硬件系统设计论文篇1

四旋翼飞行器的旋翼对称地安装在呈十字交叉的支架顶端，位置相邻的旋翼旋转方向相反，同一对角线上的旋翼旋转方向相同，以此确保了飞行系统的扭矩平衡［7］，如图1所示。四旋翼飞行器旋翼的旋转切角是固定值，因此，要通过调节每个电机的转速来实现六自由度的飞行姿态控制。增大或减少4个电机的转速来完成垂直方向上的升降运动，调节1，3旋翼的转速差来控制仰俯速率和进退运动，调节2，4旋翼的转速差来控制横滚速率和倾飞运动，调节2个顺时针旋转电机和2个逆时针旋转电机的相对速率来控制偏航运动。通过对飞行原理的分析，把可行性、低成本、易维护作为主要考虑因素，设计的样机如图2所示。机臂由镂空工程塑料材料PA66和30%玻璃纤维制成，质量相对较轻，强度大，对称电机轴距55cm，为保证水平起飞与平稳着陆，四旋翼飞行器底部安装起落架。电机旋翼等具体参数为:机体质量为857g;最大负载约为300g;机身高度为31cm;飞行时间约为8min。在整机安装过程中尽量保证重心在机械机构的对称中心，实际飞行实验证明了系统动力设备与机械结构的可行性。

2总体结构设计

四旋翼飞行器的硬件系统设计以飞控板为核心，搭载动力设备、电源模块与遥控模块。图3描述了以ATMEGA644P—AU为核心芯片搭载多传感器的飞行控制系统总体结构框图，整体系统利用11．1V锂电池供电，飞控与无刷电调以I2C总线数据传输来调节4个电机的转速;在遥控模块中，2．4MHz的控制信号通过PPM解码板与飞控板进行数据传输;在多传感器系统中，大气压力感器用行高度检测，陀螺仪与加速度计的融合使用用于姿态解算。

3电源模块

四旋翼飞行器由2200MAh，11．1V，持续放电倍率30C锂电池供电，通过稳压电路的设计对不同电路进行供电，确保各模块正常稳定的工作。控制系统设计需要5，3V两种电平供电，电压转换电路如图4所示。由锂电池提供的11．1电压经两块7805稳压芯片后转为5V电压，一部分用控板供电，一部分向预留的外部接口供电。经7805输出的5V电压经过2个MCP1700T稳压芯片输出3V电压，一部分供给控制系统的数字电路，一部分供给控制系统的模拟电路。330μF/25V电解电容器，10nF/16V钽电容器，贴片电容器的并联使用起到了防止电压抖动与滤波的作用。

4多传感器控制模块

为了准确地控制四旋翼飞行器的飞行姿态，需要在控制系统中加入不同的传感器，加速度传感器与三个陀螺仪来测量三轴加速度与角速度，大气压力传感器通过测量起始位置与飞行位置的气压差对飞行高度控制，为自主导航功能提供支持。大气压力传感器选择的是Freescale公司的MPX4250A，在该集成传感器芯片上，除具有压阻式压力传感器外，还有用作温度补偿的薄膜电阻网络，测压范围为20～250kPa，输出电压为0．2～4．9V，工作温度范围为－40～+125℃。电路如图5所示，可以根据压力的大小，通过控制P_1和P_2选择不同的放大倍数，提高采样的精度。LIS344ALH是一种低功耗、高性能、高精度的三轴加速度传感器，通过模拟输出为外部电路提供直接测量信号，加速度传感器的工作电压为2．2～3．6V，检测量程可以在±2gn或±4gn间选择。其中，VREF为通过稳压芯片MCP1700T转换为3V的稳定电压输入。应用电路如图6所示，选择100nF的贴片电容器作为VCC端的解耦电容，在输出端使用1μF的滤波电容减小噪声。考虑到振动误差无法通过加速度传感器进行补偿，因此，陀螺仪选型的过程中把机械性能作为重要的考虑因素，选择了可以在单芯片上实现完整单轴角速度响应的ADXRS610陀螺仪传感器。3个ADXRS610陀螺仪分别安装于垂直于机体坐标系的XYZ轴来实现系统三轴角速度的测量。

5实验与仿真

四旋翼飞行器在姿态解算时，陀螺仪传感器直接测量的是角速度，在积分得到角度的过程中随着时间的增长会产生累计积分误差，积分误差产生的原因一方面是积分时间，另一方面，由于自身的机械特性会产生零漂温漂等现象［8］。在陀螺仪的使用过程中融合加速度传感器，不仅为陀螺仪提供了绝对参考系，而且使加速度传感器优秀的静态性能与陀螺仪良好的动态性能相结合［9］，较好地抑制了外界干扰。数据经卡尔曼滤波算法处理后，可有效地降低数据噪声。图8为加速度传感器采样数据与卡尔曼滤波后的数据比较，可以明显地看到噪声信号减小了，但是仍有少量的扰动存在。图9的曲线表明了陀螺仪采集角速度数据存在零漂、温漂现象，当确定零漂为0．05°，静态输出电压为2．63V时，从波形图中可以观察到通过卡尔曼滤波处理后的积分数据平滑收敛，不但对零点漂移进行了补偿，而且对累计积-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的数据加速度计采集数据图8加速度计采样数据经卡尔曼滤波后的数据图Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分误差，温漂有较好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的陀螺仪数据陀螺仪积分数据采集角速度数据。

硬件系统设计论文篇2

随着计算机硬件技术的迅速发展,各类硬件产品越来越多地应用到人们的生活中。因此,业界对硬件类技术人员需求急剧上升。然而,嵌入式之类的硬件系统开发需要的是软硬件紧密结合的复合型人才;通常企业不愿花费太多的人力物力去培养。而一般本科院校的计算机类专业由于实验设备和传统偏软的教学体系,造成毕业生对硬件知识的欠缺或掌握不够系统,不具备业界需求的硬件系统开发能力[1]。技术发展和硬件类产品的大量应用带来了对硬件开发工程师的巨大需求,这给计算类专业学生带来了新的机遇,但同时也对学校的教学体系和学生能力培养提出更高的要求。

一般本科院校在开展硬件类知识和技术方面的教学中通常有如下一些问题:

1) 院校投入了大量的硬件实验设备,但是学生硬件开发能力的提高并不明显;

2) 学校开设的硬件类课程衔接不够紧密,使学生对课程之间的联系掌握不够;

3) 理论教学时间多,实践教学时间少,实验设备利用率低;

4) 学生面对具体的硬件项目开发时,无从着手或知识能力欠缺。

而在学生方面,通常也存在一些问题:

1) 很多学生对硬件知识学习有一种畏惧心理,从而造成学习信心不足;

2) 硬件学习需要花大量的时间,而且效果并不像学习软件一样直观,很多人都失去深入学习的耐心;

3) 软件实践需要的器材很容易满足,一般就是PC+软件,而有些硬件(扩展)实验门槛较高,实验环境难以搭建;

4) 由于硬件的集成度高,学生只能从理论上掌握硬件底层细节,容易形成硬件盲区,学习积极性容易被打击。

随着对硬件开发人员需求的不断增大,近年来在计算机类专业硬件教学方面也提出了一些有效的方法,如文献[2]对硬件教学的系统性进行了一定的探讨;文献[3]对陈旧的硬件教学内容进行了改进;文献[4]对硬件实践教学提出了一些看法。而本文则结合当前流行的嵌入式硬件开发,在多个硬件系统项目开发的基础上,总结了提高硬件开发能力所需要的知识和涉及到的相关课程,并对课程之间前修后续关联进行了合理的安排,建立了一套行之有效的硬件课程教学体系。

1硬件类课程体系设置

学生硬件开发能力的培养涉及到多个学科的课程,包括计算机和电子等专业的课程,还与具体应用背景的一些专业知识有关。具体的课程包括模拟电路、数字电路、嵌入式微处理器、操作系统、程序设计语言、软件开发技术、接口技术与设计、嵌入式操作系统及底层驱动等技术,是软件、硬件的有机结合。在制定硬件人才培养计划时,既要拓宽深度和广度体现硬件系统具有软硬结合、面向具体应用的特点,又要注意与原有的计算机专业课程体系相兼容。

因此,需要在原有的计算机专业课程基础上进行调整,有针对性地增加一些硬件类课程和实践教学环节,增加学生对硬件方面的知识,有效地提高学生的综合性动手能力和具体应用产品和项目的开发能力,并激发学生的学习积极性。

课程调整将与硬件系统开发的相关专业、相关课程合理地散列在低年级的各个学期,留给学生足够的时间去钻研、消化和深入,培养学生扎实的知识背景和基础能力。同时,为几门相关性比较大的课程或者重要性相对突出的课程,设置一些综合性课程设计,让每个学生感觉到一定的成就感,给予一定的动力。另外,设置一些独立性实验,几个人一组,让学生自己查资料,自己设置实验方案等,独立完成。通过上述的这些锻炼后,能很大程度上提高学生团队协作能力和自学能力,提高学生综合素质。具体的课程体系设置图1所示。

从图1可以看出,课程之间都是有很强的关联性,先修课程与后继课程之间需要进行重要知识点的衔接,才能逐步培养学生具有硬件系统开发能力。在学生每修完一门课程,就开设一门能覆盖重要知识的综合课程设计。通过完整的工程项目案例教学,系统地提高学生的综合能力,培养学生具备到企业去做实际项目的实践能力和开发经验。充分满足业界对硬件开发人员的能力要求。

2硬件课程的教学方法和实践

培养学生硬件开发能力,一些基础课学习必不可少,如数字电路、模拟电路、C语言、数据结构、计算机组成原理、操作系统等。如果这些基础知识掌握不牢固,学生在后续专业课程的学习中会感到力不从心。另外,由于硬件知识的学习十分抽象,脱离实践去学习可能会举步维艰。因此,在教学方面要解决“重理论轻实践”问题,贯彻“理论教学与实践教学相互印证和支撑”,将多种实验课程贯穿于课程教学体系中,以提高学生学习效率和知识掌握的熟练程度。下面分几个方面对教学环节中的一些方法进行讨论。

1) 理论课堂教学。

在理论课上,教师通过对具体理论知识点的实例演示,同时穿插对理论知识点讲解,让学生们理解的更具体,从而激发学生的学习兴趣,也间接提升学习信心。学生在课后让依照课堂的演示实验自行进行实例的重复和知识点的验证。如在“嵌入式系统原理与接口技术”课程中讲解串口的传输和实现,教师在课堂上围绕验证S3C2410芯片的功能进行讲解,并在课下开放实验室让学生自行学习,以提高学生独立思考和分析解决问题的能力。

2) 实验课教学。

在实验课上,教师结合理论课上所演示的实验,讲述具体的实验内容,但并不需要完全透彻地讲解,而是把更多的时间留给学生自己思考。如“嵌入式操作系统及应用”课程的实验,教师在课上演示如何建立SAMBA服务器实现开发环境,简要地阐述一遍实验的原理及其过程,把更多时间留给学生,让学生自己建立SAMBA并建立通讯,鼓励同学间的相互讨论和提出问题。

3) 单门的课程设计。

课程设计以设计性和综合性实验为主,在一学期的理论学习和实验的基础上,进一步提高学生对整门课程知识的理解以及对相应基础课程知识的复习,并培养学生一定的动手能力。如操作系统课程设计“银行家算法实现进程同步”结合了C语言、数据结构等知识,不仅可以复习巩固一系列相关课程知识,我们还对这些课程知识进行汇总,设计出综合性课程设计,提升学生知识体系的系统性。课程设计指导书按照知识要点,循序渐进,对这些基础知识进行了进一步的综合,从而使学生将离散的知识点逐步综合起来,增强了其实践能力。

4) 综合性实践。

在学习完各门基础课程之后,教师采用适当的工程案例开展一站式综合案例教学:

(1) 讲解具体项目的知识点,并将它们联系起来;

(2) 将同学们按项目分成小组,引导各组进行项目的讨论并完成具体设计,这样不仅可以提高学生的动手能力,还能培养学生的工程素养和综合能力。

3课程体系验证

通过该课程体系的培训,学生能够具备一定的硬件系统开发能力。下面就通过一个学生实践创新项目――机房温度湿度检测硬件系统的开发来验证课程体系的有效性。

该项目的系统原理图如图2所示。系统采用ARM7系列LPC2114芯片作为控制单元,设备包括温度、湿度传感器、降温通气设备控制接口、键盘和液晶显示屏。其中键盘和液晶显示屏作为系统与人机控制的界面,这些设备采用RS-485通信接口方式和计算机实现远程控制,如及时给用户发送信息,用户对设备进行操作、处理等。

通过图2可以清晰地看到计算机与电子专业的结合:

1) 学生在选择相关的设备时需要用到一定的数字电路和模拟电路等技术知识,并了解相应的参数;

2) 选好了各种款式的电子设备后,需要设计可靠的电路,这更需要学生在电子技术实验中获取的经验;

3) 选好了硬件外设和控制芯片之后,将这些设备与CPU进行连接,就需要用到计算机组成原理和嵌入式接口技术相关的知识;

4) 接着,需要编写相应的驱动,这将涉及嵌入式操作系统和程序设计方面的知识。

当上述步骤完成后,系统可以通过传感器获取需要的外部信息。但还需要对所采集的信号进行处理,然后将处理后的信息反映到显示器上,用户还可以通过相应的设置,进行一些简单的设置,在这里就会用到如A/D转换、通信原理、数据结构和算法设计等相关知识。

系统设计完成之后,学生通过Protel绘制电路图,制作电路板将所有的外设和芯片集成起来,安装操作系统和编写好的控制软件,这样就形成了可以实际应用的一个硬件产品。

4结语

通过这种以完成项目为每门课程最终目的的方式,强调“授之以渔”的教学宗旨,使得学生每学完一门课程就能解决一些相应的实际问题,很好地提高学生的动手能力和对学科的积极性,从而有效地培养了学生的实践能力。

参考文献:

[1] 刘全利,黄贤英,杨武. 计算机应用型人才培养新思路[J]. 重庆工学院学报,2005,19(6):144-145.

硬件系统设计论文篇3

随着现代社会的不断发展，各行各业也都是现代化的需要。越来越多的单位迫切需要建立一个先进的计算机信息系统。由于不同的单位有自己独特的行业特性。因此，需要的计算机系统的万千变化。从政府系统的医疗单位的管理系统，从工厂的生产管理系统，证券市场证券管理系统。不同系统之间可以说是千姿百态。系统集成应用功能集成，网络集成，软件界面集成等综合技术手段，是指导信息系统的总体规划，逐步实现的一种方法和策略。系统集成是一种思想，概念，哲学，它不仅包括技术集成，更不能缺少艺术构件集成。

计算机系统集成的分类

依据计算机系统集成项目的相关特点，可以把计算机系统集成分为计算机硬件系统总体设计与工程管理服务、计算机硬件设备集成与安装、计算机硬件设备的技术与服务三大类。以下对这三种项目的管理实施进行简要的定义分类解析。

2.1总体设计与工程管理

计算机硬件系统设计和项目管理服务，也可称为整体设计和项目管理，这主要是买方将正确的计算机硬件系统集成项目。一般情况下，购买者的计算机系统集成项目的结构设计以及性能指标，粒度分布有一定的认识。这类项目的实施要求相关服务提供商设计计算机系统在各种领域，它可以覆盖大部分的电脑系统，同时，相关技术人员专业水平的要求也很高。

2.2设备的集成安装

计算机硬件设备的集成和安装也可以称为一体的设备安装。计算机硬件设备的集成和安装是一种最常见的计算机系统集成项目，但大多数消费者比较常用的计算机硬件系统项目建设模式。在计算机系统集成项目的硬件设备建设，集成和安装要求买方应进行全方位的计算机系统集成框架和设备性能管理等定性选择论点。简单来说，相关设备的供应商，只要依据合同标准实施计算机系统集成项目的设备供应商，采购和安装即可。

2.3技术服务

计算机硬件技术和服务也可以称为工程技术服务。鉴于这种类型的项目，其主要是由它的技术和服务为主要内容的系统集成计算机硬件系统的建设项目。设备技术服务通常是在一个特定的服务指标和技术要求为主要目的的。这使得买方设备问题的技术和硬件的疑虑，提供相应的技术服务培训支持。这类项目的实施需要相关的技术解决方案和技术结合有效的论证。

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计算机理论试论信息管理与信息系统专业实践教学改革研究

一、人才培养目标的确定

3、计算机系统集成目前存在的问题

3.1微机系统及工具软件的管理问题

因为目前的电脑系统和软件工具比较大，如果一台设备的问题，需要重新安装操作系统和应用软件，通常需要系统工作了一天。作为一个结果，上网计算机数量巨大，导致系统维护人员疲于奔命，也是很难保证服务质量。

3.2用户管理的问题

用户被限定在固定的机器上，同时，用户的数据和文件也只能保留在该机器上。若要使用其它机器，必须在每台机器上创建该用户帐号，并将用户的文件和数据复制到新机器上。当用户固定使用的机器发生故障时，容易造成用户数据的丢失。

3.3Landmark等专业应用软件方面

在计算机系统集成前，需在每台解释工作站上安装专业应用软件，并创建用户，用户在指定的机器上加载数据，以便开展工作。如此一来，用户和数据与机器捆绑在一起。有些时候，结果有的机器满负荷工作，有的机器却相对闲置。

3.4外设的共享问题

由于彩色绘图仪、彩色激光打印机、磁带机等大型外设价格贵，数量有限，不可能配置到每台机器上，用户只能登录到固定的几台机器使用。

4、计算机系统集成的发展趋势

广泛集成分布式网络环境与市场竞争的全球性激烈，每个企业集成中心也延伸到了企业的整合，使企业应用在分布式网络环境的大型integrated.web为基础的用户界面统一，使部门和地区不同的人，组织，所有用户实现方便，实时获取信息，因此，该网站的用户界面的统一是必然趋势，计算机系统集成。

专业化与多元化系统集成技术，计算机的普及和应用在中国，在很大程度上提高国民综合素质，有越来越多的挑战和机遇。今天的社会是一个网络与信息技术的整合，系统整合模式不再是简单的结构，功能单一，但基于网络结构的复杂和多功能转型。因此，专业化与多元化系统集成技术是发展的必然趋势，计算机系统集成。电子商务与企业信息系统集成，使企业供应链的有机结合，实现信息和资源充分共享，为企业降低成本，提高效率，电子商务可以说赢得了广大民众的支持，与企业信息系统集成已经成为一个必然。

结语

采用现今先进的域管理技术、网络技术、存储技术，对开发研究工作的主要计算机软、硬件平台进行了系统集成，建立了域控制器、远程安装服务器、文件服务器、软件分发服务器、NIS+服务器、数据库服务器、打印服务器、磁带机服务器等十余套应用服务器，实现了操作系统远程安装、应用软件自动分发、用户数据跟随用户网上漫游、用户数据，应用软件集中管理、磁带库系统、远程自动数据备份等。系统集成尽管提高了系统管理工作的技术难度，但却极大地方便了用户的工作，同时最大限度地实现了网络资源的共享。

参考文献

硬件系统设计论文篇4

中图分类号： TP202.1文献标识码：A

1 引 言

在线性系统中，保性能控制是控制器设计重要手段。自从1972年Chang和 Peng提出保性能控制以来，不确定系统保性能控制受到人们的高度重视，提出了一些设计保性能控制器的方法［1-4］。但是上述关于保性能控制的研究都基于一个共同的假设，就是在系统部件（执行器和传感器）无故障的前提下。然而，系统的故障随时可能发生，对于安全性能要求较高的系统，系统的故障可能导致巨大的损失。因此保性能可靠控制的研究是非常有意义的。

自从20世纪70年代Siljak第一次提出可靠控制以来，一些可靠控制器的设计方法相继提出［5-11］。可靠设计能够使系统实现一定程度的安全性，但是，同时也给系统带来控制能量增大、系统性能下降和输出响应速度减慢等不足。

硬件系统设计论文篇5

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：

硬件系统设计论文篇6

嵌入式计算机技术是21世纪计算机技术重要发展方向之一，应用领域十分广泛且增长迅速。随着嵌入式系统的技术发展，嵌入式系统的设计方法也在不断变化和进步。传统的嵌入式系统设计方法在对目标嵌入式系统提出系统定义方案后，要对系统实现进行可行性分析和需求分析。在经过严格分析论证后，进入到系统总体设计方案阶段，该阶段除提出系统总体框架以外，还需进行软硬件划分、处理器选型、操作系统选择、开发环境选择等诸多工作。

这种方法经过多年测试验证，在市场中具有成熟可靠、简单实用的特点，但是该方法的设计过程明显表现出软件和硬件开发相对独立割裂，而且软件开发工作往往需要等到硬件平成后才能开展，显然这不利于系统的最终成品推出时间控制，而且调试、测试的过程也需要反复迭代和修改设计，这样就导致硬件方案的变动在所难免。由于软硬件分离独立设计，这又反过来影响软件系统的开发，从而导致系统设计成本的提高，开发效率的降低。同时传统嵌入式系统设计方法对开发者的设计经验如软硬件的划分、系统集成调试等提出了较高的要求。

相对于传统的嵌入式系统设计方法，引入了软硬件“协同设计”概念的嵌入式系统设计方法能较好的弥补传统嵌入式系统设计方法的不足。所谓软硬件“协同设计”是在满足系统设计要求的前提下，以达到系统能够工作在最佳状态为设计目标，通过统一协同分析系统软硬件模块资源的方法，综合设计系统的软硬件体系结构。这种方法与传统设计方法相比主要的特点在于系统总体设计方案中采用了系统级的仿真建模处理，对系统所涉及的硬件和软件针对设计要求统一建模，根据建模结果选择最优化软硬件划分等设计方案，并对软硬件协同仿真和验证。如图1所示为一种典型的嵌入式系统协同设计方法。

从图中可以看到，嵌入式系统的“协同设计”方法与传统的嵌入式系统的设计方法相比较而言，更重视总体设计下的系统级别的仿真建模和软件、硬件综合设计方法。系统级别的仿真建模通常采用独立的功能性规格方法对系统整体进行定义和说明，根据建模结果对软硬件模块进行划分，并且对该划分方案进行性能评估甚至指令级别的参数评价。通过反复迭代得到最优化方案和结果为止。在完成了软硬件综合后记性具体软硬件协同仿真和验证，获得满意结果后进行系统集成和测试。值得注意的是，在“协同设计”过程中，应充分考虑软硬件的关系并在设计的每个层次上给予测试验证，以便于尽早发现问题解决问题，以免崩溃性错误发生。

软硬件协同设计有如下一些基本要求：

统一的软硬件描述方法。

交互式软硬件划分技术。这要求允许采用不同的软硬件划分设计方法进行系统仿真和比较，并需要辅助最优化决策及应用实施。

完整的软硬件模型基础。这要求设计过程的每个阶段都必须支持评价，并支持阶梯式的开发方法与软硬件整合。

正确的验证方法。

软硬件协同设计的一些理论和方法是嵌入式研究领域的一个热点。目前一些厂商已提供了协同设计的集成化平台或者模型，比如ARM ESL平台和RTSM模型等。ARM ESL虚拟平台是采用了嵌入式系统的协同设计方法的典型平台代表。

由此可见，这种采用“协同设计”概念的嵌入式系统设计方法是在充分利用先进模拟/仿真平台的基础上，合理考虑了软硬件的划分，并θ碛布子系统进行了可靠有效的仿真及测试，避免了致命性错误的产生，提高了系统开发效率，缩短了TTM。但是从另一个方面来看，传统的嵌入式系统设计方法从系统设计经验，开发平台的使用到相关配套资料等方面来看都是十分成熟的方法，对于一些特定嵌入式系统或者开发者极其熟悉的设计领域（特别是MCU领域），传统嵌入式系统设计方法仍具有非常好的应用前景。

【参考文献】

[1]王硕旺，洪成文.美国麻省理工学院工程教育的经典模式――基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

硬件系统设计论文篇7

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

硬件系统设计论文篇8

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-02

1 引言

随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用Proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用Proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。

2 虚拟仿真实验室结构

2.1 Proteus仿真实验室概念

所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质 [4]。

2.2 Proteus仿真实验室系统架构

图1 Proteus虚拟仿真系统架构

如图1所示基于Proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该Proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本Proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、PCB设计。

2.3 计算机网络平台

由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将Proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本Proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。

图2 计算机网络平台拓扑结构

2.4 Proteus软件平台

Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用Proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、MCU混合仿真和PCB系统设计，除此之外，Proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于Proteus可以提供x86、单片机、ARM等系统的仿真实验。

2.5 Proteus试验系统

Proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用Proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。

3 虚拟仿真实验室实验内容

通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥Proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。

基础性实验包括MCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。

综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计与制作等。

创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。

4 虚拟仿真实验室实验方法

传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于Proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。

5 虚拟仿真实验室教学目标

通过本课题的基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：

5.1 实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、PCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。

5.2 教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。

5.3 有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。

6 结束语

构建基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。

参考文献：

[1]刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.

[2]田建伟，胡德安.一种单片机虚拟实验室的建立方法[J].现代电子技术，2009（14）：67-69.

硬件系统设计论文篇9

随着计算机技术的迅速发展及其应用的不断深入，计算机类专业的培养方向趋于多样化。在诸多培养方向中，大部分专业是基于软件理论与应用方向的偏软件专业或软件工程专业，而在这些计算机类专业的本科课程设置中又以软件教育为主。计算机硬件相关课程具有理论性强，不易理解、应用范围广、与实际工程联系紧密等特点。扎实的硬件知识基础是计算机类人才正确理解计算机，掌握软件开发机理的关键，也是本科教育人才区别于短期培训软件开发人员的重要标志。但由于学生普遍存在着“重软轻硬”的现象，同时，目前我校的计算机硬件知识教育在知识体系和内容等方面存在着不尽如人意的地方,使得部分学生毕业后无法胜任计算机硬件方面的相关设计和应用工作。其中，具体问题如下：

1.1课程教学缺乏系统性。

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，有些知识点缺失，这些都导致了学生的知识体系不系统、结构不健全。

1.2缺乏创新能力的培养。

目前我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。

1.3在认识方面存在着重软轻硬的倾向。

目前学生中普遍存在着重软轻硬的现象，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。针对以上问题，通过教学改革方案的实施，努力提高计算机类专业学生的硬件知识理解与应用能力，培养具备软硬件开发能力的人才。同时，注重创新能力和科学精神的培养，使学生具备创新思维与工程实践能力。

2硬件系列课程体系建设

2.1建设思路。

硬件课程体系建设的核心任务是全盘考虑各门计算机硬件课程，把他们捆绑起来，统一建设。在教学内容方面，根据学生的具体情况，修订教学大纲，既要避免课程内容重复讲授现象的发生，又要做到各门课程的无缝衔接。在教师方面，定期开展研讨活动，提高任课教师的教学水平，搞好课堂教学。在实验方面，充分利用现有实验设备，做好验证型实验的同时，加大兴趣导向的实验开发力度，努力提高学生的动手能力。

2.2建设方法。

本课题组采用的课程建设方法，按照“整合─分科执行─融合”三个阶段实施。在课程整合阶段，对汇编语言、计算机组成与结构、单片机、嵌入式系统设计这几门课程进行大纲及教案的修订工作，并重点在如下几方面进行整合：a.《汇编语言》和《计算机组成与结构》的整合。在《汇编语言》和《计算机组成与结构》中，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。b.《汇编语言》和《单片机及接口技术》、《嵌入式系统设计》的整合。整合中侧重于硬件编程能力的培养，让学生认识到不同种芯片的指令与功能共通性。这样有利于学生透彻地了解目前普遍使用的微机系统，并具备扎实的硬件编程基本功，有利于单片机和嵌入式相关课程的学习。在分科执行阶段，依照整合阶段所确定的大纲及教案，对学生实施理论知识教育，同时结合各课程实际情况，在课堂中引入课程认识教育，使学生了解本课程在计算机学科中的地位，调动学生对硬件课程的学习积极性。在融合阶段，在实验课程中添加例如万年历电子表设计、贪吃蛇游戏机设计等集趣味性、设计性、综合性于一体的实验，注重培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究的训练。此阶段实验的特点是没有现成的模式可循，学生需要融合所学硬件相关知识，独立完成硬、软件设计和调试。

3结论

本文阐述了面向计算机专业的硬件系列课程体系建设方法，本方法将硬件相关课程通过整合-分科执行-融合的过程，使计算机专业学生在理论上掌握晦涩的硬件知识，同时将硬件知识融会贯通，将所学知识应用于实验、竞赛，提高动手能力。为评价本学习系统的有效性，课题组将此系统引入了教学实践中。根据课后对学生的调查，学生普遍反映通过课程系统的建立，学生对硬件知识有了深刻的了解，学习兴趣有所提高，起到了良好的效果。

参考文献

[1]洪霞,李云,张炜.改革计算机硬件课程教学内容,构建科学的系列课程体系[J].实验技术与管理,2009,11:144-147.

[2]惠丽,吴玲,于丽萍.计算机专业硬件课程体系建设的优化与改进[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2013,4:45-46.

[3]刘新平,郑秋梅,孙士明,孙晓燕.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.

硬件系统设计论文篇10

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）11－0011－01

一、引 言

计算机学院从2005年开始招生软件工程专业的学生，现在软件工程专业学生已达到我院学生总人数的70%以上。“培养学生成为基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高、能适应信息产业和软件产业需求的系统设计和开发的高级人才”是我院一直以来对软件工程专业学生的根本要求。这里的“基础扎实、知识面广”包括软件和硬件两个方面。特别是现在的软件开发越来越偏向不同的硬件平台做专业开发。而作为系统开发的人员必须掌握一定的硬件知识。对于完全不懂硬件的软件工程学生来讲，就业前景和发展都会受到极大的制约。

但是，我院硬件课程相对较薄弱。具体存在以下问题：①课程的内容深、难且不实用。学生理解计算机硬件较困难，学到的知识停留于空洞的概念，没有得到技能的提高。②技术发展迅速，硬件课程教材和实验设施严重滞后。现在的硬件教学教材还停留在70年代8086/8088阶段。③实验困难。与软件实验不同，硬件实验需要一定规模的计算机设备，同时课程教学上也没有足够的课时进行实验。④培养目标与社会需求存在差距。计算机硬件教学已严重脱离了硬件技术的发展实际，学生学习计算机硬件的基本原理的基础知识，不会开发电子产品，不会做工程项目。⑤学生的兴趣和教学的内容严重脱节。现在学生对于计算机硬件的最新技术比较感兴趣，但是硬件课程讲授的是过时的知识，学生无法在课程中体会到硬件的好处，感觉硬件课程像“鸡肋”。

基于以上分析，对计算机科学学院软件工程专业硬件课程进行改革已迫在眉睫，要培养适应社会要求的软件人才，应该而且必须加强相关硬件课程的建设，这样才能培养出全面的人才。所以，经过两年的教学实践，对于软件工程的学生应该掌握哪些硬件知识、软件工程中的硬件课程如何设置等进行了一定的探索，下面就相关内容进行简单探讨：

二、硬件课程改革的措施

我校软件工程专业硬件系列课程设置了数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、微机接口技术4门课程。这些课程设置虽然相对独立，但所提供的课程内容划分不明确，相互重叠现象较严重。如基本原理和指令系统的内容，在多门课程中都有出现。

所以，硬件课程改革的目标是：将4门硬件课程整合、筛选，组合为1门综合型的硬件课程，达到内容精炼、重点突出、减少重复的要求。目的是将硬件系列课程作为一个整体统一考虑，建立一个完整的、系统的课程内容体系，这对提高教学质量和压缩学时都非常有效。

1．硬件课程教学模块的设置

具体设置以下模块：数字逻辑与数字系统（核心）；数据的机器级表示（核心）；汇编级机器组织（核心）；存储系统组织与结构（核心）；接口与通信（核心）；功能组织（核心）；多处理和其他系统结构（核心）；性能提高技术（选修）；网络与分布式系统结构（选修）。

2．硬件课程教学内容的设置

教学内容：①计算机概论：计算机概述、运算基础；②数字逻辑基础：卡诺图、组合电路、时序电路；③运算器：半加器、全加器、算术逻辑部件、定点运算器、浮点运算器；④汇编语言程序设计基础：指令系统、汇编语言语法、汇编语言程序设计基础；⑤存储器系统：存储器芯片、存储器层次结构、内存接口技术；⑥控制器：中央处理器的组成和功能、指令流程、硬连线逻辑、微程序控制器；⑦输入/输出技术：I/O接口与端口、输入/输出控制方式、三种简单接VI芯片、中断系统与中断接口、总线；⑧可编程接口芯片及其应用：可编程接口芯片的几个基本概念、可编程并行接口芯片、可编程定时器/计数器、通用同步/异步接收/发送器、模/数转换器、芯片组；⑨实用接口技术：主板、硬盘接口、高速串行总线；⑩计算机系统结构概述：计算机系统结构基本概念、流水线技术、并行计算机系统结构、提高处理器性能的技术。

实验环节：①数字逻辑（时）；②汇编语言程序设计上机练习（时）；③接口实验6～8个（18～24学时）。

3．课程实施中需要关注的问题

（1）注意学生共性和个性的关系。该课程体系规划是针对软件工程专业的基本要求编写的，反映了软件工程专业对计算机硬件的共性要求，不同学校的软件工程和计算机软件专业还可根据本校培养特点做不同的选择与增删，以适应本校培养的个性要求。

（2）处理好理论讲授和实验的关系。各校根据本校培养的方向和实际条件，组织不同要求的实验教学，可进行单个实验，也可组织小系统实验。

（3）注意基本内容稳定性和新技术、新知识反映的及时性的关系。课程的基本内容（即计算机的基本理论和基本技术）必须稳定，而随着计算机技术迅速发展不断出现的新器件和新部件必须在教学中及时反映，必须考虑如何处理两者关系。

三、结束语

硬件系统设计论文篇11

随着现代社会的不断发展,各行各业也都是现代化的需要。越来越多的单位迫切需要建立一个先进的计算机信息系统。由于不同的单位有自己独特的行业特性。因此,需要的计算机系统的万千变化。从政府系统的医疗单位的管理系统,从工厂的生产管理系统,证券市场证券管理系统。不同系统之间可以说是千姿百态。系统集成应用功能集成,网络集成,软件界面集成等综合技术手段,是指导信息系统的总体规划,逐步实现的一种方法和策略。系统集成是一种思想,概念,哲学,它不仅包括技术集成,更不能缺少艺术构件集成。

1、计算机系统集成的特点

1.1计算机系统集成的相关认识

系统集成通过对综合布线系统和计算机网络技术结构化,将独立分离的设备、功能、信息等集成到相互之间有关一定的联性,而且在协调统一的新系统中,能够充分共享资源,以期实现高效、集中、便利的管理策略。

系统集成是一个需要多个供应商,多协议的各种应用系统的结构,因此,实现系统集成的关键是解决不同系统连接的互操作性问题,专门解决各种分离设备,子系统之间的接口,协议,系统平台,应用程序,和系统,组织和管理,建筑环境,建筑人员,所有需要的一体化问题。系统集成的本质就在于系统的优化设计,为一个大型计算机网络集成系统,包括一对计算机软件,硬件,操作系统,数据库,网络通信等多种技术的集成,以及制造商的产品选择和搭配的集成,集成系统可以实现整体优化目标。

1.2计算机系统集成的特点

(1)没有最好,只有最适合:计算机系统集成不像其他的产品那样,用户都希望拥有最好的。

(2)独创性:由于计算机系统集成工程是根据用户各自的特点和需求而量身定做的,因此每个计算机系统集成工程都是不同的,具有独创性。

(3)高科技:计算机系统集成不单是提供一个设备,更多的是对设备的设计、开发和调试,需要很多高科技技术法能完成的。

系统集成具有最大程度上提高系统的有机组合、完整性、灵活性和性能,对其复杂性进行简化,有着为用户提供全面、切实可行的系统解决方案的重要理论和实践意义。

2、计算机系统集成的分类

依据计算机系统集成项目的相关特点,可以把计算机系统集成分为计算机硬件系统总体设计与工程管理服务、计算机硬件设备集成与安装、计算机硬件设备的技术与服务三大类。以下对这三种项目的管理实施进行简要的定义分类解析。

2.1总体设计与工程管理

计算机硬件系统设计和项目管理服务,也可称为整体设计和项目管理,这主要是买方将正确的计算机硬件系统集成项目。一般情况下,购买者的计算机系统集成项目的结构设计以及性能指标,粒度分布有一定的认识。这类项目的实施要求相关服务提供商设计计算机系统在各种领域,它可以覆盖大部分的电脑系统,同时,相关技术人员专业水平的要求也很高。

2.2设备的集成安装

计算机硬件设备的集成和安装也可以称为一体的设备安装。计算机硬件设备的集成和安装是一种最常见的计算机系统集成项目,但大多数消费者比较常用的计算机硬件系统项目建设模式。在计算机系统集成项目的硬件设备建设,集成和安装要求买方应进行全方位的计算机系统集成框架和设备性能管理等定性选择论点。简单来说,相关设备的供应商,只要依据合同标准实施计算机系统集成项目的设备供应商,采购和安装即可。

2.3技术服务

计算机硬件技术和服务也可以称为工程技术服务。鉴于这种类型的项目,其主要是由它的技术和服务为主要内容的系统集成计算机硬件系统的建设项目。设备技术服务通常是在一个特定的服务指标和技术要求为主要目的的。这使得买方设备问题的技术和硬件的疑虑,提供相应的技术服务培训支持。这类项目的实施需要相关的技术解决方案和技术结合有效的论证。

3、计算机系统集成目前存在的问题

3.1微机系统及工具软件的管理问题

因为目前的电脑系统和软件工具比较大,如果一台设备的问题,需要重新安装操作系统和应用软件,通常需要系统工作了一天。作为一个结果,上网计算机数量巨大,导致系统维护人员疲于奔命,也是很难保证服务质量。

3.2用户管理的问题

用户被限定在固定的机器上,同时,用户的数据和文件也只能保留在该机器上。若要使用其它机器,必须在每台机器上创建该用户帐号,并将用户的文件和数据复制到新机器上。当用户固定使用的机器发生故障时,容易造成用户数据的丢失。

3.3Landmark等专业应用软件方面

在计算机系统集成前,需在每台解释工作站上安装专业应用软件,并创建用户,用户在指定的机器上加载数据,以便开展工作。如此一来,用户和数据与机器捆绑在一起。有些时候,结果有的机器满负荷工作,有的机器却相对闲置。

3.4外设的共享问题

由于彩色绘图仪、彩色激光打印机、磁带机等大型外设价格贵,数量有限,不可能配置到每台机器上,用户只能登录到固定的几台机器使用。

4、计算机系统集成的发展趋势

广泛集成分布式网络环境与市场竞争的全球性激烈,每个企业集成中心也延伸到了企业的整合,使企业应用在分布式网络环境的大型integrated.web为基础的用户界面统一,使部门和地区不同的人,组织,所有用户实现方便,实时获取信息,因此,该网站的用户界面的统一是必然趋势,计算机系统集成。

专业化与多元化系统集成技术,计算机的普及和应用在中国,在很大程度上提高国民综合素质,有越来越多的挑战和机遇。今天的社会是一个网络与信息技术的整合,系统整合模式 不再是简单的结构,功能单一,但基于网络结构的复杂和多功能转型。因此,专业化与多元化系统集成技术是发展的必然趋势,计算机系统集成。电子商务与企业信息系统集成,使企业供应链的有机结合,实现信息和资源充分共享,为企业降低成本,提高效率,电子商务可以说赢得了广大民众的支持,与企业信息系统集成已经成为一个必然。

结语

采用现今先进的域管理技术、网络技术、存储技术,对开发研究工作的主要计算机软、硬件平台进行了系统集成,建立了域控制器、远程安装服务器、文件服务器、软件分发服务器、NIS+服务器、数据库服务器、打印服务器、磁带机服务器等十余套应用服务器,实现了操作系统远程安装、应用软件自动分发、用户数据跟随用户网上漫游、用户数据,应用软件集中管理、磁带库系统、远程自动数据备份等。系统集成尽管提高了系统管理工作的技术难度,但却极大地方便了用户的工作,同时最大限度地实现了网络资源的共享。

参考文献

硬件系统设计论文篇12

随着现代社会的不断发展，各行各业也都是现代化的需要。越来越多的单位迫切需要建立一个先进的计算机信息系统。由于不同的单位有自己独特的行业特性。因此，需要的计算机系统的万千变化。从政府系统的医疗单位的管理系统，从工厂的生产管理系统，证券市场证券管理系统。不同系统之间可以说是千姿百态。系统集成应用功能集成，网络集成，软件界面集成等综合技术手段，是指导信息系统的总体规划，逐步实现的一种方法和策略。系统集成是一种思想，概念，哲学，它不仅包括技术集成，更不能缺少艺术构件集成。

1、计算机系统集成的特点

1.1计算机系统集成的相关认识

系统集成通过对综合布线系统和计算机网络技术结构化，将独立分离的设备、功能、信息等集成到相互之间有关一定的联性，而且在协调统一的新系统中，能够充分共享资源，以期实现高效、集中、便利的管理策略。

系统集成是一个需要多个供应商，多协议的各种应用系统的结构，因此，实现系统集成的关键是解决不同系统连接的互操作性问题，专门解决各种分离设备，子系统之间的接口，协议，系统平台，应用程序，和系统，组织和管理，建筑环境，建筑人员，所有需要的一体化问题。系统集成的本质就在于系统的优化设计，为一个大型计算机网络集成系统，包括一对计算机软件，硬件，操作系统，数据库，网络通信等多种技术的集成，以及制造商的产品选择和搭配的集成，集成系统可以实现整体优化目标。

1.2计算机系统集成的特点

（1）没有最好，只有最适合：计算机系统集成不像其他的产品那样，用户都希望拥有最好的。

（2）独创性：由于计算机系统集成工程是根据用户各自的特点和需求而量身定做的，因此每个计算机系统集成工程都是不同的，具有独创性。

（3）高科技：计算机系统集成不单是提供一个设备，更多的是对设备的设计、开发和调试，需要很多高科技技术法能完成的。

系统集成具有最大程度上提高系统的有机组合、完整性、灵活性和性能，对其复杂性进行简化，有着为用户提供全面、切实可行的系统解决方案的重要理论和实践意义。

2、计算机系统集成的分类

依据计算机系统集成项目的相关特点，可以把计算机系统集成分为计算机硬件系统总体设计与工程管理服务、计算机硬件设备集成与安装、计算机硬件设备的技术与服务三大类。以下对这三种项目的管理实施进行简要的定义分类解析。

2.1总体设计与工程管理

计算机硬件系统设计和项目管理服务，也可称为整体设计和项目管理，这主要是买方将正确的计算机硬件系统集成项目。一般情况下，购买者的计算机系统集成项目的结构设计以及性能指标，粒度分布有一定的认识。这类项目的实施要求相关服务提供商设计计算机系统在各种领域，它可以覆盖大部分的电脑系统，同时，相关技术人员专业水平的要求也很高。

2.2设备的集成安装

计算机硬件设备的集成和安装也可以称为一体的设备安装。计算机硬件设备的集成和安装是一种最常见的计算机系统集成项目，但大多数消费者比较常用的计算机硬件系统项目建设模式。在计算机系统集成项目的硬件设备建设，集成和安装要求买方应进行全方位的计算机系统集成框架和设备性能管理等定性选择论点。简单来说，相关设备的供应商，只要依据合同标准实施计算机系统集成项目的设备供应商，采购和安装即可。

2.3技术服务

计算机硬件技术和服务也可以称为工程技术服务。鉴于这种类型的项目，其主要是由它的技术和服务为主要内容的系统集成计算机硬件系统的建设项目。设备技术服务通常是在一个特定的服务指标和技术要求为主要目的的。这使得买方设备问题的技术和硬件的疑虑，提供相应的技术服务培训支持。这类项目的实施需要相关的技术解决方案和技术结合有效的论证。

3、计算机系统集成目前存在的问题

3.1微机系统及工具软件的管理问题

因为目前的电脑系统和软件工具比较大，如果一台设备的问题，需要重新安装操作系统和应用软件，通常需要系统工作了一天。作为一个结果，上网计算机数量巨大，导致系统维护人员疲于奔命，也是很难保证服务质量。

3.2用户管理的问题

用户被限定在固定的机器上，同时，用户的数据和文件也只能保留在该机器上。若要使用其它机器，必须在每台机器上创建该用户帐号，并将用户的文件和数据复制到新机器上。当用户固定使用的机器发生故障时，容易造成用户数据的丢失。

3.3landmark等专业应用软件方面

在计算机系统集成前，需在每台解释工作站上安装专业应用软件，并创建用户，用户在指定的机器上加载数据，以便开展工作。如此一来，用户和数据与机器捆绑在一起。有些时候，结果有的机器满负荷工作，有的机器却相对闲置。

3.4外设的共享问题

由于彩色绘图仪、彩色激光打印机、磁带机等大型外设价格贵，数量有限，不可能配置到每台机器上，用户只能登录到固定的几台机器使用。

4、计算机系统集成的发展趋势

广泛集成分布式网络环境与市场竞争的全球性激烈，每个企业集成中心也延伸到了企业的整合，使企业应用在分布式网络环境的大型integrated.web为基础的用户界面统一，使部门和地区不同的人，组织，所有用户实现方便，实时获取信息，因此，该网站的用户界面的统一是必然趋势，计算机系统集成。

专业化与多元化系统集成技术，计算机的普及和应用在中国，在很大程度上提高国民综合素质，有越来越多的挑战和机遇。今天的社会是一个网络与信息技术的整合，系统整合模式不再是简单的结构，功能单一，但基于网络结构的复杂和多功能转型。因此，专业化与多元化系统集成技术是发展的必然趋势，计算机系统集成。电子商务与企业信息系统集成，使企业供应链的有机结合，实现信息和资源充分共享，为企业降低成本，提高效率，电子商务可以说赢得了广大民众的支持，与企业信息系统集成已经成为一个必然。

结语

采用现今先进的域管理技术、网络技术、存储技术，对开发研究工作的主要计算机软、硬件平台进行了系统集成，建立了域控制器、远程安装服务器、文件服务器、软件分发服务器、nis+服务器、数据库服务器、打印服务器、磁带机服务器等十余套应用服务器，实现了操作系统远程安装、应用软件自动分发、用户数据跟随用户网上漫游、用户数据，应用软件集中管理、磁带库系统、远程自动数据备份等。系统集成尽管提高了系统管理工作的技术难度，但却极大地方便了用户的工作，同时最大限度地实现了网络资源的共享。

参考文献