计算机体系结构方向范文

导语：如何才能写好一篇计算机体系结构方向，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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模拟器作为研究计算机体系结构软件模拟技术的主要研究工具,也是新时代下预测计算机发展方向的排头兵和了望塔。不论是计算机的数据处理,还是计算机的内部系统设计。首先进行计算机模拟试验已经显得必不可少。第一,模拟技术试验可以检测实用技术投入生产前的可靠性和开发性,从根本上避免计算机模拟技开发的盲目性;第二,模拟技术试验同实用生产技术比起来,可以节约经济成本,减少不必要的浪费。第三,因为计算机的更新性能很快,所以,对于开发计算机软件来说,时间就显得弥足珍贵。前期的模拟技术可以缩短软件的设计时间,而且前期模拟软件的精度也可以为后期的实际开发提供参考依据。

计算机研究领域内已经有愈来愈多的人提出了自己关于解决计算机模拟软件技术的观点和看法。

一、计算机软件的发展现状

计算机体系结构模拟技术软件诞生于20世纪80年代。而且,早期的计算机处理设计结构当中主要采用的是数据驱动,就是对计算机的性能进行整体的分析。主要步骤:1.收集数据、2.执行指令、3.分析性能和计算机结构特征、4.统计数据、5.解释程序。需要说明的是,数据驱动是一种软件开发之后的数据分析,对计算机体系结构软件的开发能够提供的帮助很少,这也是为什么数据驱动逐渐被社会淘汰的缘故。

本着提高计算机体系结构的目的,相关研究人员在数据驱动的基础上又提出了性能分析这一概念。性能分析关键是建立数据之间的资源模型。因为模型的直观性能,研究人员可以更好的检测计算机的资源开发与利用情况。减少研究的时间和经费使用。宏观的来讲,计算机体系结构主要包含硬件与软件两部分。微观的来讲,计算机体系结构是指将一系列系统元素恰当地组织在一起,系统元素之间互相配合、协作,通过对信息进行及时的处理而完成设定的目标。这些系统元素有:计算机体系硬件、人员配备、程序。其中,程序和相关数据的整合,用于实现所需要的逻辑方法和控制过程。具有计算能力的电子设施和提供外部功能的电子设施是软件运行的必要装置;人员是硬件和软件的实际操作者,可以实现对软件的访问,而且具有规模性和组织性两大特征;文档是详细阐述系统使用方法的手册。而计算机体系结构模拟软件主要包含数据、模型、指令、程序等一些子概念。数学建模工具包括:计算机系统统计法、马尔可夫建模等等。数学建模对研究人员的数学理解能力提出了很高的要求。但不能否定的是,这种方法确实能起到很大的作用。研究人员对模型进行了简化处理,极大的方便了计算机体系结构软件的开发。

二、计算机体系结构软件模拟技术的定义

计算机体系结构定义众多。有人称之为模拟技术,也有人称之为仿真技术。计算机体系结构模拟,即用软件来模仿计算机的处理过程。同时,要求两者之间>:请记住我站域名/

计算机体系结构包括部分计算机结构和全部计算机结构两部分。它的步骤是:数据结果、指令接收、模拟运算、翻译指令等等。计算机的缓存命中率、访问的存储等都是计算机体系结构需要注意的指标。

三、 计算机体系结构分类

计算机体系因为结构复杂,所以不可能只有一种。从数量方面可以分为单核处理器模拟和多核处理器模拟;从指令方面可以分为单指令模拟结构和多指令模拟结构;从损耗角度分为性能模拟结构和能耗模拟结构;从模拟器的角度可以分为执行模拟结构和开发模拟结构;根据以上分类我们不难发现,计算机体系结构种类繁多。一方面,它为我们研究计算机体系结构模拟提供了许多参考价值;另一方面,它又为研究计算机体系结构增加了许多困难。

四、计算机体系结构的存在问题与缺陷

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能耗是个大问题

为突破“摩尔定律”的极限，除了不断提升集成电路计算机运算效率，各种新型计算机也在科学家脑中酝酿。以量子计算机为例，其基本数据单位依然是比特0或1。但与传统计算机不同，一个量子比特可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、10、11四种状态。以此类推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300次方，超过整个宇宙的原子数量总和，由此带来运算速度的极大提升。

除了提高性能，降低计算机系统能耗更是个棘手问题。据专家介绍，目前国际上高性能计算的主流体系结构，都建立在上世纪40年代冯·诺伊曼的理论之上，随着时展已面临不少瓶颈。例如，实际应用性能仅有峰值性能的5%10%，许多性能被“放空”；用户无法根据实际应用需求自主参与计算控制，实用性差。这两个缺陷导致计算系统能耗高居不下，目前位列世界前10名的高性能计算系统功耗均在数兆瓦以上，相当于一个中等城市公共照明用电的总量。各大互联网公司的数据中心能耗同样惊人，谷歌公司云计算中心每天的耗电量和整个日内瓦市的耗电量相当。如果未来计算机只是简单地做服务器数量叠加，而不考虑能耗问题，其用电成本将是天文数字。

向结构体系动刀

如何让计算机系统实现真正的高效能运算？邬江兴院士大胆选择了向整个计算机体系架构“动刀”，提出了一种全新的“PRCA体系结构”。在这种新体系下，计算机变得更加“聪明”，它不仅能分析、识别各种应用的类型、需要动用的计算资源，还能据此“调兵遣将”，做到“减有余，补不足”。例如，一个由100台服务器组成的数据中心，50台用于处理和电子邮件相关的指令，50台用于提供视频点播服务。在传统的计算架构下，这种任务分派是一成不变的；但在PRCA架构下，如果视频服务过于集中，50台服务器应接不暇，那么原本为邮件服务待命的服务器，也能　“增援”。这样一来，计算机资源的可持续利用率提高，硬件的更新换代频率有可能将不再频繁。由于所有的计算能力都用在“刀刃”上，整个系统能耗也大大降低。

和传统计算机　“铁板一块”的体系架构不同，这种新概念计算机最大的特点是“会认知”、“柔性可变”。当外界指令输入，算核能根据需要组合出不同的CPU、GPU或者存储器结构来支持运算。结构变成什么样子，完全取决于指令的内容。邬江兴院士将此类比为碳原子碳原子排列结构不同，既可以产生出世界上最坚硬的金刚石，也能够变成较柔软的石墨。

颠覆性创新有待验证

这种动态可变的体系架构，通过软件和硬件的共同创新实现。软件方面包括一系列新型系统，硬件则涉及CPU、存储结构等方面的改革。对于传统计算机体系结构来说，这相当于一次颇具颠覆性的创新，需要进一步实践验证。项目组也坦言，目前学界对此尚有不同看法和意见。但至少有一点已在业内达成基本共识：从具体的应用需求出发，重新设计计算机的结构，实现“智能”调配资源，很可能是未来高效能计算机的发展方向。

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关键词:综合电子系统;嵌入式计算机体系;结构

中图分类号:TD672文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 06-0000-01

Integrated Electronic System Embedded Computer Architecture

Feng Lipei

(The State Administration of Radio Film and Television 723 Radio,Shijiazhuang050086,China)

Abstract:As the modern electronic information technology development and innovation and electronic information technology application of the areas of diversification of integrated electronic computer system,and embedded in the military,a smart appliance,the digital machine tools,

refrigerators and other areas of electronic devices are widely used. this article by a brief analysis and study electronics and computer system to embedded systems architecture to meet the new generation of integrated electronic computer systems for performance of the embedded application requirements.

Keywords:Integrated electronic systems;Embedded computer system;Structure

一、综合电子系统嵌入式计算机的特点

综合电子系统嵌入式计算机是嵌入到对象体系中的专用计算机,其物理结构和功能都嵌入到应用系统中,不能脱离系统操控程序而独立运行。进入21世纪以后,综合电子系统嵌入式计算机在军事上得到了广泛的推广与应用,同时在智能家电、数字机床、车载电子设备等生活领域也得到不少的应用,为人类的发展注入了全新的科技动力。综合电子系统嵌入式计算机的特点,主要表现在以下几方面:

(一)实时性

综合电子系统嵌入式计算机直接从前端传感器获取信息和资料,进行实时或近实时的操控处理和技术分析,因此,综合电子系统嵌入式计算机对信息的处理、分发和管理的实时性要求极高。

(二)与宿主系统相匹的性能与功能

综合电子系统嵌入式计算机是宿主系统的主要组成部分,其体积、重量、形状、性能等诸多数据参数必须满足各种宿主系统的不同技术性要求,其功能性与技术性必须与宿主系统的水平相适应,符合技术应用的科学发展方向。[1]

(三)环境的可靠性和适应性

综合电子系统嵌入式计算机被大量应用于工业、军事、野外等恶劣环境中,要经受振动、辐射、盐雾、高低温、电磁干扰等经验,对可靠性要求极高。传统综合电子系统嵌入式计算机的体系结构设计主要根据嵌入式系统的应用特点进行剪裁。[2]综合电子系统嵌入式计算机采用模板化结构,但是总线带宽和扩展能力有限,不具备动态重构、数据信号综合处理等功能。

二、综合电子系统嵌入式计算机的体系结构

嵌入式系统是现代电子信息技术、计算机技术和半导体技术,以及各个行业具体应用相结合的产物。因此,嵌入式系统是一个资金密集、技术密集、高度创新、不断创新的知识集成系统。综合电子系统嵌入式计算机体系结构的核心部件是处理器,系统结构较为复杂。

图1 综合电子系统嵌入式计算机的体系结构

(一)嵌入式微控制器

嵌入式微控制器将整个计算机系统集成到一块芯片中,芯片内部集成RAM、ROM/EPROM、总线逻辑、总线、定时/定时器,WatchDog、串行口、D/A、A/D、Flash RAM、EEPROM等各种基础功能和外设。为了适用综合电子系统嵌入式计算机不同的体系结构和功能需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理内核体系结构都是相近的,不同的存储器和外设的配置及封装。[3]这种体系机构可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。目前,世界通用的嵌入式控制器型号主要有:P51XA、8051、C166/167、MCS-96/196/296、MC68HC05/11/12/16等。

图2 嵌入式微控制器结构图

(二)嵌入式微处理器

嵌入式微处理器是综合电子系统嵌入式计算机的CPU,在实际应用中,微处理器被装配在专门设计的电路板上,只是保留和嵌入式应用的相关母版功能,这种体系结构可以最大幅度减少系统的体积和能源消耗。[4]嵌入式微处理器具有重量轻、体积小、可靠性高、成本低等优点,其体系结构的电路板上必须包括:总线路接口、各种外线器件、RAM、ROM等,技术保密性相对较强。目前,世界主要应用的嵌入式微处理器主要有:386EX、Power PC、SC-400、MIPS、68000、ARM等系列。

图3嵌入式微处理器结构图

(三)嵌入式片上系统

近年来,随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,综合电子系统嵌入式计算机体系结构中一个硅片上实现一个更为复杂的全新计算机系统,也可以称之为SOC。嵌入式片上系统一般可以分为通用和专用两类,通用系列包括Infineon的TirCore,Motorola的M-Core;专用系列包括Philips的Smart XA等。

图4嵌入式片上系统

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关键词:课程群;计算机硬件;农业院校;人才培养

当前我国很多高等农业院校计算机专业已逐渐转变为软件工程和计算机科学与技术两个专业方向。然而,在教学实践中过分强调软件与应用,计算机硬件方面的教学却相对薄弱,导致学生缺乏计算机体系结构、计算机组成与结构等硬件方向的基本能力。即,计算机教育上存在着“重软轻硬”的倾向。

1计算机硬件教学存在问题分析

当前,农业院校计算机科学与技术本科专业中,计算机硬件与结构方向的核心和普通知识点一般体现在以下几门课程中:数字逻辑、计算机组成原理、微机原理、微机接口技术、汇编语言、计算机系统结构、计算机系统结构、嵌入式系统等。在教学过程中,各门课程相互之间内容衔接较多、重复之处也比较多,而某些知识点缺乏前导、造成断层。教师一般按照自己的教学大纲和计划对各门课程内容进行划定,而不是以计算机系统的整个体系结构为主线,造成缺乏系统性和科学性,难以实现学生从大一到大四的完整体系,使知识的连贯性变差;而且计算机硬件技术,例如:处理器技术、存储技术及网络技术等每天都有新的进展和变化,这些变化很难及时地反映到计算机硬件相关教材和实验设备上,因此难以体现发展中的新技术和教材之间的关联。由此造成,学生对这些课程普遍存在没有学习兴趣,教师上课缺乏激情的情况[1]。

因此,学生在掌握计算机硬件基本原理的基础上,如何结合计算机硬件技术的发展,并充分体现硬件技术的系统性和实践性,是当前农业院校计算机硬件教学所面临的重要问题;也是真正实现计算机科学与技术专业培养目标所必须解决的问题。

2计算机硬件课程群

为了解决以上存在的问题,本文提出构建计算机科学与技术专业硬件课程群。课程群方法是近年来高等院校课程体系建设实践中出现的一项新的课程开发技术。其基本思想是把各门课程内容联系紧密,内在逻辑性强,属同一培养能力范畴的同一类课程作为一个课程群组进行建设,从技能培养目标层次有效的把握课程内容的分配、实施、保障和技能的实现。课程群体系的进程如图1所示。

其优势在于以下3个方面:

1) 内容具有科学性。课程群各组成课程之间关系密切、逻辑性强,知识具有递进性,便于组织教学。

2) 实验室高效利用。课程群使计算机专业实验室可以进行大型的跨课程综合型实验,不仅在使用人次上,更重要的是在每次使用的效率上将得到极大的提高。

3) 教学具有可控性。课程群所有课程的教与学透明度提高,教学中的随意性和非计划性减少,可以有效的提高教学的可控性[2]。

3计算机硬件课程群构建的主要内容

本课程群的构建主要针对我校2010级本科教学人才培养实施方案。构建以下3个方面:计算机硬件课程群课程建设,综合型实验与课程设计设置和课程群内容的更新[3]。

3.1计算机硬件课程群课程建设

课程群的建立包括确定核心课程与选修课程。在课程群设置中,以学科方向和模块为核心,同时与专业培养计划相适应。在设置课程群的时候,打破单一授课的限制,使不同专业教研室的教师根据课程群设置凝聚一起,集中对各门核心课程和选修课程的内容与组织进行系统地规划,避免重复和脱节现象。例如:可以考虑把汇编语言课程和计算机组成原理课程结合,侧重于计算机硬件的五大部件、寻址方式和指令系统。这样有利于把计算机组成原理中介绍的一般性的知识和具体的微机系统联系起来,给学生打下牢固的理论基础;也可将汇编语言、计算机组成原理和微机接口技术3门课程全部联系起来,将计算机硬件基础知识全部融合在一起,提供给学生完善的知识体系[4]。

3.2计算机硬件课程群综合型实验建设

计算机硬件课程群建设中,强调实践教学的重要性。在课程群建设中,不是以单一的课程为单位设计实验,而是按照整个课程群来设计一体化的实验环境与实验内容。可以将汇编语言方向、微机接口方向、计算机组成原理和计算机体系结构等实验有机地结合在一起,创建良好的实验环境,灵活运用实验室、开放式实验室等多种手段培养学生的研究能力与团队精神的教育方法。例如,在计算机组成原理实验中设置了8255、8253等实验,同样在计算机接口实验技术中也有同样的内容,因此,可以考虑整合这部分内容,利用几个接口芯片开发一个小系统,不仅使同学学习了相关接口芯片知识,同时也锻炼了芯片在系统中的应用,建立整机概念等。

3.3课程群内容更新建设

根据计算机学科发展情况,及时、动态地调整课程群内核心课程、选修课程的设置,同时考虑到每一门课程具体内容的设置。让学生要尽可能学习掌握同当前主流技术发展方向联系比较紧密的新技术(如Pentium 的超标量流水线、分离的指令Cache 与数据Cache、指令分支预测技术、Itanium 的EPIC 核心技术),以及计算机新技术发展趋势(如未来处理器技术, 现代网络环境对硬件技术的要求, 64 位微处理器技术)等。

4结语

本方案已经通过相关课程专业教师多次研讨,打破以往独立课程设置方式,初步确立计算机硬件的课程群设置,计算机硬件综合实验设置的方案。该方案如果做进一步的深入研究、探讨与实践,必将对提高计算机专业学生软件和硬件能力的协调起到良好的作用,改变当前高等农业院校计算机专业学生硬件能力偏差的现状,提高其学生的自身综合素质和增强其就业能力。

参考文献:

[1] 唐建宇. 计算机硬件课程教学中的若干问题分析与探讨[J]. 福建电脑,2007(5):188-189.

[2] 刘新平,郑秋梅,孙士明,等. 计算机硬件课程群实验体系的改革与完善[J]. 计算机教育,2008(12):117-119.

[3] 王让定,钱江波,石守东,等. CC2005的计算机学科硬件与结构课程群改革探索[J]. 计算机教育,2008(8):137-138.

[4] 刘全利,黄贤英,杨宏雨. 计算机组成原理课程群建设的探讨[J]. 科技信息,2008(4):9-10.

Discuss on the Computer Hardware Course Group in Computer Science and

Technology Teaching of Agricultural Universities

ZHANG Xi-hai, YU Xiao, WU Ya-chun, WEI Xiao-li

(Engineering college, Northeast Agriculture University, Harbin 150030, China)

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关键词：Kinect；体感；手势识别；Unity3D；投篮系统

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.266

0 引言

根据冯・诺依曼（John von Neumann，1903～1957）的计算机体系结构，计算机分为五大部分――运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。现在大多数计算机仍是冯・诺依曼计算机的组织结构，只是做了一些改进而已，并没有从根本上突破冯・诺依曼体系结构的束缚。对于计算机的研究和使用人员来说，计算机的发展最终需要解决的问题就是输入和输出的问题。如何对计算机进行高效准确的输入，以及如何让计算机通过算法，进行准确的计算，输出人们想要的结果，一直是计算机研究的一个重要课题。

随着计算机的发展，自然的用户界面（NUI） 随之出现。相对于传统的用户输入方式――鼠标键盘，自然的用户界面显得更加人性化。比如语音输入，手势识别等。显然，自然的用户界面更加符合人们的行为习惯。自然的用户界面更加健康，它可以让对计算机的输入变成与一个人的交流，让用户可以有更加身临其境的感觉。

1 现实生活中体感手势的运用

人们在日常的交际中，经常会用到一些手势，来使得对问题的表述更加具有表现力。这些手势不仅仅只是手指的动作，也不能理解为手部的动作。手势是一个广泛的概念，它包含了有含义、有意义的肢体动作。这也就是说，一个踢腿的动作，也可以被定义为手势。敲击键盘不是一个手势，因为手指快速的按下某一个按键既不容易被观察到，也不能直观地表达其含义。

然而，手势不只是用在交际表达中，人们在日常的生活中，也无处不用到手势。例如，在拧开饮料瓶盖的时候，需要用手握紧瓶盖，另一只抓紧瓶身，通过手腕、手臂的共同协作，完成拧下瓶盖的动作。拧下瓶盖的动作，就是一个手势。我们可以忽略在完成这些动作过程中所使用到、接触到的实际存在的物体，而把注意力转移到肢体本身。假设物体并不存在的，让你笔画着空气来完成一个拧瓶盖的动作，让另外一个人去猜你现在正在做的动作，是否他一眼就能看出你正在演示拧瓶盖的动作呢？

2 基于Kinect体感设备的篮球系统

2.1 手势的识别

如果“猜”出你所做手势的是一台计算机，那么就涉及到计算机的手势识别技术。让计算机去完成一个手势的识别、判断是非常困难的。首先，我们要设法获取人体的相关信息，这涉及到图形、图像识别技术、深度数据挖掘技术。通过微软研制的Kinect，其摄像头在收集了人体的视频信息之后，通过算法的处理，可以把人的肢体信息凝练为20个骨骼节点。它可以准确标定人体的这20个关键点，并对这20个点的位置进行实时追踪。在程序及算法设计中，人的肢体运动，会使得身体各个骨骼节点的三维坐标值发生改变。通过设置合理的数值，当骨骼节点的坐标差值超过某个设定值的时候，触发某一个状态位或一系列状态位的改变，从而完成一个手势或者一系列手势的判定。例如，完成一个完整的投篮手势，需要先抬起手臂。以右手为例，抬起右手意味着右手腕节点的y坐标值超过了右肩膀节点的y坐标值，也就是实际空间中的右手高度，高于右肩膀高度。此时，应该触发抬手状态位的改变，告诉系统，投掷者的手臂已经抬起，准备进行下一步的判断与计算。

当然，在手臂放下之后，要把抬手状态位还原，告诉系统，投掷者的手臂已经放下，不能继续进行投掷算法，不然系统会出现错误投掷判断。由此，抬手状态的触发就相当于投掷算法的第一个开关，整个投篮手势也是由一系列手势构成的。

2.2 运动轨迹的计算

篮球在空间中的运动，是一个球体的物理运动，需要物理引擎来提供物理算法，通常的游戏引擎都会带有物理引擎，我们使用Unity3D游戏引擎中的物理引擎，来完成篮球运动轨迹的计算。这样，我们只需要把篮球被抛出时的方向和速度提供给物理引擎，就可以完成篮球运动轨迹的计算了。

现实中，人完成投篮动作，就是给篮球一个加速度。通过手部用力，让篮球和手拥有相同的速度。当手部停止加速，开始减速，篮球也就不再加速，并且脱离手部，不再和手有接触。篮球拥有了初始速度，就开始抛物运动。这里我们忽略空气阻力的作用。在三维空间中，需要把加速度及速度分解到相互垂直的三个方向上，也就是三维坐标系中，计算三个方向上的加速度，最终提交给Unity3D的物理引擎，形成一个和速度进行计算。手部三个方向上的加速度，可以通过速度计算公式获得。Kinect提供给我们每秒30帧的骨骼节点三维坐标位置变化，一个方向上坐标的差值除以时间，就可以得到此方向上的速度，进一步就可以得到此方向上的加速度。

2.3 模型的构建

最后，我们在Unity3D中创建场景，添加篮球架的模型，并添加脚本判断篮球是否投进，进行计分，并给篮球和篮框添加碰撞器，当篮球碰触篮框时，进行碰撞的检测和碰撞结果的计算，模拟真实的投篮环境，构成一个完整的投篮系统。

参考文献：

[1]沈绪榜，刘泽响，王茹.计算机体系结构的统一模型[J].计算机学报，2007，30（05）：731-736.

[2]张茫茫，傅红.基于实体用户界面与自然用户界面结合的产品设计[J].研究论文，2013，31（28）：99-102.

[3]曹雏清，李瑞峰，赵立军.基于深度图像技术的手势识别方法[J].计算机工程，2012，38（08）：16-21.

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    计算机工程是涉及现代计算系统、计算机控制设备的软硬件设计、制造、操作的科学与技术,建立在计算、数学、科学和工程学的基础上,主要研究计算机处理器、多处理器通讯设计、网络设计和存储器体系,着重研究硬件设计以及与软件和操作系统的交互性能,如嵌入式系统、分布式数据与大规模存储系统。绝大多数美国学校的电气工程和计算机工程是在一个系,除数学、物理等基础科学知识外,课程体系主要包括计算机科学和电气工程等学科的相关课程、设计和构建计算机系统及基于计算机系统的相关软硬件课程。培养的学生应具备从事计算机系统工作的能力,或具备基于计算机相关系统进行分析、设计、应用和集成工作的能力,具有扎实的计算机基础理论、良好的科学素质和工程实践能力,包括良好的团队合作和人际交流沟通能力[5]。下面主要介绍美国这4所大学的计算机工程课程设置情况。

    1.1UIUC计算机工程专业本科课程设置

    UIUC计算机工程专业学生需要修满128个学分,这些课程分为如下7大类:1)科学基础与数学课程(31学分),包括数学、物理、化学在内的10门课程。2)计算机工程核心课程(34学分),这些课程重点介绍计算机工程领域的基本概念、基本原理、基本实验方法和技术,共有10门课程。3)专业基础数学课程(6学分),包括离散数学和概率、工程应用两门数学课程。4)写作课程(4学分),1门写作原理课程,主要讲授研究报告的写作方法。5)专业技术选修课(23学分),其中1门必须选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程之外的课程,其他必须均选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程。这些课程强调计算机工程实践中用到的主要分析方法和设计原则。6)社会科学与人文科学课程(18学分),这些课程被工学院认可并满足学校对学生社会科学与人文科学课程通识教育的要求。7)自由选修课程(12学分),这些几乎没有限制的选修课可以让学生学习任何领域的知识。学生可以在计算机工程专业深入学习课程,也可以学习生物工程、技术管理或语言等课程。

    1.2普度大学计算机工程专业本科课程设置

    普度大学计算机工程专业学生需要修满125个学分,这些课程分为如下6大类:1)通识教育课程(24~25学分),包括6~7学分的两门交流技巧课程和18个学分的社会与人文学科选修课程。2)数学课程(21~22学分),数学课程有两种套餐,各6门课,学生可以根据自己的情况任选一种。3)科学基础课程(18~19学分),包括物理、化学、生物及面向对象编程等5门课程。4)工程基础课程(7学分),包括工程导论两门课程及计算机工程和计算机科学以外学科的工程学科选修课1门。5)计算机工程专业课程(49学分),包括32~33学分的13门计算机工程专业核心课程;两门共计1学分的研讨课程;2门3~4学分的高级设计课程;2门8学分的研究生课程;1~2门计算机专业选修课程,使计算机工程专业课程总学分达到49学分。6)任选课程(4~6学分),根据辅修要求或个人兴趣,任选课程可以从理学院或文理学院中适合工科学生的数学、科学课程中选择,目的是使总学分达到125学分。

    1.3伊利诺伊理工学院计算机工程专业本科课程设置

    IIT计算机工程专业学生需要修满130~134个学分,这些课程分为如下3大类:1)限选课程(109学分),学分分配如下:计算机工程专业限选课程47学分,包括计算机工程和计算机科学两类课程;数学限选课程24学分;物理限选课程11学分;化学限选课程3学分;工程科学限选课程3学分;社会科学与人文学科限选课程21学分。2)选修课程(15~19学分),包括专业选修课程9~12学分,其中含1门硬件设计选修课;科学选修课程3学分。3)跨专业实践项目课程(6学分),包括IPROI跨专业实践项目I和IPROII跨专业实践项目II两门课程。

    1.4西北大学计算机工程专业本科课程设置

    西北大学计算机工程专业学生需要修48门课程,这些课程分为如下7类:1)通用工程方法、数学、科学基础课程(15门),必修计算方法与线性代数GenEng205-1、线性代数与力学GenEng205-2、动态系统建模GenEng205-3和微分方程GenEng205-4等4门通用工程方法课程;必修微积分(I)MATH220,微积分(II)MATH224,微积分(III)MATH230及多元积分与矢量微积分MATH234四门数学课程;必修普通物理(I)Physics135-2和普通物理(II)Physics135-3两门科学基础课程;从McCormick工学院科学基础课程中任选其他2门课程;另外必修IDEA106-1工程设计与交流(I)、IIDEA106-2工程设计与交流(II)两门工程设计和交流课程。2)工程基础课程(5门),必修4门,包括EECS202电气工程导论、EECS203计算机工程导论、EECS211编程基础(C++)、EECS302概率系统与随机信号,并从McCormick工学院工程基础课程热电力学、系统工程与分析、材料科学和流体与固体中任选1门。3)交流与社科人文学科课程(8门),选修GenCmn102演讲或GenCmn103课程的其中1门,另外选修7门满足McCormick工学院要求的社科人文学科课程。4)专业核心课程(5门),必修EECS205计算机系统软件基础、EECS303高级数字逻辑设计、EECS361计算机体系结构、EECS311数据结构与数据管理和EECS343电路基础这5门课程。5)技术选修课程(10门),西北大学计算机工程专业分高性能计算、VLSI与CAD、嵌入式系统和算法设计与软件系统4个方向,每个方向开设若干门技术课程,每个学生必须在这4个方向中选修5门课;从专业基础课程EECS213计算机系统导论、EECS222信号与系统基础、EECS223固态工程基础、EECS224电磁场与光学基础、EECS225电子学基础5门课中根据学习方向选修2门;剩下3门从计算机科学、计算机工程、数学、科学基础等课程中选修,如可以是生物学BIOL210-1,2,3和化学原理CHEM210-1,2,3课程,也可以经申请同意选修相关计算机工程研究生课程。6)自由选修课程(5门),共修5门,学生可以根据自身情况和兴趣爱好自由选修。若从未学习过任何计算机编程语言,建议其中1门选修编程入门(Python)EECS110课程。7)高级项目课程(1门),至少在微处理器系统项目EECS347-1、计算机体系结构项目EECS362和VLSI设计项目EECS3923门课中选修1门。

    24所大学计算机工程课程设置特色

    4所大学计算机工程本科专业的课程设置都通过美国工程教育认证机构ABET的EC2000指标体系认证,有如下特点:

    1)注重基础知识的学习,在贯彻通识教育中培养学生的各种能力。基础知识直接决定学生未来的发展潜力[7-8],而基础知识的掌握通常是通过通识教育实现的。与我国高校通识教育不同的是,这4所美国大学按照各种完整的项目组织基础知识,让学生在基于项目的学习中形成各种能力。他们还特别重视人际沟通能力的培养和学生对广泛深入的人文社科知识的理解,使所有工科学生在数学、物理、信息、物质、生命、技术和能源科学方面及人文社科方面打下广泛的基础。这种比知识更重要的能力是学生取之不尽、用之不竭的资源。普度大学第一年的工程基础培养及UIUC第一年的计算机工程训练从一开始就围绕能力培养,使学生能更好地理解和应用所学的基础科学和数学知识。

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【关键字】计算机，应用，发展

计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及到通信与计算机两个领域。它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大贡献。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。

自50年代开始，人们及各种组织机构使用计算机来管理他们的信息的速度迅速增长。早期，限于技术条件使得当时的计算机都非常庞大和非常昂贵，任何机构都不可能为雇员个人提供使用整个计算机，主机一定是共享的，它被用来存储和组织数据、集中控制和管理整个系统。所有用户都有连接系统的终端设备，将数据库录入到主机中处理，或者是将主机中的处理结果，通过集中控制的输出设备取出来。它最典型的特征是：通过主机系统形成大部分的通信流程，构成系统的所有通信协议都是系统专有的，大型主机在系统中占据着绝对的支配作用，所有控制和管理功能都是由主机来完成。一般来讲，计算机网络的发展可分为四个阶段：第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形；第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，形成了计算机网络；第三阶段：在解决计算机连网与网络互连标准化问题的背景下，提出开放系统互连参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展；第四阶段：计算机网络向互连、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用。

随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求。这种需求主要来自军事、科学研究、地区与国家经济信息分析决策、大型企业经营管理。他们希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路互连成为计算机-计算机网络。网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用连网的其它地方计算机软件、硬件与数据资源，以达到计算机资源共享的目的。这一阶段研究的典型代表是美国国防部高级研究计划局（ARPA，Advanced Research Projects Agency）的ARPAnet（通常称为ARPA网）。1969年ARPA网只有4个结点，1973年发展到40个结点，1983年已经达到100多个结点。ARPA网通过有线、无线与卫星通信线路，使网络覆盖了从美国本土到欧洲与夏威夷的广阔地域。ARPR网是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，它对发展计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面：1、完成了对计算机网络的定义、分类与子课题研究内容的描述；2、提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念；3、研究了报文分组交换的数据交换方法；4、采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系。

未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。作为Moore定律驱动下成功企业的典范Inter预计2001年推出1亿个晶体管的微处理器，并预计在2010年推出集成10亿个晶体管的微处理器，其性能为10万MIPS（1000亿条指令/秒）。而每秒100万亿次的超级计算机将出现在本世纪初出现。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的要害技术。

同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判定能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段（如语音输入、手写输入）外，让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现，虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。

传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升，新的海量存储技术趋于成熟，新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB（以一本书30万字计，它可存储约1500万本书）。信息的永久存储也将成为现实，千年存储器正在研制中，这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越近其物理极限，为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

今天人们谈到计算机必然地和网络联系起来，一方面孤立的未加入网络的计算机越来越难以见到，另一方面计算机的概念也被网络所扩展。二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展，其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样，剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连，使之成为一个全球范围的计算机互联网络。人们可以通过Internet与世界各地的其它用户自由地进行通信，可从Internet中获得各种信息。人们已充分领略到网络的魅力，Internet大大缩小了时空界限，通过网络人们可以共享计算机硬件资源、软件资源和信息资源。“网络就是计算机”的概念被事实一再证实，被世人逐步接受。

在未来10年内，建立透明的全光网络势在必行，互联网的传输速率将提高100倍。在Internet上进行医疗诊断、远程教学、电子商务、视频会议、视频图书馆等将得以普及。同时，无线网络的构建将成为众多公司竞争的主战场，未来我们可以通过无线接入随时随地连接到Internet上，进行交流、获取信息、观看电视节目。

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关键词：自动化技术；电子信息工程；分析

在电子信息逐渐丰富的今天，自动化技术的体系结构也逐步地明确。但在整体的应用中，自动化技术还有很多不完善之处。其硬件以及软件体系还有不够契合之处。同时，在网络技术逐步地更新的情况下，其电子信息工程体系结构也需要与时俱进。基于此项发展，将着重分析探讨自动化技术在电子信息工程设计中的运用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

1自动化技术在电子信息工程的应用概况分析

1.1自动化技术在电子信息工程中的设计内容自动化技术是通过机械操控以计算机为媒介进行信息的表达。属于工业自动化当中的高科技技术的生产，同时也是现代化工业的发展趋势及方向。目前，自动化技术正在日趋成熟，逐渐迈入成熟阶段，要想技术方面完全得到改善仍需要一段时间，就算如此，但也推进了自动化工业的发展。在进行整体的设计过程中，其需要结合大数据的特点。对电子信息工程进行整体性的分析。[1]一般情况下，电子信息工程包含了多方面的内容，其不仅需要与数据网路系统相互结合还要对电子工程体系进行整体性的优化。从而使得电子信息工程的应用内容得到相应的丰富。

1.2电子信息工程设计中应用的意义电子信息工程的设计具有十分深远的意义。其通过计算机的信息传导，以计算机的方式来完成人工的工作，通过机械化的发展来不断提高设计的效率，提升生产的效果，进而全面提升工业化生产的能力，来帮助产业化的发展。在机械体系的控制中，其通过液态体系的压缩让液化体系技术得到了整体性的优化。在进行电子信息工程的整体应用中，其工程信息数据需要进行持续性的更新。以及电子工程技术当中的计算机技术和电子及信息技术的糅合来综合提高电子信息工程的效率。在进行设计的过程中，其能够让整体的设计效率得到良好的提高。尤其是在数字控制系统融入电子化信息技术。让很多电子设备都具备了电子化的特性。从而使得其在工业应用中的效率得到了较为显著的提高。[2]

2自动化技术在电子信息工程设计当中的应用方向

目前，自动化技术在实现工业生产自动化方面的功用会比较多，依靠自动化技术来进行现代化工业发展的推动，成为一种现代化潮流的趋势。所以在工业自动化中主要以CAD来结合计算机的辅助设计和应用CAM的计算来帮助OA完成办公管理的自动化发展，就以上简述的三个方面来说，都将实现生产智能化、自动化。自动化技术在近年来都已经在逐步证明它的作用，通过冶金石油，重工业，轻工业和化工就可以体现出来，并且几乎涵盖了所有的工业领域，推动了技术的发展。在工业自动化生产的过程当中，自动化仪表集中控制了生产工业，以CAD、CAM和OA来完成工业的自动化发展。[3]并使用自动化技术进行有关文字和事务以及决策方面的自动化处理，提升了对生产设备和生产流程方面的掌控力度，更是加速了工业化的发展。在进行整体的应用过程中，其需要结合多种不同的信息应用体系对其电子信息数据系统进行整体性的优化。尤其是在工业计算机方面的应用，其具有较为显著的应用效果。

3自动化技术在电子信息工程设计中的应用表现

3.1计算机信息体系设计在进行计算机体系结构的设计过程中，其需要对多重体系结构进行较为明确的设计。同时，在整体的设计过程中，其需要利用CAD软件，进行数据的传导以及输出。在电子信息的表达方面，其需要利用传导系统将相关的数据进行直观的计算机体系设计。让各种细节能够在外观上得到整体的更改，最终达到良好的结构体系设计。[4]

3.2计算机体系的辅助设计在进行计算机的辅助设计中，其系统结构主要以（CAM）为硬件基础对其整体的体系结构进行硬件以及软件结构体系的相互结合。在硬件检测方面，其主要利用计算机体系对数据进行相应的计算，同时还要配备装卸装置并利用加工数据对其不同的数据进行相应的数据处理。从而使得硬件设备体系得到整体性的数据改变。在软件体系上，其需要利用计算机辅助系统让系统的质量编制得到整体性的提高。同时，在计算机的编制的调度上，其需要利用装置的变化情况，对工程设计进行数据的辅助测算。同时，还要做好程序的编程控制，并让计算机辅助工艺过程设计、数据逐渐地丰富。[5]应用计算机能够对制造软件起到辅助作用，这样在极大程度上能够有效的将电子信息工程的生产效率提升，完善整个设计过程，使得电子信息工程设计能够进行有效的验证。

3.3辅助办公管理在进行整体的办公管理中，其能够让工作人员工作更加轻松。这样会造成整理人员的工作量过大，大大的降低了电子信息工程设计的工作效率，但在实际的管理过程中，其信息数据也在逐渐地发展和完善，保证电子信息工程设计的工作效率。电子信息工程和自动化技术都是能够有效的促进现代工业快速发展和提高的重要保障。但是其数据的自动化体系还有诸多的不完善之处。在辅助办公管理中，其办公管理数据可以利用不同的形式让各种办公数据的处理效率得到相应的提高。例如：office、excel的办公系统的整体应用。使得各种数据的处理更加精简。因此，为了能够对现代工业的发展和进步进行全面的促进，则需要将现代工业的发展与进步进行有机的结合，做出具有实际意义的工作，使得该项技术能够在电子信息工程的设计中，应用自动化技术。

4结语

自动化技术在电子信息工程中的应用十分重要。在进行自动化技术的应用过程中，其首先需要采用多种不同的方式对信息工程的自动化体系进行相应的优化。然后丰富自动化内容，让自动化设计在信息工程中的方向更加明确。最后还要加强计算机的辅助设计以及辅助的办公管理。从而使得自动化技术在电子信息工程中的应用效率得到全方位的提高。

参考文献：

[1]靳鹏.电子信息工程的现代化技术探讨[J].黑龙江科技信息.2017（03）.

[2]王长辉.现代网络技术在电子信息工作中的应用[J].数字技术与应用，2017（01）.

[3]樊林涛.浅析计算机网络技术在电子信息工程中的实践[J].佳木斯职业学院学报，2017（01）.

[4]万晋廷，林怡昕，石笑笑.浅析电子信息工程的现代化技术应用[J].南方农机，2017（03）.

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关键词：网络工程；计算机科学与技术；科学规范

中图分类号：G642 文献标识码：B

2003年初，教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会启动了三项工作：研究计算机科学与技术本科专业发展战略，制订计算机科学与技术本科专业规范，制订计算机科学与技术本科专业教育办学评估方案。将人才培养的规格归纳为下述的三种类型、四个不同的专业方向：科学型(计算机科学专业方向)、工程型(包括计算机工程专业方向和软件工程专业方向)、应用型(信息技术专业方向)，形成了计算机科学与技术本科专业四个方向的规范。这四个方向并不包含网络工程方向，因此对于众多高等学校的网络工程本科专业应该如何发展，如何规范是本文探讨的问题。

1我国高等学校网络工程本科专业的现状分析

1.1全国分布情况

我国开设网络工程本科专业的学校很多，以工科类院校为主，还有理科类院校和师范类院校。具体统计如图1所示。我国目前有143所高等学校开设了网络工程本科专业，其中大学类高校89所，211大学21所，学院类高校54所。从地理分布来看，网络工程专业覆盖全国26个省和直辖市的高校，其中广东省最多有16所高校开设了网络工程本科专业，这也从一个侧面反映了广东省对网络人才的需求极大。

1.2培养目标

随着网络的普及和应用，社会对网络专业学生的需求日益增加，开设网络工程专业的学校也不断增多，但是由于教育部对网络工程专业没有规定统一的科学规范，因此各高校开设的网络工程专业从培养目标，培养要求，教育内容和知识体系等方面参差不齐，差异较大。我们以21所开设网络工程本科专业的211高校为研究对象，对其培养目标进行了分析，归纳为两类。

(1) 电子通信邮电类高校

以北京邮电大学、西安电子科大、电子科技大学为代表的电子通信类211高校，他们开设的网络工程专业培养目标大多是将通信、网络、计算机相结合，在原有计算机学科基础上，形成软件与硬件结合、网络与通信兼顾的宽口径专业，培养学生具有现代通信基础理论、网络工程和网络系统管理等方面的知识、素质和能力，具有较宽的通信系统和网络工程的专业知识，毕业生在计算机和通信领域均可获得就业机会。

(2) 综合类高校

以国防科技大学、中山大学、大连理工大学、四川大学、华北电力大学及南京理工大学为代表的各综合211高校，开设的网络工程专业培养目标大多是掌握计算机软、硬件的基本理论、基本知识和工程应用能力，在原有计算机学科基础上，形成软件与硬件结合、网络与信息兼顾的宽口径专业，培养学生具有网络基础理论、网络管理和网络工程等方面的知识、素质和能力，具有较强的扩展知识的能力，具有较强的实践动手能力，毕业生能从事计算机软硬件系统开发与维护、计算机网络规划设计实施及开发维护、工程管理、系统分析及信息处理等领域的工作。

从这两类培养目标上，我们可以看出，网络工程专业的本科生培养一般是和计算机，通信两个专业分不开的，学生在重点学习网络理论的基础上，通信类院校加强了通信理论及应用的培养，而综合院校加强了网络系统设计开发维护及信息处理的培养。不同的培养目标决定了不同的教学内容和知识体系，也在很大程度上决定了毕业生的就业领域。

1.3教学内容和知识体系

通过分析211各高校的网络工程专业开设的主干课程，我们将教学内容和知识体系按照其主干课程的归属方向分为四类。

(1) 计算机课程：高级语言程序设计，离散数学、数据结构、计算机组成原理、操作系统原理、算法设计与分析、软件工程、数据库原理、计算机体系结构、面向对象技术、计算机网络。

(2) 网络课程：

1) 基础课程：TCP/IP协议原理、网络体系协议、信息与网络安全、Web程序设计、网络互联技术、网络设备原理、分布式系统、计算机网络体系结构、网络操作系统。

2) 方向课程：

 网络软件开发方向：UNIX与网络程序设计、电子商务平台及核心技术、嵌入式系统设计与开发、网络多媒体技术、并行与分布计算、网络数据库技术。

 网络规划构建方向(或网络工程方向)：网络系统集成、网络管理、网络工程与组网技术、网络规划与设计、综智能合布线、光纤通信技术。

 网络安全方向：计算机密码学、PKI技术及应用、网络攻防技术、网络安全应急响应、信息对抗技术、安全策略部署与实施。

 无线通信方向：移动通信、无线网络、移动计算、企业计算环境、网格计算、移动程序设计。

(3) 通信课程：通信概论、现代通信原理、通信软件设计、实时通信系统设计、程控交换原理、信息论与编码、多媒体通信技术。

(4) 电子课程：数字信号处理、脉冲与数字电路、信号与系统、可编程ASIC设计技术、电路与电子技术、数字逻辑电路、DSP技术及应用、嵌入式系统原理及应用。

2网络工程专业科学规范的探讨

2.1培养目标

培养德、智、体、美全面发展，掌握自然科学基础知识，系统地掌握通信理论、计算机软硬件和网络通信系统及应用知识，基本具备本领域分析问题解决问题的能力，具备实践技能，并具备良好外语运用能力的网络专业高级专门人才。

2.2教育内容和知识体系

各专业的教育内容和知识体系都是和其培养目标想对应的，根据前面的综合分析可以得出，不同高校对网络工程的教育培养侧重面不同，但是所有对网络工程专业的培养都可以归属在四个方向上，即网络软件开发，网络规划构建，网络安全和无线通信。这四个方向涵盖了网络工程的各个方面，因此教育内容和知识体系的规范应该涵盖这四个方向，课程体系由核心课程和选修课程组成，核心课程应该覆盖知识体系中的全部核心单元及部分选修知识单元。同时，各高校可选择一些选修知识单元、反映学科前沿和反映学校特色的知识单元放入选修课程中。

(1) 知识结构的总体框架

借鉴计算机科学与技术的总体框架，网络工程本科专业的知识结构的总体框架由普通教育(通识教育)、专业教育和综合教育三大部分构成：

普通教育：①人文社会科学，②自然科学，③经济管理，④外语，⑤体育，⑥实践训练等。

专业教育：①本学科基础，②本学科专业，③专业实践训练等。

综合教育：①思想教育，②学术与科技活动，③文艺活动，④体育活动，⑤自选活动等知识体系。

对于以上三部分内容，我们侧重讨论专业教育的内容：它由专业知识体系与对应的课程设置两部分组成，下面分别介绍。

(2) 知识体系

网络工程本科专业方向知识体系划分为知识领域、知识单元和知识点三个层次，我们仅探讨知识领域部分。知识领域代表一个特定的学科子领域。每个领域由英文的缩写词表示，为了与计算机专业方向的知识领域相区别，加上前缀NE-。

NE-RS计算机网络体系结构

NE-NT网络原理

NE-SD网络系统集成

NE-NS网络操作系统

NE-PF程序设计基础

NE-SP社会与职业问题

NE-PA协议分析

NE-NS网络安全

NE-MC移动通信

NE-NI网络互联

NE-PD并行与分布计算

NE-DS分布式系统

NE-NM网络管理

NE-MC移动计算

(3) 课程设置

课程分为基础课程、主干课程、高级课程三个层次。

基础课程：程序设计基础、计算机导论、计算机网络原理，数据结构、计算机组成等。

主干课程：TCP/IP协议原理、网络体系协议、信息与网络安全、网络互联技术、网络设备原理、分布式系统、计算机网络体系结构、网络操作系统、操作系统、数据库、社会与职业问题等。

高级课程：按照不同方向，可以对应选择相应课程，也可以是旨在培养学生动手能力和团队合作能力的实践性课程。

3结束语

本文对我国开设网络工程专业本科教育的各高校进行了归类分析，以211高等学校开设网络工程专业的情况为对象，对网络工程专业的科学规范化进行了探讨，为高校新开专业提供一定的帮助，并为未来网络工程专业的规范化制订提供一些基础。

参考文献：

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摘要：本文对计算机专业“计算机组成原理和系统结构”课程的实验目标、实验内容及其课程设计的目标与内容进行了探讨，并提出了考核方法。

关键词：实验；课程设计；实践教学

中国分类号：G642

文献标识码：B

“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求，是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念，加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。

1实验设备

2003年初我院加大实验室建设投入，全面改善实验室条件，添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学，并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。

2实验目标和内容

运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理，熟悉简单运算器的数据传送通路；掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能；掌握移位电路的工作原理和使用方法；掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能；验证4位乘4位功能。按给定的数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如，学生验证完运算器的加运算之后，再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。

存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用，掌握存储器的构成；掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法；掌握用存储器芯片构成主存储器时，如何进行字/片选技术，了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读，属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。

控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理；掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程；掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程；硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。

总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性；掌握用总线传输数据的控制原理和方法；掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。

模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法，以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念，为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验，复杂模型计算机实验，用CPLD实现模型计算机实验，基于RISC处理器的模型计算机实验，基于重叠技术的模型计算机实验，基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。

3课程设计的目标和内容

在学期快要结束的时候，专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计，主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况，自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同，基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。

4考核方法

实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前，指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期)，然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中，要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程，实验结果)，在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论，实验讨论，实验清单)，下次做实验时再交上实验报告，由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。

课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%)，主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%)，主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%)，主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%)，主要是程序能正确运行情况(10%)，设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%)，问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩，并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。

参考文献

[1] 钟荣柏. 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4).

[2] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27).

[3] 白中英. 计算机组成原理(第三版・网络版)[M]. 北京:科学出版社,2001.