計算機系統基礎知識精選(九篇)

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第1篇：計算機系統基礎知識范文

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，環境問題日漸突出，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應運而生，為保證污水處理系統高效運行，同時根據進水水質適當調整系統運行參數，故此在設計中采用了PLC自動控制系統。該系統的應用，提高了污水處理工藝運行的穩定性和便利性，實現了污水處理工藝的半自動、全自動監控，具有十分重要的推廣意義。

關鍵詞：計算機控制系統;污水處理;自動控制

1 項目背景

伴隨著人們對環境的關注度越來越高，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應運而生，有物理法、化學法及生物法等。而在污水處理運營中存在著各種各樣的問題。例如：現場設備出現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，及時解決問題;在人力上，需要大量人員巡視現場;在經濟上，藥劑投加過量或者過少，直接造成成本過高或水質不達標。

為保證污水處理系統高效運行，同時根據進水水質及其他外界因素適當調整系統運行，提出設計一套關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，保證排放水質達標的計算機自動控制系統。

2 技術方法

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

（2）通過試驗分析，優化各設備的工作參數。合理調整污水處理工藝運行參數，進行對比試驗，找出運行參數的優化數值。

（3）建立自控系統模型，設計自控系統。自控系統擬采用集中控制，分散控制的集散型系統。整個系統由主控級，現場控制級和就地控制級三層結構，利用DP總線通信，實現對生產過程的控制。

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

（5）進行系統試驗、改進調試，完善整套系統。

3 技術方案

根據就近采集和單元控制為劃分區域的原則，由檢測控制系統--現場控制站（LCS），對污水處理設備進行分散控制;再由中心控制系統--中心控制室，對全廠實行集中管理。各現場控制站與中心控制室之間由DP總線（或以太網）進行數據通信。在生產管理區有相應數量控制對象（設備和儀表），采用線纜與現場控制站連接，組成工廠計算機綜合管理控制系統。系統設計從工藝流程出發，實現對生產過程的自動控制。控制系統設計為主控級、現場控制級和就地控制級三層結構。

第一層為主控級，位于中心控制室內。一般污水廠內設中心控制室一座，建于綜合樓內（面積150平方米左右）并設維修間、資料室等附屬房間。內設兩套監控管理計算機操作站、兩套數據服務器、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、監視和控制功能。

第二層為現場控制級，即PLC控制站。各現場控制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調下運行，并傳送數據，對下它們分別承擔本區域的數據采集和自動控制功能，即使中心控制室的計算機發生故障，它們也能獨立運行。

第三層為就地控制級，主要應用在設備調試、設備維護階段。

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

在粗格柵前后設超聲波液位計，根據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，即水位差達到設定值時，自動啟動格柵。當格柵停止運行的時間超過設定值時，系統轉為時間控制。PLC系統將根據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。在提升泵房設超聲波液位計，根據液位計測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停。當泵房水位高至某一設定的水位值時，PLC系統將按程序自動增加水泵的運行臺數;相反，當泵房水位降至某一設定的水位值時，系統將按程序自動減少水泵的運行臺數。

（3）風機曝氣量自動調節。生化系統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，根據溶解氧值和空氣流量調節生物池空氣管路上的電動調節閥門，以調節生物池的進氣量。通過控制管理系統可以設定溶解氧調節的參數值。

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

4 實施效果

本系統已成功應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;管理運行，自動化程度達90%以上，減少操作員工62.5%以上，基本達到現場無人值守。污水處理廠系統可實現溶解氧和污泥濃度在線控制，實時調節風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，自動化控制系統應用達到了國內領先水平。不僅有效地改善了排放水質，每年還可節省支出費用32.08萬元。

5 社會和經濟效益

通過使用計算機控制系統，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;符合國家節能減排的政策。

第2篇：計算機系統基礎知識范文

關鍵詞：果蔬儲藏；環境監控；系統模式；控制算法

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

引言

我國是一個生產和消費水果蔬菜等農產品的大國，對農產品、特別是水果和蔬菜的需求呈逐年上升的態勢。據農業部統計，2012年我國水果產量達2.41億噸，水果種植面積同比增加1.2%，產量同比增加5.7%；2012年，我國蔬菜總產量達到7.09億噸，較上年凈增加2953萬噸。如此規模和上升勢頭的果蔬產業，亟需先進的儲藏系統和設備確保果蔬的品質與長時間保存，而由于儲藏技術不過關，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。

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

1 果蔬儲藏環境監控系統模式

1.1基于單片機的監控模式

整個系統以單片機為核心，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境信息，經數模轉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境因子數值，將其與傳感器實時采集的環境因子參數數值進行比較運算，輸出的結果控制各個執行機構的動作[14]。單片機監控模式是集中式控制結構，單片機承擔了所有的控制要求，一旦單片機出現故障，整個系統就會失去控制，因此對單片機性能要求較高。

單片機監控系統可以實現果蔬儲藏環境的全局管理，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的監控模式

基于PLC，即可編程控制器的果蔬儲藏環境監控模式由上位機、PLC、數據采集單元及驅動執行機構組成，模式框圖如圖2所示。上位機作為全系統的管理監控中心，負責統一管理；PLC作為控制核心，通過擴展模塊，接受來自傳感器的環境因子參數信息，實時處理數據并發送指令，經驅動執行機構調控儲藏環境小氣候，實現儲藏環境的自動化監控。

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

1.3 基于CAN現場總線的系統模式

CAN（Controller Area Network），即控制器局域網，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，由德國博世公司于20世紀80年代中期開發。CAN總線的通信速率最高可達1Mbps，通信距離最遠可達10km，總線上可掛接的節點數達110個，總線接口芯片支持8位、16位CPU。CAN總線通信介質為雙絞線，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據。

基于CAN現場總線的系統模式由上位機監控中心、現場控制器、傳感器和執行機構組成，組網簡單，成本適中，宜于進行大規模、多儲藏室的監控，系統框圖如圖3所示。

1.4 基于網絡的監控系統模式

基于網絡的監控系統模式包括無線通信網絡和Internet互聯網絡，無線通信網絡可采用GPRS、3G、微波等方式實現遠距離儲藏環境參數數據的傳輸，Internet網絡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場的操控，只要有Internet網絡覆蓋就可隨時隨地掌控果蔬儲藏的情況。

該系統模式分解成五層結構，最底層為現場層，由控制器、傳感器和驅動執行機構組成，采用總線拓撲結構，傳感器負責采集環境因子參數數據，驅動電路芯片驅動執行機構調節環境參數，控制器接受控制指令完成控制操作；第二層為無線通信網絡層，負責現場層采集的數據和上層發送的控制指令的傳輸；第三層是監控層，完成下層傳輸上來的數據的存儲、顯示、處理和控制決策的制定；第四層是Internet網絡層，實現遠程登錄；第五層為Web客戶層，通過瀏覽器遠程訪問監控現場，系統框圖如圖1.4所示。通過網絡技術、無線通信技術實現的儲藏環境監控系統管理的儲藏室規模大、范圍廣，易于統籌，通過遠程登錄的方式能方便的了解到現場的實際情況，利于決策的制定。但是，此系統所需的軟硬件多、技術要求高、成本高，實現起來有一定難度也是其不足之處。

1.5 基于Zigbee無線技術的系統模式

Zigbee是一種短距離、低速率無線網絡技術，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境下，傳輸距離可達100米，數據傳輸率可達250kbps，具有功耗低、可靠性高、可擴展性好等優點[5]。

基于Zigbee網絡的系統模式由5部分組成：上位機監控管理部分、控制器部分、傳感器節點、協調器網關節點和驅動執行部分，系統框圖如圖5所示[3]。

2 果蔬儲藏環境監控系統控制算法

監控系統的硬件核心可以說是控制器，性能優良的控制器不僅能夠出色完成預定的控制任務，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，系統還有一個軟件核心，是人為設置的控制策略，即算法。好的算法可使得控制精度高，系統時延小，甚至具有智能。

2.1 模糊控制算法

儲藏環境系統是一個受多變量影響的大慣性非線性系統，且有交連、時延現象，很難對這類系統建立精確地數學模型，也就不適宜用經典控制方法和現代控制方法實現控制。模糊控制不需要建立被控對象的精確數學模型，它是通過計算機執行人類用自然語言描述的規則，綜合考慮各種環境參數完成控制任務。

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成一系列控制規則，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，建立模糊控制規則；

由基本論域轉變為模糊集合論域；

模糊關系矩陣運算；

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。

模糊控制的一般結構如圖6所示。

2.2 神經網絡控制算法

神經網路是由簡單處理單元，被稱為“神經元”，構成的大規模并行分布式處理器，具有存儲經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學模型的系統的控制。神經網絡通過學習過程，通常采用多組樣本值進行訓練的方式，從外界環境中獲取知識，互聯神經元的連接強度，即突觸權值，用于存儲獲取的知識，經過多次有序的改變網絡的突觸權值，達到想要的設計目標。

神經元是神經網絡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。每一個突觸由其權值或強度作為特征，每個輸入信號和權值相乘送往加法器；加法器用于求輸入信號被神經元的相應突觸加權的和；激活函數用來限制神經元輸出的振幅，神經元模型圖如圖7所示。

2.3 模糊神經網絡控制算法

模糊算法與神經網絡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學模型。但一般來說，神經網絡不能直接處理結構化的知識，它需用大量的訓練數據，通過自己學習的過程，并借助其并行分布式結構來估計輸入輸出的映射關系。模糊算法可以直接處理結構化的知識，也就是由專家給出的“規則”，因其引入了“隸屬度”的概念，使得“規則”可以數值化。模糊算法與神經網絡算法的結合，能將神經網絡的學習機制引入模糊控制中，使模糊控制也具有自學習、自適應的能力，使神經網絡借助大規模的并行分布式處理結構完成模糊的推理過程，構建一個帶有人類感覺和認知成分的自適應系統。神經網絡結合模糊控制，它“不知不覺“中向訓練數據學習，產生、修正并高度概括輸入輸出之間的模糊規則，并利用神經網絡自適應的產生和精煉這些規則，然后根據輸出模糊集合的幾何分布及由過去經驗產生的模糊規則推理得出結論。神經網絡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PID算法具有原理簡單、實現方便的優點，廣泛應用于過程控制領域， PID算法適于簡單的單輸入、單輸出線性系統的控制，穩態性能好，但動態性能較差，且容易產生超調，抗干擾能力差，對于非線性、時變、大滯后和參數難以實現在線整定的系統有難以克服的局限性。模糊控制算法魯棒性和動態性能較好，自適應性強，對參數變化不敏感，能較大范圍適應參數變化，對于非線性時變滯后系統而言，有較好的控制效果，考慮到果蔬儲藏環境條件的多變性，可將二者控制算法結合實現穩定、高效、可靠地監控。

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

3 結語

針對目前我國果蔬儲藏業的現狀，本文綜述了可應用于果蔬儲藏環境監控的五種系統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。五種系統模式各具特點，適用不同的應用場合，實現的難易程度不同，成本有高有低，根據我國現狀可實現多元化的選擇，形成多元化的應用格局。四種控制算法相較常規控制方法，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，但實現上有其難度，需要綜合考慮，謹慎選擇。總之，對果蔬儲藏環境監控系統及控制算法的研究，會越來越向著智能化和網絡化兩個方向發展，人為干預程度越低，自動化程度越高，則監控效果會更好。

參考文獻

[1] 張道輝，苑克俊等. 單片機果品貯藏環境監控系統的設計. 山東農業科學. 2006： 71-74.

[2] 閻勤勞，薛少平等. 果庫溫濕度智能調控系統的研制. 農業工程學報. 2002： 150-153.

[3] 章慧鋒. 基于ARM與Linux的無線環境監控系統研究與開發. 碩士學位論文. 2010.

[4] 王璐超. 基于WSN的倉儲環境監控系統關鍵技術研究. 碩士學位論文. 2011.

[5] 劉軍. 基于無線傳感器網絡的倉儲監控管理系統關鍵技術研究[J].中國流通經濟.2010，7.

[6] 張耀平.倉儲技術與庫存管理.中國鐵道出版社.2007：10-45.

[7] 姚運先.環境監測技術[M].北京：化學工業出版社，2008.5-10.

[8] 吳瓊，張長利，董守田. 馬鈴薯貯藏環境監測系統設計.2013.1.農機化研究：138-140.

[9] 呂兵偉. 基于現場總線技術的木材加工車間環境監控系統. 碩士學位論文.2007.

[10] 于慶廣. 可編程控制器原理及系統設計[M]. 北京：清華大學出版社，2004.

[11] 馬國華. 監控組態軟件及其應用[M]. 北京：清華大學出版社，2001.

[12] 陳佳，劉林林等. 基于工業PC的軟PLC的設計與實現[M]. 工業控制計算機，2009.

[13] 何小陽. 計算機監控原理及技術[M]. 重慶：重慶大學出版社，2003.

[14] 孫鶴旭，林濤. 嵌入式控制系統[M]. 北京：清華大學出版社，2004.

[15] 王振明等. SCADA（監控與數據采集）軟件系統設計與開發[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

第3篇：計算機系統基礎知識范文

關鍵詞：計算機科學與技術專業；素質教育；工程應用型人才；培養體系

2012年3月，國家教育部教高[2012]4號文件《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》強調了全面實施素質教育的重要性，把促進人的全面發展和適應社會需要作為衡量人才培養水平的根本標準，要求落實文化知識學習和思想品德修養、創新思維和社會實踐、全面發展和個性發展緊密結合的人才培養要求。

要達到這樣的要求，必須從多方面分析社會對專業人才的綜合素質需求，設計完整的素質培養體系，實施全面教學改革，不斷檢驗實施效果并進行調整改進，逐步形成提高教學質量的良性循環。

1.工程應用型計算機專業人才素質需求分析

近年來，我國出現了IT企業在計算機專業人才方面的嚴重缺乏與高校計算機專業應屆畢業生就業率持續下滑相矛盾的現象。究其原因，是由高校培養的計算機專業人才與社會需求不一致造成的。

通過社會調查發現，目前我國IT界緊缺的是能勝任計算機系統設計、開發和推廣應用工作的工程應用型人才。根據就業能力分析，社會需要的工程應用型人才需要具有包括專業知識、專業實踐能力、社會能力等多方面的綜合能力。在專業知識方面需要在掌握計算機學科基礎知識、方法和技術的基礎上，具有計算機系統建設能力。和應用能力；在專業實踐能力方面需要在運用專業理論知識和方法解決實際問題的基礎上，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創新精神；在社會能力方面需要在具備語言表達能力、個性發展能力的基礎上，具有團隊精神和自主學習能力等綜合素質。

2.培養體系設計

為達到工程應用型計算機專業人才綜合素質培養的目的，在傳統培養體系的基礎上進行改革和擴展，構建了知識培養與能力培養相結合、課內培養與課外培養相結合的包括4條主線的綜合素質培養體系，見圖1。中間的兩條主線是知識培養體系和實踐能力培養體系，結合課程體系調整和課堂教學改革，實現加強計算機學科基礎知識、方法和技術的培養；結合實驗、課程設計、實習等實踐教學環節的改革，著重解決知識、方法的綜合運用以及計算機系統建設和應用能力的培養。兩邊為綜合輔助體系，課外活動體系結合學生課外活動和專業競賽組織，強化自主學習能力、創新能力、溝通能力、團隊合作精神等素質的培養；教學管理體系針對其他3個體系實施管理。

其中的知識培養體系、實踐能力培養體系分為4個層次：

第1層為通識教育平臺，針對大學一年級學生。在知識培養方面以人文、社科、數學、自然科學等基礎性綜合素質培養為目的，為學生的全面發展和個性化發展打下扎實的基礎。在實踐能力培養方面從熟練掌握常用計算機應用軟件人手，培養學生的計算機基本操作能力。綜合輔助體系開展專業認知講座、名師講堂、企業專家講座等形式的專業認知教育，并開展專業科普知識競賽等課外活動，激發學生的專業興趣。

第2層為專業素質平臺，針對大學二年級學生。在知識培養方面以計算機科學與技術專業核心知識培養為主，為學生專業發展奠定扎實的基礎。在實踐能力培養方面以專業核心課程對應的實驗課程，以及經典編程語言課程為主，為學生打下計算機系統建設實踐能力基礎。綜合輔助體系開展專業興趣小組活動和校內專業知識競賽，促進學生專業知識的深入學習和綜合運用，為后續的創新活動和創新競賽作準備。

第3層為專業方向平臺，針對大學三年級學生。在知識培養方面結合具體的專業方向知識開設專門課程，強化學生的個性發展能力。在實踐能力培養方面圍繞專業課程實驗及特色開發工具構造實踐模塊，并以綜合性實驗、探索性試驗、社會實踐等多種方式加強學生計算機系統設計、開發能力，培養團隊合作精神。綜合輔助體系開展本科生科研參與、專業創新競賽組織工作，促進學生探索精神和創新意識的形成，為其個性化發展準備條件。

第4層為能力提升平臺，針對大學四年級學生。在知識培養方面以專業前沿技術發展知識更新為依據，形成動態調整的知識架構，實現持續適應社會需求的建設目標。在實踐能力培養方面以計算機領域社會需求研發平臺為依據開展校內實踐教學，并廣泛開展企業實習和項目開發實踐，通過將畢業設計與企業實習相結合，促進學生接觸社會需求、行業規范、國際標準，幫助學生提升就業能力、創新能力。

3.課程體系建設

計算機專業課程體系的建設首先要考慮計算機學科核心知識體系要求，其次應兼顧所設置的特色專業方向以及計算機技術發展和社會人才需求。

3.1從計算機學科核心知識體系出發，提取專業核心課程

第4篇：計算機系統基礎知識范文

【關鍵詞】計算機組成原理 課程體系 構建

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

一、課程建設中存在的問題

近年來，多數高等院校計算機科學與技術專業都以必修課的形式開設了“計算機組成原理”這門課程。雖然各院校講授的內容各不相同，但是他們對該課程的性質、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”課程覆蓋的專業較多，因此各校在進行教學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”是系統介紹了計算機組成與系統結構的基本原理、基本設計與實現方法。通過本課程的學習使學生對計算機的組成與系統結構有較全面的認識，使學生從理論和實踐上掌握計算機系統的設計與開發的方法，進而提高學生進行計算機應用系統設計開發的能力，培養學生的綜合素質。因此，“計算機組成原理”課程在計算機科學與技術專業及相關專業中具有舉足輕重的作用。

三、課程體系的構建

（一）課程概述

本課程主要從計算機的基本概念、基本組成結構分析著手，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，分析計算機系統的一般特點，使學生掌握有關軟、硬件的基本知識，尤其是個基本組成部件有機連接構成整機系統的方法，為培養學生對計算機系統的分析、設計、開發和使用能力打下基礎。

（二）課程性質

適用專業類：高等院校計算機科學與技術及相關專業

授課時數：54學時

實踐時數：18學時

先修課程：數字邏輯、數據結構與算法、C++語言程序設計。

（三）課程內容

本課程對教學內容的要求分為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，有些內容還要求會應用。“掌握”比“理解”要求更高，有些知識必須熟記。對要求“了解”的內容應當知道基本概念和基本原理。“計算機組成原理”課程體系應由理論知識、實驗兩大部分組成。

1.理論知識

① 計算機系統概述 （4學時）。主要內容： 計算機系統軟硬件的組成與層次結構、 計算機系統的設計技術與評價標準、 計算機的發展和應用。

②計算機的邏輯部件 （6學時）。主要內容：布爾代數的基礎知識、 計算機中常用的組合邏輯電路、時序邏輯電路。

③數據表示、運算方法與運算部件 （10學時）。主要內容： 數字化信息編碼、 計算機中數據的表示、轉換和運算、 二進制乘法和除法運算、 浮點數的運算方法、 運算部件、 數據校驗碼。

④主存儲器 （6學時）。主要內容： 主存儲器概述、 讀/寫存儲器、 非易失性半導體存儲器。

⑤指令系統 （6學時）。主要內容： 指令格式與數據表示、 尋址方式、 指令類型與指令系統的兼容性、 RISC和CISC、 指令系統舉例。

⑥中央處理部件 （6學時）。主要內容： 計算機的硬件系統、 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 （6學時）。主要內容： 存儲器系統概述、 高速緩沖存儲器、 虛擬存儲器、 相聯存儲器和存儲保護。

⑧輸入輸出系統 （6學時）。主要內容： 輸入輸出系統概述、 程序中斷、 DMA輸入輸出方式、 通道控制方式、 總線結構、 外設接口。

⑨計算機系統結構 （4學時）。主要內容： 計算機系統概述、 多媒體計算機、超級流水線處理機和超長指令計算機、 計算機網絡簡述。

理論共54學時，3學分，成績比例70%。

2.實驗

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

共18學時，1學分，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：指令的執行和存儲空間的擴充。

四、加強課程構建的具體設想及主要措施

（一）在教學環節中突出本課程的實踐環節

“計算機組成原理”是計算機科學與技術類專業的一門重要專業基礎課。本課程的學習將為學習“操作系統”、“微機原理”等后續課程和研制開發各種系統和應用軟件打下扎實的理論和實踐基礎，因此可以將“計算機組成原理”課程的知識結構結合相應的實踐環節來鞏固并加深所需的知識點的理解。在教學過程中，即注重學生基礎理論知識的掌握，也注重學生動手能力、設計能力的培養，使本課程在處理知識面的寬度和深度上，既滿足作為基礎課的要求又達能到課程突出實踐環節的特色。

（二）教學方法的整改策略

實驗教學分層次組織：以能力培養為宗旨，根據難度分為達到“實驗設置基本要求”和“實驗設置較高要求”的實驗。教師根據學生情況分層次組織實驗，既能掌握基礎性實驗，也能體驗有一定難度的實驗，使不同程度的學生都能從中受益，并提高學生的學習興趣。

（三）教學手段的改進

“計算機組成原理”充分地利用了學校網絡資源，將教學課件、教輔材料及習題集等資源上網，使學生方便地下載，了解本課程的教學安排、計劃和要求、考試題型及考核方式，便于學生課下的復習自學、鞏固知識點，并對學生課余主動學習提供了很大的方便。使用這樣先進的教學手段，既提高了教學質量，又取得了良好的教學效果。

五、結束語

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”課程教學實踐基礎上構建的，但是由于多數院校開設“計算機組成原理”課程授課的學生層次和研究方向、專業特色的不同，教學內容、教學方法、教學手段、實驗環節等還處于探索階段。因此其科學性、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：計算機系統基礎知識范文

1課程教學內容探索

專業知識體系由知識領域、知識單元和知識點三個層次組成，專業知識體系分成學科基礎知識體系和專業方向知識體系。電子信息類學科基礎知識體系由電路與電子學知識領域、信號系統與控制知識體系、計算機知識領域和電磁場知識領域四個基本知識領域構成[1]。傳統的微機原理課程作為計算機知識領域的專業基礎課，與計算機文化基礎、C語言、電路分析、模擬電子技術、數字電子技術等先導課程聯系緊密，同時又是單片機原理與應用、嵌入式系統與應用、DSP原理與應用、現代計算機體系結構、計算機網絡與通信等后續課程的理論基礎。該課程在上述學科前三個基礎知識領域與電子信息類各專業方向知識體系之間起到承上啟下的作用。

隨著集成電路技術的迅猛發展，微處理器的發展也日新月異，其芯片集成度越來越高，內部結構越來越復雜，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，如果直接學習32位、甚至64位的微機系統原理，需要掌握的相關背景知識太多，容易陷入技術的泥潭中[2]。而傳統的微機原理介紹的16位的微處理器8086/8088及其相應的配套接口芯片早已退出應用舞臺，造成知識點與實際應用存在較大的脫節，讓學生產生學習這門課程沒有用的錯覺。雖然微機原理理論更系統，而單片機應用性更強，但這兩門課程在內容上(原理與接口應用等)和形式上(指令系統和匯編程序設計等)具有較大的交叉，獨立設課將不可避免地出現知識點的重復和各自重點的缺失。此外，盡管微機原理課程偏重于系統理論，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理論的理解，以8086/8088為核心的實驗平臺缺乏實際應用背景，在學時較少的情況下實驗教學效果較差，如果采用廣泛使用的51系列單片機來合理地設計實驗課程內容，實驗將具有更強的實際應用背景，可以更有效地與系統理論知識協調互補，提升學生的學習興趣，并引導學生進行課外動手實踐制作，可更好地增強學生的實踐能力和創新精神。為此，我校電子信息類專業將這兩門課程合二為一，安排45學時的理論教學和20學時的實驗教學。

由于各領域的應用需求不同，微型計算機系統形成了以PC機為代表的通用微型計算機系統和以單片機、ARM，DSP，SOC，SOPC等為代表的嵌入式計算機系統這兩大分支。盡管這兩大分支系統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•諾依曼結構計算機工作原理演變而來，存在很多共同的知識點。因此，課堂教學應首先介紹計算機的基本原理：對數制與編碼、計算機的基本組成邏輯電路、存儲器等基礎知識簡要回顧，做好課程與數字電子技術課程內容的銜接；明確計算機系統在硬件結構組成上以運算器和控制器為中心引出系統總線配備存儲器和輸入輸出設備，以指令系統作為軟件基礎明確計算機是按照給定程序，逐條執行指令從而實現特定功能，明確程序設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系；硬件系統和軟件系統有機組合在一起才能構成完整的微機系統，以計算機執行訪問存儲器或I/O設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明確中斷系統功能和中斷處理過程，介紹中斷程序的一般設計方法，從而明確計算機中斷系統的原理。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構中運算器、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，而且有廣泛的應用背景，比較容易進行各種系統設計實驗，因此，學習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用。通過對51系列單片機內部電路結構和工作原理的學習，輔以電源電路、復位電路和時鐘電路建立單片機最小系統作為硬件平臺；在軟件基礎方面，理解和掌握80C51指令系統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特定功能的匯編程序設計方法，從而更深入地理解和掌握單片機的硬件結構，再偱序漸進地引導學生采用高級語言進行程序設計，實現與C語言課程內容的銜接；通過內部主要功能單元(定時/計數器、UART串行接口和中斷系統)結構和編程應用、單片機系統擴展和接口的編程應用的學習，從軟硬兩方面綜合實現單片機的實際應用。在學時允許的條件下，最后簡要介紹微型計算機系統的原理與應用，加深計算機系統工作原理的理解，為后續課程學習奠定理論基礎。

教學是教師的教和學生的學所組成的一種人類特有的人才培養活動。站上講臺，教師要明確教什么，幫助學生建立學科相關課程的體系結構，讓學生明確所學課程在學科體系中的地位和作用，明確能夠學什么。以上介紹可明確我校電子信息專業微機原理與接口技術課程改革后“教什么與學什么”的問題。

2課程教學方法探索

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

2.1 課堂授課方式探索

隨著現代化多媒體教學方式的普及，傳統的純板書教學方式逐步被多媒體投影教學方式取代。這種 現代化的教學方式在聲形結合、圖文并茂地給學生帶來不同的學習體驗的同時，也顯現出一定的弊端。通常情況下，教師在控制臺講解投影屏上的教學內容時，學生聽到的講解聲音和看到的課程內容處于脫離狀態，視覺和聽覺難以集中[3]。此外，由于多媒體教學沒有教師板書環節，課堂教學信息量增大，學生對課程內容思考時間變短，同時長時間盯著投影屏接受大量信息容易造成視覺疲勞，導致教學效果不佳，不具有傳統板書教學方式中學生的視覺和聽覺集中在教師板書區域，能夠跟隨教師板書節奏邊聽邊理解的優點。因此，我們針對具體教學內容采用傳統板書與現代化多媒體相結合的方式授課，不僅給學生帶來圖文并茂的學習體驗，同時對于重點和難點知識，采用板書形式循序漸進地引導學生一起互動式理解并掌握，提高教學效果。例如：通過舉例方式講解匯編語言程序設計基本方法，通過課件顯示例題題目內容可節省傳統板書書寫時間，對設計題目分析時，通過課件以動畫的形式生動地展示程序流程圖，以流程圖為依據進一步采用傳統板書的方式引導學生一起在黑板上依次書寫一條條的指令，完成程序設計，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。

由于該課程在學科專業體系中承上啟下，課程內容與數字電子技術息息相關，在授課過程中要注重相關課程的銜接。例如：講授總線概念時，可聯系數字電子技術課程中講授的三態門采用分時工作的工作方式，主要應用在計算機總線中；講授存儲器擴展時，聯系數字電子技術課程中講授的半導體存儲器的相關概念；講授定時/計算器時，聯系數字電子技術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采用補碼形式可將符號位直接參與運算，結果仍為補碼形式表示時，可進一步拓展到數字系統中有符號表示和運算均采用補碼形式。此外，課程內容自成體系，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習的知識點相關，我們就引導學生翻到教材學過的相關知識點位置，將前后知識點有機結合起來，幫助學生形成完整的課程體系。

由于課程部分內容較為抽象、難以理解，在講授相關內容時，還可采用比喻的方法用日常生活中相似的事例進行類比，將抽象內容形象化、生動化，讓學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學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“執行主程序”，“學生舉手”類似于“中斷請求”，“教師請學生提出疑問”類似于“中斷響應”，“學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，“學生提出疑問前的授課進度和內容”類似于“中斷的斷點”，學生通過這樣的類比可以更好地理解和掌握中斷的相關概念。講授“MOV”傳送指令時，可用學生在課堂上抄作業進行類比。講授空操作指令“NOP”時，可拿學生在課堂上打瞌睡作類比，類比過程引來了學生哄堂大笑，活躍課堂氣氛的同時，也提醒部分學生要遵守課堂紀律，不要在課堂上虛度光陰。

2.2 注重實驗實踐環節

本課程是實踐性和應用性非常強的專業基礎課，僅僅通過課堂教學來學習掌握基本系統概念、工作原理、設計原則和方法是遠遠不夠的，尤其在當今大力提倡以培養創新能力為核心的素質教育中，為滿足經濟社會發展對高素質創新型人才的需要，必須將理論和實踐緊密結合起來，用理論指導實踐，用實踐強化理論。因此，教學雙方都要注重實驗實踐教學環節，正確合理地設計實驗課程內容，并采用探究式教學方法，以教師為主導、學生為主體，調動學生的積極性，挖掘學生的學習潛力，變被動接收為主動探求，“做中學，學中做”，做到學以致用、活學活用。

實驗課程采用層次化的實驗實踐內容體系，分成基礎實驗、系統綜合實驗和課程設計實踐三個層次。基礎實驗內容包括：軟件開發環境和簡單程序設計，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。通過基礎實驗逐步掌握單片機的定時/計數器、中斷、串行通信、系統擴展、接口技術等功能，在實驗過程中偱序漸進地引導學生采用C語言進行程序設計。以簡易數字時鐘設計為題進行系統綜合實驗訓練，讓學生將基礎實驗中掌握的單片機各功能模塊組成完整系統，建立單片機系統整體概念，學會站在系統的高度分析和解決問題，初步具備單片機系統的設計和實現能力。通過以上兩個層次的訓練后，學生有了一定的理論基礎以及實踐能力，則進入課程設計實踐環節。學生通過課外時間自行選擇課題，獨立完成相關軟件和硬件的設計，要求設計實物系統測試驗收，訓練學生自主解決問題的能力和創新能力。

由于實驗項目設計來自實際應用課題，使得實驗課程更接近實際應用。設計性、綜合性實驗占85%，要求根據任務，做好預習，根據參考方案或自行設計硬件電路，編寫相應的程序。每位學生獨立完成軟硬件的調試，做好實驗記錄并由指導教師檢查后簽字確認。每個實驗結束后，要求學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、結果分析等。

3課程教學目標探索

將傳統的微機原理與接口技術和單片機原理與應用課程合二為一后，為了能夠實現為后續課程學習奠定較強的微機系統理論基礎并掌握單片機系統原理和具備單片機實際應用開發能力的教學目標，我們還需要進一步探討教學過程中“教到什么程度與學到什么程度”的問題。

微機系統理論基礎是原理性的，傳統的微機原理課程基于8/16位微處理器展開，而由于技術不斷發展，當代微處理器已進入64位的時代，教學內容與實際應用之間存在巨大的脫節。盡管技術在不斷變換，但是從計算機面世以來，基本原理沒有發生太大的改變，從馮•諾依曼結構提出到現在已有幾十年，即使技術工藝有了翻天覆地的變化，但體系結構沒有發生本質改變[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和嵌入式計算機系統這兩大分支的共性，以共性為基礎建立微型 計算機系統軟硬件體系架構，并了解微型計算機技術的發展趨勢，為后續課程的學習奠定理論基礎。然后學習比較容易入手的單片機原理及應用的相關內容：一方面，通過理論教學與實踐教學相結合，掌握51系列單片機應用系統的軟硬件設計及調試方法，掌握單片機開發工具的使用方法，鍛煉和提高學生的工程實踐能力，為新型單片機的學習和應用打下基礎；另一方面，通過具體型號的單片機內部結構、工作原理和應用開發的學習，夯實微型計算機系統軟硬件體系架構的理解，掌握微型計算機系統學習的一般方法，用于后續課程的學習。

此外，隨著編譯技術的進步，現代計算機系統中的軟件大多采用高級語言編寫，僅少量引導代碼采用匯編語言編寫[5]。因此，在課程中，對于51單片機指令系統和匯編語言程序設計的教學只需要服務于幫助學生更深入地理解和掌握單片機的硬件結構和高級語言程序的相關原理就足夠了，之后，引導學生轉入高級語言的學習，從而在軟件編程時做到得心應手，能夠編寫出高效的軟件程序。

第6篇：計算機系統基礎知識范文

    1.考試要求:

    (1)熟悉計算機系統和常用I/O設備的基礎知識;

    (2)熟悉計算機主要部件及其功能的基礎知識;

    (3)了解操作系統的基礎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、計算機網絡和數據庫系統的基礎知識;

    (6)熟悉電子商務理念、發展階段、特點以及基本運作方式;

    (7)熟悉網上交易過程,了解網上支付、支付工具和支付系統基礎知識;

    (8)掌握C與Java語言的編程基礎知識;

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

    (10) 掌握VBScript或JavaScript腳本語言,掌握ASP和JSP動態網頁制作技術;

    (11)掌握電子商務網站建設和網頁設計的基本方法;

    (12)掌握網站運營維護與管理的基礎知識和基本操作方法;

    (13)熟悉信息安全的常識,熟悉電子商務安全技術的基礎知識;

    (14)了解電子商務有關的法律、法規要點,熟悉電子商務從業人員職業道德要求;

    (15)能閱讀和理解相關領域的簡單英文資料。

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

    3.本考試設置的科目包括:

第7篇：計算機系統基礎知識范文

關鍵詞:計算機組成原理;實驗教學;可編程器件;實驗評價

計算機組成原理課程是計算機學科的一門專業基礎課,主要內容包括計算機構成及其各個部分如何協調工作[1]。在整個計算機專業課程體系中,計算機組成原理是起著承上啟下的作用[2-3],它以數字邏輯課程為基礎,而自身又是計算機系統結構、編譯原理、操作系統等課程的基礎。同時計算機組成原理又是一門與實踐結合很緊密的課程,課程實驗一直是教學中的一個重點,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“計算機組成與結構課程群”的實驗教學研討會,會上討論了國內實驗教學的進展和不足,本文立足于此次會議,結合各校的實驗教學環節,以計算機組成原理課程為例,對實驗教學進行研究。

1課程設置

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

為了解決這些問題,一些學校在課程設置上學習了國外大學的做法,開設了一門計算機入門性質的課程,如清華大學和中國科技大學開設了計算機系統導論課程,課程系統地介紹了計算機專業的一些入門知識:最底層的器件邏輯門電路微結構指令集結構程序算法問題域。這樣,學生對計算機有了概括性的基礎知識,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,讓學生在學習理論課的同時完成實驗,這樣做的好處是讓學生能夠將理論學習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(如處理器設計)只能被安排在學期后段,學生需要短時間內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的更大規模的課程設計型實驗,需要學生掌握系統結構、編譯原理、操作系統等課程的知識,也需要更多的實驗課時,為此,一些學校開設了專門的計算機綜合實踐課程,如東南大學的計算機系統綜合課程設計、中國科技大學的計算機系統原型設計等,這些課程綜合了計算機學科多方面的知識,以計算機組成原理為實驗基礎,進一步拓展了實驗的領域。

中國科技大學華夏班在課程設置上參考了國外大學的一些方案,面向計算機系統結構學科發展前沿,強調前瞻性、先進性和實踐性,探索出了計算機組成課程群課程設置(見表1)的新方向。

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

2實驗設置

目前國內的計算機組成原理課程實驗都已經逐

漸向處理器設計這一方向靠攏,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校課程實驗設置情況。

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

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,根據學生能力的不同安排不同層次和難度的實驗,充分發揮學生的主觀能動性,在實驗內容和形式上不斷創新,同時也激發了學生的興趣,實驗樣式也不再呆板和單調。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;還需要學生掌握硬件描述語言和相應的EDA工具軟件,這些就需要對課程內容進行適當的調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,其好處是指令系統成熟,格式規整,有很好的技術和文檔支持。使用這類的指令系統,學生能夠更好的掌握和理解,設計出來的處理器結構也更加規范,而且有很多相應的設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容,就需要相應的編譯器等工具的支持,MIPS指令系統在這一點有很大的優勢,有了這些工具開發難度能夠大大降低。因此目前來看采用MIPS指令系統是一個很好的方案。不過這樣也有一些缺點,采用統一的指令系統限制了學生在指令系統設計上的靈活性,使得設計出來的處理器過于類似,過多的設計資料也使得學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用到實驗之中[5]。由于各個學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、高速緩存等內容加入了教學計劃中,實驗中也相應的加入了這些內容;同時MIPS指令系統能夠很好的支持流水線的設計,現有的資料和教材大多也是圍繞著流水線處理器設計展開的,因此流水線處理器的設計已經成為了各個學校實驗的基本內容。在清華的計算機組成原理實驗中并沒有規定一定要實現流水線,要求學生完成多周期或者流水線處理器的設計,僅過幾輪實驗教學,學生普遍選擇了流水線處理器的設計,因為多周期處理器的設計并不比流水線處理器設計簡單很多,而且相應的設計資料較少。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容,比如編譯、操作系統等內容。這些內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,學生會投入太多的精力在這些內容上,組成原理實驗還是應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容,只有少數能力較強的同學在完成了基本內容后,才值得鼓勵去做這些事情。

4) 實驗規模較大,需要多個同學分工協作來完成。在以往的計算機組成原理實驗中大多數是以驗證性的實驗為主,學生往往可以獨立完成,但是處理器設計這一類的實驗單靠個人完成對學生的壓力太大,這就需要學生組成一個駝隊來完成實驗,這樣不僅能夠減輕學生的工作量,還可以培養他們團隊協作的能力。一個團隊規模控制在2～3人比較合適,人數太多會造成有人懈怠,達不到實驗目的。

3實驗管理和評價

由于計算機組成原理實驗內容和形式的更新,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模式,學生根據實驗室安排的實驗內容和時間來完成規定的實驗;現在則是實驗室根據學生的實驗進度和需求,提供相應的實驗支持,包括設備、場地以及人員等。

以清華大學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一完成,幫助學生熟悉軟件工具和實驗設備,然后再安排課程大實驗。大實驗過程中會將實驗設備發放給學生,讓學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,目的是能夠更好的掌握學生目前的實驗情況,控制實驗進度和解決學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督進度,協助和督促學生完成實驗。

由于實驗內容和形式的變化,實驗已經不能簡單的通過檢查實驗數據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,首先會提供一套標準的測試程序,通過這些程序來檢查實驗結果是否正確;然后學生需要針對自己的處理器提供自測程序來體現自己設計的處理器的特點,這些測試都是需要教師或助教現場檢查的,檢查的同時會詢問他們在設計及實現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象、工作量分配是否合理。對于完成較好或者有所創新的小組給與加分獎勵[7],并鼓勵其在實驗總結課上展示自己的成果。將這些匯總然后結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結語

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

參考文獻:

[1] 王誠,劉衛東,宋佳興. 計算機組成與設計[M]. 北京:清華大學出版社,2008:6-7.

[2] 羅克露,譚華,單立平. 計算機組成原理實驗改革探索[J]. 實驗科學與技術,2004(3):57-59.

[3] 郝秉華. 結合EDA 的計算機組成原理實踐教學探究[J]. 內蒙古科技與經濟,2009(11):103-104.

[4] 葉雪軍,唐建宇,熊威. 基于EDA 的計算機硬件課程實踐教學的研究[J]. 計算機教育,2007(7):90-93.

[5] David A.Patterson,John L.Hennessy. 計算機組成與設計:硬件軟件接口[M]. 北京:機械工業出版社,2006:368-383.

[6] 王誠,劉衛東,宋佳興. 計算機組成與設計實驗指導[M]. 北京:清華大學出版社,2008:12-48.

[7] 馬明濤. 計算機組成原理課程的實踐教學方法初探[J]. 山西財經大學學報,2009(11):21.

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：計算機系統基礎知識范文

關鍵詞：專業感知；實驗教學；實驗平臺；電路板制作

0 引言

當今，軟件產業蓬勃發展，社會對軟件工程人才需求旺盛。2011年9月，國務院學位委員會了新增軟件工程為一級學科的通知，此項措施充分體現了國家對軟件產業發展的重視。2012年，北京聯合大學新增了軟件工程專業，培養符合軟件工程產業發展需求的軟件工程技術與服務應用型人才、具有計算機系統背景的軟件工程專業人才，并制定了“軟硬結合”的特色培養方案。

軟件工程專業要培養學生掌握計算機科學專業基礎和軟件工程綜合實踐能力，鼓勵學生在實踐中自主探索和思考。專業感知與實踐課程是軟件工程專業第一學期開設的專業基礎課，為提高低年級學生對專業的認識，激發學生對專業學習興趣而設，以“感知專業、實踐創新”為目標。文獻[5]提出專業感知課程的教學內容為c語言與移動應用開發相結合，讓學生了解到c語言在移動平臺上的應用，調動了學生學習積極性和創造性。國內高校開設專業感知與實踐課程的較少，為培養低年級的實踐能力，很多高校開展了相關教學研究。文獻[6]在實驗教學方法上進行了改革探索，提出了任務驅動、案例驅動、項目驅動的實驗教學模式。文獻[7]介紹了程序設計基礎課程的實驗教學改革。文獻[8]以電路原理實驗課程為例，探討了為培養創新意識和創新能力，實驗教學改革與實踐的出發點與落腳點應該從低年級開始。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。

已開展的實踐教學研究為軟件工程專業的專業感知與實踐課程建設提供了重要參考。2009年，北京聯合大學信息學院開設專業感知與實踐課程，課題組教師研制的實驗平臺用于低年級的專業基礎教育。實驗平臺的研制正是專業基礎教學內容上的創新，實驗平臺幫助學生在實踐中循序漸進地感受和領悟計算機指令的運行機理，掌握問題求解的基本方法，訓練學生運用計算機系統的思維方式分析和解決問題，為將來從事嵌入式軟件開發奠定基礎。

1 課程定位與目標

計算機科學是軟件工程學科的一個重要基礎，軟件工程專業第一學期開設專業感知與實踐課程正是要培養學生對計算機系統的基本認識和計算思維能力。教學內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。本課程為后續程序設計基礎、計算機組成原理等專業課的學習作好鋪墊，為將來從事基于計算機系統或嵌入式軟件開發奠定基礎，實現“感知專業、實踐創新”的目標。

2 實驗平臺設計

以應用型本科人才的培養為主線，以提高學生認知專業知識為導向，我們采用分模塊、任務驅動的教學方式，培養學生的實踐動手能力；設計了6組基礎實驗，分別為開關電路、與門電路、或門電路、計數器電路、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的內部運行機理，難度循序漸進，詳情見表1。

教師根據實驗內容，自主研制了電路板，如圖1所示。學生在了解電路工作原理的基礎上，動手焊接實驗，完成電路板制作。

以與門電路為例，介紹實驗平臺的設計原理。實驗目的是讓學生掌握邏輯“與”的概念，了解如何用硬件實現“與”操作。與門電路由二極管或集成電路構成（見圖2），平臺采用復用方式將這兩種電路結合起來。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。當開關SW1、SW2都接高電平時，加在電阻R2上的電壓為高，三極管T1導通，發光二極管L27亮。開關SW1、SW2只要有一個接低電平，T1不導通，發光二極管L27不亮。學生通過焊接，掌握硬件實現“與”操作的不同方法。

同時，對比C程序設計中“&&”語句實現的“與”操作，使學生了解軟件開發中有些任務用硬件或軟件均能實現。

3 實驗平臺應用

實驗平臺自2012年正式應用，受到學生的好評。實驗內容包括原理和操作方法等計算機系統的基礎知識和電路板制作實驗。從基本與、或關系，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。由于是低年級學生，對焊接實驗的注意事項、基本步驟、具體手法、焊點質量及檢查等內容也要介紹，保證實驗順利完成。

電路、元件和焊接技術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。在了解了開關電路、與門電路、或門電路、計數器電路、寄存器電路、運算器電路的原理基礎上，小組成員分工，每人都要有明確的任務。學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。

實驗平臺的應用，具有較強的操作性，增強了課程的趣味，提高了學生對專業的認識。實驗中，學生操作認真，互幫互助，充分調動了積極性，培養了團隊合作意識。實驗平臺幫助學生理解數字邏輯、數據的機器表示、數制轉換、存儲原理、指令執行等計算機系統的基礎知識，尤其是二進制，二進制是計算機系統的基礎，以前僅通過書本學習，學生對數據的進位、溢位等概念理解不深。平臺中的計數器、運算器實驗，將二進制加減運算、進位、溢位、存儲、進制轉換等從設計原理到硬件實現進行了直觀展示，幫助學生透徹理解，對后續程序設計基礎、計算機組成原理課程的學習提供幫助。

從具體的操作實驗中理解基本知識、基本理論，較傳統的書本傳授要更形象更生動。學生在興趣的激發下，樂于動手，積極思考。課程有助于創新能力的培養并為后續專業課的學習奠定良好基礎。

4 結語

電路板制作實驗平臺是為軟件工程專業低年級學生開設的專業感知與實踐課程而研制，設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，學生邊做邊學，充分調動了學習積極性，課堂效果良好。實驗平臺是培養具有計算機系統背景的軟件工程人才的一個探索，為類似課程的實踐教學開辟新的思路。

參考文獻：

[1]熊偉，洪玫.大學本科軟件工程專業建設的探索與實踐[J].理工高教研究，2010，29（1）：59-61.

[2]王薇.軟件工程本科教學研究[J].計算機教育，2008（24）：96-97.

[3]李紅梅，張紅廷，盧葦.面向能力培養的軟件工程實踐教學體系[J].高等工程教育研究，2009（2）：84-87.

[4]馬燕，張根耀，王文發.軟件工程實驗教學模式改革與實踐研究[J].教育與職業，2006（36）：149-150.

[5]劉暢，孫連英，商新娜，等.應用型大學“專業感知”課程教學研究與實踐[J].北京聯合大學學報：自然科學版，2012，26（2）：71-73.

[6]彭晏飛，沈學利，張全貴。計算機軟件系列課程實驗教學研究與實踐[J].實驗技術與管理，2012（4）：173-175.

[7]孫慧然，劉剛，孫靜波.“程序設計基礎課”理論與實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2012（4）：299-300.

[8]孫盾，姚纓英，范承志.實驗教學環節與創新能力培養[J].實驗技術與管理，2012，29（5）：28-30.

[9]讓世美，王道充.LED屏幕實驗平臺研制與建立[J].實驗技術與管理，2012，29（8）：67-69.

第9篇：計算機系統基礎知識范文

計算機應用基礎教學是中職院校之中的一門公共基礎課程，教學目標是培養學生計算機基礎掌握能力，但是由于不同專業學生存在不同知識結構差異，因此多數中職院校計算機應用基礎課程教學開展并不順利，為了能夠實現更好的教學效果，教師必須不斷的加強計算機應用基礎教學特征研究，采用多樣化的教學方法，這樣才能更好的滿足學生學習發展。

一、生活比喻教學，加深知識理解

中專計算機應用基礎知識具有一定的抽象性，很多知?R都是虛擬網絡名詞，因此很多學生難以理解接受，這無疑對中專計算機應用基礎教學效率造成了一定的影響，而生活比喻教學，主要是指教師將一些深奧復雜的計算機理論知識，用通俗易懂的比喻方式講解出來，并結合一些生活實際例子，從而加深學生中專計算機應用基礎理解。如在學習“計算機系統組成”這節課程時，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、內存就好比計算機的血液、顯卡就好比計算機的視覺系統、硬盤就是計算機的大腦記憶神經、顯示器就是計算機的眼睛，鼠標、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，學生很容易就會理解計算機系統的組成，這也是中專計算機應用基礎教學中的一種可行的多元化教學方法體現。

二、合作探究教學，激發學習熱情

在教育教學改革不斷推進的過程中，有越來越多的專家學者認識到知識并不是通過教師傳授習得的，而是通過學習者主體知識構建得到，這也被稱之為構建理論主義，而合作探究教學就是在構建理論主義下衍生出的一種教學方法，實現了以教師為中心到以學生為中心的過渡，更加突出學生主體作用，學生不是在外部刺激下被動學習，因此更有助于激發學生學習熱情。因此在今后的中專計算機應用基礎教學，教師也應該轉變以往的觀念認識，進行合作探究中專計算機應用基礎教學。如在學習“計算機WIMP界面”教學知識時，教師就要改變以往埋頭苦干的教學方式，發揮學生的主體作用，為學生設置相關問題，讓學生以小組為單位展開合作探究，從而讓學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，這樣突出學生主體作用的課堂，更有助于學生學習熱情激發，是多元化教學的一種體現。

三、創設情境教學，提高教學效率

中專計算機應用基礎教學，離不開教學環境與教學氛圍的依托，而在傳統的課堂教學中由于不能為學生提供實際情境所帶有的生動性和豐富性，因此教學效率并不理想，為此在教學改革不斷推進的過程中，情境教學備受教育學者推崇重視，在今后的中專計算機應用基礎教學應用情境教學法，也是多元化教學的一種體現。如在現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，在教學過程中，教師只需點擊多媒體服務器，就可以為學生進行音頻或者視頻播放，從而讓學生走入到相應的教學情境之中。除此之外，還具有CAI課件和實踐操作演示功能，學生可以在這種交互式的環境之中，更好的感受計算機技術的奇妙與強大，從而在這些生動的情境之中，更好的學習中專計算機應用基礎知識，這樣的多元化教學方式將成為教學效率的依托與保障。

四、任務驅動教學，提升實踐能力