计算机系统基础知识精选(九篇)

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第1篇：计算机系统基础知识范文

摘 要：随着社会经济的快速发展，环境问题日渐突出，大量的污水处理厂和各种污水处理工艺应运而生，为保证污水处理系统高效运行，同时根据进水水质适当调整系统运行参数，故此在设计中采用了PLC自动控制系统。该系统的应用，提高了污水处理工艺运行的稳定性和便利性，实现了污水处理工艺的半自动、全自动监控，具有十分重要的推广意义。

关键词：计算机控制系统;污水处理;自动控制

1 项目背景

伴随着人们对环境的关注度越来越高，大量的污水处理厂和各种污水处理工艺应运而生，有物理法、化学法及生物法等。而在污水处理运营中存在着各种各样的问题。例如：现场设备出现问题没有能立即反馈;加药量不准，造成药剂浪费或效果不明显等等。在时间上，不能做到快速反应，及时解决问题;在人力上，需要大量人员巡视现场;在经济上，药剂投加过量或者过少，直接造成成本过高或水质不达标。

为保证污水处理系统高效运行，同时根据进水水质及其他外界因素适当调整系统运行，提出设计一套关于污水处理厂从污水收集、处理到排放全过程控制的智能化、自动化，保证排放水质达标的计算机自动控制系统。

2 技术方法

（1）根据污水处理厂的实际运行工艺，确定计算机自控系统的工作模式。污水厂关键设备及管路的阀门均设置手动及自动两种工作模式，在自动工作模式下，设备的启停和控制阀开闭均依照预设程序所定制的流程自动运行，无须人工干预。采用在线溶解氧检测仪控制风机曝气的输入量，监测到氧含量低于设定值时，则自动曝气;氧含量达到标准值并维持运行设定时间后，则曝气结束。各结构单体均采用液位控制仪在PLC预设程序的控制下进行自动进水及排放。

（2）通过试验分析，优化各设备的工作参数。合理调整污水处理工艺运行参数，进行对比试验，找出运行参数的优化数值。

（3）建立自控系统模型，设计自控系统。自控系统拟采用集中控制，分散控制的集散型系统。整个系统由主控级，现场控制级和就地控制级三层结构，利用DP总线通信，实现对生产过程的控制。

（4）编制程序，设计自控系统软件。自动控制软件的设计主要包括污水厂各工艺流程段的操作、监视和控制。可进行系统功能组态、监视报警、参数的在线修改，同各PLC站（I/O站）进行通讯，收集检测信息、运行状态，并进行汇总、运算、处理、报警、故障分析等。

（5）进行系统试验、改进调试，完善整套系统。

3 技术方案

根据就近采集和单元控制为划分区域的原则，由检测控制系统--现场控制站（LCS），对污水处理设备进行分散控制;再由中心控制系统--中心控制室，对全厂实行集中管理。各现场控制站与中心控制室之间由DP总线（或以太网）进行数据通信。在生产管理区有相应数量控制对象（设备和仪表），采用线缆与现场控制站连接，组成工厂计算机综合管理控制系统。系统设计从工艺流程出发，实现对生产过程的自动控制。控制系统设计为主控级、现场控制级和就地控制级三层结构。

第一层为主控级，位于中心控制室内。一般污水厂内设中心控制室一座，建于综合楼内（面积150平方米左右）并设维修间、资料室等附属房间。内设两套监控管理计算机操作站、两套数据服务器、通讯装置和不间断电源，主要完成对污水厂各工艺流程段的集中操作、监视和控制功能。

第二层为现场控制级，即PLC控制站。各现场控制PLC采用抗干扰时序双机热备型控制器，对上它们在中央控制管理计算机的协调下运行，并传送数据，对下它们分别承担本区域的数据采集和自动控制功能，即使中心控制室的计算机发生故障，它们也能独立运行。

第三层为就地控制级，主要应用在设备调试、设备维护阶段。

（1）机械格栅自动控制系统。对粗格栅设置三种控制方式液位控制、时间控制、手（自）动控制。

在粗格栅前后设超声波液位计，根据液位计测得的格栅前后水位差值自动控制机械格栅的运行时间，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。当格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转为时间控制。PLC系统将根据软件程序自动控制栅渣螺旋输送机、机械格栅的运行先后顺序。

（2）提升水泵自动控制系统。在提升泵房设超声波液位计，根据液位计测得的泵房水位值自动控制多台水泵的启停。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC系统将按程序自动增加水泵的运行台数;相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，系统将按程序自动减少水泵的运行台数。

（3）风机曝气量自动调节。生化系统曝气量首先通过溶解氧仪检测生物池的溶解氧，用空气流量计检测空气管路的流量，根据溶解氧值和空气流量调节生物池空气管路上的电动调节阀门，以调节生物池的进气量。通过控制管理系统可以设定溶解氧调节的参数值。

（4）回流污泥量的自动调节。为保证生物池中污泥混合液浓度在工艺要求范围内，采用回流污泥泵的变频运行控制方式。根据厌养段的污泥沉降比（SVI）测量仪的测量数值调节控制回流污泥泵的变频运行，实现进水量与污泥回流量的合理配比，从而保证生物处理的质量稳定性。还可通过控制系统的操作面板设定回流污泥比例和回流泵的变频控制参数。

4 实施效果

本系统已成功应用于蠡县污水处理厂，日处理污水3万吨，控制准确、可靠、有效，灵敏度可调;管理运行，自动化程度达90%以上，减少操作员工62.5%以上，基本达到现场无人值守。污水处理厂系统可实现溶解氧和污泥浓度在线控制，实时调节风机曝气量的大小和剩余污泥泵的运行时间，使污水处理费用低于0.20元/t，自动化控制系统应用达到了国内领先水平。不仅有效地改善了排放水质，每年还可节省支出费用32.08万元。

5 社会和经济效益

通过使用计算机控制系统，市、县级污水处理厂可提高自动化程度90%以上、控制准确、快速有效，大大提高了设备效率，减少人工操作60%以上，减轻人员劳动强度，减员增效;符合国家节能减排的政策。

第2篇：计算机系统基础知识范文

关键词：果蔬储藏；环境监控；系统模式；控制算法

中图分类号：x859 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150932006

引言

我国是一个生产和消费水果蔬菜等农产品的大国，对农产品、特别是水果和蔬菜的需求呈逐年上升的态势。据农业部统计，2012年我国水果产量达2.41亿吨，水果种植面积同比增加1.2%，产量同比增加5.7%；2012年，我国蔬菜总产量达到7.09亿吨，较上年净增加2953万吨。如此规模和上升势头的果蔬产业，亟需先进的储藏系统和设备确保果蔬的品质与长时间保存，而由于储藏技术不过关，每年我国果品腐烂1200万吨之多，蔬菜腐坏更是高达1.3亿吨，每年损耗金额达1000亿元以上。

果蔬储藏环境具有多因子性、多变性和非线性的特征。需要监控的环境因子有温度、湿度、氧气浓度和二氧化碳浓度等，监控系统的任务就在于测量影响因子的数值，根据既定的控制算法确定出被控量的控制量值，通过实时合理的调节环境因子，改善储藏环境，达到长时间保鲜储藏的目的。果蔬储藏环境的监控有3个不同的层次：人工监控、自动监控和智能监控[1]。3种方式中，人工监控属于最初阶段的方式，由于其诸多缺点，现已较少采用；自动监控是我国应用最多的果蔬储藏环境监控方式；智能监控方式处于研究水平的较多，实际投入实践的较少，但智能监控势必是未来的发展趋势，因其能更合理、精确与智能地对果蔬储藏环境实施监督和控制，使得储藏效果更好[2]。

1 果蔬储藏环境监控系统模式

1.1基于单片机的监控模式

整个系统以单片机为核心，按照信息流向和控制模块组成划分为：前向输入通道、控制面板和后向输出控制3部分，如图1所示。工作过程为：前端传感器采集储藏环境信息，经数模转换芯片传给单片机处理中心，单片机中存储了某种或某几种果蔬必需的储藏环境因子数值，将其与传感器实时采集的环境因子参数数值进行比较运算，输出的结果控制各个执行机构的动作[14]。单片机监控模式是集中式控制结构，单片机承担了所有的控制要求，一旦单片机出现故障，整个系统就会失去控制，因此对单片机性能要求较高。

单片机监控系统可以实现果蔬储藏环境的全局管理，操作简单、成本低廉，但可靠性较差、精度不高、故障率高，且自动化水平较低。

1.2基于PLC的监控模式

基于PLC，即可编程控制器的果蔬储藏环境监控模式由上位机、PLC、数据采集单元及驱动执行机构组成，模式框图如图2所示。上位机作为全系统的管理监控中心，负责统一管理；PLC作为控制核心，通过扩展模块，接受来自传感器的环境因子参数信息，实时处理数据并发送指令，经驱动执行机构调控储藏环境小气候，实现储藏环境的自动化监控。

PLC作为系统的控制核心，融合了计算机控制技术、通信技术、传感器技术和传统继电器技术，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高和适宜长期连续工作的特点。

1.3 基于CAN现场总线的系统模式

CAN（Controller Area Network），即控制器局域网，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，由德国博世公司于20世纪80年代中期开发。CAN总线的通信速率最高可达1Mbps，通信距离最远可达10km，总线上可挂接的节点数达110个，总线接口芯片支持8位、16位CPU。CAN总线通信介质为双绞线，用户接口简单，编程方便，可采取点对点、点对多点和全局广播的方式传送数据。

基于CAN现场总线的系统模式由上位机监控中心、现场控制器、传感器和执行机构组成，组网简单，成本适中，宜于进行大规模、多储藏室的监控，系统框图如图3所示。

1.4 基于网络的监控系统模式

基于网络的监控系统模式包括无线通信网络和Internet互联网络，无线通信网络可采用GPRS、3G、微波等方式实现远距离储藏环境参数数据的传输，Internet网络使得管理人员可以通过远程登录的方式在异地就可完成对储藏现场的操控，只要有Internet网络覆盖就可随时随地掌控果蔬储藏的情况。

该系统模式分解成五层结构，最底层为现场层，由控制器、传感器和驱动执行机构组成，采用总线拓扑结构，传感器负责采集环境因子参数数据，驱动电路芯片驱动执行机构调节环境参数，控制器接受控制指令完成控制操作；第二层为无线通信网络层，负责现场层采集的数据和上层发送的控制指令的传输；第三层是监控层，完成下层传输上来的数据的存储、显示、处理和控制决策的制定；第四层是Internet网络层，实现远程登录；第五层为Web客户层，通过浏览器远程访问监控现场，系统框图如图1.4所示。通过网络技术、无线通信技术实现的储藏环境监控系统管理的储藏室规模大、范围广，易于统筹，通过远程登录的方式能方便的了解到现场的实际情况，利于决策的制定。但是，此系统所需的软硬件多、技术要求高、成本高，实现起来有一定难度也是其不足之处。

1.5 基于Zigbee无线技术的系统模式

Zigbee是一种短距离、低速率无线网络技术，主要用于近距离无线连接。在2.4G Hz输出功率和良好信道环境下，传输距离可达100米，数据传输率可达250kbps，具有功耗低、可靠性高、可扩展性好等优点[5]。

基于Zigbee网络的系统模式由5部分组成：上位机监控管理部分、控制器部分、传感器节点、协调器网关节点和驱动执行部分，系统框图如图5所示[3]。

2 果蔬储藏环境监控系统控制算法

监控系统的硬件核心可以说是控制器，性能优良的控制器不仅能够出色完成预定的控制任务，而且还要消耗较少的能量，具有实时性好、效率高等特点。与此同时，系统还有一个软件核心，是人为设置的控制策略，即算法。好的算法可使得控制精度高，系统时延小，甚至具有智能。

2.1 模糊控制算法

储藏环境系统是一个受多变量影响的大惯性非线性系统，且有交连、时延现象，很难对这类系统建立精确地数学模型，也就不适宜用经典控制方法和现代控制方法实现控制。模糊控制不需要建立被控对象的精确数学模型，它是通过计算机执行人类用自然语言描述的规则，综合考虑各种环境参数完成控制任务。

模糊控制的基本思想是把专家对特定被控对象和过程的控制策略总结成一系列控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用于被控对象和过程。模糊控制的一般步骤如下：

定义模糊子集，建立模糊控制规则；

由基本论域转变为模糊集合论域；

模糊关系矩阵运算；

模糊推理合成，求出控制输出模糊子集；

进行逆模糊运算，判决，得到精确控制量。

模糊控制的一般结构如图6所示。

2.2 神经网络控制算法

神经网路是由简单处理单元，被称为“神经元”，构成的大规模并行分布式处理器，具有存储经验知识并使之可用的特性，特别适合于具有较高非线性和难于建立精确数学模型的系统的控制。神经网络通过学习过程，通常采用多组样本值进行训练的方式，从外界环境中获取知识，互联神经元的连接强度，即突触权值，用于存储获取的知识，经过多次有序的改变网络的突触权值，达到想要的设计目标。

神经元是神经网络的基本信息处理单位，由三种基本要素组成：突触、加法器和激活函数。每一个突触由其权值或强度作为特征，每个输入信号和权值相乘送往加法器；加法器用于求输入信号被神经元的相应突触加权的和；激活函数用来限制神经元输出的振幅，神经元模型图如图7所示。

2.3 模糊神经网络控制算法

模糊算法与神经网络算法的共同点在于处理和解决问题时都不需要对象的精确数学模型。但一般来说，神经网络不能直接处理结构化的知识，它需用大量的训练数据，通过自己学习的过程，并借助其并行分布式结构来估计输入输出的映射关系。模糊算法可以直接处理结构化的知识，也就是由专家给出的“规则”，因其引入了“隶属度”的概念，使得“规则”可以数值化。模糊算法与神经网络算法的结合，能将神经网络的学习机制引入模糊控制中，使模糊控制也具有自学习、自适应的能力，使神经网络借助大规模的并行分布式处理结构完成模糊的推理过程，构建一个带有人类感觉和认知成分的自适应系统。神经网络结合模糊控制，它“不知不觉“中向训练数据学习，产生、修正并高度概括输入输出之间的模糊规则，并利用神经网络自适应的产生和精炼这些规则，然后根据输出模糊集合的几何分布及由过去经验产生的模糊规则推理得出结论。神经网络与模糊控制的融合方式如图8所示。

2.4 模糊PID控制算法

常规PID算法具有原理简单、实现方便的优点，广泛应用于过程控制领域， PID算法适于简单的单输入、单输出线性系统的控制，稳态性能好，但动态性能较差，且容易产生超调，抗干扰能力差，对于非线性、时变、大滞后和参数难以实现在线整定的系统有难以克服的局限性。模糊控制算法鲁棒性和动态性能较好，自适应性强，对参数变化不敏感，能较大范围适应参数变化，对于非线性时变滞后系统而言，有较好的控制效果，考虑到果蔬储藏环境条件的多变性，可将二者控制算法结合实现稳定、高效、可靠地监控。

模糊PID算法的实现由模糊参数调节器和标准PID控制器共同完成。模糊参数调节器以误差e和误差变化率 作为输入，PID参数KP、KI、KD作为输出，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，运行过程中不断检测e和，不断对三个参数进行修改，从而达到良好的控制性能。模糊PID原理图如图9所示。

3 结语

针对目前我国果蔬储藏业的现状，本文综述了可应用于果蔬储藏环境监控的五种系统模式和四种控制算法，用于改善果蔬储藏的条件，较少储藏损失，提高储藏品质。五种系统模式各具特点，适用不同的应用场合，实现的难易程度不同，成本有高有低，根据我国现状可实现多元化的选择，形成多元化的应用格局。四种控制算法相较常规控制方法，有其独特的一面，一定程度上使得控制的可靠性和精确性更高，但实现上有其难度，需要综合考虑，谨慎选择。总之，对果蔬储藏环境监控系统及控制算法的研究，会越来越向着智能化和网络化两个方向发展，人为干预程度越低，自动化程度越高，则监控效果会更好。

参考文献

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[14] 孙鹤旭，林涛. 嵌入式控制系统[M]. 北京：清华大学出版社，2004.

[15] 王振明等. SCADA（监控与数据采集）软件系统设计与开发[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

第3篇：计算机系统基础知识范文

关键词：计算机科学与技术专业；素质教育；工程应用型人才；培养体系

2012年3月，国家教育部教高[2012]4号文件《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》强调了全面实施素质教育的重要性，把促进人的全面发展和适应社会需要作为衡量人才培养水平的根本标准，要求落实文化知识学习和思想品德修养、创新思维和社会实践、全面发展和个性发展紧密结合的人才培养要求。

要达到这样的要求，必须从多方面分析社会对专业人才的综合素质需求，设计完整的素质培养体系，实施全面教学改革，不断检验实施效果并进行调整改进，逐步形成提高教学质量的良性循环。

1.工程应用型计算机专业人才素质需求分析

近年来，我国出现了IT企业在计算机专业人才方面的严重缺乏与高校计算机专业应届毕业生就业率持续下滑相矛盾的现象。究其原因，是由高校培养的计算机专业人才与社会需求不一致造成的。

通过社会调查发现，目前我国IT界紧缺的是能胜任计算机系统设计、开发和推广应用工作的工程应用型人才。根据就业能力分析，社会需要的工程应用型人才需要具有包括专业知识、专业实践能力、社会能力等多方面的综合能力。在专业知识方面需要在掌握计算机学科基础知识、方法和技术的基础上，具有计算机系统建设能力。和应用能力；在专业实践能力方面需要在运用专业理论知识和方法解决实际问题的基础上，具有一定的知识、方法综合运用能力，以及针对工程实际的技术创新精神；在社会能力方面需要在具备语言表达能力、个性发展能力的基础上，具有团队精神和自主学习能力等综合素质。

2.培养体系设计

为达到工程应用型计算机专业人才综合素质培养的目的，在传统培养体系的基础上进行改革和扩展，构建了知识培养与能力培养相结合、课内培养与课外培养相结合的包括4条主线的综合素质培养体系，见图1。中间的两条主线是知识培养体系和实践能力培养体系，结合课程体系调整和课堂教学改革，实现加强计算机学科基础知识、方法和技术的培养；结合实验、课程设计、实习等实践教学环节的改革，着重解决知识、方法的综合运用以及计算机系统建设和应用能力的培养。两边为综合辅助体系，课外活动体系结合学生课外活动和专业竞赛组织，强化自主学习能力、创新能力、沟通能力、团队合作精神等素质的培养；教学管理体系针对其他3个体系实施管理。

其中的知识培养体系、实践能力培养体系分为4个层次：

第1层为通识教育平台，针对大学一年级学生。在知识培养方面以人文、社科、数学、自然科学等基础性综合素质培养为目的，为学生的全面发展和个性化发展打下扎实的基础。在实践能力培养方面从熟练掌握常用计算机应用软件人手，培养学生的计算机基本操作能力。综合辅助体系开展专业认知讲座、名师讲堂、企业专家讲座等形式的专业认知教育，并开展专业科普知识竞赛等课外活动，激发学生的专业兴趣。

第2层为专业素质平台，针对大学二年级学生。在知识培养方面以计算机科学与技术专业核心知识培养为主，为学生专业发展奠定扎实的基础。在实践能力培养方面以专业核心课程对应的实验课程，以及经典编程语言课程为主，为学生打下计算机系统建设实践能力基础。综合辅助体系开展专业兴趣小组活动和校内专业知识竞赛，促进学生专业知识的深入学习和综合运用，为后续的创新活动和创新竞赛作准备。

第3层为专业方向平台，针对大学三年级学生。在知识培养方面结合具体的专业方向知识开设专门课程，强化学生的个性发展能力。在实践能力培养方面围绕专业课程实验及特色开发工具构造实践模块，并以综合性实验、探索性试验、社会实践等多种方式加强学生计算机系统设计、开发能力，培养团队合作精神。综合辅助体系开展本科生科研参与、专业创新竞赛组织工作，促进学生探索精神和创新意识的形成，为其个性化发展准备条件。

第4层为能力提升平台，针对大学四年级学生。在知识培养方面以专业前沿技术发展知识更新为依据，形成动态调整的知识架构，实现持续适应社会需求的建设目标。在实践能力培养方面以计算机领域社会需求研发平台为依据开展校内实践教学，并广泛开展企业实习和项目开发实践，通过将毕业设计与企业实习相结合，促进学生接触社会需求、行业规范、国际标准，帮助学生提升就业能力、创新能力。

3.课程体系建设

计算机专业课程体系的建设首先要考虑计算机学科核心知识体系要求，其次应兼顾所设置的特色专业方向以及计算机技术发展和社会人才需求。

3.1从计算机学科核心知识体系出发，提取专业核心课程

第4篇：计算机系统基础知识范文

【关键词】计算机组成原理 课程体系 构建

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0247-02

一、课程建设中存在的问题

近年来，多数高等院校计算机科学与技术专业都以必修课的形式开设了“计算机组成原理”这门课程。虽然各院校讲授的内容各不相同，但是他们对该课程的性质、地位、作用及重要性都有了一定的认识。由于“计算机组成原理”课程覆盖的专业较多，因此各校在进行教学时在一些问题上还存在不同的认识，其中的有些问题还需要进一步探索。

二、课程的地位及作用

“计算机组成原理”是系统介绍了计算机组成与系统结构的基本原理、基本设计与实现方法。通过本课程的学习使学生对计算机的组成与系统结构有较全面的认识，使学生从理论和实践上掌握计算机系统的设计与开发的方法，进而提高学生进行计算机应用系统设计开发的能力，培养学生的综合素质。因此，“计算机组成原理”课程在计算机科学与技术专业及相关专业中具有举足轻重的作用。

三、课程体系的构建

（一）课程概述

本课程主要从计算机的基本概念、基本组成结构分析着手，对计算机各个基本组成部件及控制单元的工作原理进行讨论，分析计算机系统的一般特点，使学生掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是个基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。

（二）课程性质

适用专业类：高等院校计算机科学与技术及相关专业

授课时数：54学时

实践时数：18学时

先修课程：数字逻辑、数据结构与算法、C++语言程序设计。

（三）课程内容

本课程对教学内容的要求分为3个层次，分别是：“掌握”、“理解”和“了解”。对于要求“掌握”和“理解”的内容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和计算能力，有些内容还要求会应用。“掌握”比“理解”要求更高，有些知识必须熟记。对要求“了解”的内容应当知道基本概念和基本原理。“计算机组成原理”课程体系应由理论知识、实验两大部分组成。

1.理论知识

① 计算机系统概述 （4学时）。主要内容： 计算机系统软硬件的组成与层次结构、 计算机系统的设计技术与评价标准、 计算机的发展和应用。

②计算机的逻辑部件 （6学时）。主要内容：布尔代数的基础知识、 计算机中常用的组合逻辑电路、时序逻辑电路。

③数据表示、运算方法与运算部件 （10学时）。主要内容： 数字化信息编码、 计算机中数据的表示、转换和运算、 二进制乘法和除法运算、 浮点数的运算方法、 运算部件、 数据校验码。

④主存储器 （6学时）。主要内容： 主存储器概述、 读/写存储器、 非易失性半导体存储器。

⑤指令系统 （6学时）。主要内容： 指令格式与数据表示、 寻址方式、 指令类型与指令系统的兼容性、 RISC和CISC、 指令系统举例。

⑥中央处理部件 （6学时）。主要内容： 计算机的硬件系统、 控制器的组成、 微程序控制的工作原理、 流水线工作原理。

⑦存储器系统 （6学时）。主要内容： 存储器系统概述、 高速缓冲存储器、 虚拟存储器、 相联存储器和存储保护。

⑧输入输出系统 （6学时）。主要内容： 输入输出系统概述、 程序中断、 DMA输入输出方式、 通道控制方式、 总线结构、 外设接口。

⑨计算机系统结构 （4学时）。主要内容： 计算机系统概述、 多媒体计算机、超级流水线处理机和超长指令计算机、 计算机网络简述。

理论共54学时，3学分，成绩比例70%。

2.实验

通过做实验让学生加深对所学学科知识的理解和掌握，同时培养学生的动手能力和分析问题的能力，为后续课程的学习奠定基础。具体内容如下：①运算器实验（6学时）②存储器实验（4学时）③微程序控制器实验（2学时）④模型机组成与指令执行实验（4学时）⑤输入输出实验（2学时）。

共18学时，1学分，30%。

（四）课程的重点和难点

重点：掌握计算机的各个组成部件的工作原理。

难点：指令的执行和存储空间的扩充。

四、加强课程构建的具体设想及主要措施

（一）在教学环节中突出本课程的实践环节

“计算机组成原理”是计算机科学与技术类专业的一门重要专业基础课。本课程的学习将为学习“操作系统”、“微机原理”等后续课程和研制开发各种系统和应用软件打下扎实的理论和实践基础，因此可以将“计算机组成原理”课程的知识结构结合相应的实践环节来巩固并加深所需的知识点的理解。在教学过程中，即注重学生基础理论知识的掌握，也注重学生动手能力、设计能力的培养，使本课程在处理知识面的宽度和深度上，既满足作为基础课的要求又达能到课程突出实践环节的特色。

（二）教学方法的整改策略

实验教学分层次组织：以能力培养为宗旨，根据难度分为达到“实验设置基本要求”和“实验设置较高要求”的实验。教师根据学生情况分层次组织实验，既能掌握基础性实验，也能体验有一定难度的实验，使不同程度的学生都能从中受益，并提高学生的学习兴趣。

（三）教学手段的改进

“计算机组成原理”充分地利用了学校网络资源，将教学课件、教辅材料及习题集等资源上网，使学生方便地下载，了解本课程的教学安排、计划和要求、考试题型及考核方式，便于学生课下的复习自学、巩固知识点，并对学生课余主动学习提供了很大的方便。使用这样先进的教学手段，既提高了教学质量，又取得了良好的教学效果。

五、结束语

该课程体系是在分析和研究部分高等院校“计算机组成原理”课程教学实践基础上构建的，但是由于多数院校开设“计算机组成原理”课程授课的学生层次和研究方向、专业特色的不同，教学内容、教学方法、教学手段、实验环节等还处于探索阶段。因此其科学性、合理性和实用性有待实践的进一步检验和完善。

参考文献：

第5篇：计算机系统基础知识范文

1课程教学内容探索

专业知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成，专业知识体系分成学科基础知识体系和专业方向知识体系。电子信息类学科基础知识体系由电路与电子学知识领域、信号系统与控制知识体系、计算机知识领域和电磁场知识领域四个基本知识领域构成[1]。传统的微机原理课程作为计算机知识领域的专业基础课，与计算机文化基础、C语言、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术等先导课程联系紧密，同时又是单片机原理与应用、嵌入式系统与应用、DSP原理与应用、现代计算机体系结构、计算机网络与通信等后续课程的理论基础。该课程在上述学科前三个基础知识领域与电子信息类各专业方向知识体系之间起到承上启下的作用。

随着集成电路技术的迅猛发展，微处理器的发展也日新月异，其芯片集成度越来越高，内部结构越来越复杂，处理能力越来越强，已进入64位的微处理器时代。对于刚刚进入高校的本科生，如果直接学习32位、甚至64位的微机系统原理，需要掌握的相关背景知识太多，容易陷入技术的泥潭中[2]。而传统的微机原理介绍的16位的微处理器8086/8088及其相应的配套接口芯片早已退出应用舞台，造成知识点与实际应用存在较大的脱节，让学生产生学习这门课程没有用的错觉。虽然微机原理理论更系统，而单片机应用性更强，但这两门课程在内容上(原理与接口应用等)和形式上(指令系统和汇编程序设计等)具有较大的交叉，独立设课将不可避免地出现知识点的重复和各自重点的缺失。此外，尽管微机原理课程偏重于系统理论，但也是一门实践性很强的课程，需要通过实验实践来加深对系统理论的理解，以8086/8088为核心的实验平台缺乏实际应用背景，在学时较少的情况下实验教学效果较差，如果采用广泛使用的51系列单片机来合理地设计实验课程内容，实验将具有更强的实际应用背景，可以更有效地与系统理论知识协调互补，提升学生的学习兴趣，并引导学生进行课外动手实践制作，可更好地增强学生的实践能力和创新精神。为此，我校电子信息类专业将这两门课程合二为一，安排45学时的理论教学和20学时的实验教学。

由于各领域的应用需求不同，微型计算机系统形成了以PC机为代表的通用微型计算机系统和以单片机、ARM，DSP，SOC，SOPC等为代表的嵌入式计算机系统这两大分支。尽管这两大分支系统在外形上具有很大差异，但由于“本是同根生”，它们都是由基本的冯•诺依曼结构计算机工作原理演变而来，存在很多共同的知识点。因此，课堂教学应首先介绍计算机的基本原理：对数制与编码、计算机的基本组成逻辑电路、存储器等基础知识简要回顾，做好课程与数字电子技术课程内容的衔接；明确计算机系统在硬件结构组成上以运算器和控制器为中心引出系统总线配备存储器和输入输出设备，以指令系统作为软件基础明确计算机是按照给定程序，逐条执行指令从而实现特定功能，明确程序设计语言中的机器语言、汇编语言和高级语言这三大类型语言各自的特点和相互关系；硬件系统和软件系统有机组合在一起才能构成完整的微机系统，以计算机执行访问存储器或I/O设备程序过程举例说明微型计算机的基本工作过程和原理；从中断基本概念出发明确中断系统功能和中断处理过程，介绍中断程序的一般设计方法，从而明确计算机中断系统的原理。由于51系列单片机“麻雀虽小五脏俱全”，一个芯片包含了计算机结构中运算器、控制器、存储器和输入/输出5个组成单元，其知识相对简单，容易理解和掌握，而且有广泛的应用背景，比较容易进行各种系统设计实验，因此，学习计算机的基本工作原理后，可着重讲授51系列单片机原理及应用。通过对51系列单片机内部电路结构和工作原理的学习，辅以电源电路、复位电路和时钟电路建立单片机最小系统作为硬件平台；在软件基础方面，理解和掌握80C51指令系统中的寻址方式和指令的分类，掌握各条指令有序组合在一起实现特定功能的汇编程序设计方法，从而更深入地理解和掌握单片机的硬件结构，再偱序渐进地引导学生采用高级语言进行程序设计，实现与C语言课程内容的衔接；通过内部主要功能单元(定时/计数器、UART串行接口和中断系统)结构和编程应用、单片机系统扩展和接口的编程应用的学习，从软硬两方面综合实现单片机的实际应用。在学时允许的条件下，最后简要介绍微型计算机系统的原理与应用，加深计算机系统工作原理的理解，为后续课程学习奠定理论基础。

教学是教师的教和学生的学所组成的一种人类特有的人才培养活动。站上讲台，教师要明确教什么，帮助学生建立学科相关课程的体系结构，让学生明确所学课程在学科体系中的地位和作用，明确能够学什么。以上介绍可明确我校电子信息专业微机原理与接口技术课程改革后“教什么与学什么”的问题。

2课程教学方法探索

通过对课程教学内容的探索，课程重点讲授微型计算机系统架构及其基本工作原理、单片机工作原理和实际开发应用两部分内容，课程具有较强的理论性和应用性，课程内容比较抽象，如何提高课程教学效果，需要深入探索“怎么教与怎么学”的问题。

2.1 课堂授课方式探索

随着现代化多媒体教学方式的普及，传统的纯板书教学方式逐步被多媒体投影教学方式取代。这种 现代化的教学方式在声形结合、图文并茂地给学生带来不同的学习体验的同时，也显现出一定的弊端。通常情况下，教师在控制台讲解投影屏上的教学内容时，学生听到的讲解声音和看到的课程内容处于脱离状态，视觉和听觉难以集中[3]。此外，由于多媒体教学没有教师板书环节，课堂教学信息量增大，学生对课程内容思考时间变短，同时长时间盯着投影屏接受大量信息容易造成视觉疲劳，导致教学效果不佳，不具有传统板书教学方式中学生的视觉和听觉集中在教师板书区域，能够跟随教师板书节奏边听边理解的优点。因此，我们针对具体教学内容采用传统板书与现代化多媒体相结合的方式授课，不仅给学生带来图文并茂的学习体验，同时对于重点和难点知识，采用板书形式循序渐进地引导学生一起互动式理解并掌握，提高教学效果。例如：通过举例方式讲解汇编语言程序设计基本方法，通过课件显示例题题目内容可节省传统板书书写时间，对设计题目分析时，通过课件以动画的形式生动地展示程序流程图，以流程图为依据进一步采用传统板书的方式引导学生一起在黑板上依次书写一条条的指令，完成程序设计，然后将备课时在计算机上编辑好的程序源代码用仿真软件运行并通过投影仪展示程序运行过程。

由于该课程在学科专业体系中承上启下，课程内容与数字电子技术息息相关，在授课过程中要注重相关课程的衔接。例如：讲授总线概念时，可联系数字电子技术课程中讲授的三态门采用分时工作的工作方式，主要应用在计算机总线中；讲授存储器扩展时，联系数字电子技术课程中讲授的半导体存储器的相关概念；讲授定时/计算器时，联系数字电子技术课程中讲授的时序逻辑电路计算器的工作原理；讲授计算机中有符号数采用补码形式可将符号位直接参与运算，结果仍为补码形式表示时，可进一步拓展到数字系统中有符号表示和运算均采用补码形式。此外，课程内容自成体系，需注重课程前后知识点的连贯衔接，在授课过程中，只要讲授的新知识点与前面学习的知识点相关，我们就引导学生翻到教材学过的相关知识点位置，将前后知识点有机结合起来，帮助学生形成完整的课程体系。

由于课程部分内容较为抽象、难以理解，在讲授相关内容时，还可采用比喻的方法用日常生活中相似的事例进行类比，将抽象内容形象化、生动化，让学生更好地理解和掌握。例如：讲授中断处理过程可以用事例“正常讲课过程中出现学生提出疑问并解答完毕回归正常讲课”作类比。“教师正常授课”类似于“执行主程序”，“学生举手”类似于“中断请求”，“教师请学生提出疑问”类似于“中断响应”，“学生提出疑问以及教师解答”类似于“中断处理”，“回到正常授课”类似于“中断返回”，此外，“学生提出疑问前的授课进度和内容”类似于“中断的断点”，学生通过这样的类比可以更好地理解和掌握中断的相关概念。讲授“MOV”传送指令时，可用学生在课堂上抄作业进行类比。讲授空操作指令“NOP”时，可拿学生在课堂上打瞌睡作类比，类比过程引来了学生哄堂大笑，活跃课堂气氛的同时，也提醒部分学生要遵守课堂纪律，不要在课堂上虚度光阴。

2.2 注重实验实践环节

本课程是实践性和应用性非常强的专业基础课，仅仅通过课堂教学来学习掌握基本系统概念、工作原理、设计原则和方法是远远不够的，尤其在当今大力提倡以培养创新能力为核心的素质教育中，为满足经济社会发展对高素质创新型人才的需要，必须将理论和实践紧密结合起来，用理论指导实践，用实践强化理论。因此，教学双方都要注重实验实践教学环节，正确合理地设计实验课程内容，并采用探究式教学方法，以教师为主导、学生为主体，调动学生的积极性，挖掘学生的学习潜力，变被动接收为主动探求，“做中学，学中做”，做到学以致用、活学活用。

实验课程采用层次化的实验实践内容体系，分成基础实验、系统综合实验和课程设计实践三个层次。基础实验内容包括：软件开发环境和简单程序设计，I/O口输入、输出实验，中断、定时器实验；异步串行通信实验，D/A和A/D接口实验等。通过基础实验逐步掌握单片机的定时/计数器、中断、串行通信、系统扩展、接口技术等功能，在实验过程中偱序渐进地引导学生采用C语言进行程序设计。以简易数字时钟设计为题进行系统综合实验训练，让学生将基础实验中掌握的单片机各功能模块组成完整系统，建立单片机系统整体概念，学会站在系统的高度分析和解决问题，初步具备单片机系统的设计和实现能力。通过以上两个层次的训练后，学生有了一定的理论基础以及实践能力，则进入课程设计实践环节。学生通过课外时间自行选择课题，独立完成相关软件和硬件的设计，要求设计实物系统测试验收，训练学生自主解决问题的能力和创新能力。

由于实验项目设计来自实际应用课题，使得实验课程更接近实际应用。设计性、综合性实验占85%，要求根据任务，做好预习，根据参考方案或自行设计硬件电路，编写相应的程序。每位学生独立完成软硬件的调试，做好实验记录并由指导教师检查后签字确认。每个实验结束后，要求学生提交完整的实验报告，包括程序清单、电路原理图、测试记录、结果分析等。

3课程教学目标探索

将传统的微机原理与接口技术和单片机原理与应用课程合二为一后，为了能够实现为后续课程学习奠定较强的微机系统理论基础并掌握单片机系统原理和具备单片机实际应用开发能力的教学目标，我们还需要进一步探讨教学过程中“教到什么程度与学到什么程度”的问题。

微机系统理论基础是原理性的，传统的微机原理课程基于8/16位微处理器展开，而由于技术不断发展，当代微处理器已进入64位的时代，教学内容与实际应用之间存在巨大的脱节。尽管技术在不断变换，但是从计算机面世以来，基本原理没有发生太大的改变，从冯•诺依曼结构提出到现在已有几十年，即使技术工艺有了翻天覆地的变化，但体系结构没有发生本质改变[4]。因此，课程抛开具体的微处理器型号，把握通用微型计算机系统和嵌入式计算机系统这两大分支的共性，以共性为基础建立微型 计算机系统软硬件体系架构，并了解微型计算机技术的发展趋势，为后续课程的学习奠定理论基础。然后学习比较容易入手的单片机原理及应用的相关内容：一方面，通过理论教学与实践教学相结合，掌握51系列单片机应用系统的软硬件设计及调试方法，掌握单片机开发工具的使用方法，锻炼和提高学生的工程实践能力，为新型单片机的学习和应用打下基础；另一方面，通过具体型号的单片机内部结构、工作原理和应用开发的学习，夯实微型计算机系统软硬件体系架构的理解，掌握微型计算机系统学习的一般方法，用于后续课程的学习。

此外，随着编译技术的进步，现代计算机系统中的软件大多采用高级语言编写，仅少量引导代码采用汇编语言编写[5]。因此，在课程中，对于51单片机指令系统和汇编语言程序设计的教学只需要服务于帮助学生更深入地理解和掌握单片机的硬件结构和高级语言程序的相关原理就足够了，之后，引导学生转入高级语言的学习，从而在软件编程时做到得心应手，能够编写出高效的软件程序。

第6篇：计算机系统基础知识范文

    1.考试要求:

    (1)熟悉计算机系统和常用I/O设备的基础知识;

    (2)熟悉计算机主要部件及其功能的基础知识;

    (3)了解操作系统的基础知识及其安装与操作方法;

    (4)熟练掌握常用办公软件的操作方法;

    (5)熟悉多媒体、计算机网络和数据库系统的基础知识;

    (6)熟悉电子商务理念、发展阶段、特点以及基本运作方式;

    (7)熟悉网上交易过程,了解网上支付、支付工具和支付系统基础知识;

    (8)掌握C与Java语言的编程基础知识;

    (9)掌握HTML语言,了解XML语言,熟练掌握 Dreamweaver和FrontPage网页制作工具;

    (10) 掌握VBScript或JavaScript脚本语言,掌握ASP和JSP动态网页制作技术;

    (11)掌握电子商务网站建设和网页设计的基本方法;

    (12)掌握网站运营维护与管理的基础知识和基本操作方法;

    (13)熟悉信息安全的常识,熟悉电子商务安全技术的基础知识;

    (14)了解电子商务有关的法律、法规要点,熟悉电子商务从业人员职业道德要求;

    (15)能阅读和理解相关领域的简单英文资料。

    2.通过本考试的人员能理解计算机和电子商务基础知识;熟练使用常用办公软件;能按企业要求进行网站设计和网页制作;能对电子商务网站进行日常运行管理与维护;具有助理工程师(或技术员)的实际工作能力和业务水平。

    3.本考试设置的科目包括:

第7篇：计算机系统基础知识范文

关键词:计算机组成原理;实验教学;可编程器件;实验评价

计算机组成原理课程是计算机学科的一门专业基础课,主要内容包括计算机构成及其各个部分如何协调工作[1]。在整个计算机专业课程体系中,计算机组成原理是起着承上启下的作用[2-3],它以数字逻辑课程为基础,而自身又是计算机系统结构、编译原理、操作系统等课程的基础。同时计算机组成原理又是一门与实践结合很紧密的课程,课程实验一直是教学中的一个重点,各高校也很重视,在实验上投入了大量的精力。

2009年11月在南京召开了“计算机组成与结构课程群”的实验教学研讨会,会上讨论了国内实验教学的进展和不足,本文立足于此次会议,结合各校的实验教学环节,以计算机组成原理课程为例,对实验教学进行研究。

1课程设置

目前,国内大多数高校都将计算机组成原理作为第一门专业课程安排在数字逻辑课之后,主要内容包括:计算机系统的基本概念、指令系统、处理器组成(运算器、控制器等)、存储系统、输入输出系统、流水线技术等[1,4]。组成原理一般会安排在大二下学期甚至大三上学期,这样就不可避免地造成与其他专业课程同时开课,使得学生在没有掌握计算机组成之前就开始更高层次的专业课学习,这样无法体现计算机组成原理的专业基础课作用。

为了解决这些问题,一些学校在课程设置上学习了国外大学的做法,开设了一门计算机入门性质的课程,如清华大学和中国科技大学开设了计算机系统导论课程,课程系统地介绍了计算机专业的一些入门知识:最底层的器件逻辑门电路微结构指令集结构程序算法问题域。这样,学生对计算机有了概括性的基础知识,这样就可以避免课程安排的问题了,同时,教师在计算机组成原理课上就可以更加深入地介绍计算机的组成和工作原理了。

各校一般都在计算机组成原理课程中安排试验[4-5],课程的总课时中有专门的实验课时,让学生在学习理论课的同时完成实验,这样做的好处是让学生能够将理论学习和实验操作同时进行,加深对知识的理解,但是由于进度安排的问题,综合性的大实验(如处理器设计)只能被安排在学期后段,学生需要短时间内投入大量精力才能完成。对于一些无法单独在组成原理课程中实现的更大规模的课程设计型实验,需要学生掌握系统结构、编译原理、操作系统等课程的知识,也需要更多的实验课时,为此,一些学校开设了专门的计算机综合实践课程,如东南大学的计算机系统综合课程设计、中国科技大学的计算机系统原型设计等,这些课程综合了计算机学科多方面的知识,以计算机组成原理为实验基础,进一步拓展了实验的领域。

中国科技大学华夏班在课程设置上参考了国外大学的一些方案,面向计算机系统结构学科发展前沿,强调前瞻性、先进性和实践性,探索出了计算机组成课程群课程设置(见表1)的新方向。

从课程设置中我们可以看出实验在总课时和总学分中所占的比重很大,几乎占到了二分之一,并且计算机系统原型设计是一门实验课程,分为A和B两个部分,A为CPU设计,B为系统软件设计,二者结合起来就是一个完整的计算机系统原型。清华大学在课程设置上也与其类似,只是没有专门的实验课程,内容也简化很多,主要着重于计算机组成原理的相关内容。

2实验设置

目前国内的计算机组成原理课程实验都已经逐

渐向处理器设计这一方向靠拢,差别只在于实验的方式和难度。表2是参加此次会议的几个学校课程实验设置情况。

从表2可以看出,计算机组成原理课程的实验已经由以前的验证性部件实验逐渐过渡到处理器设计及计算机系统搭建这一层次上,具体体现在以下几个方面:

1) 使用可编程逻辑器件作为实验平台[2],这样能够大大提高实验的灵活性和可操作性,根据学生能力的不同安排不同层次和难度的实验,充分发挥学生的主观能动性,在实验内容和形式上不断创新,同时也激发了学生的兴趣,实验样式也不再呆板和单调。但是,这样需要有更加完善的实验评价机制,做到公平和公正;还需要学生掌握硬件描述语言和相应的EDA工具软件,这些就需要对课程内容进行适当的调整或者得到先修课程的支持。

2) 指令集基本上都是MIPS或者类MIPS的,其好处是指令系统成熟,格式规整,有很好的技术和文档支持。使用这类的指令系统,学生能够更好的掌握和理解,设计出来的处理器结构也更加规范,而且有很多相应的设计文档和实例可供参考;其次,如果想要进行更高层次的实验内容,就需要相应的编译器等工具的支持,MIPS指令系统在这一点有很大的优势,有了这些工具开发难度能够大大降低。因此目前来看采用MIPS指令系统是一个很好的方案。不过这样也有一些缺点,采用统一的指令系统限制了学生在指令系统设计上的灵活性,使得设计出来的处理器过于类似,过多的设计资料也使得学生可以更加容易偷懒,使得实验效果降低。

3) 基本上将流水线等知识应用到实验之中[5]。由于各个学校都在不同程度的推进计算机组成原理课程改革,普遍将流水线、高速缓存等内容加入了教学计划中,实验中也相应的加入了这些内容;同时MIPS指令系统能够很好的支持流水线的设计,现有的资料和教材大多也是围绕着流水线处理器设计展开的,因此流水线处理器的设计已经成为了各个学校实验的基本内容。在清华的计算机组成原理实验中并没有规定一定要实现流水线,要求学生完成多周期或者流水线处理器的设计,仅过几轮实验教学,学生普遍选择了流水线处理器的设计,因为多周期处理器的设计并不比流水线处理器设计简单很多,而且相应的设计资料较少。不过有一点是值得商榷的,就是为了组成原理实验有更好的显示度,在实验中加入了不少其他课程的内容,比如编译、操作系统等内容。这些内容安排在单独的综合实验课程中还可以,放到组成原理课程实验中就有些喧宾夺主了,学生会投入太多的精力在这些内容上,组成原理实验还是应该以理解计算机组成及工作原理为目的,不需要完成其他课程的内容,只有少数能力较强的同学在完成了基本内容后,才值得鼓励去做这些事情。

4) 实验规模较大,需要多个同学分工协作来完成。在以往的计算机组成原理实验中大多数是以验证性的实验为主,学生往往可以独立完成,但是处理器设计这一类的实验单靠个人完成对学生的压力太大,这就需要学生组成一个驼队来完成实验,这样不仅能够减轻学生的工作量,还可以培养他们团队协作的能力。一个团队规模控制在2～3人比较合适,人数太多会造成有人懈怠,达不到实验目的。

3实验管理和评价

由于计算机组成原理实验内容和形式的更新,具体的实验管理方式和评价机制也有了很大的改动。以前是以实验室为主的实验模式,学生根据实验室安排的实验内容和时间来完成规定的实验;现在则是实验室根据学生的实验进度和需求,提供相应的实验支持,包括设备、场地以及人员等。

以清华大学的组成原理课程实验为例,前两个验证性的实验安排在实验室统一完成,帮助学生熟悉软件工具和实验设备,然后再安排课程大实验。大实验过程中会将实验设备发放给学生,让学生能够在宿舍进行实验,同时实验室保证一定的开放时间,方便学生来实验室做实验。在整个过程中安排三次集中的实验课程,实行小班教学,目的是能够更好的掌握学生目前的实验情况,控制实验进度和解决学生遇到的一些实际问题。在整个实验过程中,实验室的主要作用就是后勤保障和监督进度,协助和督促学生完成实验。

由于实验内容和形式的变化,实验已经不能简单的通过检查实验数据来评定一个实验完成的程度,需要从多个方面进行评价。对于我们的大实验,首先会提供一套标准的测试程序,通过这些程序来检查实验结果是否正确;然后学生需要针对自己的处理器提供自测程序来体现自己设计的处理器的特点,这些测试都是需要教师或助教现场检查的,检查的同时会询问他们在设计及实现的过程中是否独立完成以及各自的分工,以便确定是否存在抄袭现象、工作量分配是否合理。对于完成较好或者有所创新的小组给与加分奖励[7],并鼓励其在实验总结课上展示自己的成果。将这些汇总然后结合实验报告及平时实验情况,就能够给出一个比较全面公平的实验评价结果。

在这种实验管理模式和评价机制下,能够很好的提高同学的积极性和对实验的整体把握程度,教师也能够掌控好实验进度和学生掌握情况,达到很好的实验效果,不过这需要教师和助教通力合作,所花费的精力也比较多。

4结语

随着实验技术的不断进步,计算机组成原理课程实验在内容和形式上已经发生了很大的变化,各个高校都有着自己的发展思路,但是大的方向是一致的,总体说来就是实验已经由验证型实验过渡到设计型实验,内容也变成了在可编程芯片上进行处理器设计,进而形成一个简单的计算机系统,可以说是计算机组成原理课程实验已经由验证计算机各部分功能逐渐过渡到设计及搭建计算机系统这一层面上。

参考文献:

[1] 王诚,刘卫东,宋佳兴. 计算机组成与设计[M]. 北京:清华大学出版社,2008:6-7.

[2] 罗克露,谭华,单立平. 计算机组成原理实验改革探索[J]. 实验科学与技术,2004(3):57-59.

[3] 郝秉华. 结合EDA 的计算机组成原理实践教学探究[J]. 内蒙古科技与经济,2009(11):103-104.

[4] 叶雪军,唐建宇,熊威. 基于EDA 的计算机硬件课程实践教学的研究[J]. 计算机教育,2007(7):90-93.

[5] David A.Patterson,John L.Hennessy. 计算机组成与设计:硬件软件接口[M]. 北京:机械工业出版社,2006:368-383.

[6] 王诚,刘卫东,宋佳兴. 计算机组成与设计实验指导[M]. 北京:清华大学出版社,2008:12-48.

[7] 马明涛. 计算机组成原理课程的实践教学方法初探[J]. 山西财经大学学报,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：计算机系统基础知识范文

关键词：专业感知；实验教学；实验平台；电路板制作

0 引言

当今，软件产业蓬勃发展，社会对软件工程人才需求旺盛。2011年9月，国务院学位委员会了新增软件工程为一级学科的通知，此项措施充分体现了国家对软件产业发展的重视。2012年，北京联合大学新增了软件工程专业，培养符合软件工程产业发展需求的软件工程技术与服务应用型人才、具有计算机系统背景的软件工程专业人才，并制定了“软硬结合”的特色培养方案。

软件工程专业要培养学生掌握计算机科学专业基础和软件工程综合实践能力，鼓励学生在实践中自主探索和思考。专业感知与实践课程是软件工程专业第一学期开设的专业基础课，为提高低年级学生对专业的认识，激发学生对专业学习兴趣而设，以“感知专业、实践创新”为目标。文献[5]提出专业感知课程的教学内容为c语言与移动应用开发相结合，让学生了解到c语言在移动平台上的应用，调动了学生学习积极性和创造性。国内高校开设专业感知与实践课程的较少，为培养低年级的实践能力，很多高校开展了相关教学研究。文献[6]在实验教学方法上进行了改革探索，提出了任务驱动、案例驱动、项目驱动的实验教学模式。文献[7]介绍了程序设计基础课程的实验教学改革。文献[8]以电路原理实验课程为例，探讨了为培养创新意识和创新能力，实验教学改革与实践的出发点与落脚点应该从低年级开始。文献[9]提出研制LED实验平台，提高了微机原理与接口课程的可操作性。

已开展的实践教学研究为软件工程专业的专业感知与实践课程建设提供了重要参考。2009年，北京联合大学信息学院开设专业感知与实践课程，课题组教师研制的实验平台用于低年级的专业基础教育。实验平台的研制正是专业基础教学内容上的创新，实验平台帮助学生在实践中循序渐进地感受和领悟计算机指令的运行机理，掌握问题求解的基本方法，训练学生运用计算机系统的思维方式分析和解决问题，为将来从事嵌入式软件开发奠定基础。

1 课程定位与目标

计算机科学是软件工程学科的一个重要基础，软件工程专业第一学期开设专业感知与实践课程正是要培养学生对计算机系统的基本认识和计算思维能力。教学内容包括基本逻辑门电路、组合逻辑电路的工作原理和焊接实验。本课程为后续程序设计基础、计算机组成原理等专业课的学习作好铺垫，为将来从事基于计算机系统或嵌入式软件开发奠定基础，实现“感知专业、实践创新”的目标。

2 实验平台设计

以应用型本科人才的培养为主线，以提高学生认知专业知识为导向，我们采用分模块、任务驱动的教学方式，培养学生的实践动手能力；设计了6组基础实验，分别为开关电路、与门电路、或门电路、计数器电路、寄存器电路、运算器电路。6组实验有针对性地介绍了计算机系统的内部运行机理，难度循序渐进，详情见表1。

教师根据实验内容，自主研制了电路板，如图1所示。学生在了解电路工作原理的基础上，动手焊接实验，完成电路板制作。

以与门电路为例，介绍实验平台的设计原理。实验目的是让学生掌握逻辑“与”的概念，了解如何用硬件实现“与”操作。与门电路由二极管或集成电路构成（见图2），平台采用复用方式将这两种电路结合起来。去掉集成电路U1A，就是由二极管组成的与门电路，去掉两个二极管D1、D2，就是集成电路与门。当开关SW1、SW2都接高电平时，加在电阻R2上的电压为高，三极管T1导通，发光二极管L27亮。开关SW1、SW2只要有一个接低电平，T1不导通，发光二极管L27不亮。学生通过焊接，掌握硬件实现“与”操作的不同方法。

同时，对比C程序设计中“&&”语句实现的“与”操作，使学生了解软件开发中有些任务用硬件或软件均能实现。

3 实验平台应用

实验平台自2012年正式应用，受到学生的好评。实验内容包括原理和操作方法等计算机系统的基础知识和电路板制作实验。从基本与、或关系，到二进制进位、存储原理、加/减运算，由浅入深。课程分模块、分步骤进行。

实验必备的材料有电阻、电容、二极管、发光二极管、三极管、集成电路等；工具主要有万用表、电烙铁、铬铁架、焊锡、镊子等。学生要认识各种元件，了解元件的极性等物理特征，并能熟练使用万用表。由于是低年级学生，对焊接实验的注意事项、基本步骤、具体手法、焊点质量及检查等内容也要介绍，保证实验顺利完成。

电路、元件和焊接技术前期工作准备完毕后，方能实施焊接操作。实验以小组为单位，2-3人一组，共用一块电路板。在了解了开关电路、与门电路、或门电路、计数器电路、寄存器电路、运算器电路的原理基础上，小组成员分工，每人都要有明确的任务。学生将电子元器件按照电路图正确地焊接到指定位置，电路板制作完整效果如图3所示。

实验平台的应用，具有较强的操作性，增强了课程的趣味，提高了学生对专业的认识。实验中，学生操作认真，互帮互助，充分调动了积极性，培养了团队合作意识。实验平台帮助学生理解数字逻辑、数据的机器表示、数制转换、存储原理、指令执行等计算机系统的基础知识，尤其是二进制，二进制是计算机系统的基础，以前仅通过书本学习，学生对数据的进位、溢位等概念理解不深。平台中的计数器、运算器实验，将二进制加减运算、进位、溢位、存储、进制转换等从设计原理到硬件实现进行了直观展示，帮助学生透彻理解，对后续程序设计基础、计算机组成原理课程的学习提供帮助。

从具体的操作实验中理解基本知识、基本理论，较传统的书本传授要更形象更生动。学生在兴趣的激发下，乐于动手，积极思考。课程有助于创新能力的培养并为后续专业课的学习奠定良好基础。

4 结语

电路板制作实验平台是为软件工程专业低年级学生开设的专业感知与实践课程而研制，设计了从基本逻辑到组合逻辑的6个模块，已通过近130人的实践。在实验中，学生边做边学，充分调动了学习积极性，课堂效果良好。实验平台是培养具有计算机系统背景的软件工程人才的一个探索，为类似课程的实践教学开辟新的思路。

参考文献：

[1]熊伟，洪玫.大学本科软件工程专业建设的探索与实践[J].理工高教研究，2010，29（1）：59-61.

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[8]孙盾，姚缨英，范承志.实验教学环节与创新能力培养[J].实验技术与管理，2012，29（5）：28-30.

[9]让世美，王道充.LED屏幕实验平台研制与建立[J].实验技术与管理，2012，29（8）：67-69.

第9篇：计算机系统基础知识范文

计算机应用基础教学是中职院校之中的一门公共基础课程，教学目标是培养学生计算机基础掌握能力，但是由于不同专业学生存在不同知识结构差异，因此多数中职院校计算机应用基础课程教学开展并不顺利，为了能够实现更好的教学效果，教师必须不断的加强计算机应用基础教学特征研究，采用多样化的教学方法，这样才能更好的满足学生学习发展。

一、生活比喻教学，加深知识理解

中专计算机应用基础知识具有一定的抽象性，很多知?R都是虚拟网络名词，因此很多学生难以理解接受，这无疑对中专计算机应用基础教学效率造成了一定的影响，而生活比喻教学，主要是指教师将一些深奥复杂的计算机理论知识，用通俗易懂的比喻方式讲解出来，并结合一些生活实际例子，从而加深学生中专计算机应用基础理解。如在学习“计算机系统组成”这节课程时，教师可以把计算机与人体进行比较，其中CPU就是计算机的大脑、内存就好比计算机的血液、显卡就好比计算机的视觉系统、硬盘就是计算机的大脑记忆神经、显示器就是计算机的眼睛，鼠标、键盘好比计算机的四肢，而电源就是计算机的食物能量，这样的生活比喻方式，学生很容易就会理解计算机系统的组成，这也是中专计算机应用基础教学中的一种可行的多元化教学方法体现。

二、合作探究教学，激发学习热情

在教育教学改革不断推进的过程中，有越来越多的专家学者认识到知识并不是通过教师传授习得的，而是通过学习者主体知识构建得到，这也被称之为构建理论主义，而合作探究教学就是在构建理论主义下衍生出的一种教学方法，实现了以教师为中心到以学生为中心的过渡，更加突出学生主体作用，学生不是在外部刺激下被动学习，因此更有助于激发学生学习热情。因此在今后的中专计算机应用基础教学，教师也应该转变以往的观念认识，进行合作探究中专计算机应用基础教学。如在学习“计算机WIMP界面”教学知识时，教师就要改变以往埋头苦干的教学方式，发挥学生的主体作用，为学生设置相关问题，让学生以小组为单位展开合作探究，从而让学者自行理解计算机界面是使用者与计算机对话接口的含义，进而自主认识计算机系统，这样突出学生主体作用的课堂，更有助于学生学习热情激发，是多元化教学的一种体现。

三、创设情境教学，提高教学效率

中专计算机应用基础教学，离不开教学环境与教学氛围的依托，而在传统的课堂教学中由于不能为学生提供实际情境所带有的生动性和丰富性，因此教学效率并不理想，为此在教学改革不断推进的过程中，情境教学备受教育学者推崇重视，在今后的中专计算机应用基础教学应用情境教学法，也是多元化教学的一种体现。如在现下的计算机功能教室中，拥有各种计算机演示软件，以及多媒体电子出版物，在教学过程中，教师只需点击多媒体服务器，就可以为学生进行音频或者视频播放，从而让学生走入到相应的教学情境之中。除此之外，还具有CAI课件和实践操作演示功能，学生可以在这种交互式的环境之中，更好的感受计算机技术的奇妙与强大，从而在这些生动的情境之中，更好的学习中专计算机应用基础知识，这样的多元化教学方式将成为教学效率的依托与保障。

四、任务驱动教学，提升实践能力