硬件设计论文十篇

硬件设计论文篇1

静止无功发生器硬件电路主要包括:整流电路、逆变电路、智能功率模块IPM的驱动电路、过零检测电路，电流调理电路，锁相环电路。逆变电路采用了IPM，该芯片内含驱动电路，报警电路等独特结构，一方面提高了系统的可靠性;另一方面也避免了保护电路的另外设计，简化了硬件装置的设计。主电路主要由整流部分和逆变部分组成。整流部分通过三相不可控整流桥将三相交流电压转换为三相直流电压，在经过电容滤波后得到稳定的直流电压。逆变部分采用SPWM控制技术来控制IPM内部IGBT的开断从而获得所需的补偿电流。将整流输出的直流电逆变转化为交流电回馈到电网。IPM内含保护电路，当发生故障时，IPM的自保能力使得IGBT的损坏率较低，提高了系统的可靠性。

二、SVG各硬件电路组成

(一)整流电路。整流电路采用三相不可控整流桥，输出的三相直流电通过电容稳压、滤波获得稳定的直流电压。根据以往的经验，直流侧电容取用4个2200μF/450V的电解电容，两并两串接进电路。电路组成如图2所示。为了避免大电流烧坏整流装置，电容需要通过一个充电电阻对不可控整流桥的输出端进行充电，直到充满在直接接到不可控整流桥的输出端。另外，为避免故障发生，在不使用整流电路时要对滤波电容进行放电。根据计算的电压、电流，选用二极管整流模块6RI30G－160G－120即(30A，1200V)。

(二)IPM及其驱动电路。通过计算智能功率模块(IPM)参数，选用型号为PM25CLA120的IPM(25A，1200V)，内部有IGBT，内含驱动电路。通过资料得知IPM驱动电路的控制电源电压范围为13．5V～16．5V，本文选用4路隔离的l5V直流电源。利用DSP发出PWM信号经光耦器件隔离后作为驱动信号对IPM进行控制。

(三)电流调理电路。该电路可将18A的电网电流相量转换成0～3Vpp的电压信号并实现过零点检测功能。该电路与电压调理电路的组成基本一致，不同之处在于互感器TVA1421－01用作电流互感器，采样电阻取59Ω。若一次侧电流为18A，二次侧输出(－0．5～+0．5)V的正弦波;经放大电路，输出电压(－1．5～+1．5)V的正弦波;最后经过加法电路输出(0V～3．00V)的电压信号。同时大于50Hz的正弦信号被滤除。过零比较电路在正弦波的过零时刻输出下降沿跳变。

(四)锁相环电路。本文采用了由TI公司生产的CD7H4C4046型锁相环芯片对电网频率进行跟踪，避免了利用固定频率采样时产生的误差。本系统中，锁相环的输出信号有两大作用:一是作为ADC模块的转换触发信号;二是作为事件管理器A(EVA)的时钟输入信号。通过锁相环电路使其产生跟随电网频率变化的SP-WM波，从而精确控制后级逆变器。

三、结语

硬件设计论文篇2

关键词： 《计算机组成原理》 硬件实践教学 课程体系 教学方法 工程化实践教学

在我国大多数高校的计算机课程教学中，《计算机组成原理》作为一门重要的理论和硬件基础课程，其中的实践环节（硬件实践实验）占较大的比重。目前，不少高校的计算机专业在《计算机组成原理》的理论教学和实践实验中普遍存在“重软轻硬”现象[1]，使得学生对计算机组成的理论和硬件的结合理解流于表面，特别是在理论和硬件实践教学中，教学内容和硬件实验设备严重落后于当前工业界的最新技术发展，使得培养出的学生严重不符合社会企业的需求，即无论是在理论理解方面，还是在硬件实践方面，都不足以承担计算机硬件方面的设计与开发工作。因此，如何适应工业界对毕业生理论和实践能力不断增强的需求，改革《计算机组成原理》及相关课程体系，提高计算机理论和硬件教学水平，提高学生对理论的理解和实践动手能力已成为当前高校计算机专业教学面临的重要课题。

1.当前《计算机组成原理》课程教学存在的主要问题

当前，我校在计算机类、电子类、物联网类、软件工程类专业均开设了《计算机组成原理》课程，理论教学内容、目标基本一致，但硬件实践教学存在问题，主要表现在以下三个方面：

（1）偏重理论教学，忽视或轻视硬件实践教学，硬件实践课时被迫删减。

在《计算机组成原理》课程中，理论是基础，但是要深入理解计算机基本原理及体系结构等理论必须结合硬件实践[1]。但是硬件实践实验教学由于培养目标、培养方案、教学大纲及硬件实践教学设备等，很多高校普遍在计算机专业的教学中轻视硬件实践教学的建设，理论教学占很大比重，总学时确定后，硬件实践教学课时只能被迫删减，以至于无法保证硬件实践教学的质量，导致学生学习硬件知识和动手实践的积极性不高，最终的结果就是理论和实践相分离，理论知识没有深入的理解，实践能力没有得到很好的培养。

（2）理论和实践教学内容陈旧，课程计划没有与时俱进。

当前，大多数国内高校的计算机类专业，硬件系列课程均包含如下课程：《数字逻辑电路》、《计算机组成原理》（《计算机组成与结构》）、《微机原理及接口技术》、《计算机体系结构》等。这些课程开设选用的教材大多内容相近，部分理论仍停留在5年甚至10年以前，知识陈旧，与当前工业界的实际应用脱节，和现代快速发展的计算机硬件研究和开发技术形成明显的差距。比如有的硬件课程教学中以74181等淘汰的部件芯片为教学模型，即使学会也只能在课堂上用到，对将来的工作没有什么作用，直接导致对学生缺少吸引力，教学效果不甚理想。另外，这一系列硬件相关课程之间重复的知识点较多，在课程系列安排计划上缺乏统一性和合理性。

（3）硬件实践教学环节不够重视，缺少工程化设计和开发能力及创新能力的培养。

现代计算机硬件设计和研发均已采用软件和硬件设计相结合的方式，并大量使用优秀的工具软件进行开发和仿真，以及使用硬件开发板进行验证和优化。在实际教学中，由于硬件实践教学比理论和软件仿真实验教学要复杂得多，因此很多教师在教学过程中仍沿用过时的软件仿真和硬件实验方法，并且学生在学习过程中除了进实验室外，在日常学习中无法进行硬件实验或为硬件实验做足够的准备。另外，目前大多数高校计算机专业的硬件实验设备仍停留在“插线板”时代，只能让学生手动连接铜线进行简单的验证性和基础性实验，如要进行相关创新能力培养的实验，其复杂度过高，绝大多数学生无法完成。

2.《计算机组成原理》课程建设和改革的具体措施

（1）引进计算机硬件的现代设计和研发技术，培养学生的工程化研发能力。

《计算机组成原理》课程一大部分教学内容围绕CPU的各个部件展开，但现有的教学内容严重落后于现代工业芯片研发技术。为跟上时代的步伐，我们引进当下大多数企业采用芯片研发流程和设计语言和工具。具体而言，针对CPU的各个部件教学，我们引进Logisim[2]和Verilog[3]教学，以仿真的方式向学生展示如何设计选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件，以及这些部件间如何组合及连接。在此基础上，我们进一步加入单周期MIPS[4]CPU工程化设计方法的教学，介绍如何组合选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件以构成简单但功能完善即能完成基本加减、移位、分支、跳转等功能的单周期CPU。

为进一步提高学生的工程化硬件实践能力，还引进Xilinx公司的FPGA开发板，加入如何使用FPGA开发板的实验教学内容，并指导学生把已完成的MIPSCPU设计下载到FPGA上，以真实的硬件实验验证自己的设计，并对现有的设计做相应的优化。

（2）加强理论和硬件实践教学的结合，提高学生对理论的理解和对硬件实践的能力。

在《计算机组成原理》课程教学中，理论和硬件知识是相辅相成的，但目前计算机教学中普遍偏重理论讲解，硬件实践仅仅是验证性实验，其对理论的深入理解并无多大帮助。特别是理论知识对学生来说是一个个单独的知识点，彼此之间不能够贯通起来加深对计算机整体硬件系统的理解[5]。比如，学生学习了选择器、寄存器、加法器、存储器等理论知识，但不知道如何使用Verilog等硬件编程语言在FPGA等开发板上实现这些部件。另外，学生在学习CPU控制部件理论后，无法用现有的老旧芯片如74181等把CPU各个部件组合起来，只能依赖现成的已把CPU各个部件组合连接好的硬件开发板，不了解如何用Verilog等硬件编程语言直接把CPU的各个部件组合以构成完整可运行的CPU。因此，在《计算机组成原理》教学中应注意理论和硬件实践开发间的结合，使学生掌握更完整的理论知识和硬件实践能力，通过硬件实践提高其对理论的理解，通过理论学习指导硬件实践实验，提高其计算机系统理论和硬件协同能力。

（3）调整计算机硬件系列课程的教学内容，优化课程体系和课程间的衔接。

为适应新加入的Logisim、Verilog、XilinxFPGA开发板等教学内容，我们适当调整计算机硬件系列课程之间的教学内容。比如对《数字电子技术基础》课程，经过学院硬件教学团队的协商沟通，适当加入Logisim，Verilog等硬件编程语言的教学内容，并在部分实验中加入Logisim和Verilog语言实现部分电路。在《汇编语言程序设计》课程教学中，针对MIPSCPU设计，加入MIPS汇编语言的学习。在实验安排中，加入适当的MIPS汇编练习。总而言之，为了适应新的教学内容和方法，加强硬件系列课程体系结构建设，完善教学计划，对硬件系列课程如《数字电子技术基础》、《计算机组成原理》、《微机原理及应用》和《汇编语言程序设计》等课程进行融合、优化，既避免知识点的重复教学，又加强课程间教学内容的衔接，保证计算机硬件教学的连续性和完整性[6]。

（4）探索硬件系列课程教学方法，提高教师团队的整体教学水平。

为加强计算机硬件系列课程教师团队的协调沟通和建设，使相互关联课程的授课教师有更多的合作和协作，定期开展硬件系列课程的教研活动，从整体上协商计算机硬件系列课程的教学，逐步形成一支由具有较高教学科研水平的教授领衔，并搭配有一定数量的副教授和讲师的计算机硬件系列课程教学团队[5]，从而保证计算机硬件系列课程建设的连续性。

为了充分发挥青年教师的主观能动性，我们积极改革传统的教学方法，借助扬州大学的网络教学平台，积极探索研究性教学，利用“任务驱动”的教学方法，将实际教学内容分成一个个具体的任务，并引导学生在网络教学平台上参与讨论和解决任务，使得学生在讨论和交流中解决问题，并逐步引导学生深入理解和掌握教学内容。该教学方法可以大大提高大部分学生的主动性、积极性及团体合作能力。此外，在网络教学中注重和学生的在线交流和互动，通过论坛交流和答疑、在线任务测试等多种手段，促进学生的彼此交流和学习，提高课堂教学效率。

（5）丰富教学资源建设，引进企业培训和提高教师实践教学能力。

在引进新的教学内容的同时，依托扬州大学网络教学平台，对《计算机组成原理》课程的教学资源如Logsim、Verilog参考资料、教学课件、教学视频、硬件实践实验指导资料、习题等全部加入网络教学平台，构建丰富的网络教学资源[6-7]，使得学生的学习不受时间和空间的限制，在课堂教学以外的时间根据自己的实际情况合理安排课程学习。

另外，围绕课程建设和教学内容的改革，我们积极联系相关硬件研发企业，邀请其到学校直接对学生进行指导。例如Verilog硬件编程语言学习和使用经验分享、XilinxFPGA开发板的使用讲解和现场指导，并且根据企业实际研发需求，向学生进行针对性的授课和指导。

3.结语

《计算机组成原理》课程具有很强的理论性、实践性和实用性，其中CPU相关的知识涉及本科和研究生各个层次，如何让该课程不再仅仅停留在理论知识的学习是该课程建设和改革必须解决的问题。通过引进符合工业界当前流行技术的教学内容和方法，积极引导学生通过自学和合作，接触当前最新的硬件编程语言、硬件设计软件和FPGA开发技术，并尝试调动学生学习的主动性，培养实践动手能力，让学生更好地协作、沟通，从而提高学生对理论知识的理解和硬件实践的能力。另外，近几年我院通过对计算机专业硬件系列课程进行优化和改革，解决硬件系列课程之间缺乏沟通、相互独立、知识点重复或者缺乏衔接等一系列问题[4]，加强硬件系列课程间的联系，保证计算机硬件系列课程间的连续性和完整性。

参考文献：

[1]陈辉，李敬兆，等.计算机专业硬件课程教学改革探索[J].计算机教育，2014（5），39-42.

[2]Logisim.https：///wiki/Logisim.

[3]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.北京航空航天大学出版社，2008.

[4]斯威特曼.MIPS体系结构透视.机械工业出版社，2007.

[5]刘昌华，管庶安，等.基于CC2005的计算学科硬件类课程教学改革探索[J].计算机教育.计算机教育，2009（10）.

[6]黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011（5）：36-37.

[7]葛桂萍，李云，等.《微机原理及应用》精品课程建设的探索与研究[J].科技创新导报，2014（30）：151-152.

基金项目：

国家自然科学基金青年基金（编号：61502412），项目负责人，01/2016-12/2018。

江苏省自然科学基金青年基金（编号：BK20150459），项目负责人，07/2015-06/2018。

硬件设计论文篇3

关键词：EDA技术 计算机硬件 存在问题 优化措施

一、EDA技术的基本特征研究

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，具有开放式的实际环境以及丰富的元器件模型库等；硬件描述语言输入是EDA系统的主要输入方式，由于现代社会电子系统规模日渐增大，硬件描述语言输入逐步取代了之前传统的原理图输入设计方法，其优势在于能够进行逻辑综合优化，使设计者在比较抽象的层次上对设计的结构和内部特征进行描述。

二、传统计算机硬件设计存在的问题

（一）硬件设备短缺，开发周期较长

早期的计算机由于工作环境、硬件材料等方面因素的影响，随着时间的延长，计算机硬件设备的损耗量相对较大。为了保证计算机硬件设备正常运转，管理人员不得不花费较多的人力、物力和财力进行修复和管理。同时，受当时技术水平的制约，计算机硬件设备的开发周期较长，而对于相关专业的任课教师来说，从理论知识的学习到最终熟练进行知识的讲解，中间还需要经历长时间的计算机硬件设计分析和试验，因此，计算机硬件设备的周期非常漫长。而对于高校的计算机实验室来说，如果坚持与时俱进的进行计算机硬件设备更新换代，虽然能够保证各项计算机教学试验正常开展，但是高频率的计算机硬件设备更新必然会造成较大的经济压力，不利于高校的综合性建设；而如果长时间不进行计算机硬件设备的更新，又起不到教学应有的效果。

（二）硬件与试验脱节且不够系统化

计算机专业的硬件类课程是一门实用性很强的学科，学生不仅要掌握计算机系统设计的基本方法和理论知识，而且要学会计算机系统的设计技术和计算机的控制运用。但是从现阶段高校计算机硬件设计教学来看，许多高校专业教师仍然没有从根本上转变教学方法，课堂理论知识讲解的比重过高，学生独立思考和独立设计的时间偏少，由此导致计算机硬件的理论教学与实践相脱节。除此之外，即便是在教师的带领下开展了计算机硬件实验课程，由于缺乏规范化的组织和系统化的安排，学生的自主动手和实验能力也得不到有效的发挥，多数情况下只能按照教师所讲解的内容进行模仿设计，学生计算机应用能力和硬件设计能力没有得到真正的提高。

（三）教学内容相对固定，缺乏创新性实验

计算机硬件设备的设计要满足与当前社会的发展需要，这就要求其设计理念必须紧跟市场发展形势，不断的进行自我更新和完善。但是作为高校的一门学科，计算机硬件设计要受到多种因素的制约，例如其硬件开发不仅受高校实验室硬件设备的影响，还与实验人员的整体素质有关。而有些高校为了降低计算机硬件设计的开发成本，对某个实验室的设计功能进行了限定，这种方法虽然能够降低硬件设计成本，但是不利于实验室功能的延伸，并且专用实验台的故障率较高，后期投入维修的花费也大。因此，计算机硬件教学内容难以实现与时俱进的更新，缺乏创新意识，是制约其硬件设计的主要根源。

三、基本设计思想和EDA技术

开发利用EDA平台进行计算机系统部件及主机系统设计，其实质是利用运行在计算机上软件所提供的虚拟实验环境，设计人员利用该系统所提供的各种元器件和芯片仿真模型，根据实验需要设计逻辑电路，进行系统布线和调试运行。由于整个实验过程都是在虚拟环境下进行，因此可以反复操作和多参数调控，而不必担心系统设计的成本问题。同时，设计者还能随时进行存档，将当前设计的系统、线路进行保存，并在再次使用时随时调用。在此基础上，可以针对自己设计出的部件及系统进行编译、模拟仿真测试，以验证自己逻辑设计的正确性。课程设计结束后，可以将存储的设计图及结果提交给检查者。使用EDA技术，解决微指令时序控制时逻辑与非门电路比较复杂的问题：时序设计分一个周期完成一条机器指令或是二个周期完成一条机器指令，对于后者，时序控制逻辑就比较复杂。

四、基于EDA技术开展计算机硬件的优势

（一）提高学生自主学习能力，丰富课程内容

EDA技术的优势之一在于其应用范围的广泛性，在电子信息工程专业和计算机技术专业专业领域内，学生都需要进行不同深度的EDA课程学习。同时，EDA技术还是一门辅助教学能力较强的课程，学生在掌握基础的理论知识和熟练的EDA技术操作后，能够为继续进行相关方面的专业学习提供极大便利。例如，EDA技术要求学生动手进行线路设计和按照操作，对于提升学生的动手操作能力和团队合作能力有积极帮助。而今后学生在学习系统编程时，也离不开这两种能力。因此可以说，EDA技术对于丰富学生专业课程内容，提高学生自主学习能力有极大的帮助。

（二）弥补条件的不足，节约课程投入

以往的电子相关课程以理论讲解为主，学生虽然有机会参与到实践操作中，但是许多技术方面的问题得不到及r解决，容易影响下一步的知识学习。而EDA技术则能够在很大程度上避免类似问题：首先，EDA技术以计算机和电子技术为支撑，学生在教师讲解完相关的课堂知识后，能够立即在计算机上完成实践联系，包括设计电路、调整参数、系统运行以及模型分析等。其次，利用计算机上的这些仿真软件，能够随时进行设计修改和多参数调试运行，而不用担心成本问题。而在以往的实验室操作教学中，如果学生操作不当，很容易出现器材损坏、元器件丢失等问题，给实验室造成一定的经济损失。因此，EDA技术的使用，间接的节省了实验开发成本。

参考文献：

[1]易小琳，胡林青.计算机组成原理实践教程―基于EDA平台[M].航空航天大学出版社，2006.

硬件设计论文篇4

[关键词]硬件课程　教学改革　实践教学课程化

1.计算机专业硬件系列课程教学改革的必要性。计算机硬件知识的教与学对于高校计算机专业的重要性是不言而喻的。上世纪五十到八十年代，我国一些学校的计算机及应用专业基本上是以计算机硬件技术的教育为主，致力于计算机硬件技术专业人才的培养。近年来计算机软、硬件，特别是计算机网络快速、蓬勃地发展，我国计算机专业教育的内容、形式也都发生了很大变化，但在广大学生的学习过程中，不论是学习态度还是学习效果，都普遍出现了“重软轻硬”的倾向，在这种倾向的背后，必然隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题，这无疑对国内高校硬件类课程的教学提出了新的更高的要求；提高学生的综合素质，培养目标由知识型向高素质的复合型人才转变，是大学本科计算机专业教学所面临的又一新课题，在计算机硬件系列课程的教学过程中，如何根据计算机技术的高速发展进行知识的合理优化，采用什么方式更有效的进行课堂教学，如何引导学生学习硬件知识的主动性，如何进一步提高学生硬件动手能力等等，所有这些问题只有通过对计算机专业硬件系列课程进行教学改革，才能得以圆满解决。

2.目前计算机硬件系列课程教学存在的主要问题。

2.1　教材与教学内容陈旧、落后，跟不上计算机科学与技术发展的步伐。一方面，随着计算机硬件技术飞速发展，真正能反映当今世界硬件领域技术的教材太少，教学内容大多较旧，计算机硬件课程未能跟上技术的更新，其相应的实验设备和条件几乎为零；另一方面，计算机硬件知识不直观，最新的硬件知识往往包含许多较复杂的技术，讲述起来抽象、枯燥，学生较难学习和理解，因此许多教师偏向于讲述旧的知识。

2.2　学生中存在“重软轻硬”倾向，硬件动手能力较差。目前计算机教育存在着重软轻硬的倾向。很多学生对硬件课程的了解甚少，认为硬件课程只是学习计算机的内部工作原理，在计算机应用当中无关紧要，认识不到硬件技术在应用方面的重要性，再加上相应的实践环节难以保证，课程考试评价体系中对硬件实践能力的不重视，导致学生在学习中缺乏积极性。

2.3　各门课程内容衔接存在问题，教学效率不高。计算机是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统，计算机知识有着很强的系统性。而在目前的教学中，硬件课程知识与软件课程知识之间缺乏足够的交叉和互补，学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用。另外，在硬件课程之间也缺乏充分的衔接，有些知识点重复或缺失，这些都导致了学生的知识体系不系统、结构不健全。

2.4　缺乏创新能力的培养。目前高校中开设的硬件实验课程大多以验证性实验为主，教师往往提供了实验的所有环节，大部分学生在做实验的过程中，基本上不对实验的实用性进行延伸思维，只按设定好的正确线路、程序、步骤、数据一一照做。这样的实践不利于学生创新思维的培养，成了另一种形式的理论学习通过实验达不到理论与实践相结合的目的，达不到培养学生初步科研能力的要求。

3.关于计算机硬件系列课程教学改革的思路。

3.1　改革教学内容，构建科学的、系统的计算机硬件教学体系。

3.1.1　计算机硬件系列课程教材目前存在的主要问题是知识陈旧、落后跟不上计算机科学与技术的发展步伐，这种现象在基础教材中尤为突出。为适应计算机科学与技术飞跃发展的需要，教材丛书应具有先进性和时代特征。并且每隔一二年做一次小的调整，每隔四五年重新修订出版。教材要紧跟计算机科学与技术的飞速发展是不可能的，况且知识的传授不能受教材的制约，因此，计算机硬件系列课程教学中应注重知识的更新，计算机硬件技术的发展、更新速度是惊人的，这要求教师时刻关注最新发展动态，及时了解本学科的新技术、新趋势，及时调整更新授课内容，使该课程能够反映学科的发展前沿。教师授课时注意知识点的延伸性，即从知识点最早出现的基本原理发展到目前技术状态的过程，这样可以减少学生理解的抽象性，从而提高学生的学习积极性。

3.1.2　在充分分析原计算机专业所开设的《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《操作系统》、《汇编语言程序设计》、《计算机接口技术》、《计算机体系结构》、《单片机原理》和《嵌入式操作系统及应用》等硬件课程教学内容和教学时数的基础上，剔除掉不必要和重叠的教学内容或课程，增加新的必须的教学内容或课程，构建出符合现在计算机硬件教学需要的，面向工程应用的课程体系方案和相应的教学内容。如缩减《大学物理》学时，增加((EDA技术》课程，借助EDA技术学生能完成涉及多门硬件类课程的实验，在不同的学习阶段，学生学习了相应的硬件课程后，就可以采用EDA技术，自行设计与本课程相关的实验设计或复杂应用系统设计。将EDA技术的应用贯穿于计算机硬件体系实验教学，使学生调试、验证自己的设计项目成为可能，为学生的自主实验提供广阔的发展空间，学生的自主设计能力和创新意识都得到极大提高，避免了学习的抽象、枯燥，增强学生学习硬件课程的兴趣，提高动手能力，有助于解决学生“重软轻硬”的认识问题。

3.1.3　构建新的硬件课程体系，解决硬件课程之间的衔接问题，提高教学效率。该课程体系由必修课程、选修课程及配套实践三部分组成。必修课包括“组成原理”、“接口技术”、“系统结构”等基础课程。为适应社会需求，在选修课中增加“EDA技术”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”等社会需求较强、实用价值高的应用性课程，同时新开了“模型机设计与组装”、“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”等实践课程，保证课程体系的实用性与先进性。硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、应用层和提高层，其课程间的关系如图1所示。基础层为“数字电路”与“组成原理”。“数字电路”课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程，但它是计算机硬件系统的技术基础，是必修的前续课：“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理，解决整机概念；以"EDA技术”的应用为基础，通过“金工电子实习”与“模型机设计与组装”两门实践课程，强化学生的硬件动手能力。在应用层中，通过“接口技术”介绍应用层的接口和相关外设，以“嵌入式系统”等三门实用性强的课程作为选修课，每门课程都配有相应的实验环节，并通过“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”强化学生对基础知识的掌握和综合应用。提高层为“系统结构”及“性能测试与分析”实践课程，通过学习和实践，能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建

立起计算机系统的完整概念。

3.2　改革课堂教学模式和教学方法，提高教学质量。教学实践证明，以课堂理论教学为主，实验教学为辅的培养模式，无法满足计算机硬件系列课程教学的要求，必须改造为以工程应用为目的，以项目驱动案例教学为手段的高效、实用的人才培养模式。教师先讲解相应知识的项目案例，然后设立新项目，由学生去实施和完成。比如《计算机组成原理》课程，可以设立定点运算器、时序发生器及时序分析、计数器设计、微程序控制器设计等一系列项目，采用“课外为主、课内为辅”的方式，即学生领取任务后，通过课余时间进行资料查阅、讨论、设计和实验，以及完成项目保报告书等；然后使用课内少量学时，由教师进行引导，选取部分学生报告项目完成情况，进行简短答辩和讨论。该方式既不影响课堂教学内容和教学进程，又能使学生充分利用业余时间积极、主动地学习，同时，课堂上的适当讨论也能活跃课堂气氛。通过这种项目案例教学模式可以有效地锻炼学生的自主性，提高学生学习的积极性和效率。

3.3　建立实践教学课程化的教学模式，保证硬件设计的连续性。计算机软、硬件设计能力是计算机专业本科必须具备的能力，在一般高校，很多只是注重了软件的设计能力培养，在软件类课程的开设中，保证软件设计的四年不断线，而硬件设计却很难保证。因此，在硬件课程实践教学的安排上也要保证设计不断线，使学生能真正理解计算机结构的系统性并能进行相关的设计。

我们的改革措施是去除与单一理论课程对应的课程设计等实践环节，理论课程内只保留最基本的实验，达到帮助学生理解基本理论的目的，其他实践教学内容进行系统性整合，按照学期单独设课，形成完整的实践教学系统。

3.4　建立科研导师制度。为学有余力的学生，提供一个学习和培养技术特长的机会。由硬件应用系统开发经验丰富并申请有科研课题或技术服务项目的教师担任导师，吸收对该课题有兴趣和能力的学生参加并共同完成，同时负责学生的学习规划制定和在课外直接指导学生的创新性实验、产品制作、参加电子竞赛、软件制作大赛和挑战杯比赛等。学院为特长生提供学习环境和机会，学生通过参加课题来提高自己的实践能力和工作经验，培养其浓厚的学习兴趣和学习主动性。

3.5　改革考试、考查方式。考试方法改革突破了单一的理论知识考核和传统的闭卷考试方式，实现对学生的综合能力和实训过程考核。具体要求为加大平时考核比重；注重实践操作考核；考试方法的改革将促进学生学习的自觉性和主动性。

4.结束语。对计算机硬件课程教学改革，笔者在实践中作了初步的尝试，对推进课堂教学建设，改革课程教学体系，改进教学方法，培养学生的创新精神和实践能力，提高课程的整体教学水平和教学质量起了一定的推动作用。

参考文献

1　宋人杰等，计算机专业硬件系列课程教学改革探讨[J]，东北电力大学学报，2007(5)

硬件设计论文篇5

关键词：计算机硬件 设计安全 策略分析

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00

当下我国计算机软件相关技术发展迅速，但是计算机硬件的发展却相对滞后，尤其是在硬件设计安全方面存在的问题还是比较多的。只要保证计算机硬件的设计安全，就能加快计算机硬件的发展速度，尽快与软件发展齐步。

1 计算机硬件安全的概述

计算机硬件安全的关键点是实现计算机内部的信息安全，而信息安全主要是保密、实用和集成三个方位建成的一个安全体系。做好信息安全，就是需要引导用户掌握使用产品的方法，进而保证计算机系统的信息安全。从计算机硬件安全的发展史来看，计算机硬件安全是以集成电路为主的集芯片设计、电路设计和工程技术设计于一体的安全系统。常采用的应用和技术主要有数据中心、通信系统和传感器网络等。

2 计算机硬件的设计安全现状分析

2.1 计算机硬件的设计安全发展现状

计算机硬件通常是指构成计算机系统的各类电子和机械以及电元件组成的物理部件。计算机硬件的安全问题大体上有三类，问题源也相应的有三类：输入设备、储存介质和输出设备。输入设备带来的安全问题具体有输入信息数据造成的安全问题和输入时非法操作两种情况。前者主要是指输入的信息数据可能有木马病毒等，引起本身计算机系统内的信息数据的风险系数增大；后者主要会引起计算机的数据信息遭到破坏等问题。储存介质带来的安全问题主要是指计算机的储存介质本身不能对计算机内部的数据信息形成安全保护层，对暴力破坏和非法拷贝等不合法操作没有抵抗力。输出设备带来的安全问题主要是存在一部分的输出设备具备记忆功能，会对计算机内数据信息或操作动作进行复制，给计算机系统带来较大的风险。总之，计算机硬件的设计安全现状还是较为严峻的，有较多问题亟待解决。

2.2 计算机硬件的设计安全分析

计算机硬件安全绝大部分取决于硬件的设计，多样设计是当下提升计算机硬件安全性能的主要手段，主要用来降低成本减少能量损耗。此外，工程变异中的CMOS技术和离子技术也广泛应用到提升计算机硬件的安全上，解决芯片老化等问题。但是这些都无法检测木马病毒。目前的硬件安全设计主要是以处理硬件木马为主的。硬件木马主要攻击原始芯片，对其进行修改恶意破坏行为。同时，不可复制技术也提高了计算机硬件的安全系数。总之，计算机硬件在设计阶段的安全性设计决定了计算机在以后运行时的硬件安全性。

3 计算机硬件设计安全的策略分析

3.1 做好内置安全确认工作

内置安全确认，主要是在计算机芯片的测试和制造过程中运用PUF（Physical Unclonable Functions）技术和EPIC（Ending Piracy of Integrated Circuits）技术通过电路设计方式来保护硬件IP。计算机硬件内置保护的流程工作大体如下：原始设计好的IC在IC制造厂采用PUF技术后得到芯片变异了的PUF ID，经过EDA工具编译后得到物理版图，先前得到的PUF ID与加密后的IC数据信息合成得到校验密钥，接着可以在IC的物理版图中预先选择关键区域，将校验密钥加密后的验证模块附加在原始设计好生成保护的IC版图，最终用于IC产品制造。这样在充分了解内置保护工作之后，相关的工作人员可以做好确认内置安全工作，保证计算机硬件的设计安全性。

3.2 检测外置辅助安全

目前外置辅助安全的监测工作主要采用RAS技术进行，依靠可信的密钥管理部产生公开密钥和私用密钥。公开密钥主要是加密芯片的数据信息并将其集成储存到标签电路中，私用密钥主要储存在密钥储存器里，而密钥储存器主要用于外置辅助安全的检测。此外，安全验证芯片也是用于检测外置辅助安全的。检测时，密钥储存器主要经RFID读取芯片上集成的标签电路的数据信息，进而通过安全验证芯片的检测来检测芯片。

3.3 在计算机硬件研发中注重安全设计

在计算机硬件的安全设计过程中，不单单要注意技术层面的保护检测，更要注意其他方面的问题，比如设计理念、工作侧重点和设计人员等。在计算机硬件的研发进行时，质量和性能得到保障的前提下需要注意加强设计研发人员对计算机硬件的认识，加强对计算机硬件安全性能的注重，从内置和外置入手，做好安全设计，形成计算机硬件安全性评估机制，做好对硬件安全性能的评估，同时从输入、存储和输出设备三个方面进行评估，及时发现安全风险解决隐患。

3.4 在计算机硬件设计安全中注重创新技术

计算机硬件的安全设计之所以会出现较多的问题，是由于计算机硬件的安全设计技术发展滞后，适应不了时代的发展。因此，需要注重创新技术，完善并发展现有计算机硬件的安全设计技术，结合实际情况和实践经验，及时完善不足之处。同时，建立起完整的计算机硬件安全技术系统，做好计算机硬件各部分的有机结合，加强各技术的协助。此外，还需要开展新型的计算机硬件安全技术，可以将微生物理论、光学理论和量子理论应用到计算机硬件安全技术中，这样才能实现计算机硬件安全性能的快速提升。

4 结语

综上所述，计算机硬件的种类较多，存在着较大的差异，需要根据各自的安全问题采取适当的解决策略、因此，在计算机硬件的安全设计中，需要在技术层面上确认好内置安全和检测好外置辅助安全，同时注重形成安全保护的设计理念，研发工作侧重安全保护，创新计算机硬件的安全设计技术，最终高效促进计算机硬件的安全性能提高。

参考文献

[1]王科超.计算机硬件的设计安全探究[J].山东工业技术，2015，（8）：135-136.

[2]刘亮.计算机硬件设计安全问题分析[J].黑龙江科技信息，2015，（17）：157.

[3]潘晓伟.改进的铁路信号安全计算机硬件结构设计[J].电脑知识与技术，2015，11（3）：232-233.

硬件设计论文篇6

关键词：arduino 开源硬件 一体化 教学模式

目前，用人单位对学生的技能水平十分看重，也同样表现出对人才创新能力的渴求。技工院校的学生动手能力较强，但受限于知识结构，往往理论基础和创新能力不足。若在有限的实践（实训）中，花费长时间用于底层技术的学习和重复性工作，会更加制约学生理论学习兴趣和实训效率，更不必说创新能力。利用易上手、可拓展的实训平台，快速引导学生投入到项目实践中，进而在实践中提高学生的创新能力，并促使学生自发地进行理论学习，是一条思路。开源硬件就是这样一种平台，但该平台在职业院校的教学实践并不多见。笔者探讨开源硬件在技工院校电气专业教学中的应用模式。

一、开源硬件的特点

开源硬件，顾名思义，是指与开放原始码软件相同方式设计的控制核心和电子硬件。开源硬件有多种，如乐高机器人、arduino、树莓派等，均具有可拓展、易上手、外设丰富的优点。其中，Arduino比较适合电气专业的应用，其主要特点如下。

1.硬件成本低

arduino实验平台的成本可以控制在几百元之内，且可得到低成本的技术支持。

2.外设丰富

arduino官方提供了极为丰富的外设，包括外部开关、传感器、电动机驱动、触摸屏控制、模数转换模块等等，而用户也可以开发自己的外设模块。

3.软件跨平台，且容易操作

arduino编程软件均免费适用于Windows、OS X和Linux等系统，编程界面友好，有中英文对照，且可直接用USB完成下载。

4.开发语言简单

arduino开发语言可以被初学者轻松掌握，对于高级用户也足够灵活。

5.开放硬件结构，开放源码

arduino从硬件结构到系统软件到应用编程完全开源，这点尤其重要。

二、开源硬件在电气专业教学的应用

电气专业课程内容广泛，针对技工院校学生的特点，我系提倡围绕专业培养目标，以就业为导向，借助技师研修、技能大赛等平台，强化课堂教学内容，将理论教学与实践教学融为一体。而开源硬件平台恰可以成为电气专业电子部分理论教学与实训教学一体化过程中的契合点。以下分别探讨开源硬件在基础理论教学、电工实训和技师研修等不同层次的应用模式。

1.专业基础课的应用

基础课应用开源硬件平台的实例（见下表）。

表 基础课应用开源硬件平台的实例

课程科目 项目 内容与要求

C程序设计 变量基本运算 在数码管上显示结果

密码的设定（分支程序练习） 读取键盘输入的密码，在数码管上显示密码是否正确

单片机与接口技术 认识最小系统 与课本原理图对照，观察、分析arduino硬件构成，识别元器件

温度监测仪 利用arduino搭建硬件，快速实现将温度传感器的值处理并显示

如上表所示为部分科目利用开源硬件平台的样例，对电气专业的学生而言，将运算结果显示在数码管或者触摸屏上，显然更具专业性，更有吸引力。教学实践证明，在理论课程的教学中引入arduino可使授课过程更加生动，使得具有不同接受能力的学生都积极努力学习。同样传感检测技术、工控网络等课程也可以利用该平台进行实验教学。

2.电工实训的应用

在电工实训中，开源硬件平台主要可以在高级工电子实训和单片机实训中应用。

在电子实训中，学生可以按照自己的思路充分发挥，而不必担心重复底层电路设计。电路搭建完成后，学生可以使用已有的程序或编写简单的程序用以控制整个电路运行过程。当然，编程部分可以由教师提供，如果能够激发学生学习编程的兴趣则更优。

图1 简易电子琴的设计

单片机实训是最具综合性的电子实训，它一般以项目为载体，涉及程序编写、电路设计、电子焊接、传感器应用等多项技能。在实训中，可提供输出接口相同的arduino开发板与常规51单片机开发板。这样学生既可以使用arduino完成项目，亦可以使用51开发板完成项目。图1所示的简易电子琴即为项目之一。可以看出，黑色部分的控制板配合学生设计、焊接的电路板共同构成了项目硬件。对于基础较薄弱的学生，利用开源硬件可以迅速完成学习任务，而不会因电路和程序的复杂而放弃学习;对于基础较好的学生，在完成规定的任务后，仍然可以尝试使用常规51开发板，对照性的完成项目。

3.技师研修的应用

利用开源硬件平台开展技师研修，可迅速搭建控制核心平台，节省时间，防止重复性工作，这样就可节省大量时间进行系统外形、架构、上位机等设计，有利于学生实践能力的进一步提高，更有利于学生创新能力的提高。3D打印机与激光雕刻机就是近年典型的利用开源硬件平成的技师研修作品（见图2）。

图2 基于开源硬件的3D打印机及作品

三、小结

通过以上分析，将开源硬件平台应用于电气专业教学中，可以使理论教学更直观，亦可以使实训教学更具拓展性，这样理论与实践相互渗透，对开展一体化教学有着积极的意义。但笔者仍有如下三方面思考。

1.务必重视基础技能

开源硬件优点很多，但并不能放松如焊接、布线、装接等基本技能的学习，否则就等于放弃了技工院校的优势。

2.开源硬件的使用需要适度

它可以快速实现功能，实现创意，但绝大多数大规模生产的电子产品仍不可接受arduino的成本。因此专业课程就一定要配有专门的实验实训设备。

3.开源硬件可推广至非电专业

如机电专业、汽车专业均可以利用开源硬件的易实现性，与现有资源进行配套，灵活创新。

在后续工作中，笔者将继续开展开源硬件平台在电气专业的教学实践，以期取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]赵广元，王文庆，蔡秀梅.开源硬件在自动化专业教学中的应用模式初探[J].实验室研究与探索，2013（11）.

[2]覃国蓉，张席，李华忠.基于开源项目的项目教学法在Java 教学中的应用[J].计算机教育，2010（12）.

[3]孙作雷，张波，曾连荪.基于Arduino和Qt的低成本开源实验机器人平台设计[J].上海海事大学学报，2013（2）.

硬件设计论文篇7

论文关键词：Proteus，LPC2124，精确计数

 

1 引言

LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微处理器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64脚封装，极低的功耗，多个32位定时器，4路10位ADC，PWM输出，46个GPIO以及多达9个外部中断，并且内置了多种串行通信接口物理论文，支持JTAG、ISP、IAP等多种编程方式，使得LPC2124能够适用于工业控制、访问控制、医疗系统以及其他各种类型的应用[1，2]。

Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件，是一款新型的嵌入式系统设计、分析与仿真软件。Proteus软件不仅能够实现数字电路和模拟电路的设计与分析，而且还能够实现微处理器与外设的混合电路设计，可以直接在原理图的基础上进行微处理器的软件协同仿真和功能验证。Proteus软件只带汇编编译器(不支持C语言)，但可以将其与Keil集成开发环境进行联调，达到很好的仿真效果[3，4]。

本文设计的精确计数系统功能为：当按下按钮时，数码管的计数加1，当放开按钮时，数码管的计数保持不变；开始时数码管的计数为0，当数码管的计数达到15(即16进制的F)时又重新从0开始计数。系统软件的设计采用Keil软件完成，编译连接之后得到可执行的hex文件；系统硬件的设计采用Proteus软件完成；软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行精确计数的测试。

2 硬件系统的设计

精确计数系统采用LPC2124微处理器作为核心器件，并为其提供了两组电源分别为3.3V和1.8V。硬件系统主要由以下四部分电路组成：XTAL1和XTAL2两个端口连接晶体振荡器组成时钟电路，RST端口连接一个按钮组成复位电路物理论文，P0.0-P0.6端口连接一个共阴极的7段数码管组成输出电路，P0.7端口连接一个按钮组成输入电路论文格式。在精确计数系统中，P0.0-P0.7共8个端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7个端口的方向都为输出模式，P0.7端口的方向为输入模式[5]。采用Proteus软件设计的硬件系统原理图，如图1所示。

图1 硬件系统原理图

3 软件系统的设计

精确计数系统软件的设计主要在于对LPC2124微处理器相关寄存器的设置，从而控制数码管计数的显示。软件系统的设计采用Keil软件完成，并最终得到可执行的hex文件。软件系统的设计主要通过以下几个步骤来实现，程序流程图，如图2所示。

图2 软件系统流程图

1.初始化系统时钟并设置相应的寄存器。晶体振荡器的频率为10MHz，LPC2124微处理器的时钟频率为60MHz，设置相应的寄存器程序如下：

PLLCON=1; //使能PLL

PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1

2.初始化相应端口的功能为GPIO，设置相应的寄存器程序如下：

PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8个端口功能为GPIO

3.初始化相应端口的方向为输入或输出模式，设置相应的寄存器程序如下：

IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7个端口为输出，P0.7端口为输入

4.开始计数数码管显示0物理论文，设置相应的寄存器程序如下：

IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6个端口输出高电平，P0.6端口输出低电平

5.循环检测按钮是否被按下，并进行相应的处理，程序模块如下：

void button_test( )

{

int i=0,key;

unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,

0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //显示0-9,A-F的笔段代码表

while(1)

{

key=IO0PIN&(1<<7); //获取P0.7端口的电平，即检测按钮是否被按下

if(key==0) //按钮被按下

{

i++;

if(i==16) //计数器加到16

{

i=0;

IO0CLR=ledcode[15]; //清除数码管上次计数的显示

}

else

IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除数码管上次计数的显示

IO0SET=ledcode[i]; //数码管显示新的计数

while(1)

{

key=IO0PIN&(1<<7);

if(key!=0) //按钮被放开

break;

}

}

}

}

4 仿真与结论

精确计数系统软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行计数的测试。经仿真测试结果表明：本精确计数系统能够根据按钮的按下与否准确进行0到15(即16进制的F)的计数，并通过数码管进行准确显示，达到了设计的目标要求。同时，在此基础之上，可以对系统的软硬件功能进行扩充，以适用于其他方面的应用。

参考文献：

[1]韦文祥，朱志杰，车琳娜，郭宝泉.基于LPC2124的一个远程系统软件升级方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,5:46-49

[2]晏五一，朱志杰.基于LPC2124的远程配电变压器监测终端设计[J].电力系统，2007, 26(7):31-34

[3]杨校辉.Proteus在ARM系统设计中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2009,8:77-79

[4]张勇.基于Proteus平台的32位单片机LPC2114虚拟串口通讯仿真[J]. 集成电路通讯，2008，26(1):8-12

[5]周立功.ARM嵌入式系统基础教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大学出版社，2008:353-360

硬件设计论文篇8

关键词：EDA，频率计，VHDL硬件描述语言，CPLD

 

1. 前言

EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子学的标志，是微电子设计领域的一场革命,而基于EDA技术的芯片设计正成为电子系统的主流。随着微电子技术的迅猛发展，电子设计技术跨过了三个阶段。①20世纪五十年代：小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）用来设计硬件系统；②七十年代：以微处理器为核心的软件编程设计；③八十年代末至今：硬件系统集成设计，即系统芯片(SOC)和专用集成电路(ASIC)设计，是21世纪微电子技术发展的重点。

本文主要阐述了采用先进的EDA工具MAX+plusⅡ对10MHz自动频率计进行设计的过程。论文参考。在此设计中我们采用现在国际流行的VHDL硬件描述语言对CPLD进行编程，并通过MAX+plusⅡ平台对设计进行仿真验证，最终完成设计的要求，用单片CPLD实现10MHz频率计的功能。

2. 单片自动频率计的设计

数字化、智能化、自动化和小型化是现代测量仪器的发展方向。论文参考。具有50多年发展历史的频率计是实验室中常用的仪器之一，它已成为一种典型的数字化、智能化、自动化的测量仪器，并越来越趋于小型化。单片自动频率计以单片可编程器件为载体，利用VHDL语言，实现10MHz以内频率的自动测量。该频率计用可编程器件一片，10MHz晶体振荡器一块和4位七段LED显示器。

2.1 自动频率计的结构

硬件设计论文篇9

（大理学院，云南 大理 671003）

【摘要】《计算机配置与维护》是一门应用型课程，实践性较强。本文针对课程特点，结合教学实践，对理论教学内容、方法与实验教学内容、考核方式的改革、完善进行了讨论及实践。

关键词 计算机配置与维护；应用型；教学改革

The Reform and Practice of Teaching Based on Computer Configuration and Maintenance

WU Rong-hai　YANG Run-biao　QI Zhi-hua

(Dali University, Dali Yunnan 671003, China)

【Abstract】Computer configuration and maintenance is an applied course, with a strong practically. According to the characteristics of the course, combining with teaching practice,theory teaching contents,methods and experimental teaching contents,examination mode reform discussed the perfect and practical.

【Key words】Computer configuration and maintenance; Application-oriented; Educational reform

0　引言

《计算机配置与维护》是计算机科学与技术专业的应用型课程之一，课程内容具有较强的实践性。学生通过对课程的学习可以了解微型计算机各部件的分类、性能、常见型号和选购方法，理解各主要部件的工作原理、硬件结构、相互联系和作用，掌握微型计算机硬件组装、硬件常用维修方法及技巧，掌握微型计算机实用维护工具软件的安装使用和系统维护方法，为今后工作打下良好基础。本文对《计算配置与维护》课程的教学改革进行了一些研究与探讨。

1　《计算机配置与维护》课程特点

1.1　课程设计知识面广，对动手能力要求较高

《计算机配置与维护》课程理论教学以台式微型计算机为主，介绍计算机系统硬件、软件构成和安装，基本部件工作原理和技术指标，操作系统概括和维护工具，系统维护、维修技术，硬件、软件故障诊断、排除方法等内容。实验教学涉及微机结构认识及组装，操作系统安装，双操作系统的安装，计算机维护工具软件安装及使用，系统备份软件的使用，控制面板、组策略及注册表使用，常见故障检测排除等内容。学生在理论及实验学习过程既要具备扎实的理论知识，又要具有较强的动手能力并且能够综合运用所学知识分析解决实际问题[1]。

1.2　计算机软硬件技术发展迅速，知识更新较快

计算机技术发展日新月异，因此《计算机配置与维护》课程知识更新非常快，在课程学习过程中，为了应对不断出现的新理论、新知识，教学内容会适时增加和补充，及时反映该领域新成果，以提高学生的适应和应变能力,掌握最新的软硬件技术，并具有较强的实际动手能力，来满足毕业后用人单位的岗位技能要求[2]。

1.3　课程教材内容滞后

由于计算机软硬件技术发展较快，知识更新迅速，造成《计算机配置与维护》教材明显滞后于主流的软硬件技术。教材选用不当会对理论课教学产生一定的影响，同时也可能挫伤学生主动学习的积极性。

1.4　实验教学用计算机种类单一，配置不高

实验教学中用于拆装的计算机多为其他部门淘汰下来的台式机，种类较为单一，学生在微机结构认识及组装实验中能够接触到的硬件设备种类及型号较少，而且过于成旧，不利于学生掌握计算机硬件的主流知识及技能。在进行软件实验过程中，同样存在实验用计算机配置过低，造成无法安装较新甚至是主流的操作系统，以及计算机维护常用工具软件，这同样不利于学生掌握计算机软件的主流知识及技能。

2　理论教学与实验教学的改革实践

2.1　合理安排教学内容及顺序

教材选择以“适合教学培养目标，教学内容的新颖性、实用性和典型性可以得到保证”为原则。理论教学过程中主要以介绍微机硬件设备的工作原理和技术性能为主，并将计算机技术发展过程中的新概念、新技术融入其中，以弥补教材内容滞后的不足。涉及具体操作的内容，例如：硬件组装、系统安装、维护工具软件使用等，在理论课教学中通过辅以图片或必要的操作演示，以讲清讲透重要的概念，而具体的操作则留在实验课过程中进行演示讲解。理论课教学内容的安排不应完全以教材章节顺序为依据，还需要兼顾实验教学对于理论知识储备的需求。

2.2　运用多种教学手段

在理论教学过程中，应该充分利用各种教学资源来调动学生主动学习的积极性。可以尝试挑选一些技术论坛中语言风趣、图文并茂的帖子作为教材的补充资料与学生分享；可以通过布置类似“假设你希望通过增加内存容量来提升系统性能，依据CPU-Z检测得到的信息，借助网络（建议通过硬件厂商官网和计算机硬件门户网站）来为自己选定合理的采购方案并阐述理由。”、“从微软（ Microsoft ）官网了解Windows 7 与Windows 8.1 的主要区别，并简要阐述自己对与MicrosoftWindows 8.1操作系统的意图。”的课外作业让学生利用网络资源去了解计算机软硬件最新资讯并解决实际问题；利用教师个人博客与学生分享计算机软硬件资讯；利用课程网站，将教学资料上传到网站上，让学生可以自主学习。

2.3　加强实验教学改革

实验教学最重要的目的就是“培养学生根据所学知识，动手解决实际问题的能力”。在实验室中，任课教师应创造条件，确保学生都有动手操作的机会。对于具有破坏性的操作，例如：硬盘分区及高级格式化、操作系统安装、数据恢复、系统故障设置及排除等，可以借助虚拟机平台来完成。对于硬件识别及组装、CMOS设置等，要尽可能让学生在实际的计算机中进行操作。对于网络克隆、远程桌面等基于网络环境的操作，可以借助虚拟机搭建的网络环境进行。在具体的实验过程中，任课教师应起主导作用，合理安排好整个教学过程，在教学中，任课教师既要带着学生完成整个操作过程，讲清讲透每个需要注意的环节，又要保证学生操作、讨论、提问、记忆理解操作过程所需时间。

2.4　调整完善实验考核办法

根据《计算机配置与维护》课程特点，课程考核绝对不能以理论考试为主而忽视实作考试[3]，所以应制订课程实验考核标准及办法。考核标准应覆盖所有实验，细化到具体的实验项目并具有可执行性。实作考试采用上机操作的考核方式，考核成绩分数由单项环节分数构成，对于硬件组装、操作系统安装等环节应有严格的时间限制，超过规定时间单项记为0分。

3　结束语

《计算机配置与维护》是一门应用型课程，所学知识对于提高计算机科学与技术专业学生就业竞争力非常重要。因此，如何将理论教学与实验教学较好地结合以取得满意的教学效果，如何通过对理论教学内容、方法与实验教学内容、考核方式的改革、完善，来提高学生学习的主观能动性，使学生的动手能力得到较大加强将是以后研究的重点。

参考文献

［1］孟庆伟,张红艳,刘婷.《计算机组装与维护》教学改革实践与思考[J].长春教育学院学报,2010,8.

［2］顾可民.计算机专业实用型人才培养模式的研究与实践[J].辽宁教育研究,2007(10).

硬件设计论文篇10

关键词：色彩管理；教学内容；教学条件；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）29-0116-03

一、前言

国际色彩联盟（Internet Color Consortium，简称ICC）在1993年提出的色彩管理技术，是现代印刷企业控制色彩质量的主要手段，色彩管理课程现已成为印刷工程学科的专业课程，是学科知识结构体系中的重要模块，具有理论和实践相结合的特性。唐义祥等学者曾对色彩管理课程的教学进行过有益的研究。[1-4]本文以色彩管理本科课程为研究对象，探讨该课程教学中的相关问题。本科教学和高职高专的教学要求不同，既注重基础知识的教学，同时注重应用能力的培养，目标是使学生成为有理论、有技术的高素质应用型人才。这就要求在课程的教学内容、教学条件、教学方法上不断探索，以适应培养目标的需要。

二、色彩管理的教学内容

色彩管理以颜色理论为基础，基于色度学解决色彩复制中的一致性问题，因此具有一定的理论性。在色度学理论基础上，ICC提出跨平台的色彩管理解决方法，实现了不同平台下各种色彩处理软硬件的互操作，用户可借助色彩复制过程中的软硬件，轻松实现色彩复制目标，具有一定的实践性。对于色彩管理本科课程，在教学内容的安排上应合理分配理论知识和实践知识。

1. 色彩管理的理论知识

色彩管理的理论是在色彩学理论的基础上建立的。以往的教材往往把色彩学理论作为色彩管理课程中的理论内容，这样会与印刷工程专业的色彩学课程内容重复。色彩管理有自身的理论，可以分为基础理论和应用理论。基础理论包括ICC色彩管理的基本原理、特性文件结构、再现意图、色彩管理模块等相关理论。ICC色彩管理的基本原理是所有理论的基础。特性文件结构、再现意图和色彩管理模块的相关理论是课程的主要理论，学习这些理论知识对于印刷工程专业的本科生是十分必要的，不仅有助于从底层理解色彩管理软件的工作原理，在今后的工作中更灵活地解决实际问题，而且可为参加色彩管理系统的开发工作奠定基础。

色彩管理是应用性较强的课程，有配套的软硬件来支持完成整个色彩管理的实施。在讲授实践操作的知识之前，需要对与应用相关的理论进行讲解，包括色彩管理的校准、特性化和色彩转换过程，色彩管理的前期、中间和后期流程，数码打样与屏幕软打样，以及Adobe的色彩管理框架等知识。色彩管理的基础理论和应用理论是色彩管理课程的核心知识，也是进行色彩管理应用实践的基础。

2. 色彩管理的实践知识

在色彩管理的实施过程中，需要操作一系列的色彩管理软件和硬件，来达到色彩在设备间的传递和准确复制的目的。色彩管理的实践知识涉及到这些软硬件的使用。色彩管理软硬件供应商有很多，但因遵循了ICC所定义的规范，在操作上有通用之处。色彩管理的硬件包括输入设备、显示设备和输出设备和颜色测量仪器。各种设备的使用在印刷工程的其它专业课程中已经涉及，在色彩管理的实践内容中不将其作为重点。颜色测量仪器用来获取颜色样本的色彩数值，是色彩管理中使用的重要硬件，仪器工作的基本原理和使用方法是实践知识的组成部分。色彩管理的软件种类较多，包括特性化软件、颜色测量软件、色彩管理应用软件、数码打样软件等。这些软件的色彩管理功能、操作步骤和使用等方法是课程实践知识的重点内容。

实践知识的掌握是在对理论知识理解的基础上建立的。在色彩管理本科课程的教学中，理论知识和实践知识的课时分配建议在1：1左右，这样可以保证学生既能掌握扎实的理论，又具有灵活应用的动手能力，避免仅学会生搬硬套的实践操作。

三、色彩管理的教学条件

为支持色彩管理的理论教学和实践教学，需要在教学条件的配备上做较多投入。对于理论知识的教学，需要配备多媒体教室，方便教师借助图文、动画、视频等多种媒体形式展现课件。实践知识的教学需要有色彩复制流程中的相关专业设备的支持。输入设备最好、配置高端的滚筒扫描仪以及支持色彩管理的扫描软件。配备的数码相机除了在参数上满足色彩的复制要求以外，还要有专业的摄影条件，如标准照明光源、中性灰环境等。显示设备应配备具有较大色域、可调节单通道的显示器。条件允许的情况下，可配备具有色彩管理功能的专业显示器，并购买相关的辅助设备，如遮光罩等。显示器安置的环境照明条件也应按照国标进行设置。对于输出设备，专业的数码打样机必不可少。在可能的情况下，最好有印刷机及其相关设备，如观察样张的标准灯箱等。

此外，实现色彩管理校准、特性化和色彩转换等工作的各种软硬件必不可少。在硬件的配置上，需采购适合屏幕测量和纸张的色彩测量仪器，建议采购具有不同照明观察条件的自动化程度高的分光光度计，以满足各种测量需求和测量精度的要求。对于色彩管理软件，必需配备特性化软件。购买支持各种设备特性化的通用软件是不错的选择，且特性化软件对测量仪器的选择最好没有特别要求。数码打样是色彩管理中非常重要的工作，专业的数码打样软件是非常必要的。Photoshop等Adobe印前应用软件中的色彩管理功能是必须学习的，所以也应该配备。

除了配备色彩管理的软硬件之外，对于色彩管理所用的各种标准色卡也需购买，如扫描仪校准和特性化用的IT8.7/1（透射）、IT8.7/2（反射）标准色标，数码相机校准用的标准白板、特性化用的ColorChecker标准色标等。为了满足相关实践知识的教学需要，这些色彩管理所必需的设备和软硬件需放置在较大的空间中，且配备电脑和多媒体设备，满足针对多个学生即教即用的需要，保证良好的教学效果。

四、色彩管理的教学方法

色彩管理教学内容丰富，需要采用多种教学手段相结合的方法，才能取得良好的教学效果。在教学内容的顺序安排上，先进行基础理论的教学，对应用理论和相关的实践操作穿插进行教学。

理论内容的教学以教师为主，采用“讲授——启发——讨论”的教学方式。讲授指教师对理论内容进行讲解，讲解时借助多媒体课件、板书等方式来表现各种素材。大部分的理论教学通过讲授实现。在讲授基础上，向学生布置具有启发性的课后问题，学生查找资料后，针对问题开展课堂讨论，加深学生对理论内容的理解。

实践内容的教学是色彩管理教学的难点和重点。为锻炼学生的能动性和动手能力，实践内容的教学应以学生为主。但由于色彩管理所用的硬件设备价格不菲，不可能人手一台同时进行操作，加上学生动手能力差别，如果采用的教学方法不合适，会导致大部分学生无法独立动手，达不到教学效果。在条件允许的情况下，实践内容的教学最好在实验室进行，根据软硬件配置情况对学生进行分组。教学过程可采用“教——学——做”和“设计——操作——分析”相结合的方法。

“教——学——做”指的是由教师对实践相关的应用理论和实践所用的软硬件操作方法进行讲解，学生依据教师的讲解对相关软硬件的操作进行现场学习，并动手操作。此教学过程中学生是被动学习，在做的过程中可以自由和教师交流讨论，以理解实践理论、学会独立动手操作为主要目标。“教——学——做”的方法可以培养学生的实践动手能力，但要达到灵活应用的目的，还需要创造性的实践锻炼，这可通过“设计——操作——分析”的方法来实现。

“设计——操作——分析”围绕课程设计进行，课程设计是教师根据色彩管理应用所出的综合性实践课题，如“不同拍摄条件下数码相机特性文件的制作与评价”、“数码打样中墨水和纸张对打样效果的影响”、“色彩转换中的再现意图选择”，等等。在课程设计指导书中，教师对需要解决的问题、应获取的数据、应进行的分析等做清晰的描述。课程设计通过学生小组来完成，整个过程中完全以学生为主体。由学生根据指导书中的要求进行实验的准备、材料的选取、实验方案的设计等。小组中的学生分工合作，通过操作软硬件来完成各项实验，采集必要的数据后进行分析，并得出结论，最后按规范写作课程设计报告书，完成整个课程设计的要求。“设计——操作——分析”的实践教学可让学生用到在“教——学——做”环节中学到的实践知识，并能充分发挥学生的创造力，经过此环节后，学生对色彩管理理论和实践的理解就非常深入了。

五、结束语

综上所述，在色彩管理本科课程中，既要强化理论教学，又要保证学生实践动手能力的培养。如何将两方面有机结合，并取得良好的教学效果，是值得研究的教学问题。笔者在总结多年色彩管理教学经验的基础上，对色彩管理的教学内容进行了梳理，对色彩管理教学条件的配置进行了分析，提出了“讲授——启发——讨论”、“教——学——做”和“设计——操作——分析”相结合的教学方法，以期对色彩管理的教学提供参考，培养更多具有创造性的印刷工程专业人才。

参考文献：

[1]唐义祥.色彩管理课程教学改革探讨[J].印刷质量与标准化，2011，（4）.

[2]魏庆葆等.《色彩管理》课程教学模式和教学方法的改革[J].印刷质量与标准化，2009，（7）.

[3]陈海生，李萌.色彩管理课程教学经验谈[J].今日印刷，2009，（2）.

[4]田全慧等.高职高专《色彩管理》教材建设探讨[J].出版与印刷，2011，（4）.