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硬件技術論文:計算機軟硬件資源共享網絡技術論文

1網絡技術應用下計算機軟件資源的共享

通過網絡技術的應用，對于以往軟件故障發生的問題進行了有效的規避，并且在出現工作站故障時可以有效地減少損失，降低對網絡用戶的影響。通過合理的軟硬件共享，可以提高網絡信息的安全性和傳輸效率。例如通過互聯網、衛星電視等進行信息資源的共享，我們可以及時時間看到所需的信息，這對于社會的發展有著至關重要的意義。在現代網絡技術中，計算機軟件資料利用的一個重要方式，就是windows終端軟件的安裝。通過在服務器上安裝相關軟件，可以讓用戶對于服務器中的信息數據進行調用，通過相關軟件完成數據的管理。這種服務器統一管理的方式，實現了服務器內軟件資源的共享，并且更好地提高了整體信息服務能力。網絡管理者只需要對于服務器進行統一的維護，并且采取定期的數據管理與備份手段，就可以有效地避免由于系統問題、外界環境問題所造成的信息數據安全問題。但是這種軟件資源共享的方式還存在一定的不足，那就是一旦服務器產生故障和問題，就會影響用戶的實際使用。針對于這種問題，可以結合網絡技術的應用，采取服務器下掛接光盤鏡像文件、移動硬盤、U盤以及Windows網絡共享和UNIXNFS網絡共享等方式，給予其他用戶使用軟件的權限。這種方式可以實現數據的遠程調用，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，具有較強的實用性。但是，這種網絡軟件資源共享的方式，其對于網絡穩定性要求較高，如果網絡中存在較多的丟包現象，就會造成數據傳輸中丟失、信息調用速度慢等問題。

2網絡技術應用下計算機硬件資源的共享

通過網絡技術的應用，可以對計算機硬件資源進行有效的共享，降低了設備的閑置率，提高了整體計算機設備的工作效率。在以往計算機硬件設備中，大多數采用單機掛機的方式來進行運行，如果有其他人需要對于硬件設備進行應用，則需要從原設備上進行拆卸，再掛接到另外的電腦上。這種經常的拆卸，會對于設備的壽命和質量造成影響，并且相關計算機管理者的工作量較大。通過網絡技術的應用，可以讓計算機硬件資源得到有效的共享，并且隨著網絡技術的不斷完善，設備的共享效率和效果也得到了有效的保障。網絡化的磁盤管理的應用，可以有效地提高硬盤的利用效率，并且不同用戶通過網絡來對于系統資源進行訪問，也突破了時間與空間的限制，讓電腦設備的利用效率得到了大幅度的提升。現階段用戶網絡存儲的管理上，主要采用了虛擬磁盤系統，可以為用戶提供實時調用的服務。在服務器中，網絡管理員對于磁盤進行初始化配置，用戶只需要連接到磁盤地址，并且經過相應的身份驗證，就可以對服務器中粗盤所存儲的數據進行使用。磁盤管理者可以對于不同用戶分配不同的權限，在提高磁盤利用效率的基礎上，實現了對用戶的規范化管理，減少了磁盤購置需求，對于提高計算機硬件利用效率有著至關重要的作用。對于日常的工作來說，掃描儀、打印機等是常用的辦公學習硬件之一。在用戶產生使用需求時，通過網絡技術的應用，可以實現網絡環境下的打印與掃描功能。這種網絡下的硬件共享，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據拷貝需求較大的用戶來說，采取網絡化的輸入硬件設備共享，可以實現統一化的數據管理，并且由專人進行數據控制，提高了數據的安全性，可以更好地對生產、科研等多方面的需求進行滿足。

3網絡通行證管理模式的運用

網絡通行證管理模式的出現，是對于網絡中軟硬件資源共享管理的重要控制舉措。隨著計算機服務器功能的不斷完善，合理地對共享行為進行控制，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重要的作用。通過通行證管理模式的運用，可以在用戶不具有軟件與硬件共享需求時，對于共享資源進行關閉，提高設備的利用效率，減少資源浪費行為的出現。隨著網絡通行證管理模式的應用范圍不斷擴大，通過對于服務器與工作站上安裝相關許可證，可以實現專項管理，并且在網絡范圍內實現實時調動與控制。我們都知道，由于用戶需求可能發生在任何時刻，計算機服務器必須保持24小時開啟，并且對于任何時間的訪問行為進行處理和服務，將軟硬件資源隨時提供給用戶進行調用。通行證管理機制中，對于用戶的訪問行為進行觀察，進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制的重要性就得到更進一步的突顯。用戶在進行模塊使用的過程中，可以不在服務器上進行操作，通過網絡調度即可突破時間與空間的局限，達到隨心所欲操作的目的。網絡通行證管理模式的應用，對于網絡資源的管理水平的提高有著較強的推動作用，并且讓軟件硬件的使用得到了合理的配置。在專業網絡軟件的應用上，管理員只需要在服務器上安裝相關軟件的服務端，在用戶電腦上安裝客戶端。客戶就可以通過客戶端軟件來進行操作，軟件的處理和運算都在服務器上進行，有效地減少了客戶端的計算機作業壓力，減少等待服務的時間。這種網絡化軟件的運用，有效地緩解了當前用戶配置緊張的情況。通過配合通行證管理技術，可以對于不同版本的軟件中存在的差異性問題進行解決，并且提高整體資源的處理控制速度。對于一些數據占用空間較大的文件來說，通過網絡共享，可以減少數據移動中出現的各種問題。在特殊軟件使用中，其往往會產生較大的數據文件，并且數據文件的掛接過程，如果采用自行拷貝的方式，則容易出現一系列的數據差異問題，并且不利于文件的安全保管。通過網絡共享的方式，配合校驗碼技術，可以實現異地的文件共享和處理。通過配合遠程網絡控制技術，也可以實現對用戶的遠程指導，提高用戶對軟硬件資源的利用能力。

4結束語

總而言之，現代科學技術不斷發展的形勢下，計算機軟硬件資源的合理配置與共享，已經成為了當前計算機技術發展與研究的重要內容。計算機網絡是利用通信設備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統連接起來，以功能完善的網絡軟件實現網絡的硬件、軟件及資源共享和信息傳遞的系統。通過提高軟硬件資源的共享水平，結合先進的網絡技術，可以有效地提高計算機軟硬件設備的利用效率。針對于網絡化環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，很多技術的應用都有待進一步的開發與研究。在時展的趨勢下，我們要關注網絡技術和共享技術，以先進的科學理念來應對相關技術的研究，進而為推進我國計算機技術水平的發展奠定良好的基礎。

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

硬件技術論文:計算機軟硬件網絡技術論文

1軟硬件資源共享的實現

在特定條件下將網絡化通行證模式運用到實踐過程中，這樣能夠依據其在實際運行過程中出現的問題在這個基礎之上尋求有效的解決方法，也就是說實踐計算機軟硬件的資源共享通過輔助其它技術手段之后是可以實現的。在現實生活中不難發現，部分軟件只能夠在老式的服務器上面運行，但當更換了服務器之后或是更新之后，倘若用戶要進行大規模的數據處理，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器時，那么就要求使用者進行等待，某種意義上來降低了其運行效率。在現代網絡技術的支持下，我們利用各種技術手段對現有網絡進行改善，使得異地工作站的網絡配置能夠與其它配置進行匹配，還能在這個基礎之上對異地進行高版本的軟件安裝程序，達到了軟件通行證遠程操控的目的，促進了軟件應用水平的提升。

2發揮現代網絡優勢，實現網絡化的軟件安裝使用

在上述中也有所提及，應用軟件在普遍情況下完成安裝并在實施的過程當中，大量資源被占用，嚴重影響了工作效率，給予用戶帶來很大不便，倘若本地工作站受外界因素影響，軟件運行不正常，會致使重要數據遺失，給使用者帶來重大影響，新形勢下，網絡技術發展，針對當前出現的各種狀況已經找到了有效的解決措施，對軟件采取多種安裝方式。

2.1安裝軟件服務器

在本機上，用戶大多是通過系統管理員配置達到軟件調節的目的，從某種意義上來說服務器使用效率得到大幅度提升，為軟件相關工作更深層次開展奠定堅實基礎。如何以系統管理員為途徑對用戶數據庫或者是軟件數據不定期進行更新或者備份，防止系統運行出現問題或者系統崩所造成的影響，但是充分考慮到服務器的存儲能力、計算機能力等多個方面存在不足無法滿足用戶高層次需要，但是相對來說能夠將損失最小化處理。

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，不僅僅實現了本機用戶的使用，還可以依據實際情況借助網絡技術，直接采用MOUNT盤，使得其他用戶能夠利用技術手段使用軟件，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據進行存儲，為了確保數據不被丟失，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數據調查時在兩個基地上上面完成，顯示必須在具有網絡設施和網絡寬帶的情況下才能夠進行共享，倘若兩者之間相差距離比較遠，所需等到時間也更長，倘若遇到網絡狀況出現異常，數據傳輸也會不完整。采用此種方式能夠是機器效率較大限度發揮出來。值得一提的是，針對外掛磁盤實施網絡化管理，考慮到外掛磁盤使用量比較大和容易損壞等諸多特點，可以采用網絡掛接磁盤的方式實現計算機軟硬件的資源共享。可以將其簡單的概括為兩個方面：其一；系統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，也就是說當使用者數據實施或者進行相應的調整時，在這個過程中出現用戶硬件資源不足的情況，就可以充分利用這個方法，能夠確保數據的完整性，只要輸入簡單的指令，便可以數據隨意使用。換一種方式來說就是在用戶經過授權或者獲得授權指令之后能夠對軟件和相關數據調用，極大程度方便了沒有大磁盤的用戶。

3結語

當前我國使用網絡技術實現計算機軟硬件的資源共享正處在不斷深化的階段，同計算機和應用軟件兩者之間有著直接聯系，采用多種技術手段對計算機軟硬件資源的合理利用，能夠使其效用較大限度發揮出來，在各方面得到保障的同時，效益較大化，為企業更好參與到社會競爭中奠定堅實基礎。

作者：宋曉鳴

硬件技術論文:兼容性的處理技術計算機硬件論文

對于組裝機而言，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，這也就導致許多組裝機性能不穩定，存在很大的兼容性問題。因此，用戶在對組裝機進行選購時，要重視硬件資源的合理搭配，均衡選擇，也可以向相關技術人員咨詢，以切實避免硬件沖突和兼容性問題的發生。2計算機硬件沖突及兼容性的處理技術對于計算機而言，硬件沖突及兼容性問題的表現形式是多種多樣的，因此處理技術也是各不相同的，這里主要針對幾種常見的問題進行分析和討論。

1主板的兼容性問題

主板作為計算機的核心，同時也是其他硬件設施功能發揮的主要途徑，與大部分硬件設施都有著密切的聯系，也是最容易出現兼容性問題的部分，應該受到相關技術人員的充分重視。（1）主板與內存。主板與內存的兼容性問題是計算機硬件沖突中一個較為常見的問題，表現為計算機開機后持續報警或者機器點不亮。部分維修人員或者用戶通過將內存條重新安裝的方法，可以解決這個問題，但是仍會不時發生，屬于治標不治本。造成這種問題的原因，主要是內存條的質量問題，導致在與主板連接時出現接觸不良的情況。在對其進行處理時，如果通過檢查，確定是內存條質量問題，則需要對內存條金手指進行清潔，或者采取相應的措施對其進行固定，確保內存條與主板可以充分有效的接觸。如果內存條不存在問題，在其他相同型號的主板上可以正常使用，則需要通過更換內存條的方式進行解決。（2）主板與聲卡。微電子技術的發展，使得當前計算機主板在制作過程中，多數都集成有聲卡。但是這樣的聲卡在音質方面與獨立聲卡相比存在一定的不足，因此，獨立聲卡在許多領域和行業仍然有著廣闊的市場。如果聲卡選擇不當，或者聲卡驅動的安裝出現問題，就會導致主板與聲卡出現不兼容的現象，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，導致計算機出現各種各樣的問題。對于這種情況，一方面要結合主板的型號、規格等，對聲卡進行合理選擇，并安裝配套的聲卡驅動，另一方面，可以在計算機的資源管理器中，修改聲卡中出現沖突的地址，從而對主板與聲卡的兼容性問題進行解決。（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量問題，由于制作工藝、制作方法等問題，會導致顯卡與主板的沖突，表現為顯示器不亮、花屏等現象。在對其進行處理時，一方面要對顯卡進行檢查，查看是否存在質量問題，如果有，要對顯卡進行更換，另一方面，對顯卡與主板的接觸點進行清潔，確保雙方接觸的有效性。

2系統驅動的兼容性問題

系統驅動問題造成的硬件沖突同樣是一個常見的問題，在計算機系統的安裝過程中，如果將相同的系統資源分配給多個設備，就會導致硬件沖突的產生，影響設備的正常工作。在對其進行分析時，首先，需要對設備的驅動程序進行檢查，明確是否存在重復安裝的情況，如果有，則需要對多余的部分進行刪除，并重新安裝驅動程序。然后，對設備在“設備管理器”中的狀態和設置進行檢查，如果在設備的資源設置中，沒有發現“資源”選項，則表示設備并沒有使用任何系統資源。如果發現資源的重復使用問題，要對其進行重新分配，并對計算機進行重啟，查看故障是否解決。

3結語

總而言之，計算機硬件沖突及兼容性問題是影響計算機功能發揮的重要因素，在對計算機進行配置和管理的過程中，應該充分重視起來，對其進行預防和處理技術，從而確保計算機的正常運行。

作者：黃磊 單位：上海外高橋造船有限公司信息部

硬件技術論文:藍牙技術硬件實現探討論文

1藍牙的結構體系

藍牙協議棧的體系結構如圖1所示。它是由底層硬件模塊，中間層和高端應用層三大部分組成。

1.1藍牙的底層模塊

底層模塊是藍牙技術的核心模塊，所有嵌入藍牙技術的設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，實現數據流的過濾和傳輸；它主要定義了工作在此頻段的藍牙接收機應滿足的需求；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），負責跳頻和藍牙數據及信息幀的傳輸，且對所有類型的數據包提供了不同層次的前向糾錯碼FEC（FrequencyErrorCorrection）或循環沉余度差錯校驗CTC（CyclicRedundancyCheck）；LMP層負責兩個或多個設備鏈路的建立和拆除及鏈路的安全和控制，如鑒權和加密、控制和協商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的訪問入口；藍牙主機控制器接口HCI（HostCntrollerInterface）由基帶控制器、連接管理器、控制和事件寄存器等組成。它是藍牙協議中軟硬件之間的接口，提供了一個調用下層BB、LM、狀態和控制寄存器等硬件的統一命令，上、下兩個模塊接口之間的消息和數據的傳遞必須通過HCI的解釋才能進行。HCI層以上的協議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙設備來完成，二者之間通過傳輸層進行交互。

1.2中間協議層

中間協議層由邏輯鏈路控制與適配協議L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）、服務發現協議SDP（ServiceDiscoveryProtocol）、串口仿真協議或稱線纜替換協議（RFCOM）和二進制電話控制協議TCS（TelephonyControlprotocolSpectocol）組成。L2CAP是藍牙協議棧的核心組成部分，也是其它協議實現的基礎。它位于基帶之上，向上層提供面向連接和無連接的數據服務。它主要完成數據的拆裝、服務質量控制、協議的復用、分組的分割和重組（SegmentationAndReassembly）及組提取等功能。L2CAP允許高達64KB的數據分組。SDP是一個基于客戶/服務器結構的協議。它工作在L2CAP層之上，為上層應用程序提供一種機制來發現可用的服務及其屬性，而服務屬性包括服務的類型及該服務所需的機制或協議信息。RFCOMM是一個仿真有線鏈路的無線數據仿真協議，符合ETSI標準的TS07.10串口仿真協議。它在藍牙基帶上仿真RS-232的控制和數據信號，為原先使用串行連接的上層業務提供傳送能力。TCS是一個基于ITU-TQ.931建議的采用面向比特的協議，它定義了用于藍牙設備之間建立語音和數據呼叫的控制信令（CallControlSignalling），并負責處理藍廾設備組的移動管理過程。

1.3高端應用層

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

2藍牙硬件的實現

藍牙的技術規范除了包括協議部分外還包括藍牙的應用部分（即應用模型）。在實現藍牙的時候，一般是將藍牙分成兩部分來考慮，其一是軟件實現部分，它位于HCI的上面，包括藍牙協議棧上層的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及藍牙的一些應用；其二是硬件實現部分，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中標示出。下面討論藍牙硬件模塊的結構與性能。

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

（1）藍牙基帶控制器

藍牙基帶控制器是藍牙硬件模塊的關鍵模塊。它主要由鏈路控制序列發生器、可編程程序列發生器、內部語音處理器、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，實現藍牙基帶部分的所實時處理功能，包括負責對接收bit流進行符號定時提取的恢復；分組頭及凈荷的循環沉余度校驗（CRC）；分組頭及凈荷的前向糾錯碼（FEC）處理和發送處理；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（諸如數據路徑RAM客戶接口、微處理器接口、脈碼調制接口（PCM）等。

（2）無線收發器模塊

無線收發器是藍牙設備的核心，任何藍牙設備都要有無線收發器。它與用于廣播的普通無線收發器的不同之處在于體積小、功率小（目前生產的藍牙無線收發器的較大輸出功率只有100mW、2.5mW、1mW三種）。它由鎖相環、發送模塊和接收模塊等組成。發送部分包括一個倍頻器，且直接使用壓控振蕩器調制（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。無線收發器的主要功能是調制/解調、幀定時恢復和跳頻功能同時完成發送和接收操作。發送操作包括載波的產生、載波調制、功率控制及自動增益控制AGC；接收操作包括頻率調諧至正確的載波頻率及信號強度控制等。

（3）微處理器（CPU）

CPU負責藍牙比特流調制和解調所的所有比特級處理，且還負責控制收發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的運行空間，在作時把Flash中的軟件調用SRAM中。

（5）語音編/解碼器CODEC（CoderDecoder）

語音編/解碼器CODEC由ADC（數模轉換器）、模數轉換口（ADC）、數字接口、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）即連續可變斜率增量調制及對數PCM（PulseCodedModulation）即脈碼調制兩種編碼方式。

（6）藍牙測試模塊

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

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

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

3TR0700單芯片介紹

RT0700單芯片是Transilica公司的藍牙產品，其結構如圖3所示。它把無線收發器與基帶都集成到一塊CMOS芯片上，替代傳統的串行語音和通用串行接口電纜，為語音和數據業務提供無線連接。

3.1結構及工作原理

RT0700單芯片由收發器、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器（UART）、4KB的靜態隨機存儲器（SRAM）、64KB的Flash程序存儲器等組成。

收發器由低噪放大器（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低噪放大器（LNA）放大后，送至多級濾波器，多級濾波器具有預選擇功能，它把LAN的輸出信號限制在2.4GHz的ISM頻段內，去除負頻率成分，輸出適合進行下變頻處理的信號。I、Q混頻器把藍牙頻段的信號移頻至低中頻（IF）傳輸的調制信號。復合濾波器負責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從IF信號中取出藍牙低調制指數信號；發送器由發送濾波器、頻率合成器、功率放大器、振蕩器、天線等組成。其工作原理是：發送濾波器是一個高斯數字濾波器，它對發送環Tx輸入的數據進行數字過濾；振蕩器的功能是驅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，減少負載變化對合成器的影響；發送天線：當使用差分輸入的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藍牙協議棧。它具有一增強的指令集、二級數據指針、擴展的SRAM和雙UART。在TR0700中對一些重復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，這樣能降低處理器的開銷，有效地提高響應性能。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的外部中斷INT3等。RT0700的基帶操作有三種模式可供選擇：數據/地址、端口、測試。

3.2基本功能及應用

TR0700單芯片的基本功能是：具有10m的傳輸距離及1Mbps的數據速率；支持79跳系統及支持點到點、點到多點連接，既可以是主節點又可以是從節點；支持GAP、TCS、手機、intercom剖面和串行口等；支持Hold、Sniff和Park功率節省模式；對LC、LM、L2CAP、SDP、RECOMM等藍牙協議棧能實現；對于SCO鏈路支持HV1、HV2、HV3數據分組；對于ACL分組支持DM1、DM3、DM5、HD1、HD3、HD5和AUX1數據分組；具有用于測試和Flash內存升級的JTAG接口。TR0700單芯片的主要應用有：用于電信方面的峰房和無繩電話、調制解調器、手持設備、互聯設備、小型監視器；用于計算機方面有鍵盤、鼠標、控制桿、掃描儀、監視器、打印機、桌面、筆記本計算機等。用于消費類的PDA、耳機、監視系統、游戲控制器和數字相機等。

藍牙技術作為一個開放的無線應用標準，能通過無線連接方式將一定范圍內的固定或移動設備連接起來，使人們能夠更方面更快速地進行語音和數據的交換，這無疑將會成為未來無線通信領域的一個重要的研究方向。本文所描述的藍牙技術硬件實現模式分析，只是藍牙核心技術中的一小部分，隨著藍牙技術的不斷完善與產品的成功開發，可以肯定，藍牙技術將會逐漸進入我們的工作和生活，成為不可缺少的一部分。

摘要：介紹了藍牙技術的體系結構及特點，并結合Transilica公司生產的Onechip藍牙產品TR0700單芯片，分析了硬件實現模式。

關鍵詞：藍牙技術硬件實現鏈路管理與控制跳頻

硬件技術論文:EDA技術在計算機硬件設計的實踐

【摘要】科學技術的發展離不開計算機硬件的發展，EDA技術的發展為計算機硬件的設計提供了全新的解決思路，以一種高效、快速、便于調試的方式，提升了計算機硬件的發展水平。本文簡單介紹了EDA技術，并以UART的設計和實現為例，闡述了EDA技術在計算機硬件設計方面的應用。

【關鍵詞】計算機硬件設計；EDA技術；實踐分析

前言

電子設計從手工設計逐步走向了自動化設計，它的發展以EDA技術的發展為主要標志。EDA技術以計算機為操作工具，融合了近期的應用電子技術、計算機技術和智能化技術的成果，并且將設計人員從繁重且重復的勞動中解脫出來，使得電子產品的設計效率提升了。

1EDA技術概述

1.1EDA技術的基本內容

在沒有EDA技術的時代，計算機硬件的設計需要通過人工手動完成集成電路的設計、布線等工作。而隨著集成線路復雜程度的增加，基于手工的設計方式已經無法滿足工作需求。因而人們開始尋求一種更為高效的硬件設計方式。EDA技術的誕生，成功改變了這一情況。它以計算機為操作工具，讓學生可以在軟件平臺上，通過軟件化的設計方式來描述計算機硬件。由計算機代替人工完成邏輯編譯、優化、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]。

1.2一般設計流程

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

2基于EDA技術的計算機硬件設計的實踐探究

本文以可編程器件開發工具MAX+PLUSⅡ為開發平臺設計，它的運行速度快，界面統一，功能集中。同時該開發平臺具備十分完整的可編程邏輯設計環境，能夠完成從指標設計、輸入、編輯綜合處理、校驗直至編程下載的EDA設計的全過程。設計者可以按工作流程選用工作模塊。適用于多平臺操作，是一種理想的開發平臺。本部分就計算機的基本硬件之一通用異步收發傳輸器基于EDA技術的設計實現進行了簡要的闡述。

2.1UART的基本介紹

通用異步收發器（UART），是計算機中不可缺少的組成部分，它是一種短距離串行傳輸接口。能夠作為微機與下位機的通訊串口，來實現有效通訊。根據當前的計算機運行機制，需要進行數據的交換和傳輸。但是并行數據并不能夠直接發送到調至解調器中，而必須要經過異步傳輸才能夠解決。UART就是此過程的必要部件。它將信息有序的發送到調制解調器中，實現計算機的正常運轉。

2.2硬件設計

在進行硬件設計時，考慮各項功能模塊的調試工作，設置了三個按鍵輸入來實現UART的復位、接收和發送數據功能的啟動。整體硬件結構如圖2所示。

2.3模塊設計

（1）基本設計思路UART在工作中主要涉及兩個過程，發生和接收。在設計時，考慮模塊化的方式來進行設計。發生的過程即并行數據的準備階段，UART按照既定的格式，將信號進行轉換。在此過程中涉及到關鍵的時鐘信號。需要通過波特率發生器來產生與本地系統同步的時鐘信號。而接收的過程，就是在信號轉換成RXD串行信號后，轉換成調制解調器需要的并行數據信號。在整個進程中，由于本地時鐘信號與UART的時鐘信號會產生一定的延遲和誤差。當這種誤差產生持續性的積累時，會產生接收偏差。使得UARD的功能不能夠被順利的實現。因此，在進行設計時，需要采用一個遠遠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接收和發生不會出現步調不一致。（2）奇偶校驗位發生器模塊設計奇偶校驗是一種校驗代碼傳輸正確性的方法，以保障串行數據的性。在基于EDA技術進行UART奇偶校驗位發生器設計需要考慮幾個關鍵點。一是該模塊能夠執行奇偶校驗規則，正確的選擇數據。從而實現系統既定二進制數據與輸入的串行數據校驗位的合理比較。驗證輸入的正確性。二是該模塊必須要滿足計算機功能的持續拓展性。在計算機工作中，會產生不確定的并行校驗位的增加。那么該模塊應該能在后續定義的規則基礎上進行校驗位的添加。對已經設計完成的奇偶校驗位發生器模塊采用EDA的工具mod-elsim12.0進行功能的仿真，對仿真結果進行詳細的分析，以確保所有期望的功能都已經實現，對于發生問題的地方及時進行修訂。（3）波特率發生器模塊設計此模塊的主要功能就是能夠根據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。對于波特率發生器的系數一般在現場可編程門陣列實現時基本上是固定的，但是當實現出現變化時，波特發生器的系數就要發生改變。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，需要加上相應的接口來實現波特率的變動。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UART專用芯片的波特率的改變。那么就不需要通過后續的接口添加來改變系數，也就減少了設計和調試的難度。該發生器的分頻時鐘與波特時鐘的頻率比設置為16:1.那么信號采樣的性就會增高，使接收和發生保持在同一步調上[2]。（4）頂層模塊設計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生與其他模塊的通訊和連接。若通用異步收發器的波特率為9600bit/s，分頻因子則為9600*16*2。運用EDA仿真軟件，在進行發送功能仿真時將能夠得到相應的仿真結果。對該模塊的仿真結果進行詳細分析的時候可以發現，等待發送的數據在接觸發生信號后，其串行信號發生了改變，由01010101001010101[3]。利用EDA技術進行UART的實際，能夠實現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行分別和整體的仿真校驗，解決了計算機硬件設計問題發現晚的劣勢，能夠在設計的過程中及時調整設計方案。

3結束語

EDA技術是計算機硬件設計向軟件化轉變的重要標志，它為計算機硬件設計提供了全新的思路。這種設計方式使得計算機的硬件設計具備可視性、直觀性，且可以在設計過程中進行實時的控制和調整，解決了復雜電路設計問題發現滯后的問題。

作者：景帆 單位：中煤科工集團西安研究院有限公司

硬件技術論文:計算機硬件組裝與維護技術分析

摘要：當前隨著計算機網絡技術的普及與發展，計算機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，一旦計算機的硬件或是軟件系統出現問題，將不可避免地給人們帶來一定的損失。因此，掌握一定的計算機軟件、硬件組裝和維護技術，提升計算機保養技能對于普通用戶來說是非常重要的。筆者基于現實的角度詳細介紹了計算機硬件和軟件的組裝技術，并對一些常見的軟、硬件維護和保養問題進行了相關探討，希望能為計算機用戶提供一定的幫助。

關鍵詞：計算機硬件；維護；組裝

1引言

計算機是人們日常生活中接收和處理信息中應用到的常用工具，且計算機在推動人類第三次工業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的普及，計算機幾乎成了人類生產和生活中的必需品。計算機主要由硬件系統和軟件系統兩部分組成，在使用的過程中難免會出現一些硬件問題或是系統問題，因此，掌握基本的計算機組裝和維護技術，不但可以較大限度保護數據安全、延長計算機的使用年限，還可以節省下一大筆維護資金。本文以此為基本出發點詳細論述了計算機硬件組裝技術，并針對計算機系統常見的幾種故障問題提出了自己的看法。

2計算機硬件系統組裝技術概述

計算機系統是網絡信息技術支撐下的技術設備，其硬件系統是支持計算運行的核心。計算機硬件系統是一個由機箱、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雜系統，主要根據電子及電子元件工作原理、計算機系統的工作步驟以及系統操作規程將這些硬件系統有機組合在一個空間內，保障各個物理硬件裝置之間協同工作，從而達到獲取、處理、輸入及輸出信息的功能。計算機硬件系統的組裝是其他維護技術的前提和保障，只有了解了計算機硬件系統的基本組裝技術才能在計算機硬件系統的維護過程中做到游刃有余，從而保障計算機系統的正常運行。

3計算機硬件系統組裝的具體步驟

計算機硬件系統的組裝對于初學者來說是一個頗為復雜的工程，其涉及諸多物理設備的安裝和調試，并需要嚴格遵循一定的操作規程進行組裝，在本章節中將計算機硬件系統的組裝過程分為以下三個過程。首先是主機箱的安裝。首先打開主機箱，利用改錐和螺絲將計算機主板固定在機箱上，根據螺絲孔的大小和深淺準備相應型號和數量的螺絲。同時安裝過程中要確保螺絲的固定質量，防止出現松動的情況。固定好計算機主板后下一步是要安裝電源系統，通常情況下機箱內的電源插口位于機箱左上方，固定好四顆螺絲，同時保障電源的排風扇是朝機箱外面的目的是保障散熱質量。接下來就是安裝CPU，CPU作為計算機系統中的核心部件往往做工非常精細，針腳部位非常脆弱，在外部應力作用下極易損壞。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，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熱量較大，必須在CPU上安裝散熱風扇，同時建議在CPU和排風扇之間涂抹散熱硅膠，然后再固定風扇上的螺絲或是掛鉤。環節是要連接風扇的電源接口與主板上相應的接口，在保障銜接質量的同時避免連接線路對其他設備的安裝造成影響。其次是內存的安裝。計算機系統中的內存分為運行內存和存儲內存兩個板塊。其中運行內存為條狀的集成電路板，需要將其插入計算機主板上相應的插槽內，目前市面上主要有2G、4G、8G和16G幾種容量的內存條，用戶可以根據自身的需要選擇合適容量的運行內存進行組裝。同時為了保障內存的安裝質量在插槽設計期間在兩邊設計了掛鉤，起到穩定內存條的目的。安裝過程中將內存條與插槽的邊緣對齊，調整好方位后用兩個手指按住內存條的兩側將其同步安插在插槽內，兩側同時聽見“咔噠”的聲響同時掛鉤卡住內存條的兩側邊緣時即為安裝成功。通常情況下主板上設置有四個內存條卡槽，有的機型則為兩個，實際應用時可以根據個人需求或是實際情況安裝多條內存條，計算機的總運行內存為單個內存條容量之和。在這里需要強調的是當出現四個內存條卡槽時不可以安裝三條內存條，且當安裝兩條內存條時需要采取間隔一個卡槽位置安裝的形式，這是由運行內存的設計原理所決定的。存儲內存俗稱硬盤，是驅動計算機運行的重要設備，安裝時需要將其固定在機箱的前端，用螺絲將其固定好之后將引線安插在主板上指定的位置，電源線連接在主機電源上，確保計算機可以更好讀取硬盤數據。是計算機顯卡以及控制線的安裝。顯卡又被稱為顯示適配器，是電腦進行數模信號轉換的主要設備，也是計算機硬件系統中的重要組成元素之一。通常在計算機主板上預留有顯卡安裝插槽，安裝時將顯卡對準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，一些機型的主板集成顯卡、聲卡和網卡，即在制作主板的過程中已將這些硬件設備安裝在了主板上，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，由于大部分的機箱控制按鈕如電源鍵、重啟鍵以及顯示燈等都分布在機箱上的顯著位置，因此，首先要確定主板上的對應接口，并注意正負極，選用合適的控制線將這些按鈕和顯示燈與主板上對應的插口連接起來，同時盡可能注意線路的布局，避免內部線路混亂，從而為后期使用過程中維護和更換硬件降低難度。在機箱內部部件安裝完成后，安裝好機箱蓋，連接好機箱外部的其他設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、音響、光驅等，接通電源并開機，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。

4計算機硬件系統的日常維護技術分析

4.1硬盤的維護

計算機硬盤是硬件系統中的重要組成部分，同時也是用戶數據最主要的存儲設備，硬盤一旦出現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境必須干凈、清潔，污染物附著在主軸電機內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，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，在外力震蕩作用下易造成磁頭和盤面的碰撞，進而造成存儲設備的損壞。，在硬盤的日常使用過程中要注意采取一些必要的維護手段，包括及時清理硬盤內的垃圾，定期對硬盤進行病毒及惡意軟件檢測，以及存放系統文件的分區內盡量少放其他文件，等等。

4.2CPU的維護

CPU是計算機系統內主要的信息交互和數據處理設備，運行時間過長和過短都會對CPU系統帶來致命的破壞作用，若CPU出現故障，將很有可能導致正在運行中軟件損壞和處理數據丟失，因此，在合理控制計算機工作時間的同時，要定期檢查散熱器的工作狀態，并做好散熱器的除塵清潔工作，保障散熱器的正常運行。同時在工作中要盡量避免強制關機，在CPU出現故障時要首先檢查散熱器的工作狀態，然后在斷電的狀態下更換CPU。另外，一定要避免CPU長時間高溫作業，確保外部環境的干凈和涼爽，減輕散熱器的工作壓力。

4.3內存的維護

內存條是計算機硬件系統中的重要設備，同時也是較易發生故障的設備，如果在使用過程中發現計算機顯示屏無法正常顯示，或是出現錯誤提示，且機箱內伴隨異響，可以初步判斷為內存故障。這時斷電打開主機機箱，首先查看內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存的故障（注意不可一次性全部插拔，只移動部分內存條即可），然后接通電源重新啟動觀察計算機是否可以正常運轉。如果插拔法無效，則需要更換內存，如果更換新的內存條后計算機還是不能正常啟動，則初步判斷為卡槽故障或是計算機主板故障，需要交由專業的維修人員進行進一步的故障檢測。

5結語

總之，計算機是人們生活與工作中非常重要的設備，逐漸成為人們的生活必需品，熟練掌握計算機硬件組裝以及維護方法是保障計算機運行的重要措施，根據對計算機硬件的詳細了解，更好維護計算機。

作者：張宏 單位：呼倫貝爾職業技術學院

硬件技術論文:計算機硬件技術的構成與作用

摘要：隨著人類社會的快速發展，計算機網絡時代是不可逆轉的趨勢，在應用計算機過程中，能夠給人們提供諸多便利。計算機是以軟件和硬件技術為依托的，通過對相關技術的了解，有助于促進我國計算機技術的發展。但是，在計算機技術更新換代速度極快的今天，對硬件技術的完善有更高的要求。本文主要從計算機硬件的構成、作用及其相關技術視角出發，做進一步的思考。

關鍵詞：計算機；硬件技術；思考

前言

硬件是計算機的重要組成部分，而硬件技術的發展決定著計算機系統的技術水準與完善水平，對國內計算機網絡行業發展產生重要影響。在計算機的硬件組成看，運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備是主要構件，在計算機運行過程中，發揮其獨特的作用。通過對計算機硬件技術的發展與完善，其技術水平得到明顯的提高。在學習計算機硬件技術知識內容后，我能夠對該技術有著進一步的了解和認識，并進行深入的思考。

1計算機硬件的構成及作用

軟件設施、硬件設施是構成計算機的重要部分，以硬件為例，其構成也相對較為復雜，對計算機的有效運行發揮著重要作用。首先，運算器，能夠對計算機數據信息進行加工與處理，借助控制器，可以與存儲器之間相互轉換數據信息。這是CPU的重要部件，對數據計算發揮著重要影響，也是決定計算機運行效率的關鍵。其次，控制器，相當于計算機系統的控制指揮中心，與運算器共同組成中央處理器，可分析系列指令，并根據指令而發出控制命令信號，促進計算機各部件的協調工作。可見，控制器如同人體的大腦或中樞神經系統，對計算機的正常運行發揮重要作用。再次，存儲器，相當于記憶裝置，能夠對用戶的保存信息讀取。通常，存儲器是由主存、輔存兩部分組成，計算機運行的程序和數據信息內容大多在主存儲器中存儲。，輸入和輸出設備，是實現計算機與人交互的重要部件［1］。

2計算機硬件技術分析

2．1開發技術：當前，開發技術主要表現在嵌入式硬件平臺開發方面。該平臺為嵌入式微芯片提供工作場所，借助處理器和系統外圍設備，使其能夠正常運作。對于嵌入式的計算機硬件，由嵌入式處理器、控制器、數字信號處理器等組成，可將計算機硬件的工作效率提升層次。其中嵌入式控制器發揮重要作用，其在單片機的內部芯片中具有諸多功能，如集成總線、脈寬調制輸出等，不僅能夠降低控制器的成本，而且其體積下，有利于計算機朝著為控制的方向發展。在計算機開發技術水平提高中，相關技術人員應加強對數字信號處理器的開發力度，縮小其體積，同時也加強其工作能力，達到提升計算機硬件整體性能的目的［2］。

2．2加速技術：近年來，計算機硬件加速技術得到廣泛的應用，能夠提高計算機的處理速度。加速技術主要有：Huffman算法、XML、像素光照計算、CUDA等硬件加速技術，利用硬件模塊代替軟件算法，能夠發揮影響速度快的優勢，對數據信息內容進行快速處理，達到提高計算機工作效率的目的。計算機硬件加速技術研究中，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，使其能夠運行其他程序。就我國計算機的發展趨勢看，硬件加速技術是計算機硬件技術未來發展的重要方向，技術人員能夠在該方面有著突破性進展，有利的促進我國計算機技術的發展進程［3］。

2．3硬件存儲技術：從存儲技術看，是計算機得以在社會眾多行業領域中有著廣泛應用的重要技術支持，伴隨計算機技術水平的提高，存儲技術也逐漸實現突破。目前，常見的計算機硬件存儲技術主要包括：首先，DAS技術，其存儲設備在連接裝置的作用下，可以直接連接計算機，具有操作簡單、成本低廉、性能良好的優勢和安全性低、擴展性差的劣勢。其次，NAS技術，這是專門為網絡數據的存儲而開發和研究的新型服務器，具有獨立的PC服務器，盡管其擴展性能良好，但數據傳輸速度并未達到理想標準，而且在使用過程中，單點故障相對較多，對計算機正常運行有影響。，SAN技術，可以形成存儲網絡，其擴展能力較強，而且數據信息的傳輸速度十分快，但應用該技術的成本相對較高，且對技術水平的要求更高。

2．4故障診斷技術：在計算機硬件運行中，可能發揮故障，相關人員應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，可設置自動診斷的程序，只需要在數據生成系統、診斷控制系統的條件下，方可實現。在此過程中，相關人員構建故障模型，進行硬件數據測試，并輸入精準的數據，在計算機硬件內部創造“詞典”，在計算機硬件發生故障時，則啟動自動診斷程序，針對相關數據而形成一份初步診斷報告，供技術人員參考。隨著科學技術水平的飛躍發展，計算機體積越來越小，但其構件越趨復雜多樣，增加故障診斷難度，通過發展故障診斷技術，可以提高計算機硬件故障診斷工作的效率，這對計算機技術的發展有利［4］。

2．5運行維護技術：運行維護技術是計算機硬件技術的重要組成部分，通過有效開展計算機的維護工作，能夠使計算機處于正常運行的狀態。就計算機硬件的元件看，主板、顯卡、內存、硬盤比較容易出現故障，一旦故障產生，則影響計算機的運行，因而用戶應定期檢測故障，對硬件部件開展必要的檢查、保養工作，可延長計算機硬件的使用壽命。例如，對于風扇部件，應定期對其進行清潔，避免灰塵積累過多而影響風扇的轉速。另外，機主還應定期檢查內存及做好殺毒工作，為計算機硬件設施提供有利的運行環境。

結論

現階段，我國計算機硬件技術水平不斷提高，有力的推動著計算機事業的發展進程。我學習計算機硬件技術知識的過程中，能夠對計算機硬件技術有更多的理解，有助于為我以后學習計算機知識內容奠定基礎。國內的計算機技術研究道路上，必將以硬件技術知識為依托，從而加大技術研發力度，為國內計算機硬件技術的可持續發展進程創造有利的條件。該技術未來發展中，開發技術、加速技術、存儲技術、故障診斷技術、運行維護技術也將占據主導地位和發揮導向作用。

作者：方可 單位：湖北咸寧市鄂南高中二（8）班

硬件技術論文:網絡通訊技術硬件故障分析

摘要：隨著我國社會科技的不斷進步，計算機網絡通訊技術的不斷發展，推動了我國經濟的整體發展，為我國可持續發展提供了技術上的支持與保障。本文通過對計算機網絡通訊過程中硬件方面常遇到的故障問題、日常的維護工作，進行詳細的分析，并研究出合理有效的處理辦法，以使得計算機網絡通訊技術能夠得到良好平穩安全的硬件保障環境。為計算機網絡通訊技術的發展提供了基礎條件。

關鍵詞：計算機；網絡通訊；硬件故障；處理辦法

0引言

隨著社會的不斷發展，計算機網絡通訊已與人們的生活息息相關，為人們帶來了很大的便捷，對計算機的技術的應用越來越廣泛，提升了用戶的生活質量，推動了我國社會經濟的快速發展，然而，在計算機網絡通信的過程中也出現了很多的故障，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生、檢測、處理進行詳細的分析，針對故障產生的具體原因給出相對應的處理辦法，不斷提高我國計算機網絡通訊技術的水平，保障計算機網絡通訊的正常運行，為人們提供更加完善的生活質量。

1計算機存在的網絡故障

1.1硬件故障計算機網絡運行中端口常常出現問題，計算機的端口在使用的時候沒有仔細的經過檢查，端口和插頭有灰塵、污垢、不干凈，就可能引起計算機網絡通訊的故障。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。人們沒有經過認真的核對，在購買插頭時的尺寸不合適，質量不過關，都會降低端口的使用性能，而對于處在室外的端口，經常遭受風吹雨淋、陽光的暴曬，這些都會造成端口不能正常的工作，從而引發計算機網絡通訊的故障發生。還有就是由于供電問題引起的故障，例如電線的老化、電壓不穩定、還有偶然的自然災害，這些情況都會造成計算機網絡通訊故障。在日常使用中沒有使用專門獨立的電源、沒有安裝電壓穩定器、沒有安裝避雷針等設備，造成計算機網絡無法正常的運行。計算機中每個模塊都有一個連接點，而這個連接點是放置交換機背板的地方。在電路處在潮濕的環境時，就會出現短路和漏電的狀況，如果電路板處在高溫或雷擊的環境下，就會造成元器件的損壞，交換機的電線出現問題，致使計算機不能正常的工作。交換機背板經常出現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網絡通訊硬件故障[1]。

1.2軟件故障軟件故障又叫做邏輯故障，在計算機網絡通訊的實際應用中，例如網頁無法正常打開、網速緩慢或時常的斷斷續續、計算機中病毒等情況時有發生，這些都使得計算機網絡通訊無法正常運行。由于目前的計算機種類繁多，相對復雜，交換器配置等不盡相同，操作人員由于不熟悉計算機的系統，交換器CPU等配置與計算機不匹配，從而導致網絡不能正常通信。若計算機主機出現安全問題，網絡的IP地址出現混亂，致使網絡通信線路的中斷，另外網線出現問題和網速緩慢也可能與網卡有關。

1.3其他故障對于計算機網絡通訊來說，根據其覆蓋范圍劃分，出現的網絡故障有廣域網連接故障、局域網連接故障、網段內故障及小范圍故障。根據其不同網絡技術TCP/TP協議的層次分為網絡接入層故障、網絡層故障、傳輸層故障和應用層故障。或是因為計算機網絡的安全性遭到破壞，一些不法分子借機盜取機密文件資料，蓄意破壞網絡系統，制造病毒等非法手段來破壞計算機網絡通訊的正常使用[2]。

2計算機硬件故障的檢測

2.1計算機供電的故障檢測當計算機不能正常使用時，首先要對計算機的供電問題進行檢測，包括電力是否正常供應、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，而造成的技術人員工作量增大，工作時間增加帶來的損失。2.2計算機顯卡與內存的故障檢測如果不是由于電力問題引起的計算機故障，那么導致這一問題的主要原因可能就是顯卡和內存發生故障。在顯卡和內存質量沒有問題的前提下，如果計算機長期的處于工作狀態，就會引起顯卡和內存出現松動或者附著污垢的情況，那么就不能保障計算機的正常使用，要將顯卡和內存都取出，經過處理之后再使用，解決由于計算機顯卡和內存引起的故障問題，以保障計算機網絡通訊的正常運行[3]。2.3計算機外接設備的故障檢測若計算機的電力供應和顯卡內存都沒有出現問題，那么導致計算機硬件故障的產生就可能是外接設備產生問題，檢查計算機所連接的外接設備，是否能夠正常使用，如若不能要進行及時的維修、更換，以保障計算機硬件故障不是因其而引起的。2.4計算機服務器的故障檢測如果計算機的電源、顯卡和內存、外接設備都沒有出現問題，那么就要對計算機的服務器進行檢測，但是計算機的服務器就沒有像電源之類的硬件問題檢測那么方便、簡單，要對服務器實施專業化的系統檢測，就檢測過程中的相關數據進行整理和分析，除了要使用檢測儀器之外，也可以使用元器件的方法進行檢測。2.5計算機網絡的故障檢測在通常情況下，計算機無法正常的登錄網頁，網站的刷新速度緩慢，都是由網線出現的問題所引起的，先查看計算機網絡網口的連接是否正確，如若沒有問題，那么就說明是由于網絡線路出現問題，要及時對網線線路進行檢測、維修，不定期的更換網絡線路[4]。

3計算機硬件故障的處理辦法

3.1計算機機房的維護為了計算機硬件的正常運行，就要針對計算機機房進行定期的檢查，確保計算機處在一個溫度、濕度都相對穩定安全的環境下，排除因電磁場產生的靜電磁電對計算機的運行造成干擾，致使計算機存儲設備的失靈，磁盤驅動的無法使用，計算機內的信息就會泄露丟失。為了避免這一故障的發生，就必須對計算機的運行狀態，進行實時的監控、掌握，有針對性的對這一故障的發生采取有效的處理辦法，避免因計算機機房的問題引發計算機網絡通訊的中斷。

3.2計算機服務器的維護服務器對于計算機的正常運行起著不可忽視的作用，要對計算機服務器進行定期的維護、保養，以確保計算機服務器處于高效運轉的狀態，能夠提升計算機服務器的運作質量，延長服務器的使用壽命。但對計算機服務器的維護的同時時，要注意技術操作一定要無誤，這是為了避免因對計算機服務器維護而對計算機的正常運行造成負面影響，可以利用計算機網卡冗余技術，以保障計算機服務器的維護不會對計算機產生負面的影響。

3.3計算機網絡的維護計算機網絡的線路要進行合理科學的安排規整，安裝網絡線路的線槽，要確保線槽的質量過關，不僅堅固而且經久耐用，以確保網絡信息的正常傳輸。要重視線路的布局，提高網絡線路的抗干擾性，使用專門獨立的供電系統，防止因電壓不穩而導致的計算機網絡通訊無法正常的運行。特別是垂直布線和水平布線要同時進行，保障網線的數量充足，以避免出現緊急情況，進而影響計算機網絡通訊的正常使用。

3.4提升維護人員的工作質量計算機維護人員一定要按照使用手冊的說明來定期的檢查計算機的硬件設備，如電腦顯示器、交換機、網絡線路、顯卡和內存、路由器等，做好其日常保養和維護的工作。例如，在進行顯示器的維護時，要保持其溫度、濕度在安全穩定的情況下，顯示器的顯示屏要保持干凈，避免外力的撞擊，在保養鍵盤時，要不定期的進行清潔，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。在進行計算機主板的保養時，要定期清掃，更換CPU散熱器，控制主板運行溫度。系統維護人員也要定期的檢查網絡通訊方面的安全問題，保障系統始終處于加密狀態，嚴格按照國家規定要求開展網絡通信的建設工作，關注計算機防水與防火方面的安全工作，改善計算機的硬件環境，確保計算機網絡通訊系統正常的運行。

4結束語

計算機網絡通訊技術以得到各行各業的普及，已成為人們日常生活中必不可少的重要組成部分，為人們的工作、學習、生活帶來了便捷，但隨之而來的還有計算機網絡通訊在使用的過程中存在的問題，本文就針對計算機通訊出現的硬件故障、軟件故障和其他故障中的硬件故障進行詳細的分析，從而得出計算機的供電故障、計算機的顯卡與內存故障、計算機的外接設備故障、計算機的服務器故障、計算機的網路故障等常見問題，通過對計算機管理人員工作質量的提升，建立健全計算機管理機制，來實現對計算機機房、計算機服務器、計算機網絡等情況的日常維護，確保計算機網絡通訊硬件設備的完好，及時的消除安全隱患，使得計算機網絡通訊處于一個正常、穩定的工作環境，保障人們的日常生活不受影響，進而推動了我國計算機網絡通訊領域的可持續發展。

作者：曾帥 單位：大慶油田采油工程研究院

硬件技術論文:VOIP語音網關的硬件實現關鍵技術分析

摘要：voip語音網關在傳統的電話交換 網絡 和ip網之間架起了一座橋梁，大大加快了voip的普及和 發展 腳步，有很好的商業價值。對于voip語音網關的功能進行了詳細的介紹，然后對語音網關各個組成器件的型號，功能特性，使用方法，硬件結構，接口方式等進行分析。

關鍵詞：voip；終端設備；語音網關

1　voip語音網關概述

1.1　voip語音網關的功能簡介

通信網中有兩種格局一種是復雜的網絡配以簡單的終端；一種是簡單的網絡配以復雜的終端。在傳統的電話交換網中我們一直采取了前一種方式，即用功能完備的交換機提供了復雜的功能實現從而使終端一電話達到了簡易。在ip網中，我們會發現，使用了后一種策略，即統一簡單的ip網絡配以各個功能復雜、處理能力強的終端。基于嵌入式系統的語音網關，集成了電話和 計算 機技術為一體，實現了語音的數模轉換；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的相關信令等功能。

1.2　voip語音網關的功能設計

這里開發的語音網關提供了4個模擬語音接口，可以連接電話機或傳真。該語音網關還提供一個以太網(ether-net)接口以接人ip網絡，以提供實時的高質量的基于ip網絡傳輸的語音服務。使用本網關，用戶可以利用現有的普通電話機以極低的費用撥打本地，國內和國際電話； 企業 級用戶也可利用本網關實現在internet上的免費通話。該語音網關使用多種語音壓縮技術，使得在保障語音傳輸質量的同時，只需占用用戶較少的帶寬。

1.3　voip語音網關的結構設計

在硬件功能模塊的具體設計中，為了使設計合理，確保測量的精度，以獲得的設計效果，應該注意以下幾個設計原則；(1)用近期或是功能更完善的芯片，功能強的芯片使系統的精度和性得到了保障。(2)電路設計上應該留有余地，以考慮將來擴展和修改的需要，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據。處理的模式或算法，就可以大幅度地提高系統的功能。(3)以軟件代硬件。(4)選用hcmos工藝的芯片，目的是降低功耗。(5)仔細講究布局布線。

2　voip語音網關的硬件實現技術分析

2.1　arm處理器$3c4510b

arm具有經驗豐富的技術和優越的產品性能。由于arm技術方案架構具備低功耗、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是世界上應用最為普遍的微處理器結構。芯片s3c4510b各功能模塊除了armttdmi核以外。s3c4510b比較重要的片內外圍功能模塊包括：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的應用。(2)hdlchigh-level data link control)高層數據鏈路協議。(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位的串行數據發送和接收。(4)pll電路。外部時鐘可由片內pll倍頻以提高系統時鐘，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內核概述及特殊功能寄存器(special registers)。

2.2　系統時鐘電路

s3c4510b的系統時鐘由有源晶振10mhz提供，經s3ca510b內部分頻得到50mhz的時鐘作為本開發板cpu的內部時鐘。片內的pll電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此。系統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以太網接口電路

該部分的接口電路是語音網關與ip網的接口通道，是語音網關呼叫信令的收發，語音的傳送接收的“關口”。此外，在網關的開發調試階段，也用于在交叉編譯環境中將用戶程序從網口傳送到目標機(語音網關)上，方便程序的編譯，減少工作量。以太網接口電路由s3c4510b的相關電路，物理層芯片，網口變壓器，網口rj45組成。

作為一款的網絡控制器，s3c4510b內嵌一個ethernet控制器，s3c4510b的以太網控制器工作于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／沖突檢測協議(csma/cd)。全雙工模式下，支持ieee 802.3 mac層控制協議。以太網控制器的mac層支持媒體無關接口(mii，media inde-pendent interface)及帶有緩沖dma的接口(bdi)。mac層自帶有收、發模塊，流控制模塊、用于存儲網絡地址的匹配地址存儲器(content address memory，cam)以及一些命令寄存器、狀態寄存器、錯誤計數器寄存器構成。

2.4　串行接口電路

串口，簡單地說，就是串行收發數據的接口，串口通信是一種異步通信方式，負責異步串行收發數據的模塊叫uart(universal asynchronous receiver/transmitter)，rs232-c標準采用的接口是九芯或25芯的d型插頭實現基本的串行通信功能，實際上只需要rxd。txd，gnd但由于rs-232-c標準所定義的高低電平與s3ca510b系統的lvttl電路所定義的高低電平信號不同，lvttl的標準邏輯“1”對應2v--3v電平，標準邏輯“0”對應0-0.4v電平，而rs-232-c標準采用負邏輯方式，標準邏輯“1”對應-5－-15v電平，標準邏輯“0”對應+5v-+15v電平。顯然，兩者間要進行通信必須經過信號電平的轉換，目前常使用的電平轉換電路為max323。

2.5　電源電路

在該系統中，需要使用sv和3.3v的直流穩壓電源，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轉換器可以完成sv到3.3v的轉換，這里選用的是lm1117—3.3。

2.6　復位電路

在系統中，復位電路主要完成系統的上電復位和系統在運行時用戶的按鍵復位功能。復位電路可由簡單的rc電路構成，也可使用其他的相對較復雜，但功能更完善的電路。

2.7　jtag接口電路

jtag(joint test action group，聯合測試行動小組)是一種國際標準測試協議，主要用于芯片內部測試及對系統進行仿真，調試，jtag技術是一種嵌入式調試技術，它在芯片內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測試工具對內部節點進行測試。目前大多數的比較復雜的器件都支持jtag協議。如arm，dsp，fpga器件等標準的jtag接口是4線itms,tck，td工，tdo，分別為測試模式選擇，測試時鐘，測試數據輸入和測試數據輸出。jtag測試允許多個器件通過jtag接口串聯在一起，形成一個jtag鏈，能實現對個器件的分別測試。通過jtag接口，可以對芯片內部的所有部件進行訪問，因而是開發調試嵌入式系統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

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芯片構成。該部分提供了普通電話的接口及相關的信令并將用戶的語音等模擬語音信號編解碼。是語音網關實現其功能的最重要部分。

3　結語

voip技術 發展 到今天，已經比較成熟。本文系統介紹了語音網關的相關技術，各個硬件的組成，以及相關的設計。

硬件技術論文:回路硬件仿真技術在直升機控制系統中的應用

軟、硬件的并行開發方法可以加快設計進程，但在系統整合時常常出現很多問題，而硬件回路仿真能有效解決這些問題，采用該技術可以在開發周期初完成嵌入式軟件仿真。本文以hil技術在實驗性動態直升機系統用嵌入式控制軟件中的應用為例闡述該技術的應用特點和方法。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖1:直升機前視圖和側視圖。">

設計工程師一直在努力縮短新產品開發周期，而軟硬件并行開發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小組參與，這些小組的工作相互間獨立、并行地進行。當原型硬件和嵌入式代碼的主要部分實現后，就可以在系統整合階段將硬件與軟件合并起來并開始測試工作。

在系統整合時經常會發生嚴重的問題，有些問題甚至會導致軟件或硬件的重新設計。在問題成堆發生、成本持續升高或計劃拖延太久的情況下，有可能中斷設計項目，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。該技術能確保在開發周期早期就完成嵌入式軟件的測試。到系統整合階段開始時，嵌入式軟件測試就要比傳統方法做得更徹底更。這樣可以及早地發現問題，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項目。該項目的目標是開發和測試實驗性動態“直升機”系統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計和測試。

隨后的實際系統硬件與運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的少量調整，這是由于實際系統硬件與其仿真模型之間畢竟存在差異。

直升機系統

本項目需要開發適合quanser 3自由度(3dof)直升機的控制器軟件。這是一個桌面電磁系統，內含由兩個獨立電子馬達控制的3個旋轉軸，每個軸驅動一個推進器。圖1是直升機系統及其運動軸的框圖。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖2:直升機控制系統。">

假設傾斜軸的傾角接近零度，在對兩個馬達施加相同的高電壓后直升機會垂直向上攀升。對兩個馬達施加不同的電壓會使直升機繞傾斜軸旋轉。為了使直升機向前移動，首先需要將直升機傾斜到一個非零角度，然后對兩個馬達同時施加適當的電壓來產生向前的推力。

如圖2所示，系統采用的控制計算機具有3個位置編碼器輸入信號、兩個馬達電壓輸出信號，以及用于模式選擇與操縱桿控制的用戶輸入信號。控制計算機通過專門設計的接口卡接收位置編碼器輸入信號，同時產生模擬輸出電壓，并通過數模轉換器(dac)驅動那兩個馬達。為了提供足夠大的馬達工作電流，dac的輸出需要連接到隨后的功率放大器進行放大。

位置編碼器會隨時監測每個軸的運動，這些編碼器通過光學原理感知旋轉運動并產生數字化的角度位置數值。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值進行量化。每個編碼器的輸出信號由兩個ttl電平組成，即phase a和phase b，當對應軸反轉時輸出信號就在這兩個高低電平之間來回切換。根據這兩個信號之間的相位差可以判斷每個軸的運動方向，如圖3所示。脈沖頻率正比于每個軸的旋轉速率。

直升機控制器的性能指標滿足要在一定時間內將前進和上升軸移動到任意一個指定位置，時間一般應控制在10秒以內。此外，直升機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。">

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

空模式:

當從關閉模式轉變到該模式時，要給馬達上電，并控制所有軸到零位置。如果從其它模式轉變到空模式，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軸在系統啟動位置，而推進組件被抬舉到上升方向的水平位置，如圖1所示。

隨機模式:

在10秒時間間隔內為前進和上升軸位移命令產生預定義范圍內的一個新隨機值，然后由控制器軟件將直升機移動到相應的位置。

自動駕駛模式:

在這種模式下，由操縱桿產生控制器所需的上升和水平行進命令。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，操縱桿直接產生馬達驅動用的電壓和與電壓差。操縱桿前后動作控制兩個馬達電壓的和，左右運動控制兩個馬達電壓的差。在這種模式下系統特別難以控制，如果任何軸的運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，在進入該模式后的幾秒鐘內可能產生違反限制的問題。

在確定系統功能和性能要求后，可以進行控制器軟件的開發和測試。而仿真技術的應用可以加快直升機控制器軟件的開發和測試速度。

項目規范

為了對嵌入式軟件進行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來說，這只是整個系統的一小部分，可以在早期開發階段實現組合。可以創建一個直升機硬件及其與外部環境交互的仿真，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仿真就如同實際系統一樣工作。

在復雜的嵌入式產品開發早期，經常需要仿真一個完整系統在預期環境中的運行。這種利用動態系統仿真工具，如simulink開發的仿真系統通常不是實時的，但可以作為hil仿真的基礎。某些時候需要對這些仿真系統中包含的模型進行簡化和優化，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。

復雜系統仿真需要用到許多高級的數學算法，但可以采用專門的軟件工具來簡化任務：simulink是matlab的一個附件，它可以用來提供以框圖為主的圖形環境下的動態系統仿真。用simulink進行仿真的方法是先把“調色板”上的模塊拖到繪畫區域，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，用來指示相應軸到達零位置的時刻。直升機位置編碼器不會產生指示信號輸出，因此不使用該simulink模型的輸出。

stateflow是sim

ulink的一個附件，用以實現有限狀態機模型。在這個直升機項目中，stateflow模型用來實現直升機模式選擇邏輯。

real-time workshop根據simulink框圖產生c代碼，其它工具需要使用這些代碼來達成編譯與執行目標。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行作為pc機windows系統中的一個實時進程，能與windows操作系統同時運行。在本項目中，real-time windows target執行的是hil系統仿真，所用主機正是開發和控制直升機軟件的計算機。align=right vspace=12 hspace=12 alt="圖5:直升機和控制器模型。">

xpc target允許在pc機上執行仿真，此時pc機的功能如同專門的實時控制器。xpc target還提供實時的多任務內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上產生和執行直升機控制器用的實時代碼，此時該pc機就用作“嵌入式”控制器。

仿真開發

控制器軟件開發的及時步是實現對整個直升機控制器系統的仿真，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系統本身和數字控制器，兩個較小的帶有“操縱桿”和“模式命令”標簽的方框向控制器提供用戶輸入信號。圖5中的“直升機”框圖包含有直升機動態行為的simulink模型，如圖6所示。從圖6可以看到，該模型采用了轉移函數、求和函數和積分器等多個simulink模塊。帶“有限運動”標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動模型。當被仿真的直升機碰到桌面時，所有3個運動軸的速度都被置為零，因此非常接近實際直升機的行為。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。

“有限運動”模塊代表一個子系統。子系統模塊允許在仿真開發期間通過分層圖集(hierarchical sets of diagrams)來控制復雜性。子系統間可以進行任意多層的嵌套，類似于函數的嵌套調用。

圖5“控制器”子系統的詳細內容見圖7。對3個軸角度測量值的量化結果成為控制器的3個基本輸入信號，控制器輸出的是兩個馬達的驅動電壓。圖7中的主要模塊有：驅動直升機到指定位置的“自動駕駛”模塊，在不同操作模式下產生前進和上升位移命令的“命令發生器”模塊，實現用于選擇不同直升機操作模式的有限狀態機的“模式控制”模塊。

“模式控制”模塊內所含的狀態流程框圖如圖8所示。該框圖包含了系統啟動時對操縱桿進行校正的邏輯、用戶控制下的模式改變、當違反位置限值時自動切換到空模式，以及系統關閉的控制。

圖5所示的“控制器”模塊內部提供了嵌入式軟件的完整實現方法。常見的方法是將嵌入式軟件開發當作一個獨立過程，該過程將仿真作為可執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的i/o器件模塊。然后，再調用real-time workshop創建c代碼，經過編譯后下載到"嵌入式”pc控制器。到此就完成了嵌入式軟件的開發工作。

回路硬件

有了直升機和控制器的非實時性simulink仿真基礎后可以著手hil仿真開發了。首先需要創建一個新的simulink項目，再把圖5中帶“直升機”標簽的模塊挎貝進來。這種仿真建立了直升機動態模型，并包括了相應的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(用于接收控制器發出的馬達命令電壓)和6個ttl數字輸出(為3個仿真位置編碼器分別提供phase a和phase b信號)。

本項目中將運行windows的臺式pc作為主機系統，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內的接口卡和獨立的連接器模塊。

直升機仿真以固定的幀速率運行，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動軸的角速度，因此仿真幀速率可以限制能再現的較大角速度。

如果采用這種方法對位置編碼器信號進行建模，那么當phase a和phase b信號隔幀交替時就能產生較高的仿真角速度。這時根據等式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

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

每秒2000幀的直升機仿真更新速度已經大大超出對直升機進行動態建模的速度要求，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pc上下載并運行嵌入式軟件，需要用串行電纜連接主機與目標計算機，并從軟盤啟動目標系統內核。根據控制器的simulink框圖，接下來就可以下載運行嵌入式控制器用的軟件。在將目標系統的i/o器件與daqcard-1200的相應端子連接起來后，可以在主機的real-time windows target中運行直升機的simulink仿真。根據simulink框圖將命令發送給嵌入式控制器，從而啟動控制器工作，完成仿真直升機的“飛行”。

在hil仿真工作模式下可以詳細檢查嵌入式軟件的各個方面，從而可以發現并解決設計與實現中的很多問題。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仿真測試結束后，我們就可以得到經過測試的嵌入式應用軟件，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硬件一起運行，主要原因是為了體現hil仿真的意義，以及減少硬件損壞的風險。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硬件上，接著給系統上電并把直升機控制到“空模式”位置，然后使之進入隨機模式，此時直升機會每隔10秒飛到隨機產生的前進和上升位置。雖然在響應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性能

，有必要對控制器增益進行一些調整。hil仿真并不能匹配實際系統的行為，這是因為直升機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集合屬性并不符合實際系統屬性。

進行仿真開發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行為的所有因素實現的建模。最簡單的方法是盡量減少仿真與實際系統間的差異，并適當調整嵌入式軟件所需的參數。

hil仿真為本項目的開發過程提供了極大的便利，整個嵌入式應用在首次與系統硬件結合運行前就得到了真實環境下的測試，因此有效地避免了硬件損壞的風險，而且更容易識別和解決與嵌入式軟件有關的問題。整合過程也顯得相當簡捷，只是對少許參數作了重新調整。如果將未經測試的大型嵌入式軟件直接與硬件連接運行，那么相對來說這樣的任務就要艱巨得多，通常還會出現一些與整合本身有關的問題。

本項目充分體現了hil仿真在開發復雜嵌入式系統軟件中的價值。hil仿真技術能夠在開發早期階段對嵌入式軟件作出測試，因此降低了將未經測試軟件運行于昂貴的原型硬件上所具有的風險。與傳統開發方法相比，正確利用hil仿真技術能夠在更短的時間內開發出更高質量的產品。

硬件技術論文:虛擬機技術在計算機硬件與軟件課程教學中的應用研究

摘要：本文討論了計算機專業的教學、實驗現狀，闡述了虛擬機技術、虛擬機軟件的概念和特點，介紹了虛擬機軟件在計算機硬件與軟件課程教學環節和實驗環節中的應用優勢，對于從事這一領域教學的教師具有較強的參考價值。

關鍵詞：虛擬機技術 計算機硬件與軟件 教學 應用

0 引言

自高等學校擴大招生規模以來，工科專業特別是計算機專業由于經費投入不足，各學校的教學實驗設備、實驗場地的擴充數量在相當一部分高校特別是中西部地區高校中明顯不足；由于新技術層出不窮、發展迅速、設備淘汰、更新較快，實驗設備過度使用和不能及時進行維護，嚴重制約了專業教育教學質量的提高；在專業教學方面，目前大部分教師都采用了多媒體課件教學，但由于條件限制無法進行現場操作演示，在諸如計算機硬件與軟件、網絡操作系統等實踐性課程的教學和實驗中，經常會遇到軟件與系統不兼容，操作系統間不能切換，系統配置和軟件的調試會影響系統的正常運行等諸多困難。為了實現“以能力形成為核心的人才培養”模式，如何有效利用現有的設備，教學實踐中如何不斷改進和完善教學方法、教學形式和教學內容，培養出滿足社會需要的基本素質好、應用能力強和具有創新精神的專業人才，已經成為高校教師面臨的重要課題。基于上述原因，在專業教學實驗設備、實驗場地投入明顯不足，某些專業課程教學、實驗內容具有多樣性和特殊性的情況下，采用虛擬機（virtual machine，簡稱vm）技術構建教學實踐環境來解決這些難題無疑是一種行之有效的解決方案。

1 虛擬機技術簡介

虛擬機的實現技術主要有兩種[1]：①純軟件方式的虛擬機；②硬件輔助方式的虛擬機。前者是當前主流的虛擬機技術，具有成熟的應用，后者是今后的發展方向，本文內容運用前者。虛擬機技術是指將一臺物理的計算機軟件環境分割為多個獨立分區，每個分區均可以按照需求模擬出一臺完整計算機的技術，模擬出來的計算機稱為虛擬機。虛擬機技術的實質是通過中間層次實現計算機資源的管理和再分配，實現資源利用的較大化，虛擬化分區帶來的較大好處是使同一物理平臺能夠同時運行多個同類或不同類型的操作系統，以分別作為不同業務和應用的支撐平臺。

2 虛擬機軟件

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

虛擬機軟件具有以下幾個方面的特點:①每個虛擬機都有一個vm控制塊,它包括有關vm當前狀態方面的信息，如vm的執行狀態，vm調度優先級以及復制的vm寄存器內容等；②擁有獨立的虛擬硬件設備，如cpu、存儲器、外圍設備等，并且這些設備及i/o端口等都受到保護，每個虛擬機都可以擁有計算機系統的所有資源；③系統分配給每個虛擬機的虛擬內存都采用了獨立的地址空間，互相之間沒有任何聯系；④同一臺主機上可以運行多個虛擬機，每個虛擬機都可安裝不同的操作系統，就如同一臺獨立的pc，各虛擬機與主機之間可以進行對話、共享文件和網絡資源；⑤在虛擬機中，把操作系統安裝在主機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行分區操作，虛擬機系統與主機系統有良好的隔離性，在虛擬機上進行的操作對主機現有的硬盤分區和數據都不會造成任何破壞；⑥具有硬件無關性，在主機系統上虛擬出的硬件都是相同的，可以簡單地在不同的主機之間復制后直接使用，不必考慮硬件差異，因此在實驗中對虛擬機系統造成的任何損壞不會涉及到物理設備且可以得到快速修復；⑦能夠設置和修改虛擬機系統的各種配置參數,如虛擬機名稱、內存容量、硬盤大小、外圍設備參數等。

3 虛擬機軟件在計算機硬件和軟件課程教學中的應用研究

3.1 計算機硬件和軟件課程教學內容主要涉及到的實踐性環節主要有：①計算機bios設置；②硬盤的分區、格式化；③操作系統的安裝與配置；④應用軟件的安裝；⑤系統的備份與恢復。該課程實踐性較強，而且學生一般是剛進入大學的新生，為突出“所見即所得”的教學效果，提高學生的實踐動手能力，要求教師教學時能展示教學的內容（實際操作演示），實驗環節中能讓學生親身體驗（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操作系統和基本的應用軟件，不能隨意修改、配置系統參數，采用虛擬機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硬件與軟件課程教學中的實際應用和研究后，總結出采用虛擬機軟件輔助教學具有以下優勢：①物理計算機上對bios的設置過程無法在投影儀上顯示，另外計算機管理員一般情況下也不允許任課教師隨意進入和修改bios，采用虛擬機可以很好解決這一問題；②物理計算機上不允許對硬盤分區、格式化等破壞性操作，這樣教師就無法為學生演示fdisk、format等操作命令，采用虛擬機就可以為學生講解、演示這些命令的操作過程；③物理計算機不允許任課教師自行安裝其他操作系統（如windows xp、windows server 2003、linux等）和應用軟件，采用虛擬機就不受此限制，還可以按照需要進行系統參數（如注冊表、網絡參數、內存大小、io參數等）的修改和配置、根據需要進行應用軟件的安裝演示；④教師在用克隆軟件ghost做系統備份和恢復操作的演示時，投影儀是無法顯示的，采用虛擬機也可以很好地解決這一問題；⑤搭建網絡環境，一臺主機和多個虛擬機構成的局域網實現了課堂教學中對網絡環境的要求，就像將網絡實驗室搬移到了課堂教學中來一樣；⑥vmware workstation不但是一款的虛擬機軟件，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，有利于提高教學效果和教學質量。

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

4 結語

作者多年來的教學實踐證明，采用虛擬機軟件構建的教學、實驗平臺既能節省資金投入、挖掘了設備潛力，又緩解了實驗設備嚴重不足、實驗管理員工作量過大等問題，同時為教師教學提供了極大的便利，也給學生課內外的自主學習提供了可能，增強了學生學習的積極性和主動性。虛擬機技術為教學、實驗提供了一個近似于真實的環境，除了硬件的物理連接外(如主機板、cpu、顯示卡、網絡接口卡、網線等連接)，在真實的機器上完成的實驗基本上能在“虛擬機”上完成，，實驗質量不會受到影響，能夠滿足諸如計算機硬件與軟件等課程教學實踐的要求。

硬件技術論文:計算機硬件技術基礎課程實驗改革

摘要:針對計算機硬件技術基礎課程陳舊的實驗教學現狀,結合北京理工大學2010年度教學改革實踐,以計算機硬件新發展為基礎,提出一套能夠激發學生興趣的課程實驗方案,同時探討實驗課時比例、實驗方案選取和學生反饋等內容,實踐分析為后續課程實驗改革提供參考意見。

關鍵詞:計算機硬件技術;教學改革;實驗教學

計算機硬件技術基礎課程是普通高等學校理工科專業的一門重要計算機技術基礎課程,也適合非理工科的其他專業學生選修。早在2006年,教育部高教司就明確提出了該課程是針對大學非計算機專業理工類本科生設置的6門典型核心課程之一。它是學生學習和掌握計算機硬件基礎知識、了解計算機硬件發展、熟悉硬件原理及接口技術的主要課程。

1課程現狀和問題分析

根據教育部關于計算機基礎教育“三個層次”的教學思想,計算機硬件技術基礎由微型計算機原理和微機接口技術等課程整合而來,因此自2006年以來,該課程的教學內容和實踐環節一直延續著原有課程的體系。與此同時,計算機硬件在過去的50年里以摩爾定律(晶體管的集成度每18個月翻1番)高速發展,以CPU為代表的計算機硬件更新換代十分迅速,新的接口層出不窮,使該課程的教學內容和實踐環節與學生成長和熟悉的環境嚴重脫節[1-2],具體表現在以下3個方面:

及時,課程內容過于專業,教學要求和學生基礎有一定差距。微型計算機原理和微機接口技術等課程主要針對大三或大四學生開設,而以這兩門課程內容為基礎的計算機硬件技術基礎課程主要面向大一和大二學生,目的是進行計算機基礎教育。由于面向群體不同,原有課程內容和實踐環節過于專業,不適合計算機硬件入門級教學。

我們隨機選取了高等教育出版社、機械工業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。經過統計,3本教材以較多篇幅介紹Intel 8086系列處理器指令和接口結構,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專業學生過于深奧和枯燥,非計算機專業低年級學生很難理解。

第二,課程內容過于陳舊,實驗環節無法吸引學生們的興趣。我們調研了國內多所高校相關課程的教學狀況,課程實驗方案主要包括兩種,即結合計算機硬件實驗箱和利用PC機進行拆裝實驗。

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

第三,計算機基礎課程的性質使課程無法照顧到各專業的需求。傳統教學和實驗內容不區分學生的專業屬性,對于理工科專業來說,課程實驗難度較低,缺乏學習興趣;對于非理工科專業來說,課程實驗難度較高,無暇關注更深入內容。為此,課程實驗改革應該考慮學生的專業特點,實驗為基本實驗和可選實驗,因材(專業)施教[3-4]。

實踐教學是高等教育課程的重要組成部分,實踐教學應努力貫徹以學生為主體,教師為主導,堅持知識傳授、能力培養、素質教育協調發展的實驗教學理念。結合計算機硬件技術基礎課程的實際情況,課程實驗教學改革勢在必行。

2教學改革內容

北京理工大學計算機公共基礎課教學團隊(部級教學團隊)在充分調研該課程講授現狀的基礎上,于2010年度開展了教學改革。核心思想是以克服學生對硬件的恐懼心理為目的,以計算機硬件經典技術和新發展為主要內容,輔助開放和自由的實驗教學平臺,重點在于改革課程實驗內容。

基于上述思想,課程實驗的改革從3個方面開展:教學組織、實驗方案和實驗場地。

首先,在教學組織上,我們增大了實驗比例,占到整個學時的25%。同時,教學內容以“基本概念+基本部件”方式組織,如表1的第2-6章。例如,第3章內容為“存儲系統與存儲器”,其中存儲系統是基本概念,學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,學生在實驗中認識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設備,更容易將存儲系統和實際硬件有機關聯起來,取得更好的教學效果。

其次,在課程實驗方案上,考慮到大一、大二學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。基本實驗的目的是讓學生對計算機硬件有基本的熟悉,克服對硬件的畏懼心理。提高實驗的目的則是結合某一章節內容,通過題目引導和激發學生的興趣,調動他們的積極性,使其深入了解計算機硬件,部分候選方案如表2所示。

,為了達到實踐教學目的,依托學校的支持,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學生自由開放。

3課程實驗改革實踐

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

結合課程實驗改革內容,我們向全體學生發放了無記名調查問卷,全部學生提交了有效問卷,我們獲得了一批有價值的反饋信息。

對于課程學時和實驗課程學時問題,大一與大二學生的反饋建議如圖2所示。由圖可以看出,如果計算機硬件技術基礎安排在大一下學期,學生只學過計算機基礎課程,對硬件知識學習的渴望比較強烈,32個學時相對較少。如果安排在大二下學期,學生會比較有針對性地聽課,32個學時較為合理。

圖3給出了學生針對實驗學時的反饋意見,橫坐標是實驗學時數,縱坐標是人數。可見,75%的學生們希望實驗學時在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“計算機拆裝”實驗,我們對學生的支持度進行了調查。有的大一學生和98%的大二學生認為“計算機拆裝”實驗很有必要,得到了學生的廣泛支持,實驗效果如圖4所示。

從圖4可以看出,計算機硬件技術基礎課程實驗應該以學生常見的PC機及擴展實驗組成,這就指明了該課程實驗改革的方向。

由于實驗場地建設等問題,本次教改實踐讓學生選擇完成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,請學生就歡迎程度排序,結果如表3所示。

從表3可以看出,在基本實驗方案中,“計算機拆裝”和“計算機硬件故障診斷”實驗最受學生歡迎。此外,“操作系統安裝”和“網絡連通性測試”等與學生密切相關的實驗也很受歡迎。從基本實驗方案的設計初衷上來看,上述內容達到了預期效果,有效地激發了學生的學生興趣,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“硬盤數據的恢復”與生活比較貼近,最受學生歡迎。此外,由于大部分學生是理工科類學生,從未來專業發展角度講,“驅動程序設計”和“單片機開發”也得到了學生支持。這樣的實驗內容涵蓋較多,在該課程中能夠幫助學生建立基本的概念即可。

而一些傳統實驗,例如“串行通信建立和測試”、“8086指令集實驗”等,沒有激發學生的學習興趣。應該說,這兩個實驗的專業性更強,但對于大一、大二學生來說,專業性強的實驗不容易讓學生掌握基本原理和規律,不利于學生克服畏難心理。

4結語

針對計算機硬件技術基礎課程,結合北京理工大學2010年度教學改革實踐,我們認為實驗課時占總課時30%左右時的教學效果好。在課程實驗中,以PC機為主的硬件實驗受到了學生歡迎。除了一些高校開展的“計算機拆裝”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動學生的積極性,具有良好的效果。

硬件技術論文:計算機硬件技術基礎課程教材分析和建設

摘要：計算機硬件技術基礎是普通高等教育理工科專業的一門重要計算機公共基礎課。本文分析了2005年后出版的34本相關教材中教學內容和實驗內容，以此為基礎闡述了該課程在教材建設方面存在的教學定位不清晰、教學實驗單一和教學內容陳舊等三個問題。結合北京理工大學在該課程上的教學實踐經驗，提出以實驗建設為導向，“基本概念”和“基本硬件”相結合的教材組織理念，為該課程教材的進一步建設提供參考。

關鍵詞：計算機硬件技術基礎；教學改革；教材建設；教材分析

隨著計算機硬件技術的發展和普及，大學生接觸到的計算機硬件設備無論從種類還是功能都比之前有更多的樣式，并具有更快的發展趨勢。計算機硬件有關產品已經成為人們日常生活中必不可少的生活用品，具有明顯的日常化、集成化、工具化的發展趨勢。在計算機硬件新的發展階段，讓學生們掌握基本的計算機硬件原理，熟悉各類硬件接口技術，懂得計算機硬件產品的基本運行方式，是各學科各專業教學體系建設中重要的一個教學和實踐環節。

計算機硬件技術基礎課程是普通高等學校理工科專業的一門重要的計算機技術公共基礎課程，也適合非理工科的其他專業學生選修。該課程是學生學習和掌握計算機硬件基礎知識、了解計算機硬件發展、熟悉硬件原理及接口技術的主要課程。

1課程現狀和問題分析

2006年，教育部高教司將微型計算機原理和微機接口技術等課程精簡整合為計算機硬件技術基礎，并明確提出了該課程是針對大學非計算機專業的理工類本科生設置的6門典型核心課程之一。

2009年，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會將“微機原理與接口技術”確定為計算機基礎教學的核心課程之一。該課程建議面向電類專業授課70學時，實驗20學時；面向非電類專業授課48學時，實驗10學時。[1]

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

1) 課程定位不清晰，學時很難落實。計算機硬件技術基礎課程如果作為計算機技術基礎課程，應該主要放在大二，兼顧大三授課，面向沒有數字電子基礎的學生，作為選修課，以32學時為宜。然而，計算機基礎課程教學指導委員會規劃的微機原理與接口技術主要面向大三、甚至是大四學生開設，學時數量超過60，甚至在90，還需要數字電子方面的先導課，很多高校在學時、先導課等角度都無法將該課程編排進教學大綱。

2) 現有實驗條件落后，學生難有興趣，硬件投入較大。傳統授課中，計算機硬件技術基礎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，新實驗開發受限，使用效率較低，教師和學校往往都沒有熱情開設該課程。另外一些課程僅以匯編語言或單片機技術作為實驗內容，技術廣度不足，僅適合小部分特色專業。

3) 教學內容落后，教材急需建設。無論是計算機硬件技術基礎還是微機原理與接口技術，講授內容仍然以計算機專業的80x86、匯編語言、可編程接口芯片等內容為主，沒有結合計算機硬件近10年來新技術和新產品的發展。由于課程面向非計算機專業學生，這種專業性很強的內容很難符合學生們的學習預期。縱觀5年內新出版的相關教材，所講授內容的絕大部分與10年前(2000年左右)教材的教學內容一致，教材改革和建設需求迫切。

本文從面向大二兼顧大三的計算機公共基礎課角度出發，分析整理了2005年后出版的《計算機硬件技術基礎》相關教材的教學內容和實驗內容，客觀還原已出版教材現狀，尋找教材建設的薄弱環節和問題，從而為進一步教材建設理清思路。同時，本文結合北京理工大學的教學改革情況，給出了進一步加強教材建設的思路和方法，希望能夠為計算機硬件類公共課更為廣泛的進入大學課堂提供參考建議。

2教材情況概述

為了還原計算機硬件技術基礎課程教材建設情況，我們對2005年之后出版的相關教材進行了匯總，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，教學實驗指導書等教輔類教材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，我們根據教材介紹中作者對教材的定位說明分成四類：電學為主的理工類專業、非電學為主的理工類專業、非理工類專業、各學科專業(內容難度偏低，適用于所有學科開展教學)。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內容較為實用，被劃分到各學科專業類別中。

根據教材的不同定位，圖1和圖2分別給出了教材章節數、頁數、實驗數的統計值。

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

針對非電學為主理工類專業(編號為B)的教材章節最少，平均實驗數為1。可以看出，這類教材的建設思路是講授基本的計算機硬件知識，簡單的開展少量實驗。實際中，這類專業往往在大三、大四會講授“嵌入式系統開發”、“單片機”等硬件類相關課程，為此，針對大二為主的計算機硬件技術基礎類教材在內容上比較基礎并為后續課程有所保留。

對于非理工類和各學科專業的教材，章節數量相對較多，實驗數量也比之前有所增加。可以看出，這類教材的建設思路是使學生掌握較為的硬件知識，并有一定的動手訓練。實際中，非理工類專業在本科階段最多能夠學習一門計算機硬件技術相關類課程，為此，教材建設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《計算機硬件技術基礎》相關教材主要針對四類不同的受眾學生，教材組織上偏重于內容講解(尤其是針對理工科學生的教材)，總體建設思路還停留在講授計算機原理的階段，無法體現當今計算機硬件日常化、集成化、工具化的發展趨勢。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本實驗指導書一共記錄了109個實驗。根據各實驗特點，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，沒有公認的標準；

? 芯片實驗：指基于單片機或者接口芯片的實驗，包括：8051系列單片機、計數器芯片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。這類實驗專業性強，應用性差，適合特定專業或者大三以上的學生；

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

? PC機實驗：基于PC機的實驗，包括：model安裝、存儲器測試等。目前，這部分實驗內容受到學生喜愛，可以鍛煉實際能力，易于推廣，但如何讓學生了解到CPU、存儲器等核心部件內部的工作原理，需要創新性設計。

圖3給出了109個實驗在組織結構、運算控制器、存儲器、IO和其他等6個方面的統計。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容很重要，也是教材的主要內容。相比較而言，實驗箱類和PC機實驗能夠覆蓋到計算機硬件的各個部分，而芯片實驗主要針對IO，缺少對運算控制器、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，針對計算機硬件技術基礎課程，匯編語言實驗和芯片實驗數量較多但比較重視接口，無法讓學生對計算機各組成部分有更深入的理解。實驗箱實驗針對性很強，但前期投入大，靈活性不強。我們認為，隨著PC機的廣泛應用(學生們幾乎人手一臺PC機)，基于PC機的創新性實驗是該課程的發展方向，同時，這類實驗還能較好的引導學生在課余時間完成實驗，并激發學習興趣。

3.3教材內容分析

對于教材內容，我們主要分析和匯總講述的重點知識點，還原現有教材的主要內容組織。全部教材為28本，其中4本(、、、)沒能找到原書，為此沒有統計在內。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內容的講授，大部分教材(19本)都包括匯編語言，18本包括80x86，半數以上教材都講授了8259A和8255A等內容。圖4給出了這些內容在原書中平均的頁數，可以看出，匯編語言、80x86、單片機等內容都超過了25頁，在教材中所占比重很大。此外，8259A和8255A等芯片的講授內容也在10頁以上，成為某些教材的重點授課內容。

縱觀2005年至今出版的全部相關教材，《計算機

硬件技術基礎》教材還是以《微機原理與接口技術》、《匯編語言》等課程的內容簡化為主，仍然以很大的比重講授80x86、匯編語言、單片機等內容。這些內容對于某些專業十分必要，但對于面向非計算機專業的計算機公共基礎課程來說，這些內容相對陳舊，而且無法與計算機硬件的近期發展相結合。

教材具有教學的引導作用，在教材建設上，這種內容組織方式的落后需要引起重視。

4教材建設建議

4.1教材定位建設

我們認為，面向計算機公共基礎課程，教材名稱確定為《計算機硬件技術基礎》比較合適，表明教材內容是計算機硬件的基礎內容，以了解計算機硬件知識為主，掌握計算機硬件的基本概念和原理。

教材應結合計算機公共基礎課程的實際情況，以32學時(含6～10實驗學時)為宜，適度擴展到54學時，實驗學時擴展到12學時(實驗學時占總學時的25%)。這種學時設計有利于各學校將該課程以校公選課、通識課、實驗課等形式安排到教學大綱中。

針對大二學生的教材，前導課程為計算機基礎(或者大學計算機基礎)等計算機基礎類公共課程，不需要學習數字電子等課程。教材內容適度增加相關的數字電子知識。

教材應該充分利用該課程特點，以增強學生的實踐興趣為根本，通過實踐環節使學生們主動學習教學內容。為此，在教材設計中，應該以實驗建設為導向，注重讓學生們理解計算機硬件的基本工作原理，為學生們進一步理解其他硬件技術和實踐硬件設計打好堅實基礎。

過去十幾年來，在計算機硬件相關課程講解過程中，教師們主要關心接口技術，并引導學生們在該方向進行實驗。隨著計算機硬件種類、功能和應用程度的增加，我們認為，學生們應該綜合了解計算機硬件組成，理解各部分的工作原理，而不是側重某一方面。使學生在課程學習和實驗實踐后能夠分析新技術和新方法在整個計算機硬件發展中的作用和價值。

4.2教材實驗建設

《計算機硬件技術基礎》教材應該更加重視實驗建設，使學生能夠在實踐中理解計算機硬件的基本概念。[3]為此，我們建議教材中的實驗能夠覆蓋計算機硬件結構的各個領域，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，教材中的實驗應該能夠與學生們的實際生活結合起來，設計創新實驗，將數字消費類電子產品(MP3、手機等)、互聯網、物聯網、藍牙、PC外設接口等融入計算機硬件實驗的設計，引導學生興趣，同時適應計算機硬件技術的發展，使得學生通過教材學習能夠掌握對計算機硬件的正確認識，并解決一些基本實際問題。

在這里，我們建議將實驗分為：基礎實驗和提高實驗兩類，以適合不同專業的學生。經過北京理工大學2010年的教學反饋，表4中的實驗得到了學生們的歡迎。

在教材建設過程中，考慮到各院校建設計算機硬件實驗室的實際情況，進一步結合學生興趣，我們基于PC機和少量配件設計了一些候選實驗。初步的教學實踐表明，這種實驗設計能夠創新性的激發學生興趣，使學生掌握更為實際的計算機硬件知識，并通過實踐理解計算機硬件基本原理。

候選實驗包括三類：測試類、開發類和操作類。例如：存儲系統性能測試(測試類)、CPU和GPU性能測試(測試類)、BIOS定制刷新(開發類)、串口短信收發(開發類)、并口液晶點陣控制(開發類)、基于PSOC的物聯網結點(開發類)、計算機認知和組裝(操作類)等。

4.3教材內容建設

在教材內容建設上，我們認為《計算機硬件技術基礎》教材應該講解各類計算機硬件原理，以理解計算機硬件部件功能為主，注重理解基本概念和基本運行規律，并結合實際硬件器件分析，以不變的理論應對萬變的計算機硬件產品。

為此，教學內容 以“基本概念+基本部件”方式組織，例如：存儲系統與存儲器，其中，存儲系統是基本概念，理解起來有一些抽象，需要課堂講授；而存儲器(內存等)則是基本部件，學生們平時接觸較多，通過適當的實踐教學，學生們不僅可以很快認識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設備，還可以通過測試類實驗了解各設備的工作速度和基本模式，易于將存儲系統和實際硬件有機的關聯起來，達到較好的教學效果。

5結語

計算機硬件技術基礎課程建設是近年來計算機公共基礎課建設中面臨的一個重要的難點問題，《計算機硬件技術基礎》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容是我們的進一步工作。在回顧2005年后出版的34本教材的基礎上，我們驗證了該課程和教材建設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年度北京理工大學的教學實踐中檢驗教材建設的初步效果。