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篇1

隨著社會進步和信息化時代的發展，計算機應用能力變得越來越必要。如何掌握計算機相關知識也成了大家關心的話題。在計算機的硬件知識體系中，知識點紛繁復雜，因此，構建合理的計算機硬件知識體系框架有重要意義。筆者就如何構架計算機硬件知識體系框架幾點淺薄的認識：

1、計算機硬件知識體系的特點

1.1 硬件知識整體性強、富有層次性

計算機硬件知識的許多知識點都是密切相關的，相互影響的。在某個知識點的掌握程度和理解如何直接影響著對其它知識點的把握，如門陣列控制器就一知識點的學習就需要有“可編程陣列邏輯”為基礎。除此之外，富有層次性也是硬件知識體系的一個重要特點。比如在計算機硬件的設計中，就需要經過三個過程，從概念結構到邏輯結構，再到物理結構，這三個模塊層次分明。

1.2 計算機硬件知識體系的特征

一般而言，計算機的硬件知識點難度都不小，如在存儲系統中，就會涉及局部的存儲和訪問，以及如何精心相關的替換算法和存儲系統的應用諸多問題。同時，計算機硬件知識的理論知識和實際的要求卻相差甚遠，例如說電腦中都會有CPU這一核心配置，但我們卻很難看到CPU的具體內部結構。

1.3 知識體系的重點和界限變化快

以往的硬件知識體系培養的是人們設計電腦硬件的能力和底層使用的硬件，而從上世紀八十年代后期開始，硬件知識體系則是以嵌入式系統的設計、軟件和硬件的結合為目標。同時，硬件知識的重點也有了很大改變，同時，界限也在變化。

2、計算機硬件知識體系結構框架

2.1 計算機硬件知識的教學目標

計算機硬件知識的教學目標主要有以下三個：讓學生掌握相關的計算機硬件知識，為以后的計算機軟件和其他知識的學習奠定基礎；學會嵌入式系統的相關技術和設計方法；形成能夠直接以已有的基礎知識來運用計算機。計算機硬件所研究的包括對計算機的工作原理、結構的分析和以及一些編程和技術的運用。

2.2 計算機硬件知識體系結構框架

計算機硬件的知識體系可以分成以下四種：工作原理知識系列、編程應用知識系列、組成結構知識系列和技術方法的知識系列。這四者的具體的構建方法和如何構建各有不同。比如說工作原理的知識系列通過一定手段讓理論知識轉化為現實，這可以通過一些相關的過程驅動、指令執行等來實現；而編程應用知識系列則不同，編程應用看重的是從基礎知識到具體應用和操作的一種轉變，編寫程序可以通過一些特性結構、指令系統等來實現。具體來說：

工作原理的知識系列的重要內容是計算機的組成和結構方面的一些知識，它是計算機硬件的基礎知識，也是重要根據。工作原理相關的主要知識包括：順序程序驅動的含義和重要性、電腦指令的表現形式、控制器的使用以及程序設計的一些基礎知識。

作為計算機硬件知識體系中的核心，組成結構方面的知識對于計算機的使用有著十分重要的意義。組成結構方面的知識涵蓋了計算機的組成原理、數字邏輯和系統結構等多方面的知識，如運算器和邏輯代數等重要部件的設計方法和相關的存儲系統等。

除了以上兩種知識系列，編程應用知識系列也是重要的知識系列之一。編程應用是計算機硬件技術的目標之所在，介紹的是匯編語言和相關的程序設計、計算機系統結構等相關內容，如指令系統、接口芯片和微型計算機的結構等都是編程應用知識體系中的重要知識點。

此外，作為計算機硬件技術的一大思路，技術方法的知識體系的重要性越來越受到肯定。技術方法方面的知識體系主要涉及了計算機組成原理、微型計算機的組成原理和相關的接口技術等，具體的包括數字指令的種類、流水線技術和互聯網的網絡技術等等。

3、如何構建計算機硬件的知識體系結構

正如前面我們所提到的計算機硬件知識體系的四種系列，在構建相關的知識體系的時候也應當加以區別對待。

3.1 工作原理的知識體系的構建方法

在構建工作原理的知識體系時，應當本著從理論到實踐的想法來構建。計算機硬件方面的知識有許多是理論性強，較抽象的，這就需要我們能將這個抽象轉化為具體的操作。如計算模型本身是一個較抽象的概念，在這個概念的表達中，我們要加深對計算過程的程序和驅動的認識，以及加深對數字指令的和運行方面的認識，這樣就能更加明白的理解誒怎樣通過控制計算機中的相關元件和配備來達到計算的目的。

3.2 編程應用知識體系的構建方法

在構建編程應用知識系列的鍋中中，要遵循從基礎到應用的指導思想。我們直接通過給計算機指令來讓機器運行，這時的計算機指令的能夠和執行的基礎就是計算機的外部特征，同時，機器之所以能夠執行這些指令，依靠的又是在計算機里編寫好了的程序，在這個基礎上，計算機才能夠計算和解決那些實際意義的應用難題。

3.3 組成結構知識體系的構建方法

和工作原理知識系列的構建不同的是，組成結構的知識體系應當遵循從部分到整體的方法。部分是局部的概念，要將部分納入到整體中去。如邏輯元件是計算機系統中的最小組成單元，我們通過對邏輯元件等小的計算機器件的內部結構及其功能的認識，進一步能夠加深對整個計算機操作系統的組成和功能設計等的認識，這就是通過部分認識整體的一個方面。

3.4 技術方法知識體系的構建方法

技術方法知識體系的構建應當遵循抽到到具體的轉變。計算機的功能如何是計算機程序設計等的重要基礎，概念性的結構較為抽象、不容易理解，而計算機的物理性結構則較為具體，因此，應當以某種邏輯形式或聯系來將它們連接好。

4、結語

總之，在計算機應用如此廣泛的今天，如何掌握計算機的硬件和軟件方面的必備知識是我們都需要關注的問題。因此，計算機硬件知識體系的構建也日益重要。筆者相信，在不斷的探索之下，計算機硬件知識體系的結構框架會越來越完整。

篇2

1計算機硬件類實驗教學面臨的問題

計算機技術不斷進步與發展，若計算機硬件類實驗教學仍采用傳統的實驗教學模式和傳統的實驗平臺，開設自主性、綜合性、創新性實驗就面臨一些問題和困難。

1.1硬件設備投入高，硬件項目開發周期長

硬件實驗平臺的建設需要大量的資金投入，而且硬件類實驗消耗很大，需要持續的資金投入做保障。此外，硬件課程建設周期也較長，硬件實驗項目開發也非一蹴而就，實驗教師需要完備的理論知識和扎實的電子學知識，而且需要反復的實驗和長期的實踐，才能自如的設計實現，這一過程比掌握一門計算機語言或一種計算機軟件開發工具要難得多和慢得多。實驗設備的更新速度及實驗項目長周期開發難以滿足新技術、新方法的更新步伐。

1.2教學實驗臺的設計針對性強，硬件線路相對固定，實驗內容受硬件設計的制約

很多教學實驗臺的設計針對性強，是針對某門課程而開發設計的，硬件線路部分相對固定，其擴展性很有局限，更新實驗內容受硬件設計的制約。硬件實驗設備的高投入和實驗器件的大消耗，在沒有足夠資金投入的情況下，在現有硬件設備上進行實驗內容的更新，開設自主性、綜合性、創新性實驗難以實現。

1.3硬件實驗教學彼此脫節，缺乏系統化的實驗體系

計算機專業硬件類課程必修課程一般包括數字邏輯、計算機組成原理、計算機接口與通信技術、計算機體系結構、嵌入式系統設計，選修課程一般包括單片機原理及應用、數據采集、計算機控制技術等。這些課程之間彼此存在內在的聯系，學生通過這些課程的學習，應當能逐步建立起整個計算機系統設計的概念，掌握計算機系統的設計技術，掌握計算機的控制應用。但在具體課程和實驗安排中，卻往往忽略并割裂了這種內在聯系，實驗內容沒有從模塊化、系統化的角度整體考慮計算機系統設計和控制應用的要求。因此，分析這些課程之間的內在聯系，設計階段性、模塊化、系統化的實驗教學內容，建立計算機硬件實驗教學體系，對于培養學生的計算機系統設計能力和應用設計能力十分重要和必要。

2構建基于EDA技術的計算機硬件實驗教學體系

EDA技術的迅猛發展，以及可編程邏輯器件PLD的出現及不斷推舊出新，為解決上述矛盾提供了一個良好的契機。EDA技術不僅是一種先進的硬件設計技術，而且將在計算機專業的硬件體系實驗教學中發揮其重要作用。采用EDA技術可以實現硬件設計軟件化，其實以軟件實驗替代硬件實驗的方法也將是計算機硬件設計技術的發展方向，在美國一些著名大學的計算機硬件實驗室，包括計算機組成原理實驗早已不用那種傳統接插式箱式實驗臺，采用EDA技術進行硬件實驗，通過可編程邏輯器件進行修改和重構，實現系統編程和硬件邏輯設計的軟件化，設計方法較靈活。由于所有的實驗都在計算機上利用軟件來完成,不需連接導線，修改測試極為方便，可大大提高實驗效率。與通常的實驗手段相比，“軟件化”實驗無器件損耗，可節省實驗經費，并減輕實驗管理人員的維護工作量。采用EDA技術將為學生進行自主實驗、綜合實驗和創新實驗提供廣闊的發展空間的同時，全面提高學生工程實踐能力和學習硬件設計的興趣。因此，構建EDA技術貫穿于計算機硬件實驗教學體系十分必要。

2.1研究計算機專業硬件類課程之間的關系，設計遞進層次的實驗結構

要合理設置計算機實驗課的結構，在強調計算機實驗課之間的邏輯順序的同時，注意知識內容的相互銜接，上下呼應，以保證學生知識的增長、學生能力的發展和社會需求三者之間的統一。建立基于EDA技術的基礎設計、綜合設計、應用研究設計三個遞進層次的實驗結構。

基礎設計：主要掌握基本技能、基本方法的運用，加深對理論知識理解。例如，數字邏輯實驗課程中組合邏輯和時序邏輯電路的設計，計算機組成原理實驗課程中功能部件的設計，計算機接口實驗課程中I/O接口部件的設計，學生用EDA軟件原理圖和硬件描述語言的方法在設計或描述這些功能時，必須清楚部件的結構與性能，充分理解理論知識。以基礎設計實驗替代驗證性實驗不僅讓學生掌握基本技能和方法，更能透徹理解理論知識。

綜合設計：綜合所學的知識，應用現代化的設計思想，設計計算機的硬件系統。如將計算機組成原理、計算機接口技術與計算機體系結構實驗課程結合，學生用硬件描述語言完成中斷控制器、總線控制器的設計，及RISC、CISC的CPU優化設計。綜合設計實驗可以在單科單個實驗的基礎上，進一步將計算機硬件課程的實驗內容打通，建立統一的平臺，完成多科目的綜合應用。實現更加復雜的計算機硬件系統的設計，達到對整個計算機硬件知識的融會貫通。

應用研究設計：進行軟、硬件綜合設計，能夠根據需要設計出一定規模的計算機硬件應用系統實例，此時的計算機硬件實驗就不僅僅是單個或綜合的實驗教學了，而是一個總的計算機硬件應用系統的設計項目或軟、硬件綜合設計。學生以接近于實際應用環境，完成高質量綜合設計為訓練手段，使學生建立系統的概念與工程的概念。如基于SOPC的嵌入式設計項目，以掌握計算機硬件結構與應用系統設計作為主要訓練目的，使學生對計算機的整個硬件系統、軟件環境有較全面、較系統的掌握，才能完成設計任務。

2.2以EDA技術為紐帶構建階段性、層次化的實驗教學體系

仔細研究計算機專業硬件類課程之間的關系，構建階段性、層次化、系統化的實驗體系。EDA技術好比紐帶，將那些分散的計算機專業硬件類課程有機地連接起來。具體可構建如下幾個層次的實驗:

(1) 數字邏輯層次實驗

完成常用組合邏輯和時序邏輯電路的設計，以及具有一定實用功能的邏輯系統的實驗。通過這些實驗使學生熟悉EDA設計的的全過程。

(2) 計算機組成原理層次實驗

主要完成運算器、存儲器、CPU等大規模器件的設計，通過計算機的功能部件或整個計算機系統的設計實現過程，鍛煉學生的工程實踐能力。

(3) 計算機接口與通信技術層次實驗

完成計算機I/O接口部件的設計，側重于硬件邏輯實現，如定時/計數器、中斷控制器、DMA 控制器、并行接口、串行接口和VGA顯示器的控制電路等。

(4) 計算機體系結構層次實驗

完成諸如RISC、CISC和總線控制器等的設計，實現計算機的各種組成部件或整機系統，追求結構的優化和性能的提高，培養學生進行性能分析和測試的能力。

(5) 嵌入式計算機系統層次

主要完成嵌入式系統的硬件、軟件的設計和軟硬件綜合設計、多機容錯系統設計、多機并行算法設計等，使學生能熟練進行嵌入式系統應用程序開發和運用嵌入式操作系統進行任務調度和管理，最終設計出一個完整的嵌入式系統。

3實現基于EDA技術的計算機硬件實驗體系的措施

3.1增設EDA技術課程是當務之急

EDA技術課程以應用為主，主要介紹當前可編程邏輯器件PLD設計的主導思想和設計方法，以及PLD的體系結構、硬件描述語言HDL、EDA開發工具和數字系統的設計方法。實驗教學是EDA課程的一個重要實踐環節，通過一系列由淺入深的、不同層次(如基礎設計型、綜合設計型、應用研究型)的實驗，學生可在較短時間內掌握EDA技術的原理和方法，熟悉EDA設計的全過程。

EDA是以PLD及其開發板為硬件平臺，以硬件描述語言HDL和EDA技術為開發工具，以軟件設計的方法實現硬件的功能。EDA課程的意義不僅僅在于教會學生掌握某種HDL語言和某種EDA工具的使用，更重要的是引導學生掌握現代數字系統設計的方法與思想，能夠用形式化的方法來描述硬件電路，并能綜合運用先進的EDA技術對設計進行仿真、綜合和測試、驗證，從而培養和提高學生的硬件設計能力。國外加州大學伯克利分校、斯坦福大學、威斯康辛大學等高校早已經在計算機專業應用EDA技術進行數字系統的設計和CPU的設計。國內著名高校近年也在計算機專業開設了EDA技術課程，開始應用EDA技術進行計算機系統的設計。在計算機領域應用EDA技術是計算機硬件設計技術的發展方向，對于還沒有開設EDA技術課程或在計算機硬件系統設計還不能自如應用EDA技術的計算機專業，應該盡早增設EDA技術課程。

3.2精選實驗內容，優化實驗設置

精選一些基本的實驗作為計算機實驗的必修內容。在內容選取上，可以打破傳統的模式，如以基礎設計替代驗證性實驗，實驗內容以訓練的性質、層次進行分類。在實驗類型的設計上，強調實驗項目的設計，擬定方案、調試方法等由學生獨立完成，使學生在基礎知識、基本方法和基本技能上得到系統的訓練，提高學生的主動性。

實驗教學項目的設計，應開展多種類型、多種層次、多種目的實驗，如基礎設計型、綜合設計型、創新設計型或應用研究型。合理設置計算機實驗課的結構，注意知識內容的相互銜接，前后呼應。如在計算機組成原理層次實驗，學生需掌握EDA技術的原理和方法，熟悉EDA設計的全過程；在嵌入式計算機系統層次實驗，學生需掌握嵌入式處理器組織結構，如NiosII CPU軟核或MicroBlaze CPU軟核。

3.3抓好計算機硬件師資隊伍建設

要培養高質量的學生，就必須有高水平的教師。教師是實踐教學改革的關鍵，其知識結構、業務素質、實踐能力、敬業精神將影響學生久遠。從事計算機硬件教學的教師需要具備豐富的計算機系統知識、扎實的理論功底、一定的工程實踐經驗。值得思考的是，在當今實踐教學內容更新迅速，實踐教學指導難度加大，社會用人單位急需實踐能力強的應用型人才的情況下，高等工科院校的實踐教學教師仍然被定義為“教輔人員”，在崗位津貼、晉升職稱、項目申報等方面仍然處于弱勢地位。這種現象與重視實踐教學和提高人才培養質量并不合諧一致。需要盡快轉變傳統的觀念，抓好計算機硬件師資隊伍建設，一方面積極引進計算機硬件人才；另一方面定期進行新技術培訓、實踐教學方法培訓；此外，加強與企業單位橫向合作，鼓勵老師走向社會，多參加科研項目的研究，不斷更新知識，提高業務水平，為實踐教學改革與應用型人才培養打下堅實的基礎。

3.4建立開放式EDA實驗室

可編程片上系統SOPC(System On a Programmable Chip)使得在一個芯片上實現一個完整的計算機系統成為可能。SOPC集成了硬核或軟核CPU、DSP、存儲器、I/O及可編程邏輯，采用基于SOPC的實驗平臺，使學生調試、驗證自己的設計項目成為可能，為學生的自主實驗提供廣闊的發展空間。比如軟硬件協同設計實驗，面向DSP等實際應用的實驗，基于SOPC嵌入式系統設計實驗等，使學生能夠應用EDA技術完成大型硬件的原型設計，或進行創新性課題的研究。

由于PLD自身的特點，學生最初完全可以在計算機上借助于EDA工具完成設計輸入、編譯、仿真和綜合，這樣學生在普通的計算機上即可完成PLD設計的大部分工作，最后再到EDA實驗室進行編程下載和驗證。借助EDA技術學生能完成涉及多門硬件類課程的實驗，在不同的學習階段，學生學習了相應的硬件課程后，就可以采用EDA技術，自行設計與本課程相關的實驗設計或復雜應用系統設計。

采用這種模式開設硬件系列實驗，建立一個一定規模的EDA實驗室，配備一定數量的SOPC實驗臺和配套的計算機。這并不需要很大的實驗室，也無須與學生規模相配套的實驗設備，在計算機上安裝各種成熟高效的EDA工具，實驗室作為開放式實驗室，可以是實驗時間開放和實驗內容開放，為計算機專業學生提供一個良好的硬件環境和軟件環境。EDA技術的應用貫穿于計算機硬件體系實驗教學，學生的自主設計能力和創新意識將得到極大提高，這無疑對培養具有創新意識的人才有著重要的作用。

4結束語

計算機科學是一門實踐性很強且發展迅猛的學科，實踐環節是計算機學科建設與發展的重要組成部分。構建合理

的計算機硬件實驗體系，對培養學生良好的計算機硬件基礎，提高學生設計、應用計算機的能力至關重要。構建系統的EDA技術的實驗教學體系，實行開放式實驗教學，有利于增加新技術、新方法的實踐應用；有利于隨時更新實驗內容，開設自主性、綜合性、創新性實驗。建立EDA技術的實驗教學體系必將極大地推進計算機專業硬件實驗教學內容和教學形式的改革，為創新人才的脫穎而出創造條件。

參考文獻：

[1] 萬曉冬,王友仁等. 計算機硬件系列課程體系改革探討[J]. 電氣電子教學學報,2007,(2):4-6.

[2] 鄭秋梅. 計算機專業硬件系列課程的改革與實踐[J]. 石油教育,2002,(2):69-71.

[3] 艾明晶. EDA課程在計算機專業硬件體系實驗教學中的作用[J]. 實驗技術與管理,2005,(10):88-91.

篇3

【Abstract】With the continuous development of computer application technology ， it puts forward higher requirements for the underlying hardware of the system. It analyzes the relevant technology of the computer hardware system.

【Key words】Computer application technology； Hardware； System

1 計算機硬件簡介

計算機硬件是指計算機系統中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理設備按系統結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件的運行提供物質基礎。簡言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數據，以及執行程序，把數據加工成可以利用的形式。從外觀上看，微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內部主要包括：CPU、內存、主板、硬盤驅動器、光驅、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設備包括鼠標、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設備通過接口和連接線與主機相連[1]。

2 計算機硬件技術

計算機硬件技術，是以計算機硬件系統結構和工作原理為核心，逐步掌握各個硬件模塊的原理與功能，從而能夠利用硬件技術進行系統開發。

3 計算機硬件技術的范疇

計算機硬件技術主要面向計算機軟方向專業開設，因此是一門綜合性的硬件技術課程，其范疇包括：計算機系統概述、電路元器件、計算機數制、常用邏輯部件、硬件結構及原理、指令與匯編語言、接口與外部系統、單片機系統[2]。

其中，對每個知識點都做了詳細的分析，以計算機組成為例，如下圖所示：

圖1 計算機硬件組成

圖中涵蓋了計算機五大硬件模塊：運算器、控制器、輸入設備、輸出設備和存儲器，箭頭表明了各種信息流向。圖中，我們首先要了解各個硬件模塊的功能，從而根據箭頭分析各種信息在硬件設備中如何傳遞。

4 硬件技術的核心

硬件技術的核心包括如下幾個方面：

（1）計算機硬件組成原理

計算機硬件組成原理為掌握硬件技術的基礎。

（2）微處理器

微處理器是計算機核心部件，主要包括運算器和控制器。微處理器技術，重點是對指令和指令系統的理解。

同一廠商會在一個處理器產品的基礎上不斷研發下一代新的兼容產品，而新一代處理器與前一代要實現指令兼容，即新一代指令系統包含前一代處理器的全部指令，同時可能增加新指令。而不同廠商之間也可能生產指令兼容的處理器產品。如何提高處理器性能，也是各個廠商爭先研究的對象，一般采取的技術包括：流水線、超標量、超線程、Cache、擴展指令集、多核心等。

（3）總線

總線就是嚴格定義的信號線集合，用于實現計算機各個部件之間信息傳輸的通道[3]。總線具備公共性、標準型和可擴展性等特征。通過總線可實現點對點連接或者多點連接。只能實現點對點連接的通道在概念上不是總線，習慣上也稱為總線。

在計算機中，總線一般分三種：數據總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。

DB：傳輸數據內容，與內存、I/O之間雙向傳輸；

AB：傳輸的存儲位置，如存儲器地址、端口地址等，與I/O接口或之間單向傳輸；

CB：傳輸各種控制信號，如存儲器讀/寫、端口讀/寫等，與I/O接口之間單向傳輸。

（4）接口

接口是用于完成計算機主機系統與外設之間的信息交換[4-5]。接口由接口硬件（接口電路、連接器、連接電纜等）和接口軟件（程序）組成。如下圖所示：

圖2 接口電路的構成

接口功能主要包括：數據傳送、數據緩沖、信號變換、中斷、差錯控制、高層通信協議、即插即用、電源管理、動態配置等。接口構成都是通過數據變換機制來完成。對接口的操作是程序對接口的訪問（讀/寫）的方式，不同接口電路支持不同的操作方式，常用方（下轉第324頁）（上接第128頁）式包括查詢、中斷和DMA控制方式。

5 計算機硬件技術總結

熟悉計算機硬件技術，目的是提高計算機應用能力。不僅僅要熟悉各個硬件模塊的功能，還需了解相關最新技術的發展趨勢及新標準，利用硬件性能測試方法，能解決在實際使用中出現的問題。

【參考文獻】

[1]李桂秋，宋維堂.計算機硬件技術基礎[M].高等教育出版社，2012：5-8.

[2]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000：57-61.

篇4

一、比喻教學法的含義

比喻教學法是一種打比方的方法，它將兩個本質上有異曲同工之處的事物相聯系。通常的做法是，選擇一個學生熟悉的事物，將其引申至未知或抽象的事物，達到讓學生更好地認識新事物的目的[2]。恰當的使用比喻教學法，能起到化繁為簡的效果，便于學生理解和記憶。

二、比喻教學法的重要性

計算機硬件系統相關知識的教學對象極其廣泛，包含初中生、高中生、大學生。對于處于這個偏遠山區的初中生來說，有一大部分從來沒有接觸過計算機，有一小部分同學會懂得計算機最基本基礎操作，極度缺乏對計算機相關理論知識的了解，就更不用說理論與實踐的相結合。但是在信息技術學科的教學中，又存在著大量的基礎性概念和理論知識，教師若是照著教材去講述相關知識，往往會使課堂變的枯燥、無味；也使得學生無法更好的掌握相關知識，提不起學習的熱情，影響整體的教學質量，曾經作為計算機專業的大學生是深有體會的。這時候若是能夠恰當的運用比喻教學法，把繁瑣、抽象的知識用通俗易懂、貼近生活的事物來描述，易于學生理解和記憶，極大程度提高了教學質量。

三、比喻教學法在具體案例中的應用

1、計算機系統的整體感知

在學習計算機硬件系統前，要對計算機系統有個整體的感知，為更好的學習相關知識打下基礎，教材對計算機系統給出的定義：計算機系統是由硬件和軟件組成的有機整體。硬件是計算機的實體部分，它由看得見摸的著的電子元件、各類光、電、機設備的實物組成。軟件是由人們事先編制的具有各類特殊功能的信息組成，它是看不見摸不著的。軟件的功能和作用是評價計算機系統性能的重要指標，同時軟件系統的發揮必須依托于硬件支撐，二者缺一不可[3]。為了使學生理解這一概念，我們使用如下方法類比。

我們把計算機系統，比喻成一個人類，那么計算機硬件就好比人類的軀體，是可以看的見摸的著的實體，計算機軟件就好比人類的靈魂、思想。是比較抽象的，是看不見摸不著的東西。一個人若是沒有思想，沒有靈魂是不行的，空有思想和靈魂也要依托于健康的軀體，只有二者統一才能說是一個完整的人，計算機系統也是如此（如圖3-1所示）。這種比喻以通俗易懂，貼近生活的事物闡述了計算機系統的構成，軟件、硬件的定義，以及二者相互協調，缺一不可的關系。

硬件：計算機系統里看得見摸的著的設備軀體：人體內，看的見摸的著的器官

軟件：各類特殊功能的信息組成，它是看不見摸不著的靈魂：指生命；人格，良心；精神、思想、感情等、它是看不見摸不著的

二者關系：軟件的功能和作用是評價計算機系統性能的重要指標，同時軟件系統的發揮必須依托于硬件支撐，二者缺一不可二者關系：一個人若是沒有思想，沒有靈魂是不行的，空有思想和靈魂也要依托于健康的軀體，只有二者統一才能說是一個完整的人

2、計算機硬件系統的學習

通過觀察計算機，結合多媒體電教工具的展示，引出一部計算機從外觀上看包含：主機、顯示器、鼠標、鍵盤、音箱、攝像頭、打印機、掃描儀等，除了主機以外的設備我們稱作“外部設備”。引出計算機硬件系統=“主機+外部設備”，主機=“中央處理器+內存儲器”，外部設備=“輸入輸出設備+外存儲器”（如圖3-2所示）。

圖3-2計算機硬件

懂得相關的知識體系，下面用比喻教學法來闡述相關知識，這里把計算機硬件系統比喻成人類的軀體進行講述，具體如下：

中央處理器CPU：CPU是計算機的核心，由運算器和控制器組成。就如同人類的大腦控制著我們的思想和言行一樣[4]。計算機的任何操作，都在cpu的控制下完成，運算器用來完成各種算術運算和邏輯運算；控制器的作用是分析指令程序、控制協調計算機各部件按程序指令工作。

存儲器Memory：分為內存儲器（內存）和外存儲器，是一個記憶設備，用來存放數據和程序的。好比人類大腦的記憶功能，當要用到的知識大腦里面沒有或者忘記了，才會去查看書籍。電腦也是一樣的，CPU根據不同的層級來訪問存儲器，先訪問內存儲器，然后才去訪問像硬盤、可移動磁盤等外存儲器。

輸入設備（Input device）：是計算機與用戶或其他設備通信的橋梁，是用戶和計算機系統之間進行信息交換的主要裝置之一。如同比人類的眼睛和耳朵，是人類溝通世界，獲得信息的主要手段之一。

輸出設備（output device）：是計算機的終端設備，把各種計算結果數據或信息以數字、字符、圖像、聲音等形式表示出來。如同人類的手和嘴巴，把大腦要表達的信息表示出來。

主板Motherboard：硬件系統的其他部件全部都是直接或間接的通過主板相連接的。連接線：好比人類的骨骼、韌帶一樣把身體的各個器官連接在一起。

電源線和數據線：連接主板與各個硬件用的，電源線是電腦供電的途徑，數據線是負責主板和各部件數據的傳輸。就如同人的血管和神經，血管是血液流通的途徑，養活身體的各個系統；神經負責把大腦和骨髓個興奮傳送到各個器官。

計算機硬件知識的學習，各個部件的名稱、功能是重要的理論基礎。為了學生更好掌握相關知識，以圖表的形式更好的來詮釋比喻教學法（類比如表3-3所示）。

計算機硬件系統人類軀體（比喻描述）

中央處理器CPU：計算機的任何操作，都在cpu的控制下完成大腦：人類的任何行為，都是在大腦支配下完成的

存儲器Memory：記憶設備，存放數據記憶功能：記憶存放信息

輸入設備：計算機輸入數據和信息的途徑眼睛和耳朵：獲取外界信息的手段

輸出設備：表達計算機的信息嘴巴和手：表達自己思想

主板：連接其他各部件骨骼和韌帶：連接身體各個器官

電源線：為電腦供電的途徑血管：養活身體各個系統途徑

數據線：負責主板和各部件數據的傳輸神經：把大腦和骨髓個興奮傳送到各個器官

3、內存和硬盤的認知

剛剛接觸電腦的學生，對硬盤和內存的概念很容易混淆。內存是內部存儲器的縮寫，它是用來調取硬盤的數據供CPU處理，暫時存放數據。硬盤是外部存儲器的一種，是用來儲存所有的數據。我們用比喻教學法進行相關概念的闡述，如果把硬盤是倉庫，那么內存就可以理解成來倉庫提貨的貨車，CPU就象一個加工廠。倉庫是永久性存放貨物用的，貨車只把倉庫的東西運到加工廠進行加工，只是臨時存放貨物用的。經過這樣一比喻，便于學生理解，加深了學生對內存和硬盤的認知（類比如下表3-4所示）。

四、使用比喻教學法應該注意的事項

首先，比喻要以淺喻深，喻繁于簡，喻體要貼近生活，易于學生理解的。其次，比喻應當貼切、要能很好的闡述本體的特點。再次，比喻要用簡潔的語言去闡述，化繁為簡。最后，比喻要形象生動形象生動是對比喻的典型性和趣味性的要求。形象生動才能吸引人，才能活躍課堂氣氛，才能使學生在輕松中理解抽象、陌生的事物，才能取得較好的教學效果[5]。

實踐證明，把比喻教學法應用到計算機硬件系統的教學中，能使抽象知識具體化，使枯燥知識變得形象生動，易于學生掌握相關的知識，教學效果良好。教學有法，但教無定法。教師作為教育教學工作的組織者，應不斷的探索好的教學方法，應用到教學課堂中去，為做好教育教學工作而努力。

參考文獻：

[1]王曉東福建省中學信息技術[M]第1版福建教育出版社，20084

[2]徐學福論類比教學模式[J]廣西師范大學學報，1998年02期

篇5

計算機發展至今，硬件速度越來越快，操作系統越來越復雜功能越來越強大，幾乎可以處理任何一種數據信息，而人們又對計算機的性能有了新的需求。

當計算機功能越來越強大的同時管理維護的成本也在逐漸增大，其安全性和穩定性已經變成了計算機應用的最主要技術指標，高容錯性和系統快速恢復能力成為當今計算機系統研究的主要方向，而虛擬機技術的完善使得這些新需求的滿足有了更可行的捷徑。

最早計算機虛擬化技術完全由軟件實現，運行速度緩慢而且功能單一，虛擬設備，程序虛擬運行環境都屬于這一類。但是這些遠遠不能滿足各產業實際應用的需求。因此在軟件虛擬技術成熟的基礎之上一些大的軟件公司開始研究虛擬操作系統的產品，VMware就是這類產品的代表。

VMware用軟件模擬計算機硬件系統，這樣一來在一個真實的計算機系統上(包括操作系統軟件)可以同時運行多個虛擬操作系統，這些虛擬操作系統可以是和真實系統相同的系統軟件，也可以是完全不同的系統軟件。比如在一臺裝有WindowsXP操作系統的PC機平臺上安裝VMware，然后再用VMware虛擬機安裝linux操作系統，這樣一來，用戶可以在同一個硬件平臺上同時運行兩個結構完全不同的操作系統。這種計算機的應用方式被許多教學單位采用，以構建低成本的計算機實驗環境。

但是用軟件模擬硬件的技術有它先天的局限性，比如虛擬機系統運行速度受到很大限制，對外部設備的支持差等原因，使得純軟件模擬實現的虛擬機環境不適合商業和工業領域的應用。

為了突破這一瓶頸，許多硬件廠商和軟件廠商都為此做了大量研究。例如Intel已經在其新的CPU中集成了VT功能，這種功能通俗的解釋就是：可以讓一個CPU工作起來就像多個CPU并行運行，從而使得一臺計算機中同時產生運行多個操作系統運行的硬件環境成為可能。

與軟件模擬硬件技術不同，這種以硬件功能為主的虛擬技術可以大大提高虛擬機系統的運行速度，而且可以方便的解決早期純軟件模擬技術條件下虛擬機實現中的許多復雜設計。

目前許多虛擬機軟件開發商都采用了這種VT技術，其中VMwareworkstation、Virtual PC、Xen、Linux KVM都采用了這一一技術，目前對這一類虛擬化技術，人們統一稱之為硬件輔助虛擬化。

Xen

Xen是在劍橋大學作為一個研究項目被開發出來的，它已經在開源社區中得到了極大推動。Xen是一款半虛擬化(paravirtualizing)VMM(虛擬機監視器，VirtualMachine Monitor)，這表示，為了調用系統管理程序，要有選擇地修改操作系統，然而卻不需要修改操作系統上運行的應用程序。

雖然VMWare等其他虛擬化系統實現了完全的虛擬化(它們不必修改使用中的操作系統)，但它們仍需要進行實時的機器代碼翻譯，這會大大影響性能。

Xen采用了VT技術來實現計算機底層虛擬化功能，它很充分的發揮了硬件輔助虛擬化技術的優點，不再將虛擬機模型建立在真實機操作系統之上，而是在硬件平臺上構建一套類似于中間件(并不是真正意義上的中間件)的軟件邏輯層，所有操作系統都建立在這個“中間件”之上。

其中有一個DomO(1inux)操作系統，它負責統一管理其他Guest虛擬操作系統，但是原理上這個負責管理的linux操作系統與其它虛擬機系統是平等的。

這種計算機虛擬技術模型的優點在于，用戶可以通過設置或開發擴展功能，實現計算機硬件資源被所有虛擬操作系統共享，虛擬機系統可以對硬件資源進行適當的調度和管理(完全軟件模擬虛擬化技術中，虛擬機操作系統對硬件資源沒有權利占有，只能依賴虛擬機軟件提供的使用接口實現調用功能)，用戶可以指定每個虛擬機系統所占有的系統資源，比如內存、外存、CPU個數等等。

Xen采用qemu模擬計算機硬件，qemu提供了虛擬機操作系統與計算機硬件的數據交互和控制功能，這樣一來多個虛擬機操作系統可以同時擁有并使用同一個硬件。

如果用戶對Xen進行內核及的擴展性開發，還可以實現虛擬機操作系統完全占有硬件的能力，也就是說一個虛擬機操作系統在一段時間內可以對一個或幾個計算機硬件資源完全占有，就好像這段時間內這個虛擬操作系統是直接安裝在這些硬件上的，無論性能還是穩定性都會大幅度提高。中國國內目前已經有許多公司開發出了類似的功能擴展。

完全虛擬化技術的不利因素就是它們的性能，因此半虛擬化的思想已經成為了目前計算機虛擬化技術的主流，其性能度量和它達到的高效性成為一個突破。運行Xen的系統開銷確實非常小，大約占3％，這在完全虛擬化技術時代是不可想象的。

Xen的半虛擬化技術與硬件輔助虛擬化技術所描述的概念不同，半虛擬化技術主要指的是軟件層面上的特點，而硬件輔助虛擬化技術指的是計算機硬件為了實現虛擬化所作的輔助設計。

Xen是在linux系統內核代碼的基礎上修改添加了許多用來支持計算機虛擬化技術的功能，這樣一來Xen本身便成了一個獨立存在的系統軟件(也可看作是系統硬件和操作系統之間的一個類似中間件的邏輯部分)，標準的操作系統如Windows或linux等都運行在它的基礎上。

如果直觀的解釋，那就是Xen在linux系統內核與計算機硬件之間封裝了一層功能接口，這些接口用來管理虛擬機操作系統，為虛擬機操作系統提供硬件資源并建立數據交互機制。這樣的軟件層的實現，使得虛擬機系統的運行速度和穩定性更加優良。

篇6

當世界上第一臺計算機被應用在軍事方面的時候，極少有人會意識到這個創造能在若干年后廣泛的被應用于國計民生的各個環境中，尤其是借助了互聯網作為平臺之后，“地球村”已經絕非再是一種概念，憑借計算機各個終端中的相互關聯，已經完全演繹成為一個實實在在的真實場景。互聯網環境在不斷的發展，無線數據信號傳輸所帶來的便利帶動了計算機技術的革新，越來越快的信息處理器僅僅是從硬件方面對計算機技術的提升，軟件方面的計算機技術應用與推廣也是日新月異。

2計算機技術發展過程中的創造

回顧計算機技術的發展過程，可以明顯的看出其有著鮮明的時代背景特點，在所謂“冷戰”時期又有計算機被大量的應用在了軍事方面，由于涉及到了海量的數據運算，因此對計算機硬件技術的革新極為重視，在相當長的一段時間里，計算機硬件技術一直是各大硬件廠商技術攻關的重點。而當互聯網平臺搭建起來之后，計算機又被快速的融入到了國計民生的各個環節中，需要不同的軟件尤其是操作系統來作為計算機應用的根基，因此一大批的計算機軟件開發團隊甚至是個人又引領了計算機技術發展的潮流。總而言之，在軟硬件兩個不同的發展歷程中，計算機技術借助信息處理器和操作系統兩方面里程碑式的創造，讓世人的生活完全邁入了計算機信息化時代。當歷史的車輪駛入了二十一世紀的時候，與互聯網技術結合之后，進而衍生出了互聯網+時代的生活。

3計算機技術發展過程中的選擇

針對目前計算機技術發展的分析來看，計算機技術的發展過程已經逐步的趨于理性化，雖然在宏觀上來說仍然本著軟硬件兩個方向分別開展技術革新與創總工作，但是相互之間的融合甚至是依附關系也逐步的日漸明顯。歸納起來說，計算機技術發展過程中的選擇本著四個原則：

3.1計算機硬件技術發展不再盲目的追求“速度”

計算機的廣泛應用的確需要硬件技術達到一定的高度作為支撐。但是相對于以往盲目的追求利用硬件技術的革新來提升其運行與計算速度而言。目前的計算機硬件技術發展的選擇已經不再盲目強調這一點了。一是，計目前計算機硬件技術已經發展到了一定的水平上，無論是處理器還是內存，精巧的體積與超高的性能在一般的民用層面上已經完全能夠達到相關的要求，除了極為專業的運算之外，硬件技術已經沒有再進行大規模提升的空間；二是，通過對計算機硬件運行速度的破壞性實驗數據來看，當其運算速度長期保持臨界值狀態的時候，會導致其大大的縮短使用壽命，頻繁的更換計算機硬件的話，對于系統的穩定性并不是好事；三是，目前計算機硬件的原材料采購成本已經相對穩定，如果在此基礎上再進行技術革新，勢必會讓其成本激增，這樣反倒不利于現有硬件的普及與推廣。

3.2計算機軟件技術發展不再盲目的追求“簡單”

當微軟的視窗操作系統還處于3.1時代的時候。諸多計算機業內人士就大膽預言說計算機軟件技術已經到了“一鍵式”時代了。的確，視窗操作系統完全顛覆了計算機軟件技術的“個體式”發展格局，把軟件技術完全囊括在視窗操作系統的“配套式”發展模式下。不過，隨著計算機軟件技術的日臻完善，這種發展模式所帶來的弊端也較為明顯的顯現出來，因為視窗系統的漏洞導致的大規模病毒擴散、數據泄漏等問題已經引起了相關部門的重視和關注。目前的計算機軟件技術發展已經也不再盲目的追求這一點了。一是，視窗操作系統的簡便操作給系統的穩定帶來很多的隱患。黑客大規模的利用視窗操作系統的漏洞來竊取相關核心數據已經并非個案，而視窗操作系統對對應措施僅僅是在事后做出技術修補，這對于大多數專業化運行體系而言絕對是一種巨大的阻力；二是，視窗操作系統商業化概念炒作的盛行導致了更新速度的提升，但是在這種系統更新的背后其核心技術并沒有在一定程度上實現突破，反倒是客戶需要因此支付高額的費用，從節約成本的角度上考慮，過度依賴視窗操作系統并非明智之舉。

3.3計算機軟硬件技術發展之間存在交叉與融合

黑客問題一直是計算機技術發展過程中一個繞不過去的矛盾點。在軟硬件技術各自為戰的時期，雖然都在這方面進行了一些嘗試，但是效果并沒有太明顯，但是將軟硬件技術融合在一起之后，采用硬件防火墻與軟件防病毒系統兼容的形式，可以極大的提升計算機運行終端的穩定性，這就讓軟硬件技術在發展的過程中抓住了融合與交叉的切入點。在此基礎上，衍生出來的“城域網”技術已經在很多領域得到了廣泛的應用，可以說是計算機軟硬件技術發展過程中的一個典型優勢。

3.4計算機軟硬件技術發展都考慮了外部環境因素

互聯網無線環境的推廣與應用，給計算機軟硬件技術的發展指引了一個明確的方向，軟件需要配合在無線環境下確保各應用系統的信息處理穩定，硬件需要在無線環境下確保數據終端傳輸信號的過程中精準。因此，目前全球各大計算機軟硬件供應商都將計算機技術發展的目標圍繞著適應外部因素的變化作為一個全新的“風向標”。這樣做一方面可以從技術的角度上滿足計算機的實際運行與應用，一方面可以從營銷的層面上滿足軟硬件設備的市場需求，最主要的一方面是，在無線環境下，計算機軟硬件的技術都區域模塊式發展的新方向，廣泛的參與其中之后，對于未來計算機技術的發展完全能夠把握先機。

4結束語

計算機技術的應用改變了人們的生活方式，計算機技術的革新提升了人們的生活質量，隨著時代的發展，人們對計算機技術的創造也會越來越重視實用性和技巧性，這是計算機技術發展的規律，更是時展的潮流。

參考文獻

[1]康文德.計算機技術在面向市場需求中的應用[J].電子技術與軟件工程,2016(01).

篇7

Researching on Architecture of Computer Hardware-experimentation Teaching

ZOU Yi, XU Yu-ming, WEI Shu-di, LI Lang, JIAO Ge

(Hengyang Normal University, Hengyang 421008, China)

Abstract: Analyzing and researching the current status of computer hardware experimental teaching, then explored and proposed the way to how to establish a scientific and rational experimental architecture, experimental platform and evaluation methods in terms of teaching of computer hardware experimentation for the current existing issues.

Key words: hardware-experimentation; experimental architecture; computer teaching

計算機實驗教學是計算機專業一個重要的教學內容之一,實驗教學的質量與人才培養的質量有著密不可分的關系。合理的實驗體系是高質量實驗教學的關鍵。高質量的實驗設計,綜合性和創新的實現,都需要對實驗體系進行梳理。本文從我校計算機硬件實驗課程教學的現狀出發,對計算機硬件實驗教學體系進行初步的研究與探索。

1 當前計算機硬件實驗教學存在的問題分析

目前,國內大多數高等院校在實驗教學模式和手段上,主要存在以下幾個方面的問題:

1) “教師課堂演示,學生分組實驗”的教學模式根深蒂固。這樣不利于調動學生的積極性,而且學生分組實驗時,又形成一名組員動手,其他成員觀看的局面,更不利于大多數學生動手能力的鍛煉。

2) 實驗內容陳舊,與實際應用脫節;具體實驗的過程嚴格按照教材進行,缺乏靈活性;另外學科本身的特點也給學生的學習帶來一定困難。

3) 針對每門具體課程單獨設置實驗及單獨提供實驗環境。一方面很難使學生對其前導課程所完成的基礎能力做要求,同時也很難兼顧到其后續課程。各門課程各自為戰,實驗設置缺乏連貫性、整體性、系統性,相互間缺少有效的貫通;另一方面實驗環境重復建設,實驗資源得不到充分利用。

計算機技術不斷進步與發展,如果硬件實驗教學仍停留在傳統的實驗教學模式和實驗平臺上,那么要實現開設自主性、綜合性、創新性實驗的目標將只能成為空談。計算機學科的課程內容具有很強的交叉性和相關性,特別是硬件課程,因而計算機硬件實驗課程更是面臨著諸多問題。比如,硬件設備投入高,項目開發周期長的問題。硬件實驗平臺的建設需要大量的資金投入,而且硬件類實驗消耗很大,需要持續的資金投入做保障。此外,硬件課程建設周期也較長,硬件實驗項目開發也非一蹴而就,實驗教師需要完備的理論知識和扎實的電子學知識,而且需要反復的實驗和長期的實踐,才能自如的設計實現,這一過程比掌握一門計算機語言或一種計算機軟件開發工具要難得多和慢得多。同時,實驗設備的更新速度及實驗項目長周期開發難以滿足新技術、新方法的更新步伐。

另外,教學實驗設計針對性強,硬件線路相對固定,實驗內容受硬件設計的制約的問題。很多教學實驗臺的設計針對性強,是針對某門課程而開發設計的,硬件線路部分相對固定,其擴展性很有局限,更新實驗內容受硬件設計的制約。硬件實驗設備的高投入和實驗器件的大消耗,在沒有足夠資金投入的情況下,在現有硬件設備上進行實驗內容的更新,開設自主性、綜合性、創新性實驗難以實現。

其次,硬件實驗教學彼此脫節,缺乏系統化的實驗體系的困難。計算機專業硬件類課程必修課程一般包括數字邏輯、計算機組成原理、單片機原理、計算機體系結構,選修課程一般包括計算機接口與通信技術、嵌入式系統設計等。這些課程之間彼此存在內在的聯系,學生通過這些課程的學習,應當能逐步建立起整個計算機系統設計的概念,掌握計算機系統的設計技術,掌握計算機的控制應用。但在具體課程和實驗安排中,卻往往忽略并割裂了這種內在聯系,實驗內容沒有從模塊化、系統化的角度整體考慮計算機系統設計和控制應用的要求。

綜上所述,分析這些課程之間的內在聯系,設計階段性、模塊化、系統化的實驗教學內容,建立計算機硬件實驗教學體系,對于培養學生的計算機系統設計能力和應用設計能力十分重要且必要。

2 構建科學完整的硬件課程實驗體系

2.1 硬件課程實驗體系

首先從教學計劃入手,在現已構建的硬件課程體系基礎上展開研究。新構建的課程體系由必修課程、選修課程及實踐課程三部分組成。必修課包括“匯編語言”、“數字邏輯”、“微機原理”、“組成原理”、“單片機原理”、“系統結構”等基礎課程,另外,為適應社會需求,在選修課除原有的“微機故障診斷與維護”課程外,增加“嵌入式系統設計”等社會需求較強、實用價值較高的應用性課程,同時計劃將 “硬件課程設計”實踐課程的開設時間提前至大三下學期,以保證課程體系的有效性、實用性、先進性。

硬件系列課程從體系結構上劃分為三個層次:基礎層、應用層和提高層,其課程間的關系如圖1所示。

基礎層為“數字邏輯” 、“匯編語言”與“組成原理”,在第三學期結束前開設。“數字邏輯”課程是計算機硬件系統的技術基礎,是必修的前續課;“匯編語言”作為硬件編程的基礎語言,是硬件設計的根本;“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理,解決整機概念;其中匯編語言與組成原理均開設課內實驗,在學習整機構成的同時,強化學生的硬件動手能力。

應用層為“單片機”、“微機原理”等必修課程,以及“接口技術”等選修課程,可開設在第四學期到第六學期間,通過 “單片機”介紹單片機的組成和特點,以及應用領域,使學生了解單片機技術的發展趨勢;“微機原理”介紹微型計算機體系結構以及微型計算機各個組成部分等內容;并以“接口技術” 、“硬件課程設計” 等實用性強的課程作為選修課,每門課程都配有相應的實驗,強化學生對基礎知識的掌握和應用。

提高層為“系統結構”等課程,在第六學期到第七學期間開設。通過學習和實踐,能夠使學生比較全面地掌握計算機系統的基本概念、基本原理、基本結構、基本分析方法、基本設計方法和性能評價方法,并建立起計算機系統的完整概念。同時展開“嵌入式系統設計”實踐課程,從整體上強化學生的理論知識與綜合應用能力。

因此,在硬件課程實驗體系構建過程中,突出強調課程體系的系統性和完備性。從第2學期到第7學期硬件實驗層次逐步提高,實驗內容銜接連貫。注意各硬件實踐的相互次序和互補,使硬件實踐訓練層次化、系列化,以此來系統強化學生的硬件動手能力。同時調整各課程的開設順序,理順每門課與前導課和后續課之間的關系,從而保證硬件課程體系的系統性和完備性。

2.2 計算機硬件實驗平臺

在硬件開發平臺的設計上綜合各個階段的不同需求,構建多層次的實驗環境,提高實驗效率,促進學生的創新思維,進行創新式構建實驗。兼顧對畢業設計的實驗環境以及本科生創新性研究活動實驗體系的支持,結合軟件設計的方法和手段(即硬件設計軟件化)構建靈活多樣的硬件實驗平臺。此外,實驗平臺設計要具有層次性,并且考慮課程間內容交叉和互補。

傳統的實驗裝置支持相對簡單的連線類的實驗,這類實驗只能使用中小規模的集成電路器件。設計大規模的實驗幾乎是不可能的,因為大規模的實驗用中小規模的芯片來實現費時、費力,且受面包板等空間和實驗裝置能提供的電源限制。使用HDL 語言,如AHDL、VHDL 和Verilog 等,通過EDA 工具軟件設計各種規模的數字電子系統是目前工程師的設計潮流。通過EDA 和CPLD/FPGA 仿真器能完成計算機硬件課程的各類實驗。

根據我院實際情況,現采用一款低成本綜合實驗裝置,該實驗板是基于一個支持實時仿真的16/32位的ARM7 TDMI-S CPU的微控制器,可實現各種工業控制、醫療系統等方面的應用,通過擴充板可以滿足大部分的實驗要求。

2.3 多形式的實驗考核體制

為了更好地展開硬件實驗教學,對學生的實驗設計展開情況進行檢查和考核,需要有相應的科學合理的實驗考核方法對應。在文中所建立的實驗體系中,實驗的考核主要通過以下幾種形式。

1) 動態考核:對實驗過程中的主要環節進行跟蹤、記錄、評價,并作為最終成績考核的主要依據。這就改變了傳統的根據實驗結果和報告打分的體制,更能反應學生的實際能力。

2) 實驗報告:實驗結束后,要求學生撰寫實驗報告,以總結個人實驗結果,明晰實驗思路,實現知識的融合、升華和再學習。通過實驗報告的撰寫可以培養學生對科技活動的總結能力,科技論文的寫作能力,使學生的科研素養得到初步鍛煉。

3) 答辯機制:對于綜合設計型,特別是創新研究型實驗,前兩種考核機制存在明顯的不足,因此需要引入新的機制來評價學生所做工作及取得的成績。可通過學生講解、演示,教師提問和回答,課程設計報告撰寫三個步驟來進行考核。

參考文獻:

[1] 陳妍,王換招.高等學校計算機硬件實驗教學體系改革研究與探索[J].Computer Education,2008(8).

[2] 蔣景華.麻省理工學院培養創新人才特色的做法的分析研究[J].實驗技術與管理,2006,23(6):1-4.

篇8

An Exploration of Computer Hardware Experiment Teaching and Management

JIANG Hao

(Ningxia Bureau of Civil Aviation Air Traffic Control, Yinchuan 750009, China)

Abstract: Experimental computer hardware in the computer science teaching is a core of basic courses in the country's overall course in computer hardware and software plays a supporting role, as computer technology continues to develop in China, as well as the upgrading of computer hardware continues to accelerate, computer hardware experimental teaching computer education has become an extremely important part, but it also faces serious challenges. In this paper, to solve this problem a series of computer hardware education reform measures, so as to achieve continuous improvement of quality of teaching and the practical ability of students to become 21st century's new talent.

Key words: computer hardware teaching; reform; experiment teaching

隨著計算機技術在我國的不斷發展，以及計算機硬件設施的更新換代速度不斷加快，計算機硬件實驗教學已經成為我國計算機教學的一個極其重要的環節，但同時也面臨著嚴峻的挑戰。因此我們必須不斷對計算機實驗教學與管理進行研究與探索，從而不斷提高教學的質量，以達到不斷提高學生能力的目的。

1 概述

計算機硬件實驗教學是計算機學科中的一門核心的基礎課程，在我國的整體計算機軟硬件課程中起著支撐的作用，可以幫助學生理解一些計算機的硬件系統組成以及工作原理，從而不斷培養學生對計算機硬件結構的分析和設計開發能力。

目前計算機教學模式主要以教師灌輸為主，學生缺乏足夠的批判性和創新思維，而且實踐經驗較少，很難將課堂所學理論知識運用到實踐中去。例如在計算機組成這樣的教學中：課堂上采用的教學模型主要是以16位機為主，而我們生產和生活實踐中卻以32位機為主，這樣就造成了理論與實際的偏差。另外，計算機硬件教學所選用的教材必須既要能講述清楚一些重要概念、原理、結構，而且必須脫離具體機型，可以讓學生了解一般計算機的系統結構。

隨著信息時代的到來，我們的各種觀念都在發生巨大的轉變，因此計算機教學觀念也要發生相應的變化，必須改變傳統的以教師為主導的課堂，充分發揮學生的主體地位。另外要加強實驗在教學中的重要性，將一些抽象、難懂的概念與學生日常生活中較為熟悉的食物進行類比，給予學生充分的思考時間，，充分調動學生的積極性。

由于計算機硬件教學的實踐性很強，因此必須加強實驗教學的重要性，而且實驗教學的質量高低直接關系到學生的動手能力的提高，關系到學生是否能夠培養理論聯系實際的能力，對于學生的分析、解決問題以及獨立工作能力的提高都有著十分重要的作用。因此在基礎教學的基礎上，我們應該將理論教學與實驗教學兩手抓，兩手都要硬，適當增加實驗教學的課時數，而且要構建全新的實驗體系，將實驗分為：基礎性實驗、綜合性實驗、研究性實驗三個層次。在實驗的設計上，可以將開放式實驗與封閉式實驗相結合，讓學生可以根據自己所學的專業知識對一些實驗進行自主的設計，從而學以致用，將自己所學與實踐相結合，不斷培養自己的綜合技能，提高自身動手和創新能力。

總之，隨著信息化的不斷普及，我們傳統的計算機教學也遭受到了巨大的挑戰，需要我們結合新形勢下人才培養的需要，不斷地對計算機教學進行改革，加強實驗教學的重要性，提高學生的實踐和動手能力，不斷將自己所學知識與實際相結合，從而提高我國計算機教學的教學質量，為我國的信息化的普及奠定基礎。

2 加強計算機硬件實驗教學改革的措施

計算機技術以及半導體技術的不斷發展使得一些新穎的電路設計方法以及各種功能齊全的器件層出不窮，傳統的計算機硬件實驗教學已經無法適應這種改變，無法培養出社會需要的計算機人才，更加無法跟上當今社會計算機技術的發展水平，為此我們根據這種現狀必須不斷進行實驗教學內容、方法、手段等各方面的改革，從而讓學生掌握先進的技術，不斷跟上時代的需求，為社會的發展做出自己的貢獻。為此，目前高校的計算機硬件實驗教學可以進行以下方面的改革：

2.1 加強多層次實驗教學的構建

計算機硬件實驗教學過程的構建是一個逐步建設的過程，從而加強對課程體系系統性和完整性的構建。在這個過程中，實驗教學的課程設置不應該間斷，相反應該不斷提高其難度，內容應該逐步遞進，從而可以達到硬件實踐訓練層次化、系統化的目的，并且不斷加強學生的硬件動手能力。在課程的開設上應該理清各個課程之間的順序，避免課程設置的遺漏和前后順序的顛倒，從而使得整個硬件課程體系系統、完整，硬件實驗課程體系的設置可以參照表1。實驗教學內容的改革主要可以分為4種：驗證型、設計型、綜合型以及探索型，這四部分內容的難易度由淺入深，貫穿于整個實驗課程中，一般實驗課程主要由50%的驗證實驗、20%的設計實驗、20%的設計實驗、10%的探索實驗組成，從而形成了一個“驗證型-設計型-綜合型-探索型”的多層次實踐教學模式，其中驗證性實驗使為了加強學生的理論基礎知識，設計性實驗是讓學生了解一些基本的電路設計及其調試方法，綜合性實驗的是為了培養學生的一些綜合應用能力，提高他們分析問題和解決問題的能力，而探索型實驗的設置目的主要在于培養學生的自主能力，讓他們能夠獨立地設計一些課題，并且不斷查閱大量的資料，獨立地分析問題和解決問題，在這個過程中培養自身的創新能力，最終使得整個硬件實驗教學課程能夠達到整體性和系統性的統一。另外，驗證性課程的布置，教師可以根據學生的實際情況，設計一些預實驗方案，在課堂上，除了驗證教材上的一些實驗內容還可以驗證自己編寫設計的實驗方案，從而充分調動學生的積極性和主觀能動性。比如脫機運算器(AM2901芯片)實驗，不僅要做實驗教材規定的11種運算功能，還要求學生自己根據AM2901芯片的功能設置(I8-I0)設計出5~8種運算，從而加深對運算器的理解。總之，加強學生自主的實踐過程可能會遇到一定的困難，但是卻對學生形成一定的吸引力，只要學生持之以恒，就一定能夠充分地應付這些實驗操作，從而不斷提高自身的操作技能。

2.2 增強配套設備的獨立性，增加循環次數

計算機硬件實驗教學的質量對教學實驗設備的依賴性非常強，因此要想提高教學的質量必須不斷改善教學設備的性能和數量，從而改善實驗環境，達到提高教學質量的目的。目前高校中實驗設備和師資力量不足，因此學生無法充分接觸到一些設備，有的甚至是三四個人合用一臺，因此實驗教學無法取得預期的效果，我們只能采取分批上課的方法來解決這個困難，

一個實驗分8~10批，一個學生一臺設備，同時將學生與設備編號對應。這樣學生能有足夠的時間完成實驗內容，而且能夠獨立冷靜地去面對解決試驗中遇到的問題。教師在實驗課程中也能夠更好輔導學生，同時學生與設備配對后，為實驗設備的管理提供了方便。但是這種教學方法也存在自己的問題，那就是對師資力量要求較高，而且課時數也較多。

2.3 加強實驗環境的開放，不斷拓寬學生的思路

學生實踐能力和創新能力的培養主要是在硬件實驗室中得到培養的，因此加強對實驗室的建設與管理可以幫助學生水平的提高以及學校聲望的不斷提高。要想提高實驗室的教學效果，有一個很關鍵的因素就是必須不斷加強對實驗資料的整理，主要是一些實驗教學資料以及設備檔案的整理。

每門硬件實驗課程都要結合理論課程認真組織研究，以基本原理為基礎進行實驗設計，同時對基本原理進行擴充和結合，從而設計出一套由淺入深的綜合性、設計性實驗教學體系，結合一系列教學資料進行修改，例如相應的實驗教學講義、實驗教案、參考實驗報告等，最終形成一套讓學生認可的實驗資料。

硬件實驗室的開放可以不斷加大學生接觸設備的幾率，提高學生的實踐機會。由于硬件實驗課程相對來說比較復雜，學生無法單純地依據教學大綱去真正理解和獨立完成實驗的內容，因此要求實驗室簡單的開放必須靈活，讓學生可以有選擇、有計劃地去安排自己的實驗，從而提高自身的主動性。另外，硬件課程相對來說也是比較抽象的，讓學生多加接觸實驗設備有助于學生更直觀地去理解和掌握一些硬件的原理和構成，而且還能夠根據自己的興趣愛好，自主地設計一些課程以外的實驗內容，從而不斷提升實驗的效果。例如，我們設立數字電路、計算機組成原理和微機接口等開放實驗室，對學生做到實驗設備開放、元器件開放。這樣吸引學生參與實踐，學生均表現出較強的學習興趣和創造能力，取得良好的教學效果。

2.4 加強學生在教師科研中的參與度，提高學生的實踐創新能力

為了不斷提高大學生的創新精神、實踐能力以及面對就業競爭壓力，我們必須加大對大學生的創業和科研的支持力度。在一項調查統計中我們發現，有將近20%的大學生有很明顯地科研創新的欲望，教師針對這種情況必須給予不同程度的支持和鼓勵，給學生提供機會，讓他們參與到教師的可養活動中去，從而不斷提高自身的科研創新能力。讓學生參加這些科研活動，不僅可以幫助他們不斷鞏固自己的所學理論知識，而且可以不斷激發學生的科研開發能力，不斷發掘學生的潛能，培養他們的興趣，發揮主觀能動性。當然，由于學生的時間、

精力和經驗都比較少，失敗也很常見，及時有些實驗項目無法達到預期的效果，但是只要學生在試驗中能夠學習到一些知識，并且分析問題和解決問題的能力得到提高，那么實驗的目的就算已經達到了。我們經常就不同的科研項目成立不同的學生研發小組，集中對于失敗的實例進行講解、分析和討論，重新設計，探索新實驗方案。對于成功的實例也要進行討論，進一步修改完善，以期待達到最佳效果。這一措施促進了個性發展，為學生營造一個活潑主動、開放交流的學習環境和氛圍，創造一個具有科研能力、創新意識的發展平臺。

3 學校在加強計算機硬件教學系統性與實踐性的統一中的作用

3.1 根據學生的基礎來進行改革，以促進計算機硬件教學的實踐性與系統性的提高

高校中的學生相對于一些職業高校來說稍微好一點，然而一些中等職業學校的生源較差，學習方法不科學、興趣低下，計算機硬件教學質量明顯不高。面對這種情況，中等職業學校計算機硬件教師必須以科學的教學方式與教學模式提高學生的學習興趣，另外還要加強對學生學習方法的指導，從而不斷提高學生的自主學習能力和實踐能力，以期待計算機硬件教學質量的不斷提高。

3.2 加強對理論教學的歸納與總結

提高學生硬件實踐能力的基礎是要對學生進行理論知識的系統灌輸，為了加強學生的理論知識，教師在教學過程中必須不斷對所學理論知識進行歸納和總結，從而為其實踐能力的提高奠定扎實的基礎，而且在理論教學過程中，學生可能會遇到老舊型號計算機與實際應用中的計算機不配套的情況，因此教師必須對計算機硬件的發展、改革情況進行系統的講解，從而幫助學生在實際工作中面對這些問題打下良好的基礎。

3.3 促進教學一體化模式的發展

計算機硬件教學的理論教學與實驗教學是一個統一的整體，為了幫助學生將所學知識運用到實踐中去，學校應該以教學一體化的模式來壓縮單純的理論課，加強對學生的實踐指導，而且將兩者有機結合，從而提高學生的積極性，培養其實踐能力，促進計算機硬件教學系統性與實踐性的統一。

3.4 加強課堂的高效性，來促進計算機硬件教學的實踐性與系統性的統一

課堂是學生學習知識的一個主要陣地，同樣在計算機硬件教學中也要加大對課堂的重視程度，以有限的教學課時來提高教學質量。通過學生親自參與配置計算機，體驗選購計算機硬件的過程，以及教師設置的常見問題等加深他們對計算機系統的組成思考與感悟，從而激發學生探究創新的興趣和愿望。在整個教學過程中，加強學生的主動學習性，使學生自主活動，勤于動腦動手，形成積極的學習方式。通過教學方式、方法的改革提高課堂教學的高效性，促進學生理論知識系統性及實踐能力的提高。

4 結束語

硬件實驗教學質量直接影響到學生學習硬件基本知識的成效。因此我們必須不斷對其進行改革，在這個過程中不能完全依附于課堂教學，而應該在緊密配合課堂教學的前提下，開放實驗室，發展實驗教學本身的特點，發揮實驗教學培養學生獨立工作能力的優勢。另外，由于計算機技術發展日新月異，因此我們必須注重培養學生的創新思維。如何讓他們充分將自己所學的理論知識運用到實踐中去，培養自身的動手能力，從而成為21世紀的新型人才，是擺在我們面前的問題，我們必須不斷對其進行探索和研究。

參考文獻：

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[3] 周亞俊.全面改革實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索,2004(7).

篇9

計算機和網絡的運用給人類的生活帶來了各種的便利和影響，深深的轉變了我們生活和工作的方式方法。隨著計算機對人類生活的影響越發嚴重的今天，改進計算機的相關項目課題也逐漸成為了人們關注的重點，特別是相關計算機硬件的研究更是吸引了眾人的目光。計算機硬件作為計算機的重中之重，是計算機系統可以如常工作運行的基本，它相對于計算機而言具有無法替代的地位。然而，在日常使用中，因為多人的不注意維護計算機或者時常進行錯誤的指令操作，從而引發了計算機的各種各樣的滯礙問題，讓計算機無法正常工作運行。而計算機硬件的各種滯礙問題越來越明顯，所以對于計算機硬件的障礙問題的分析和根據分析成果進行改造和出臺解決方案則顯得十分重要。

1 計算機硬件的概念

計算機硬件是計算機的核心，在計算機的如常工作運用中有著不可取代的地位。計算機硬件是指計算機系統內的機械和光電元件等許多器件組成的物理裝置的總稱。這些物理裝置在計算機運作的過程中按照計算機內設的系統結構要求各自運行從而確保計算機軟件運行無阻。所以硬件的作用大多數為輸入和儲存各類的數據和程序，再利用各種程序對數據進行分類運用，為計算機軟件的運用提供物理基礎。

計算機硬件有主機和外設組成。主機則由中央處理器和內存儲器組成。其中的中央處理器則有控制器。運算器和寄存器組成，是整個計算機系統中的控制中心，按照人們對計算機發出的指令，進行邏輯運算和處理存儲數據等動作。而內存儲器則由只讀存儲器、隨機讀寫存儲器和高速緩沖存儲器組成。顧名思義，存儲器的作用則是用于存儲和調用各種各樣的數據和程序。主機是計算機日常工作所必需的，是計算機運行的重中之重。外設則由外存儲器（軟硬盤、光盤、U盤等）、輸入設備（鍵盤、鼠標等）、輸出設備（打印機、顯示器等）和其他（網卡、聲卡、顯卡等）組成。其功能各有不同，也并不是計算機所必需的器件，是根據人們自身的需要而安裝和設置的。所以計算機硬件的運用和維護對于計算機而言是十分重要而無法忽視的。

2 計算機硬件普遍滯礙分析

計算機的硬件是整個計算機如常運用的核心部分，對整個計算機的系統運作有著非同小可的重要意義。因此，針對計算機硬件進行滯礙的分析和進而排除障礙對保持計算機的健康有著重要的作用，必須要基本了解維護整修計算機的各種技巧。

2.1 計算機系統死機重啟。計算機系統的死機重啟的狀況是計算機用戶里經常會出現的一種滯礙，很多計算機使用者認為這種情況的出現大多數原因是因為軟件的不兼用。然而，出現這種滯礙的主要因由是計算機硬件出現障礙，例如計算機硬件中內存和外存儲存器不兼容，導致計算機運行較慢；硬件散熱功能不能滿足硬件的散熱需求，導致計算機溫度過高；主板和CPU的不兼容等情況的出現都能導致計算機系統癱瘓死機重啟，都是由于計算機硬件出現滯礙而引發的結果。

2.2 計算機藍屏。計算機藍屏也是計算機硬件出現滯礙的癥狀之一。例如：計算機硬件局部存在壞道；主板翻松；計算機存儲器中的內存條接觸不好等滯礙的出現也會直接導致計算機系統癱瘓藍屏。雖然軟件的不兼容也會導致藍屏的產生，但是計算機出現藍屏的因由也是計算機硬件出現問題居多。

2.3 計算機硬件與軟件的配合問題。計算機的工作內容是由軟件和硬件的相互結合才能如常運作。因此計算機的軟件對計算機硬件的作用力也是十分巨大的。軟件的非正常使用或者軟件和計算機硬件不兼容都會導致計算機的滯礙出現。例如軟件病毒的出現和計算機硬件是否支持某些軟件的正常運行等。

2.4 計算機硬件電源滯礙。隨著計算機的長時間的使用，計算機硬件如果使用三年以上，將為出現電源滯礙。該滯礙沒有什么特別明顯突出的癥狀，而計算機內部硬件則會發熱快而散熱慢。而這種情況如果持續一段時間，則會導致計算機各方面障礙的產生，加大計算機的死機率。所以必須要定期對計算機硬件電源進行維護保養，必要時進行替換。

2.5 器件老化引起的計算機硬件滯礙。隨著計算機的長時期的使用，計算機內部的各個器件，包括電容、電阻、集成電路等將會面臨老化的滯礙。所以一定要對計算機各器件進行定期的維護，進行替換，保證計算機的正常運作。

3 計算機硬件出現滯礙時的解決方案

3.1 內存滯礙解決方案。計算機的內存出現滯礙時，計算機通常會發生死機和藍屏等狀況，甚至在開機時會出現聲響。在出現這些狀況時，必須要對計算機硬件進行檢查。首先把電源切開，檢查內存條的安裝是否存在問題，再檢查機箱內的各種電路板和芯片是否有破損。如果內存條存在問題，必須要及時進行調整和更換。

3.2 CPU滯礙解決方案。在計算機運行的過程中，如果CPU的溫度過高，將會燒損計算機硬件或者直接導致計算機的死機癱瘓狀態。因此，在維護計算機硬件的正常使用的基礎上，必須要降低和保持CPU的溫度很重要。為避免計算機CPU溫度過高，必須定期對計算機進行檢查和維護；擦拭散熱片，避免灰塵阻礙散熱片工作；保證散熱小風扇的正常使用；在CPU涂一層硅脂，加快其散熱速度，但要注意劑量，劑量過多將會影響CPU的正常運作，也要注意其灰塵等污染，灰塵可能會影響散熱功能，甚至影響計算機系統的穩定性；也可以從計算機外面進行散熱，例如外增散熱小風扇，增添計算機底座等。

3.3 主板滯礙解決方案。主板的滯礙也是計算機硬件普遍的問題，其癥狀為計算機的系統無法開啟或者顯示器沒有顯示等。

（1）當主板出現滯礙時，例如驅動器出現滯礙等。計算機將會十分不穩定，該系統將會出現反復死機重啟和藍屏等。當出現這種狀況時，必須要重新安裝驅動器、顯卡和內存等硬件。（2）若是顯示器沒有反應，沒有圖像等狀況出現，則是表明主板的CMOS電池出現滯礙。這個時候，必須要使CMOS電池完全放電和調整其跳線。如果滯礙尚未解決，那就是CMOS電池的電壓不足，這時就必須要運用替代法。替代法的用途十分廣泛，運用的范疇也十分廣，例如升級配件，預防和殺除病毒入侵和兼容軟硬件等。（3）主板滯礙范圍十分廣泛，其中還包括硬軟件的不兼容和病毒入侵BIOS系統等滯礙。而這些滯礙都會導致計算機出現藍屏或者會使計算機顯示屏沒有圖像。而解決這些滯礙的方法則是對BIOS進行刷新行為，并且注意在刷新過程不能因外界物理的強制終止，不然主板會直接受到傷害，甚至會報廢。

4 結束語

現今，計算機已經成為了人們生活和工作中必不可少的工具之一，計算機已經在潛移默化中慢慢改變了人們的生活，計算機對人們和世界的影響已經是不可磨滅的了。因而，為了計算機能夠更好的為人類所利用，能夠發揮其該有的影響，定期維護修理計算機就成了必不可少的步驟。定期對計算機進行維護修理才能增加計算機的壽命，而對計算機硬件進行定期的維護修理則是護理計算機健康的重點之一。計算機硬件的維護和管理均為計算機日常運用的基礎，對計算機系統的正常運作和工作的質量的提升都具有重要的影響力。所以，長期加強維護計算機硬件的各種技巧則是每計算機使用者都必須要清楚了解的計算機常識。

參考文獻：

[1]方黎，陶建兒.淺談計算機硬件維修以及故障檢測[J].計算機光盤軟件與應用，2011（24）.

[2]張健.計算機硬件維修與故障檢測分析[J].福建電腦，2011（08）.

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Jin Yaqun

Beijing union university， Beijing， 100191， China

Abstract： Computer hardware maintenance is a practical course. To cultivate student's ability. Student can master computer hardware composition through study this course， assembly， system configuration and operating system installation. Through the analysis of location can eliminate them， hardware and software failures， maintenance of common external equipment. For the purpose of teaching and the characteristics of the course， reform of the teaching content and teaching methods.

Key words： hardware maintenance； teaching reform； computer

計算機硬件維護課程不僅是我校信息專業本科生和網絡專業專科生的必修課，也是其他專業的選修課。隨著計算機在各行業的廣泛應用及其軟件和硬件的迅猛發展，有必要學會自己動手維修維護計算機；社會對掌握計算機維護維修技術的人員的需求也在不斷擴大。學生通過該課程的學習，不僅能夠排除自己在學習生活中遇到的軟硬件故障，還可以從事相關領域的技術支持工作。

1 課程教學現狀

計算機硬件維護課程主要內容有：（1）計算機硬件組成，包括主板、CPU、內存、硬盤、顯卡、顯示器、光驅等的技術指標，外觀以及相關知識。（2）計算機的組裝與設置。（3）計算機的維修維護技術。

教師的教學手段從黑板加粉筆轉換成多媒體課件，節省了時間但也只是更改了板書形式，單向授課的模式并沒有改變。部分概念較為抽象，如果教師對概念的闡述枯燥，會使學生在學習過程中對參數技術指標理解單調，難于掌握，學習興趣難以調動，遇到故障無從下手。

計算機業界的摩爾定律：芯片所集成的晶體管數目與功效每18個月翻一番，說明硬件發展速度非常快。學生需要了解行業動態，然而課本教材更新速度跟不上計算機軟硬件更新速度。正常的教材從編寫到出版，最快也要一年時間，即便在編寫時內容是最新的，到學生手中時已經是過時的，滿足不了學生對當前主流設備了解的要求。另外，教材中涉及對筆記本電腦的內容也很少。

本門課程的實踐性非常強，現有的實踐內容相對陳舊，實用性不強。動手操作方面，學校一般不會提供最新設備供學生拆裝，學生接觸到的往往是已經淘汰的設備。用于拆裝實驗的設備的不確定性比較大，都是當年報廢的機器，經實驗人員整理后，用于學生拆裝練習和各部件認知。

考核方式為筆試，偏重于概念的死記硬背，無法檢驗學生靈活運用知識的能力和分析、解決問題的能力。

2 課程改革探索

2.1 使用現代化的教學手段

在課堂教學中，使用最多的是多媒體教學手段，適當地加入圖片、視頻制作出生動的PPT課件可以使枯燥乏味的概念變得易于理解，同時增加學生的感性認知，提高學習興趣。需要課堂演示時，配合講課進度，盡量找到硬件實體，帶到課堂進行實物教學。教師先在課上演示，課間可以讓學生傳看，同時對學生提出的問題進行解答。還可以事先在網絡上找好各部分安裝拆卸演示視頻，放給學生看。安排學生開展市場調研，以調查報告的形式上交調查結果，作為平時作業計入課程成績。

采用虛擬技術，讓學生在虛擬機上學習光驅的設置、CMOS參數設置、硬盤初始化設置、安裝計算機操作系統以及各種應用軟件測試，設置網絡參數等，還可實現多操作系統的安裝。學生實際動手操作比他們在課堂上聽講印象要深刻得多。通過這些現代化教學手段調動了學生學習的興趣，也培養了自主學習的能力。

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（二）計算機硬件結構特點

以目前最為經典的馮·諾依曼型計算機為架構來說，計算機硬件主要包括：CPU、存儲設備、輸入輸出設備、總線、其他部件。具體介紹如下：1.CPU也稱中央處理器，是計算機最重要的組成部分，用來對數據進行各種邏輯運算，是計算機的執行單位。2.存儲設備具有記憶功能，分為內存和外村。內存也稱主存儲器，與CPU直接相連，是計算機中的工作存儲器，存取速度快，但存儲容量小；外存也稱輔助存儲器，容量大，例如計算機硬盤、光盤、U盤等。3.輸入輸出設備簡稱I/O設備，是計算機與外界聯系的橋梁。其中輸入設備是指能向計算機系統輸入信息的設備，如鼠標、鍵盤、掃描儀；輸出設備是指能把計算機處理結果顯示出來的設備，如顯示器、打印機、繪圖儀。4.總線是連接CPU、內存、外存、輸入、輸出設備的一組物理信號線及其相關的控制電路，是計算機中用于在各部件間運載信息的公共機構。其他部件也很重要，影響著計算機的日常使用，如主板、顯卡、聲卡、網卡、物理加速器等。

二、計算機硬件系統組成

（一）控制設備。計算機的控制中心由控制設備擔當，控制器根據人們事先給定的指令，通過自身功能將指令傳達給其他部件，有條不紊地控制著計算機其他各個部分的正常運作。在整個計算機系統中，控制器有著指揮的作用，它的功能對計算機的自動化程度有深遠影響。

（二）存儲設備。內存儲器和外存儲器構成了計算機的存儲設備，經常把它稱為存儲器。內存儲器是由半導體等材料做成的，并由電路和CPU相連接。計算機進行相關工作時，首先要把用戶需要的程序或者相關數據裝入內存，然后CPU到內存中讀取相關的指令與數據，運算結果的處理上，CPU會將結果寫入內存。所謂的外存儲器，就是用戶用來放置需要長期保存的數據，這也是外存儲器的一大優點。

（三）運算設備。所謂的運算設備，就是計算機在運算過程中要用到的，并且能夠根據不同的運算、算數裝置進行各種算數處理，使數據信號得到全面處理的設備。在人們的日常生活中，運算設備的使用范圍較廣，它能夠使復雜困難的計算變得簡單，極大地節約了工作的時間，并提高相關工作的效率，同時也提高了計算機運算的準確性。

（四）輸入設備。計算機與人之間所進行的會話是靠計算機中的輸入設備完成的，輸入設備是接受人的命令或接收數據時需要的必備設備，它的主要功能是將各種信息傳輸到計算機，再由內部設備進行相關處理。常用的輸入設備包括鍵盤、鼠標等工具，另外，常用到的輸入形式有數據、程序等。

（五）輸出設備。輸出設備主要功能是將計算機內部處理過的信息輸出計算機，并將計算機處理的結果以一種人們能夠看懂的方式輸出的設備。要想得到一個精確地計算結果，必須要借助計算機相關的輸出設備。然而，輸入設備是將人為的命令以及編程等以計算機能夠識別的語言輸入到計算機內部當中，供計算機存儲以及計算或者進行輸出等。

三、如何對計算機硬件設備進行維護

（一）對硬件進行日常維護

計算機硬件是PC的重要組成部分，更是核心部分，對硬件設備做好日常維護，才能保證計算機的正常穩定運行。在對硬件進行維護時應該遵循硬件和軟件兼顧的原則。計算機軟件和硬件設備相輔相成，軟件的正常運行對硬件設備有良好的促進作用。此外，要注意為計算機營造一個良好的工作環境，注意定期對計算機中的各種設備進行除塵。一個干凈的工作環境可以增加計算機設備的使用壽命，降低故障發生的概率。

（二）對硬件維護的具體內容

對計算機維護人員來說，對硬件故障進行正確的判斷是維護工作中的重要內容。維護人員要結合計算機的內部情況和外部問題對其進行綜合分析，準確定位故障位置，從而及時解決問題。判斷故障方法：首先，檢查電源情況。要認真觀察計算機本身的電源、插座或者電源線是否出現故障。其次，檢查系統是否正常。硬件設備由計算機系統支配，所以需要檢查計算機的系統問題。

（三）硬件維護的步驟

第一，要定期對計算機硬件進行檢查，要注意電磁干擾方面的影響問題。第二，安排合理的檢查順序，做到從軟件到硬件的檢查。因為很多的硬件故障都是由軟件引起的，所以要先檢查軟件的情況，這樣可以有效提高工作的效率。第三，注重對電源的檢查。電源的性能好壞直接影響計算機的正常工作，如果電源出現損壞，就會導致計算機無法穩定運行。所以在檢查時，維修人員要先確定電源沒有問題了，再對其他部件進行檢查。

四、計算機硬件的維護原則、內容及一般步驟

（一）計算機硬件的維護原則

計算機硬件有其敏感性和特殊性特征，因此維護保養顯得尤其重要。在維護計算機硬件時，要遵循以下基本原則：第一，確保軟件和硬件兼容、匹配的原則。計算機軟件和硬件是相互聯系的兩方面，不兼容的軟件和硬件會對計算機硬件造成極大的傷害。第二，確保計算機有良好的運行環境。首先，保證計算機電壓的穩定，使計算機硬件遠離頻繁跳槽或者電壓不穩的電路環境中；其次，定期清理計算機灰塵；再次，及時更新計算機硬件，確保計算機整體功能的協調運轉。

（二）計算機硬件的維護內容

在維護計算機硬件故障時，要盡可能選擇科學的手段和方法。計算機維護人員要切實提高自身素質，對計算機運行狀態進行綜合判斷和分析，科學確定故障原因和位置，及時妥善處理好各種計算機問題。系統或者電源問題會在一定程度上造成計算機硬件故障，就電源而言，可以對電源線和電源接口進行檢查；而就系統而言，要熟悉各種硬件故障。

（三）計算機硬件維護的步驟

維護計算機硬件時要遵循如下步驟：第一，定期檢查。及時檢查計算機硬件，發現潛在風險和問題，從根源上避免硬件損壞。第二，在檢查過程中遵循先軟件后硬件的基本原則。大部分情況下，計算機硬件故障都是由軟件故障引發的。第三，主機檢查在外部設備檢查之后進行。第四，首先從電源檢查開始，接著進行其他部件的常規檢查。

五、對計算機硬件進行故障排查的方法

對計算機硬件進行故障排查的方法有直接觀察法、最小系統法、對最小系統進行逐步增減法、組件替換法、組件比較法、隔離嘗試法六種。直接觀察法即對硬件的工作環境及本身的配置狀況進行觀察。一旦出現無法正常工作的情況，則可判斷是最基本的運行所需要的軟硬件出現了問題，可以進行故障隔離。如果要判斷出現問題的硬件與狀態良好的硬件，在配置與環境設置方面有哪些區別，也可以直接對兩整的計算機展開對比。隔離嘗試法即通過屏蔽可能導致問題發生的軟硬件，來判斷是否存在軟硬件之間的沖突，進而解決問題。在具體隔離過程中，可以通過卸載或停止運行的方式來屏蔽軟件，通過禁用設置或將該硬件驅動程序卸載的方式來屏蔽硬件。

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1計算機硬件維護的主要原則

1.1以預防為主

人們對計算機硬件維護的理解，通常是維修硬件，但是實際上，維護與維修是兩個不同的概念，維護是預防與維修的充分結合，并且更加重視預防。因此，用戶要在平時的計算機使用中，養成良好以及正確的習慣，進而正確使用計算機，延長其使用年限，保證計算機性能穩定，滿足用戶的工作以及學習需求。計算機如同人體，當硬件出現問題后，不能著急而胡亂處理，如果在平時不注重硬件保養，在出現問題后又隨意處理，可能會引發更大的問題。因此，用戶一定要注重平時的預防工作。首先，一些用戶認為開機比較簡單，但簡單的開關機中卻蘊含了大學問。正確的開機做法是：在打開電源后，過一段時間再啟動計算機，因為我國家庭用電電壓為220V，但是計算機電壓為110V，如果在接通電源后立即啟動計算機，由于電壓瞬間增大，會對其硬件性能帶來負面影響。其次，在關閉計算機的過程中，用戶也要注意使用計算機系統關機，不可以為了省事，在非特殊情況下按動主機按鈕，進而確保其使用壽命和運行良好。最后，在關閉計算機后，需要拔下電源插頭，這樣不僅省電，同時也消除了火災隱患。

1.2具備計算機維護常識

首先，用戶在使用計算機過程中，相關硬件會發出一定熱量，特別是在炎熱的夏季，機箱會快速升溫，而如果溫度較高，不僅會影響計算的運行速度，同時也可能為硬件帶來傷害，因此，為了保證有效散熱，用戶需要將計算機安放于通風和陰涼的地方；其次，在下雨打雷等惡劣天氣下，用戶盡量不要使用計算機，防止計算機遭遇雷擊，進而為硬件帶來傷害；最后，用戶不要頻繁關閉和啟動計算機，如果長時間不使用，要通過正常的關機程序將其關掉，同時，為了保證計算機的運行效率，要選擇正版軟件，盜版軟件也會為計算機硬件帶來一定的傷害。

1.3保證衛生環境良好

通常情況下，計算機最佳工作溫度為20～30℃，計算機溫度過高或者過低，都會為計算機硬件帶來影響，輕則導致硬件老化，縮短其使用年限，重則會導致硬件損壞，致使計算機不能正常使用。因此，用戶在使用計算機的過程中，要將其放置于空氣流動好以及通風效果好的地方，調節計算機溫度，如果條件允許，可以為其配置專用空調。同時，用戶需要注意，不能將計算機放置于陽光直射下，由于溫度較高，會導致計算機運行溫度不斷升高，而陽光直射也會為屏幕帶來一定的損害。計算機運行環境的濕度要合理，如果環境十分潮濕，可能會導致電路板元件引線和觸點腐蝕生銹，出現短路以及斷路的情況；如果環境十分干燥，其產生的靜電會導致計算機出現開機錯誤，造成硬件損壞。因此，在冬季或者秋季，天氣寒冷干燥，用戶一定要注意控制環境濕度，根據氣候調解環境。在陰雨季節，要保證計算機每周工作兩個小時，避免由于環境潮濕而導致元件受潮。用戶在檢測故障的過程中，要使用毛刷細致清理計算機機箱，排除由于粉塵而引發的故障。

2計算機硬件維護的主要方法

2.1合理分配計算機資源

用戶在啟動計算機的過程中，系統會自動為計算機分配動態內存和資源，為了保證其工作正常，分配的動態內存都是唯一地址。對于即時性設備，系統分配的資源都能夠保證計算機正常運行，對于非即時性設備，系統分配的資源不能完全保證計算機正常運行，因此，需要用戶進行手動分配，保證計算機正常使用。具體分配步驟如下：右鍵點擊“我的計算機”選擇“系統屬性”選擇“硬件”選擇“設備管理器”選擇“屬性”選擇“資源”選擇“設置基于”選擇“更改設置”選擇“確定”。在完成上述步驟后，計算機配置就已生效。

2.2應用系統還原功能

如果計算機系統出現問題后，用戶需要對其進行重新設置，系統還原功能可以滿足用戶的實際需求。系統還原功能保存系統最好的狀態，如果用戶在使用中系統出現了問題，可以使用系統還原功能，將計算機恢復到最好的狀態。系統還原功能十分實用，如果計算機硬件出現任何問題，都可以利用系統還原功能將其恢復到最好的狀態，并且不會丟失以前的數據，在系統還原后，計算機的運行速度會得到較大提升。

2.3科學保護主機

顯示器和主機是計算機的兩個關鍵組成部分，而主機對于計算機，如同大腦對于人體，主機中的CPU相當于大腦，聲卡相當于聽覺系統，顯卡相當于視覺系統，主板相當于神經系統，每個硬件都有屬于自己的功能和職能，因此，對每個硬件的維護都是至關重要的。首先，用戶在使用計算機的過程中，不能頻繁開關機，通常情況下，每次開關機都需要間隔六十秒以上，在進行關機操作時，要注重關機順序，在軟件全部關閉后，進行關閉操作，防止出現軟件損壞以及數據丟失的情況；其次，如果用戶并非專業人士，不能隨意打開主機箱，尤其要注意不能在開機狀態下觸碰電路板，防止出現電路燒壞以及人體觸電的情況；最后，計算機如果處于開機狀態下，不能隨意搬動機箱，更不能將主機與液體容器放在一起。

2.4正確維護硬盤

硬盤是儲存數據的重要硬件，因此，用戶要重視正確維護硬盤。首先，用戶不能頻繁進行開關機操作，頻繁操作會導致硬盤處于頻繁啟動的狀態下，增加了其出現故障的概率；其次，硬盤要盡量遠離磁場，否則可能導致其出現數據丟失的情況；再次，硬盤處于工作狀態下，其指示燈會不斷閃爍，這證明其正在儲存數據，在這個時候，用戶不能進行關機操作，如果此時突然關機，可能會為硬盤帶來傷害，因此，需要等到指示燈不再閃爍時關機，在特殊情況下，例如電腦死機，用戶可以利用熱啟動鍵，重新啟動計算機；最后，為了防止由于病毒感染而為硬盤帶來破壞，用戶需要安裝正版的殺毒軟件，并且對計算機進行定期病毒查殺，當前，主要使用的軟件包括瑞星、360以及卡巴斯基等，用戶還要定期檢查硬盤，確保硬盤數據的安全。

2.5正確維護顯示器

人們利用顯示器開展工作和學習，因此，為了確保顯示器的正常使用，用戶需要注重以下幾點：首先，顯示器需要遠離電話卡、銀行卡、手機以及電視機等磁性物品；其次，如果用戶長期不使用顯示器，需要用防塵罩對其進行保護，防止灰塵落到其電子元件以及內部電路上，出現短路的情況；再次，顯示器不宜過亮，如果過量會導致熒光粉和顯像管老化，縮短其使用年限；最后，分辨率不能超出額定范圍，設置保護程序可以有效防止其出現老化的情況。

2.6正確維護鍵盤與鼠標

鍵盤是人們經常使用的計算機部件，用戶在使用過程中，需要用力適中，如果用力過大會為其帶來傷害，降低鍵盤彈性，鍵盤要保證整潔干凈，液體不能落到鍵盤上，在不使用鍵盤時，需要使用保護罩對其進行保護，并且定期清理鍵盤。當前，鼠標基本為光電式，在使用過程中，要防止灰塵進入鼠標中，保證鼠標墊的平整和清潔。

3結語

新時期下，隨著計算機技術的發展，計算機已成為人們工作和生活的關鍵工具，因此，用戶需要注重維護和保養其硬件，延長計算機硬件的使用壽命。

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篇13

（一）教學內容方面

隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展，新的計算機技術及其相關產品層出不窮，如多核處理器等，這些產品均反映出了計算機組成原理與系統結構等方面最新而且成熟的前沿理論與技術。為了使教學內容緊跟新技術的發展，教師對教學內容和實驗條件不斷進行補充和完善，如擴充了計算機硬件的最先進的知識，如分支預測技術、超標量執行技術、微機的流水線操作技術、高速緩沖器技術、虛擬存儲器技術（分段存儲管理技術和分頁存儲管理技術）、浮點數據處理技術和高速總線傳輸技術等，使學生不僅掌握了基礎知識，同時激發了學生學習新知識的興趣。這樣既保證學員對基礎知識有系統性的理解，并與計算機技術發展的最新水平和趨勢相適應，既遵循了教學管理要求，又努力體現了“基礎性、系統性、實用性和先進性”統一，為了增強學生的直觀性和好奇心，就必須采用多種靈活的教學方法，如演示法、練習法和實驗法等。

（二）教學對象方面

由于我院非計算機類專業很多，不同專業的學習基礎差別很大，在教學中必須考慮教學對象，考慮不同層次學生的特點，選擇恰當的教學方法，才能充分調動學生的學習積極性。如對我院“2006級電氣工程及自動化專業”的學員，由于他們已經對數電/模電內容已經有了全面的掌握，對電路有很好的基礎，因此在教學中啟發學員自己搭建實驗平臺，增加創新實驗的機會，依據學生的學習和解決問題的能力，因材施教，采用不同的教學方法，教學效果必然提高。

（三）教學環境方面

目前我院的教學設施得到了飛快的發展，教室都配有電腦、大屏幕、投影儀、音響等多媒體設備，電腦聯接校園網，能夠實現音頻、視頻、動畫和課件播放。校園網具有千兆速度，在校園網上基于軍隊院校網絡教學應用系統平臺，能夠實現全課程網絡教學或多媒體教學。計算機硬件實驗室始建于2007年，在隨后的幾年中，學院投入大量建設經費，使本課程相關實驗設備達到100余套，滿足一人一組教學實驗要求。為此，教師必須改變傳統一部教科書、一支粉筆、一塊黑板和幾塊電路板的教學方式，充分利用現有的教學環境，提高教學效果。

（四）教師的個性要求

教學方法是多種多樣和豐富多彩的，教師在教學活動中對不同教學方法的程序和特點要做出全面的、科學的分析，根據自己的習慣、條件、教學設備、環境、學生的特點來選擇教學方法，充分發揮個人的優勢。例如，同樣一節課的內容，因老師不同可能選擇不同的教學方法：有的選擇發現法；有的運用學導式；有的采用問題探索法；有的選用“疑、讀、導、練”教學方法，有的綜合各種方法之長等。教師根據教材內容、學生的特點、個人的善長，得心應手地運用某幾種教學方法，才能達到理想的教學效果。

二、教學方法多樣化的實現途徑

在上述理論分析的指導下，為了提高教學效果，增強學員的學習興趣，教師從實驗環節、多媒體課件、網絡和科研轉化等幾個方面對該課程的教學方法多樣化進行了改革和創新。

（一）網絡實驗平臺的建立

為了提高《計算機硬件基礎》課程的教學效果，除了開展傳統教學模式外，我們搭建了網絡化實驗平臺，通過這種新型的教學方式，不僅把知識和技能傳授給學生，而且培養了學生的興趣，激發學生的學習積極性，培養學生掌握和運用知識的態度和能力，提高學生的創新能力和實踐動手能力，并使每個學生都能得到充分的發展。通過該平臺，一方面教員可以將多媒體信息表現和處理技術運用于網絡課程講解和知識學習各個環節，使網絡教學具有信息容量大、資料更新快和多向演示、模擬生動的顯著特征，這一點是有限空間、有限時間的傳統教學方式所無法比擬的；另一方面，學生也可以自主、創新地學習。網絡化教學打破了時空界限，只要有網絡的地方，學生就可以隨時上網學習。并可根據自己的時間自由調節自己的學習進度。避免了傳統教學的平均性進度原則。如在我們所設計的《計算機硬件基礎》課程的網絡化教學中，學生可以通過測試系統對自己學習的內容進行測評，網絡系統給其提出建設性的學習計劃，學生隨時可以根據自己的水平和建議進行相關內容的學習。這種模式也體現了因材施教的原則，提高了個別化學習效果，學習較好的學員，可以進行探索式的學習方式。如在學習相應芯片的基礎上，進一步研究分析芯片的編程結構和工作原理，掌握如何通過編程使多個芯片相互配合，設計綜合性的實驗，然后進行模擬調試。學生在此過程中建構起雄厚的知識基礎，增強了有效解決問題的能力和技巧；另外，通過該方式也增強了“教”與“學”之間的交互性。學生在學習中可以通過利用課件、信息資源及智力工具進行學習而產生互動，也可以通過與在線教師對話而產生互動，學生之間還可進行交流討論，實現實時全交互。

（二）多媒體教學課件的增強

計算機硬件課程內容龐雜、涉及面廣、概念抽象、工作原理復雜和實踐性強。學生在學習的過程中往往感到不易理解，難于掌握。很多同學學完本課程，只是通過背誦記住了幾個基本概念和原理，并沒有真正理解和掌握計算機系統中各個部件的組成和工作原理；沒有掌握處理器指令系統的精華思想和編程技巧；也沒有真正理解計算機系統是如何協調工作的，這不便于學生形成計算機系統的分析、設計、使用和維護方面的能力。因此為了提高教學效果，必須改變傳統的黑板加粉筆的教學手段，而是將文字、圖像、聲音、動畫、視頻等多類型、多種格式的媒體形式信息進行融合，以便學員更加直觀、形象地理解。如在講解8253/8254可編程計數器/定時器芯片的6種工作方式時，不是一些簡單的圖片和文字，而是采用動畫技術，當輸入控制字后，可以清晰觀察到在不同方式下OUT信號的變化，以及在門控信號GATE控制下，不同方式下的時鐘脈沖波形，這樣不僅使教學內容生動起來，而且增加了學員的注意力，使學生清晰看到不同方式的區別，明白了各種方式的功能和適用場合。

（三）講授方式的多樣化

講授本課程時，沒有采用填鴨式、滿堂灌的教學方法，而是注重啟發式教學，調動學生學習的積極性和主動性，如在進行實驗之前，讓學員收集相關的資料，利用學生閱讀教材、學生實驗和觀察以及實驗測定等教學方法，并在分析研究和處理資料與數據時，常采用討論、談話、問答、練習和講解等方法。另外為了提高教學效果，還常配合以多媒體工具和各種直觀教具。

（四）注重轉化科研成果

教師在教學過程中，注意到了一些科研項目提供的基本實驗和開發環境與課堂教學的相關性，在對科研項目添置適當器件和改善設備的基礎上，將其應用于教學實踐，不僅大大改善教學硬件條件和手段，也顯著提高了教學效率和效果。為此，教師特別注重了兩個方面的問題：首先是實驗平臺的結構規范化研究，確定一種“開放式”架構，以方便系統的搭建以及完成之后仍可進行重組和變更；其次是模塊標準化，在硬件環境、系統功能、程序設計等方面形成“可組合”功能。因此，整個實驗室采用“多功能”和“寬口徑”的方式，在主要面向本科生進行基礎實驗的的同時，亦可服務于研究生和部分教師，使其完好率、利用率均得到了較大的提高。

三、結論

總之，在《計算機硬件基礎》課程教學過程中，教師根據課程的教學任務和要求，結合教學的具體內容，以提高教學效果為原則，利用學校現有的教學設施，通過采用多種教學方法，不僅把知識和技能傳授給學員，而且培養了學員的興趣，形成了以學員為中心的生動活潑的學習局面，以先進的理論創造性地組織教學，充分發揮了學生的創造性思維學習和能動性，顯著提高了該課程的教學效果。。

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