發布時間：2022-05-16 02:37:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇計算機設計畢業論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1安全計算機平臺硬件結構改進
信號系統包括地面系統與車載系統，車載設備是以一個安全計算機擴展開的，而地面系統則包含多個基于安全計算機的設備，系統功能多，結構復雜，具備典型性．因此，本文以CTCS－3地面信號系統安全計算機平臺簡化方案為例．該方案的硬件平臺也可以較少修改移植于車載信號系統．
1．1信號系統實施方案基于分布式原則，將CTCS－3級信號系統分為優秀主機部分和遠程外設（車載設備也作為遠程外設）部分，如圖1所示．①優秀主機部分基于優秀主機型配置的安全計算機平臺實現，放置于目前信號機械室內，支持目前無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務器（TSRS）、計算機聯鎖（CBI）和列車運行控制中心（TCC）的優秀控制邏輯，以及與臨時限速服務器（TSRS）、計算機聯鎖（CBI）相適應的人機界面（DMI）的功能．②遠程外設部分基于遠程外設型配置的安全計算機平臺實現，盡量靠近現場控制對象，確保遠程外設和現場控制對象之間的硬連線盡可能縮短．遠程外設支持計算機聯鎖通用數字量輸入或輸出功能；軌道電路通用數字量輸入或輸出功能，智能輸入或智能輸出功能；軌旁電子單元（LEU）通用數字量輸入或輸出功能，智能輸入或智能輸出功能。
1．2系統的具體實現針對列控系統這樣的安全苛求系統，提高可靠性和安全性的最直接辦法就是采用硬件冗余結構，但這樣會加大共因失效的概率．因此，為了降低整個冗余結構的失效率，應遵循差異性結構的設計原則，在物理、功能及流程三方面，保證各通道、模塊之間或系統功能之間存在充分獨立性．本設計采用硬件／軟件差異性設計原則．通過硬件上選擇不同處理器架構，同時選擇不同的操作系統、不同的編譯器、不同的編程語言及開發環境，從而降低共因失效．改進的安全計算機平臺基于2乘2取2結構，如圖2所示．圖2主要分為3個部分：邏輯處理單元（LogiProcessingUnit，LPU），外部設備管理單元（Pe－ripheralManagementUnit，PMU），容錯和安全管理單元（FaultTolerantandSafetyManagement，FTSM）［6－7］．其中，邏輯處理單元由2組共4個LPU構成，每2個LPU構成1組2取2結構的一系，兩系構成2乘2取2結構．每一系2個LPU一個基于X86架構，另一個基于PowerPC架構．容錯和安全管理單元由2個或多個FTSM構成，在滿足安全性的前提下，優先選擇2個FTSM的方案，即2取2（1－out－of－2，1oo2）結構的FTSM方案，2個FTSM一個基于ARM架構使用C語言實現，另一個FPGA使用VeriLogHDL實現．外部設備管理單元由2組共4個PMU構成，每2個PMU構成1組2取2結構的一系，兩系構成熱備（2乘）2取2冗余結構或并行2取2冗余結構．每一系的2個PMU一個基于X86架構，另一個基于PowerPC架構．根據上述信號系統的功能分析，通用安全計算機平臺應可以配置成優秀主機型配置、遠程外設型配置兩種形式，見圖3和圖4．典型的優秀主機型配置包括邏輯處理單元、外部設備管理單元、容錯和安全管理單元3個部分及安全通信內網VCIN．典型的遠程外設型配置時，包括外部設備管理單元、容錯和安全管理單元兩個部分及安全通信內網VCIN。
2安全計算機平臺軟件結構改進
由于列控系統采用不同軟件來實現不同的功能，要將幾臺設備完成的功能集成到一臺設備，在時間上和內存上需要對各任務進行隔離，使得同一時間只有特定的任務在特定的內存中運行．這樣在邏輯上沒有破壞現有控制系統的結構，只是在硬件上運行于一臺計算機中，能夠在完成規定功能的基礎上減少硬件的投資并提高了安全性．本文采用時空隔離的方法來實現通用型安全計算機平臺軟件的集成，并且基于實時操作系統來開發，在便于維護的同時還可以提高軟件的可靠性和穩定性．1）時間隔離方面，采用了兩級調度結構，如圖5所示．底層使用時間片隔離的方法使子系統間不能相互干擾；上層在子系統內部使用實時調度算法以提高系統的效率．測量時間并計算參數時需要使用松弛迭代的路徑測試方法，并利用VxWorks操作系統提供的時間功能．2）空間隔離方面，也采用了兩級調度結構，如圖6所示．底層使用MMU的功能對各子系統設置獨立的地址空間，使得子系統間不能相互干擾；上層在子系統內部使用改進的動態內存分配算法best－fit，大塊內存和小塊內存的分配方式不同，以提高系統的效率并減少碎片化。在內存管理上，采用兩級內存管理來提高內存的使用效率和管理的實時性．子系統內部采用改進的大小內存塊的best－fit算法進行動態內存管理，保證了內存分配的實時性和低碎片性．在子系統間采用基于MMU的頁內存管理方式，保證了實時性和隔離性．
3安全計算機平臺實驗驗證
3．1硬件結構驗證
3．1．1安全性指標計算本文采用挪威工業科技研究院（SINTEF）開發的PDS（基于計算機的安全系統）方法對改進的硬件結構安全性指標進行計算，該方法遵循IEC61508標準體系的相關規定和結論．計算過程在本文中不再贅述，詳細步驟可參見文獻［9］．量化指標用每小時危險失效的平均頻率（AverageFrequencyofaDangerousFailurePerHour，PFH）來表示．PFHSYS表示系統每小時危險失效的平均頻率，其中有6項參數是未定的：診斷覆蓋率DC，冗余結構修正因子CMooN（M－out－of－N，表示“N取M”；M≤N，均為自然數），失效率λ（FTSM單板的失效率為λFTSM），遠程外設配置個數i，功能測試時間間隔τ，共因失效因子β．其中共因失效因子β根據計算，在本文中取1％．為了簡化并考慮到經濟效益，FTSM冗余結構采用loo2．而遠程外設配置個數與實際應用相關，不能通過技術等手段限制．PFHSYS是通過計算共同提供安全功能的所有子系統的危險失效概率，并把這些值相加．用PFHL、PFHP、PFHR分別表示邏輯子系統、外設管理子系統及遠程外設的每小時危險失效的平均頻率，相加得出下式。
3．1．2硬件結構實驗驗證圖8硬件實驗平臺Fig．8Hardwareexperimentplatform在實驗室以優秀主機的安全計算機平臺為架構搭建的測試平臺，采用COTS的硬件和軟件資源．搭建一系1oo2結構邏輯處理單元和一系1oo2結構的外部設備管理單元，以及1個1oo2結構的FTSM如圖8所示．搭建安全計算機硬件測試平臺，先進行邏輯處理單元和FTSM的功能的測試，然后進行外部設備管理單元的安全通信功能測試．1）內部安全通信功能實驗．具體實驗方法是兩臺PU機向ARM、FPGA發送測試數據，通過PU機觀察ARM、FPGA返回的數據．以驗證PU機、ARM、FPGA的之間安全通信幀結構的具體功能．如圖9所示，實驗返回了兩組數，通過地址標識判斷，FPGA的返回數據為：00000b0d0000aaaa99dadf6bdc757674．ARM的返回數據為：00000b0e0000aaaa00c466f2c19247e4．前2字節為序列號，接著2字節為地址標識，接著4字節為數據位，最后8字節為通過計算前面8字節數據所得64位CRC檢驗碼．這兩組校驗碼均與通過Mi－crosoftVisualC＋＋6．0計算的結果相一致．由序列號的定義、地址標識的定義和CRC檢驗碼計算結果可知，ARM、FPGA返回的數據正確．本次實驗驗證了ARM板、FPGA板的序列號生成功能、地址標識功能、CRC檢驗編碼功能的正確性．2）容錯和安全管理實驗．FTSM的工作流程是：首先通過內網與2臺PU機連接，FTSM上電啟動后等待PU1、PU2兩臺PU機的數據．然后對接受到的2臺PU機數據進行數據解幀，CRC校驗檢查、地址標檢查、兩機數據時序約束、兩機數據比較、序列號檢查等數據正確性檢查．最后對上述結果進行組幀輸出．下面進行FTSM的功能實驗：具體實驗方法是PU1、PU2分別在下述6種情況下向FP－GA、ARM發送測試數據，在PU1、PU2上觀察FP－GA、ARM的返回數據，以驗證1oo2結構FTSM的功能，實驗結果如表1所示．表1中，實驗3與實驗2共同驗證了比較檢查功能和CRC校驗功能可以對正確與錯誤的輸入做出相應的輸出；實驗4與實驗2共同驗證了目標地址標識檢查功能和CRC校驗功能可以對正確與錯誤的輸入做出相應的輸出；實驗6與實驗1共同驗證了FPGA、ARM之間能正確通信，以及2取2結構正確性；實驗5驗證了時序約束功能．3）外部設備管理單元安全通信實驗．為保證外部設備管理單元的通信安全，對通信的數據采用監聽診斷，引入SPAN（SwitchedPortAnalyzer，交換端口分析儀）技術，通過實驗測試，驗證該技術既可以實現對數據監聽，又能應用到外部設備管理單元．實驗包括在Catalyst2950交換機中，實現第三方設備監控通信，以及自身設備監控通信，如圖10所示．第三方監控通信是A計算機向C計算機發送，在B計算機上，使用抓包獲取數據，能夠獲取源端口發往目標端口的鏡像數據．通過SPAN鏡像的數據與A發往C的數據一致，達到實驗預期效果，說明B計算機能監控A與C之間的通信，實現B計算機監督A計算機輸入輸出的功能．自身設備監控通信是使帶入口通信轉發功能的目標端口對應B計算機向源端口對應C計算機發送數據．在帶入口通信轉發功能的目標端口，抓包能夠獲取B發往C的數據．說明了目標端口既可以實現實數的輸入轉發，又可以實現對源端口的監控．
3．2軟件集成驗證
為了驗證提出的軟件改進，在CTCS－3列控系統中選取RBC，TCC，TSRS進行集成．其中RBC由3個任務組成：列車注冊、列車注銷和MA生成；TCC有一個任務：發送調度信息．TSRS由兩個任務組成：臨時限速提示激活和重復提示．軟件的時間參數（總周期和各子系統隔離時間）和空間參數（各子系統隔離內存大小）的確定方法如下．
3．2．1時空參數的確定時間參數有兩個，即分配給每個子系統的隔離時間和每個程序執行所需時間，隔離時間可以通過執行所需時間計算出來，而執行所需時間可利用軟件測試的方法和VxWorks的實時性來確定．因此，計算出RBC、TCC及TSRS的一個周期內分配的時間分別為220ms，44ms，44ms．空間參數利用VxWorks集成開發環境Work－Bench的memoryanalyzer工具，可知每個子系統的最大內存使用情況．再根據以下內存分配算法進行放大：1）已知任務內存集合｛Mi｜1≤i≤m｝為任務正常運行時所需要的內存大小．2）令ΔM＝min｛Mi｜1≤i≤m｝．3）以ΔM為基準對內存集｛Mi｜1≤i≤m｝進行歸一化處理，任務τi的內存Mi進行歸一化處理后的結果是ni．定義處理后的結果為｛ni｜1≤i≤m｝．4）計算｛ni＋ni＋1｜1≤i≤m，令nm＋1＝n1｝，取最大值N＝max｛ni＋ni＋1｝．5）計算出所需內存的總大小為L＝ΔM×N，劃分成N個ΔM大小的內存塊．這樣計算可得所需全部內存為60KB．從時間和空間兩方面都知道具體分配參數后，就可以編程實現．
3．2．2編程實現所采用的軟件平臺為VxWorks－cert，之后模擬RBC，TCC，TSRS的功能，并通過編程予以實現，觀察各子系統狀態如圖11所示。圖11中圖（a）～（d）表示正常情況下各子系統運行；圖11（e）表示在TSRS程序中任意行加入一個比較長的延時，使在分配的時間內不能完成功能．TSRS無法在分配時間內完成，沒有發送OK返回值，RBC、TCC沒有檢驗到OK返回值，輸出錯誤信息．圖11（f）表示在TSRS任意程序中任意行加入比較大的內存分配，使得分配給它的內存不夠使用．而由于內存出錯，TSRS無法完成任務，均輸出錯誤信息．實驗結果說明了通過編程實現RBC、TCC及TSRS的功能的可行性，達到了將幾臺列控系統設備的軟件功能進行集成的預期目的．該設計首先確定程序的最壞執行時間，然后計算出總周期和各子系統的隔離時間，最后按照所需內存安排靜態內存分配．圖11也證明了這種方法能夠保證程序在時間和空間的確定性，使其具有良好的安全性．
4結論
本文主要針對目前CTCS－3級列控系統安全計算機軟件和硬件的集成提出一套方案，包括基于差異性結構的硬件平臺以降低共因失效，基于兩級調度的軟件架構以實現時空隔離，并分別進行了理論計算和實驗驗證．實驗結論如下．1）利用PDS方法計算改進硬件結構的安全計算機平臺的安全性指標，在配置合適的參數條件下能夠滿足安全完整性等級SIL－4．并且通過實驗驗證了改進的硬件結構能夠實現內部安全通信、容錯和安全管理及外部設備管理單元安全通信的功能．2）提出軟件集成設計通過理論計算和軟件測試的方法，確定時間參數和空間（內存）參數，并通過編程實現RBC、TCC和TSRS的功能．程序運行結果表明在滿足基本功能的條件下，還實現預期的時間保護和空間保護的功能．
作者：鄭升曹源張玉琢景浩胡華單位：中國鐵路總公司運輸局北京交通大學軌道交通運行控制系統國家工程研究中心
一、職業院校計算機設計類專業學生能力培養上存在的問題
（一）教材側重問題專業院校的教學目的不僅是要讓學生掌握好專業的知識技能還要讓學生有一定的動手操作能力，根據教育者提供的設計題目，想出更好地設計意圖，完成設計作品。
（二）教師授課內容問題教師的授課不僅要讓學生掌握好基本的軟件操作的知識，在學生的應用能力上還要很好的培養，不要讓學生照本宣科的學習而是好培養他們的創造性。
（三）課程設置問題在各類的計算機設計專業的院校都開設了這樣一些基礎的教學課程，將平面、立體、色彩這三個內容作為支撐設計教學的內容，但是在很多的學校都普遍存在一個問題，那就是理論不能夠與實踐很好的結合，這里的理論與實踐的結合是指：在課程的安排上是理論與實踐相結合的，但是在課程的學習上并不是理論與實踐相同步的。當開展實踐課的時候，有些時候是所學的知識不能運用到實踐中，有些實踐課程是實踐內容在課程上還沒學到，這樣的課程設計很難達到教學最初所要達到的目的，為教學的展開起到了事倍功半的反效果。分析和解決這些問題的關鍵就在于：一方面，要加強和完善理論與實踐的同步性；第二，要加強學生的動手操作能力與創造性。只有這樣計算機設計專業才能更好的發展，學生的能力也才能得到相應的提升。才能提高學生的社會競爭力。
二、計算機設計類專業學生基本能力培養內容和實現途徑
（一）學生基本設計能力培養的內容學生的設計能力要從各個方面來培養，例如：基礎知識的掌握，對設計圖中點、線、面的控制和培養、色彩的運用能力、綜合運用設計能力、創新能力等各方面來培養學生的專業運用計算機的能力。1.“三大構成”基礎知識的掌握。平面、立體、色彩這三大方面需要進行詳細的講解，學生也要認真的研讀，這樣才會減少在設計方面的失誤。2.“點、線、面”操控能力的培養。在設計的作品中，點、線、面是構成作品最基本的單位，因此要能設計好一個作品，給人眼前一亮的感覺，就要在這三個方面做到巧妙、熟練的運用，對這三個方面的運用要做到有針對性的分析，找出規律，這樣對學生完成作品很有幫助。3.色彩運用能力的培養。對色彩的運用，就是要在選擇顏色上多下功夫，還要考慮顏色的搭配，不僅要反映作品中所表達出來的情感基調，對作品中的細節也要有顏色上的準確把握。4.綜合運用設計手段的能力。引導學生將傳統的設計方法與現代的設計思路相結合，綜合的運用各種手段將作品呈現到最好。5.外部設備應用能力的培養。提高學生運用其他設備的能力，運用其他的設備來完善自己作品中的缺陷已達到完美。6.創新能力的培養。設計的創意是作品的靈魂。當一個作品呈現在大家眼前時，人們最關注的還是創意，這就需要作者掌握的知識要廣泛，這樣才會讓設計者有豐富的聯想和設計創意。
（二）學生基本能力培養實現途徑1.重視學生基本能力的培養。計算機設計專業學生的基本設計能力培養是平面設計的起點，任課教師應當對學生的基本設計的課程給予高度的重視。2.有機融合設計基礎教學與設計應用教學課程的內容。教師應當注重加強自身的專業素質，及時的了解教學的進度，將課程的內容與實踐緊密的結合，做到講和練相結合。逐步提高學生的應用能力。3.充分利用學生的課余時間，組織好互動與交流。在學校中學生與教師要加強交流，開展興趣小組，加強師生間的交流與互動，使學生基本能力培養的有效補充。
作者：殷燕單位：保定市高級技工學校
1自主可控計算機信號完整度設計
在自主可控計算機系統中，設置有種類較多的EMI信號，其信號敏感性較強，確保高速信號傳輸的完整性與可靠性是系統設計的關鍵，直接關系著整個計算機系統作業的可靠性與穩定性。影響計算機信號完整度的因素較多，如系統布局、疊層設計、內存信號布線、高速差分信號布線等。為此，在進行系統布局時，需要依托模塊化設計理念，依據電路功能進行模塊劃分，明確元器件布置區域，讓信號傳輸線盡量短，降低信號反射對信號完整性的影響，還應確保傳輸線路其阻抗匹配良好，復位電路與時鐘電路設置，應盡量與芯片位置距離較短，降低電磁輻射影響。在疊層設計過程中，需要依據系統布置狀況，采取PCB疊層設計方法，合理設置其層數，降低電路電磁所產生的干擾問題，為電路系統運行提供保障。在內存信號布線時，應將同組信號于相同布線層中視線中走線，加強長度匹配控制，采取蛇形線進行布置；在差分信號布線中，應盡量將其傳輸線等長設置，其布線形式采取平行布線方式，綜合考慮耦合原則，確保信號完整度。
2自主可控計算機軟件系統設計
為實現自主可控計算機具備自主知識產權，系統在設計中，其軟件均采取國產化軟件，具體而言，包括計算機操作系統、計算機應用軟件、計算機固件系統等。針對操作系統而言，為確保操作系統運行能力，對系統底層硬件驅動進行分析，確保操作系統可以有效對底層硬件機構執行有效驅動，確保系統可以運行穩定可靠。因我國國產的軟件其時間較短，實踐應用仍需要進一步改善，其系統與系統之間的兼容性有待深入研究，需要在實際運行應用中及時發現軟件系統中存在問題，并予以解決。
3自主可控計算機設計成果測試分析
通過對自主可控計算機的硬件設計與軟件設計，通過研制組裝，最終實現了國產自主可控計算機研制。在樣機設計完成后，采取針對性測試軟件，分別對自主可控計算機的CPU、內容、硬盤及其他數據接口性能進行測試，并對其高低溫環境下運行狀況進行檢測。試驗檢測結果證明，該自主可控計算機U盤讀速度正常，硬盤讀速度正常，計算機主板與3A主板性能相當，該計算機在零下40℃-50℃環境中，均可以正常作業，此外，還對自主可控計算機進行了連續拷機檢測，充分證實了該自主可控計算機具備良好的穩定性工作能力，其可控性高，安全性好，未來應用前景廣闊。
4結語
自主可控計算機未來發展前景廣闊，本文重點對自主可控計算機的硬件系統與軟件系統設計進行研究，通過應用國產化部件，實現了自主可控計算機設計。經過試驗檢測發現，該設計成果具備良好性能，性能穩定且可控性高。相信隨著科技進步，其發展前景會更為廣闊，應用效果更佳。
作者：王慧軍單位：平頂山教育學院
1硬件設計
1.1時鐘電路PowerPC模塊需要提供時鐘信號供MPC107，VME總線接口電路，以太網接口電路，串口使用，為減少時鐘種類，提高系統工作可靠性，將32MHz作為基本時鐘，該時鐘提供給MPC107使用，在MPC107內部經鎖相環倍頻后產生64MHz時鐘分別供CPU和FPGA使用，MPC107提供3路32MHz的PCI時鐘分別供FPGA，以太網和VME總線接口芯片使用，在FPGA內部將32MHz時鐘分頻為16MHz時鐘供FPGA內部串口邏輯使用。25MHz時鐘供以太網接口電路使用。高頻時鐘信號在源端串接22Ω電阻。
1.2電壓轉換電路PowerPC模塊上的電源要求為MPC755內核電壓為2.0V，允許偏差為5%;PowerPC接口電壓為3.3V;MPC107，FPGA內核電壓為2.5V，允許偏差5%，接口電壓為3.3V;其他芯片均為5V或3.3V。2.0V、2.5V和3.3V的電源變換電路用DC－DC變換器JW1083實現。
1.3處理器電路PowerPC模塊采用MPC755，芯片的最高工作主頻為350MHz，優秀頻率設定為256MHz。PowerPC通過橋接器MPC107訪問板內資源。主要集成以下功能塊:超標量處理器、32kB指令Cache和32kB數據Cache、1MB的L2Cache接口、128位寬內部數據通道，64位系統數據總線和L2Cache總線、32位地址線、64位數據線、整型數據類型有8，16和32位、浮點數據類型有32和64位。MPC755的主要特性有:每指令周期可以從指令Cache中取4條指令;每時鐘周期可以開始兩條指令執行;每時鐘周期可同時6條指令執行;大多數指令周期為單周期指令。MPC755有在系統測試和調試特性，JTAG接口可通過相應的硬件工具來測試數據處理。
1.4MPC107橋控制器MPC107PCI橋接器/集成存儲器控制器提供MPC6XX，MPC7XX，MPC74XX處理器到PCI總線的接口。MPC107提供功能有:一個高性能的存儲器控制器，雙處理器的支持，雙通道DMA控制器，一個中斷控制器，一路I2O消息控制器，一路I2C接口和一個時鐘鎖相環電路。MPC107內部有配置寄存器，配置寄存器基地址為0xFEC00000。MPC107主要特性:存儲器接口是32位或64位數據寬度，頻率66MHz，支持SDRAM、8位，32位，64位BOOTROM、支持數據校驗，讀、更改、寫，ECC;處理器接口是處理器總線66MHz，支持第二個處理器、支持MPC6XX，MPC7XX，MPC74XX處理器、支持存儲器一致性、32位或64位數據寬度，32位地址;PCI接口兼容PCI2.1規范，32位PCI接口，操作頻率可達33MHz，提供5個PCI設備的仲裁電路，有校驗支持;還有2通道DMA控制器、消息管理單元、I2C控制器、可編程中斷控制器、集成PCI，SDRAM時鐘產生、可編程存儲器和PCI總線驅動。
1.5存儲器電路CPU模塊上設計有8位BOOTFlash存儲器、64位SDRAM存儲器、64位Flash。CPU模塊上MPC107內部實現PowerPC存儲器控制器，提供地址譯碼、數據處理周期訪問時序、SDRAM時鐘等來訪問存儲器。通過控制MPC107內部的一些寄存器來完成這些功能。PowerPC模塊提供64位寬度的64MB的SDRAM。SDRAM采用4片WED146S8030A實現，供電電壓3.3V，時鐘頻率100MHz。MPC107內置SDRAM存儲器控制器，提供SDRAM的時序控制邏輯，并可提供SDRAM的訪問時鐘，時鐘頻率設計為66MHz。PowerPC和PCI主設備均可訪問SDRAM。地址空間位于存儲器的低端0x0000000—0x03FFFFFF。訪問方式及時序控制可控制MPC107內部的寄存器來實現。啟動Flash采用容量為4MB，按8位工作方式訪問，芯片采用SM29LV256實現，工作電壓為3.3V。支持整片擦寫，扇區寫保護等。每個扇區支持100000次的擦寫周期。Flash操作按Byte方式來訪問和操作。啟動Flash地址分配在存儲空間的高端，地址空間為FFC00000H～FFFFFFFFH。用于PowerPC模塊的啟動，啟動Flash上駐留啟動程序，BIT測試程序，Flash在板編程程序和操作系統。Flash由8片16位存儲器組成，芯片采用國威公司生產的SM29LV256實現，工作電壓3.3V，設計容量256MB。支持整片擦寫，扇區寫保護等。每個扇區支持100000次的擦寫周期，Flash操作按64位操作。Flash存儲器用于用戶程序的儲存。NVSRAM容量32kB，數據寬度8位，芯片采用STK14C88－5C45M實現。
1.6定時器電路和中斷電路MPC107提供4路32位計數器，在定時器計數減至零時產生中斷，可用于系統定時或產生周期總斷。計數器工作時鐘為MPC107供SDRAM的輸入時鐘的1/8，精度±50×10－6;計數器0保留作為系統時鐘，其余3路計數器用作用戶時鐘，定時范圍為121ns～515s。PowerPC模塊上的中斷控制器由MPC107內部集成的可編程中斷控制單元(EPIC)實現，該中斷控制器采用OpenPIC體系結構實現，支持16級串行中斷。中斷控制器可根據中斷源的特點設置中斷的優先級和電平有效方式，中斷的優先級可以通過軟件進行設置。
1.7接口電路接口電路包括以太網通信接口電路、RS232接口電路、LBE總線接口和VME總線接口電路。PowerPC模塊提供1路10/100MB以太網接口，采用Intel82551芯片實現。接口采用RJ45頭雙絞線。10MB以太網雙絞線接口最大傳輸距離為185m。100MB以太網雙絞線接口最大傳輸距離為100m。以太網地址存于Flash中，通過軟件可以進行以太網地址的設定。兩路RS232接口電路采用FPGA邏輯實現，8位數據寬度，按8位方式訪問。提供兩路RS232串行通訊接口，串行接口的工作時鐘采用3.6864MHz，兩路串行接口采用三線制傳輸，用于與開發平臺的通訊，最大速率115kbit?s－1。LBE總線接口采用PCI總線實現，16位讀寫訪問，在FPGA中設計實現PCI－LBE橋邏輯，實現PowerPC模塊對LBE總線其他從設備的訪問。當LBE總線訪問超時(超時周期3.840μs)，報總線超時中斷。模塊采用UniverseII接口芯片實現VME總線接口，UniverseII主要特性包括:實現32位，33MHzPCI總線接口、內部集成大容量FIFO、提供可編程的DMA控制器、60～70MBit?s－1的VME總線傳輸速率、完全的VME總線地址和數據傳輸模式、功能強大的寄存器集、可編程PCI總線和VME總線訪問、完全VME總線系統控制器功能、地址監視器功能和Auto－ID。UniverseII提供VME總線超時定時器，當VME總線超時，報VXBERR有效，結束當前VME總線訪問。在FPGA內部設計實現VME總線接口訪問超時中斷，當訪問周期超過16μs，則總線超時中斷有效，點亮故障燈。
1.8控制邏輯電路控制邏輯由FPGA實現，采用Xilinx公司的XQV300芯片。主要實現以下邏輯控制功能:串行中斷控制邏輯、復位邏輯、看門狗控制邏輯、訪問Flash存儲器邏輯、訪問串口控制邏輯、離散量端口控制邏輯、RS232異步通信邏輯、LBE總線接口邏輯。
2軟件設計
系統軟件是系統硬件與應用軟件之間的橋梁，其為應用程序的開發提供支持。PowerPC模塊系統軟件包括系統引導程序，VxWorks實時操作系統，在板編程程序，PUBIT以及硬件驅動程序等。硬件系統通電后首先執行引導程序，引導程序根據離散量GSE#狀態，判斷顯示維護菜單，或者啟動應用程序，根據離散量DISin0狀態，判斷加載0#區應用程序或加載1#區應用程序。系統加電后在啟動操作系統之前，首先運行加電BIT(PUBIT)，對硬件資源進行檢測。PUBIT只包含產品的檢測，檢測結果存放于NVSRAM中，應用程序可通過函數讀到PUBIT的結果。用戶產品的硬件檢測在應用程序中完成，通過讀取系統軟件提供的PUBIT結果，應用程序可以獲得整個硬件資源的檢測信息。在板編程完成將程序或數據固化到Flash存儲器的功能，在板編程可通過串口實現。在板編程模塊由兩部分程序組成，分別駐留在為目標機和宿主機上，目標機上的程序完成固化數據的接收，Flash存儲器的數據的寫入，固化后數據的校驗，Flash測試代碼和的計算;該部分程序事先固化到系統中，當系統處于編程狀態時，啟動它運行。宿主機上的程序完成固化文件參數的讀取和固化數據的發送工作。
操作系統配置的功能包括:提供標準C/C++支持;提供文件系統以及標準輸入輸出支持;提供硬件初始化、信號量、消息隊列、例外處理等系統內核功能支持;提供系統緩沖區、雙向鏈表以及環型緩沖區等管理支持;提供網絡接口的WDB調試支持;提供優秀硬件管理功能，包括系統存儲器、Cache、時鐘、浮點運算、網絡接口等的支持;提供多任務調度管理功能。設備驅動程序分為兩類:一類是操作系統工作必須的硬件資源的設備驅動軟件(BSP)，這些驅動程序必須與操作系統捆綁在一起，由操作系統統一管理;另一類是系統中其他硬件資源的驅動軟件，這些程序獨立于操作系統，以硬件支持庫的形式提供用戶調用。屬于第一類的驅動包括時鐘驅動、中斷控制器驅動、串行調試通訊接口驅動、網絡接口驅動等;屬于第二類的驅動包括Flash存儲器讀寫驅動，VME總線驅動程序，IO模塊驅動程序等。為保證程序的可移植性和兼容性，需保持底層驅動函數接口保持不變。
3結束語
本文介紹了基于PowerPC755芯片的單板計算機。以PowerPC755處理器為優秀電路，MPC107為橋芯片，其他功能選用標準接口，高集成度芯片實現，內部總線采用標準32位PCI總線接口，底板總線接口采用標準VME總線接口，LBE總線接口。結構簡單、可靠性高，提高系統整體性能和性價比，有較好的繼承性以及維護方便等特點。
作者：劉冰孫愛中單位：中航工業西安航空計算技術研究所第6研究室
一、體驗式教學在計算機設計類課程上的應用類型
（一）情感體驗主要指計算機設計類的學生在開設專業課程之前“先入式”的對已有的好的設計作品及設計要素（線條、平面、空間）、環境、美術作品、圖片以及作品與用戶的交互性等感受體驗和美學認知的心理傾向的積累，在與這些事物經常性的接觸過程中，學生自然而然會對色彩、線條、平面、空間感、質感、構圖、作品效果的愉悅性等建立起簡單而樸素的認知和美學傾向，再加以正確的引導就可以形成正確的美學認知和專業素養，培養起正確的美學表達方式對后續的專業技能的培養起到很好的基礎作用，在完成設計作業或參與項目中就會帶有思維的活性，使作品具有靈性，而不是技法上簡單地模仿和機械地實現。
（二）形象體驗主要指學生們在課余時間里對老師所教授的對象具有形體上生動的認知和形象記憶[9]。把老師講授的各種軟件操作技法與實現效果對照，把電腦影像效果與真實客觀對象的仿真差距對照，這樣對知識點的接受就不會落入空洞的表述和抽象的記憶，與教師課堂講授的結合，大大突破有限學時的限制，利于對知識的理解成為鮮活的知識點的積累記憶，形成學生們豐富的專業知識儲備，利于作品設計實踐活動中獨立的創新思維的激發，而不是盲目地模仿。
（三）思維體驗是指在教學活動中教師不把自己的思維方式強加給學生，而是采取案例教學、組織討論等方式，從學生們所熟知的生活例子中引導學生們思考、討論[10]。在教學過程中，把思維發散開，然后逐個分析各種情況和方案，把思維聚合起來，篩選出優化的方案，在此基礎上提升出需要講授的知識原理，以學生的知識認知為起點往上提升的教學方法取代以老師的經驗認知往下灌的教學模式，讓學生體驗整個分析的過程，學生容易吸收結論，知識點記得活，能主動應用，可以大大提高教學效果。我們在平面設計、網頁設計、3D建模設計、課件制作等課程中根據不同需要做案例教學、分組調查、分組討論等教學設計。技法體驗及操作實踐體驗：計算機設計類的實踐技能需要和設計的理論知識結合較緊密，在進行專業實踐訓練時，要讓學生有足夠的時間和機會，反復參與到專業實踐技能訓練環境中，在實踐—總結—輔導—再實踐的環節中反復進行，找到自己實踐的心理體驗，幫助他們總結出實踐技能的認知，提升實踐技能背后的專業知識理論。實踐技能的熟練掌握需要和理論功底的積累結合起來，要避免“理論熟，實踐生”或“理論淺，實踐熟”的兩種錯誤傾向[11]。
二、體驗式教學在課程教學上的應用
多媒體教學手段全覆蓋所有計算機設計類課程，探索以形象思維認知引導切入，調動學生積極參與體驗的教學模式，從體驗的環境設計入手營造教學氣氛。在課堂教學中，任課教師根據課程特點進行教學設計，多采取互動的，分析型的教學，課堂的圖片展示、視頻教學、網絡教學要與教師多媒體課件教學結合，增加作品案例分析、作業講授的學時，揉和情感體驗和思維體驗于教學氣氛中。在提出每一種技法、思路或方案時，要重視與學生形象思維的交流，注意引導討論情感體驗，利于學生確立正確的美學思想，或做方案時具有人性化的思考，在討論和分析過程中又要注意邏輯思維的條理、層次，讓學生在接受知識的同時學習到專業特點的思維方式，培養發現問題、分析問題的能力，教學形式可融合案例教學、分組討論、野外認知等多種形式進行，在效果表現力與技法實現上引導學生反復體驗，找到技法的自我感受，探索含實踐技能測試、作品評比、實習考核、口試等多種考核辦法的考核機制。同時，加大實踐教學改革力度，一方面，積極在每一門課程中抽出一定比重的學時進行專業技能的強化訓練，課程特點相近的教師組合或銜接，制定專門的訓練教學計劃，分年級分課程實施小班教學，強化基礎訓練（電腦技能測試），分方向交叉訓練，延伸強化綜合訓練（帶項目的概念性設計），實踐教學要注意引導學生對技法體驗和操作實踐的體驗，小班分組進行，加強個別輔導，增加學生交流經驗和接受輔導的機會，注意課堂與課后的結合，布置一些項目性的課后作業給學生去做；另一方面積極探索走出學校，面向社會的技能訓練，與多家廣告公司、景觀設計公司、網頁設計公司等合作，積極建設集社會服務與專業實踐教學為一體的校外實踐教學基地，推薦學生到企業頂崗實習，可改善實踐教學條件，積極探索校外專業實踐教學的新模式，幫助學生對未來職業角色和職業環境進行職業體驗，是專業教學在學生職業規劃上的積極育人的實踐行徑，每個實習基地的實訓內容與對應的課程匹配，集中在某個專項的技能訓練上。
三、體驗式教學在第二課堂建設上的應用
單憑課堂教學進行專業訓練是不夠的，也不符合“理論—實踐—再理論—再實踐”的人類認知實踐過程的反復漸進的要求，需要把學生課余時間利用起來組織好第二課堂，開發出專業訓練的潛在課程。可通過開放管理計算機房、整合教學資源、組建以學生為主體，專業教師參與輔導、培訓的一個學生的專業學習型的團隊等舉措來加強，集專業書籍閱覽、專業資料收集、組織專業比賽、社會實習等功能于一身，培養學生們的專業素養和專業實踐能力，營造課余專業學習氛圍，適時舉辦專項技能提高的輔導班，幫助那些在課余時間有加強專業技能訓練愿望的學生加強專業技能訓練，由專業教師授課，根據授課學生的情況制定專門的培訓方案，對專業的正規課程不能觸及到的深度和答疑輔導進行補充，輔導了很多專業基礎弱的學生進行專業技能的強化訓練，同時也輔導了一些有志于在設計類領域就業的學生進行就業培訓。
四、體驗式教學在專業文化建設上的應用
除了在專業課程的學習上需要體驗式的教學之外，計算機設計類的師生在專業價值觀上的自我認知也需要加強“育人體驗”和“職業自信心體驗”，我們借鑒企業文化的建設思想，從教師和學生兩條線入手，整合專業課程教學、第二課堂訓練和校園文化等教學資源，加強專業學術交流平臺的建設，提高教師專業教學與育人的職業認知感，引導學生復合型人才的成才模式，營造激勵學生們熱情參加專業實踐、社會實踐和社會服務的專業學習氛圍；通過鼓勵教師組織學生專業訓練、作品評比、參加設計比賽等活動延伸專業課程教學，豐富專業學習資料，鍛煉學生們的動手能力和創新思維，可以激勵學生們的學習自信心；通過建立作品展室、到企業項目實習等舉措，活躍專業氣氛，提高學生專業學習在價值觀上的自我認知感，提升學習熱情和專業自信心，綜合提高專業教學水平。
五、結語
體驗式教學在計算機設計類教學體系中的系統化應用，需要情感體驗、形象體驗、思維體驗、技法體驗及操作實踐體驗以及職場體驗五種類型的有機結合，在專業素質培養中突出學生的主體地位，注重學生的專業技能和思維方式的培養，比傳統的“灌”式教育更符合計算機設計類人才培養模式的要求，可提高專業的整體教學效果，促進專業教學與行業發展的對接，增強學生的就業適應性，同時，也要看到，這需要在整個教學體系上加大改革力度，給予更大的軟硬件上的投入，需要建立和諧的教學團隊，整合各種教學資源進行統籌管理，也要求各位任課教師具更高的教學熱情和事業心，研究學生的知識背景和認知特點，根據不同的課程特點探索更多有效的教學形式，豐富教案。
作者：李潔尹光陳賢龔元圣單位：昆明市財經商貿學校云南農業大學
1計算機設計
在計算機的設計方面，關于三維動畫制作工作其實是一項十分系統化的繁瑣過程。部分動畫要將大量的圖像資源傳輸到軟件內，接著利用軟件做進一步的理，實現所有圖片的一一相連，當前隨著科學技術水平的快速提升，軟件技術也相較于之前有了進一步的強化，因此在動畫處理制作的過程中會更加的快捷高效。
應用領域編輯計算機設計的應用領域非常廣泛，主要是平面設計和立體設計兩方面。平面設計包括廣告類、插畫類、二維動畫、影視、服裝設計等各方面。而三維設計的應用更是廣泛，動漫和電視電影中時時存在著計算機設計的應用。相應的各種計算機設計繪制軟件也是應運而生。計算機設計已經越來越廣泛地應用于各個領域，比如使用電腦進行廣告設計、書籍插圖、建筑裝潢、服裝設計等；當把電腦美術運用在影視制作中的時候，通過被叫做“電腦特技”。就想是早年間攝影技術的研究與發現，電腦圖像技術的出現同樣在藝術發展史上有著不可磨滅的價值與意義。之前在創作過程中需要借助紙筆的美術家現在已經能夠將其擺脫了，所有的繪畫設計工作都能夠通過電腦呈現于完成。對于電腦數碼美術的概念及范圍當前并沒有一個明確的設定，社會各個領域對這一全新的知識抱有的看法尚未完全一致，或多或少的存在一定的差異性，唯一可以肯定的是各個領域的學者都認為電腦數碼美術史一種可以實現動畫設計處理并運用于影視制作工作中的藝術類別。
設計可以說是美術這門課程的其中一個部分。電腦數碼美術的出現為其創造了前所未有的機遇。我們日常生活中所接觸到的，很多都與美術設計有著不可分割的關系，像是商品商標的設計，外包裝的設計以及建筑工程的設計等。通過計算機的運用，設計師擁有了更為寬闊的思維發散空間及藝術表現形式，幫助他們更加高效的完成設計工作。當前計算機技術水平的快速前行，已經逐漸的擴展到越來越多的工作領域，其便利性、快速性、高效性使計算機技術在人們的工作和學習中占有越來越重要的地位，美術和計算機在一定條件下巧妙結合，加上社會經濟的發展，人民生活水平提高給實用美術帶來無限發展的空間，美術設計人才的社會需求量也越來越大。
2計算機美術設計的特征及優勢
2.1較為強勁的設計功能就美術設計而言，計算機的應用無疑具有重要價值與意義，相較于傳統的設計工具，其體現出更為強勁的設計功能，這是以往美術設計所無法勝任完成的。并且更為重要的一點是通過計算機美術設計，能夠更便于設計書對方案的修整，為設計師創造更為寬闊的思維發散空間，間美術設計由之前所局限的平面設計進一步的深入到了更多的藝術領域。3.2豐富多樣的美術設計軟件計算機美術設計的多樣性也在一定程度上體現在美術設計軟件的豐富多樣上，例如廣告平面設計軟件如：Photoshop、CorelDraw、GooglePicasa，能實現對照片、logo標志、廣告、圖片的設計等，同時還能增加圖片的效果處理。建筑施工圖設計如AutoCAD、3DMAX等，室內外裝飾設計效果等。
2.3海量存儲的設計素材計算機技術和互聯網的發展和普及建立了信息資源共享的平臺，計算機網絡信息化以及海量存儲的特點，致使美術設計者能輕松獲取素材。同時也可通過計算機美術設計實現傳統美術設計不可能實現的效果，將以前的創作設計應用到新的創作中去。計算機對于美術設計作可以進行海量存儲和網絡信息化使作品出版、傳播具有顯著優勢。同時計算機美術設計也推動了整個美術設計行業的快速發展，建立了美術設計者的相互交流和溝通的平臺。
3傳統美術教育設計和計算機美術設計的關系
美術也叫做空間藝術，西方傳統美術引用物理學的概念，把長度、寬度、深度作為表現視覺真實的“三維空間”的理念，傳統美術的這一特性竟然被電腦美術實實在地實現了，從傳統的用平面的明暗關系和透視關系來再現三維空間到數字化的真實的矢量運算三維空間——計算機三維動畫，計算機設計無疑是對美術作為空間藝術的重要發展和完善。即使當前計算機美術設計轉變了傳統的美術行業發展方式，不過我們仍然需要認識到其關鍵還是美術設計，關于美術設計的進步最重要的考量事項是其作品的功能、藝術觀賞價值等。所以說作為現代一名合格的美術設計師必須要擁有較強的藝術鑒賞水平以及創造力水平，這樣才可以將確保其設計作品具有豐厚的文化內涵。如果想要設計出優秀的美術作品，設計師應該注意實現計算機美術設計與傳統美術設計的有效融合，實際上形成了以傳統的美術設計作品為底蘊、以計算機美術設計為手段的設計模式，設計者的審美能力越強，藝術修養越高，則美術設計師設計出來的作品具有越能越高的品
作者：張天意單位：山東理工大學濱州市技師學院
平面設計包含了廣告設計、動畫設計、網頁設計、包裝設計、書籍設計等多個方面的內容。通過平面設計，設計師可以通過各種視覺元素的組合來把信息和構思傳遞給大眾。成功的平面設計作品，能夠在順利傳遞信息的同時，表現出一種感動他人的力量。隨著時代的發展，平面設計已經成為了集計算機技術、美術知識和藝術創意為一體的綜合性行業。Photoshop、Coreldraw、Illustrator等軟件的出現，讓平面設計工作更加便捷和靈活，設計者的表達手段更為多樣，設計作品也更加鮮活和富有創意。
1計算機軟件對平面設計的重要性
平面設計行業已經具有相當長的發展歷史。計算機設計軟件的出現，是對平面設計行業的一次改革，推動了平面設計的發展。計算機軟件，能夠幫助一些繪畫功底不夠深厚的設計人員進行設計方案的構想和調整。通過計算機軟件，能夠實現文字、圖像和特效的全方位處理，讓設計方案更顯生動、鮮活，表達效果更加顯著。設計軟件能夠讓文字圖形化，實現文字和圖像的合理空間布局，實現色彩上的和諧搭配，有助于設計人員展現自己的獨特思維和審美情趣，增強平面設計的創新性。
2計算機軟件在平面設計中有哪些優勢
2.1能夠增強文字的表現力
計算機設計軟件能夠實現對文字的各種設置，比如字體種類、字號大小、字體的繁或簡，還有各種藝術文字效果等。在進行設計的時候，設計者要根據不同的業務需求來對文字進行綜合處理。通過計算機設計軟件處理的文字，能夠有分明的層次，對設計的主題內容起到一個突出的作用，表達設計內容背后的深層次內涵。在運用計算機軟件進行設計時，要注意文字內容的有序組合，不要進行毫無意義的創意疊加、羅列，淹沒了設計的主題。設計軟件的文字處理，要秉承個性與美感相結合、創新與實用相結合的原則，展現設計者的個人風格和創作水平。
2.2能夠處理文字與空間之間的關系
平面設計一般是在有限的空間內進行。如何在有限的空間中表達出設計內涵，正確處理文字和空間的關系，一直是設計人員要仔細考慮的問題。通過計算機設計軟件的運用，設計人員可以完美地解決這方面的問題。正確處理文字與空間的關系，關鍵在于控制好文字之間的間隙大小和排列方式。良好的設計作品當中，文字疏密程度和集散分布都很合理，能營造一種主次分明的格局和良好的視覺效果，最大程度地吸引別人的注意力。在傳統的平面設計當中，文字的排布和字體的調整是很費時費力的。利用計算機軟件，能夠方便調整文字的風格、筆跡、排列，實現文字與空間關系的科學處理。
3計算機軟件在平面設計當中的應用方向
在各種計算機軟件投入平面設計的應用之前，平面設計一般采取手繪的方式。但是這種方式對設計人員精力的消耗巨大，一旦發生改動，對設計稿的改動也極為困難，也對設計人員的思想造成了束縛和限制。計算機設計軟件的出現，大大改善了這種狀況。計算機設計軟件分為點陣圖像和矢量圖形兩類。點陣圖像的軟件代表是Photoshop、Painter、Firwork；矢量圖形的軟件代表是Illustrator、CoreDraw等。這些軟件現在已經廣泛應用于廣告設計、包裝設計、書籍刊物設計、插畫設計等分支行業領域當中。
3.1對平面文字的處理
文字是平面設計的重要組成部分。平面設計通過文字來傳遞信息，表達設計的內容和內涵，體現設計者的思想。在設計人員對設計的文字進行處理時，要通過不同軟件，運用不同的手法去進行。比如很多設計人員在放大或縮小文字的時候，只會用Photoshop進行簡單處理，但是這樣容易出現圖像模糊、字跡不清的問題。這時候就需要運用到CoreDraw來進行處理。這需要設計人員能夠全面熟練運用各個設計軟件，對其功能性和優點缺點都了然于心，實現靈活應變。
3.2對圖像的處理
在平面設計當中，除了文字之外，圖像也是一個重要的組成部分。平面設計軟件同樣可以實現對圖像的多功能處理。對圖像的處理，能夠彌補文字在表達上的不足，使設計作品更加飽滿，效果更加明顯。通過將不同的圖像設置在各個圖層當中，對各個圖層進行操作，能夠實現圖像的合成，有利于表達圖像的含義。圖像軟件具有強大豐富的圖片功能，能夠實現油畫、素描等繪畫方式的技巧表達。這也是對傳統手繪方式的一種優點的繼承。3.3對特效的處理說到特效處理方面，大家想到的多是Photoshop。Adobe公司推出的Photoshop除了在文字和圖像方面的強大處理能力，在特效方面也有著不俗的表現。但是，同為Adobe公司推出的Illustrator軟件在處理特效文字、紋理和特效背景方面的作用更加強大。Illustrator能夠整合flash，設置圖像和文字的漸變透明效果，實現各種形狀和位置的轉換，對于印刷出版、專業插畫、多媒體圖像處理和網頁制作。
4結論
計算機軟件的應用水平，已經成為了衡量平面設計人員的專業能力高低的重要標準之一。新時代的平面設計人員，一定要善于運用設計軟件，表達自己的設計構想。通過不同軟件的綜合利用，對自己的設計作品進行改進，增強表達效果，豐富表達手段，將自己的創意與科學技術融合在一起。只有這樣才能夠形成具有深刻表達內涵和強烈大眾吸引力的設計作品。
作者:陳僑 單位:湖南省邵陽市高級技工學校
1計算機技術在建筑設計應用中的優缺點
1.1計算機技術在建筑設計中的優勢
通常情況下，計算機的建筑主要是由單一的立面所渲染而來，目前計算機技術已經是得到了飛速的發展，其計算機建筑設計已經是能夠達到了三維的動態效果，這進一步推動了建筑行業的發展。通過多媒體網絡技術的使用，將圖像、文字以及聲音有效結合起來，更加生動形象化，同時也能夠在一定程度上使人產生仿佛置身其中的感覺。
1.2計算機技術在建筑設計中存在的問題
目前對于計算機數來說，其主要是有著很多的優點，然而在建筑設計過程中的應用依然是存在著很多的缺陷。計算機不可能具備人的專業性的思維與觀念，它始終只是一種輔助性工具，設計師不能全程依靠計算機。在建筑設計中的主觀性、文化性等方面需要設計師自行解決。所以，對于計算機技術還需要進一步的向著智能化方向去發展，并且計算機主要是作為輔助性的工具僅僅只是使用在迎合實物設計的需要才能夠在一定程度上使其發揮出最大的作用。
2建筑設計中常用的計算機技術
2.1關于虛擬現實技術
對于這種技術來說，其主要是建立在體驗虛擬世界的一種計算機模式，對于這種技術來說，主要是通過利用計算機技術和傳感裝置系統來構件的一種全興模式，其特點主要是具有著交互性以及幻想性，對于這種虛擬的環境主要是通過計算機技術所建立起來的，之后通過視覺、聽覺和觸覺等感覺來作用于用戶。在這種虛擬的環境技術中，用戶可以在虛擬的環境中用動態交互的方式來將未來的建筑進行全方位地審視。另外，還可以從各個方位的角度來觀察場景，然而還可以進行各種的運動互換模式，以此來使其能夠產生身臨其境的感覺。這項技術自身存在的優勢目前是傳統的建筑效果圖三維動畫所無法相比擬的，在虛擬的現實環境中，在看到虛擬環境之后能夠更好的幫助設計人員充分的開展其想象力，然而在個根據充分的創造力來設計出更多的方案，最終選擇出更好的方案。
2.2關于數字化技術
對于這種技術來說，主要是把所有的信息全部都進行收集轉化，通過采用數字信號的方式來使其存儲到計算機當中，之后在通過計算機來進行處理，然后利用網絡來傳送。數字化并不僅僅是一種比較簡單的信息儲存和處理技術，它有效地改變了傳統生產技術，給人們的思維及生活方式都帶來了極大的改變，對建筑設計更是產生了深遠的影響。在傳統方面，建筑的類型也將會隨著發生不斷的改變，甚至是將會被新的建筑類型所取締。在以后的建筑設計當中，數字化技術一定會全面取代傳統的建筑設計技術。計算機應用技術以其高效率在改變著傳統建筑設計方法的同時，同時也在不斷的對建筑的設計思維進行改變。在建設的設計當中，其主要是有草圖、模型的研究過程的平面、渲染這種追求的成果的過程，主要是經過空問抽象與空問實體研究相結合的工作方式轉變成在計算機的虛擬空問中的漫游，這一切表明傳統的建筑設計師工作平臺已經從圖板過渡到計算機桌面。
3計算機技術應用于建筑設計中的注意要點
3.1不斷提高技術水平及不斷更新輔助軟件
目前對于計算機市場來說，變化時十分快的，同時人們對于建筑市場的要求也是越發的激烈。針對目前來說，計算機市場在一定程度上可以說是日新月異，并且發展相對來說也是比較迅速的，人們在建筑設計過程中的要求也是不斷的提高。這就需要相關的一些建筑設計部門要在一定程度上不斷地對內部計算機系統進行有效的更新，對科技發展的步伐進行追上，為建筑設計在一定程度上注入新的活力。因此，相關的設計人員要在一定程度上不斷的掌握新技術，對設計軟件進行不斷的不斷更新，才能夠對工作過程中的效率進行不斷的提高，并且能夠對建筑設計進行準確及時地完成，在一定程度上幫助工程能夠如期完成。
3.2對建筑設計圖后期進行重視，并對工作進行有效的處理落實
針對計算機效果圖來說，其后期處理工作相對來說是比較重要的，對設計圖的整體質量有著直接的關系，對其進行高效合理地處理能夠在一定程度上讓畫面變得更加的豐富多彩以及栩栩如生。但是，在實際應用的過程中，常會出現一些的缺陷，建筑設計師不能夠對畫面的主題進行有效的明確。這是由于計算機比較豐富畫面，所以一些相關的建筑設計師在制作計算機效果圖的過程中，在一定程度上比較注重形式，還有部分設計師在進行建筑設計圖的后期貼圖工作過程中，對模型尺寸在一定程度上不能夠進行準確的把握，對人和車輛等配景過于放大，建筑物的模型相對來說不夠顯眼，從而在一定程度上導致畫面整體出現不和諧的現象，并且比較復雜化。目前就計算機在建筑領域的應用來說，可以在一定程度上發現有些計算機效果的制作其實不是很全面的對建筑設計師的技能水平進行展示，尤其能夠體現在環境光處理中。由于計算機在一定程度上得到了不斷的更新發展，微型計算機能夠進一步的可以實現這一功能，在一定程度上把計算機建筑畫處理過程中發揮著比較重大的作用，它可以在一定程度上對畫面的和諧化進行實現、進而在一定程度上讓動畫效果變得比較生動形象。建筑設計師應在一定程度上定期掌握新型軟件的知識，只有這樣才能夠更好的地完成計算機建筑畫。
4結語
計算機技術得到了相對比較廣泛的應用，由于計算機建筑畫已經是現代建筑行業中發展必然趨勢，它能夠對建筑物進行全方面的展現，并且還能夠在一定程度上對物力以及人力等進行減少，計算機技術它在一定程度上是建筑設計過程中只增不減的，計算機建筑畫是建筑行業在目前階段以及以后階段的主要發展趨勢，在建筑領域中，計算機的功能具有著這越來越多的作用，因此，計算機在一定程度上成為建筑領域中不能夠缺少的工具，對建筑設計具有著比較重要的影響。
作者: 單位:山西中方森特建筑工程設計研究院
摘要：時至今日，計算機技術與其他學科的共同發展，以及計算機在教育方面的廣泛應用，已經成為了教育技術現代化的重要標志，計算機技術在教學實踐領域中發揮著愈加重要的作用。為了切實完成教育改革的光榮任務，廣大教育者有必要在工作中處理好關于實踐教學中的計算機普及設計應用的一系列問題。
關鍵詞：實踐教學；計算機；設計應用
一、引言
早在改革開放初期的1984年，鄧小平同志就提出了“計算機的普及要從娃娃抓起”的著名言論，這句話不僅為我國的計算機技術的普及指明了方向，更是為我國的計算機技術在教育領域的重要地位一錘定音。近年，在我國教育界進行的教育改革中，信息化教學改革已日益成為改革的重點。計算機教學就是指在實踐教學過程中，根據教學目標和課堂內容的特點，通過計算機硬件和軟件的相關設計，運用信息技術教學多媒體課件和傳統教學手段有機結合，使兩者共同參與到教學過程中來，形成新的立體的教學結構，為課堂學生的學習創造更容易接受的條件，大大提高教學效率。
二、實踐教學中普遍存在的問題
雖然對實踐教學中計算機運用的普及是大勢所趨，但是在這一過程中，不可避免地會出現負面問題，其中有的甚至會導致教學質量的降低。
（一）計算機硬件設備落后，教師在操作上不夠熟練。在經濟落后地區，計算機實踐教學中依舊長期存在著計算機硬件設備落后的問題，這樣就嚴重影響了課堂教學效率和質量；此外，由于我國的計算機普及速度太快，地區間的普及程度又不一致，導致了教學條件落后的地區出現了任課教師面對多媒體時，對系統操作不熟練甚至是不會操作的現象，這就是教育資源的浪費。
（二）實踐教學中課件質量偏低，教師盲目使用資源現象嚴重。據筆者調查，由于真正受過計算機教育培訓的教師群體在整個教師群體中所占比重偏低，所以真正能利用計算機制作課件上課的教師并不多，但是又迫于利用多媒體課件上課能大幅提高課堂教育效率，所以，許多教師選擇了用低質量課件放入多媒體幫助課堂教學，這樣雖然能提高課堂教學效率，但是對課堂教學的質量來說，卻是一個嚴重的威脅；不僅如此，不少教師為了趕進度、趕效率，采取套用現成課件方式來維持教學進度的快速進行，卻忽略了學生群體接收能力是否能承受，如此以來，對教學高質量的又形成了一個威脅。
三、相關聯的針對性策略
就以上問題看來，實踐教學中的計算機設計與應用相對于傳統教學方式來說是一次重大的改革，雖然大大提高了許多領域的教學效率，但是也對另一些領域的教學質量造成了嚴重的影響，以至于部分地區的學校在試驗階段采取了計算機多媒體教學之后發現效果不佳，就果斷暫停了在實踐教學中使用計算機幫助教學，這從一定程度上來看可以說是歷史的倒退。針對這些現象，我們就有必要制定相關對策來客服這些弊病。
（一）加大對師資隊伍信息技術教育的投入。在運用計算機進行教學的過程中，教育者始終是實踐教學中的關鍵性因素，而且這在一定程度上左右了實踐教學的整體效率和質量，所以為了提高在實踐教學中的實際使用效率，對一線師資隊伍進行必要的觀念更新及技術培訓是十分要的。具體的做法是，在各地區特別是經濟相對落后的地區建立針對一線師資隊伍的培訓機構，學校也可以根據自身特點自主建立起定期培訓的培訓班，力求將計算機的功效切實應用到實踐教學中去。
（二）教師自身要時刻提高自身素質。身處一線的教師隊伍在現代化多媒體教學中有必要時刻緊隨時代步伐。通過各種方式和途徑提高自身教學技能和信息時代的默契，比如要掌握計算機基礎知識和基礎教學知識，基本掌握WORD、PPT等軟件的應用，甚至要熟知網絡語言等。另外，面對信息時代網絡資源日益豐富的局面，教師自身必須更加遵守職業道德，明確豐富的網絡資源既有利于更加方便地進行信息化教學，同時也會迫于教學進度壓力盲目追求速度而滋長自身的職業惰性，這種影響教學質量的問題已經屢見不鮮，面對這種問題，教師自身的素質的提高更是重中之重。
四、結語
雖然信息時代的到來對我國的教育事業是一個巨大的改革機遇，但是帶來機遇的同時也帶來了挑戰，許多地區盲目引進多媒體教學設備，雖然帶來了教學效率的提高，但是也引起了教學質量下降的副作用。筆者認為，信息時代實踐教學效率和質量有賴于教育部門的大力支持和投入，也要依靠師資隊伍自身教學技術和思想素質的逐步提高。在此基礎上，開啟信息時代實踐教學的大門，就需要借助更多的硬件支持，加入更多的課堂實踐創意。
摘 要：為了解決基于CompactPCI的計算機無法適應惡劣環境的問題，提出了基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機的設計方法。該方法中包括基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機的設計思路和實現過程。該方法通過電氣設計、熱設計、電磁兼容設計等多種設計實現計算機的抗惡劣環境效果，在進行設計的過程中采用仿真、測試等多種手段對設計數據進行了驗證，從而保證了設計的正確性。該方法已經投入應用，在應用過程中取得了良好的效果。
關鍵詞：CompactPCI； 抗惡劣環境； 計算機； 熱設計
0 引 言
基于CompactPCI的計算機在工業控制領域的應用非常廣泛，是在某些對環境適應性要求比較高的領域，為了保證計算機性能的穩定發揮，需要針對這些計算機進行抗惡劣環境設計。
基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機的設計主要包括幾個方面：電氣設計、熱設計、抗振性設計、電磁兼容設計等多個。在設計中除了包含以上的設計內容外還需要考慮溫度適應性和可靠性。文中以一種通用的CompactPCI抗惡劣計算機的設計過程為例，對該計算機的主要設計方面進行了介紹[1]。
1 計算機組成原理
在本文中基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機設計的重點在于制定一個通用的系統實現方案。如圖1所示的基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機，該系統是在參考了CompactPCI規范和國外成熟產品的基礎上提出的一個系統集成方案。系統由幾種典型模塊組成，組成模塊的功能可以根據實際的需要進行拆分、組合。
主模塊是整個系統的優秀，負責系統總線的初始化以及數據處理任務，從主模塊引出的PCI總線可以直接連接各種CompactPCI外設模塊如輸入/輸出(以下簡稱IO)模塊。IO模塊板基于PCI總線接口，這種模塊的數據吞吐速率快，可以適用于需要大數據量傳輸的場合。CompactPCI背板提供各個模塊之間連接的通道。
圖1 基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機組成原理框圖
2 計算機設計實現
如圖2所示，抗惡劣環境計算機采用密封式加固設計，計算機的組成模塊通過兩側鎖緊裝置將蓋板緊貼機箱壁,采用傳導散熱與強迫風冷散熱相結合的設計方法進行散熱。這樣既可以保證在振動環境下物理連接的穩固性，也可以達到散熱效果。
圖2 基于CompactPCI的抗惡劣環境
計算機機箱外形圖
2.1 電氣設計
基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機的電氣設計主要包括主計算機模塊設計、電源模塊設計、組成外設模塊設計等方面。由于計算機的溫度適應性也是提高環境適應性的重要方面。為了保證計算機的低溫性能，在進行電氣設計時，需要選擇低溫性能好的組成模塊或元器件，如電池等在選型時應該充分地考慮溫度適應性。為了保證計算機設計的可靠性，集成電路、分立元器件、接插件應選用工業級或工業級以上的產品。
2.1.1 主計算機模塊的實現
為了實現小體積高性能的抗惡劣環境計算機主模塊設計，需要選擇使用工作功耗和待機功耗低的處理器以及配套芯片組，如Intel公司的低功耗x86處理器或飛思卡爾公司的PowerPC系列處理器，同時可根據需要自行設計外圍電路，因為受到空間的限制，外圍電路滿足使用需要即可，不需要將所有的功能都集成。
2.1.2 電源模塊的實現
抗惡劣環境計算機的電源要求體積小、重量輕、功耗小。同時，電源采用模塊化的設計，以方便進行替換插拔。
2.1.3 CompactPCI外設模塊實現技術
抗惡劣環境CompactPCI外設模塊電氣設計在一般要求的基礎上，主要需要考慮模塊的可靠性、高低溫工作性能、模塊的IO設計方式。模塊的可靠性、高低溫工作性能主要從設計方法和器件選型方面入手。由于抗惡劣環境計算機一般采用全封閉的設計，因此一般不采用前出線的方式，模塊的IO信號由與背板相連的接插件引出。
2.2 熱設計
熱設計方面，第一步是進行傳熱及流動阻力理論設計計算，在第一步完成后使用仿真軟件對密封機箱散熱系統進行了分析，分析條件參照一些相關的國家標準的高溫試驗條件。通過仿真分析，驗證了系統的換熱能力，論證了設計的合理性，驗證了系統理論計算輸出數據的可靠性。
2.2.1 熱設計分析
抗惡劣環境計算機的熱設計，首先從確定冷卻方法開始，要有效地控制元器件或設備的溫度，需要確定它們的發熱量、與散熱有關的結構尺寸、工作環境及其他特殊要求。在對計算機設計的過程中，基本上采用了可靠性高、成本低、不需要外部驅動裝置的自然冷卻法。
傳熱的三種基本形式包括傳導換熱、對流換熱和輻射換熱。
通過仿真與實物測試的數據分析得到抗惡劣環境計算機熱量傳遞的路徑如圖3所示，整個系統的熱阻主線分布成串聯狀態。其中發熱器件到蓋板的傳遞熱阻比重大，這個方面主要是與加工精度及導熱間隙填料傳導率有關，其中間隙填料傳導系數低所占的比重比較大，另外電子元器件的設計日趨微型化使換熱面積減小，熱量密集度過高且不易傳遞也是重要的因素。目前國內外導熱間隙填料基礎研究都存在局限性，已知的最好導熱材料導熱系數僅為10左右，但是這些材料的成本過高，而常用的材料的導熱系數均停留在10以下，所以受基礎材料研究的影響，提高導熱材料導熱率來改善傳導效率，改善空間很小。通過改善其他串聯熱端的熱傳遞速度成為熱控制技術發展的關鍵。
針對常用的抗惡劣環境計算機定位二個影響熱傳遞的薄弱環節，模塊與機箱熱量之間傳遞不利；不同的風機對機箱的溫度影響很大。
因此最終結論為：盡量減少熱量傳遞環節；提高導熱材料的傳導率；合理對風機進行選型和布放。
2.2.2 熱設計仿真
使用Icepak,Ansys等專業仿真分析軟件進行了設計的前端仿真設計，整個仿真結論為設計提供了理論依據，對局部設計進行了優化計算，提高了設計的可靠性。仿真的效果圖見圖4，根據仿真的結果可以直接進行參數的反饋修改。
圖4 抗惡劣環境計算機熱仿真的效果圖
2.3 機箱的抗振性設計
在初步設計的計算機機箱結構形式上，可采用仿真軟件(如Ansys軟件)進行結構應力前端仿真分析，通過分析找出了箱體的強度設計薄弱點，提高了機箱的抗振性。
抗振設計可采用的主要措施包括結構剛性化、隔離、使用、減振器等。結構剛性化只要是在薄弱的機箱壁上增加加強筋，合理布置組件的分布等。隔離措施一般用于結構緊湊、空間有限、隔振要求高而無法安裝減振器的場合，主要是使用柔軟材料如(海面膠板)或小型減振器件(如簧片)隔離振動。減振器一般用于整機等大型裝置,不僅可以起到減振作用，對于外部撞擊、跌落等意外情況也能起到很好的防護作用。
除了主要措施之外，對內部連接電纜等接插件，采用點熱固膠、線纜固定架、走線槽等方式進行加固防護。對固定螺絲采取防松措施。一般均采用帶彈簧墊圈和平墊圈的螺釘，無法加彈簧墊圈和平墊圈的螺釘加螺紋膠進行防松脫處理。
2.4 電磁兼容設計
在電氣性能和環境適應性不斷提高的同時，電磁兼容性能也越來越受重視。目前幾乎所有應用均對抗惡劣環境計算機的電磁兼容性能有強制性要求[4]。
抗惡劣環境計算機電磁兼容設計可采取的主要措施有屏蔽、接地、走線規劃三個方面。
2.4.1 屏蔽技術
屏蔽技術用來抑制電磁輻射沿空間的傳播，即切斷輻射的途徑。屏蔽的實質是將關鍵電路包圍在一個屏蔽空間內，使耦合到個電路的電磁場通過反射和吸收被衰減。
屏蔽機箱最好采用有一定厚度的金屬機箱。要想取得好的屏蔽效果，最好選用同時具有高導磁性能和高導電性能的屏蔽材料。為了改善低頻磁場的屏蔽效能，應采用高磁導率材料，但磁導率高的材料通常電導率不是很好，會降低對電場的屏蔽效能。為了解決這個矛盾，最好的辦法是采用鍍涂方法在高磁導率(或高電導率)材料的表面增加一層高電導率(或高磁導率)材料。以不銹鋼蓋板為例，其按照RE102規范進行測試時的曲線見圖5。
在實際的設計中，機箱都會含有一些孔洞和縫隙，這些孔洞和縫隙會引起電磁泄漏，使屏蔽效能遠低于完整金屬板的理論計算值。當孔洞、縫隙的尺寸大小等于半波長的整數倍時，電磁泄漏最大，一般要求縫長或孔徑小于波長的1%。
圖5 使用不銹鋼蓋板的RE102測試曲線
2.4.2 接地技術
接地技術是最廉價和最有效的方法，設計良好的地平面可以有效的減小其電磁輻射，并且可以提高設備自身的抗干擾性。具體的實現方法是在計算機內部將電源地、數字地和機殼地短接，同時控制接地線長度，增加接地線的截面積，以減小接地阻抗；另外計算機外部預留接地螺栓位置。
2.4.3 走線規劃
通過走線規劃保證計算機內部走線的合理性，在進行走線規劃時注意電源線、信號線的分開布放，不同頻率的信號線的分開布放；高頻信號線和低頻信號線的分開布放；強電流信號線和弱電流信號線的分開布放；高電壓信號線和低電壓信號線的分開布放；容易產生干擾的線纜和敏感信號電纜的分開布放。
2.5 防腐防潮設計
計算機機箱外部框架及組成模塊的蓋板零件應進行防腐防潮設計，具體的實現方法是在導電涂覆處理后，作外部油漆處理；所有模塊蓋板、計算機內部支架進行表面處理(如氧化發黑)；所有組成模塊的印制電路板進行三防處理；所有插座安裝面用密封襯墊密封；所有可拆卸搭接面(含面板等)采用復合材料密封。
2.6 可靠性和可維修性設計
在可靠性方面各主要功能模塊所用的元器件進行檢驗和老化篩選試驗；各主要功能模塊完成調試、三防后，隨整機進行環境應力篩選試驗。
在可維修性方面為了保證計算機各組成模塊可進行快速安裝，從而方便模塊的維修更換，所有功能模塊在機箱中通過導軌放置，可方便、快速拉出，從而方便插拔電纜、更換元器件；同時前蓋板采用不脫落鎖緊螺釘，也可方便維護時快速拆裝。
3 結 語
基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機按照CompactPCI規范設計，采用熱設計、抗振設計、電磁兼容設計、防腐防潮設計、可靠性設計等多種設計方法保證了計算機抗惡劣環境性能的實現。基于CompactPCI的抗惡劣環境計算機的設計方法已經成功應用，在應用過程中性能穩定，效果良好。
摘 要：“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，是探索綜合性、創新性實踐教學模式的具體實現形式。開展實踐環節的教學研究，開發真正以學生為中心的教學模式，開展設計性與創新性實踐教學內容的研究，完善實踐教學環境，可以鍛煉學生的設計能力和動手能力，培養學生的綜合能力和創新能力，提高學生的綜合素質。
關鍵詞：實踐教學；自主探索；創新能力
1引言
目前，在全國高校計算機科學與技術專業學生的培養中，普遍存在一種現象：重軟輕硬，甚至只軟不硬，即只重視計算機軟件方面知識的學習和培養，忽視對計算機硬件方面知識的學習和實踐，特別是在硬件工程實踐方面，學生得到的實踐鍛煉更少。在當前國內高校計算機專業本科生方面，盡管硬件課程的設置已與歐美等計算機發達國家的課程設置基本接軌，但教學知識體系和內容卻不容樂觀，不能適應時代的需求，與現實嚴重脫離，學生的學習積極性不高，學習效果不好[1]。與國外相比，我國幾乎所有高校的實踐教學都有一定的差距。目前很多課程都開設實驗課，但一般的實驗都屬于驗證性實驗，只能教會學生一些固定的內容，照葫蘆畫瓢并不能啟發學生的思維能力和鍛煉學生的動手能力。正因為這樣，很多高校都作了一些改革，希望能夠改變這樣的局面。近幾年，我院進行了課程設計教學的探索，并首先在“計算機組成原理”這門重要的專業基礎課中開設。課程設計的題目具有一定的靈活性，可以把知識比較全面地蘊藏在實際題目中，對于學生掌握書本知識是有益的。總的來說，課程設計的開設取得了不錯的效果。
但是，僅靠課程設計的實踐是不夠的，通過課程設計，學生根據題目要求，自行設計各種部件，可以培養學生部件綜合設計能力。但課程設計在整個實踐教學中所占的比重不大，要想進一步提高實踐教學，培養學生的系統設計能力，滿足社會的需求，還需要向前繼續探索和嘗試，教學中的實踐不應該是驗證性的實踐，也不僅僅是設計性的實踐，而應該是綜合性、創新性的實踐。
2 創新性實踐教學
創新性實踐就是指實踐的成果在功能上是已知的，而在性能、實現方法和結果形式上是未知的，不同的學生按照自己的思路進行設計，得到不同的結果，既避免了抄襲，又可以開發各自的潛能。例如，在國外的“計算機系統設計”課程上，實踐的內容是CPU的設計，不同的指令集對應著不同的設計結果，也可以采用不同的設計思想。復旦大學的實踐教學已經作了很大的改革，復旦大學的計算機原理實驗成為獨立的一門課，包含計算機部件實驗和CPU設計實驗。實驗課程由60學時組成，包括授課12-15學時，其他的學時用于實踐，授課與實踐穿插進行。復旦大學為國內的計算機教育開了一個好頭，他們的教學改革體現了理論與實踐并重的思想，有利于教育的發展，有利于人才的培養。清華大學“計算機組成原理”課程共安排48學時的實驗，每三名同學為一組，合作完成一個硬、軟件組成相對完整的全新計算機系統的設計、實現和調試任務。這樣的實踐活動可以加深學生對軟硬件系統在功能劃分和具體實現方面之間關聯的認識，還初步調整了部分學生“喜軟怕硬”的心態。
復旦大學和清華大學計算機教育改革給了我們一個啟示，那就是在實踐教學方面加強力度是可行的。所以我院在實踐教學方面亦作了一些改革，于2005年秋季學期新開設了一門實踐教學課程“計算機設計與實踐”，作為我校部級精品課程“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，取代了原有的課程設計，旨在增加專業課中的實踐教學力度，提高創新性實踐的比重。
“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，是探索綜合性、創新性實踐教學模式的具體實現形式。該課程是一門以應用實踐為視角，進一步提高學生硬件方面的實際動手能力和設計能力的課程。課程采用理論和實踐相結合的方法進行教學，以實踐為主（18學時教學/60學時實踐），旨在培養學生的綜合和系統硬件設計及實現能力，培養學生掌握有關硬件設計工具的功能和用法，掌握計算機部件和CPU的設計方法和調試方法，極利于提高學生的動手能力和創新能力。
3 探索實踐教學課程的教學模式
“計算機設計與實踐”課程以實踐教學為主，總學時78學時，其中課堂教學18學時，實踐教學60學時，改變傳統以課堂教學為主的教學模式，改變以教師為主體的“灌輸式”的教學方法[2]，采取“引、點、撥”的方式讓學生獨立進行實踐，學生始終處于主動探索、思考的主體地位，教師由傳統以教師為中心的講解者轉變為學生學習的指導者和組織者，教師在實踐教學中貫穿應掌握的理論知識并引導學生將其應用到實踐中。
在實踐教學階段，通過質疑引思、舉例與聯想、歸納與總結、啟發式教學、互動式教學等方法來實現開拓創新。在實踐階段，不再拘泥于課本上解決問題的方式方法，更多地體現綜合性、設計性和研究探索性，以及表現形式的多樣性。培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生自主探索能力和創新能力。
考核是監督學生學習的手段，不是目的，根據硬件課程的特點，以實驗占一定比例，再以書面考試對基本知識、基本理論進行考核是最為理想的方式。“計算機設計與實踐”是屬于實踐性為主的教學，是以平時的實踐為主來進行考核的。重點解決教學過程中教師與學生的角色和地位問題和教學方法問題，以學生為主體，培養學生自主探索的能力。
4 設計實踐教學內容
“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”課程的后續課程和實踐環節，將計算機組成原理課程的教學內容深化到應用實踐，教學過程中不僅僅傳授有關硬件設計的課本知識，還將重視理論知識與實踐過程的結合，實踐教學內容不僅要將組成原理知識應用到實踐中，還需將知識綜合靈活運用，重視學生綜合能力和創新能力的訓練和培養。
在實踐教學內容的設計上，要以創新為主線，開設一些與傳統的驗證性實驗有本質區別的綜合性、設計性和研究探索性實驗，重點進行綜合性、設計性和創新性教學內容的設計，根據計算機組成原理課程的理論知識，設計相應的實踐內容，如利用所學習的計算機組成原理知識和硬件描述語言進行芯片級微處理器的設計、調試、模擬仿真和實際的可編程邏輯硬件實現，讓學生自行設計、實現和調試，只要總體目標達到，可不作特別具體的要求，讓學生多角度、多方位地思考。可為不同程度的學生提供不同難度的設計題目，學生也可根據自己的能力和興趣自主地設計題目，培養學生科學研究的能力，使他們探索性地解決所提出的問題，培養學生的實際動手能力和創新能力，以全面提高教學質量，培養創新人才。
5完善實踐教學平臺，提供創新性實踐教學環境
配合“計算機設計與實踐”課程教學內容，設計實踐教學內容，完善實踐教學環境，創造自主創新性實驗開發環境和實驗開發平臺。提供一個靈活的芯片級可編程邏輯硬件開發平臺，結合實踐教學內容進行實際的硬件實現，做到理論與實踐的真正結合，為綜合性和創新性設計的實現提供靈活的開發環境，培養學生的系統設計能力和創新能力。為更好突出對學生能力的培養，實踐教學中教師與學生按1:15的比例進行實踐指導，體現個性化教學思想。
建立新的開放式實踐教學模式，提供創新性實踐教學環境，提高學生的實踐能力和創新能力。在具體實施中，可以把固定的實驗時間安排改變成靈活的實驗時間安排，把封閉的實驗項目改變成支持自主設計的實驗項目，把成批實驗方式改變為滿足學生個性化要求的實驗方式[3]。根據學生動手能力的高低進行因材施教，進入開放實踐教學的學生可以結成科研小組，采用自主選題、指導教師指定課題或項目提供課題等方式，經課程組指導教師評定后才能開始。科研小組必須在一定時期內完成一定的科研任務，并提交課題總結報告或論文。由于開放實踐教學必須以課題小組形式申報課題，在培養學生創新能力的同時，還培養了學生的團隊開發能力。為學生提供了自由發展的空間，可以大大激發學生的學習熱情、創造激情，為其成才創造有利條件。實現“創新教育，實踐教學，個性指導，能力培養”的宗旨，加強學生綜合能力的培養。
6 結論
“計算機設計與實踐”是一門剛剛開設的探索性實踐課程。我們2005年秋開設的“計算機設計與實踐”課程，得到了學生的認可，在學生中的第一次開設取得了不錯的效果。這對鞏固和深化課堂教學、提高學生的實踐動手和科研創新能力、培養創新型人才是十分有效的。
開展實踐環節的教學研究，開發真正以學生為中心的教學模式，讓學生學會自主學習和主動研究，通過多種途徑培養學生的自主性、探索精神、研究能力，以及與他人合作交流的能力。引導學生通過解決問題學習知識、發現知識，構建有利于創新教育的新型教學模式，由以教師為中心的邏輯講解傳授式的教學模式，轉變為以學生為主體的探究發現式的教學模式。開展設計性與創新性實踐教學內容的研究，完善實踐教學環境，構建創新性實踐教學環境和平臺，培養學生理論與實踐結合的能力，鍛煉學生的設計能力和動手能力，培養學生的綜合能力和創新能力，提高學生的綜合素質。
摘要：本文首先介紹了國內外大學相關課程的基本情況，然后對比分析了哈工大計算機學院的“計算機設計與實踐”課程與國外相關課程的差別與差距。
關鍵詞：實踐教學；自主探索；創新能力
1引言
“計算機組成原理”作為哈工大計算機學院重要的專業基礎課，實踐教學對學生理解計算機組成原理起著至關重要的引導作用。通過10個相關的實驗，學生不僅驗證了一些計算機組成原理的相關知識，也動手設計完成了一些復雜的實驗題目，例如計算機微指令的設計。但是受到學生基礎知識和學時的限制，實驗難度并不是很大，學生自主設計類題目的數量和難度也不足。“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，擴充了組成原理的實驗教學，通過一系列比較復雜的實驗題目，既鍛煉了學生的創造力，又進一步加深了學生對計算機及其各部件的原理及其相關知識的認識。目前國內外各大學都開設了一些相關的實踐課程，通過實踐來完善和加深學生對計算機原理的認識，鍛煉對軟硬件進行開發的能力，從而提高他們的創造力和動手能力，進而提高他們的綜合素質[1]。
2國外大學相關課程情況介紹
美國康奈爾大學對大四學生開設了“進階微處理器設計”課程[2]，通過長達3個月的課堂教學和動手實驗，教授學生有關計算機原理和嵌入式SOC開發的相關知識。在實踐方面，他們設計了一系列由淺入深、由易到難的實驗，使學生通過實驗一步步加深對計算機的了解。主要實驗包括：設計實現一個視頻接口，從而可以通過在面板上的操作，實現在屏幕上畫曲線[2]；實現音頻接口的驅動，模仿一個球下落時的聲音[4]；仿真一個使用DDA數值微分分析法測量電路功能的模擬系統[5]。在指定題目的實驗之外，還要求學生自選題目完成一個大作業，通過這些自選題目的選擇[6]可以看出，學生通過對相關課外知識的學習和動手實踐，已經能夠完成一個比較復雜的硬件系統。美國阿拉巴馬大學開設了“數字系統設計”這門課[7]，實驗方面的主要題目包括：通過命令將指定內存的內容顯示到LED上[8]；修改DE2開發環境的指令格式[9]；設計一個既能顯示文本又能顯示圖形的混合模式的視頻顯示控制器[10]。美國伊利諾伊州立大學香檳分校開設了兩門相關的課程。第一門課程是“SOC設計與合成”[11]，實驗方面只要求學生在2個月的時間內通過對相關知識的學習，完成一個MP3播放器的設計與實現。第二門課程是“數字系統實驗課程”[12]，通過14周的實驗要求學生實現一個數字系統。這個系統要能夠完成AD轉換，實現LCD面板的顯示，從鍵盤可以輸入信息，連接游戲桿進行操作，實現揚聲器功能以及VGA顯示器的顯示。麻州大學安默斯特分校開設了實驗時間長達3個半月的“計算器結構”課程[13]，主要實驗題目有：使用一個連接到開發板上的攝像頭，通過開關控制拍照，然后將拍下的圖片存儲到開發板的內存中[14]；將實驗中拍到的圖片進行JPEG壓縮，傳到PC上看最終顯示結果，通過轉換不同的JPEG壓縮算法，看圖象壓縮后的差別[15]；通過開發板播放MP3歌曲[16]。全美電機系排名前五名的密西根大學安埃布爾分校為大一學生開設了“信息實驗”課程[17]，它將全班學生分為八隊，每隊在期末專題要利用Altera DE2 FPGA多媒體平臺獨立制作出一部電子琴。多倫多大學開設了“數字系統”課程[18]，實驗方面設計了一個3周的課程設計，讓學生自選題目，在DE2平臺上設計一個數字系統。滑鐵盧大學開設了“計算機實驗”課程[19]，主要實驗題目包括：設計一個8位的計算器，要求類似于生活中的計算機，只有單一輸入[20]；設計一個電子系統，功能類似于電子乒乓游戲[21]。以上的實踐課程都采用Altera DE2作為開發環境，如圖1所示。
3國內大學相關課程情況介紹
我國的大學也開設了一些類似的課程。復旦大學開設了一門60學時的“計算機組成原理實驗課”，主要包含計算機部件實驗和CPU設計實驗。清華大學“計算機組成原理”課程共安排48學時的實驗，每三名同學為一組，合作完成一個硬、軟件組成相對完整的全新計算機系統的設計、實現和調試任務。哈工大計算機學院于2005年秋季學期開設了“計算機設計與實踐”，該課程以應用實踐為視角，進一步提高學生硬件方面的實際動手能力和系統設計能力。主要包括18個學時的課堂教學和60個學時的實踐教學，采用南京偉福實業有限公司研制的“COP2000計算機組成原理實驗儀”(如圖2)，通過FPGA擴展板(如圖3)在COP2000實驗儀上完成實驗。FPGA擴展板由兩塊FPGA芯片及其外圍電路組成，它的優秀器件是Xilinx公司的20萬門XCV200的FPGA芯片。它的實驗題目以CPU設計為中心，主要包括：寄存器設計、元件例化、實驗儀基本部件測試、給定指令系統的處理器設計、處理器功能測試、處理器外設接口設計、處理器與外設接口功能測試等。通過我們設計的實驗題目，學生對CPU的原理和結構有了深刻的體會，通過實驗大大增強了學生的設計開發能力。
4對比與分析
首先在教學目標方面，我院的教學目的是“使學生初步了解計算機部件和微處理器的設計方法，做到理論和實踐的真正結合，掌握有關硬件設計工具的功能和用法，有效地鍛煉動手能力和設計能力”，這個教學目標已經和國內外一流大學相關課程的教學目標相同。我院的這門課實驗學時達60學時，屬于非常多的實驗時間，而且我們在這60學時內安排了7個實驗，相比其他學校的最多5個實驗，學生得到了更多的鍛煉機會。在教學隊伍方面，由于這門課的指導量很大，所以每個班級在實驗時都有一個專門的老師和TA，相比國外整個一門課只有2～3名教師的情況，我們大大增加了指導老師的數量，可以及時有效地解決學生的問題。在教學方法方面，我們在上課時主要采用個人與分組相結合的方式，前幾個簡單的實驗以個人為單位完成，后面較難的實驗以小組為單位，每個小組3～4人，以團隊的方式來完成一個大的課題，目前國外大學也基本采用這種工作方式。采用這種教學方法，既鍛煉了學生的個人動手能力，也鍛煉了學生的合作能力。在硬件平臺方面，由于國外采用的Altera DE2平臺的性能較好，因此可對CPU之外的音視頻模塊、存儲模塊等進行二次開發，目前我們采用的COP2000實驗儀由于硬件限制還無法完成相關類似題目的實驗。
經過以上的分析可以看出我們的課程與國外一流大學相比，在實驗目標方面已經與國外一流大學接軌，在學時數、配置實驗教師數量上我們所提供的條件已經超過了國外一流大學，但目前由于受到硬件開發平臺的限制，我們實驗題目還有待改進。在今后的實踐教學中，我們可以選擇增加一些類似于“開發MP3播放器”之類的讓學生比較容易感興趣和效果更直觀的實驗，通過這些實驗來激發學生學習硬件知識、軟硬件開發的興趣，鍛煉他們的動手能力和創造力，提高我院學生的綜合素質。
