難對這類系統(tǒng)建立精確地數(shù)學(xué)模型，也就不適宜用經(jīng)典控制方法和現(xiàn)代控制方法實現(xiàn)控制。模糊控制不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，它是通過計算機執(zhí)行人類用自然語言描述的規(guī)則，綜合考慮各種環(huán)境參數(shù)完成控制任務(wù)。

模糊控制的基本思想是把專家對特定被控對象和過程的控制策略總結(jié)成一系列控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用集，作用于被控對象和過程。模糊控制的一般步驟如下：

定義模糊子集，建立模糊控制規(guī)則；

由基本論域轉(zhuǎn)變?yōu)槟：险撚颍?/p>

模糊關(guān)系矩陣運算；

模糊推理合成，求出控制輸出模糊子集；

進行逆模糊運算，判決，得到精確控制量。

模糊控制的一般結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法

神經(jīng)網(wǎng)路是由簡單處理單元，被稱為“神經(jīng)元”，構(gòu)成的大規(guī)模并行分布式處理器，具有存儲經(jīng)驗知識并使之可用的特性，特別適合于具有較高非線性和難于建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)的控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)過程，通常采用多組樣本值進行訓(xùn)練的方式，從外界環(huán)境中獲取知識，互聯(lián)神經(jīng)元的連接強度，即突觸權(quán)值，用于存儲獲取的知識，經(jīng)過多次有序的改變網(wǎng)絡(luò)的突觸權(quán)值，達到想要的設(shè)計目標(biāo)。

神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本信息處理單位，由三種基本要素組成：突觸、加法器和激活函數(shù)。每一個突觸由其權(quán)值或強度作為特征，每個輸入信號和權(quán)值相乘送往加法器；加法器用于求輸入信號被神經(jīng)元的相應(yīng)突觸加權(quán)的和；激活函數(shù)用來限制神經(jīng)元輸出的振幅，神經(jīng)元模型圖如圖7所示。

2.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法

模糊算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的共同點在于處理和解決問題時都不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型。但一般來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不能直接處理結(jié)構(gòu)化的知識，它需用大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過自己學(xué)習(xí)的過程，并借助其并行分布式結(jié)構(gòu)來估計輸入輸出的映射關(guān)系。模糊算法可以直接處理結(jié)構(gòu)化的知識，也就是由專家給出的“規(guī)則”，因其引入了“隸屬度”的概念，使得“規(guī)則”可以數(shù)值化。模糊算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)合，能將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)機制引入模糊控制中，使模糊控制也具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的能力，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)借助大規(guī)模的并行分布式處理結(jié)構(gòu)完成模糊的推理過程，構(gòu)建一個帶有人類感覺和認知成分的自適應(yīng)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合模糊控制，它“不知不覺“中向訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，產(chǎn)生、修正并高度概括輸入輸出之間的模糊規(guī)則，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的產(chǎn)生和精煉這些規(guī)則，然后根據(jù)輸出模糊集合的幾何分布及由過去經(jīng)驗產(chǎn)生的模糊規(guī)則推理得出結(jié)論。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的融合方式如圖8所示。

2.4 模糊PID控制算法

常規(guī)PID算法具有原理簡單、實現(xiàn)方便的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域， PID算法適于簡單的單輸入、單輸出線性系統(tǒng)的控制，穩(wěn)態(tài)性能好，但動態(tài)性能較差，且容易產(chǎn)生超調(diào)，抗干擾能力差，對于非線性、時變、大滯后和參數(shù)難以實現(xiàn)在線整定的系統(tǒng)有難以克服的局限性。模糊控制算法魯棒性和動態(tài)性能較好，自適應(yīng)性強，對參數(shù)變化不敏感，能較大范圍適應(yīng)參數(shù)變化，對于非線性時變滯后系統(tǒng)而言，有較好的控制效果，考慮到果蔬儲藏環(huán)境條件的多變性，可將二者控制算法結(jié)合實現(xiàn)穩(wěn)定、高效、可靠地監(jiān)控。

模糊PID算法的實現(xiàn)由模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器和標(biāo)準PID控制器共同完成。模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器以誤差e和誤差變化率 作為輸入，PID參數(shù)KP、KI、KD作為輸出，利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行修改，運行過程中不斷檢測e和，不斷對三個參數(shù)進行修改，從而達到良好的控制性能。模糊PID原理圖如圖9所示。

3 結(jié)語

針對目前我國果蔬儲藏業(yè)的現(xiàn)狀，本文綜述了可應(yīng)用于果蔬儲藏環(huán)境監(jiān)控的五種系統(tǒng)模式和四種控制算法，用于改善果蔬儲藏的條件，較少儲藏損失，提高儲藏品質(zhì)。五種系統(tǒng)模式各具特點，適用不同的應(yīng)用場合，實現(xiàn)的難易程度不同，成本有高有低，根據(jù)我國現(xiàn)狀可實現(xiàn)多元化的選擇，形成多元化的應(yīng)用格局。四種控制算法相較常規(guī)控制方法，有其獨特的一面，一定程度上使得控制的可靠性和精確性更高，但實現(xiàn)上有其難度，需要綜合考慮，謹慎選擇?？傊瑢邇Σ丨h(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及控制算法的研究，會越來越向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化兩個方向發(fā)展，人為干預(yù)程度越低，自動化程度越高，則監(jiān)控效果會更好。

參考文獻

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第3篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

關(guān)鍵詞：計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)；素質(zhì)教育；工程應(yīng)用型人才；培養(yǎng)體系

2012年3月，國家教育部教高[2012]4號文件《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》強調(diào)了全面實施素質(zhì)教育的重要性，把促進人的全面發(fā)展和適應(yīng)社會需要作為衡量人才培養(yǎng)水平的根本標(biāo)準，要求落實文化知識學(xué)習(xí)和思想品德修養(yǎng)、創(chuàng)新思維和社會實踐、全面發(fā)展和個性發(fā)展緊密結(jié)合的人才培養(yǎng)要求。

要達到這樣的要求，必須從多方面分析社會對專業(yè)人才的綜合素質(zhì)需求，設(shè)計完整的素質(zhì)培養(yǎng)體系，實施全面教學(xué)改革，不斷檢驗實施效果并進行調(diào)整改進，逐步形成提高教學(xué)質(zhì)量的良性循環(huán)。

1.工程應(yīng)用型計算機專業(yè)人才素質(zhì)需求分析

近年來，我國出現(xiàn)了IT企業(yè)在計算機專業(yè)人才方面的嚴重缺乏與高校計算機專業(yè)應(yīng)屆畢業(yè)生就業(yè)率持續(xù)下滑相矛盾的現(xiàn)象。究其原因，是由高校培養(yǎng)的計算機專業(yè)人才與社會需求不一致造成的。

通過社會調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國IT界緊缺的是能勝任計算機系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和推廣應(yīng)用工作的工程應(yīng)用型人才。根據(jù)就業(yè)能力分析，社會需要的工程應(yīng)用型人才需要具有包括專業(yè)知識、專業(yè)實踐能力、社會能力等多方面的綜合能力。在專業(yè)知識方面需要在掌握計算機學(xué)科基礎(chǔ)知識、方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，具有計算機系統(tǒng)建設(shè)能力。和應(yīng)用能力；在專業(yè)實踐能力方面需要在運用專業(yè)理論知識和方法解決實際問題的基礎(chǔ)上，具有一定的知識、方法綜合運用能力，以及針對工程實際的技術(shù)創(chuàng)新精神；在社會能力方面需要在具備語言表達能力、個性發(fā)展能力的基礎(chǔ)上，具有團隊精神和自主學(xué)習(xí)能力等綜合素質(zhì)。

2.培養(yǎng)體系設(shè)計

為達到工程應(yīng)用型計算機專業(yè)人才綜合素質(zhì)培養(yǎng)的目的，在傳統(tǒng)培養(yǎng)體系的基礎(chǔ)上進行改革和擴展，構(gòu)建了知識培養(yǎng)與能力培養(yǎng)相結(jié)合、課內(nèi)培養(yǎng)與課外培養(yǎng)相結(jié)合的包括4條主線的綜合素質(zhì)培養(yǎng)體系，見圖1。中間的兩條主線是知識培養(yǎng)體系和實踐能力培養(yǎng)體系，結(jié)合課程體系調(diào)整和課堂教學(xué)改革，實現(xiàn)加強計算機學(xué)科基礎(chǔ)知識、方法和技術(shù)的培養(yǎng)；結(jié)合實驗、課程設(shè)計、實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，著重解決知識、方法的綜合運用以及計算機系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。兩邊為綜合輔助體系，課外活動體系結(jié)合學(xué)生課外活動和專業(yè)競賽組織，強化自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、溝通能力、團隊合作精神等素質(zhì)的培養(yǎng)；教學(xué)管理體系針對其他3個體系實施管理。

其中的知識培養(yǎng)體系、實踐能力培養(yǎng)體系分為4個層次：

第1層為通識教育平臺，針對大學(xué)一年級學(xué)生。在知識培養(yǎng)方面以人文、社科、數(shù)學(xué)、自然科學(xué)等基礎(chǔ)性綜合素質(zhì)培養(yǎng)為目的，為學(xué)生的全面發(fā)展和個性化發(fā)展打下扎實的基礎(chǔ)。在實踐能力培養(yǎng)方面從熟練掌握常用計算機應(yīng)用軟件人手，培養(yǎng)學(xué)生的計算機基本操作能力。綜合輔助體系開展專業(yè)認知講座、名師講堂、企業(yè)專家講座等形式的專業(yè)認知教育，并開展專業(yè)科普知識競賽等課外活動，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣。

第2層為專業(yè)素質(zhì)平臺，針對大學(xué)二年級學(xué)生。在知識培養(yǎng)方面以計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心知識培養(yǎng)為主，為學(xué)生專業(yè)發(fā)展奠定扎實的基礎(chǔ)。在實踐能力培養(yǎng)方面以專業(yè)核心課程對應(yīng)的實驗課程，以及經(jīng)典編程語言課程為主，為學(xué)生打下計算機系統(tǒng)建設(shè)實踐能力基礎(chǔ)。綜合輔助體系開展專業(yè)興趣小組活動和校內(nèi)專業(yè)知識競賽，促進學(xué)生專業(yè)知識的深入學(xué)習(xí)和綜合運用，為后續(xù)的創(chuàng)新活動和創(chuàng)新競賽作準備。

第3層為專業(yè)方向平臺，針對大學(xué)三年級學(xué)生。在知識培養(yǎng)方面結(jié)合具體的專業(yè)方向知識開設(shè)專門課程，強化學(xué)生的個性發(fā)展能力。在實踐能力培養(yǎng)方面圍繞專業(yè)課程實驗及特色開發(fā)工具構(gòu)造實踐模塊，并以綜合性實驗、探索性試驗、社會實踐等多種方式加強學(xué)生計算機系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)能力，培養(yǎng)團隊合作精神。綜合輔助體系開展本科生科研參與、專業(yè)創(chuàng)新競賽組織工作，促進學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識的形成，為其個性化發(fā)展準備條件。

第4層為能力提升平臺，針對大學(xué)四年級學(xué)生。在知識培養(yǎng)方面以專業(yè)前沿技術(shù)發(fā)展知識更新為依據(jù)，形成動態(tài)調(diào)整的知識架構(gòu)，實現(xiàn)持續(xù)適應(yīng)社會需求的建設(shè)目標(biāo)。在實踐能力培養(yǎng)方面以計算機領(lǐng)域社會需求研發(fā)平臺為依據(jù)開展校內(nèi)實踐教學(xué)，并廣泛開展企業(yè)實習(xí)和項目開發(fā)實踐，通過將畢業(yè)設(shè)計與企業(yè)實習(xí)相結(jié)合，促進學(xué)生接觸社會需求、行業(yè)規(guī)范、國際標(biāo)準，幫助學(xué)生提升就業(yè)能力、創(chuàng)新能力。

3.課程體系建設(shè)

計算機專業(yè)課程體系的建設(shè)首先要考慮計算機學(xué)科核心知識體系要求，其次應(yīng)兼顧所設(shè)置的特色專業(yè)方向以及計算機技術(shù)發(fā)展和社會人才需求。

3.1從計算機學(xué)科核心知識體系出發(fā)，提取專業(yè)核心課程

第4篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

【關(guān)鍵詞】計算機組成原理 課程體系 構(gòu)建

【中圖分類號】G64 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）09-0247-02

一、課程建設(shè)中存在的問題

近年來，多數(shù)高等院校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都以必修課的形式開設(shè)了“計算機組成原理”這門課程。雖然各院校講授的內(nèi)容各不相同，但是他們對該課程的性質(zhì)、地位、作用及重要性都有了一定的認識。由于“計算機組成原理”課程覆蓋的專業(yè)較多，因此各校在進行教學(xué)時在一些問題上還存在不同的認識，其中的有些問題還需要進一步探索。

二、課程的地位及作用

“計算機組成原理”是系統(tǒng)介紹了計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理、基本設(shè)計與實現(xiàn)方法。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對計算機的組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有較全面的認識，使學(xué)生從理論和實踐上掌握計算機系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)的方法，進而提高學(xué)生進行計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此，“計算機組成原理”課程在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)中具有舉足輕重的作用。

三、課程體系的構(gòu)建

（一）課程概述

本課程主要從計算機的基本概念、基本組成結(jié)構(gòu)分析著手，對計算機各個基本組成部件及控制單元的工作原理進行討論，分析計算機系統(tǒng)的一般特點，使學(xué)生掌握有關(guān)軟、硬件的基本知識，尤其是個基本組成部件有機連接構(gòu)成整機系統(tǒng)的方法，為培養(yǎng)學(xué)生對計算機系統(tǒng)的分析、設(shè)計、開發(fā)和使用能力打下基礎(chǔ)。

（二）課程性質(zhì)

適用專業(yè)類：高等院校計算機科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)

授課時數(shù)：54學(xué)時

實踐時數(shù)：18學(xué)時

先修課程：數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、C++語言程序設(shè)計。

（三）課程內(nèi)容

本課程對教學(xué)內(nèi)容的要求分為3個層次，分別是：“掌握”、“理解”和“了解”。對于要求“掌握”和“理解”的內(nèi)容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和計算能力，有些內(nèi)容還要求會應(yīng)用?！罢莆铡北取袄斫狻币蟾撸行┲R必須熟記。對要求“了解”的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)知道基本概念和基本原理?！坝嬎銠C組成原理”課程體系應(yīng)由理論知識、實驗兩大部分組成。

1.理論知識

① 計算機系統(tǒng)概述 （4學(xué)時）。主要內(nèi)容： 計算機系統(tǒng)軟硬件的組成與層次結(jié)構(gòu)、 計算機系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)與評價標(biāo)準、 計算機的發(fā)展和應(yīng)用。

②計算機的邏輯部件 （6學(xué)時）。主要內(nèi)容：布爾代數(shù)的基礎(chǔ)知識、 計算機中常用的組合邏輯電路、時序邏輯電路。

③數(shù)據(jù)表示、運算方法與運算部件 （10學(xué)時）。主要內(nèi)容： 數(shù)字化信息編碼、 計算機中數(shù)據(jù)的表示、轉(zhuǎn)換和運算、 二進制乘法和除法運算、 浮點數(shù)的運算方法、 運算部件、 數(shù)據(jù)校驗碼。

④主存儲器 （6學(xué)時）。主要內(nèi)容： 主存儲器概述、 讀/寫存儲器、 非易失性半導(dǎo)體存儲器。

⑤指令系統(tǒng) （6學(xué)時）。主要內(nèi)容： 指令格式與數(shù)據(jù)表示、 尋址方式、 指令類型與指令系統(tǒng)的兼容性、 RISC和CISC、 指令系統(tǒng)舉例。

⑥中央處理部件 （6學(xué)時）。主要內(nèi)容： 計算機的硬件系統(tǒng)、 控制器的組成、 微程序控制的工作原理、 流水線工作原理。

⑦存儲器系統(tǒng) （6學(xué)時）。主要內(nèi)容： 存儲器系統(tǒng)概述、 高速緩沖存儲器、 虛擬存儲器、 相聯(lián)存儲器和存儲保護。

⑧輸入輸出系統(tǒng) （6學(xué)時）。主要內(nèi)容： 輸入輸出系統(tǒng)概述、 程序中斷、 DMA輸入輸出方式、 通道控制方式、 總線結(jié)構(gòu)、 外設(shè)接口。

⑨計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （4學(xué)時）。主要內(nèi)容： 計算機系統(tǒng)概述、 多媒體計算機、超級流水線處理機和超長指令計算機、 計算機網(wǎng)絡(luò)簡述。

理論共54學(xué)時，3學(xué)分，成績比例70%。

2.實驗

通過做實驗讓學(xué)生加深對所學(xué)學(xué)科知識的理解和掌握，同時培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。具體內(nèi)容如下：①運算器實驗（6學(xué)時）②存儲器實驗（4學(xué)時）③微程序控制器實驗（2學(xué)時）④模型機組成與指令執(zhí)行實驗（4學(xué)時）⑤輸入輸出實驗（2學(xué)時）。

共18學(xué)時，1學(xué)分，30%。

（四）課程的重點和難點

重點：掌握計算機的各個組成部件的工作原理。

難點：指令的執(zhí)行和存儲空間的擴充。

四、加強課程構(gòu)建的具體設(shè)想及主要措施

（一）在教學(xué)環(huán)節(jié)中突出本課程的實踐環(huán)節(jié)

“計算機組成原理”是計算機科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的學(xué)習(xí)將為學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”、“微機原理”等后續(xù)課程和研制開發(fā)各種系統(tǒng)和應(yīng)用軟件打下扎實的理論和實踐基礎(chǔ)，因此可以將“計算機組成原理”課程的知識結(jié)構(gòu)結(jié)合相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)來鞏固并加深所需的知識點的理解。在教學(xué)過程中，即注重學(xué)生基礎(chǔ)理論知識的掌握，也注重學(xué)生動手能力、設(shè)計能力的培養(yǎng)，使本課程在處理知識面的寬度和深度上，既滿足作為基礎(chǔ)課的要求又達能到課程突出實踐環(huán)節(jié)的特色。

（二）教學(xué)方法的整改策略

實驗教學(xué)分層次組織：以能力培養(yǎng)為宗旨，根據(jù)難度分為達到“實驗設(shè)置基本要求”和“實驗設(shè)置較高要求”的實驗。教師根據(jù)學(xué)生情況分層次組織實驗，既能掌握基礎(chǔ)性實驗，也能體驗有一定難度的實驗，使不同程度的學(xué)生都能從中受益，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）教學(xué)手段的改進

“計算機組成原理”充分地利用了學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源，將教學(xué)課件、教輔材料及習(xí)題集等資源上網(wǎng)，使學(xué)生方便地下載，了解本課程的教學(xué)安排、計劃和要求、考試題型及考核方式，便于學(xué)生課下的復(fù)習(xí)自學(xué)、鞏固知識點，并對學(xué)生課余主動學(xué)習(xí)提供了很大的方便。使用這樣先進的教學(xué)手段，既提高了教學(xué)質(zhì)量，又取得了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)束語

該課程體系是在分析和研究部分高等院校“計算機組成原理”課程教學(xué)實踐基礎(chǔ)上構(gòu)建的，但是由于多數(shù)院校開設(shè)“計算機組成原理”課程授課的學(xué)生層次和研究方向、專業(yè)特色的不同，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實驗環(huán)節(jié)等還處于探索階段。因此其科學(xué)性、合理性和實用性有待實踐的進一步檢驗和完善。

參考文獻：

第5篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

1課程教學(xué)內(nèi)容探索

專業(yè)知識體系由知識領(lǐng)域、知識單元和知識點三個層次組成，專業(yè)知識體系分成學(xué)科基礎(chǔ)知識體系和專業(yè)方向知識體系。電子信息類學(xué)科基礎(chǔ)知識體系由電路與電子學(xué)知識領(lǐng)域、信號系統(tǒng)與控制知識體系、計算機知識領(lǐng)域和電磁場知識領(lǐng)域四個基本知識領(lǐng)域構(gòu)成[1]。傳統(tǒng)的微機原理課程作為計算機知識領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課，與計算機文化基礎(chǔ)、C語言、電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等先導(dǎo)課程聯(lián)系緊密，同時又是單片機原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用、DSP原理與應(yīng)用、現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機網(wǎng)絡(luò)與通信等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)。該課程在上述學(xué)科前三個基礎(chǔ)知識領(lǐng)域與電子信息類各專業(yè)方向知識體系之間起到承上啟下的作用。

隨著集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，微處理器的發(fā)展也日新月異，其芯片集成度越來越高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，處理能力越來越強，已進入64位的微處理器時代。對于剛剛進入高校的本科生，如果直接學(xué)習(xí)32位、甚至64位的微機系統(tǒng)原理，需要掌握的相關(guān)背景知識太多，容易陷入技術(shù)的泥潭中[2]。而傳統(tǒng)的微機原理介紹的16位的微處理器8086/8088及其相應(yīng)的配套接口芯片早已退出應(yīng)用舞臺，造成知識點與實際應(yīng)用存在較大的脫節(jié)，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)這門課程沒有用的錯覺。雖然微機原理理論更系統(tǒng)，而單片機應(yīng)用性更強，但這兩門課程在內(nèi)容上(原理與接口應(yīng)用等)和形式上(指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計等)具有較大的交叉，獨立設(shè)課將不可避免地出現(xiàn)知識點的重復(fù)和各自重點的缺失。此外，盡管微機原理課程偏重于系統(tǒng)理論，但也是一門實踐性很強的課程，需要通過實驗實踐來加深對系統(tǒng)理論的理解，以8086/8088為核心的實驗平臺缺乏實際應(yīng)用背景，在學(xué)時較少的情況下實驗教學(xué)效果較差，如果采用廣泛使用的51系列單片機來合理地設(shè)計實驗課程內(nèi)容，實驗將具有更強的實際應(yīng)用背景，可以更有效地與系統(tǒng)理論知識協(xié)調(diào)互補，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生進行課外動手實踐制作，可更好地增強學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神。為此，我校電子信息類專業(yè)將這兩門課程合二為一，安排45學(xué)時的理論教學(xué)和20學(xué)時的實驗教學(xué)。

由于各領(lǐng)域的應(yīng)用需求不同，微型計算機系統(tǒng)形成了以PC機為代表的通用微型計算機系統(tǒng)和以單片機、ARM，DSP，SOC，SOPC等為代表的嵌入式計算機系統(tǒng)這兩大分支。盡管這兩大分支系統(tǒng)在外形上具有很大差異，但由于“本是同根生”，它們都是由基本的馮•諾依曼結(jié)構(gòu)計算機工作原理演變而來，存在很多共同的知識點。因此，課堂教學(xué)應(yīng)首先介紹計算機的基本原理：對數(shù)制與編碼、計算機的基本組成邏輯電路、存儲器等基礎(chǔ)知識簡要回顧，做好課程與數(shù)字電子技術(shù)課程內(nèi)容的銜接；明確計算機系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)組成上以運算器和控制器為中心引出系統(tǒng)總線配備存儲器和輸入輸出設(shè)備，以指令系統(tǒng)作為軟件基礎(chǔ)明確計算機是按照給定程序，逐條執(zhí)行指令從而實現(xiàn)特定功能，明確程序設(shè)計語言中的機器語言、匯編語言和高級語言這三大類型語言各自的特點和相互關(guān)系；硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)有機組合在一起才能構(gòu)成完整的微機系統(tǒng)，以計算機執(zhí)行訪問存儲器或I/O設(shè)備程序過程舉例說明微型計算機的基本工作過程和原理；從中斷基本概念出發(fā)明確中斷系統(tǒng)功能和中斷處理過程，介紹中斷程序的一般設(shè)計方法，從而明確計算機中斷系統(tǒng)的原理。由于51系列單片機“麻雀雖小五臟俱全”，一個芯片包含了計算機結(jié)構(gòu)中運算器、控制器、存儲器和輸入/輸出5個組成單元，其知識相對簡單，容易理解和掌握，而且有廣泛的應(yīng)用背景，比較容易進行各種系統(tǒng)設(shè)計實驗，因此，學(xué)習(xí)計算機的基本工作原理后，可著重講授51系列單片機原理及應(yīng)用。通過對51系列單片機內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和工作原理的學(xué)習(xí)，輔以電源電路、復(fù)位電路和時鐘電路建立單片機最小系統(tǒng)作為硬件平臺；在軟件基礎(chǔ)方面，理解和掌握80C51指令系統(tǒng)中的尋址方式和指令的分類，掌握各條指令有序組合在一起實現(xiàn)特定功能的匯編程序設(shè)計方法，從而更深入地理解和掌握單片機的硬件結(jié)構(gòu)，再偱序漸進地引導(dǎo)學(xué)生采用高級語言進行程序設(shè)計，實現(xiàn)與C語言課程內(nèi)容的銜接；通過內(nèi)部主要功能單元(定時/計數(shù)器、UART串行接口和中斷系統(tǒng))結(jié)構(gòu)和編程應(yīng)用、單片機系統(tǒng)擴展和接口的編程應(yīng)用的學(xué)習(xí)，從軟硬兩方面綜合實現(xiàn)單片機的實際應(yīng)用。在學(xué)時允許的條件下，最后簡要介紹微型計算機系統(tǒng)的原理與應(yīng)用，加深計算機系統(tǒng)工作原理的理解，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。

教學(xué)是教師的教和學(xué)生的學(xué)所組成的一種人類特有的人才培養(yǎng)活動。站上講臺，教師要明確教什么，幫助學(xué)生建立學(xué)科相關(guān)課程的體系結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生明確所學(xué)課程在學(xué)科體系中的地位和作用，明確能夠?qū)W什么。以上介紹可明確我校電子信息專業(yè)微機原理與接口技術(shù)課程改革后“教什么與學(xué)什么”的問題。

2課程教學(xué)方法探索

通過對課程教學(xué)內(nèi)容的探索，課程重點講授微型計算機系統(tǒng)架構(gòu)及其基本工作原理、單片機工作原理和實際開發(fā)應(yīng)用兩部分內(nèi)容，課程具有較強的理論性和應(yīng)用性，課程內(nèi)容比較抽象，如何提高課程教學(xué)效果，需要深入探索“怎么教與怎么學(xué)”的問題。

2.1 課堂授課方式探索

隨著現(xiàn)代化多媒體教學(xué)方式的普及，傳統(tǒng)的純板書教學(xué)方式逐步被多媒體投影教學(xué)方式取代。這種 現(xiàn)代化的教學(xué)方式在聲形結(jié)合、圖文并茂地給學(xué)生帶來不同的學(xué)習(xí)體驗的同時，也顯現(xiàn)出一定的弊端。通常情況下，教師在控制臺講解投影屏上的教學(xué)內(nèi)容時，學(xué)生聽到的講解聲音和看到的課程內(nèi)容處于脫離狀態(tài)，視覺和聽覺難以集中[3]。此外，由于多媒體教學(xué)沒有教師板書環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)信息量增大，學(xué)生對課程內(nèi)容思考時間變短，同時長時間盯著投影屏接受大量信息容易造成視覺疲勞，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，不具有傳統(tǒng)板書教學(xué)方式中學(xué)生的視覺和聽覺集中在教師板書區(qū)域，能夠跟隨教師板書節(jié)奏邊聽邊理解的優(yōu)點。因此，我們針對具體教學(xué)內(nèi)容采用傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代化多媒體相結(jié)合的方式授課，不僅給學(xué)生帶來圖文并茂的學(xué)習(xí)體驗，同時對于重點和難點知識，采用板書形式循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生一起互動式理解并掌握，提高教學(xué)效果。例如：通過舉例方式講解匯編語言程序設(shè)計基本方法，通過課件顯示例題題目內(nèi)容可節(jié)省傳統(tǒng)板書書寫時間，對設(shè)計題目分析時，通過課件以動畫的形式生動地展示程序流程圖，以流程圖為依據(jù)進一步采用傳統(tǒng)板書的方式引導(dǎo)學(xué)生一起在黑板上依次書寫一條條的指令，完成程序設(shè)計，然后將備課時在計算機上編輯好的程序源代碼用仿真軟件運行并通過投影儀展示程序運行過程。

由于該課程在學(xué)科專業(yè)體系中承上啟下，課程內(nèi)容與數(shù)字電子技術(shù)息息相關(guān)，在授課過程中要注重相關(guān)課程的銜接。例如：講授總線概念時，可聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)課程中講授的三態(tài)門采用分時工作的工作方式，主要應(yīng)用在計算機總線中；講授存儲器擴展時，聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)課程中講授的半導(dǎo)體存儲器的相關(guān)概念；講授定時/計算器時，聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)課程中講授的時序邏輯電路計算器的工作原理；講授計算機中有符號數(shù)采用補碼形式可將符號位直接參與運算，結(jié)果仍為補碼形式表示時，可進一步拓展到數(shù)字系統(tǒng)中有符號表示和運算均采用補碼形式。此外，課程內(nèi)容自成體系，需注重課程前后知識點的連貫銜接，在授課過程中，只要講授的新知識點與前面學(xué)習(xí)的知識點相關(guān)，我們就引導(dǎo)學(xué)生翻到教材學(xué)過的相關(guān)知識點位置，將前后知識點有機結(jié)合起來，幫助學(xué)生形成完整的課程體系。

由于課程部分內(nèi)容較為抽象、難以理解，在講授相關(guān)內(nèi)容時，還可采用比喻的方法用日常生活中相似的事例進行類比，將抽象內(nèi)容形象化、生動化，讓學(xué)生更好地理解和掌握。例如：講授中斷處理過程可以用事例“正常講課過程中出現(xiàn)學(xué)生提出疑問并解答完畢回歸正常講課”作類比。“教師正常授課”類似于“執(zhí)行主程序”，“學(xué)生舉手”類似于“中斷請求”，“教師請學(xué)生提出疑問”類似于“中斷響應(yīng)”，“學(xué)生提出疑問以及教師解答”類似于“中斷處理”，“回到正常授課”類似于“中斷返回”，此外，“學(xué)生提出疑問前的授課進度和內(nèi)容”類似于“中斷的斷點”，學(xué)生通過這樣的類比可以更好地理解和掌握中斷的相關(guān)概念。講授“MOV”傳送指令時，可用學(xué)生在課堂上抄作業(yè)進行類比。講授空操作指令“NOP”時，可拿學(xué)生在課堂上打瞌睡作類比，類比過程引來了學(xué)生哄堂大笑，活躍課堂氣氛的同時，也提醒部分學(xué)生要遵守課堂紀律，不要在課堂上虛度光陰。

2.2 注重實驗實踐環(huán)節(jié)

本課程是實踐性和應(yīng)用性非常強的專業(yè)基礎(chǔ)課，僅僅通過課堂教學(xué)來學(xué)習(xí)掌握基本系統(tǒng)概念、工作原理、設(shè)計原則和方法是遠遠不夠的，尤其在當(dāng)今大力提倡以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心的素質(zhì)教育中，為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需要，必須將理論和實踐緊密結(jié)合起來，用理論指導(dǎo)實踐，用實踐強化理論。因此，教學(xué)雙方都要注重實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，正確合理地設(shè)計實驗課程內(nèi)容，并采用探究式教學(xué)方法，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，調(diào)動學(xué)生的積極性，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，變被動接收為主動探求，“做中學(xué)，學(xué)中做”，做到學(xué)以致用、活學(xué)活用。

實驗課程采用層次化的實驗實踐內(nèi)容體系，分成基礎(chǔ)實驗、系統(tǒng)綜合實驗和課程設(shè)計實踐三個層次?；A(chǔ)實驗內(nèi)容包括：軟件開發(fā)環(huán)境和簡單程序設(shè)計，I/O口輸入、輸出實驗，中斷、定時器實驗；異步串行通信實驗，D/A和A/D接口實驗等。通過基礎(chǔ)實驗逐步掌握單片機的定時/計數(shù)器、中斷、串行通信、系統(tǒng)擴展、接口技術(shù)等功能，在實驗過程中偱序漸進地引導(dǎo)學(xué)生采用C語言進行程序設(shè)計。以簡易數(shù)字時鐘設(shè)計為題進行系統(tǒng)綜合實驗訓(xùn)練，讓學(xué)生將基礎(chǔ)實驗中掌握的單片機各功能模塊組成完整系統(tǒng)，建立單片機系統(tǒng)整體概念，學(xué)會站在系統(tǒng)的高度分析和解決問題，初步具備單片機系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)能力。通過以上兩個層次的訓(xùn)練后，學(xué)生有了一定的理論基礎(chǔ)以及實踐能力，則進入課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)。學(xué)生通過課外時間自行選擇課題，獨立完成相關(guān)軟件和硬件的設(shè)計，要求設(shè)計實物系統(tǒng)測試驗收，訓(xùn)練學(xué)生自主解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

由于實驗項目設(shè)計來自實際應(yīng)用課題，使得實驗課程更接近實際應(yīng)用。設(shè)計性、綜合性實驗占85%，要求根據(jù)任務(wù)，做好預(yù)習(xí)，根據(jù)參考方案或自行設(shè)計硬件電路，編寫相應(yīng)的程序。每位學(xué)生獨立完成軟硬件的調(diào)試，做好實驗記錄并由指導(dǎo)教師檢查后簽字確認。每個實驗結(jié)束后，要求學(xué)生提交完整的實驗報告，包括程序清單、電路原理圖、測試記錄、結(jié)果分析等。

3課程教學(xué)目標(biāo)探索

將傳統(tǒng)的微機原理與接口技術(shù)和單片機原理與應(yīng)用課程合二為一后，為了能夠?qū)崿F(xiàn)為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定較強的微機系統(tǒng)理論基礎(chǔ)并掌握單片機系統(tǒng)原理和具備單片機實際應(yīng)用開發(fā)能力的教學(xué)目標(biāo)，我們還需要進一步探討教學(xué)過程中“教到什么程度與學(xué)到什么程度”的問題。

微機系統(tǒng)理論基礎(chǔ)是原理性的，傳統(tǒng)的微機原理課程基于8/16位微處理器展開，而由于技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)代微處理器已進入64位的時代，教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用之間存在巨大的脫節(jié)。盡管技術(shù)在不斷變換，但是從計算機面世以來，基本原理沒有發(fā)生太大的改變，從馮•諾依曼結(jié)構(gòu)提出到現(xiàn)在已有幾十年，即使技術(shù)工藝有了翻天覆地的變化，但體系結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生本質(zhì)改變[4]。因此，課程拋開具體的微處理器型號，把握通用微型計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)這兩大分支的共性，以共性為基礎(chǔ)建立微型 計算機系統(tǒng)軟硬件體系架構(gòu)，并了解微型計算機技術(shù)的發(fā)展趨勢，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。然后學(xué)習(xí)比較容易入手的單片機原理及應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容：一方面，通過理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，掌握51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計及調(diào)試方法，掌握單片機開發(fā)工具的使用方法，鍛煉和提高學(xué)生的工程實踐能力，為新型單片機的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)；另一方面，通過具體型號的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用開發(fā)的學(xué)習(xí)，夯實微型計算機系統(tǒng)軟硬件體系架構(gòu)的理解，掌握微型計算機系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一般方法，用于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

此外，隨著編譯技術(shù)的進步，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的軟件大多采用高級語言編寫，僅少量引導(dǎo)代碼采用匯編語言編寫[5]。因此，在課程中，對于51單片機指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計的教學(xué)只需要服務(wù)于幫助學(xué)生更深入地理解和掌握單片機的硬件結(jié)構(gòu)和高級語言程序的相關(guān)原理就足夠了，之后，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)入高級語言的學(xué)習(xí)，從而在軟件編程時做到得心應(yīng)手，能夠編寫出高效的軟件程序。

第6篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

    1.考試要求:

    (1)熟悉計算機系統(tǒng)和常用I/O設(shè)備的基礎(chǔ)知識;

    (2)熟悉計算機主要部件及其功能的基礎(chǔ)知識;

    (3)了解操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識及其安裝與操作方法;

    (4)熟練掌握常用辦公軟件的操作方法;

    (5)熟悉多媒體、計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識;

    (6)熟悉電子商務(wù)理念、發(fā)展階段、特點以及基本運作方式;

    (7)熟悉網(wǎng)上交易過程,了解網(wǎng)上支付、支付工具和支付系統(tǒng)基礎(chǔ)知識;

    (8)掌握C與Java語言的編程基礎(chǔ)知識;

    (9)掌握HTML語言,了解XML語言,熟練掌握 Dreamweaver和FrontPage網(wǎng)頁制作工具;

    (10) 掌握VBScript或JavaScript腳本語言,掌握ASP和JSP動態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù);

    (11)掌握電子商務(wù)網(wǎng)站建設(shè)和網(wǎng)頁設(shè)計的基本方法;

    (12)掌握網(wǎng)站運營維護與管理的基礎(chǔ)知識和基本操作方法;

    (13)熟悉信息安全的常識,熟悉電子商務(wù)安全技術(shù)的基礎(chǔ)知識;

    (14)了解電子商務(wù)有關(guān)的法律、法規(guī)要點,熟悉電子商務(wù)從業(yè)人員職業(yè)道德要求;

    (15)能閱讀和理解相關(guān)領(lǐng)域的簡單英文資料。

    2.通過本考試的人員能理解計算機和電子商務(wù)基礎(chǔ)知識;熟練使用常用辦公軟件;能按企業(yè)要求進行網(wǎng)站設(shè)計和網(wǎng)頁制作;能對電子商務(wù)網(wǎng)站進行日常運行管理與維護;具有助理工程師(或技術(shù)員)的實際工作能力和業(yè)務(wù)水平。

    3.本考試設(shè)置的科目包括:

第7篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

關(guān)鍵詞:計算機組成原理;實驗教學(xué);可編程器件;實驗評價

計算機組成原理課程是計算機學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,主要內(nèi)容包括計算機構(gòu)成及其各個部分如何協(xié)調(diào)工作[1]。在整個計算機專業(yè)課程體系中,計算機組成原理是起著承上啟下的作用[2-3],它以數(shù)字邏輯課程為基礎(chǔ),而自身又是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)等課程的基礎(chǔ)。同時計算機組成原理又是一門與實踐結(jié)合很緊密的課程,課程實驗一直是教學(xué)中的一個重點,各高校也很重視,在實驗上投入了大量的精力。

2009年11月在南京召開了“計算機組成與結(jié)構(gòu)課程群”的實驗教學(xué)研討會,會上討論了國內(nèi)實驗教學(xué)的進展和不足,本文立足于此次會議,結(jié)合各校的實驗教學(xué)環(huán)節(jié),以計算機組成原理課程為例,對實驗教學(xué)進行研究。

1課程設(shè)置

目前,國內(nèi)大多數(shù)高校都將計算機組成原理作為第一門專業(yè)課程安排在數(shù)字邏輯課之后,主要內(nèi)容包括:計算機系統(tǒng)的基本概念、指令系統(tǒng)、處理器組成(運算器、控制器等)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、流水線技術(shù)等[1,4]。組成原理一般會安排在大二下學(xué)期甚至大三上學(xué)期,這樣就不可避免地造成與其他專業(yè)課程同時開課,使得學(xué)生在沒有掌握計算機組成之前就開始更高層次的專業(yè)課學(xué)習(xí),這樣無法體現(xiàn)計算機組成原理的專業(yè)基礎(chǔ)課作用。

為了解決這些問題,一些學(xué)校在課程設(shè)置上學(xué)習(xí)了國外大學(xué)的做法,開設(shè)了一門計算機入門性質(zhì)的課程,如清華大學(xué)和中國科技大學(xué)開設(shè)了計算機系統(tǒng)導(dǎo)論課程,課程系統(tǒng)地介紹了計算機專業(yè)的一些入門知識:最底層的器件邏輯門電路微結(jié)構(gòu)指令集結(jié)構(gòu)程序算法問題域。這樣,學(xué)生對計算機有了概括性的基礎(chǔ)知識,這樣就可以避免課程安排的問題了,同時,教師在計算機組成原理課上就可以更加深入地介紹計算機的組成和工作原理了。

各校一般都在計算機組成原理課程中安排試驗[4-5],課程的總課時中有專門的實驗課時,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課的同時完成實驗,這樣做的好處是讓學(xué)生能夠?qū)⒗碚搶W(xué)習(xí)和實驗操作同時進行,加深對知識的理解,但是由于進度安排的問題,綜合性的大實驗(如處理器設(shè)計)只能被安排在學(xué)期后段,學(xué)生需要短時間內(nèi)投入大量精力才能完成。對于一些無法單獨在組成原理課程中實現(xiàn)的更大規(guī)模的課程設(shè)計型實驗,需要學(xué)生掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)等課程的知識,也需要更多的實驗課時,為此,一些學(xué)校開設(shè)了專門的計算機綜合實踐課程,如東南大學(xué)的計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計、中國科技大學(xué)的計算機系統(tǒng)原型設(shè)計等,這些課程綜合了計算機學(xué)科多方面的知識,以計算機組成原理為實驗基礎(chǔ),進一步拓展了實驗的領(lǐng)域。

中國科技大學(xué)華夏班在課程設(shè)置上參考了國外大學(xué)的一些方案,面向計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)學(xué)科發(fā)展前沿,強調(diào)前瞻性、先進性和實踐性,探索出了計算機組成課程群課程設(shè)置(見表1)的新方向。

從課程設(shè)置中我們可以看出實驗在總課時和總學(xué)分中所占的比重很大,幾乎占到了二分之一,并且計算機系統(tǒng)原型設(shè)計是一門實驗課程,分為A和B兩個部分,A為CPU設(shè)計,B為系統(tǒng)軟件設(shè)計,二者結(jié)合起來就是一個完整的計算機系統(tǒng)原型。清華大學(xué)在課程設(shè)置上也與其類似,只是沒有專門的實驗課程,內(nèi)容也簡化很多,主要著重于計算機組成原理的相關(guān)內(nèi)容。

2實驗設(shè)置

目前國內(nèi)的計算機組成原理課程實驗都已經(jīng)逐

漸向處理器設(shè)計這一方向靠攏,差別只在于實驗的方式和難度。表2是參加此次會議的幾個學(xué)校課程實驗設(shè)置情況。

從表2可以看出,計算機組成原理課程的實驗已經(jīng)由以前的驗證性部件實驗逐漸過渡到處理器設(shè)計及計算機系統(tǒng)搭建這一層次上,具體體現(xiàn)在以下幾個方面:

1) 使用可編程邏輯器件作為實驗平臺[2],這樣能夠大大提高實驗的靈活性和可操作性,根據(jù)學(xué)生能力的不同安排不同層次和難度的實驗,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,在實驗內(nèi)容和形式上不斷創(chuàng)新,同時也激發(fā)了學(xué)生的興趣,實驗樣式也不再呆板和單調(diào)。但是,這樣需要有更加完善的實驗評價機制,做到公平和公正;還需要學(xué)生掌握硬件描述語言和相應(yīng)的EDA工具軟件,這些就需要對課程內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或者得到先修課程的支持。

2) 指令集基本上都是MIPS或者類MIPS的,其好處是指令系統(tǒng)成熟,格式規(guī)整,有很好的技術(shù)和文檔支持。使用這類的指令系統(tǒng),學(xué)生能夠更好的掌握和理解,設(shè)計出來的處理器結(jié)構(gòu)也更加規(guī)范,而且有很多相應(yīng)的設(shè)計文檔和實例可供參考;其次,如果想要進行更高層次的實驗內(nèi)容,就需要相應(yīng)的編譯器等工具的支持,MIPS指令系統(tǒng)在這一點有很大的優(yōu)勢,有了這些工具開發(fā)難度能夠大大降低。因此目前來看采用MIPS指令系統(tǒng)是一個很好的方案。不過這樣也有一些缺點,采用統(tǒng)一的指令系統(tǒng)限制了學(xué)生在指令系統(tǒng)設(shè)計上的靈活性,使得設(shè)計出來的處理器過于類似,過多的設(shè)計資料也使得學(xué)生可以更加容易偷懶,使得實驗效果降低。

3) 基本上將流水線等知識應(yīng)用到實驗之中[5]。由于各個學(xué)校都在不同程度的推進計算機組成原理課程改革,普遍將流水線、高速緩存等內(nèi)容加入了教學(xué)計劃中,實驗中也相應(yīng)的加入了這些內(nèi)容;同時MIPS指令系統(tǒng)能夠很好的支持流水線的設(shè)計,現(xiàn)有的資料和教材大多也是圍繞著流水線處理器設(shè)計展開的,因此流水線處理器的設(shè)計已經(jīng)成為了各個學(xué)校實驗的基本內(nèi)容。在清華的計算機組成原理實驗中并沒有規(guī)定一定要實現(xiàn)流水線,要求學(xué)生完成多周期或者流水線處理器的設(shè)計,僅過幾輪實驗教學(xué),學(xué)生普遍選擇了流水線處理器的設(shè)計,因為多周期處理器的設(shè)計并不比流水線處理器設(shè)計簡單很多,而且相應(yīng)的設(shè)計資料較少。不過有一點是值得商榷的,就是為了組成原理實驗有更好的顯示度,在實驗中加入了不少其他課程的內(nèi)容,比如編譯、操作系統(tǒng)等內(nèi)容。這些內(nèi)容安排在單獨的綜合實驗課程中還可以,放到組成原理課程實驗中就有些喧賓奪主了,學(xué)生會投入太多的精力在這些內(nèi)容上,組成原理實驗還是應(yīng)該以理解計算機組成及工作原理為目的,不需要完成其他課程的內(nèi)容,只有少數(shù)能力較強的同學(xué)在完成了基本內(nèi)容后,才值得鼓勵去做這些事情。

4) 實驗規(guī)模較大,需要多個同學(xué)分工協(xié)作來完成。在以往的計算機組成原理實驗中大多數(shù)是以驗證性的實驗為主,學(xué)生往往可以獨立完成,但是處理器設(shè)計這一類的實驗單靠個人完成對學(xué)生的壓力太大,這就需要學(xué)生組成一個駝隊來完成實驗,這樣不僅能夠減輕學(xué)生的工作量,還可以培養(yǎng)他們團隊協(xié)作的能力。一個團隊規(guī)?？刂圃?～3人比較合適,人數(shù)太多會造成有人懈怠,達不到實驗?zāi)康摹?/p>

3實驗管理和評價

由于計算機組成原理實驗內(nèi)容和形式的更新,具體的實驗管理方式和評價機制也有了很大的改動。以前是以實驗室為主的實驗?zāi)Ｊ?學(xué)生根據(jù)實驗室安排的實驗內(nèi)容和時間來完成規(guī)定的實驗;現(xiàn)在則是實驗室根據(jù)學(xué)生的實驗進度和需求,提供相應(yīng)的實驗支持,包括設(shè)備、場地以及人員等。

以清華大學(xué)的組成原理課程實驗為例,前兩個驗證性的實驗安排在實驗室統(tǒng)一完成,幫助學(xué)生熟悉軟件工具和實驗設(shè)備,然后再安排課程大實驗。大實驗過程中會將實驗設(shè)備發(fā)放給學(xué)生,讓學(xué)生能夠在宿舍進行實驗,同時實驗室保證一定的開放時間,方便學(xué)生來實驗室做實驗。在整個過程中安排三次集中的實驗課程,實行小班教學(xué),目的是能夠更好的掌握學(xué)生目前的實驗情況,控制實驗進度和解決學(xué)生遇到的一些實際問題。在整個實驗過程中,實驗室的主要作用就是后勤保障和監(jiān)督進度,協(xié)助和督促學(xué)生完成實驗。

由于實驗內(nèi)容和形式的變化,實驗已經(jīng)不能簡單的通過檢查實驗數(shù)據(jù)來評定一個實驗完成的程度,需要從多個方面進行評價。對于我們的大實驗,首先會提供一套標(biāo)準的測試程序,通過這些程序來檢查實驗結(jié)果是否正確;然后學(xué)生需要針對自己的處理器提供自測程序來體現(xiàn)自己設(shè)計的處理器的特點,這些測試都是需要教師或助教現(xiàn)場檢查的,檢查的同時會詢問他們在設(shè)計及實現(xiàn)的過程中是否獨立完成以及各自的分工,以便確定是否存在抄襲現(xiàn)象、工作量分配是否合理。對于完成較好或者有所創(chuàng)新的小組給與加分獎勵[7],并鼓勵其在實驗總結(jié)課上展示自己的成果。將這些匯總?cè)缓蠼Y(jié)合實驗報告及平時實驗情況,就能夠給出一個比較全面公平的實驗評價結(jié)果。

在這種實驗管理模式和評價機制下,能夠很好的提高同學(xué)的積極性和對實驗的整體把握程度,教師也能夠掌控好實驗進度和學(xué)生掌握情況,達到很好的實驗效果,不過這需要教師和助教通力合作,所花費的精力也比較多。

4結(jié)語

隨著實驗技術(shù)的不斷進步,計算機組成原理課程實驗在內(nèi)容和形式上已經(jīng)發(fā)生了很大的變化,各個高校都有著自己的發(fā)展思路,但是大的方向是一致的,總體說來就是實驗已經(jīng)由驗證型實驗過渡到設(shè)計型實驗,內(nèi)容也變成了在可編程芯片上進行處理器設(shè)計,進而形成一個簡單的計算機系統(tǒng),可以說是計算機組成原理課程實驗已經(jīng)由驗證計算機各部分功能逐漸過渡到設(shè)計及搭建計算機系統(tǒng)這一層面上。

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Investigation and Research on the Experiment Teaching of Computer Organization Course

LI Shan-shan, QUAN Cheng-bin

(Lab for Computer Education, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

第8篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

關(guān)鍵詞：專業(yè)感知；實驗教學(xué)；實驗平臺；電路板制作

0 引言

當(dāng)今，軟件產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，社會對軟件工程人才需求旺盛。2011年9月，國務(wù)院學(xué)位委員會了新增軟件工程為一級學(xué)科的通知，此項措施充分體現(xiàn)了國家對軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視。2012年，北京聯(lián)合大學(xué)新增了軟件工程專業(yè)，培養(yǎng)符合軟件工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的軟件工程技術(shù)與服務(wù)應(yīng)用型人才、具有計算機系統(tǒng)背景的軟件工程專業(yè)人才，并制定了“軟硬結(jié)合”的特色培養(yǎng)方案。

軟件工程專業(yè)要培養(yǎng)學(xué)生掌握計算機科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)和軟件工程綜合實踐能力，鼓勵學(xué)生在實踐中自主探索和思考。專業(yè)感知與實踐課程是軟件工程專業(yè)第一學(xué)期開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，為提高低年級學(xué)生對專業(yè)的認識，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)興趣而設(shè)，以“感知專業(yè)、實踐創(chuàng)新”為目標(biāo)。文獻[5]提出專業(yè)感知課程的教學(xué)內(nèi)容為c語言與移動應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合，讓學(xué)生了解到c語言在移動平臺上的應(yīng)用，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。國內(nèi)高校開設(shè)專業(yè)感知與實踐課程的較少，為培養(yǎng)低年級的實踐能力，很多高校開展了相關(guān)教學(xué)研究。文獻[6]在實驗教學(xué)方法上進行了改革探索，提出了任務(wù)驅(qū)動、案例驅(qū)動、項目驅(qū)動的實驗教學(xué)模式。文獻[7]介紹了程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的實驗教學(xué)改革。文獻[8]以電路原理實驗課程為例，探討了為培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，實驗教學(xué)改革與實踐的出發(fā)點與落腳點應(yīng)該從低年級開始。文獻[9]提出研制LED實驗平臺，提高了微機原理與接口課程的可操作性。

已開展的實踐教學(xué)研究為軟件工程專業(yè)的專業(yè)感知與實踐課程建設(shè)提供了重要參考。2009年，北京聯(lián)合大學(xué)信息學(xué)院開設(shè)專業(yè)感知與實踐課程，課題組教師研制的實驗平臺用于低年級的專業(yè)基礎(chǔ)教育。實驗平臺的研制正是專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容上的創(chuàng)新，實驗平臺幫助學(xué)生在實踐中循序漸進地感受和領(lǐng)悟計算機指令的運行機理，掌握問題求解的基本方法，訓(xùn)練學(xué)生運用計算機系統(tǒng)的思維方式分析和解決問題，為將來從事嵌入式軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 課程定位與目標(biāo)

計算機科學(xué)是軟件工程學(xué)科的一個重要基礎(chǔ)，軟件工程專業(yè)第一學(xué)期開設(shè)專業(yè)感知與實踐課程正是要培養(yǎng)學(xué)生對計算機系統(tǒng)的基本認識和計算思維能力。教學(xué)內(nèi)容包括基本邏輯門電路、組合邏輯電路的工作原理和焊接實驗。本課程為后續(xù)程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機組成原理等專業(yè)課的學(xué)習(xí)作好鋪墊，為將來從事基于計算機系統(tǒng)或嵌入式軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)“感知專業(yè)、實踐創(chuàng)新”的目標(biāo)。

2 實驗平臺設(shè)計

以應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)為主線，以提高學(xué)生認知專業(yè)知識為導(dǎo)向，我們采用分模塊、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力；設(shè)計了6組基礎(chǔ)實驗，分別為開關(guān)電路、與門電路、或門電路、計數(shù)器電路、寄存器電路、運算器電路。6組實驗有針對性地介紹了計算機系統(tǒng)的內(nèi)部運行機理，難度循序漸進，詳情見表1。

教師根據(jù)實驗內(nèi)容，自主研制了電路板，如圖1所示。學(xué)生在了解電路工作原理的基礎(chǔ)上，動手焊接實驗，完成電路板制作。

以與門電路為例，介紹實驗平臺的設(shè)計原理。實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生掌握邏輯“與”的概念，了解如何用硬件實現(xiàn)“與”操作。與門電路由二極管或集成電路構(gòu)成（見圖2），平臺采用復(fù)用方式將這兩種電路結(jié)合起來。去掉集成電路U1A，就是由二極管組成的與門電路，去掉兩個二極管D1、D2，就是集成電路與門。當(dāng)開關(guān)SW1、SW2都接高電平時，加在電阻R2上的電壓為高，三極管T1導(dǎo)通，發(fā)光二極管L27亮。開關(guān)SW1、SW2只要有一個接低電平，T1不導(dǎo)通，發(fā)光二極管L27不亮。學(xué)生通過焊接，掌握硬件實現(xiàn)“與”操作的不同方法。

同時，對比C程序設(shè)計中“&&”語句實現(xiàn)的“與”操作，使學(xué)生了解軟件開發(fā)中有些任務(wù)用硬件或軟件均能實現(xiàn)。

3 實驗平臺應(yīng)用

實驗平臺自2012年正式應(yīng)用，受到學(xué)生的好評。實驗內(nèi)容包括原理和操作方法等計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和電路板制作實驗。從基本與、或關(guān)系，到二進制進位、存儲原理、加/減運算，由淺入深。課程分模塊、分步驟進行。

實驗必備的材料有電阻、電容、二極管、發(fā)光二極管、三極管、集成電路等；工具主要有萬用表、電烙鐵、鉻鐵架、焊錫、鑷子等。學(xué)生要認識各種元件，了解元件的極性等物理特征，并能熟練使用萬用表。由于是低年級學(xué)生，對焊接實驗的注意事項、基本步驟、具體手法、焊點質(zhì)量及檢查等內(nèi)容也要介紹，保證實驗順利完成。

電路、元件和焊接技術(shù)前期工作準備完畢后，方能實施焊接操作。實驗以小組為單位，2-3人一組，共用一塊電路板。在了解了開關(guān)電路、與門電路、或門電路、計數(shù)器電路、寄存器電路、運算器電路的原理基礎(chǔ)上，小組成員分工，每人都要有明確的任務(wù)。學(xué)生將電子元器件按照電路圖正確地焊接到指定位置，電路板制作完整效果如圖3所示。

實驗平臺的應(yīng)用，具有較強的操作性，增強了課程的趣味，提高了學(xué)生對專業(yè)的認識。實驗中，學(xué)生操作認真，互幫互助，充分調(diào)動了積極性，培養(yǎng)了團隊合作意識。實驗平臺幫助學(xué)生理解數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)的機器表示、數(shù)制轉(zhuǎn)換、存儲原理、指令執(zhí)行等計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，尤其是二進制，二進制是計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以前僅通過書本學(xué)習(xí)，學(xué)生對數(shù)據(jù)的進位、溢位等概念理解不深。平臺中的計數(shù)器、運算器實驗，將二進制加減運算、進位、溢位、存儲、進制轉(zhuǎn)換等從設(shè)計原理到硬件實現(xiàn)進行了直觀展示，幫助學(xué)生透徹理解，對后續(xù)程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機組成原理課程的學(xué)習(xí)提供幫助。

從具體的操作實驗中理解基本知識、基本理論，較傳統(tǒng)的書本傳授要更形象更生動。學(xué)生在興趣的激發(fā)下，樂于動手，積極思考。課程有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)并為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

電路板制作實驗平臺是為軟件工程專業(yè)低年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)感知與實踐課程而研制，設(shè)計了從基本邏輯到組合邏輯的6個模塊，已通過近130人的實踐。在實驗中，學(xué)生邊做邊學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)習(xí)積極性，課堂效果良好。實驗平臺是培養(yǎng)具有計算機系統(tǒng)背景的軟件工程人才的一個探索，為類似課程的實踐教學(xué)開辟新的思路。

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第9篇：計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識范文

計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)是中職院校之中的一門公共基礎(chǔ)課程，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生計算機基礎(chǔ)掌握能力，但是由于不同專業(yè)學(xué)生存在不同知識結(jié)構(gòu)差異，因此多數(shù)中職院校計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)開展并不順利，為了能夠?qū)崿F(xiàn)更好的教學(xué)效果，教師必須不斷的加強計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)特征研究，采用多樣化的教學(xué)方法，這樣才能更好的滿足學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展。

一、生活比喻教學(xué)，加深知識理解

中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識具有一定的抽象性，很多知?R都是虛擬網(wǎng)絡(luò)名詞，因此很多學(xué)生難以理解接受，這無疑對中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)效率造成了一定的影響，而生活比喻教學(xué)，主要是指教師將一些深奧復(fù)雜的計算機理論知識，用通俗易懂的比喻方式講解出來，并結(jié)合一些生活實際例子，從而加深學(xué)生中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)理解。如在學(xué)習(xí)“計算機系統(tǒng)組成”這節(jié)課程時，教師可以把計算機與人體進行比較，其中CPU就是計算機的大腦、內(nèi)存就好比計算機的血液、顯卡就好比計算機的視覺系統(tǒng)、硬盤就是計算機的大腦記憶神經(jīng)、顯示器就是計算機的眼睛，鼠標(biāo)、鍵盤好比計算機的四肢，而電源就是計算機的食物能量，這樣的生活比喻方式，學(xué)生很容易就會理解計算機系統(tǒng)的組成，這也是中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)中的一種可行的多元化教學(xué)方法體現(xiàn)。

二、合作探究教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

在教育教學(xué)改革不斷推進的過程中，有越來越多的專家學(xué)者認識到知識并不是通過教師傳授習(xí)得的，而是通過學(xué)習(xí)者主體知識構(gòu)建得到，這也被稱之為構(gòu)建理論主義，而合作探究教學(xué)就是在構(gòu)建理論主義下衍生出的一種教學(xué)方法，實現(xiàn)了以教師為中心到以學(xué)生為中心的過渡，更加突出學(xué)生主體作用，學(xué)生不是在外部刺激下被動學(xué)習(xí)，因此更有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。因此在今后的中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)，教師也應(yīng)該轉(zhuǎn)變以往的觀念認識，進行合作探究中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)。如在學(xué)習(xí)“計算機WIMP界面”教學(xué)知識時，教師就要改變以往埋頭苦干的教學(xué)方式，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，為學(xué)生設(shè)置相關(guān)問題，讓學(xué)生以小組為單位展開合作探究，從而讓學(xué)者自行理解計算機界面是使用者與計算機對話接口的含義，進而自主認識計算機系統(tǒng)，這樣突出學(xué)生主體作用的課堂，更有助于學(xué)生學(xué)習(xí)熱情激發(fā)，是多元化教學(xué)的一種體現(xiàn)。

三、創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)，提高教學(xué)效率

中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)，離不開教學(xué)環(huán)境與教學(xué)氛圍的依托，而在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中由于不能為學(xué)生提供實際情境所帶有的生動性和豐富性，因此教學(xué)效率并不理想，為此在教學(xué)改革不斷推進的過程中，情境教學(xué)備受教育學(xué)者推崇重視，在今后的中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)用情境教學(xué)法，也是多元化教學(xué)的一種體現(xiàn)。如在現(xiàn)下的計算機功能教室中，擁有各種計算機演示軟件，以及多媒體電子出版物，在教學(xué)過程中，教師只需點擊多媒體服務(wù)器，就可以為學(xué)生進行音頻或者視頻播放，從而讓學(xué)生走入到相應(yīng)的教學(xué)情境之中。除此之外，還具有CAI課件和實踐操作演示功能，學(xué)生可以在這種交互式的環(huán)境之中，更好的感受計算機技術(shù)的奇妙與強大，從而在這些生動的情境之中，更好的學(xué)習(xí)中專計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識，這樣的多元化教學(xué)方式將成為教學(xué)效率的依托與保障。

四、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，提升實踐能力