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硬件技術(shù)論文:計算機(jī)軟硬件資源共享網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文

1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用下計算機(jī)軟件資源的共享

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，對于以往軟件故障發(fā)生的問題進(jìn)行了有效的規(guī)避，并且在出現(xiàn)工作站故障時可以有效地減少損失，降低對網(wǎng)絡(luò)用戶的影響。通過合理的軟硬件共享，可以提高網(wǎng)絡(luò)信息的安全性和傳輸效率。例如通過互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星電視等進(jìn)行信息資源的共享，我們可以及時時間看到所需的信息，這對于社會的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，計算機(jī)軟件資料利用的一個重要方式，就是windows終端軟件的安裝。通過在服務(wù)器上安裝相關(guān)軟件，可以讓用戶對于服務(wù)器中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，通過相關(guān)軟件完成數(shù)據(jù)的管理。這種服務(wù)器統(tǒng)一管理的方式，實現(xiàn)了服務(wù)器內(nèi)軟件資源的共享，并且更好地提高了整體信息服務(wù)能力。網(wǎng)絡(luò)管理者只需要對于服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)，并且采取定期的數(shù)據(jù)管理與備份手段，就可以有效地避免由于系統(tǒng)問題、外界環(huán)境問題所造成的信息數(shù)據(jù)安全問題。但是這種軟件資源共享的方式還存在一定的不足，那就是一旦服務(wù)器產(chǎn)生故障和問題，就會影響用戶的實際使用。針對于這種問題，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，采取服務(wù)器下掛接光盤鏡像文件、移動硬盤、U盤以及Windows網(wǎng)絡(luò)共享和UNIXNFS網(wǎng)絡(luò)共享等方式，給予其他用戶使用軟件的權(quán)限。這種方式可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程調(diào)用，并且有效地緩減了硬件資源短缺的問題，并且可以突破工作站距離的局限，具有較強(qiáng)的實用性。但是，這種網(wǎng)絡(luò)軟件資源共享的方式，其對于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求較高，如果網(wǎng)絡(luò)中存在較多的丟包現(xiàn)象，就會造成數(shù)據(jù)傳輸中丟失、信息調(diào)用速度慢等問題。

2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用下計算機(jī)硬件資源的共享

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以對計算機(jī)硬件資源進(jìn)行有效的共享，降低了設(shè)備的閑置率，提高了整體計算機(jī)設(shè)備的工作效率。在以往計算機(jī)硬件設(shè)備中，大多數(shù)采用單機(jī)掛機(jī)的方式來進(jìn)行運(yùn)行，如果有其他人需要對于硬件設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用，則需要從原設(shè)備上進(jìn)行拆卸，再掛接到另外的電腦上。這種經(jīng)常的拆卸，會對于設(shè)備的壽命和質(zhì)量造成影響，并且相關(guān)計算機(jī)管理者的工作量較大。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以讓計算機(jī)硬件資源得到有效的共享，并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，設(shè)備的共享效率和效果也得到了有效的保障。網(wǎng)絡(luò)化的磁盤管理的應(yīng)用，可以有效地提高硬盤的利用效率，并且不同用戶通過網(wǎng)絡(luò)來對于系統(tǒng)資源進(jìn)行訪問，也突破了時間與空間的限制，讓電腦設(shè)備的利用效率得到了大幅度的提升?，F(xiàn)階段用戶網(wǎng)絡(luò)存儲的管理上，主要采用了虛擬磁盤系統(tǒng)，可以為用戶提供實時調(diào)用的服務(wù)。在服務(wù)器中，網(wǎng)絡(luò)管理員對于磁盤進(jìn)行初始化配置，用戶只需要連接到磁盤地址，并且經(jīng)過相應(yīng)的身份驗證，就可以對服務(wù)器中粗盤所存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。磁盤管理者可以對于不同用戶分配不同的權(quán)限，在提高磁盤利用效率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對用戶的規(guī)范化管理，減少了磁盤購置需求，對于提高計算機(jī)硬件利用效率有著至關(guān)重要的作用。對于日常的工作來說，掃描儀、打印機(jī)等是常用的辦公學(xué)習(xí)硬件之一。在用戶產(chǎn)生使用需求時，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的打印與掃描功能。這種網(wǎng)絡(luò)下的硬件共享，可以有效地減少工作成本，并且提高工作效率。對于一些工作中對數(shù)據(jù)拷貝需求較大的用戶來說，采取網(wǎng)絡(luò)化的輸入硬件設(shè)備共享，可以實現(xiàn)統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)管理，并且由專人進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，提高了數(shù)據(jù)的安全性，可以更好地對生產(chǎn)、科研等多方面的需求進(jìn)行滿足。

3網(wǎng)絡(luò)通行證管理模式的運(yùn)用

網(wǎng)絡(luò)通行證管理模式的出現(xiàn)，是對于網(wǎng)絡(luò)中軟硬件資源共享管理的重要控制舉措。隨著計算機(jī)服務(wù)器功能的不斷完善，合理地對共享行為進(jìn)行控制，這對于提高信息資源共享效率，提高軟硬件共享管理效率有著至關(guān)重要的作用。通過通行證管理模式的運(yùn)用，可以在用戶不具有軟件與硬件共享需求時，對于共享資源進(jìn)行關(guān)閉，提高設(shè)備的利用效率，減少資源浪費(fèi)行為的出現(xiàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)通行證管理模式的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，通過對于服務(wù)器與工作站上安裝相關(guān)許可證，可以實現(xiàn)專項管理，并且在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)實現(xiàn)實時調(diào)動與控制。我們都知道，由于用戶需求可能發(fā)生在任何時刻，計算機(jī)服務(wù)器必須保持24小時開啟，并且對于任何時間的訪問行為進(jìn)行處理和服務(wù)，將軟硬件資源隨時提供給用戶進(jìn)行調(diào)用。通行證管理機(jī)制中，對于用戶的訪問行為進(jìn)行觀察，進(jìn)而制定不同的軟件使用策略，并且通過釋放未用通行證，可以為其他用戶提供更多的訪問資源。如果某一個特殊的軟件和硬件控制需求，需要特定通行證，則這種通行證釋放機(jī)制的重要性就得到更進(jìn)一步的突顯。用戶在進(jìn)行模塊使用的過程中，可以不在服務(wù)器上進(jìn)行操作，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)度即可突破時間與空間的局限，達(dá)到隨心所欲操作的目的。網(wǎng)絡(luò)通行證管理模式的應(yīng)用，對于網(wǎng)絡(luò)資源的管理水平的提高有著較強(qiáng)的推動作用，并且讓軟件硬件的使用得到了合理的配置。在專業(yè)網(wǎng)絡(luò)軟件的應(yīng)用上，管理員只需要在服務(wù)器上安裝相關(guān)軟件的服務(wù)端，在用戶電腦上安裝客戶端?？蛻艟涂梢酝ㄟ^客戶端軟件來進(jìn)行操作，軟件的處理和運(yùn)算都在服務(wù)器上進(jìn)行，有效地減少了客戶端的計算機(jī)作業(yè)壓力，減少等待服務(wù)的時間。這種網(wǎng)絡(luò)化軟件的運(yùn)用，有效地緩解了當(dāng)前用戶配置緊張的情況。通過配合通行證管理技術(shù)，可以對于不同版本的軟件中存在的差異性問題進(jìn)行解決，并且提高整體資源的處理控制速度。對于一些數(shù)據(jù)占用空間較大的文件來說，通過網(wǎng)絡(luò)共享，可以減少數(shù)據(jù)移動中出現(xiàn)的各種問題。在特殊軟件使用中，其往往會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)文件，并且數(shù)據(jù)文件的掛接過程，如果采用自行拷貝的方式，則容易出現(xiàn)一系列的數(shù)據(jù)差異問題，并且不利于文件的安全保管。通過網(wǎng)絡(luò)共享的方式，配合校驗碼技術(shù)，可以實現(xiàn)異地的文件共享和處理。通過配合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，也可以實現(xiàn)對用戶的遠(yuǎn)程指導(dǎo)，提高用戶對軟硬件資源的利用能力。

4結(jié)束語

總而言之，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，計算機(jī)軟硬件資源的合理配置與共享，已經(jīng)成為了當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)發(fā)展與研究的重要內(nèi)容。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的硬件、軟件及資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。通過提高軟硬件資源的共享水平，結(jié)合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地提高計算機(jī)軟硬件設(shè)備的利用效率。針對于網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下軟硬件資源共享的問題，我們的研究工作處于剛剛起步的時期，很多技術(shù)的應(yīng)用都有待進(jìn)一步的開發(fā)與研究。在時展的趨勢下，我們要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和共享技術(shù)，以先進(jìn)的科學(xué)理念來應(yīng)對相關(guān)技術(shù)的研究，進(jìn)而為推進(jìn)我國計算機(jī)技術(shù)水平的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

作者：任軍 王子超 單位：河北省教育考試院 河北省人事考試局

硬件技術(shù)論文:計算機(jī)軟硬件網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文

1軟硬件資源共享的實現(xiàn)

在特定條件下將網(wǎng)絡(luò)化通行證模式運(yùn)用到實踐過程中，這樣能夠依據(jù)其在實際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題在這個基礎(chǔ)之上尋求有效的解決方法，也就是說實踐計算機(jī)軟硬件的資源共享通過輔助其它技術(shù)手段之后是可以實現(xiàn)的。在現(xiàn)實生活中不難發(fā)現(xiàn)，部分軟件只能夠在老式的服務(wù)器上面運(yùn)行，但當(dāng)更換了服務(wù)器之后或是更新之后，倘若用戶要進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理，此時的CPU大部分被占用，在這個過程中倘若其它用戶也要使用該臺服務(wù)器時，那么就要求使用者進(jìn)行等待，某種意義上來降低了其運(yùn)行效率。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，我們利用各種技術(shù)手段對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改善，使得異地工作站的網(wǎng)絡(luò)配置能夠與其它配置進(jìn)行匹配，還能在這個基礎(chǔ)之上對異地進(jìn)行高版本的軟件安裝程序，達(dá)到了軟件通行證遠(yuǎn)程操控的目的，促進(jìn)了軟件應(yīng)用水平的提升。

2發(fā)揮現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的軟件安裝使用

在上述中也有所提及，應(yīng)用軟件在普遍情況下完成安裝并在實施的過程當(dāng)中，大量資源被占用，嚴(yán)重影響了工作效率，給予用戶帶來很大不便，倘若本地工作站受外界因素影響，軟件運(yùn)行不正常，會致使重要數(shù)據(jù)遺失，給使用者帶來重大影響，新形勢下，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，針對當(dāng)前出現(xiàn)的各種狀況已經(jīng)找到了有效的解決措施，對軟件采取多種安裝方式。

2.1安裝軟件服務(wù)器

在本機(jī)上，用戶大多是通過系統(tǒng)管理員配置達(dá)到軟件調(diào)節(jié)的目的，從某種意義上來說服務(wù)器使用效率得到大幅度提升，為軟件相關(guān)工作更深層次開展奠定堅實基礎(chǔ)。如何以系統(tǒng)管理員為途徑對用戶數(shù)據(jù)庫或者是軟件數(shù)據(jù)不定期進(jìn)行更新或者備份，防止系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問題或者系統(tǒng)崩所造成的影響，但是充分考慮到服務(wù)器的存儲能力、計算機(jī)能力等多個方面存在不足無法滿足用戶高層次需要，但是相對來說能夠?qū)p失最小化處理。

2.2安裝軟件到具備較豐富硬件資源的工作站

采用這種方式，不僅僅實現(xiàn)了本機(jī)用戶的使用，還可以依據(jù)實際情況借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，直接采用MOUNT盤，使得其他用戶能夠利用技術(shù)手段使用軟件，考慮到部分工作站在硬件資源方面存在欠缺，而在本地工作站又很難對大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，為了確保數(shù)據(jù)不被丟失，就可以采取此種方式，在諸多實踐中證明，用戶可以在軟件使用和工區(qū)數(shù)據(jù)調(diào)查時在兩個基地上上面完成，顯示必須在具有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)寬帶的情況下才能夠進(jìn)行共享，倘若兩者之間相差距離比較遠(yuǎn)，所需等到時間也更長，倘若遇到網(wǎng)絡(luò)狀況出現(xiàn)異常，數(shù)據(jù)傳輸也會不完整。采用此種方式能夠是機(jī)器效率較大限度發(fā)揮出來。值得一提的是，針對外掛磁盤實施網(wǎng)絡(luò)化管理，考慮到外掛磁盤使用量比較大和容易損壞等諸多特點，可以采用網(wǎng)絡(luò)掛接磁盤的方式實現(xiàn)計算機(jī)軟硬件的資源共享?？梢詫⑵浜唵蔚母爬閮蓚€方面：其一；系統(tǒng)管理員直接掛磁盤的形式。其二；磁盤在特定條件下自動掛接，也就是說當(dāng)使用者數(shù)據(jù)實施或者進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整時，在這個過程中出現(xiàn)用戶硬件資源不足的情況，就可以充分利用這個方法，能夠確保數(shù)據(jù)的完整性，只要輸入簡單的指令，便可以數(shù)據(jù)隨意使用。換一種方式來說就是在用戶經(jīng)過授權(quán)或者獲得授權(quán)指令之后能夠?qū)浖拖嚓P(guān)數(shù)據(jù)調(diào)用，極大程度方便了沒有大磁盤的用戶。

3結(jié)語

當(dāng)前我國使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)計算機(jī)軟硬件的資源共享正處在不斷深化的階段，同計算機(jī)和應(yīng)用軟件兩者之間有著直接聯(lián)系，采用多種技術(shù)手段對計算機(jī)軟硬件資源的合理利用，能夠使其效用較大限度發(fā)揮出來，在各方面得到保障的同時，效益較大化，為企業(yè)更好參與到社會競爭中奠定堅實基礎(chǔ)。

作者：宋曉鳴

硬件技術(shù)論文:兼容性的處理技術(shù)計算機(jī)硬件論文

對于組裝機(jī)而言，用戶在選擇時，往往都是追求好的性能，以滿足自己的需求，卻并不會考慮硬件沖突和兼容性問題，這也就導(dǎo)致許多組裝機(jī)性能不穩(wěn)定，存在很大的兼容性問題。因此，用戶在對組裝機(jī)進(jìn)行選購時，要重視硬件資源的合理搭配，均衡選擇，也可以向相關(guān)技術(shù)人員咨詢，以切實避免硬件沖突和兼容性問題的發(fā)生。2計算機(jī)硬件沖突及兼容性的處理技術(shù)對于計算機(jī)而言，硬件沖突及兼容性問題的表現(xiàn)形式是多種多樣的，因此處理技術(shù)也是各不相同的，這里主要針對幾種常見的問題進(jìn)行分析和討論。

1主板的兼容性問題

主板作為計算機(jī)的核心，同時也是其他硬件設(shè)施功能發(fā)揮的主要途徑，與大部分硬件設(shè)施都有著密切的聯(lián)系，也是最容易出現(xiàn)兼容性問題的部分，應(yīng)該受到相關(guān)技術(shù)人員的充分重視。（1）主板與內(nèi)存。主板與內(nèi)存的兼容性問題是計算機(jī)硬件沖突中一個較為常見的問題，表現(xiàn)為計算機(jī)開機(jī)后持續(xù)報警或者機(jī)器點不亮。部分維修人員或者用戶通過將內(nèi)存條重新安裝的方法，可以解決這個問題，但是仍會不時發(fā)生，屬于治標(biāo)不治本。造成這種問題的原因，主要是內(nèi)存條的質(zhì)量問題，導(dǎo)致在與主板連接時出現(xiàn)接觸不良的情況。在對其進(jìn)行處理時，如果通過檢查，確定是內(nèi)存條質(zhì)量問題，則需要對內(nèi)存條金手指進(jìn)行清潔，或者采取相應(yīng)的措施對其進(jìn)行固定，確保內(nèi)存條與主板可以充分有效的接觸。如果內(nèi)存條不存在問題，在其他相同型號的主板上可以正常使用，則需要通過更換內(nèi)存條的方式進(jìn)行解決。（2）主板與聲卡。微電子技術(shù)的發(fā)展，使得當(dāng)前計算機(jī)主板在制作過程中，多數(shù)都集成有聲卡。但是這樣的聲卡在音質(zhì)方面與獨立聲卡相比存在一定的不足，因此，獨立聲卡在許多領(lǐng)域和行業(yè)仍然有著廣闊的市場。如果聲卡選擇不當(dāng)，或者聲卡驅(qū)動的安裝出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致主板與聲卡出現(xiàn)不兼容的現(xiàn)象，又或者在具備集成聲卡的主板上，加裝獨立聲卡，會造成硬件之間的相互沖突，導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)各種各樣的問題。對于這種情況，一方面要結(jié)合主板的型號、規(guī)格等，對聲卡進(jìn)行合理選擇，并安裝配套的聲卡驅(qū)動，另一方面，可以在計算機(jī)的資源管理器中，修改聲卡中出現(xiàn)沖突的地址，從而對主板與聲卡的兼容性問題進(jìn)行解決。（3）主板與顯卡。造成主板與顯卡兼容問題的主要原因，是由于顯卡自身的質(zhì)量問題，由于制作工藝、制作方法等問題，會導(dǎo)致顯卡與主板的沖突，表現(xiàn)為顯示器不亮、花屏等現(xiàn)象。在對其進(jìn)行處理時，一方面要對顯卡進(jìn)行檢查，查看是否存在質(zhì)量問題，如果有，要對顯卡進(jìn)行更換，另一方面，對顯卡與主板的接觸點進(jìn)行清潔，確保雙方接觸的有效性。

2系統(tǒng)驅(qū)動的兼容性問題

系統(tǒng)驅(qū)動問題造成的硬件沖突同樣是一個常見的問題，在計算機(jī)系統(tǒng)的安裝過程中，如果將相同的系統(tǒng)資源分配給多個設(shè)備，就會導(dǎo)致硬件沖突的產(chǎn)生，影響設(shè)備的正常工作。在對其進(jìn)行分析時，首先，需要對設(shè)備的驅(qū)動程序進(jìn)行檢查，明確是否存在重復(fù)安裝的情況，如果有，則需要對多余的部分進(jìn)行刪除，并重新安裝驅(qū)動程序。然后，對設(shè)備在“設(shè)備管理器”中的狀態(tài)和設(shè)置進(jìn)行檢查，如果在設(shè)備的資源設(shè)置中，沒有發(fā)現(xiàn)“資源”選項，則表示設(shè)備并沒有使用任何系統(tǒng)資源。如果發(fā)現(xiàn)資源的重復(fù)使用問題，要對其進(jìn)行重新分配，并對計算機(jī)進(jìn)行重啟，查看故障是否解決。

3結(jié)語

總而言之，計算機(jī)硬件沖突及兼容性問題是影響計算機(jī)功能發(fā)揮的重要因素，在對計算機(jī)進(jìn)行配置和管理的過程中，應(yīng)該充分重視起來，對其進(jìn)行預(yù)防和處理技術(shù)，從而確保計算機(jī)的正常運(yùn)行。

作者：黃磊 單位：上海外高橋造船有限公司信息部

硬件技術(shù)論文:藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)探討論文

1藍(lán)牙的結(jié)構(gòu)體系

藍(lán)牙協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是由底層硬件模塊，中間層和高端應(yīng)用層三大部分組成。

1.1藍(lán)牙的底層模塊

底層模塊是藍(lán)牙技術(shù)的核心模塊，所有嵌入藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備都必須包括底層模塊。它主要由鏈路管理層LMP（LinkManagerProtocol）、基帶層BB（BaseBand）和射頻RF（RodioFraquency）組成。其功能是：無線連接層（RF）通過2.4GHz無需申請的ISM頻段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸；它主要定義了工作在此頻段的藍(lán)牙接收機(jī)應(yīng)滿足的需求；其帶層（BB）提供了兩種不同的物理鏈路（同步面向連接路SCOSynchronousConnectionOriented和異步無連接鏈路ACLAsynchronousConnectionLess），負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸，且對所有類型的數(shù)據(jù)包提供了不同層次的前向糾錯碼FEC（FrequencyErrorCorrection）或循環(huán)沉余度差錯校驗CTC（CyclicRedundancyCheck）；LMP層負(fù)責(zé)兩個或多個設(shè)備鏈路的建立和拆除及鏈路的安全和控制，如鑒權(quán)和加密、控制和協(xié)商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的訪問入口；藍(lán)牙主機(jī)控制器接口HCI（HostCntrollerInterface）由基帶控制器、連接管理器、控制和事件寄存器等組成。它是藍(lán)牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，提供了一個調(diào)用下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令，上、下兩個模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)的傳遞必須通過HCI的解釋才能進(jìn)行。HCI層以上的協(xié)議軟件實體運(yùn)行在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來完成，二者之間通過傳輸層進(jìn)行交互。

1.2中間協(xié)議層

中間協(xié)議層由邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP（ServiceDiscoveryProtocol）、串口仿真協(xié)議或稱線纜替換協(xié)議（RFCOM）和二進(jìn)制電話控制協(xié)議TCS（TelephonyControlprotocolSpectocol）組成。L2CAP是藍(lán)牙協(xié)議棧的核心組成部分，也是其它協(xié)議實現(xiàn)的基礎(chǔ)。它位于基帶之上，向上層提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。它主要完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議的復(fù)用、分組的分割和重組（SegmentationAndReassembly）及組提取等功能。L2CAP允許高達(dá)64KB的數(shù)據(jù)分組。SDP是一個基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。它工作在L2CAP層之上，為上層應(yīng)用程序提供一種機(jī)制來發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)及其屬性，而服務(wù)屬性包括服務(wù)的類型及該服務(wù)所需的機(jī)制或協(xié)議信息。RFCOMM是一個仿真有線鏈路的無線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)的TS07.10串口仿真協(xié)議。它在藍(lán)牙基帶上仿真RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號，為原先使用串行連接的上層業(yè)務(wù)提供傳送能力。TCS是一個基于ITU-TQ.931建議的采用面向比特的協(xié)議，它定義了用于藍(lán)牙設(shè)備之間建立語音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令（CallControlSignalling），并負(fù)責(zé)處理藍(lán)廾設(shè)備組的移動管理過程。

1.3高端應(yīng)用層

高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部分。一個完整的藍(lán)牙協(xié)議棧按其功能又可劃分為四層：核心協(xié)議層（BB、LMP、LCAP、SDP）、線纜替換協(xié)議層（RFCOMM）、電話控制協(xié)議層（TCS-BIN）、選用協(xié)議層（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端應(yīng)用層是由選用協(xié)議層組成。選用協(xié)議層中的PPP（Point-to-PointProtocol）是點到點協(xié)議，由封裝、鏈路控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議組成，定義了串行點到點鏈路應(yīng)當(dāng)如何傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，它要用于LAN接入、撥號網(wǎng)絡(luò)及傳真等應(yīng)用規(guī)范；TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）、UDP（UserDatagramProtocol對象交換協(xié)議）是三種已有的協(xié)議，它定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信及其他類型計算機(jī)設(shè)備和外圍設(shè)備之間的通信。藍(lán)牙采用或共享這些已有的協(xié)議去實現(xiàn)與連接因特網(wǎng)的設(shè)備通信，這樣，既可提高效率，又可在一定程度上保障藍(lán)牙技術(shù)和其它通信技術(shù)的互操作性；OBEX（ObjectExchangeProtocol）是對象交換協(xié)議，它支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP（超文本傳輸協(xié)議）相同的基本功能。該協(xié)議作為一個開放性標(biāo)準(zhǔn)還定義了可用于交換的電子商務(wù)卡、個人日程表、消息和便條等格式；WAP（WirelessApplicationProtocol）是無線應(yīng)用協(xié)議，它的目的是要在數(shù)字蜂窩電話和其它小型無線設(shè)備上實現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。它支持移動電話瀏覽網(wǎng)頁、收取電子郵件和其它基于因特網(wǎng)的協(xié)議。WAE(WirelessApplicationEnvironment)是無線應(yīng)用環(huán)境，它提供用于WAP電話和個人數(shù)字助理PDA所需的各種應(yīng)用軟件。

2藍(lán)牙硬件的實現(xiàn)

藍(lán)牙的技術(shù)規(guī)范除了包括協(xié)議部分外還包括藍(lán)牙的應(yīng)用部分（即應(yīng)用模型）。在實現(xiàn)藍(lán)牙的時候，一般是將藍(lán)牙分成兩部分來考慮，其一是軟件實現(xiàn)部分，它位于HCI的上面，包括藍(lán)牙協(xié)議棧上層的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及藍(lán)牙的一些應(yīng)用；其二是硬件實現(xiàn)部分，它位于HCI的下面，亦即上面提到的底層硬件模塊，它已在圖1中標(biāo)示出。下面討論藍(lán)牙硬件模塊的結(jié)構(gòu)與性能。

藍(lán)牙硬件模塊由藍(lán)牙協(xié)議棧的無線收發(fā)器（RF）、其帶控制器（BB）和鏈路管理層（LMP）組成。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家都是利用片上系統(tǒng)技術(shù)SOC（System-On-Chip）將這三層功能模塊集嵌在同一塊芯片上。圖2為單芯片藍(lán)牙硬件模塊結(jié)構(gòu)圖。它由微處理器（CPU）、無線收發(fā)器（RF）、基帶控制器（BB）、靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM）、閃存（Flash程序存儲器）、通用異步收發(fā)器（UAST）、通用串行接口（USB）、語音編/解碼器（CODEC）及藍(lán)牙測試模塊組成。下面分別敘述各部分的組成及功能。

（1）藍(lán)牙基帶控制器

藍(lán)牙基帶控制器是藍(lán)牙硬件模塊的關(guān)鍵模塊。它主要由鏈路控制序列發(fā)生器、可編程程序列發(fā)生器、內(nèi)部語音處理器、共享RAM裁器及定時鏈管理、加密/解密處理等功能單元組成。其主要功能：在微處理器模塊控制下，實現(xiàn)藍(lán)牙基帶部分的所實時處理功能，包括負(fù)責(zé)對接收bit流進(jìn)行符號定時提取的恢復(fù)；分組頭及凈荷的循環(huán)沉余度校驗（CRC）；分組頭及凈荷的前向糾錯碼（FEC）處理和發(fā)送處理；加密和解密處理等。且能提供從基帶控制器到其它芯片的接口（諸如數(shù)據(jù)路徑RAM客戶接口、微處理器接口、脈碼調(diào)制接口（PCM）等。

（2）無線收發(fā)器模塊

無線收發(fā)器是藍(lán)牙設(shè)備的核心，任何藍(lán)牙設(shè)備都要有無線收發(fā)器。它與用于廣播的普通無線收發(fā)器的不同之處在于體積小、功率?。壳吧a(chǎn)的藍(lán)牙無線收發(fā)器的較大輸出功率只有100mW、2.5mW、1mW三種）。它由鎖相環(huán)、發(fā)送模塊和接收模塊等組成。發(fā)送部分包括一個倍頻器，且直接使用壓控振蕩器調(diào)制（VCO）；接收部分包括混頻器、中頻器放大器、鑒頻器以及低噪音放大器等。無線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀定時恢復(fù)和跳頻功能同時完成發(fā)送和接收操作。發(fā)送操作包括載波的產(chǎn)生、載波調(diào)制、功率控制及自動增益控制AGC；接收操作包括頻率調(diào)諧至正確的載波頻率及信號強(qiáng)度控制等。

（3）微處理器（CPU）

CPU負(fù)責(zé)藍(lán)牙比特流調(diào)制和解調(diào)所的所有比特級處理，且還負(fù)責(zé)控制收發(fā)器和專用的語言編碼和解碼器。

（4）Flash存儲器和SRAM

Flash存儲器用于存放基帶和鏈路管理層中的所有軟件部分。SRAM作為CPU的運(yùn)行空間，在作時把Flash中的軟件調(diào)用SRAM中。

（5）語音編/解碼器CODEC（CoderDecoder）

語音編/解碼器CODEC由ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、模數(shù)轉(zhuǎn)換口（ADC）、數(shù)字接口、編碼模塊等組成。主要功能：提供語音編碼和解碼功能，提供CVSD（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation）即連續(xù)可變斜率增量調(diào)制及對數(shù)PCM（PulseCodedModulation）即脈碼調(diào)制兩種編碼方式。

（6）藍(lán)牙測試模塊

它是由DUT（DeviceUnderTest）即被測試模塊與測試設(shè)備及計量設(shè)備組成。一般測試設(shè)備被測試設(shè)備構(gòu)成一個微微網(wǎng)，測試設(shè)備是主節(jié)點，DUT是從節(jié)點。測試設(shè)備對整個測試過程進(jìn)行控制，其主要功能提供無線層和基帶層的認(rèn)證和一致性規(guī)范，同時還管理產(chǎn)品的生產(chǎn)和售后測試。

（7）UART（UniversalAsynchronousKeceiverTransunitter）通用異步收發(fā)器和USB（UniversalSerialBus）通用串行接口。

功能：提供到HCI（HostConfrollerInterface）即主機(jī)控制器接口傳輸層的物理連接，是高層與物理模塊進(jìn)行通信的通道。

3TR0700單芯片介紹

RT0700單芯片是Transilica公司的藍(lán)牙產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它把無線收發(fā)器與基帶都集成到一塊CMOS芯片上，替代傳統(tǒng)的串行語音和通用串行接口電纜，為語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線連接。

3.1結(jié)構(gòu)及工作原理

RT0700單芯片由收發(fā)器、基帶、語音編/解碼器（CODEC）、帶有4個可配置的8bit接口的8051微處理器、兩個串行口雙高性能的通用異步收發(fā)器（UART）、4KB的靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM）、64KB的Flash程序存儲器等組成。

收發(fā)器由低噪放大器（LNA）、電平控制器（PA）、混頻器、鑒頻器、控制寄存器、發(fā)送濾波器、振蕩器等組成。其工作原理是：來自接收天線上的信號經(jīng)低噪放大器（LNA）放大后，送至多級濾波器，多級濾波器具有預(yù)選擇功能，它把LAN的輸出信號限制在2.4GHz的ISM頻段內(nèi)，去除負(fù)頻率成分，輸出適合進(jìn)行下變頻處理的信號。I、Q混頻器把藍(lán)牙頻段的信號移頻至低中頻（IF）傳輸?shù)恼{(diào)制信號。復(fù)合濾波器負(fù)責(zé)從下變頻信號中濾除無用信號和噪聲。鑒頻器使用過采樣技術(shù)從IF信號中取出藍(lán)牙低調(diào)制指數(shù)信號；發(fā)送器由發(fā)送濾波器、頻率合成器、功率放大器、振蕩器、天線等組成。其工作原理是：發(fā)送濾波器是一個高斯數(shù)字濾波器，它對發(fā)送環(huán)Tx輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字過濾；振蕩器的功能是驅(qū)動一個外部的晶體振蕩器或者接受一個外部的時鐘信號，向頻率合成器提供一個低噪聲的參考頻率。功率放大器的主要功能是對頻率合成器的輸出功率放大到1mW左右，且對頻率合成器起緩沖作用，減少負(fù)載變化對合成器的影響；發(fā)送天線：當(dāng)使用差分輸入的LNA時，它可以是一個低噪聲的平衡雙極天線；8051微處理器是一個8位的微處理器，它的主要功能是管理和實現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議棧。它具有一增強(qiáng)的指令集、二級數(shù)據(jù)指針、擴(kuò)展的SRAM和雙UART。在TR0700中對一些重復(fù)性的操作諸如分組的組裝和拆解、加密、地址編碼/解碼、糾錯和同步等都由硬件來實現(xiàn)，這樣能降低處理器的開銷，有效地提高響應(yīng)性能。TR0700除了8051微處理器本身所帶有的一些特殊功能寄存器（SFR）外，還定義了一些新的特殊功能寄存器（SFR），它還引入了一些特殊的中斷，如一個帶有特殊保護(hù)的外部中斷INT3等。RT0700的基帶操作有三種模式可供選擇：數(shù)據(jù)/地址、端口、測試。

3.2基本功能及應(yīng)用

TR0700單芯片的基本功能是：具有10m的傳輸距離及1Mbps的數(shù)據(jù)速率；支持79跳系統(tǒng)及支持點到點、點到多點連接，既可以是主節(jié)點又可以是從節(jié)點；支持GAP、TCS、手機(jī)、intercom剖面和串行口等；支持Hold、Sniff和Park功率節(jié)省模式；對LC、LM、L2CAP、SDP、RECOMM等藍(lán)牙協(xié)議棧能實現(xiàn)；對于SCO鏈路支持HV1、HV2、HV3數(shù)據(jù)分組；對于ACL分組支持DM1、DM3、DM5、HD1、HD3、HD5和AUX1數(shù)據(jù)分組；具有用于測試和Flash內(nèi)存升級的JTAG接口。TR0700單芯片的主要應(yīng)用有：用于電信方面的峰房和無繩電話、調(diào)制解調(diào)器、手持設(shè)備、互聯(lián)設(shè)備、小型監(jiān)視器；用于計算機(jī)方面有鍵盤、鼠標(biāo)、控制桿、掃描儀、監(jiān)視器、打印機(jī)、桌面、筆記本計算機(jī)等。用于消費(fèi)類的PDA、耳機(jī)、監(jiān)視系統(tǒng)、游戲控制器和數(shù)字相機(jī)等。

藍(lán)牙技術(shù)作為一個開放的無線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，能通過無線連接方式將一定范圍內(nèi)的固定或移動設(shè)備連接起來，使人們能夠更方面更快速地進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)的交換，這無疑將會成為未來無線通信領(lǐng)域的一個重要的研究方向。本文所描述的藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)模式分析，只是藍(lán)牙核心技術(shù)中的一小部分，隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷完善與產(chǎn)品的成功開發(fā)，可以肯定，藍(lán)牙技術(shù)將會逐漸進(jìn)入我們的工作和生活，成為不可缺少的一部分。

摘要：介紹了藍(lán)牙技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及特點，并結(jié)合Transilica公司生產(chǎn)的Onechip藍(lán)牙產(chǎn)品TR0700單芯片，分析了硬件實現(xiàn)模式。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)鏈路管理與控制跳頻

硬件技術(shù)論文:EDA技術(shù)在計算機(jī)硬件設(shè)計的實踐

【摘要】科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開計算機(jī)硬件的發(fā)展，EDA技術(shù)的發(fā)展為計算機(jī)硬件的設(shè)計提供了全新的解決思路，以一種高效、快速、便于調(diào)試的方式，提升了計算機(jī)硬件的發(fā)展水平。本文簡單介紹了EDA技術(shù)，并以UART的設(shè)計和實現(xiàn)為例，闡述了EDA技術(shù)在計算機(jī)硬件設(shè)計方面的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)硬件設(shè)計；EDA技術(shù)；實踐分析

前言

電子設(shè)計從手工設(shè)計逐步走向了自動化設(shè)計，它的發(fā)展以EDA技術(shù)的發(fā)展為主要標(biāo)志。EDA技術(shù)以計算機(jī)為操作工具，融合了近期的應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和智能化技術(shù)的成果，并且將設(shè)計人員從繁重且重復(fù)的勞動中解脫出來，使得電子產(chǎn)品的設(shè)計效率提升了。

1EDA技術(shù)概述

1.1EDA技術(shù)的基本內(nèi)容

在沒有EDA技術(shù)的時代，計算機(jī)硬件的設(shè)計需要通過人工手動完成集成電路的設(shè)計、布線等工作。而隨著集成線路復(fù)雜程度的增加，基于手工的設(shè)計方式已經(jīng)無法滿足工作需求。因而人們開始尋求一種更為高效的硬件設(shè)計方式。EDA技術(shù)的誕生，成功改變了這一情況。它以計算機(jī)為操作工具，讓學(xué)生可以在軟件平臺上，通過軟件化的設(shè)計方式來描述計算機(jī)硬件。由計算機(jī)代替人工完成邏輯編譯、優(yōu)化、布線、仿真等工作。整個過程是自動的，直到能夠完成對既定芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作[1]。

1.2一般設(shè)計流程

它創(chuàng)新性的顛覆了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的設(shè)計方式。將設(shè)計的順序從由下至上翻轉(zhuǎn)過來。這使得硬件設(shè)計者能夠從更為宏觀的角度去掌控產(chǎn)品的開發(fā)。包括設(shè)計的質(zhì)量、成本、功能需求、研發(fā)周期等。在擁有比較的宏觀分析后，從系統(tǒng)設(shè)計出發(fā)，進(jìn)行頂層功能模塊的解構(gòu)和劃分。并能夠按照方框圖系統(tǒng)級的次序逐級完成仿真糾錯和驗證。從而能夠使設(shè)計問題更早的被凸顯出來。當(dāng)所有的仿真和驗證確認(rèn)無誤后，再用邏輯綜合優(yōu)化工具的門級邏輯電路的網(wǎng)表來實現(xiàn)硬件的物理級呈現(xiàn)。通過該項技術(shù)的應(yīng)用，將設(shè)計者的設(shè)計強(qiáng)度減輕，僅需要通過軟件平臺，就可以實現(xiàn)硬件的電路設(shè)計和功能仿真。整體的設(shè)計效率被大幅度提升。硬件設(shè)計流程如圖1所示：

2基于EDA技術(shù)的計算機(jī)硬件設(shè)計的實踐探究

本文以可編程器件開發(fā)工具M(jìn)AX+PLUSⅡ為開發(fā)平臺設(shè)計，它的運(yùn)行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中。同時該開發(fā)平臺具備十分完整的可編程邏輯設(shè)計環(huán)境，能夠完成從指標(biāo)設(shè)計、輸入、編輯綜合處理、校驗直至編程下載的EDA設(shè)計的全過程。設(shè)計者可以按工作流程選用工作模塊。適用于多平臺操作，是一種理想的開發(fā)平臺。本部分就計算機(jī)的基本硬件之一通用異步收發(fā)傳輸器基于EDA技術(shù)的設(shè)計實現(xiàn)進(jìn)行了簡要的闡述。

2.1UART的基本介紹

通用異步收發(fā)器（UART），是計算機(jī)中不可缺少的組成部分，它是一種短距離串行傳輸接口。能夠作為微機(jī)與下位機(jī)的通訊串口，來實現(xiàn)有效通訊。根據(jù)當(dāng)前的計算機(jī)運(yùn)行機(jī)制，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和傳輸。但是并行數(shù)據(jù)并不能夠直接發(fā)送到調(diào)至解調(diào)器中，而必須要經(jīng)過異步傳輸才能夠解決。UART就是此過程的必要部件。它將信息有序的發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器中，實現(xiàn)計算機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2硬件設(shè)計

在進(jìn)行硬件設(shè)計時，考慮各項功能模塊的調(diào)試工作，設(shè)置了三個按鍵輸入來實現(xiàn)UART的復(fù)位、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)功能的啟動。整體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3模塊設(shè)計

（1）基本設(shè)計思路UART在工作中主要涉及兩個過程，發(fā)生和接收。在設(shè)計時，考慮模塊化的方式來進(jìn)行設(shè)計。發(fā)生的過程即并行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備階段，UART按照既定的格式，將信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在此過程中涉及到關(guān)鍵的時鐘信號。需要通過波特率發(fā)生器來產(chǎn)生與本地系統(tǒng)同步的時鐘信號。而接收的過程，就是在信號轉(zhuǎn)換成RXD串行信號后，轉(zhuǎn)換成調(diào)制解調(diào)器需要的并行數(shù)據(jù)信號。在整個進(jìn)程中，由于本地時鐘信號與UART的時鐘信號會產(chǎn)生一定的延遲和誤差。當(dāng)這種誤差產(chǎn)生持續(xù)性的積累時，會產(chǎn)生接收偏差。使得UARD的功能不能夠被順利的實現(xiàn)。因此，在進(jìn)行設(shè)計時，需要采用一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波特率的本地時鐘信號對輸入信號RXD不斷地采樣，來保持工作過程中UARTDE接收和發(fā)生不會出現(xiàn)步調(diào)不一致。（2）奇偶校驗位發(fā)生器模塊設(shè)計奇偶校驗是一種校驗代碼傳輸正確性的方法，以保障串行數(shù)據(jù)的性。在基于EDA技術(shù)進(jìn)行UART奇偶校驗位發(fā)生器設(shè)計需要考慮幾個關(guān)鍵點。一是該模塊能夠執(zhí)行奇偶校驗規(guī)則，正確的選擇數(shù)據(jù)。從而實現(xiàn)系統(tǒng)既定二進(jìn)制數(shù)據(jù)與輸入的串行數(shù)據(jù)校驗位的合理比較。驗證輸入的正確性。二是該模塊必須要滿足計算機(jī)功能的持續(xù)拓展性。在計算機(jī)工作中，會產(chǎn)生不確定的并行校驗位的增加。那么該模塊應(yīng)該能在后續(xù)定義的規(guī)則基礎(chǔ)上進(jìn)行校驗位的添加。對已經(jīng)設(shè)計完成的奇偶校驗位發(fā)生器模塊采用EDA的工具mod-elsim12.0進(jìn)行功能的仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析，以確保所有期望的功能都已經(jīng)實現(xiàn)，對于發(fā)生問題的地方及時進(jìn)行修訂。（3）波特率發(fā)生器模塊設(shè)計此模塊的主要功能就是能夠根據(jù)時鐘的頻率和既定的波特率來計算出波特分頻因子。分頻因子就是分頻數(shù)。對于波特率發(fā)生器的系數(shù)一般在現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)時基本上是固定的，但是當(dāng)實現(xiàn)出現(xiàn)變化時，波特發(fā)生器的系數(shù)就要發(fā)生改變。在UART中采用的是專用的芯片，使得波特率的改變變得比較困難，需要加上相應(yīng)的接口來實現(xiàn)波特率的變動。在使用硬件描述語言的parameter語句（VerilogHDL）或者Generic語句（VDHL）就可以實現(xiàn)UART專用芯片的波特率的改變。那么就不需要通過后續(xù)的接口添加來改變系數(shù)，也就減少了設(shè)計和調(diào)試的難度。該發(fā)生器的分頻時鐘與波特時鐘的頻率比設(shè)置為16:1.那么信號采樣的性就會增高，使接收和發(fā)生保持在同一步調(diào)上[2]。（4）頂層模塊設(shè)計UART頂層模塊是硬件的綜合模塊。它涵蓋硬件中全部接口定義。主要是為了接收和發(fā)生與其他模塊的通訊和連接。若通用異步收發(fā)器的波特率為9600bit/s，分頻因子則為9600*16*2。運(yùn)用EDA仿真軟件，在進(jìn)行發(fā)送功能仿真時將能夠得到相應(yīng)的仿真結(jié)果。對該模塊的仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析的時候可以發(fā)現(xiàn)，等待發(fā)送的數(shù)據(jù)在接觸發(fā)生信號后，其串行信號發(fā)生了改變，由01010101001010101[3]。利用EDA技術(shù)進(jìn)行UART的實際，能夠?qū)崿F(xiàn)利異步串行通信功能，同時可以利用EDA仿真工具就功能模塊進(jìn)行分別和整體的仿真校驗，解決了計算機(jī)硬件設(shè)計問題發(fā)現(xiàn)晚的劣勢，能夠在設(shè)計的過程中及時調(diào)整設(shè)計方案。

3結(jié)束語

EDA技術(shù)是計算機(jī)硬件設(shè)計向軟件化轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志，它為計算機(jī)硬件設(shè)計提供了全新的思路。這種設(shè)計方式使得計算機(jī)的硬件設(shè)計具備可視性、直觀性，且可以在設(shè)計過程中進(jìn)行實時的控制和調(diào)整，解決了復(fù)雜電路設(shè)計問題發(fā)現(xiàn)滯后的問題。

作者：景帆 單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司

硬件技術(shù)論文:計算機(jī)硬件組裝與維護(hù)技術(shù)分析

摘要：當(dāng)前隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及與發(fā)展，計算機(jī)作為日常工作和生活中使用到的重要工具在人們的生活中扮演著重要的角色，一旦計算機(jī)的硬件或是軟件系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將不可避免地給人們帶來一定的損失。因此，掌握一定的計算機(jī)軟件、硬件組裝和維護(hù)技術(shù)，提升計算機(jī)保養(yǎng)技能對于普通用戶來說是非常重要的。筆者基于現(xiàn)實的角度詳細(xì)介紹了計算機(jī)硬件和軟件的組裝技術(shù)，并對一些常見的軟、硬件維護(hù)和保養(yǎng)問題進(jìn)行了相關(guān)探討，希望能為計算機(jī)用戶提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)硬件；維護(hù)；組裝

1引言

計算機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪薪邮蘸吞幚硇畔⒅袘?yīng)用到的常用工具，且計算機(jī)在推動人類第三次工業(yè)革命的過程中扮演著不可或缺的重要角色，目前隨著個人筆記本和微型計算機(jī)的普及，計算機(jī)幾乎成了人類生產(chǎn)和生活中的必需品。計算機(jī)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，在使用的過程中難免會出現(xiàn)一些硬件問題或是系統(tǒng)問題，因此，掌握基本的計算機(jī)組裝和維護(hù)技術(shù)，不但可以較大限度保護(hù)數(shù)據(jù)安全、延長計算機(jī)的使用年限，還可以節(jié)省下一大筆維護(hù)資金。本文以此為基本出發(fā)點詳細(xì)論述了計算機(jī)硬件組裝技術(shù)，并針對計算機(jī)系統(tǒng)常見的幾種故障問題提出了自己的看法。

2計算機(jī)硬件系統(tǒng)組裝技術(shù)概述

計算機(jī)系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)支撐下的技術(shù)設(shè)備，其硬件系統(tǒng)是支持計算運(yùn)行的核心。計算機(jī)硬件系統(tǒng)是一個由機(jī)箱、電源、CPU、硬盤、顯卡、基本電路板、散熱裝置、輸入裝置和輸出裝置等組合在一起的復(fù)雜系統(tǒng)，主要根據(jù)電子及電子元件工作原理、計算機(jī)系統(tǒng)的工作步驟以及系統(tǒng)操作規(guī)程將這些硬件系統(tǒng)有機(jī)組合在一個空間內(nèi)，保障各個物理硬件裝置之間協(xié)同工作，從而達(dá)到獲取、處理、輸入及輸出信息的功能。計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組裝是其他維護(hù)技術(shù)的前提和保障，只有了解了計算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組裝技術(shù)才能在計算機(jī)硬件系統(tǒng)的維護(hù)過程中做到游刃有余，從而保障計算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3計算機(jī)硬件系統(tǒng)組裝的具體步驟

計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組裝對于初學(xué)者來說是一個頗為復(fù)雜的工程，其涉及諸多物理設(shè)備的安裝和調(diào)試，并需要嚴(yán)格遵循一定的操作規(guī)程進(jìn)行組裝，在本章節(jié)中將計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組裝過程分為以下三個過程。首先是主機(jī)箱的安裝。首先打開主機(jī)箱，利用改錐和螺絲將計算機(jī)主板固定在機(jī)箱上，根據(jù)螺絲孔的大小和深淺準(zhǔn)備相應(yīng)型號和數(shù)量的螺絲。同時安裝過程中要確保螺絲的固定質(zhì)量，防止出現(xiàn)松動的情況。固定好計算機(jī)主板后下一步是要安裝電源系統(tǒng)，通常情況下機(jī)箱內(nèi)的電源插口位于機(jī)箱左上方，固定好四顆螺絲，同時保障電源的排風(fēng)扇是朝機(jī)箱外面的目的是保障散熱質(zhì)量。接下來就是安裝CPU，CPU作為計算機(jī)系統(tǒng)中的核心部件往往做工非常精細(xì)，針腳部位非常脆弱，在外部應(yīng)力作用下極易損壞。因此，在安裝過程中一定要格外注意，小心翼翼地將CPU與主板上的插口對應(yīng)，并注意在固定螺絲的過程中一定不能加大力度，保障CPU在主板上不會松動即可。同時CPU作為主要的工作中心發(fā)熱量較大，必須在CPU上安裝散熱風(fēng)扇，同時建議在CPU和排風(fēng)扇之間涂抹散熱硅膠，然后再固定風(fēng)扇上的螺絲或是掛鉤。環(huán)節(jié)是要連接風(fēng)扇的電源接口與主板上相應(yīng)的接口，在保障銜接質(zhì)量的同時避免連接線路對其他設(shè)備的安裝造成影響。其次是內(nèi)存的安裝。計算機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存分為運(yùn)行內(nèi)存和存儲內(nèi)存兩個板塊。其中運(yùn)行內(nèi)存為條狀的集成電路板，需要將其插入計算機(jī)主板上相應(yīng)的插槽內(nèi)，目前市面上主要有2G、4G、8G和16G幾種容量的內(nèi)存條，用戶可以根據(jù)自身的需要選擇合適容量的運(yùn)行內(nèi)存進(jìn)行組裝。同時為了保障內(nèi)存的安裝質(zhì)量在插槽設(shè)計期間在兩邊設(shè)計了掛鉤，起到穩(wěn)定內(nèi)存條的目的。安裝過程中將內(nèi)存條與插槽的邊緣對齊，調(diào)整好方位后用兩個手指按住內(nèi)存條的兩側(cè)將其同步安插在插槽內(nèi)，兩側(cè)同時聽見“咔噠”的聲響同時掛鉤卡住內(nèi)存條的兩側(cè)邊緣時即為安裝成功。通常情況下主板上設(shè)置有四個內(nèi)存條卡槽，有的機(jī)型則為兩個，實際應(yīng)用時可以根據(jù)個人需求或是實際情況安裝多條內(nèi)存條，計算機(jī)的總運(yùn)行內(nèi)存為單個內(nèi)存條容量之和。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)出現(xiàn)四個內(nèi)存條卡槽時不可以安裝三條內(nèi)存條，且當(dāng)安裝兩條內(nèi)存條時需要采取間隔一個卡槽位置安裝的形式，這是由運(yùn)行內(nèi)存的設(shè)計原理所決定的。存儲內(nèi)存俗稱硬盤，是驅(qū)動計算機(jī)運(yùn)行的重要設(shè)備，安裝時需要將其固定在機(jī)箱的前端，用螺絲將其固定好之后將引線安插在主板上指定的位置，電源線連接在主機(jī)電源上，確保計算機(jī)可以更好讀取硬盤數(shù)據(jù)。是計算機(jī)顯卡以及控制線的安裝。顯卡又被稱為顯示適配器，是電腦進(jìn)行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備，也是計算機(jī)硬件系統(tǒng)中的重要組成元素之一。通常在計算機(jī)主板上預(yù)留有顯卡安裝插槽，安裝時將顯卡對準(zhǔn)插槽的接口往下小心按壓，然后用螺絲將其固定在主板上。另外，一些機(jī)型的主板集成顯卡、聲卡和網(wǎng)卡，即在制作主板的過程中已將這些硬件設(shè)備安裝在了主板上，因此不需要手動安裝，實踐過程中需要注意這些問題。然后是控制線的安裝，由于大部分的機(jī)箱控制按鈕如電源鍵、重啟鍵以及顯示燈等都分布在機(jī)箱上的顯著位置，因此，首先要確定主板上的對應(yīng)接口，并注意正負(fù)極，選用合適的控制線將這些按鈕和顯示燈與主板上對應(yīng)的插口連接起來，同時盡可能注意線路的布局，避免內(nèi)部線路混亂，從而為后期使用過程中維護(hù)和更換硬件降低難度。在機(jī)箱內(nèi)部部件安裝完成后，安裝好機(jī)箱蓋，連接好機(jī)箱外部的其他設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、音響、光驅(qū)等，接通電源并開機(jī)，觀察主要的顯示燈和屏幕顯示情況，確定可以正常啟動后再安裝操作系統(tǒng)。

4計算機(jī)硬件系統(tǒng)的日常維護(hù)技術(shù)分析

4.1硬盤的維護(hù)

計算機(jī)硬盤是硬件系統(tǒng)中的重要組成部分，同時也是用戶數(shù)據(jù)最主要的存儲設(shè)備，硬盤一旦出現(xiàn)問題將給用戶帶來不可估量的損失。因此，首先要保障硬盤的工作環(huán)境必須干凈、清潔，污染物附著在主軸電機(jī)內(nèi)部以及電路板的表面上，會影響主板的散熱效果，甚至造成電路板短路等重大問題。同時要保障外部溫度維持在合理的范圍內(nèi)，以23攝氏度左右為宜。其次，要注意硬盤的防震工作，硬盤是精密的電路元件系統(tǒng)，在外力震蕩作用下易造成磁頭和盤面的碰撞，進(jìn)而造成存儲設(shè)備的損壞。，在硬盤的日常使用過程中要注意采取一些必要的維護(hù)手段，包括及時清理硬盤內(nèi)的垃圾，定期對硬盤進(jìn)行病毒及惡意軟件檢測，以及存放系統(tǒng)文件的分區(qū)內(nèi)盡量少放其他文件，等等。

4.2CPU的維護(hù)

CPU是計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)主要的信息交互和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，運(yùn)行時間過長和過短都會對CPU系統(tǒng)帶來致命的破壞作用，若CPU出現(xiàn)故障，將很有可能導(dǎo)致正在運(yùn)行中軟件損壞和處理數(shù)據(jù)丟失，因此，在合理控制計算機(jī)工作時間的同時，要定期檢查散熱器的工作狀態(tài)，并做好散熱器的除塵清潔工作，保障散熱器的正常運(yùn)行。同時在工作中要盡量避免強(qiáng)制關(guān)機(jī)，在CPU出現(xiàn)故障時要首先檢查散熱器的工作狀態(tài)，然后在斷電的狀態(tài)下更換CPU。另外，一定要避免CPU長時間高溫作業(yè)，確保外部環(huán)境的干凈和涼爽，減輕散熱器的工作壓力。

4.3內(nèi)存的維護(hù)

內(nèi)存條是計算機(jī)硬件系統(tǒng)中的重要設(shè)備，同時也是較易發(fā)生故障的設(shè)備，如果在使用過程中發(fā)現(xiàn)計算機(jī)顯示屏無法正常顯示，或是出現(xiàn)錯誤提示，且機(jī)箱內(nèi)伴隨異響，可以初步判斷為內(nèi)存故障。這時斷電打開主機(jī)機(jī)箱，首先查看內(nèi)存條與主板卡槽的接觸是否良好，然后采用拔插檢測法檢測內(nèi)存的故障（注意不可一次性全部插拔，只移動部分內(nèi)存條即可），然后接通電源重新啟動觀察計算機(jī)是否可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果插拔法無效，則需要更換內(nèi)存，如果更換新的內(nèi)存條后計算機(jī)還是不能正常啟動，則初步判斷為卡槽故障或是計算機(jī)主板故障，需要交由專業(yè)的維修人員進(jìn)行進(jìn)一步的故障檢測。

5結(jié)語

總之，計算機(jī)是人們生活與工作中非常重要的設(shè)備，逐漸成為人們的生活必需品，熟練掌握計算機(jī)硬件組裝以及維護(hù)方法是保障計算機(jī)運(yùn)行的重要措施，根據(jù)對計算機(jī)硬件的詳細(xì)了解，更好維護(hù)計算機(jī)。

作者：張宏 單位：呼倫貝爾職業(yè)技術(shù)學(xué)院

硬件技術(shù)論文:計算機(jī)硬件技術(shù)的構(gòu)成與作用

摘要：隨著人類社會的快速發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時代是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，在應(yīng)用計算機(jī)過程中，能夠給人們提供諸多便利。計算機(jī)是以軟件和硬件技術(shù)為依托的，通過對相關(guān)技術(shù)的了解，有助于促進(jìn)我國計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。但是，在計算機(jī)技術(shù)更新?lián)Q代速度極快的今天，對硬件技術(shù)的完善有更高的要求。本文主要從計算機(jī)硬件的構(gòu)成、作用及其相關(guān)技術(shù)視角出發(fā)，做進(jìn)一步的思考。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；硬件技術(shù)；思考

前言

硬件是計算機(jī)的重要組成部分，而硬件技術(shù)的發(fā)展決定著計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)水準(zhǔn)與完善水平，對國內(nèi)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在計算機(jī)的硬件組成看，運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備是主要構(gòu)件，在計算機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)揮其獨特的作用。通過對計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展與完善，其技術(shù)水平得到明顯的提高。在學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件技術(shù)知識內(nèi)容后，我能夠?qū)υ摷夹g(shù)有著進(jìn)一步的了解和認(rèn)識，并進(jìn)行深入的思考。

1計算機(jī)硬件的構(gòu)成及作用

軟件設(shè)施、硬件設(shè)施是構(gòu)成計算機(jī)的重要部分，以硬件為例，其構(gòu)成也相對較為復(fù)雜，對計算機(jī)的有效運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。首先，運(yùn)算器，能夠?qū)τ嬎銠C(jī)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工與處理，借助控制器，可以與存儲器之間相互轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息。這是CPU的重要部件，對數(shù)據(jù)計算發(fā)揮著重要影響，也是決定計算機(jī)運(yùn)行效率的關(guān)鍵。其次，控制器，相當(dāng)于計算機(jī)系統(tǒng)的控制指揮中心，與運(yùn)算器共同組成中央處理器，可分析系列指令，并根據(jù)指令而發(fā)出控制命令信號，促進(jìn)計算機(jī)各部件的協(xié)調(diào)工作?？梢?，控制器如同人體的大腦或中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對計算機(jī)的正常運(yùn)行發(fā)揮重要作用。再次，存儲器，相當(dāng)于記憶裝置，能夠?qū)τ脩舻谋４嫘畔⒆x取。通常，存儲器是由主存、輔存兩部分組成，計算機(jī)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)信息內(nèi)容大多在主存儲器中存儲。，輸入和輸出設(shè)備，是實現(xiàn)計算機(jī)與人交互的重要部件［1］。

2計算機(jī)硬件技術(shù)分析

2．1開發(fā)技術(shù)：當(dāng)前，開發(fā)技術(shù)主要表現(xiàn)在嵌入式硬件平臺開發(fā)方面。該平臺為嵌入式微芯片提供工作場所，借助處理器和系統(tǒng)外圍設(shè)備，使其能夠正常運(yùn)作。對于嵌入式的計算機(jī)硬件，由嵌入式處理器、控制器、數(shù)字信號處理器等組成，可將計算機(jī)硬件的工作效率提升層次。其中嵌入式控制器發(fā)揮重要作用，其在單片機(jī)的內(nèi)部芯片中具有諸多功能，如集成總線、脈寬調(diào)制輸出等，不僅能夠降低控制器的成本，而且其體積下，有利于計算機(jī)朝著為控制的方向發(fā)展。在計算機(jī)開發(fā)技術(shù)水平提高中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對數(shù)字信號處理器的開發(fā)力度，縮小其體積，同時也加強(qiáng)其工作能力，達(dá)到提升計算機(jī)硬件整體性能的目的［2］。

2．2加速技術(shù)：近年來，計算機(jī)硬件加速技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，能夠提高計算機(jī)的處理速度。加速技術(shù)主要有：Huffman算法、XML、像素光照計算、CUDA等硬件加速技術(shù)，利用硬件模塊代替軟件算法，能夠發(fā)揮影響速度快的優(yōu)勢，對數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行快速處理，達(dá)到提高計算機(jī)工作效率的目的。計算機(jī)硬件加速技術(shù)研究中，可借助芯片、處理器等硬件元件，用以解決CPU的諸多問題，減小CPU的壓力，使其能夠運(yùn)行其他程序。就我國計算機(jī)的發(fā)展趨勢看，硬件加速技術(shù)是計算機(jī)硬件技術(shù)未來發(fā)展的重要方向，技術(shù)人員能夠在該方面有著突破性進(jìn)展，有利的促進(jìn)我國計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程［3］。

2．3硬件存儲技術(shù)：從存儲技術(shù)看，是計算機(jī)得以在社會眾多行業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用的重要技術(shù)支持，伴隨計算機(jī)技術(shù)水平的提高，存儲技術(shù)也逐漸實現(xiàn)突破。目前，常見的計算機(jī)硬件存儲技術(shù)主要包括：首先，DAS技術(shù)，其存儲設(shè)備在連接裝置的作用下，可以直接連接計算機(jī)，具有操作簡單、成本低廉、性能良好的優(yōu)勢和安全性低、擴(kuò)展性差的劣勢。其次，NAS技術(shù)，這是專門為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲而開發(fā)和研究的新型服務(wù)器，具有獨立的PC服務(wù)器，盡管其擴(kuò)展性能良好，但數(shù)據(jù)傳輸速度并未達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，而且在使用過程中，單點故障相對較多，對計算機(jī)正常運(yùn)行有影響。，SAN技術(shù)，可以形成存儲網(wǎng)絡(luò)，其擴(kuò)展能力較強(qiáng)，而且數(shù)據(jù)信息的傳輸速度十分快，但應(yīng)用該技術(shù)的成本相對較高，且對技術(shù)水平的要求更高。

2．4故障診斷技術(shù)：在計算機(jī)硬件運(yùn)行中，可能發(fā)揮故障，相關(guān)人員應(yīng)對故障加以合理的定位及檢測。為能夠及時開展故障診斷工作，可設(shè)置自動診斷的程序，只需要在數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)、診斷控制系統(tǒng)的條件下，方可實現(xiàn)。在此過程中，相關(guān)人員構(gòu)建故障模型，進(jìn)行硬件數(shù)據(jù)測試，并輸入精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，在計算機(jī)硬件內(nèi)部創(chuàng)造“詞典”，在計算機(jī)硬件發(fā)生故障時，則啟動自動診斷程序，針對相關(guān)數(shù)據(jù)而形成一份初步診斷報告，供技術(shù)人員參考。隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛躍發(fā)展，計算機(jī)體積越來越小，但其構(gòu)件越趨復(fù)雜多樣，增加故障診斷難度，通過發(fā)展故障診斷技術(shù)，可以提高計算機(jī)硬件故障診斷工作的效率，這對計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有利［4］。

2．5運(yùn)行維護(hù)技術(shù)：運(yùn)行維護(hù)技術(shù)是計算機(jī)硬件技術(shù)的重要組成部分，通過有效開展計算機(jī)的維護(hù)工作，能夠使計算機(jī)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。就計算機(jī)硬件的元件看，主板、顯卡、內(nèi)存、硬盤比較容易出現(xiàn)故障，一旦故障產(chǎn)生，則影響計算機(jī)的運(yùn)行，因而用戶應(yīng)定期檢測故障，對硬件部件開展必要的檢查、保養(yǎng)工作，可延長計算機(jī)硬件的使用壽命。例如，對于風(fēng)扇部件，應(yīng)定期對其進(jìn)行清潔，避免灰塵積累過多而影響風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。另外，機(jī)主還應(yīng)定期檢查內(nèi)存及做好殺毒工作，為計算機(jī)硬件設(shè)施提供有利的運(yùn)行環(huán)境。

結(jié)論

現(xiàn)階段，我國計算機(jī)硬件技術(shù)水平不斷提高，有力的推動著計算機(jī)事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件技術(shù)知識的過程中，能夠?qū)τ嬎銠C(jī)硬件技術(shù)有更多的理解，有助于為我以后學(xué)習(xí)計算機(jī)知識內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。國內(nèi)的計算機(jī)技術(shù)研究道路上，必將以硬件技術(shù)知識為依托，從而加大技術(shù)研發(fā)力度，為國內(nèi)計算機(jī)硬件技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程創(chuàng)造有利的條件。該技術(shù)未來發(fā)展中，開發(fā)技術(shù)、加速技術(shù)、存儲技術(shù)、故障診斷技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)也將占據(jù)主導(dǎo)地位和發(fā)揮導(dǎo)向作用。

作者：方可 單位：湖北咸寧市鄂南高中二（8）班

硬件技術(shù)論文:網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)硬件故障分析

摘要：隨著我國社會科技的不斷進(jìn)步，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，推動了我國經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展，為我國可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)上的支持與保障。本文通過對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊過程中硬件方面常遇到的故障問題、日常的維護(hù)工作，進(jìn)行詳細(xì)的分析，并研究出合理有效的處理辦法，以使得計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)能夠得到良好平穩(wěn)安全的硬件保障環(huán)境。為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)通訊；硬件故障；處理辦法

0引言

隨著社會的不斷發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊已與人們的生活息息相關(guān)，為人們帶來了很大的便捷，對計算機(jī)的技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，提升了用戶的生活質(zhì)量，推動了我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，然而，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的過程中也出現(xiàn)了很多的故障，造成了信息的泄露和丟失，為廣大用戶帶來不可估量的損失。主要包括硬件故障、軟件故障和其他故障三個方面，而本文就是針對其中的硬件故障的產(chǎn)生、檢測、處理進(jìn)行詳細(xì)的分析，針對故障產(chǎn)生的具體原因給出相對應(yīng)的處理辦法，不斷提高我國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的水平，保障計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的正常運(yùn)行，為人們提供更加完善的生活質(zhì)量。

1計算機(jī)存在的網(wǎng)絡(luò)故障

1.1硬件故障計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中端口常常出現(xiàn)問題，計算機(jī)的端口在使用的時候沒有仔細(xì)的經(jīng)過檢查，端口和插頭有灰塵、污垢、不干凈，就可能引起計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的故障。在人們的日常生活中，大眾為了方便省事，通常拔插插頭都是在通電的情況下，這樣做會造成端口的損壞，減少端口的使用壽命。人們沒有經(jīng)過認(rèn)真的核對，在購買插頭時的尺寸不合適，質(zhì)量不過關(guān)，都會降低端口的使用性能，而對于處在室外的端口，經(jīng)常遭受風(fēng)吹雨淋、陽光的暴曬，這些都會造成端口不能正常的工作，從而引發(fā)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的故障發(fā)生。還有就是由于供電問題引起的故障，例如電線的老化、電壓不穩(wěn)定、還有偶然的自然災(zāi)害，這些情況都會造成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊故障。在日常使用中沒有使用專門獨立的電源、沒有安裝電壓穩(wěn)定器、沒有安裝避雷針等設(shè)備，造成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無法正常的運(yùn)行。計算機(jī)中每個模塊都有一個連接點，而這個連接點是放置交換機(jī)背板的地方。在電路處在潮濕的環(huán)境時，就會出現(xiàn)短路和漏電的狀況，如果電路板處在高溫或雷擊的環(huán)境下，就會造成元器件的損壞，交換機(jī)的電線出現(xiàn)問題，致使計算機(jī)不能正常的工作。交換機(jī)背板經(jīng)常出現(xiàn)的故障還有接頭的松動、電纜排列順序的錯誤、線路連接的錯誤、電線的錯誤使用等都會造成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊硬件故障[1]。

1.2軟件故障軟件故障又叫做邏輯故障，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的實際應(yīng)用中，例如網(wǎng)頁無法正常打開、網(wǎng)速緩慢或時常的斷斷續(xù)續(xù)、計算機(jī)中病毒等情況時有發(fā)生，這些都使得計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊無法正常運(yùn)行。由于目前的計算機(jī)種類繁多，相對復(fù)雜，交換器配置等不盡相同，操作人員由于不熟悉計算機(jī)的系統(tǒng)，交換器CPU等配置與計算機(jī)不匹配，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常通信。若計算機(jī)主機(jī)出現(xiàn)安全問題，網(wǎng)絡(luò)的IP地址出現(xiàn)混亂，致使網(wǎng)絡(luò)通信線路的中斷，另外網(wǎng)線出現(xiàn)問題和網(wǎng)速緩慢也可能與網(wǎng)卡有關(guān)。

1.3其他故障對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊來說，根據(jù)其覆蓋范圍劃分，出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障有廣域網(wǎng)連接故障、局域網(wǎng)連接故障、網(wǎng)段內(nèi)故障及小范圍故障。根據(jù)其不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)TCP/TP協(xié)議的層次分為網(wǎng)絡(luò)接入層故障、網(wǎng)絡(luò)層故障、傳輸層故障和應(yīng)用層故障?；蚴且驗橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全性遭到破壞，一些不法分子借機(jī)盜取機(jī)密文件資料，蓄意破壞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，制造病毒等非法手段來破壞計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的正常使用[2]。

2計算機(jī)硬件故障的檢測

2.1計算機(jī)供電的故障檢測當(dāng)計算機(jī)不能正常使用時，首先要對計算機(jī)的供電問題進(jìn)行檢測，包括電力是否正常供應(yīng)、電源是否接觸良好、電線是否存在短路、斷路等問題，確定是否是由于電力問題所引起的故障，避免因為檢測的方向錯誤，而造成的技術(shù)人員工作量增大，工作時間增加帶來的損失。2.2計算機(jī)顯卡與內(nèi)存的故障檢測如果不是由于電力問題引起的計算機(jī)故障，那么導(dǎo)致這一問題的主要原因可能就是顯卡和內(nèi)存發(fā)生故障。在顯卡和內(nèi)存質(zhì)量沒有問題的前提下，如果計算機(jī)長期的處于工作狀態(tài)，就會引起顯卡和內(nèi)存出現(xiàn)松動或者附著污垢的情況，那么就不能保障計算機(jī)的正常使用，要將顯卡和內(nèi)存都取出，經(jīng)過處理之后再使用，解決由于計算機(jī)顯卡和內(nèi)存引起的故障問題，以保障計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的正常運(yùn)行[3]。2.3計算機(jī)外接設(shè)備的故障檢測若計算機(jī)的電力供應(yīng)和顯卡內(nèi)存都沒有出現(xiàn)問題，那么導(dǎo)致計算機(jī)硬件故障的產(chǎn)生就可能是外接設(shè)備產(chǎn)生問題，檢查計算機(jī)所連接的外接設(shè)備，是否能夠正常使用，如若不能要進(jìn)行及時的維修、更換，以保障計算機(jī)硬件故障不是因其而引起的。2.4計算機(jī)服務(wù)器的故障檢測如果計算機(jī)的電源、顯卡和內(nèi)存、外接設(shè)備都沒有出現(xiàn)問題，那么就要對計算機(jī)的服務(wù)器進(jìn)行檢測，但是計算機(jī)的服務(wù)器就沒有像電源之類的硬件問題檢測那么方便、簡單，要對服務(wù)器實施專業(yè)化的系統(tǒng)檢測，就檢測過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，除了要使用檢測儀器之外，也可以使用元器件的方法進(jìn)行檢測。2.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測在通常情況下，計算機(jī)無法正常的登錄網(wǎng)頁，網(wǎng)站的刷新速度緩慢，都是由網(wǎng)線出現(xiàn)的問題所引起的，先查看計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)口的連接是否正確，如若沒有問題，那么就說明是由于網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)問題，要及時對網(wǎng)線線路進(jìn)行檢測、維修，不定期的更換網(wǎng)絡(luò)線路[4]。

3計算機(jī)硬件故障的處理辦法

3.1計算機(jī)機(jī)房的維護(hù)為了計算機(jī)硬件的正常運(yùn)行，就要針對計算機(jī)機(jī)房進(jìn)行定期的檢查，確保計算機(jī)處在一個溫度、濕度都相對穩(wěn)定安全的環(huán)境下，排除因電磁場產(chǎn)生的靜電磁電對計算機(jī)的運(yùn)行造成干擾，致使計算機(jī)存儲設(shè)備的失靈，磁盤驅(qū)動的無法使用，計算機(jī)內(nèi)的信息就會泄露丟失。為了避免這一故障的發(fā)生，就必須對計算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行實時的監(jiān)控、掌握，有針對性的對這一故障的發(fā)生采取有效的處理辦法，避免因計算機(jī)機(jī)房的問題引發(fā)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的中斷。

3.2計算機(jī)服務(wù)器的維護(hù)服務(wù)器對于計算機(jī)的正常運(yùn)行起著不可忽視的作用，要對計算機(jī)服務(wù)器進(jìn)行定期的維護(hù)、保養(yǎng)，以確保計算機(jī)服務(wù)器處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，能夠提升計算機(jī)服務(wù)器的運(yùn)作質(zhì)量，延長服務(wù)器的使用壽命。但對計算機(jī)服務(wù)器的維護(hù)的同時時，要注意技術(shù)操作一定要無誤，這是為了避免因?qū)τ嬎銠C(jī)服務(wù)器維護(hù)而對計算機(jī)的正常運(yùn)行造成負(fù)面影響，可以利用計算機(jī)網(wǎng)卡冗余技術(shù)，以保障計算機(jī)服務(wù)器的維護(hù)不會對計算機(jī)產(chǎn)生負(fù)面的影響。

3.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的線路要進(jìn)行合理科學(xué)的安排規(guī)整，安裝網(wǎng)絡(luò)線路的線槽，要確保線槽的質(zhì)量過關(guān)，不僅堅固而且經(jīng)久耐用，以確保網(wǎng)絡(luò)信息的正常傳輸。要重視線路的布局，提高網(wǎng)絡(luò)線路的抗干擾性，使用專門獨立的供電系統(tǒng)，防止因電壓不穩(wěn)而導(dǎo)致的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊無法正常的運(yùn)行。特別是垂直布線和水平布線要同時進(jìn)行，保障網(wǎng)線的數(shù)量充足，以避免出現(xiàn)緊急情況，進(jìn)而影響計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的正常使用。

3.4提升維護(hù)人員的工作質(zhì)量計算機(jī)維護(hù)人員一定要按照使用手冊的說明來定期的檢查計算機(jī)的硬件設(shè)備，如電腦顯示器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)線路、顯卡和內(nèi)存、路由器等，做好其日常保養(yǎng)和維護(hù)的工作。例如，在進(jìn)行顯示器的維護(hù)時，要保持其溫度、濕度在安全穩(wěn)定的情況下，顯示器的顯示屏要保持干凈，避免外力的撞擊，在保養(yǎng)鍵盤時，要不定期的進(jìn)行清潔，避免灰塵的累積，在使用時盡量放輕力度，善待鍵盤，延長其使用壽命。在進(jìn)行計算機(jī)主板的保養(yǎng)時，要定期清掃，更換CPU散熱器，控制主板運(yùn)行溫度。系統(tǒng)維護(hù)人員也要定期的檢查網(wǎng)絡(luò)通訊方面的安全問題，保障系統(tǒng)始終處于加密狀態(tài)，嚴(yán)格按照國家規(guī)定要求開展網(wǎng)絡(luò)通信的建設(shè)工作，關(guān)注計算機(jī)防水與防火方面的安全工作，改善計算機(jī)的硬件環(huán)境，確保計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

4結(jié)束語

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以得到各行各業(yè)的普及，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾M成部分，為人們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來了便捷，但隨之而來的還有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊在使用的過程中存在的問題，本文就針對計算機(jī)通訊出現(xiàn)的硬件故障、軟件故障和其他故障中的硬件故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而得出計算機(jī)的供電故障、計算機(jī)的顯卡與內(nèi)存故障、計算機(jī)的外接設(shè)備故障、計算機(jī)的服務(wù)器故障、計算機(jī)的網(wǎng)路故障等常見問題，通過對計算機(jī)管理人員工作質(zhì)量的提升，建立健全計算機(jī)管理機(jī)制，來實現(xiàn)對計算機(jī)機(jī)房、計算機(jī)服務(wù)器、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等情況的日常維護(hù)，確保計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊硬件設(shè)備的完好，及時的消除安全隱患，使得計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊處于一個正常、穩(wěn)定的工作環(huán)境，保障人們的日常生活不受影響，進(jìn)而推動了我國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

作者：曾帥 單位：大慶油田采油工程研究院

硬件技術(shù)論文:VOIP語音網(wǎng)關(guān)的硬件實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要：voip語音網(wǎng)關(guān)在傳統(tǒng)的電話交換 網(wǎng)絡(luò) 和ip網(wǎng)之間架起了一座橋梁，大大加快了voip的普及和 發(fā)展 腳步，有很好的商業(yè)價值。對于voip語音網(wǎng)關(guān)的功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后對語音網(wǎng)關(guān)各個組成器件的型號，功能特性，使用方法，硬件結(jié)構(gòu)，接口方式等進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：voip；終端設(shè)備；語音網(wǎng)關(guān)

1　voip語音網(wǎng)關(guān)概述

1.1　voip語音網(wǎng)關(guān)的功能簡介

通信網(wǎng)中有兩種格局一種是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配以簡單的終端；一種是簡單的網(wǎng)絡(luò)配以復(fù)雜的終端。在傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)中我們一直采取了前一種方式，即用功能完備的交換機(jī)提供了復(fù)雜的功能實現(xiàn)從而使終端一電話達(dá)到了簡易。在ip網(wǎng)中，我們會發(fā)現(xiàn)，使用了后一種策略，即統(tǒng)一簡單的ip網(wǎng)絡(luò)配以各個功能復(fù)雜、處理能力強(qiáng)的終端?；谇度胧较到y(tǒng)的語音網(wǎng)關(guān)，集成了電話和 計算 機(jī)技術(shù)為一體，實現(xiàn)了語音的數(shù)模轉(zhuǎn)換；語音的壓縮／解壓縮，以及ip語音包的打包和拆分，并提供了pstn的相關(guān)信令等功能。

1.2　voip語音網(wǎng)關(guān)的功能設(shè)計

這里開發(fā)的語音網(wǎng)關(guān)提供了4個模擬語音接口，可以連接電話機(jī)或傳真。該語音網(wǎng)關(guān)還提供一個以太網(wǎng)(ether-net)接口以接人ip網(wǎng)絡(luò)，以提供實時的高質(zhì)量的基于ip網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音服務(wù)。使用本網(wǎng)關(guān)，用戶可以利用現(xiàn)有的普通電話機(jī)以極低的費(fèi)用撥打本地，國內(nèi)和國際電話； 企業(yè) 級用戶也可利用本網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)在internet上的免費(fèi)通話。該語音網(wǎng)關(guān)使用多種語音壓縮技術(shù)，使得在保障語音傳輸質(zhì)量的同時，只需占用用戶較少的帶寬。

1.3　voip語音網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在硬件功能模塊的具體設(shè)計中，為了使設(shè)計合理，確保測量的精度，以獲得的設(shè)計效果，應(yīng)該注意以下幾個設(shè)計原則；(1)用近期或是功能更完善的芯片，功能強(qiáng)的芯片使系統(tǒng)的精度和性得到了保障。(2)電路設(shè)計上應(yīng)該留有余地，以考慮將來擴(kuò)展和修改的需要，因為軟件的升級比硬件要方便得多，而且往往只要修改或添加軟件中數(shù)據(jù)。處理的模式或算法，就可以大幅度地提高系統(tǒng)的功能。(3)以軟件代硬件。(4)選用hcmos工藝的芯片，目的是降低功耗。(5)仔細(xì)講究布局布線。

2　voip語音網(wǎng)關(guān)的硬件實現(xiàn)技術(shù)分析

2.1　arm處理器$3c4510b

arm具有經(jīng)驗豐富的技術(shù)和優(yōu)越的產(chǎn)品性能。由于arm技術(shù)方案架構(gòu)具備低功耗、高效能、低成本以及小體積等特性，使得arm得到了眾多用戶。arm的16/32位嵌入式處理器技術(shù)是世界上應(yīng)用最為普遍的微處理器結(jié)構(gòu)。芯片s3c4510b各功能模塊除了armttdmi核以外。s3c4510b比較重要的片內(nèi)外圍功能模塊包括：2個帶緩沖描述符的hdlc通道(2-channal hdlcs with dma)；2個dart通道；2個gdma通道；2個32位定時器(32bit timer)；18個可以編程的i/o口；一個iic接口。其中幾個重要模塊包括：(1)ethernet控制器，ethernet控制器集成在s3c4510b上，使該芯片方便了在以太網(wǎng)的應(yīng)用。(2)hdlchigh-level data link control)高層數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(3)dart。2個可工作于dma方式或中斷方式的dart模塊，支持5，6，7，8位的串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。(4)pll電路。外部時鐘可由片內(nèi)pll倍頻以提高系統(tǒng)時鐘，輸入頻率范圍；10mhz-40mhz，輸出頻率可以是輸入時鐘的5倍。外圍晶振時鐘就在此接入后倍頻的。(5)cpu內(nèi)核概述及特殊功能寄存器(special registers)。

2.2　系統(tǒng)時鐘電路

s3c4510b的系統(tǒng)時鐘由有源晶振10mhz提供，經(jīng)s3ca510b內(nèi)部分頻得到50mhz的時鐘作為本開發(fā)板cpu的內(nèi)部時鐘。片內(nèi)的pll電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此。系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關(guān)時鐘所造成的高頻噪聲。

有源晶振的1腳接sv電源。2腳懸空，3腳接地，4腳為晶振的輸出。可通過一個小電阻(此處為22歐姆)接s3c4510b的xclk引腳。

2.3　10mbps/100mbps以太網(wǎng)接口電路

該部分的接口電路是語音網(wǎng)關(guān)與ip網(wǎng)的接口通道，是語音網(wǎng)關(guān)呼叫信令的收發(fā)，語音的傳送接收的“關(guān)口”。此外，在網(wǎng)關(guān)的開發(fā)調(diào)試階段，也用于在交叉編譯環(huán)境中將用戶程序從網(wǎng)口傳送到目標(biāo)機(jī)(語音網(wǎng)關(guān))上，方便程序的編譯，減少工作量。以太網(wǎng)接口電路由s3c4510b的相關(guān)電路，物理層芯片，網(wǎng)口變壓器，網(wǎng)口rj45組成。

作為一款的網(wǎng)絡(luò)控制器，s3c4510b內(nèi)嵌一個ethernet控制器，s3c4510b的以太網(wǎng)控制器工作于10/100mb/s全雙工或半雙工模式。半雙工模式下支持ieee 802.3載波多點偵聽／沖突檢測協(xié)議(csma/cd)。全雙工模式下，支持ieee 802.3 mac層控制協(xié)議。以太網(wǎng)控制器的mac層支持媒體無關(guān)接口(mii，media inde-pendent interface)及帶有緩沖dma的接口(bdi)。mac層自帶有收、發(fā)模塊，流控制模塊、用于存儲網(wǎng)絡(luò)地址的匹配地址存儲器(content address memory，cam)以及一些命令寄存器、狀態(tài)寄存器、錯誤計數(shù)器寄存器構(gòu)成。

2.4　串行接口電路

串口，簡單地說，就是串行收發(fā)數(shù)據(jù)的接口，串口通信是一種異步通信方式，負(fù)責(zé)異步串行收發(fā)數(shù)據(jù)的模塊叫uart(universal asynchronous receiver/transmitter)，rs232-c標(biāo)準(zhǔn)采用的接口是九芯或25芯的d型插頭實現(xiàn)基本的串行通信功能，實際上只需要rxd。txd，gnd但由于rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)所定義的高低電平與s3ca510b系統(tǒng)的lvttl電路所定義的高低電平信號不同，lvttl的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對應(yīng)2v--3v電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對應(yīng)0-0.4v電平，而rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對應(yīng)-5－-15v電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對應(yīng)+5v-+15v電平。顯然，兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號電平的轉(zhuǎn)換，目前常使用的電平轉(zhuǎn)換電路為max323。

2.5　電源電路

在該系統(tǒng)中，需要使用sv和3.3v的直流穩(wěn)壓電源，其中，s3ca510b幾部分外圍器件需要3.3 v電源，另外，部分器件需要sv電源，有很多dc—dc轉(zhuǎn)換器可以完成sv到3.3v的轉(zhuǎn)換，這里選用的是lm1117—3.3。

2.6　復(fù)位電路

在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可由簡單的rc電路構(gòu)成，也可使用其他的相對較復(fù)雜，但功能更完善的電路。

2.7　jtag接口電路

jtag(joint test action group，聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，調(diào)試，jtag技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路測試訪問口(test access port，tap)，通過專用的jtag測試工具對內(nèi)部節(jié)點進(jìn)行測試。目前大多數(shù)的比較復(fù)雜的器件都支持jtag協(xié)議。如arm，dsp，fpga器件等標(biāo)準(zhǔn)的jtag接口是4線itms,tck，td工，tdo，分別為測試模式選擇，測試時鐘，測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。jtag測試允許多個器件通過jtag接口串聯(lián)在一起，形成一個jtag鏈，能實現(xiàn)對個器件的分別測試。通過jtag接口，可以對芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，因而是開發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡潔高效的手段。

2.8　cpu的hpi接口及與之相連的語音編解碼器ac483c子系統(tǒng)

該部分由cpu的hpi接口及與之相連的語音編解碼器aca83-c以及一個qslac芯片和四個slic芯片構(gòu)成。該部分提供了普通電話的接口及相關(guān)的信令并將用戶的語音等模擬語音信號編解碼。是語音網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)其功能的最重要部分。

3　結(jié)語

voip技術(shù) 發(fā)展 到今天，已經(jīng)比較成熟。本文系統(tǒng)介紹了語音網(wǎng)關(guān)的相關(guān)技術(shù)，各個硬件的組成，以及相關(guān)的設(shè)計。

硬件技術(shù)論文:回路硬件仿真技術(shù)在直升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

軟、硬件的并行開發(fā)方法可以加快設(shè)計進(jìn)程，但在系統(tǒng)整合時常常出現(xiàn)很多問題，而硬件回路仿真能有效解決這些問題，采用該技術(shù)可以在開發(fā)周期初完成嵌入式軟件仿真。本文以hil技術(shù)在實驗性動態(tài)直升機(jī)系統(tǒng)用嵌入式控制軟件中的應(yīng)用為例闡述該技術(shù)的應(yīng)用特點和方法。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖1:直升機(jī)前視圖和側(cè)視圖。">

設(shè)計工程師一直在努力縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，而軟硬件并行開發(fā)就是一種比較好的方法。通常這種方法需要多個獨立的軟硬件開發(fā)小組參與，這些小組的工作相互間獨立、并行地進(jìn)行。當(dāng)原型硬件和嵌入式代碼的主要部分實現(xiàn)后，就可以在系統(tǒng)整合階段將硬件與軟件合并起來并開始測試工作。

在系統(tǒng)整合時經(jīng)常會發(fā)生嚴(yán)重的問題，有些問題甚至?xí)?dǎo)致軟件或硬件的重新設(shè)計。在問題成堆發(fā)生、成本持續(xù)升高或計劃拖延太久的情況下，有可能中斷設(shè)計項目，有時甚至不得不取消項目。因此，人們需要找到更好的方法來解決這些問題。

回路硬件(hardware-in-the-loop，hil)仿真被證明是一種有效的解決方法。該技術(shù)能確保在開發(fā)周期早期就完成嵌入式軟件的測試。到系統(tǒng)整合階段開始時，嵌入式軟件測試就要比傳統(tǒng)方法做得更徹底更。這樣可以及早地發(fā)現(xiàn)問題，因此降低了解決問題的成本。

本文所要討論的就是采用了hil仿真的一個嵌入式軟件開發(fā)項目。該項目的目標(biāo)是開發(fā)和測試實驗性動態(tài)“直升機(jī)”系統(tǒng)用的嵌入式控制軟件。有了hil仿真后，人們無需使用除嵌入式處理器及其i/o接口外的任何硬件就能完成該控制器軟件的設(shè)計和測試。

隨后的實際系統(tǒng)硬件與運(yùn)行新軟件的嵌入式控制器的連接首次便獲得成功。在硬件、軟件整合階段要做的額外工作是對一些控制器參數(shù)的少量調(diào)整，這是由于實際系統(tǒng)硬件與其仿真模型之間畢竟存在差異。

直升機(jī)系統(tǒng)

本項目需要開發(fā)適合quanser 3自由度(3dof)直升機(jī)的控制器軟件。這是一個桌面電磁系統(tǒng)，內(nèi)含由兩個獨立電子馬達(dá)控制的3個旋轉(zhuǎn)軸，每個軸驅(qū)動一個推進(jìn)器。圖1是直升機(jī)系統(tǒng)及其運(yùn)動軸的框圖。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖2:直升機(jī)控制系統(tǒng)。">

假設(shè)傾斜軸的傾角接近零度，在對兩個馬達(dá)施加相同的高電壓后直升機(jī)會垂直向上攀升。對兩個馬達(dá)施加不同的電壓會使直升機(jī)繞傾斜軸旋轉(zhuǎn)。為了使直升機(jī)向前移動，首先需要將直升機(jī)傾斜到一個非零角度，然后對兩個馬達(dá)同時施加適當(dāng)?shù)碾妷簛懋a(chǎn)生向前的推力。

如圖2所示，系統(tǒng)采用的控制計算機(jī)具有3個位置編碼器輸入信號、兩個馬達(dá)電壓輸出信號，以及用于模式選擇與操縱桿控制的用戶輸入信號?？刂朴嬎銠C(jī)通過專門設(shè)計的接口卡接收位置編碼器輸入信號，同時產(chǎn)生模擬輸出電壓，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)驅(qū)動那兩個馬達(dá)。為了提供足夠大的馬達(dá)工作電流，dac的輸出需要連接到隨后的功率放大器進(jìn)行放大。

位置編碼器會隨時監(jiān)測每個軸的運(yùn)動，這些編碼器通過光學(xué)原理感知旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并產(chǎn)生數(shù)字化的角度位置數(shù)值。位置編碼器將以每360°4096個步距，或0.08789°的量化步距分辨率對這些數(shù)值進(jìn)行量化。每個編碼器的輸出信號由兩個ttl電平組成，即phase a和phase b，當(dāng)對應(yīng)軸反轉(zhuǎn)時輸出信號就在這兩個高低電平之間來回切換。根據(jù)這兩個信號之間的相位差可以判斷每個軸的運(yùn)動方向，如圖3所示。脈沖頻率正比于每個軸的旋轉(zhuǎn)速率。

直升機(jī)控制器的性能指標(biāo)滿足要在一定時間內(nèi)將前進(jìn)和上升軸移動到任意一個指定位置，時間一般應(yīng)控制在10秒以內(nèi)。此外，直升機(jī)控制器的軟件必須支持其它一些操作模式。全套控制器操作模式包括：

關(guān)閉模式:align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖3:位置編碼器輸出信號。">

控制器軟件以關(guān)閉模式啟動，此時兩個馬達(dá)上的電壓為零。一旦系統(tǒng)離開這個模式，就只能從空(null)模式再次進(jìn)入該模式。當(dāng)從空模式進(jìn)入關(guān)閉模式時，需要控制上升軸緩慢地下降到桌面正上方，然后將馬達(dá)電壓設(shè)置為零。

空模式:

當(dāng)從關(guān)閉模式轉(zhuǎn)變到該模式時，要給馬達(dá)上電，并控制所有軸到零位置。如果從其它模式轉(zhuǎn)變到空模式，那么只需要將所有軸控制到零位置。零位置是指傾斜軸和前進(jìn)軸在系統(tǒng)啟動位置，而推進(jìn)組件被抬舉到上升方向的水平位置，如圖1所示。

隨機(jī)模式:

在10秒時間間隔內(nèi)為前進(jìn)和上升軸位移命令產(chǎn)生預(yù)定義范圍內(nèi)的一個新隨機(jī)值，然后由控制器軟件將直升機(jī)移動到相應(yīng)的位置。

自動駕駛模式:

在這種模式下，由操縱桿產(chǎn)生控制器所需的上升和水平行進(jìn)命令。通過操縱桿的前后動作控制上升位置，通過左右動作來控制水平位置。控制器通過移動直升機(jī)來跟隨命令所指定位置。

手動模式:

在手動模式下，操縱桿直接產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動用的電壓和與電壓差。操縱桿前后動作控制兩個馬達(dá)電壓的和，左右運(yùn)動控制兩個馬達(dá)電壓的差。在這種模式下系統(tǒng)特別難以控制，如果任何軸的運(yùn)動超過了某個位置限制，控制器就會自動切換到空模式。通常，在進(jìn)入該模式后的幾秒鐘內(nèi)可能產(chǎn)生違反限制的問題。

在確定系統(tǒng)功能和性能要求后，可以進(jìn)行控制器軟件的開發(fā)和測試。而仿真技術(shù)的應(yīng)用可以加快直升機(jī)控制器軟件的開發(fā)和測試速度。

項目規(guī)范

為了對嵌入式軟件進(jìn)行hil仿真測試，需要使用嵌入式處理器及其附屬i/o器件。對于許多嵌入式系統(tǒng)來說，這只是整個系統(tǒng)的一小部分，可以在早期開發(fā)階段實現(xiàn)組合?？梢詣?chuàng)建一個直升機(jī)硬件及其與外部環(huán)境交互的仿真，并通過控制器的i/o接口把這個仿真與嵌入式控制器連接起來。嵌入式控制器和直升機(jī)仿真就如同實際系統(tǒng)一樣工作。

在復(fù)雜的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)早期，經(jīng)常需要仿真一個完整系統(tǒng)在預(yù)期環(huán)境中的運(yùn)行。這種利用動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，如simulink開發(fā)的仿真系統(tǒng)通常不是實時的，但可以作為hil仿真的基礎(chǔ)。某些時候需要對這些仿真系統(tǒng)中包含的模型進(jìn)行簡化和優(yōu)化，使之適合實時仿真使用。不過在本項目中不需要修改這些模型。

復(fù)雜系統(tǒng)仿真需要用到許多高級的數(shù)學(xué)算法，但可以采用專門的軟件工具來簡化任務(wù)：simulink是matlab的一個附件，它可以用來提供以框圖為主的圖形環(huán)境下的動態(tài)系統(tǒng)仿真。用simulink進(jìn)行仿真的方法是先把“調(diào)色板”上的模塊拖到繪畫區(qū)域，然后用代表信號流向的直線把這些模塊連接起來。圖4就是直升機(jī)項目中采用的位置編碼模型的simulink框圖，該模型把以弧度表示的角度位置作為其輸入信號，并產(chǎn)生phase a和phase b信號作為其輸出。另外，它還輸出指示信號，用來指示相應(yīng)軸到達(dá)零位置的時刻。直升機(jī)位置編碼器不會產(chǎn)生指示信號輸出，因此不使用該simulink模型的輸出。

stateflow是sim

ulink的一個附件，用以實現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)模型。在這個直升機(jī)項目中，stateflow模型用來實現(xiàn)直升機(jī)模式選擇邏輯。

real-time workshop根據(jù)simulink框圖產(chǎn)生c代碼，其它工具需要使用這些代碼來達(dá)成編譯與執(zhí)行目標(biāo)。在本項目中，其它工具包括real-time windows target和xpc target。

real-time windows target允許仿真的編譯與執(zhí)行作為pc機(jī)windows系統(tǒng)中的一個實時進(jìn)程，能與windows操作系統(tǒng)同時運(yùn)行。在本項目中，real-time windows target執(zhí)行的是hil系統(tǒng)仿真，所用主機(jī)正是開發(fā)和控制直升機(jī)軟件的計算機(jī)。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖5:直升機(jī)和控制器模型。">

xpc target允許在pc機(jī)上執(zhí)行仿真，此時pc機(jī)的功能如同專門的實時控制器。xpc target還提供實時的多任務(wù)內(nèi)核供只有有限硬件資源的嵌入式處理器使用。xpc target在本項目中用來在一臺獨立pc上產(chǎn)生和執(zhí)行直升機(jī)控制器用的實時代碼，此時該pc機(jī)就用作“嵌入式”控制器。

仿真開發(fā)

控制器軟件開發(fā)的及時步是實現(xiàn)對整個直升機(jī)控制器系統(tǒng)的仿真，圖5給出了仿真的頂層框圖。其中兩個較大的方框分別表示直升機(jī)系統(tǒng)本身和數(shù)字控制器，兩個較小的帶有“操縱桿”和“模式命令”標(biāo)簽的方框向控制器提供用戶輸入信號。圖5中的“直升機(jī)”框圖包含有直升機(jī)動態(tài)行為的simulink模型，如圖6所示。從圖6可以看到，該模型采用了轉(zhuǎn)移函數(shù)、求和函數(shù)和積分器等多個simulink模塊。帶“有限運(yùn)動”標(biāo)簽的模塊包含有一個受限于向下靠近桌面方向的上升軸運(yùn)動模型。當(dāng)被仿真的直升機(jī)碰到桌面時，所有3個運(yùn)動軸的速度都被置為零，因此非常接近實際直升機(jī)的行為。從靠近右邊的3個量化器可以看出位置編碼器的量化效果。

“有限運(yùn)動”模塊代表一個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)模塊允許在仿真開發(fā)期間通過分層圖集(hierarchical sets of diagrams)來控制復(fù)雜性。子系統(tǒng)間可以進(jìn)行任意多層的嵌套，類似于函數(shù)的嵌套調(diào)用。

圖5“控制器”子系統(tǒng)的詳細(xì)內(nèi)容見圖7。對3個軸角度測量值的量化結(jié)果成為控制器的3個基本輸入信號，控制器輸出的是兩個馬達(dá)的驅(qū)動電壓。圖7中的主要模塊有：驅(qū)動直升機(jī)到指定位置的“自動駕駛”模塊，在不同操作模式下產(chǎn)生前進(jìn)和上升位移命令的“命令發(fā)生器”模塊，實現(xiàn)用于選擇不同直升機(jī)操作模式的有限狀態(tài)機(jī)的“模式控制”模塊。

“模式控制”模塊內(nèi)所含的狀態(tài)流程框圖如圖8所示。該框圖包含了系統(tǒng)啟動時對操縱桿進(jìn)行校正的邏輯、用戶控制下的模式改變、當(dāng)違反位置限值時自動切換到空模式，以及系統(tǒng)關(guān)閉的控制。

圖5所示的“控制器”模塊內(nèi)部提供了嵌入式軟件的完整實現(xiàn)方法。常見的方法是將嵌入式軟件開發(fā)當(dāng)作一個獨立過程，該過程將仿真作為可執(zhí)行的軟件要求描述來使用。然而，更有效的方法是將仿真中的控制器實現(xiàn)作為“源代碼”，供嵌入式軟件使用。

在本項目中，可以把圖5的“控制器”模塊挎貝到新的simulink項目中，并向框圖中添加相應(yīng)的i/o器件模塊。然后，再調(diào)用real-time workshop創(chuàng)建c代碼，經(jīng)過編譯后下載到"嵌入式”pc控制器。到此就完成了嵌入式軟件的開發(fā)工作。

回路硬件

有了直升機(jī)和控制器的非實時性simulink仿真基礎(chǔ)后可以著手hil仿真開發(fā)了。首先需要創(chuàng)建一個新的simulink項目，再把圖5中帶“直升機(jī)”標(biāo)簽的模塊挎貝進(jìn)來。這種仿真建立了直升機(jī)動態(tài)模型，并包括了相應(yīng)的i/o器件接口。real-time windows target支持多種i/o器件。hil仿真所需的i/o要求包括兩個adc輸入(用于接收控制器發(fā)出的馬達(dá)命令電壓)和6個ttl數(shù)字輸出(為3個仿真位置編碼器分別提供phase a和phase b信號)。

本項目中將運(yùn)行windows的臺式pc作為主機(jī)系統(tǒng)，因此需要使用滿足上述條件并且具有pcmcia接口形式的i/o器件。national instruments公司的daqcard-1200能夠滿足這些要求，并提供一根帶狀電纜用于連接計算機(jī)內(nèi)的接口卡和獨立的連接器模塊。

直升機(jī)仿真以固定的幀速率運(yùn)行，其仿真phase a和phase b信號的ttl輸出則一個仿真幀更新一次。由于位置編碼器信號的脈沖速率正比于運(yùn)動軸的角速度，因此仿真幀速率可以限制能再現(xiàn)的較大角速度。

如果采用這種方法對位置編碼器信號進(jìn)行建模，那么當(dāng)phase a和phase b信號隔幀交替時就能產(chǎn)生較高的仿真角速度。這時根據(jù)等式1就能得出仿真更新間隔h(秒)條件下較大的角速度值wmax(度/秒)：

等式1

從直升機(jī)行為的數(shù)字仿真結(jié)果可以明顯看出，傾斜軸具有較大的峰值角速度，但很少出現(xiàn)超過100°/秒的情況。理想情況下h應(yīng)不小于一定值，這樣hil仿真就不會占用計算機(jī)太大的計算資源。綜合考慮這些要求，h的值應(yīng)是500us，此時更新速度是每秒2000幀，較大的仿真角速度是175.8°/秒，該速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過較大的角速度期望值。

每秒2000幀的直升機(jī)仿真更新速度已經(jīng)大大超出對直升機(jī)進(jìn)行動態(tài)建模的速度要求，因此沒有必要再用高階積分算法來獲取更的結(jié)果。相對簡單的二階積分算法可以獲得較好的精度，此次仿真選用的就是simulink“ode-2”梯形積分算法。與采用更加復(fù)雜的高階積分算法相比，這種算法能使仿真具有更高的效率。

為了在目標(biāo)pc上下載并運(yùn)行嵌入式軟件，需要用串行電纜連接主機(jī)與目標(biāo)計算機(jī)，并從軟盤啟動目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)核。根據(jù)控制器的simulink框圖，接下來就可以下載運(yùn)行嵌入式控制器用的軟件。在將目標(biāo)系統(tǒng)的i/o器件與daqcard-1200的相應(yīng)端子連接起來后，可以在主機(jī)的real-time windows target中運(yùn)行直升機(jī)的simulink仿真。根據(jù)simulink框圖將命令發(fā)送給嵌入式控制器，從而啟動控制器工作，完成仿真直升機(jī)的“飛行”。

在hil仿真工作模式下可以詳細(xì)檢查嵌入式軟件的各個方面，從而可以發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計與實現(xiàn)中的很多問題。所有這些檢測工作期間無需變動任何實際的硬件。在這輪hil仿真測試結(jié)束后，我們就可以得到經(jīng)過測試的嵌入式應(yīng)用軟件，接下來與實際硬件的快速整合成功的可能性就非常大。

系統(tǒng)整合

在嵌入式軟件完成hil測試前我們有意避免嵌入式軟件與實際直升機(jī)硬件一起運(yùn)行，主要原因是為了體現(xiàn)hil仿真的意義，以及減少硬件損壞的風(fēng)險。在完成hil測試后，可以把電纜從daqcard-1200上拔下來并連接到直升機(jī)硬件上，接著給系統(tǒng)上電并把直升機(jī)控制到“空模式”位置，然后使之進(jìn)入隨機(jī)模式，此時直升機(jī)會每隔10秒飛到隨機(jī)產(chǎn)生的前進(jìn)和上升位置。雖然在響應(yīng)命令時的擺動和過沖要比hil仿真時大一些，不過就這及時次試驗來說還是相當(dāng)成功的。

為了能在所有操作模式下都能取得令人滿意的系統(tǒng)性能

，有必要對控制器增益進(jìn)行一些調(diào)整。hil仿真并不能匹配實際系統(tǒng)的行為，這是因為直升機(jī)仿真實際上在某些方面作了簡化處理，在仿真中使用的系統(tǒng)集合屬性并不符合實際系統(tǒng)屬性。

進(jìn)行仿真開發(fā)時通常都會作出一定程度的簡化處理，事實上人們不可能對影響實際系統(tǒng)行為的所有因素實現(xiàn)的建模。最簡單的方法是盡量減少仿真與實際系統(tǒng)間的差異，并適當(dāng)調(diào)整嵌入式軟件所需的參數(shù)。

hil仿真為本項目的開發(fā)過程提供了極大的便利，整個嵌入式應(yīng)用在首次與系統(tǒng)硬件結(jié)合運(yùn)行前就得到了真實環(huán)境下的測試，因此有效地避免了硬件損壞的風(fēng)險，而且更容易識別和解決與嵌入式軟件有關(guān)的問題。整合過程也顯得相當(dāng)簡捷，只是對少許參數(shù)作了重新調(diào)整。如果將未經(jīng)測試的大型嵌入式軟件直接與硬件連接運(yùn)行，那么相對來說這樣的任務(wù)就要艱巨得多，通常還會出現(xiàn)一些與整合本身有關(guān)的問題。

本項目充分體現(xiàn)了hil仿真在開發(fā)復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)軟件中的價值。hil仿真技術(shù)能夠在開發(fā)早期階段對嵌入式軟件作出測試，因此降低了將未經(jīng)測試軟件運(yùn)行于昂貴的原型硬件上所具有的風(fēng)險。與傳統(tǒng)開發(fā)方法相比，正確利用hil仿真技術(shù)能夠在更短的時間內(nèi)開發(fā)出更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

硬件技術(shù)論文:虛擬機(jī)技術(shù)在計算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘要：本文討論了計算機(jī)專業(yè)的教學(xué)、實驗現(xiàn)狀，闡述了虛擬機(jī)技術(shù)、虛擬機(jī)軟件的概念和特點，介紹了虛擬機(jī)軟件在計算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)中的應(yīng)用優(yōu)勢，對于從事這一領(lǐng)域教學(xué)的教師具有較強(qiáng)的參考價值。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)技術(shù) 計算機(jī)硬件與軟件 教學(xué) 應(yīng)用

0 引言

自高等學(xué)校擴(kuò)大招生規(guī)模以來，工科專業(yè)特別是計算機(jī)專業(yè)由于經(jīng)費(fèi)投入不足，各學(xué)校的教學(xué)實驗設(shè)備、實驗場地的擴(kuò)充數(shù)量在相當(dāng)一部分高校特別是中西部地區(qū)高校中明顯不足；由于新技術(shù)層出不窮、發(fā)展迅速、設(shè)備淘汰、更新較快，實驗設(shè)備過度使用和不能及時進(jìn)行維護(hù)，嚴(yán)重制約了專業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的提高；在專業(yè)教學(xué)方面，目前大部分教師都采用了多媒體課件教學(xué)，但由于條件限制無法進(jìn)行現(xiàn)場操作演示，在諸如計算機(jī)硬件與軟件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等實踐性課程的教學(xué)和實驗中，經(jīng)常會遇到軟件與系統(tǒng)不兼容，操作系統(tǒng)間不能切換，系統(tǒng)配置和軟件的調(diào)試會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行等諸多困難。為了實現(xiàn)“以能力形成為核心的人才培養(yǎng)”模式，如何有效利用現(xiàn)有的設(shè)備，教學(xué)實踐中如何不斷改進(jìn)和完善教學(xué)方法、教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出滿足社會需要的基本素質(zhì)好、應(yīng)用能力強(qiáng)和具有創(chuàng)新精神的專業(yè)人才，已經(jīng)成為高校教師面臨的重要課題?；谏鲜鲈?，在專業(yè)教學(xué)實驗設(shè)備、實驗場地投入明顯不足，某些專業(yè)課程教學(xué)、實驗內(nèi)容具有多樣性和特殊性的情況下，采用虛擬機(jī)（virtual machine，簡稱vm）技術(shù)構(gòu)建教學(xué)實踐環(huán)境來解決這些難題無疑是一種行之有效的解決方案。

1 虛擬機(jī)技術(shù)簡介

虛擬機(jī)的實現(xiàn)技術(shù)主要有兩種[1]：①純軟件方式的虛擬機(jī)；②硬件輔助方式的虛擬機(jī)。前者是當(dāng)前主流的虛擬機(jī)技術(shù)，具有成熟的應(yīng)用，后者是今后的發(fā)展方向，本文內(nèi)容運(yùn)用前者。虛擬機(jī)技術(shù)是指將一臺物理的計算機(jī)軟件環(huán)境分割為多個獨立分區(qū)，每個分區(qū)均可以按照需求模擬出一臺完整計算機(jī)的技術(shù)，模擬出來的計算機(jī)稱為虛擬機(jī)。虛擬機(jī)技術(shù)的實質(zhì)是通過中間層次實現(xiàn)計算機(jī)資源的管理和再分配，實現(xiàn)資源利用的較大化，虛擬化分區(qū)帶來的較大好處是使同一物理平臺能夠同時運(yùn)行多個同類或不同類型的操作系統(tǒng)，以分別作為不同業(yè)務(wù)和應(yīng)用的支撐平臺。

2 虛擬機(jī)軟件

基于虛擬機(jī)技術(shù)的軟件研發(fā)早在十多年以前就開始了，由于技術(shù)上有一個逐漸成熟的過程，同時計算機(jī)硬件（cpu速度、內(nèi)存容量、硬盤等）條件的限制，虛擬機(jī)軟件近幾年才真正得到用戶的認(rèn)同和應(yīng)用。目前市場上比較流行的虛擬機(jī)軟件主要有：①microsoft的virtual pc、virtual server。運(yùn)行環(huán)境為windows和macos，支持安裝的操作系統(tǒng)有windows、mac和linux；②sun公司的xvm virtualbox。運(yùn)行環(huán)境為linux和windows，支持安裝的操作系統(tǒng)有dos、windows (2000、xp、server 2003、vista)、linux(2.4和2.6)、openbsd；③vmware公司的vmware workstation、vmware server。運(yùn)行環(huán)境為linux、windows 2000以上版本，支持安裝的操作系統(tǒng)有ms-dos、win9x/me、win2000、winxp、、linux、freebsd、netware6、solaris x86等。實際應(yīng)用中具體采用哪一款虛擬機(jī)軟件，取決于個人愛好、虛擬機(jī)能運(yùn)行的平臺和需要安裝的操作系統(tǒng)，建議使用vmware的虛擬機(jī)軟件。

虛擬機(jī)軟件具有以下幾個方面的特點:①每個虛擬機(jī)都有一個vm控制塊,它包括有關(guān)vm當(dāng)前狀態(tài)方面的信息，如vm的執(zhí)行狀態(tài)，vm調(diào)度優(yōu)先級以及復(fù)制的vm寄存器內(nèi)容等；②擁有獨立的虛擬硬件設(shè)備，如cpu、存儲器、外圍設(shè)備等，并且這些設(shè)備及i/o端口等都受到保護(hù)，每個虛擬機(jī)都可以擁有計算機(jī)系統(tǒng)的所有資源；③系統(tǒng)分配給每個虛擬機(jī)的虛擬內(nèi)存都采用了獨立的地址空間，互相之間沒有任何聯(lián)系；④同一臺主機(jī)上可以運(yùn)行多個虛擬機(jī)，每個虛擬機(jī)都可安裝不同的操作系統(tǒng)，就如同一臺獨立的pc，各虛擬機(jī)與主機(jī)之間可以進(jìn)行對話、共享文件和網(wǎng)絡(luò)資源；⑤在虛擬機(jī)中，把操作系統(tǒng)安裝在主機(jī)硬盤中虛擬出來的一個特定文件中，并不需要對物理硬盤進(jìn)行分區(qū)操作，虛擬機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)有良好的隔離性，在虛擬機(jī)上進(jìn)行的操作對主機(jī)現(xiàn)有的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)都不會造成任何破壞；⑥具有硬件無關(guān)性，在主機(jī)系統(tǒng)上虛擬出的硬件都是相同的，可以簡單地在不同的主機(jī)之間復(fù)制后直接使用，不必考慮硬件差異，因此在實驗中對虛擬機(jī)系統(tǒng)造成的任何損壞不會涉及到物理設(shè)備且可以得到快速修復(fù)；⑦能夠設(shè)置和修改虛擬機(jī)系統(tǒng)的各種配置參數(shù),如虛擬機(jī)名稱、內(nèi)存容量、硬盤大小、外圍設(shè)備參數(shù)等。

3 虛擬機(jī)軟件在計算機(jī)硬件和軟件課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

3.1 計算機(jī)硬件和軟件課程教學(xué)內(nèi)容主要涉及到的實踐性環(huán)節(jié)主要有：①計算機(jī)bios設(shè)置；②硬盤的分區(qū)、格式化；③操作系統(tǒng)的安裝與配置；④應(yīng)用軟件的安裝；⑤系統(tǒng)的備份與恢復(fù)。該課程實踐性較強(qiáng)，而且學(xué)生一般是剛進(jìn)入大學(xué)的新生，為突出“所見即所得”的教學(xué)效果，提高學(xué)生的實踐動手能力，要求教師教學(xué)時能展示教學(xué)的內(nèi)容（實際操作演示），實驗環(huán)節(jié)中能讓學(xué)生親身體驗（實際動手實踐）。

3.2 由于多媒體教室的公用特性，一般只安裝windows 2000操作系統(tǒng)和基本的應(yīng)用軟件，不能隨意修改、配置系統(tǒng)參數(shù)，采用虛擬機(jī)軟件可以解決本門課程上述五個方面的需求。通過近幾年在計算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)中的實際應(yīng)用和研究后，總結(jié)出采用虛擬機(jī)軟件輔助教學(xué)具有以下優(yōu)勢：①物理計算機(jī)上對bios的設(shè)置過程無法在投影儀上顯示，另外計算機(jī)管理員一般情況下也不允許任課教師隨意進(jìn)入和修改bios，采用虛擬機(jī)可以很好解決這一問題；②物理計算機(jī)上不允許對硬盤分區(qū)、格式化等破壞性操作，這樣教師就無法為學(xué)生演示fdisk、format等操作命令，采用虛擬機(jī)就可以為學(xué)生講解、演示這些命令的操作過程；③物理計算機(jī)不允許任課教師自行安裝其他操作系統(tǒng)（如windows xp、windows server 2003、linux等）和應(yīng)用軟件，采用虛擬機(jī)就不受此限制，還可以按照需要進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)（如注冊表、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、內(nèi)存大小、io參數(shù)等）的修改和配置、根據(jù)需要進(jìn)行應(yīng)用軟件的安裝演示；④教師在用克隆軟件ghost做系統(tǒng)備份和恢復(fù)操作的演示時，投影儀是無法顯示的，采用虛擬機(jī)也可以很好地解決這一問題；⑤搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一臺主機(jī)和多個虛擬機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)實現(xiàn)了課堂教學(xué)中對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，就像將網(wǎng)絡(luò)實驗室搬移到了課堂教學(xué)中來一樣；⑥vmware workstation不但是一款的虛擬機(jī)軟件，還是一款非常好的截圖或視頻錄制軟件，教師可以在備課時采用截圖或視頻錄制功能制作出多媒體課件，有利于提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

3.3 實驗環(huán)節(jié)中采用虛擬機(jī)軟件構(gòu)建計算機(jī)硬件和軟件課程實驗平臺基于如下原因：①節(jié)約成本。虛擬機(jī)軟件能夠為實驗提供真實的計算環(huán)境，實現(xiàn)用較少的實驗設(shè)備完成大量的實驗；②便于管理，降低管理成本。傳統(tǒng)的實驗是根據(jù)課程需要（如windows 2000、windows xp、windows 2003 server、linux、unix、macos等）在一臺計算機(jī)的不同分區(qū)上安裝多個操作系統(tǒng)來滿足實驗環(huán)境的需求，由于實驗的特殊性（如系統(tǒng)配置修改后需要重啟），不能像公共機(jī)房那樣為了方便管理而安裝還原卡，這樣帶來的后果就是系統(tǒng)可能經(jīng)常崩潰，實驗室管理員需要花大量的時間和精力來維護(hù)和恢復(fù)系統(tǒng)。采用虛擬機(jī)軟件后，上面的問題就可迎刃而解。方法是物理計算機(jī)只需要安裝一個windows操作系統(tǒng)（稱為host os）和虛擬機(jī)軟件，實驗時根據(jù)需要在虛擬機(jī)中安裝操作系統(tǒng)（在磁盤上生成虛擬機(jī)文件，稱為guest os）來滿足實驗需求，不必?fù)?dān)心系統(tǒng)崩潰而疲于恢復(fù)系統(tǒng)；③獨立性強(qiáng)，有利于考核學(xué)生的實踐動手能力。使用虛擬機(jī)軟件能夠為使用同一臺計算機(jī)的每個學(xué)生提供獨立的實驗環(huán)境，在計算機(jī)硬件與軟件課程實驗中，采用傳統(tǒng)的實驗方法時，一臺物理機(jī)器上同一操作系統(tǒng)只能安裝一個，而這臺機(jī)器會有多個學(xué)生先后使用。這樣，只要及時個學(xué)生正確配置通過后，后面的學(xué)生就可坐享其成了，顯然不便于考核學(xué)生真實的實踐動手能力。采用虛擬機(jī)軟件后，可以在虛擬機(jī)軟件中安裝同一個操作系統(tǒng)的多個副本，每個學(xué)生使用各自的guest os，這樣能夠真實和地考核學(xué)生的實踐動手能力。

4 結(jié)語

作者多年來的教學(xué)實踐證明，采用虛擬機(jī)軟件構(gòu)建的教學(xué)、實驗平臺既能節(jié)省資金投入、挖掘了設(shè)備潛力，又緩解了實驗設(shè)備嚴(yán)重不足、實驗管理員工作量過大等問題，同時為教師教學(xué)提供了極大的便利，也給學(xué)生課內(nèi)外的自主學(xué)習(xí)提供了可能，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。虛擬機(jī)技術(shù)為教學(xué)、實驗提供了一個近似于真實的環(huán)境，除了硬件的物理連接外(如主機(jī)板、cpu、顯示卡、網(wǎng)絡(luò)接口卡、網(wǎng)線等連接)，在真實的機(jī)器上完成的實驗基本上能在“虛擬機(jī)”上完成，，實驗質(zhì)量不會受到影響，能夠滿足諸如計算機(jī)硬件與軟件等課程教學(xué)實踐的要求。

硬件技術(shù)論文:計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗改革

摘要:針對計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程陳舊的實驗教學(xué)現(xiàn)狀,結(jié)合北京理工大學(xué)2010年度教學(xué)改革實踐,以計算機(jī)硬件新發(fā)展為基礎(chǔ),提出一套能夠激發(fā)學(xué)生興趣的課程實驗方案,同時探討實驗課時比例、實驗方案選取和學(xué)生反饋等內(nèi)容,實踐分析為后續(xù)課程實驗改革提供參考意見。

關(guān)鍵詞:計算機(jī)硬件技術(shù);教學(xué)改革;實驗教學(xué)

計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程是普通高等學(xué)校理工科專業(yè)的一門重要計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程,也適合非理工科的其他專業(yè)學(xué)生選修。早在2006年,教育部高教司就明確提出了該課程是針對大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)理工類本科生設(shè)置的6門典型核心課程之一。它是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識、了解計算機(jī)硬件發(fā)展、熟悉硬件原理及接口技術(shù)的主要課程。

1課程現(xiàn)狀和問題分析

根據(jù)教育部關(guān)于計算機(jī)基礎(chǔ)教育“三個層次”的教學(xué)思想,計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)由微型計算機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)等課程整合而來,因此自2006年以來,該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)一直延續(xù)著原有課程的體系。與此同時,計算機(jī)硬件在過去的50年里以摩爾定律(晶體管的集成度每18個月翻1番)高速發(fā)展,以CPU為代表的計算機(jī)硬件更新?lián)Q代十分迅速,新的接口層出不窮,使該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)與學(xué)生成長和熟悉的環(huán)境嚴(yán)重脫節(jié)[1-2],具體表現(xiàn)在以下3個方面:

及時,課程內(nèi)容過于專業(yè),教學(xué)要求和學(xué)生基礎(chǔ)有一定差距。微型計算機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)等課程主要針對大三或大四學(xué)生開設(shè),而以這兩門課程內(nèi)容為基礎(chǔ)的計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程主要面向大一和大二學(xué)生,目的是進(jìn)行計算機(jī)基礎(chǔ)教育。由于面向群體不同,原有課程內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)過于專業(yè),不適合計算機(jī)硬件入門級教學(xué)。

我們隨機(jī)選取了高等教育出版社、機(jī)械工業(yè)出版社和中國鐵道出版社2005年之后出版(含再版)的5本教材。經(jīng)過統(tǒng)計,3本教材以較多篇幅介紹Intel 8086系列處理器指令和接口結(jié)構(gòu),其中4本含有較多的匯編語言知識。然而,Intel 8086和匯編語言等知識對于低年級非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生過于深奧和枯燥,非計算機(jī)專業(yè)低年級學(xué)生很難理解。

第二,課程內(nèi)容過于陳舊,實驗環(huán)節(jié)無法吸引學(xué)生們的興趣。我們調(diào)研了國內(nèi)多所高校相關(guān)課程的教學(xué)狀況,課程實驗方案主要包括兩種,即結(jié)合計算機(jī)硬件實驗箱和利用PC機(jī)進(jìn)行拆裝實驗。

基于實驗箱的課程實驗往往以DOS、匯編語言、8255a、數(shù)碼管顯示和數(shù)模轉(zhuǎn)換等實驗為主,這些內(nèi)容繼承了微型計算機(jī)原理的實驗內(nèi)容,對于大一和大二學(xué)生來說,離他們熟悉的硬件環(huán)境較遠(yuǎn),缺少趣味。以PC機(jī)為平臺的計算機(jī)拆裝類實驗一般會受到學(xué)生的歡迎,具有一定吸引力,但計算機(jī)拆裝較為淺顯,與課程內(nèi)容結(jié)合效果不足,不能使學(xué)生對計算機(jī)硬件的原理有深入理解。盡管如此,考慮到學(xué)生的興趣,將PC機(jī)作為入門級實驗平臺應(yīng)是課程實驗改革的方向。

第三,計算機(jī)基礎(chǔ)課程的性質(zhì)使課程無法照顧到各專業(yè)的需求。傳統(tǒng)教學(xué)和實驗內(nèi)容不區(qū)分學(xué)生的專業(yè)屬性,對于理工科專業(yè)來說,課程實驗難度較低,缺乏學(xué)習(xí)興趣;對于非理工科專業(yè)來說,課程實驗難度較高,無暇關(guān)注更深入內(nèi)容。為此,課程實驗改革應(yīng)該考慮學(xué)生的專業(yè)特點,實驗為基本實驗和可選實驗,因材(專業(yè))施教[3-4]。

實踐教學(xué)是高等教育課程的重要組成部分,實踐教學(xué)應(yīng)努力貫徹以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)理念。結(jié)合計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的實際情況,課程實驗教學(xué)改革勢在必行。

2教學(xué)改革內(nèi)容

北京理工大學(xué)計算機(jī)公共基礎(chǔ)課教學(xué)團(tuán)隊(部級教學(xué)團(tuán)隊)在充分調(diào)研該課程講授現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,于2010年度開展了教學(xué)改革。核心思想是以克服學(xué)生對硬件的恐懼心理為目的,以計算機(jī)硬件經(jīng)典技術(shù)和新發(fā)展為主要內(nèi)容,輔助開放和自由的實驗教學(xué)平臺,重點在于改革課程實驗內(nèi)容。

基于上述思想,課程實驗的改革從3個方面開展:教學(xué)組織、實驗方案和實驗場地。

首先,在教學(xué)組織上,我們增大了實驗比例,占到整個學(xué)時的25%。同時,教學(xué)內(nèi)容以“基本概念+基本部件”方式組織,如表1的第2-6章。例如,第3章內(nèi)容為“存儲系統(tǒng)與存儲器”,其中存儲系統(tǒng)是基本概念,學(xué)生理解起來有一些抽象,需要課堂講授;而存儲器則是基本部件,可以采取實踐教學(xué),學(xué)生在實驗中認(rèn)識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設(shè)備,更容易將存儲系統(tǒng)和實際硬件有機(jī)關(guān)聯(lián)起來,取得更好的教學(xué)效果。

其次,在課程實驗方案上,考慮到大一、大二學(xué)生對硬件的陌生程度,我們采取了“基本實驗+提高實驗”的模式?；緦嶒灥哪康氖亲寣W(xué)生對計算機(jī)硬件有基本的熟悉,克服對硬件的畏懼心理。提高實驗的目的則是結(jié)合某一章節(jié)內(nèi)容,通過題目引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的興趣,調(diào)動他們的積極性,使其深入了解計算機(jī)硬件,部分候選方案如表2所示。

,為了達(dá)到實踐教學(xué)目的,依托學(xué)校的支持,我們建立了能夠同時為120人提供實驗的場地,并在課程授課期間同步向?qū)W生自由開放。

3課程實驗改革實踐

以北京理工大學(xué)2010年度的教學(xué)為實驗樣本,學(xué)生來源于大一和大二兩個年級,共計122名,其中包含34名大一學(xué)生和88名大二學(xué)生。學(xué)生分布在36個專業(yè),共12個學(xué)院,以理工科專業(yè)為主,如圖1所示。該課程以全校公選課形式提供,限制人數(shù)為120人(額外2人為留學(xué)生),共32學(xué)時,包含8個課程實驗學(xué)時。

結(jié)合課程實驗改革內(nèi)容,我們向全體學(xué)生發(fā)放了無記名調(diào)查問卷,全部學(xué)生提交了有效問卷,我們獲得了一批有價值的反饋信息。

對于課程學(xué)時和實驗課程學(xué)時問題,大一與大二學(xué)生的反饋建議如圖2所示。由圖可以看出,如果計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)安排在大一下學(xué)期,學(xué)生只學(xué)過計算機(jī)基礎(chǔ)課程,對硬件知識學(xué)習(xí)的渴望比較強(qiáng)烈,32個學(xué)時相對較少。如果安排在大二下學(xué)期,學(xué)生會比較有針對性地聽課,32個學(xué)時較為合理。

圖3給出了學(xué)生針對實驗學(xué)時的反饋意見,橫坐標(biāo)是實驗學(xué)時數(shù),縱坐標(biāo)是人數(shù)?？梢?75%的學(xué)生們希望實驗學(xué)時在8～11之間,即實驗課時占到總課時的25%～34%。

針對一些高校開展的“計算機(jī)拆裝”實驗,我們對學(xué)生的支持度進(jìn)行了調(diào)查。有的大一學(xué)生和98%的大二學(xué)生認(rèn)為“計算機(jī)拆裝”實驗很有必要,得到了學(xué)生的廣泛支持,實驗效果如圖4所示。

從圖4可以看出,計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗應(yīng)該以學(xué)生常見的PC機(jī)及擴(kuò)展實驗組成,這就指明了該課程實驗改革的方向。

由于實驗場地建設(shè)等問題,本次教改實踐讓學(xué)生選擇完成1項基本實驗和1項提高實驗。對于全部課程實驗方案安排,請學(xué)生就歡迎程度排序,結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出,在基本實驗方案中,“計算機(jī)拆裝”和“計算機(jī)硬件故障診斷”實驗最受學(xué)生歡迎。此外,“操作系統(tǒng)安裝”和“網(wǎng)絡(luò)連通性測試”等與學(xué)生密切相關(guān)的實驗也很受歡迎。從基本實驗方案的設(shè)計初衷上來看,上述內(nèi)容達(dá)到了預(yù)期效果,有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)生興趣,并幫助其克服了對硬件的恐懼心理。

在提高實驗方案中,“U盤高級操作”和“硬盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)”與生活比較貼近,最受學(xué)生歡迎。此外,由于大部分學(xué)生是理工科類學(xué)生,從未來專業(yè)發(fā)展角度講,“驅(qū)動程序設(shè)計”和“單片機(jī)開發(fā)”也得到了學(xué)生支持。這樣的實驗內(nèi)容涵蓋較多,在該課程中能夠幫助學(xué)生建立基本的概念即可。

而一些傳統(tǒng)實驗,例如“串行通信建立和測試”、“8086指令集實驗”等,沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)該說,這兩個實驗的專業(yè)性更強(qiáng),但對于大一、大二學(xué)生來說,專業(yè)性強(qiáng)的實驗不容易讓學(xué)生掌握基本原理和規(guī)律,不利于學(xué)生克服畏難心理。

4結(jié)語

針對計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程,結(jié)合北京理工大學(xué)2010年度教學(xué)改革實踐,我們認(rèn)為實驗課時占總課時30%左右時的教學(xué)效果好。在課程實驗中,以PC機(jī)為主的硬件實驗受到了學(xué)生歡迎。除了一些高校開展的“計算機(jī)拆裝”實驗外,更多實驗得到了實踐。從反饋效果來看,本文提出的實驗方案能夠有效調(diào)動學(xué)生的積極性,具有良好的效果。

硬件技術(shù)論文:計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教材分析和建設(shè)

摘要：計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)是普通高等教育理工科專業(yè)的一門重要計算機(jī)公共基礎(chǔ)課。本文分析了2005年后出版的34本相關(guān)教材中教學(xué)內(nèi)容和實驗內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)闡述了該課程在教材建設(shè)方面存在的教學(xué)定位不清晰、教學(xué)實驗單一和教學(xué)內(nèi)容陳舊等三個問題。結(jié)合北京理工大學(xué)在該課程上的教學(xué)實踐經(jīng)驗，提出以實驗建設(shè)為導(dǎo)向，“基本概念”和“基本硬件”相結(jié)合的教材組織理念，為該課程教材的進(jìn)一步建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)；教學(xué)改革；教材建設(shè)；教材分析

隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展和普及，大學(xué)生接觸到的計算機(jī)硬件設(shè)備無論從種類還是功能都比之前有更多的樣式，并具有更快的發(fā)展趨勢。計算機(jī)硬件有關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚纳钣闷?，具有明顯的日?；?、集成化、工具化的發(fā)展趨勢。在計算機(jī)硬件新的發(fā)展階段，讓學(xué)生們掌握基本的計算機(jī)硬件原理，熟悉各類硬件接口技術(shù)，懂得計算機(jī)硬件產(chǎn)品的基本運(yùn)行方式，是各學(xué)科各專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)中重要的一個教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)。

計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程是普通高等學(xué)校理工科專業(yè)的一門重要的計算機(jī)技術(shù)公共基礎(chǔ)課程，也適合非理工科的其他專業(yè)學(xué)生選修。該課程是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識、了解計算機(jī)硬件發(fā)展、熟悉硬件原理及接口技術(shù)的主要課程。

1課程現(xiàn)狀和問題分析

2006年，教育部高教司將微型計算機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)等課程精簡整合為計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)，并明確提出了該課程是針對大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)的理工類本科生設(shè)置的6門典型核心課程之一。

2009年，教育部高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會將“微機(jī)原理與接口技術(shù)”確定為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心課程之一。該課程建議面向電類專業(yè)授課70學(xué)時，實驗20學(xué)時；面向非電類專業(yè)授課48學(xué)時，實驗10學(xué)時。[1]

課程名稱及學(xué)時上的變化，一方面顯示教學(xué)指導(dǎo)委員會對計算機(jī)硬件類課程的重視，同時也反映出在大學(xué)課堂上如何引入計算機(jī)硬件公共基礎(chǔ)課程還存在爭議。事實上，計算機(jī)硬件類課程在實際實施中存在很多實際困難和問題，導(dǎo)致全國大多數(shù)高等學(xué)校沒有開設(shè)此類計算機(jī)基礎(chǔ)課程，部分開設(shè)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的學(xué)校往往由非計算機(jī)類專業(yè)教師開設(shè)并講授，不歸屬于計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)范疇。主要有以下三方面原因。

1) 課程定位不清晰，學(xué)時很難落實。計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程如果作為計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程，應(yīng)該主要放在大二，兼顧大三授課，面向沒有數(shù)字電子基礎(chǔ)的學(xué)生，作為選修課，以32學(xué)時為宜。然而，計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃的微機(jī)原理與接口技術(shù)主要面向大三、甚至是大四學(xué)生開設(shè)，學(xué)時數(shù)量超過60，甚至在90，還需要數(shù)字電子方面的先導(dǎo)課，很多高校在學(xué)時、先導(dǎo)課等角度都無法將該課程編排進(jìn)教學(xué)大綱。

2) 現(xiàn)有實驗條件落后，學(xué)生難有興趣，硬件投入較大。傳統(tǒng)授課中，計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)所安排實驗需要借助定制的實驗箱完成實驗[2]，而實驗箱的投入成本較高，新實驗開發(fā)受限，使用效率較低，教師和學(xué)校往往都沒有熱情開設(shè)該課程。另外一些課程僅以匯編語言或單片機(jī)技術(shù)作為實驗內(nèi)容，技術(shù)廣度不足，僅適合小部分特色專業(yè)。

3) 教學(xué)內(nèi)容落后，教材急需建設(shè)。無論是計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)還是微機(jī)原理與接口技術(shù)，講授內(nèi)容仍然以計算機(jī)專業(yè)的80x86、匯編語言、可編程接口芯片等內(nèi)容為主，沒有結(jié)合計算機(jī)硬件近10年來新技術(shù)和新產(chǎn)品的發(fā)展。由于課程面向非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生，這種專業(yè)性很強(qiáng)的內(nèi)容很難符合學(xué)生們的學(xué)習(xí)預(yù)期?？v觀5年內(nèi)新出版的相關(guān)教材，所講授內(nèi)容的絕大部分與10年前(2000年左右)教材的教學(xué)內(nèi)容一致，教材改革和建設(shè)需求迫切。

本文從面向大二兼顧大三的計算機(jī)公共基礎(chǔ)課角度出發(fā)，分析整理了2005年后出版的《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)教材的教學(xué)內(nèi)容和實驗內(nèi)容，客觀還原已出版教材現(xiàn)狀，尋找教材建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)和問題，從而為進(jìn)一步教材建設(shè)理清思路。同時，本文結(jié)合北京理工大學(xué)的教學(xué)改革情況，給出了進(jìn)一步加強(qiáng)教材建設(shè)的思路和方法，希望能夠為計算機(jī)硬件類公共課更為廣泛的進(jìn)入大學(xué)課堂提供參考建議。

2教材情況概述

為了還原計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教材建設(shè)情況，我們對2005年之后出版的相關(guān)教材進(jìn)行了匯總，合計34本，如表1所示。

從表1可以看出，34本教材來自于13個出版社，其中，正式本科教材26本，教學(xué)實驗指導(dǎo)書等教輔類教材6本(本文后面使用表示表1中第N本教材)，高職高專教材2本。后面，我們將主要對本科和高職高專共28本教材進(jìn)行分析。

3教材分析與問題匯總

3.1教材組織和定位分析

課程教材定位指教材的受眾面，我們根據(jù)教材介紹中作者對教材的定位說明分成四類：電學(xué)為主的理工類專業(yè)、非電學(xué)為主的理工類專業(yè)、非理工類專業(yè)、各學(xué)科專業(yè)(內(nèi)容難度偏低，適用于所有學(xué)科開展教學(xué))。其中存在一本教材劃分到多個類別的情況。

表1中教材(含本科和高職高專教材)共28本，根據(jù)上述劃分，各教材定位如表2所示，其中，高職高專教材由于教學(xué)內(nèi)容較為實用，被劃分到各學(xué)科專業(yè)類別中。

根據(jù)教材的不同定位，圖1和圖2分別給出了教材章節(jié)數(shù)、頁數(shù)、實驗數(shù)的統(tǒng)計值。

從這兩個圖中可以看出，針對電學(xué)為主的理工科類專業(yè)(編號為A)的計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)教材頁數(shù)最多，章節(jié)最多，實驗最少(數(shù)量為0)?？梢钥闯?，目前這類教材主要以理論講授為主，定位中缺少實驗內(nèi)容，內(nèi)容覆蓋面廣泛但缺乏實踐性。實際中，這類課程是從“微機(jī)原理”精簡而來，內(nèi)容變化不大。

針對非電學(xué)為主理工類專業(yè)(編號為B)的教材章節(jié)最少，平均實驗數(shù)為1?？梢钥闯觯@類教材的建設(shè)思路是講授基本的計算機(jī)硬件知識，簡單的開展少量實驗。實際中，這類專業(yè)往往在大三、大四會講授“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”、“單片機(jī)”等硬件類相關(guān)課程，為此，針對大二為主的計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)類教材在內(nèi)容上比較基礎(chǔ)并為后續(xù)課程有所保留。

對于非理工類和各學(xué)科專業(yè)的教材，章節(jié)數(shù)量相對較多，實驗數(shù)量也比之前有所增加。可以看出，這類教材的建設(shè)思路是使學(xué)生掌握較為的硬件知識，并有一定的動手訓(xùn)練。實際中，非理工類專業(yè)在本科階段最多能夠?qū)W習(xí)一門計算機(jī)硬件技術(shù)相關(guān)類課程，為此，教材建設(shè)思路反映了性和實用性。

綜合上述分析，可以看出，目前市面上已有的《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)教材主要針對四類不同的受眾學(xué)生，教材組織上偏重于內(nèi)容講解(尤其是針對理工科學(xué)生的教材)，總體建設(shè)思路還停留在講授計算機(jī)原理的階段，無法體現(xiàn)當(dāng)今計算機(jī)硬件日?；⒓苫?、工具化的發(fā)展趨勢。突出問題是教材配套實驗很少，實踐性差。

3.2教材實驗分析

表1中28本教材和6本實驗指導(dǎo)書一共記錄了109個實驗。根據(jù)各實驗特點，我們將所有實驗分為四類：實驗箱實驗、芯片實驗、匯編語言實驗和PC機(jī)實驗。各分類描述如下：

? 實驗箱實驗：指依托于特定實驗箱的實驗，針對該課程的實驗箱往往是從其他課程的實驗箱中裁減下來的，種類較多且良莠不齊，沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)；

? 芯片實驗：指基于單片機(jī)或者接口芯片的實驗，包括：8051系列單片機(jī)、計數(shù)器芯片8253、定時器芯片8254、并口芯片8255A、中斷芯片8259A、DMA控制器芯片8237A等。這類實驗專業(yè)性強(qiáng)，應(yīng)用性差，適合特定專業(yè)或者大三以上的學(xué)生；

? 匯編語言實驗：指匯編語言程序設(shè)計實驗，編程訓(xùn)練不是該課程的主要目的，這類實驗盡管能夠讓學(xué)生對計算機(jī)硬件有一定了解，但程度有限；

? PC機(jī)實驗：基于PC機(jī)的實驗，包括：model安裝、存儲器測試等。目前，這部分實驗內(nèi)容受到學(xué)生喜愛，可以鍛煉實際能力，易于推廣，但如何讓學(xué)生了解到CPU、存儲器等核心部件內(nèi)部的工作原理，需要創(chuàng)新性設(shè)計。

圖3給出了109個實驗在組織結(jié)構(gòu)、運(yùn)算控制器、存儲器、IO和其他等6個方面的統(tǒng)計。從圖中可以看出，大部分實驗都集中在IO方面，反映出這部分實驗內(nèi)容很重要，也是教材的主要內(nèi)容。相比較而言，實驗箱類和PC機(jī)實驗?zāi)軌蚋采w到計算機(jī)硬件的各個部分，而芯片實驗主要針對IO，缺少對運(yùn)算控制器、存儲器等其它部件的覆蓋，匯編語言實驗主要針對運(yùn)算控制器。

圖3教材中實驗的分類

基于以上分析，針對計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程，匯編語言實驗和芯片實驗數(shù)量較多但比較重視接口，無法讓學(xué)生對計算機(jī)各組成部分有更深入的理解。實驗箱實驗針對性很強(qiáng)，但前期投入大，靈活性不強(qiáng)。我們認(rèn)為，隨著PC機(jī)的廣泛應(yīng)用(學(xué)生們幾乎人手一臺PC機(jī))，基于PC機(jī)的創(chuàng)新性實驗是該課程的發(fā)展方向，同時，這類實驗還能較好的引導(dǎo)學(xué)生在課余時間完成實驗，并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

3.3教材內(nèi)容分析

對于教材內(nèi)容，我們主要分析和匯總講述的重點知識點，還原現(xiàn)有教材的主要內(nèi)容組織。全部教材為28本，其中4本(、、、)沒能找到原書，為此沒有統(tǒng)計在內(nèi)。表3給出了24本教材中知識點的排序。

從表3可以看出，所有教材都有存儲系統(tǒng)內(nèi)容的講授，大部分教材(19本)都包括匯編語言，18本包括80x86，半數(shù)以上教材都講授了8259A和8255A等內(nèi)容。圖4給出了這些內(nèi)容在原書中平均的頁數(shù)，可以看出，匯編語言、80x86、單片機(jī)等內(nèi)容都超過了25頁，在教材中所占比重很大。此外，8259A和8255A等芯片的講授內(nèi)容也在10頁以上，成為某些教材的重點授課內(nèi)容。

縱觀2005年至今出版的全部相關(guān)教材，《計算機(jī)

硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材還是以《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《匯編語言》等課程的內(nèi)容簡化為主，仍然以很大的比重講授80x86、匯編語言、單片機(jī)等內(nèi)容。這些內(nèi)容對于某些專業(yè)十分必要，但對于面向非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)公共基礎(chǔ)課程來說，這些內(nèi)容相對陳舊，而且無法與計算機(jī)硬件的近期發(fā)展相結(jié)合。

教材具有教學(xué)的引導(dǎo)作用，在教材建設(shè)上，這種內(nèi)容組織方式的落后需要引起重視。

4教材建設(shè)建議

4.1教材定位建設(shè)

我們認(rèn)為，面向計算機(jī)公共基礎(chǔ)課程，教材名稱確定為《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》比較合適，表明教材內(nèi)容是計算機(jī)硬件的基礎(chǔ)內(nèi)容，以了解計算機(jī)硬件知識為主，掌握計算機(jī)硬件的基本概念和原理。

教材應(yīng)結(jié)合計算機(jī)公共基礎(chǔ)課程的實際情況，以32學(xué)時(含6～10實驗學(xué)時)為宜，適度擴(kuò)展到54學(xué)時，實驗學(xué)時擴(kuò)展到12學(xué)時(實驗學(xué)時占總學(xué)時的25%)。這種學(xué)時設(shè)計有利于各學(xué)校將該課程以校公選課、通識課、實驗課等形式安排到教學(xué)大綱中。

針對大二學(xué)生的教材，前導(dǎo)課程為計算機(jī)基礎(chǔ)(或者大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ))等計算機(jī)基礎(chǔ)類公共課程，不需要學(xué)習(xí)數(shù)字電子等課程。教材內(nèi)容適度增加相關(guān)的數(shù)字電子知識。

教材應(yīng)該充分利用該課程特點，以增強(qiáng)學(xué)生的實踐興趣為根本，通過實踐環(huán)節(jié)使學(xué)生們主動學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容。為此，在教材設(shè)計中，應(yīng)該以實驗建設(shè)為導(dǎo)向，注重讓學(xué)生們理解計算機(jī)硬件的基本工作原理，為學(xué)生們進(jìn)一步理解其他硬件技術(shù)和實踐硬件設(shè)計打好堅實基礎(chǔ)。

過去十幾年來，在計算機(jī)硬件相關(guān)課程講解過程中，教師們主要關(guān)心接口技術(shù)，并引導(dǎo)學(xué)生們在該方向進(jìn)行實驗。隨著計算機(jī)硬件種類、功能和應(yīng)用程度的增加，我們認(rèn)為，學(xué)生們應(yīng)該綜合了解計算機(jī)硬件組成，理解各部分的工作原理，而不是側(cè)重某一方面。使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)和實驗實踐后能夠分析新技術(shù)和新方法在整個計算機(jī)硬件發(fā)展中的作用和價值。

4.2教材實驗建設(shè)

《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材應(yīng)該更加重視實驗建設(shè)，使學(xué)生能夠在實踐中理解計算機(jī)硬件的基本概念。[3]為此，我們建議教材中的實驗?zāi)軌蚋采w計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的各個領(lǐng)域，并且能夠有一定趣味性，以了解基本的硬件原理為主。

與此同時，教材中的實驗應(yīng)該能夠與學(xué)生們的實際生活結(jié)合起來，設(shè)計創(chuàng)新實驗，將數(shù)字消費(fèi)類電子產(chǎn)品(MP3、手機(jī)等)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、藍(lán)牙、PC外設(shè)接口等融入計算機(jī)硬件實驗的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生興趣，同時適應(yīng)計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，使得學(xué)生通過教材學(xué)習(xí)能夠掌握對計算機(jī)硬件的正確認(rèn)識，并解決一些基本實際問題。

在這里，我們建議將實驗分為：基礎(chǔ)實驗和提高實驗兩類，以適合不同專業(yè)的學(xué)生。經(jīng)過北京理工大學(xué)2010年的教學(xué)反饋，表4中的實驗得到了學(xué)生們的歡迎。

在教材建設(shè)過程中，考慮到各院校建設(shè)計算機(jī)硬件實驗室的實際情況，進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生興趣，我們基于PC機(jī)和少量配件設(shè)計了一些候選實驗。初步的教學(xué)實踐表明，這種實驗設(shè)計能夠創(chuàng)新性的激發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生掌握更為實際的計算機(jī)硬件知識，并通過實踐理解計算機(jī)硬件基本原理。

候選實驗包括三類：測試類、開發(fā)類和操作類。例如：存儲系統(tǒng)性能測試(測試類)、CPU和GPU性能測試(測試類)、BIOS定制刷新(開發(fā)類)、串口短信收發(fā)(開發(fā)類)、并口液晶點陣控制(開發(fā)類)、基于PSOC的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(開發(fā)類)、計算機(jī)認(rèn)知和組裝(操作類)等。

4.3教材內(nèi)容建設(shè)

在教材內(nèi)容建設(shè)上，我們認(rèn)為《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材應(yīng)該講解各類計算機(jī)硬件原理，以理解計算機(jī)硬件部件功能為主，注重理解基本概念和基本運(yùn)行規(guī)律，并結(jié)合實際硬件器件分析，以不變的理論應(yīng)對萬變的計算機(jī)硬件產(chǎn)品。

為此，教學(xué)內(nèi)容 以“基本概念+基本部件”方式組織，例如：存儲系統(tǒng)與存儲器，其中，存儲系統(tǒng)是基本概念，理解起來有一些抽象，需要課堂講授；而存儲器(內(nèi)存等)則是基本部件，學(xué)生們平時接觸較多，通過適當(dāng)?shù)膶嵺`教學(xué)，學(xué)生們不僅可以很快認(rèn)識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設(shè)備，還可以通過測試類實驗了解各設(shè)備的工作速度和基本模式，易于將存儲系統(tǒng)和實際硬件有機(jī)的關(guān)聯(lián)起來，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

5結(jié)語

計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)是近年來計算機(jī)公共基礎(chǔ)課建設(shè)中面臨的一個重要的難點問題，《計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》教材更是教改所面臨的較大問題。如何合理定位該教材，并有效地選取適合高等院校開展該課程的內(nèi)容是我們的進(jìn)一步工作。在回顧2005年后出版的34本教材的基礎(chǔ)上，我們驗證了該課程和教材建設(shè)中存在的一些具體問題，并給出了解決問題的一些建議。我們將在2011～2012年度北京理工大學(xué)的教學(xué)實踐中檢驗教材建設(shè)的初步效果。