计算机硬件概述十篇

计算机硬件概述篇1

关键词硬件软件系统课程设置实践操作应用

1 引言

计算机越来越普及、电脑的家庭持有率越来越高、人们对电脑的依赖程度也越来越深，但电脑对于不少人来说还或多或少存在一定的神秘感，大多数人对计算机硬件还具有畏惧感，不过大部分人对掌握计算机维护与维修知识都有越来越强的迫切感。

因此，开设“计算机组装与维护”课就显得日益重要。

2 同类教程中存在的不足

笔者参阅了“计算机组装与维护”的同类教程，有以下的看法。

（1）不少“计算机组装与维护”教程大约以三分之二的篇幅介绍具体的硬件，介绍市场上硬件产品的选购。由于PC机硬件的更新速度极快，不少书中介绍的硬件产品在市场上往往已经淘汰。这样的教程在课堂上讲授，给人有教程已老化的印象。

（2）计算机系统的论述不是采用系统的方法，而是分别介绍PC机的各个硬件，接着分别介绍各个硬件的维护和维修，这样的论述不太符合教学规律。介绍一种硬件之后紧接着讲述这种硬件的故障，显得很孤立，系统性不足。计算机是一个系统，是否应从系统的角度引导读者去认识故障、判断故障的所在和故障的成因？

（3）适合高职高专用的“计算机组装与维护”教程较多，讲授纯操作、讲授纯应用。而适合本科生用，既介绍操作和应用，同时又讲授相应的计算机理论，具有一定理论深度，采用上跟计算机硬件的发展介绍相应理论知识的教程欠缺。

3 “计算机组装与维护”课程设置

“计算机组装与维护”是一门实用性很强的专业课，不论理科学生、工科学生，还是文科学生都需要学，都用得上。笔者认为：

（1）“计算机组装与维护”是大学计算机基础的重要后续课程。

（2）“计算机组装与维护”是微机原理课在实践和操作方面的补充。

（3）“计算机组装与维护”的重心在于结合操作和应用讲叙相应的理论知识，应做到让学生知其然，并且知其所以然。

（4）应站在普通用户的角度认识计算机硬件和软件的关系。让学生能把“微机原理”课中学到的理论知识与具体的计算机操作和应用结合起来，从应用的角度理解理论，成功地分辨应用中遇到的硬件问题和软件问题，从而有效地解决它们。

3.1 为“大学计算机基础”的深入与提高

“计算机组装与维护”定位于“大学计算机基础”课的深入和提高。所以，课程内容应紧扣计算机的基础理论，相对地要跟上计算机硬件的发展，但又要做到不能成为产品介绍书；教程要把握计算机的发展方向，结合计算机科学，以一定的理论深度、一定的前瞻性（硬件发展的方向）介绍计算机的硬件及其发展。

（1）强调计算机系统结构的概念：计算机系统构成的概念，计算机由主机和外部设备组成的概念，计算机系统由系统软件和应用软件组成的概念。

（2）从众多同类产品中总结出具有共性特征的产品予以介绍，尽量避免具体产品的介绍，最大限度减少PC机硬件快速改朝换代对教材建设带来的负面影响。如主板，从架构方面分类有Slot 和Socket架构。Socket架构的产品有Socket 370、Socket 432、Socket 478，Socket T（即LGA775）等。

（3）结合PC机的硬件产品的发展介绍计算机的发展以及计算机的发展方向。如CPU的发展从X86到Pentium，从PⅡ、PⅢ、P4到双核等。

（4）从用户自然辨别的角度、直观的方式将故障分为黑屏故障、蓝屏故障、死机故障，以及安装故障、启动故障、运行故障、关机故障等，讲述相应故障的排除方法。

3.2 “微机原理”课操作实践方面的补充

“微机原理”课程讲述数制、控制器、运算器、存储器、输入输出接口等计算机科学的理论知识，这些理论知识一般比较抽象。“微机原理”课中所讲述的数制有别于人们日常生活中熟悉的十进制，所讲述的运算原理不能从一块CPU的外形看出其中的控制器和运算器，无法感性地认识输入输出的接口是如何完成数据的传输的。

“计算机组装与维护”讲述硬件和软件的组装。学生通过DIY可以直接接触计算机的硬件，经过系统软件和应用软件安装的操作实践，可以通过显示器直观、形象地浏览到软件系统。若教程再能完好地结合计算机的硬件产品，以浅显易懂的语言讲解与该硬件相关的计算机理论知识，就能很好地做到帮助读者理解深奥的计算机理论，更好地应用计算机去解决各种专业的问题。如，结合CPU及其产品的介绍，讲解摩尔定律、讲解计算机的体系结构；结合网卡讲解数、模和模、数的转换理论；结合声卡及音响的输出讲解何为5.1声道、7.1声道等。这样与硬件产品有机结合的讲解，直观性强、课程生动、能很好地做到“微机原理”应用实践与补充的作用。

3.3 “计算机组装与维护”的重心在于理论叙述与应用操作并重

计算机是人类脑力劳动的工具，应用离不开理论，学习应贵在操作、重在实践。所以“计算机组装与维护”的重心应定位于计算机理论的叙述与应用操作并重。

（1）人们要顺利地完成一件工作（操作），需要概念清晰、流程清楚。计算机的软、硬件组装操作包含的知识和内容很多，必须要让读者建立起完整的、清晰的软、硬件组装流程的概念。

（2）计算机的主存由内存条构成，内存管理知识有基本内存、扩展内存，分页、分段、保护模式管理，虚拟内存、动态数据交换等。系统是否在优化的环境下运行与主存储器的管理相关，内存的管理通过操作系统实现。系统优化的方法有减少内存驻留程序、系统配置实用程序、虚拟内存设置等，以此达到理论叙述与应用操作并重的要求。

（3）当前计算机最重要的外存储器是硬盘，所以，结合硬盘实物（或图片）讲述磁存储知识效果好。通过硬盘讲述磁道、扇区、簇、文件系统以及文件的链式存储等外存储理论知识。结合外存理论的阐述，介绍硬盘分区、格式化等具体的应用操作知识，对外存的介绍同样达到理论叙述与应用操作并重。

（4）与BIOS相关的计算机理论知识，主要涉及ROM和BIOS的功能和作用、BIOS在PC启动运行中与系统的关系等。应用操作则讲述BIOS系统设置，以及不同版本BIOS的系统设置操作等。

（5）注册表是PC机的管家。理论上，介绍注册表所采用的树状数据库结构，以主键、子键和值项的方式组织数据和管理信息。注册表的应用主要包括注册表的备份与还原，注册表编辑器的使用，创建、修改表项和值项等；由于注册表是管家，所以注册表还事关系统的安全。

4 结束语

相对来说，“计算机组装与维护”是一门新课。笔者将其定位于微机原理课的实践和补充的看法是否恰当，理论叙述与应用操作同等比例的定位是否合适，如何结合计算机的配件讲解相关的理论、介绍相应的操作应用，能否做到以通俗易懂的语言讲解计算机的理论知识等，都有待于实践的检验和有待于专家们的进一步探讨。

参考文献

计算机硬件概述篇2

关键词：虚拟技术 EDA VM

中图分类号：TN29

1 虚拟技术的概念

虚拟技术是一个很广义的概念，我国著名院士汪成为教授把虚拟技术看作人类认识世界的帮手，认为虚拟技术是“在计算机软硬件及各种传感器（如高性能计算机、图形图像生成系统，以及特制服装、特制手套、特别眼镜等）的支持下生成一个逼真的、三维的，具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境，使用户在这些软硬件设备的支持下，能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的‘虚拟’的世界中对象进行交互作用。它是现代高性能计算机系统、人工智能、计算机图形学、人机接口、立体影像、立体声响、测童控制、模拟仿真等技术综合集成的成果。目的是建立起一个更为和谐的人工环境”。

而从工程角度定义的话，虚拟技术可看作为通过使用下列一个或几个概念或方法：硬件和软件分区，分时，部分或全部的硬件仿真、模拟，提供服务质量（QoS）等，把计算机资源分成多个执行环境的系统框架和方法论。

上世纪60年代末期，IBM在其7044机上首次实现虚拟技术（IBM M44/44X Project）[3]。计算机技术的快速发展，使得虚拟技术成为重要的研究手段广泛应用于各学科领域的研究与实践中。随着电子技术与计算机技术交叉、综合的程度越来越高，在以物联网络和嵌入式系统为技术发展方向的现代电子技术中，虚拟技术的应用越来越广泛。

2 虚拟技术在电子技术中的应用

电子技术中，虚拟技术的应用可概括为三个方向：一是集成了大量虚拟仪器的软件包的应用，通常称之为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术；二是虚拟硬件技术，即借助于图形图像、仿真和虚拟现实等一切可用的技术，在计算机上虚拟出一个与实际硬件功能相近，且操作方法和实验现象也相近的虚拟实验环境；三是VM（Virtual Machine，虚拟机）技术的应用，比如VMware虚拟机等。

2.1 EDA技术的应用

EDA技术是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。利用EDA工具，电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统，从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

作为现代电子系统设计的主导技术，EDA具有两个明显特征：即并行工程（Concurrent Engineering）设计和自顶向下（Top-down）设计。其基本思想是从系统总体要求出发，分为行为描述（Behaviour Description）、寄存器传输级（RTL，Register Transfer Level）描述、逻辑综合（Logic Synthesis）三个层次，将设计内容逐步细化，最后完成整体设计，与传统设计方法比较，这是一种全新的设计思想与设计理念。

EDA软件包在电子技术的虚拟实验教学方面体现出了巨大的优势，最重要的是由于其提供了种类齐全、功能强大、界面真实、设置方式真实的虚拟仪器，诸如万用表，示波器，频率计，LED显示等，一些软件诸如NI公司的Multisim，还包括有安捷伦示波器，安捷伦万用表，安捷伦信号发生器，泰克示波器等实际产品的虚拟界面，其操作界面和操作方式完全与实际器件一样。这些虚拟仪器的使用，较大程度增加了学生在虚拟实验过程中的真实感。

目前，EDA技术更多地指数字集成电路的设计自动化，模拟电路以及混合电路设计自动化的发展尚不够成熟。尤其是射频电路设计，因为要涉及到复杂的数学理论，导致其分析过程更加复杂，所以尚没有成熟的设计自动化软件。

2.2 虚拟硬件技术的应用

虚拟硬件技术在电子技术中的应用，则主要体现为虚拟实验室的建设。虚拟实验室的建设目前主要有纯软件仿真形式、可直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室两种形式。

2.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室

纯软件仿真形式的虚拟实验室是利用仿真软件来模拟实验的全过程，不涉及具体的实验硬件设备。

与单机版的仿真软件相比，这类实验室采用C/S模式，在其服务器上设计并存储进行实验的仿真代码，用户只需在客户端的实验操作界面上操作，即可实时地发送参数信息、接收仿真结果数据。这类虚拟实验室因其实验界面与仿真算法独立，易于设计与实现，方便操作，成为当今虚拟实验室的主流。

2.2.2 直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室

这种虚拟实验室是通过客户端操作直接控制远程实验室的实验设备运行，获取真实实验数据。

这类实验通常具有视频和音频反馈，使用者通过计算机可以实时地观察实验地运行，也可以调整实验相应的参数，从而远程操控实验室的实验过程。此类实验形式不但有效地利用了有限的实验室资源，而且具有很好的实验效果，成为解决远程教育中实验设备紧缺、实验效果难以保证等问题的一种很好的方法，是目前虚拟实验室研究开发的一个主流方向。

2.3 VM技术的应用

VM技术，是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 利用VM技术，能够在一台真实的计算机上虚拟出多台计算机，还可以同时运行两个或更多的操作系统，比如运行DOS、各个版本的Windows、各个版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虚拟机具有跨平台性，装载在硬件平台上的虚拟机，它和宿主机好像是连接在同一个网络中一样。用户通过虚拟机提供的标准接口访问异构资源，而标准接口的具体实现由各异构资源提供者负责落实，因此用户感觉不到请求资源的异构性。Java VM和PVM是比较成功的采用虚拟机技术实现跨平台、屏蔽异构性的典型例子。

3 虚拟技术对电子技术发展的重要意义

近几年来，虚拟技术在我国的应用研究和发展都十分迅速，结合虚拟技术在电子技术三个方向的应用，其重要意义可概述为以下几个方面：

第一，虚拟技术给电子技术的工程实践带来了革命性的变革。

传统电子系统的设计方法，主要基于自底向上的设计思想，设计人员必须利用底层功能模块的组装，才能构成较复杂系统的设计，系统调试难度高，设计效率低，设计周期较长。但EDA技术的出现，特别是自顶向下的设计思想，极大的提高了电子系统设计的效率，缩短了设计周期，使得电子设计进入了一个全新的时代。

第二，虚拟技术给电子技术教学带来了革命性的变革。

传统电子技术的教学是理论教学和实验教学分开进行的，由于电子技术的实践性强，人为地把完整的教学过程分离成了两个环节，极大地破坏了教学完整性。而EDA软件或虚拟实验系统，通过计算机把教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等有机地融合为一体，还原了一个完整的课堂，提高了教学的有效性。

第三，虚拟技术给电子技术的应用解决了实际问题。

随着物联网和嵌入式系统的发展，传统电子技术的发展受到了很大程度上的制约，一些诸如通信协议异构、数据格式异构等问题，给电子技术设计人员带来了极大的困扰。而虚拟技术的出现，给电子技术解决上述困难提供了最为有利的帮助，使得电子设计人员更为专注电子技术本身的功能实现。

参考文献

计算机硬件概述篇3

一、巧用比喻，帮助记忆

一般来说，计算机概念是抽象的，是对事物本质的高度概括。职校学生由于刚接触计算机概念，往往对此不容易理解，也不容易记忆。因此，在教学过程中利用学生已有的生活经验或已获得的知识，适时地、确切地运用比喻，是十分有效的形象化教学手段。

在教学过程中将“内存储器”比喻为“一幢楼房”；将“内存单元”比喻为“一套住房”；将“内存单元的地址”比喻为“门牌号码”；将“硬件”比喻为“人体”；将“软件”比喻为“人的思维”等。通过这些恰当的比喻加深了学生对概念的理解和记忆，收到“画龙点睛”的效果。

二、借助故事，辨析概念

职业学校对计算机概念的教学要求相比高校要求虽然降低了不少，但有些计算机概念在教学实践中还是很有难度的。设计好一个生动的故事，将各种相关概念串联起来比较分析，既能提高学生的学习兴趣和注意力，又能促进学生对概念的理解和明辨，从而掌握其内涵要旨。借助故事，讲述概念、串联概念既直观易懂，又省力有效。

三、层层分析，揭示联系

“概念”是人们对客观事物的一种抽象认识，是反映客观事物特有属性的思维形式。这就要求计算机教师在教学过程中想方设法剖析基本概念的组成内涵，分析其外延，有机地帮助学生弄清此概念与彼概念之间的内在联系。在讲解“计算机系统”这一概念时，从“硬件系统”和“软件系统”两方面来阐述，指出“硬件”是构成计算机的物质基础，如，主机、显示器、键盘、鼠标等。“软件”则是各种各样的程序、数据。根据软件的性质又可分为系统软件和应用软件。为了帮助学生理清这些概念之间的联系。我采用树状层次结构图的形式来表示：

计算机系统硬件主机CPU运算器控制器主存输入设备输出设备外存储器软件系统软件操作系统语言处理软件数据库管理系统服务程序应用软件应用软件包用户程序

由于层次分明、内容详尽，学生对“计算机系统”这一概念的理解也较为深刻。

四、通过操作，理解概念

计算机是一门知识与技能并重的课程。通过操作强化对概念的理解，正所谓“事必躬亲”方会“熟能生巧”。如，学生对“人机对话”这一概念，不易理解。在《BASIC语言》教学中通过“INPUT”语句设计以下上机步骤，使学生理解其实质。

1.用“INPUT”语句编写程序，要求一次键入3个变量。

2.加提示信息，一次给3个变量赋值。

3.删除提示信息，再运行程序。

4.键入的常数个数少于语句中变量的个数，计算机询问后再继续键入下面的常数。

5.键入的常数个数多于语句中变量的个数。

6.应键入常量时，按了回车键。

这样，学生通过这一连串的“人—机—人”对话操作，一般都能较好地理解“人机对话”这一概念的含义。学生上机除了应有“技能”方面的要求外，还应该重视对概念的理解。概念不理解不可能有正确的操作。

五、分析单位，弄清概念

计算机中的概念有时不像其他基础学科出现的概念那样内涵稳定。往往同一概念名称在不同的场合有着不同的含义。帮助学生弄清这些概念可从量的单位着手。

六、循序渐进，逐步掌握

学生对计算机概念的认识总是逐步深化的，对概念的理解、掌

握其过程是渐进的。本人在教学过程中通过不同阶段的反复引导加深了学生对概念的理解。

七、反复求证，上下贯通

由于计算机学科新出概念多，其含义往往不同于日常用语或基础学科同一词，要准确理解它们，要求教师不断学习、摸索、体会。

总之，计算机教师要有一种“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的刻苦钻研精神，一定可以水到渠成地达到“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”的教学境界。

参考文献：

[1]柳青.计算机组装与维护.高等学校教育出版社，2002.

[2]周丰治，Visual FoxPro 6.0：基础与应用.高等教育出版社，2001.

[3]严蔚敏.数据结构.清华大学出版社，1997.

计算机硬件概述篇4

所谓EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统。它是以计算机为工作平台，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以EDA工具软件为开发环境，以大规模可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)为设计载体，以专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、单片电子系统SOC(SystemOnaChip)芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程[J]。在此过程中，设计者只需利用硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionlanguage)，在EDA工具软件中完成对系统硬件功能的描述，EDA工具便会自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。

现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。EDA技术研究的对象是电子设计的全过程，有系统级、电路级和物理级各个层次的设计。EDA技术研究的范畴相当广泛，从ASIC开发与应用角度看，包含以下子模块：设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块等。EDA主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，然后从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用VHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。

二、EDA技术的发展

EDA技术的发展至今经历了三个阶段：电子线路的CAD是EDA发展的初级阶段，是高级EDA系统的重要组成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力，协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动，但自动化程度低，需要人工干预整个设计过程。

EDA技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计，而且可以代替人进行某种思维。

高级EDA阶段，又称为ESDA(电子系统设计自动化)系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，设计者先对系统结构分块，直接进行电路级的设计。EDA技术高级阶段采用一种新的设计概念：自顶而下(TOP-Down)的设计程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的设计方法，设计者的精力主要集中在所设计电子产品的准确定义上，EDA系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段EDA技术的主要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的仿真和综合。

三、基于EDA技术的电子系统设计方法

1.电子系统电路级设计

首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析，包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为后仿真，这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。

可见，电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前，就可以全面了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。2.系统级设计

系统级设计是一种“概念驱动式”设计，设计人员无须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。

系统级设计的步骤如下：

第一步：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。

第二步：输入VHDL代码，这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式(框图、状态图等)，这种输入方式具有直观、容易理解的优点。

第三步：将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对于大型设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性，因为对于大型设计，综合、适配要花费数小时，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间，一般情况下，可略去这一仿真步骤。

第四步：利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件，这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合库支持下才能完成。综合后，可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性，较为粗略。一般设计，这一仿真步骤也可略去。

第五步：利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布线。

第六步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发，通过更换相应的厂家综合库，可以很容易转由ASIC形式实现。

四、前景展望

21世纪将是EDA技术的高速发展时期，EDA技术是现代电子设计技术的发展方向，并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展，数字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系统级芯片(SoC，SystemonChip)方向发展，借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具，可减少设计风险并缩短周期，随着VHDL语言使用范围的日益扩大，必将给硬件设计领域带来巨大的变革。

［摘要］本文从EDA技术的定义及构成出发，系统介绍了EDA技术的发展概况，以及基于EDA技术的电子系统设计的方法和步骤，快速实现系统数字集成，具有深刻的理论意义和实际应用价值。

［关键词］EDA技术电子系统仿真

二十世纪后半期，随着集成电路和计算机的不断发展，电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期不断缩短，专用集成电路(ASIC)的设计面临着难度不断提高与设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题，要求我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具。在此情况下，EDA(ElectronicDesignAutomation即电子设计自动化)技术应运而生。随着电子技术的发展及缩短电子系统设计周期的要求，EDA技术得到了迅猛发展。

参考文献：

[1]谭会生，张昌凡.EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

计算机硬件概述篇5

关键词：云计算；网络教学平台；模型

1.引言

目前，各高校以计算机技术为核心的辅助教学平台已得到广泛应用，以学习者为中心的个人学习环境是网络学习的发展趋势。但随着计算机硬件和软件更新换代，学校不得不付出很大的人力、物力、财力来进行软件的安装与升级、硬件的管理与维护。各高校开发整合本校的教学资源，都用自己的网络设备建设自己的教学平台，这样导致网络资源的重复建设、硬件设施的重复投资、软件平台的重复开发。各教育信息系统间"孤岛信息"严重阻碍了网络教学资源的共建共享，继而影响教育的发展。随着云计算的模式的发展和普及，各学校和教育机构的信息处理逐渐迁移到"云"中。云计算构建在互联网环境中，它的目的主要是实现包括计算机硬件资源（如计算机硬件、存储设备、服务器集群等）和软件资源（如各种应用软件和集成开发工具）等资源共享，实现跨校区的教学资源共享和跨时空的师生互动，建成一个功能完整、高效稳定、安全可靠的基于云计算的教学平台。

计算机硬件概述篇6

论文摘 要:为提高高校计算机专业嵌入式系统课程的教学效果,以适应社会对嵌入式人才的要求,在分析嵌入式系统体系结构的基础上,分析了高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出相应的解决方案。

嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁减的计算机系统,通俗地讲,就是具有智能处理功能的电子产品。如今,嵌入式系统已经被广泛应用于工业控制、医疗仪器、智能仪表、通信设备等众多领域,可以说,嵌入式系统无处不在,人们的生活也离不开嵌入式系统。

如今,社会对掌握嵌入式技术的人才需求量较大,近几年高校中的自动化类、电子类以及计算机类专业均开设了嵌入式系统的相关课程,社会上也有一些培训机构开始开展嵌入式工程师的培训。然而,由于面向对象、培养目标以及基础知识的不同,高校中各专业以及培训机构培养出的嵌入式人才的能力也不尽不同。本文结合嵌入式系统的体系结构和高校计算机专业的课程结构,对高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法展开探讨,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出相应的解决方案。

1 嵌入式系统的体系结构

一个完整的嵌入式系统可以分为软件部分和硬件部分,因此,大体上讲,嵌入式工程师可以分为嵌入式软件工程师和嵌入式硬件工程师。但我们认为,一个合格的嵌入式工程师应该既要懂软件,又要懂硬件,软件和硬件之间是相辅相成的。

嵌入式软件包含应用程序开发、驱动程序开发、操作系统的移植和裁减三个主要方面。然而,并非所有的嵌入式系统都需要进行驱动程序的开发以及操作系统的移植和裁减,如果使用的单片机较为简单,或者开发的程序较为简单,那么就没有必要基于操作系统来进行应用程序的开发。但是,如果基于操作系统来开发应用程序,那么应用程序开发过程和普通的软件开发几乎没有区别。

嵌入式硬件主要包含pcb设计和原理图设计两个方面。在原理图设计阶段,工程师需要根据实际需求选择合适的芯片,设计相应的电路图;而pcb设计主要是指pcb的布局和布线。对于高频电路,在布线完成之后,还需要进行pcb电路图的电磁兼容仿真和分析,以保证生产出的产品能够正常工作。

由此可见,嵌入式系统开发涉及到的知识面较多,这对相应的从业人员提出了较高的要求,因此,要称为一名合格的嵌入式工程师必须对上述所有方面都有所了解,并精通其中若干个方面。

2 高校计算机专业的课程结构

如今,高校计算机专业的课程结构除公共课外,可以分专业基础课程,专业必修课程和专业选修课程。专业基础课程主要是指电子技术基础和计算机程序设计;专业必修课程主要包括计算机体系结构、操作系统、数据结构、软件工程、计算机网络和编译原理等;专业选修课包括信息安全、图像处理、网络程序开发、嵌入式系统等。

从课程结构上,我们不难发现,该专业学生在学习嵌入式系统时存在一定难度,主要体现在对电路、数电和模电三门课程的掌握不牢固上。要想学好嵌入式系统,首先必须学好上述三门课程。而事实上,通常计算机专业将上述三门课程合成一门课程来进行讲授,并且学时较短。学生经过一个学期的学习,只能对这三门课程有个大概的了解,并不能达到较为灵活应用的程度。

3 教学现状、教学内容和教学手段

在教学现状上,如今高校在讲授嵌入式系统时,往往是一个教师会面对几十个,甚至上百个学生。在人数较多时,授课质量会下降。事实上,社会培训机构在进行嵌入式系统培训时,往往会限制学生的数量。

在教学内容上,主要是以一些基本概念为主,如单片机结构,linux嵌入式操作系统的原理和移植,linux嵌入式驱动程序的开发,以及嵌入式软件的设计方法等。事实上,对于刚接触嵌入式系统的学生来说,讲授这些空洞的基本概念是没有任何意义的。根据学生的反映,由于他们没有任何嵌入式方面的基础知识,讲授上述内容使得他们陷入一种迷茫的状态,除了强迫性记住一些概念之外,其它什么都没有学到。

在教学方法上,主要是以教师讲课为主,学生处于被动地接受状态。学生接受了大量的概念,却没有办法真正理解这些概念。尽管学生也会做一些嵌入式系统的实验,但在进行实验时,学生往往是根据实验手册上的说明,按照实验步骤一步步进行下去,最终除了能看到一些实验结果外,几乎根本无法理解其中的原理。

4 解决方案

为此,我们认为,高校计算机专业嵌入式系统的教学内容和教学方法必须进行改革,具体体现在以下三个方面:

第一,改变教学内容,注重实际应用。在教学内容上,不应讲授空洞的基本概念,不应以复杂的单片机,如arm为例进行讲授,不应讲授嵌入式操作系统的原理和移植操作,也不应讲授驱动程序开发,这些内容都不适合初学者。而应该以一个简单的单片机,如c51为例进行讲授。同时,在讲授c51时,应从一个应用者的角度,而不是一个设计者的角度来进行授课,这一点往往是一些教师没有注意到的问题。他们往往过于强调单片机的内部原理,而忽略了单片机的应用方法。

第二,应以教师教课为辅,学生动手为主的教学方法。由于嵌入式系统是一门实践性很强的课程,对于这类课程,过多的教学是无益的,往往会让学生对嵌入式失去兴趣。而如果能够让学生动手实验,学生则能够很直观地感受到嵌入式的魅力。

第三,在动手实践上,应以一个小型项目为主,基于开发板实验为辅的方法。事实上,基于开发板进行实验,学生往往只是简单地对他人的程序进行编译和下载,并观看开发板上的运行效果,并不能主动地研究其中的原理,也无法提高学生解决问题的能力。而如果让学生开发一个小型项目,如温度显示器等,那么学生不仅能够真正了解嵌入式系统的开发流程,解决开发过程中遇到的各种问题,而且能够获得开发成功后的成就感,增加学生对嵌入式系统的乐趣。

5 结语

本论文在分析嵌入式系统体系结构的基础上,分析了高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出了相应的解决方案。该方案有利于提高高校计算机专业嵌入式系统课程的教学效果,以适应社会对嵌入式人才的要求。

参考文献

[1] 蒋伟杰．计算机专业本科嵌入式系统方向可见建设研究[j]．计算机教育,2011,10(5):61～64．

计算机硬件概述篇7

关键词：计算机硬件；动画演示；化整为零；以教促学

在当今世界，以高速度、多核为代表的处理器芯片层出不穷，高性能的计算机硬件产品不断涌现，这给计算机硬件类课程的教学带来了新的挑战和高的要求。然而，传统的教学方法和教学模式存在着一些不足和缺陷，需要对其进行创新性的教学改革，才能满足社会发展的需要。笔者结合计算机硬件类课程实施过程中遇到的问题和实际情况，再结合多年教学经验，提出了采用综合性创新教学方法和分层次分级教学模式教学改革的一些想法。

1 传统教学的不足与缺陷

1）理论知识抽象，难以阐述和分析。

计算机硬件类课程主要讲授与计算机相关硬件的性能特点和应用方法。由于计算机硬件非常小巧，无法将其作为实物进行现场展示，同时，内部采用先进技术，难于理解，因此，造成了相关课程存在理论知识抽象，学生难以理解的问题。

2）理论教学与实践教学无法衔接，相互独立。

教师在理论课上只把理论知识讲授清楚，无法与对应的实践教学联系起来，造成了理论与实践相互独立、无法衔接的问题。众所周知，要想让学生更好地掌握课程知识点，必须让其做好实践活动，自己动手并且同时开动脑筋才能对课上讲解的理论知识有更加深入的理解和感受，才能有收获，否则，就是让学生走马观花，浪费时间。

3）学生学习兴趣不高，创新能力差。

由于计算机硬件类课程的理论知识非常抽象，能够动手进行开发应用非常困难。因此，学生会产生严重的畏难情绪，产生“学了到底有什么用”“还不如学一两种软件编程语言更加实用”的想法。于是，学生学习兴趣不高，做实验的时候应付了事，不自己动脑筋，更不会去创新和摸索，从而引发自主创新能力差的问题。

2 综合性创新教学方法

计算机硬件类课程讲授的内容绝大部分是抽象的概念和理论，有公式推导、逻辑分析，内容上不相同，形式上也不一样，那么就必须采用不同的方法针对性地进行教学。结合传统教学方法的特性，可以采用以下几种基础性的创新教学方法进行综合性使用，更好地改善课堂教学的实施效果，更能达到预期的教学目标。综合性创新教学方法包含的内容如图1所示。

1）动画演示。

针对计算机硬件类课程中的抽象问题，如芯片的内部结构、机制的工作原理等，尽可能多的将其做成Flas，或者三维模型，让课堂讲述的每一个理论知识点尽可能动起来，让学生看到的不再是生硬的文字描述，而是与之对应的动态的流程演示。这样展示后，学生会感到非常的形象、直观，问题理解起来也非常容易。

例如，在讲计算机硬件的中断机制时，如果仅从概念上讲授，学生一定会感到比较枯燥，而且难以理解，无法建立对新鲜知识的好奇感。因此，笔者没有仅仅从理论上进行分析和描述，而是将一个计算机外部设备的中断过程，制作成一个Flash小动画，将中断过程的每一个阶段，分别依次表达出来，使一个复杂的工作过程变成一个按时间发展的小故事。同时，又将计算机中断方式与其他的控制方式进行对比，用直方图或饼图的形式进行比较，让学生非常形象地理解其中的规律以及使用它的原因，达到非常好的教学效果。学生的学习兴趣也非常高，有的甚至将日常生活中的事物也按照这种动画演示的方式自己表现出来，这给笔者留下了深刻的印象。

2）化整为零。

谚语说：“罗马不是一日建成的”。笔者在进行计算机硬件类课程的教学实施之前，有很多学生说：“计算机硬件真难学”“计算机硬件就是一座罗马城”，都感觉自己很难在短时间内学会，从而望洋兴叹，甚至有打退堂鼓的意思。为了消除他们对此课程的畏难情绪，让他们充分感受计算机硬件的乐趣，笔者在课程的实施过程中将比较难懂、复杂生硬的地方进行化整为零的分解。将一个难的大问题分解成若干个简单的小问题，同时使难度呈阶梯式增长，慢慢地呈现给学生，然后带着学生一步一步地上楼梯。当将若干个简单问题全部解决后，一个大的问题也就迎刃而解了。

例如，在讲计算机硬件的组成结构时，如果将一个大的硬件框架展示给学生，势必会给他们带来复杂生硬的印象，而且知识内容繁多，无法同时全部理解。因此，笔者将计算机硬件从功能上进行分解，如可以分为CPU、总线、存储器和外部接口设备等，也可以继续分解下去，让一个非常复杂的难问题，变成一个个简单的小问题，然后再针对这些小问题，逐一进行详细阐述，配合动画演示的方法，让学生非常容易地理解其中的规律和特点。当所有的小知识点讲解完成以后，学生对计算机硬件的完整结构也就有了一个整体的认识。这就相当于将一个大馒头掰成很多小份，让学生一口一口吃，最终把大馒头整个吃下去，却并不感觉难以下咽。

3）类比。

在计算机硬件类课程的教学过程中，普遍存在概念生硬、机制难懂的现象，那么如何能够让学生更好地理解其中的原理，这是教师必须要考虑的重要问题。其中，类比教学法非常有用，将学生没有接触过的生硬问题与他们日常生活中的切身事物联系起来，进行类比分析。由于他们能够理解身边事物的规律，借此也能类比理解相同原理的计算机硬件问题。

例如，在讲计算机内部的存储器时，可以将存储单元类比成二个个小房子，每一个房子有一个主人，主人可以进入也可以出去，将其对应为存储器的写和读。由于存储器的寻址非常复杂，机制繁多，我们可以将其对应成房子的门牌号：寻址就是找门牌号。门牌的编号方式就是存储器的编址方法。这样，学生感到一个非常抽象的概念居然和自己身边的房子联系起来了，只要能够正确地找到需要居住的房子，自然就能够找到存储器的地址。

4）案例。

一系列复杂的知识问题如果仅靠生硬的文字和图形进行描述，教学效果未必会很理想。因此，为了提高教学效果，可以引入一些常见的综合性案例进行辅助教学。由于案例里面包含了和理论知识类似的基础性知识，因此可以采用类比的方法，只要学生理解了案例，自然就比较容易理解与之对应的理论知识。

例如，在讲计算机硬件中的定时器接口芯片时，可以使用“神州九号”火箭发射的教学案例。火箭发射过程中需要用到计时功能，尤其是发射前最后30s读数时间，正是大家最关心最紧张的时候。在课堂上可以播放火箭发射案例的视频，让学生充分地感觉到定时和计数工作的重要性，并很好地理解其中的基本原理。通过该案例，学生也能比较容易地理解定时器接口芯片的工作原理。

5）以教促学。

“教是最高形式的学习”，这是笔者长期作为教师所深深体会到的。如果一个人可以达到“教”的水平，就代表他一定学习地非常透彻，非常好。在教学活动中也可以采用这种教学方法，让若干个学生组成一个小组，将计算机硬件体系中几个小的知识点分配给几个学习小组，让他们在学习过某一知识点一段时间后给全班学生讲授其中的规律和特点。这种方法会让学生以一种全新的方式来对待学习，大大激发他们的思维活动，使学生充当教师的角色，学生不仅乐于其中，还可以提高自己的自信心和表达能力，在逻辑思维能力和资料搜集能力等很多方面都会有较大的提升。

3 分层次分级教学模式

在课程教学过程中，学生的理解层次和自身特点完全不一样。我们绝不能按照一个层次的标准进行教学，这样做只会满足具有生态分布特点的所有学生中的一部分达到教学目标，而其他大部分的学生却达不到教学要求，因此需要进行分层次分级教学。

1）分层次分级原则。

根据学生自身特点的不同，可以将其分为3级：基础较差的学生作为A级；经过努力能够完成教学要求的学生作为B级；能够轻松理解和消化授课内容的学生作为C级，如图2所示。

2）分层次分级的教学目标。

针对A级学生应该抓住基础、促进巩固，只要求其掌握课程规定的重点内容即可；针对B级的学生应该抓住深度、融会贯通，要求其除掌握重点内容外，还应适当对与重点有关的知识点内容进行融汇和延伸；针对C级的学生应该立足前沿、拓展思维，要求其除了掌握重难点内容以外，还应加大学科的宽度和深度，以拓展其视野，丰富其知识底蕴。

3）多层次的教学方法。

在教学实施过程中应采用多层次的教学方法。教学针对面不仅是某一级，而是让各层次各级的学生接受起来都不觉得困难。对于基础性的内容采用“低起点、多台阶、多反馈”的策略，在方法上要“精讲多练、多反复、多联系”；对于应用性的内容采用“慢变化、重能力、勤反馈”的教学策略，在方法上要“学讲结合，合理兼顾”；对于拓展性的内容采用“多启发、重创新”的教学策略，在方法上要“适当讲解、兼顾自学”。

4）分层次分级教学的实施过程。

在进行分层次分级教学的实施过程中，针对A级学生要尽可能采用动画演示、化整为零和类比的教学方法，将基础性的知识内容形象直观地展示给学生，让其较为容易地理解和掌握。在进行相对较难的知识内容教学实施时，可以尽可能多的采用化整为零和类比的方法，将较复杂难懂的知识内容分解成一个个容易理解的小的知识块。同时，将抽象的问题与日常熟悉的生活事物类比起来，引入一些大家都知道的故事、事件作为教学案例。

针对B级或C级学生，可以创设一些合作课题，让其进行协作和交流。其中，可以选择一些合适的主题，为学生创建一个场景，通过讨论交流、发现问题和解决问题等一系列活动，使学生获得知识、技能和自信心。但是，根据每一级学生的具体情况，选题难度要适中；讨论分组也需注意人员搭配，保证每组都有一名C级学生；教师需要根据讨论情况分阶段进行小结引导，控制讨论进程，保证讨论效果。另外，如果教学内容的难度达到了B或者C级学生的自学水平，就可以将若干个学生组成一个小组，让其进行相关内容和资料的搜集和整理并在准备好后上讲台给大家讲解，达到以教促学的教学目的。

计算机硬件概述篇8

[关键词]电子计算机；软件工程；应用初探

中图分类号：F224-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0240-01

1.什么是计算机软件

“软件”这个词汇于20世纪60年代被首次提出。一个完整的计算机系统由软件和硬件组成。它们相互依存，缺一不可。IEEE给软件定义为是计算机程序、规划以及运行计算机系统可能需要的相关文档和数据。其概念是随着计算机的发展而得出进一步完善的，最先人们认为软件就是程序，到了20世纪70年代，人们认为软件不仅包括程序，还包括开发、使用、维护这些程序所需要的文档。到了80年代，较为全面的软件的定义才出现，包括计算机程序、实现程序所使用的方法、规则、相关联的文档、运行所需的数据等都是程序。

2 计算机软工程的概念及特征

2.1 软件工程学的基本概念

我们所讲的软件工程学主要是指研究如何通过先进的科学技术为计算机的软件开发提供指导服务，以最少的投资来换取高效的回报，以高质量的计算机软件为人们提供更好的科技服务。软件工程学涉及范围非常广，是一门边缘学科，其内容包括：人体工程学、系统工程学、经济学和心理学等多个学科领域。通过对各学科的较差研究与指导，设计出应用更为方便、设计更加人性化的软件。

2.2 计算机软件的基本功能

我们知道计算机作为一个电子设备，主要是由硬件和软件两个部分组成的，对于计算机的研发和更新既要考虑硬件因素，又必须在软件工程方面投入更多的精力，一般来讲，计算机的软件系统包括系统软件和应用软件两个组成部分，系统软件的功能是监控、维护、管理计算机运行过程中的各个软件，如人们常见的操作系统和病毒查杀系统；应用软件就是指能够满足人们工作和生活的需要，帮助人们解决实际问题的软件，如常见的office办公系统、人事管理系统、财务管理系统等。软件的作用就是通过自身的逻辑分析和计算功能，指导计算机的正确有效运行，让用户能够更加方便的操作。

3 计算机软件工程的实际应用

现在随着信息网络技术的迅速普及，计算机走进了人们工作、生活的每个角落，计算机软件凭借其运行高效率、执行命令的精准性和操作使用方便性得到了人们的广泛认可，并迅速的被应用于人类活动的各个层面，可以说当今社会的人类活动已经离不开计算机软件了。其具有代表性的功能软件包括：电子邮件、office办公系统、win7/xp计算机操作系统、数据库和各种网游软件等等。在国家经济发展的各个领域如工业、农业、交通、金融、政府和企事业单位等几乎所有部门都需要应用计算机软件来完成工作。

3.1 计算机的应用和功能的正常使用离不开硬件和软件，只有硬件和软件得到很好的组合，计算机才能正常工作，完成相应的任务。在计算机的资源配置上，既要考虑硬件资源又要考虑软件资源。就软件资源来看，它包括系统软件和应用软件。系统软件的主要目的是实现对计算机的管理、监控和维护，包括自检程序、操作系统等等。而应用软件的主要目的是解决计算机当中的某些具体问题，实现对计算机的管理等功能，包括学习管理软件、人事管理软件等等。从软件功能的角度来看，我们可以认为，软件就是通过利用计算机本身提供的逻辑功能，合理组织计算机的工作，简化或者替代人们在使用计算机过程中的工作环境。因此，对于计算机的各种程序来说，不管是支持计算机工作的程序，还是支持用户使用的程序，它们都是软件，如职场生存攻略提高工作效率的一些必备软件：Photoshop、word、Excel、Dreamweaver等。

3.2计算机软件工程。“软件工程”自1968年首次提出软件工程概念以来，已经40多年了。编程范型已经经历了三次演变，软件工程也从第一展到第三代。其概念提出那个年代就开发大型系统软件用手工方式进行，其生产效率低、出错率高。这种状态不能满足日益增长的软件生产的需要，产生以下四个方面的问题：（1）软件复杂性飞速增长；（2）软件成本高；（3）开发周期长；（4）维护工作量大。即出现了“软件危机”现象。软件工程定义为将系统性的、规范化的、可定量的方法应用于软件得开发、运行和维护，即将工程化应用到软件上。

其有一个相似的概念，出现上个世纪70年代，是开发和维护软件的规范化方法，其指导思想是以处理工程问题的方法处理软件生产的全过程。其发展大致经过三个阶段，包括程序设计时代、软件时代、软件工程时代。而软件开发也大体经过三个阶段，定义、开发、维护三个阶段。随着软件工程的发展，软件工程学出现，它是计算机科学、系统工程学、管理学、经济学等等，既是边缘学科，又是综合性学科。

3.3随着计算机的普及和应用程度加深，以后的计算机软件工程将会发展成为一项广义的工程技术，在软件功能和操作方法上的研发也会越来越注重人性化的因素，同机械制造业的流水化生产方式不同，软件工程的研发与生产是非常具备个性化特征的，它的设计思维和功能设置都是处于不断更新完善中的，在丰富的实践经验和客户调查的基础上，设计人员会根据客户的需要，发散思维、综合考虑各方面的因素，汇集大家的智慧才能设计出一款成功的计算机软件。由于软件系统的广泛应用性，设计人员必须提前考虑到各方面可能出现的问题，不能等到问题发生了，再去想办法补救，因为一旦软件系统的安全或运行出现故障，给客户带来的损失很可能是无法估量的。所以说，要想做好计算机软件工程的研发工作是一项非常困难的事儿。

3.4计算机软件工程设计的人性化、功能化的发展，使得计算机软件在人们的现实生活中得到广泛应用，在现代企业的经营管理中，计算机软件发挥着非常重要的作用，生产、销售、策划、财务之间通过软件系统实现了信息的沟通交流，方便经营策略的时时变动；在商场、金融机构的管理中，需要利用软件系统对消费信息进行确认和统计，消费者使用刷卡消费，通过金融系统的软件就可以支付费用，免去了携带现金的麻烦；保卫人员通过安保系统可以对整个单位的情况进行实时监控，一旦发生火灾险情报警系统会随时提醒安保人员采取防护措施；隐藏于计算机中的软件系统虽然微小，但却具备了强大的管理能力，从小处着手逐渐改变着人们的工作生活方式。

总之，随着经济与技术的发展，信息网络技术发展愈来愈快。计算机软件具备很高的准确性以及高效性，并且逐渐普及，人们的很多日常工作都是通过计算机软件来完成的，计算机软件几乎成为人们日常工作生活不可或缺的部分。计算机软件工程在计算机应用技术的发展过程中具有特别重要的意义，它的设计和研发是一项系统性、长期性的工作.随着计算机软件技术的日趋成熟、功能的逐步完善，在人们的生活、工作中得到了迅速的普及，人类的发展离不开计算机软件工程的推动作用。

计算机硬件概述篇9

关键词：虚拟技术 EDA VM

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0042-02

随着计算机技术的快速发展，虚拟技术已发展到相对成熟的阶段，虚拟技术已经广泛深入生活，在教学、科研、卫生、军事等领域均有着十分重要的意义，成为人类生存和社会发展的新环境。

1 虚拟技术的概念

虚拟技术是一个很广义的概念，我国著名院士汪成为教授把虚拟技术看作人类认识世界的帮手，认为虚拟技术是“在计算机软硬件及各种传感器（如高性能计算机、图形图像生成系统，以及特制服装、特制手套、特别眼镜等）的支持下生成一个逼真的、三维的，具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境，使用户在这些软硬件设备的支持下，能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的‘虚拟’的世界中对象进行交互作用。它是现代高性能计算机系统、人工智能、计算机图形学、人机接口、立体影像、立体声响、测童控制、模拟仿真等技术综合集成的成果。目的是建立起一个更为和谐的人工环境”[1]。

而从工程角度定义的话，虚拟技术可看作为通过使用下列一个或几个概念或方法：硬件和软件分区，分时，部分或全部的硬件仿真、模拟，提供服务质量（QoS）等，把计算机资源分成多个执行环境的系统框架和方法论[2]。

上世纪60年代末期，IBM在其7044机上首次实现虚拟技术（IBM M44/44X Project）[3]。计算机技术的快速发展，使得虚拟技术成为重要的研究手段广泛应用于各学科领域的研究与实践中。随着电子技术与计算机技术交叉、综合的程度越来越高，在以物联网络和嵌入式系统为技术发展方向的现代电子技术中，虚拟技术的应用越来越广泛。

2 虚拟技术在电子技术中的应用

电子技术中，虚拟技术的应用可概括为三个方向：一是集成了大量虚拟仪器的软件包的应用，通常称之为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术；二是虚拟硬件技术，即借助于图形图像、仿真和虚拟现实等一切可用的技术，在计算机上虚拟出一个与实际硬件功能相近，且操作方法和实验现象也相近的虚拟实验环境；三是VM（Virtual Machine，虚拟机）技术的应用，比如VMware虚拟机等。

2.1 EDA技术的应用

EDA技术是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。利用EDA工具，电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统，从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

作为现代电子系统设计的主导技术，EDA具有两个明显特征：即并行工程（Concurrent Engineering）设计和自顶向下（Top-down）设计。其基本思想是从系统总体要求出发，分为行为描述（Behaviour Description）、寄存器传输级（RTL，Register Transfer Level）描述、逻辑综合（Logic Synthesis）三个层次，将设计内容逐步细化，最后完成整体设计，与传统设计方法比较，这是一种全新的设计思想与设计理念。

EDA软件包在电子技术的虚拟实验教学方面体现出了巨大的优势，最重要的是由于其提供了种类齐全、功能强大、界面真实、设置方式真实的虚拟仪器，诸如万用表，示波器，频率计，LED显示等，一些软件诸如NI公司的Multisim，还包括有安捷伦示波器，安捷伦万用表，安捷伦信号发生器，泰克示波器等实际产品的虚拟界面，其操作界面和操作方式完全与实际器件一样。这些虚拟仪器的使用，较大程度增加了学生在虚拟实验过程中的真实感。

目前，EDA技术更多地指数字集成电路的设计自动化，模拟电路以及混合电路设计自动化的发展尚不够成熟。尤其是射频电路设计，因为要涉及到复杂的数学理论，导致其分析过程更加复杂，所以尚没有成熟的设计自动化软件。

2.2 虚拟硬件技术的应用

虚拟硬件技术在电子技术中的应用，则主要体现为虚拟实验室的建设。虚拟实验室的建设目前主要有纯软件仿真形式、可直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室两种形式。

2.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室

纯软件仿真形式的虚拟实验室是利用仿真软件来模拟实验的全过程，不涉及具体的实验硬件设备，如图1所示。

与单机版的仿真软件相比，这类实验室采用C/S模式，在其服务器上设计并存储进行实验的仿真代码，用户只需在客户端的实验操作界面上操作，即可实时地发送参数信息、接收仿真结果数据。这类虚拟实验室因其实验界面与仿真算法独立，易于设计与实现，方便操作，成为当今虚拟实验室的主流。

2.2.2 直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室

这种虚拟实验室是通过客户端操作直接控制远程实验室的实验设备运行，获取真实实验数据，架构如图2所示。

这类实验通常具有视频和音频反馈，使用者通过计算机可以实时地观察实验地运行，也可以调整实验相应的参数，从而远程操控实验室的实验过程。此类实验形式不但有效地利用了有限的实验室资源，而且具有很好的实验效果，成为解决远程教育中实验设备紧缺、实验效果难以保证等问题的一种很好的方法，是目前虚拟实验室研究开发的一个主流方向[4]。

2.3 VM技术的应用

VM技术，是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

利用VM技术，能够在一台真实的计算机上虚拟出多台计算机，还可以同时运行两个或更多的操作系统，比如运行DOS、各个版本的Windows、各个版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虚拟机具有跨平台性，装载在硬件平台上的虚拟机，它和宿主机好像是连接在同一个网络中一样。用户通过虚拟机提供的标准接口访问异构资源，而标准接口的具体实现由各异构资源提供者负责落实，因此用户感觉不到请求资源的异构性。Java VM和PVM是比较成功的采用虚拟机技术实现跨平台、屏蔽异构性的典型例子[5]。

随着物联网络和嵌入式系统的快速发展，现代电子技术已经进入了物物互联的时代。而在物联网络和嵌入式系统中，无处不存在资源异构的问题，如硬件平台的异构，基础操作系统的异构，数据库的异构，通信网络的异构，以及应用程序的异构等等[5]。

这些异构的问题，使得VM技术被广泛应用于物联网络和嵌入式系统中。它可利用如JVM技术将不同平台、不同接口标准，不同通信网络协议之间的异构性进行屏蔽[5]，使得物物互联成为现实。

在电子技术的应用中，当前应用最为广泛的虚拟机软件主要是VMware公司免费提供给用户的VMware Player，该公司还有VMware Workstation等丰富的虚拟化产品[6]。其他还有诸如微软的Virtual Box和Virtual PC，以及由我国自己设计的VMlite，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机。

3 虚拟技术对电子技术发展的重要意义

近几年来，虚拟技术在我国的应用研究和发展都十分迅速，结合虚拟技术在电子技术三个方向的应用，其重要意义可概述为以下几个方面：

第一，虚拟技术给电子技术的工程实践带来了革命性的变革。

传统电子系统的设计方法，主要基于自底向上的设计思想，设计人员必须利用底层功能模块的组装，才能构成较复杂系统的设计，系统调试难度高，设计效率低，设计周期较长。但EDA技术的出现，特别是自顶向下的设计思想，极大的提高了电子系统设计的效率，缩短了设计周期，使得电子设计进入了一个全新的时代。

第二，虚拟技术给电子技术教学带来了革命性的变革。

传统电子技术的教学是理论教学和实验教学分开进行的，由于电子技术的实践性强，人为地把完整的教学过程分离成了两个环节，极大地破坏了教学完整性。而EDA软件或虚拟实验系统，通过计算机把教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等有机地融合为一体，还原了一个完整的课堂，提高了教学的有效性。

第三，虚拟技术给电子技术的应用解决了实际问题。

随着物联网和嵌入式系统的发展，传统电子技术的发展受到了很大程度上的制约，一些诸如通信协议异构、数据格式异构等问题，给电子技术设计人员带来了极大的困扰。而虚拟技术的出现，给电子技术解决上述困难提供了最为有利的帮助，使得电子设计人员更为专注电子技术本身的功能实现。

参考文献

[1]迈克尔·海姆.从界面到网络空间——虚拟实在的形而上学[M].上海科技教育出版社，2000.

[2]李学杰.虚拟技术研究和实现[J].电子测量技术，2007.

[3]BELADY L.A study of replacement algorithm for virtual storage computers[J].IBM system Journal.1966，5（2）：78-101.

[4]潘新民.计算机通信技术[M].北京：电子工业出版社，2002.

计算机硬件概述篇10

关键词：坚硬目标 毁伤效能 毁伤模型

中图分类号：TP761 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0036-02

在建立坚硬目标特性数据库[1]、坚硬目标防护层等效素混凝土靶[2]的基础上，讨论了毁伤评估的理论方法[3]，依据防护工事的特点，以及战斗部的毁伤方式，初步定义了坚硬目标防护结构的毁伤等级，并在此基础上确定了不同等级的毁伤判据，下面据此建立计算机模拟模型，采用蒙特卡洛模拟方法模拟其毁伤概率。

1 计算机模拟模型

根据系统误差的正态分布规律，在区域内进行随机抽样，模拟初系统误差，采用数值积分法计算出，于是的数学期望为：

当随机抽样样本容量足够大时，导弹落入有效幅员概率的估计值为：

同理可知，导引误差为正态分布随机变量z分布密度函数，因此的数学期望：

当随机抽样样本容量足够大时，导弹在落入有效幅员条件下的毁伤概率的估计值为：

求出单发毁伤概率，进而求出在不考虑毁伤积累情况下的多发毁伤概率。即：

精度检验及样本容量的确定：的估计误差与样本容量之间的关系为：，其中：为置信度相对应的分位数，为随机变量的方差，计算中以次预试验得到的样本方差作为的估计值代入计算。同理可得，的估计误差与样本容量的关系。当估计误差，具有置信度的样本数为：。

蒙特卡洛法：在计算机模型中，产生随机误差的方法主要是运用蒙特卡洛法。本文中采用数学方法计算随机数列。由于计算需要，需要分别了解均匀分布、正态分布、和互相独立的二维正态分布的随机变量抽样值。（1）均匀分布的随机抽样：设是在[0，1]区间上的均匀分部随机量的一次抽样值，则×即为在[a，b]区间上均匀分布随机量的一次抽样值；（2）正态分布的随机抽样：采用极限近似法，设是[0，1]区间上均匀分布随机量的12次抽样值，则由产生一个标准正态分布随机数，如果需要正态随机数满足，则×；（3）互相独立的二维正态分布随机抽样：设落点坐标x与y分别服从一维正态分布：，而且相互独立，则由下式对x，y抽样：，，其中，为按瑞利分布的随机变量的抽样值，为均匀分布的随机相位的抽样值：，其中：为（0，1）区间上均匀分布随机数的两次抽样值。

由试验数据衡量样本的均方差：本文利用残余误差得出样本均方差的估计值。设对某量进行n次测量，得到n个测量值，被测量值的真值为，随机误差的抽样值为：

其中：为测量值的样本均值，且为残余误差，。于是，求得样本方差：，因为：

根据随机误差的低偿性，当n充分大时：，这样可以将（4.46）式改写为：，于是得：，所以：，此式称为贝赛尔（Bessel）公式，根据此式可以由残余误差得到单次测量的样本均方差。

2 防护结构震塌厚度计算

关于侵彻深度的计算，详见文章[2]。下面讨论如何计算防护结构的震塌厚度问题。在爆炸或冲击载荷作用下，防护结构将产生弹坑、贯穿和震塌三种形态的局部破坏。由于应力波在复杂的钢筋混凝土结构中难以确定的传播过程，使得震塌破坏问题成为相当复杂的理论问题，这里采用漏斗坑半径表示震塌厚度，公式为：，式中：w为射弹装药重量，K为标准抛掷爆破系数，e为炸药换算系数，为孔口堵塞系数，W为炸药中心至地表距离。

3 实例计算

战斗部参数如下表1，靶板尺寸为20×18×6 m，弹体垂直侵彻，着速为400 m/s。导引误差均方差为0.1 m，起爆点误差带0.2 m，圆概率偏差为6。

由空腔膨胀理论[2]计算最大侵深，并用最小漏斗坑半径计算最小震塌厚度。根据两者和与靶板厚度的对比，确定靶板是否能贯穿。可以计算得最大侵深=3.823668，最小震塌厚度=3.20478，因为且，所以毁伤等级为B，毁伤概率：。本例中，由于等效靶的尺寸相对来讲不是很大，所以从计算结果可以看出，散布圆概率偏差对目标毁伤概率的影响较大，其变化规律为散布圆概率偏差越大，单发毁伤概率越小。当等效靶的范围变大为100×100×6m，由于靶的易损性范围变大，散布圆概率偏差在0～30之间基本上没有变化。

4 结论

为量化毁伤效能评估，分别建立了由射击误差决定的命中概率和命中条件下的毁伤概率计算方法，进而求出了受射击误差影响的毁伤概率[3]。根据上述理论基础建立计算机模拟模型，为下一步的毁伤软件结构的搭建奠定基础。

参考文献

[1] 徐辉，李加财.坚硬目标特性数据库的建立[J].今日科苑，2007（4）.