硬件设计论文精选(九篇)
第1篇：硬件设计论文范文
关键词：PCI总线WDM驱动MPEG－1压缩卡
随着计算机技术、多媒体和数据通信技术的高速发展，人们生活水平的提高，对计算机视频的需求和应用越来越多，如视频监控、视频会议、计算机视觉等。计算机视频提供给人的信息很多，但是视频的数据量很大，不利于传输和存储，使其应用受到不少限制。为解决视频数据的存储和传输，唯一途径就是对视频数据进行压缩。
目前常见的视频压缩方法有MPEG－1、MPEG－2、MPEG－4、H．261、H．263等。考虑压缩技术的成熟度和该压缩卡的主要用途，本文采用MPEG－1作为压缩标准，研制了基于PCI总线的MPEG－I压缩卡。该卡适用于视频监控、视频会议等多种应用场合。该卡加上一台主机、摄像头和软件可构成一个完整的视频采集压缩系统。
1系统特点
（1）支持BNC、RCA、S－VIDEO视频接口；
（2）支持PAL和NTSC制式；
（3）可对视频实时预览，最大分辨率可达720×576×32；
（4）可对声音进行同步监听；
（5）可对音、视频信号进行MPEG－I压缩，生成MPEG文件和VCD文件；
（6）用户可编程MPEG－1编码设置，可支持CBR和VBR；
（7）可一机多卡同时工作；
（8）可从动态影像中捕获单帧，生成JPG和BMP文件；
（9）支持Win98／Win2000。
2系统硬件设计
2．1系统组成
该系统主要由视频解码、音频解码、压缩核心和PCI接口等组成，其总体框图如图1所示。
2．2视频解码设计
视频解码部分主要完成模拟视频到数字视频的处理，以供后面预览、压缩用。视频解码芯片常用的有SAA7110、SAA7113和SAA7114等。本方案中采用Philips公司的SAA7114。SAA7114有六路模拟输入，内置模拟源选择器可构成6×CVBS、2×Y／C2×CVBS、1×Y／C和4×CVBS；两路模拟预处理通道，内有抗混迭滤波器；CVBS或Y／C通道含完全可编程静态增益控制或自动增益控制功能，对CVBS、Y／C通道可进行自动钳位控制；能自动检测50Hz／60Hz场频，并可自动在PAL和NTSC制式进行切换；能将PAL、NTSC和SECAM信号解码及模数变换得到符合ITU－601／ITU－656的数字电视信号。该芯片是目前视频解码芯片中接收视频源的宽容性及视频解码图像质量最好的一种。其通过I2C接口，进行初始化设置。
本系统采用ImagePort作为数字视频输出端口，数字视频格式采用ITU－656AI11（PIN20）作为BNC／RCA输入脚，AI12、AI22作为S－VIDEO输入脚。
图2SAA7146A方框图
2．3音频解码设计
音频解码的数据一部分提供给SAA7146A作声音监听用，另一部分用于压缩。考虑到成本，本系统采用BURR－BROWN公司的PCM1800E。该芯片是双声道单片ΔΣ型20位ADC单＋5V电源供电，信噪比为95dB（典型值），动态范围95dB（典型值），内嵌高通滤波器，支持四种接口方式和四种数据格式。其采样频率为32kHz、44．1kHz和48kHz可选。
本系统采用从模式，20位I2S数据格式。主时钟由SAA7114提供。
2．4MPEG－1压缩部分设计
本系统中MPEG－I压缩芯片选用ZAPEX公司的SZ1510。该芯片基于TI的TMS320C54xDSP内核，能对ITU－601／ITU－656数字电视信号和PCM音频流进行MPEG－1实时压缩，可生成多种流，如音频基本流、视频基本流、音视频复合流等。
该芯片外接27MHz晶振，可支持多种主机接口，可工作在复用或非复用、Intel或Motorola类型总线。通过输入管脚HCONFIG1：0和SysConfig寄存器可设置成六种总线接口类型：Intel8051类型的数据／地址复用的8位总线、Motorola类型的数据／地址复用的8位总线、Intel8051类型的非复用的8位数据总线、Motorola类型的非复用的8位数据总线、Intel8051类型的非复用的16位数据总线和Motorola类型的非复用的16位数据总线。支持I2S声音接口。
本系统中采用Intel8051类型的非复用的16位数据总线。
2．5PCI接口部分设计
本系统中PCI接口芯片选用SAA7146A，该芯片并不是通用的PCI接口芯片，而是一个多媒体桥（MultimediaBridge）。方框图如图2。该芯片符合PCI2．1规范。它有八个DMA通道，三个视频，四个音频，一个DEBI（DataExpansionBusInterface）。还具有两路视频通道，可对视频数据进行缩放，一路可无级缩放HPS（HighPerformaceScaler，其纵向可达1：1024、横向可达1：256；另一路有级缩放BRS（BinaryRatioScaler支持CIF和QCIF格式。
音频接口以I2S为基础，通过编程控制以支持MSB－FIRST的不同格式及不同的时序格式。
本系统中该部分主要实现功能如下：
（1）通过DEBI接收SZ1510产生的MPEG－1数据，传输到内存；
（2）通过视频接口，接收SAA7114输出的视频解码信号，并进行亮度、色度、饱和度的控制，并实现无级缩放功能实现视频预览功能；
（3）通过音频接口，接收PCM1800E输出的PCM编码信号，传输到内存，实现声音监听功能；
（4）提供符合PCI2．1规范的接口，将板上数据传输到主机内存。
3软件设计
软件设计主要包括驱动程序设计和应用层的API设计。驱动程序主要负责与硬件打交道，应用层API主要负责与驱动程序接口。由于设计了应用层的API，应用程序可很容易在上面进行开发。
3．1驱动程序设计
为了支持Windows2000和Windows98采用WDMWindowsDriverModel驱动程序。WDM作为微软的最新驱动程序模型与传统的Win3．x和Win95使用的VxD驱动完全不同。WDM可支持电源管理、自动配置和热插拔等。WDM驱动的设计可以采用DriverStudioDS、Windriver、DDKDriverDeviceKit等。本系统驱动采用Windows2000DDK借助VC6．0设计。
3．1．1MPEG－I压缩部分
在驱动中，重置SZ1510后，就可以装载相应工作模式的微码；根据需要，设置好相应寄存值后就可以启动SZ1510对视频数据进行MPEG－1编码。每当产生的压缩数据超过SZ1510内部的FIFO门限后，SZ1510产生相应中断，内核调用中断例程，在中断例程中调用中断延迟例程DPC，在中断延迟例程中接收产生的压缩数据。SZ1510提供两种方式提取数据，一种用I2C总线接口方式，另一种用DEBI方式。
在本系统中，采用DEBI进行压缩数据的传输。考虑到压缩数据产生的速度，本系统开了32页大小的缓冲区，在中断延迟例程中填充该缓冲区。每当填满8页大小后，产生一个事件通知应用层进行数据读取。通过这种方式，可以避免压缩数据的丢失。
其流程图如图3所示。
在驱动中，压缩数据的提取方式将极大地影响生成MPEG文件的质量。如果处理不当，将导致马赛克、跳帧等现象。
3．1．2驱动程序中用户缓冲区的访问
驱动程序访问用户内存主要通过缓冲I／O和直接I／O。缓冲I／OI／O管理器创建一个内核模式拷贝缓冲区，并把用户缓冲区的内容拷贝到该缓冲区中，并在IRP首部的AssociateIrp．SystemBuffer域中存储该非分页内存地址。驱动程序可简单地读写该块内存。直接I／O，I／O管理器为输入数据提供一个内核模式拷贝缓冲区，对输出数据提供一个内存描述符（MDL）。为了使用缓冲I／O或直接I／O在创建设备时，必须设置设备对象的Flags域中的DO＿BUFFERED＿IO标志位来使用缓冲I／O或设置DO＿DIRECT＿IO标志位来使用直接I／O。
在本驱动中由于缓冲I／O和直接I／O都被使用，DO＿BUFFERED＿IO标志位和DO＿DIRECT＿IO标志位都被设置。
在定义IOCTL码中，对缓冲I／O使用METHOD＿BUFFEERED对直接I／O使用METHOD＿OUT＿DIRECT。
3．2应用层API设计
应用层对驱动程序的访问通过调用Win32I／O函数（如ReadFile、WriteFile和DeviceIoControl）访问。当应用层调用Win32I／O函数以请求I／O后，该请求由内核的I／O系统服务接收，I／O管理器对该请求构造合适的IRP包，并将其传给驱动程序栈，IRP在栈中进行传递，传到驱动程序进行处理，并将结果返回给应用程序。
第2篇：硬件设计论文范文
关键词：实践教学；计算机工程；硬件课程教材设计；嵌入式系统
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913 (2007) 24-0029-03
1引言
2005年底，我国高校有771个“计算机科学与技术”专业点，44万多在校生。根据各校的办学理念和培养目标，本专业又可分为五个专业方向：计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统和信息技术。各个方向的课程设置及教学要求均有所侧重，对于传统的工科院校中的计算机应用技术专业而言，其方向介于计算机科学(CS)和计算机工程(CE)之间，且更偏向于计算机工程。计算机工程方向是计算机科学与电子工程的交叉学科，电类基础课程较多，大多数院校均开设电路与系统、电工电子学等相关课程。此外，计算机硬件系列课程包括数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构三门核心课程。
从根本上讲，计算机学科是一门技术学科，工程技术的含义远大于科学的涵义，因而本专业具有实践性非常强的特点，强调实践教学体系。许多优秀的计算机专业学生(例如比尔・盖茨)的成长历程也说明了计算机实践能力培养的重要性，因此新世纪的计算机教育不仅要重视扎实的专业基础理论学习，更要强调硬件开发、软件设计的能力培养。
2中外计算机专业硬件课程实践教学对比
为探索工科院校计算机专业硬件系列课程实践教学改革的方向及实施方法，本文分析了美国斯坦福大学、马里兰大学计算机工程专业的课程设置及实践课程规划，将其与哈尔滨工程大学计算机科学与技术专业的本科生培养计划进行比较，详细结果如表1所示。表2列出了这几所典型大学计算机专业硬件相关课程实践学时与理论学时的分配情况。
表1 几所典型大学计算机工程专业硬件相关课程
表2 几所大学计算机工程专业硬件相关课程实践学时分析
通过表1和表2的结果可以看出，我们目前的课程设置情况是合理的，与国际领先大学的计算机工程专业课程设置相符。对于计算机工程专业普遍开设的三门硬件系列课程数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构均开设了相应的课内实验或课程设计，对理论课所传授内容的补充和深化，不但增强学生对课程的理解，同时加强了学生的工程实践意识，培养学生从事计算机工程相关工作的能力。本专业学生需要学习数字系统和计算机系统的相关知识以及软件设计方面的知识，前者包括数字逻辑设计、计算机组织、计算机体系结构及对程序设计的支持，后者包括操作系统、编译器以及程序设计语言的组织等理论。
然而，进一步分析比较各高校的实验与课程设计的内容可以发现，我们目前的实验内容设置和课程设计项目设计还比较陈旧，没有及时根据业界技术的发展进步进行调整，因而未能给理论课提供有力的支撑。综上所述，我们认为我国高等学校计算机专业硬件系列课程实践教学内容改革的要求是迫切的，需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计，而设计出符合这一要求的计算机专业硬件课程实践教材成为这一改革的首要任务。
3硬件课程实践教材的设计
实验课教材的设计应从科学技术人员基本技能训练的总体要求出发，统一安排实验教学，不能过分强调某一门课程的实验教学，而要强调综合能力的培养。实验课涉及到四种主要能力(观察能力、思维能力、操作能力、表达能力)的发展必须要协调，其中任何一种能力都不可能单独地得到发展。教学实验不仅要让学生学会本专业必要的基本实验方法，掌握基本实验仪器设备的操作技术，还要让他们学会正确分析实验结果、处理数据，要加强培养正确的科学态度和严密的逻辑思维能力。不但让学生懂得“应该怎么做”，而且要懂得“为什么要这么做”，更要创造性地思索“还能做什么”。
3.1开放式实验对教材的要求
开放式实验教学方法要求给学生独立思考与动手的充分自由。一般的实验教材，重点在介绍一个个实验上，是教师想出的实验让学生去实现，并且对于实验线路、实验方法、实验仪器都做了细致的规定，有的讲义还把实验步骤写得非常细，这样学生根本不必动脑筋，只要依葫芦画瓢即可。这样的教材束缚了学生的学习积极性，不符合开放式实验教学的要求。开放式实验教学使用的教材应具有以下特点：基本实验详细，作为引导学生入门的手段；选做实验、综合实验要粗线条，多留些空白，让学生有充分思考的余地；要把教材内容的重点从介绍一个个实验转移到介绍实验理论、实验方法上来，实验选题只要介绍一些典型的例子，选题本身可以留给学生创新。
3.2基于FPGA的硬件系统设计实验教程
目前，基于FPGA的教学实验平台及参考书很多，但是根据我们的调查，适合作为高等学校本科教学使用的较少。因此，改革后的课程体系应更注重对学生创新能力的培养，通过开放性的实验内容、开放性的实践环节设计，使学生在探索、研究中学习，切实提高理论联系实践解决问题的能力。
利用目前先进的基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)器件的实验平台，可以安排数字逻辑、计算机组成原理以及计算机系统结构课程的实验与实践内容，培养学生的动手能力和系统观点，而且开发速度快，可靠性高，实验的可重复性好。硬件系列实验与实践课程应包括基于FPGA的硬件设计所涉及的基本知识、循序渐进的实验设计、切实可行的实验步骤、重点模块的代码及关键实践环节指导。借鉴国外大学(例如，美国斯坦福大学和马里兰大学)计算机工程专业开设的数字系统设计方面的课程内容，结合我国高等院校的本科教学的实际需求及所能提供的实验环境，精心编写实验大纲内容及设计实验用例。通过浮点运算电路设计、状态机设计、某个RISC模型机部分模块的设计等实验用例的训练，学生可以建立计算机的整机概念，了解数据在计算机中的表示、传送路径、处理以及控制信息是如何完成对计算机系统的控制。而且，通过流水线设计及Cache设计实验，学生可以了解现代微处理器设计技术。
教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，突出实用性，所设计的实验可操作性强，与实践结合紧密。不仅着眼于基于FPGA的EDA设计方法，更着眼于介绍基于基本的数字逻辑组成的功能部件的基础上如何构造微处理器，即计算机专业本科教学的重点和特色是计算机的硬件系统组织，而不仅仅是介绍通用的数字电路和数字系统的设计方法，这是我们与微电子等专业相区别之处，也是计算机专业毕业生的特长。
4在硬件课程实践中加强嵌入式系统设计
随着嵌入式系统应用飞速地发展，社会对掌握嵌入式技术的人才产生了大量需求，使嵌入式软、硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。在嵌入式系统硬件设计方面，随着半导体和微电子工艺技术的进步以及可编程逻辑器件技术的迅速发展，利用先进的EDA工具平台，在硬件设计中加入包含自主知识产权的硬件逻辑设计，并以FPGA的形式实现功能强大的嵌入式系统，已成为当前嵌入式电子产品设计的主流。实验课的目的是培养学生良好的实验素养、基本实验技能、独立工作能力、操作能力等。
目前，我校已经与国内外多家嵌入式系统领域实力较强的研究机构和企业建立了稳固的合作关系，与美国Xilinx公司成立了FPGA技术联合实验室。对嵌入式系统均有丰富和深厚的理论基础和实际的项目研发经验，并具有传统计算机硬件实验教学的经验。另外，从2003年设立嵌入式系统研究方向以来，我校已经先后投入了300多万元采购了各种先进的嵌入式实验设备和微机，从硬件环境上已经初步完成了计算机硬件实验教学改革的准备工作。我们的目标是提高学生计算机硬件实验的效果，实现“软硬件实验环境一体化、实验平台综合化、实验内容系统化”。构建软硬件一体化实验环境有利于培养学生软硬件综合素质；综合的实验平台可以进行多课程内容交叉的综合实验，有利于培养学生的综合设计能力；实验内容的系统化有利于培养学生的系统化设计的思想。
5结论
当前实验教学改革的趋势是开放实验室，实行开放式实验教学。各个学校的具体做法可能不完全相同，但对于实验教学改革的基本思路是接近一致的。大家都认为过去实验教学过于死板，基本上采取“抱着走”的教学方法，大大压抑了学生实验学习的积极性，教学效果不理想。经过几年的教学改革实践，现在比较一致的看法是：实验教学不能完全依附于课堂教学，而应该在紧密配合课堂教学的前提下，独立设课，开放实验室，发展实验教学本身的特点，发挥实验教学培养学生独立工作能力的优势，倡导开放式实验教学法。计算机专业硬件课程的实践教学需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计。实践教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，与实践结合紧密。为适应社会对嵌入式系统设计和应用人才的迫切需求，还应在传统的计算机硬件实践课程中增加嵌入式系统设计方面的内容。
参考文献
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M]，北京：高等教育出版社，2006.
[2] 范印哲. 教材设计与编写[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[3] 巨瑛梅. 当代国外教学理论[M]. 北京：教育科学出版社，2004.
[4] 大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛文集[M]. 北京：高等教育出版社，2007.
[5] 乌美娜. 教学设计[M]. 北京：高等教育出版社，1994.
作者简介
姚爱红(1972-)，女，工学博士，副教授。研究方向：计算机系统结构、嵌入式系统设计技术。
第3篇：硬件设计论文范文
关键词：硬件教学；应用型人才；改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）18-4259-02
随着计算机应用领域的扩展，尤其是各种智能化电子电器产品的诞生与使用，近年来IT企业对计算机硬件系统设计与开发人员的需求急剧增加。而目前大多数地方院校，计算机硬件课程教学相对薄弱，培养的计算机硬件人才无论从数量上还是质量上均无法满足市场需求[1]。计算机硬件课程不仅难教难学，且对于硬件设备和实验条件有较高要求，教学成本远远高于计算机软件课程教学，因此形成了计算机专业建设“重软轻硬”和师生教学“喜软怕硬”的畸形发展现象。然而计算机是由硬件和软件组成的，缺了任何一样都无法运行。不重视计算机硬件教学与科研的结果之一，就是近年来计算机软件人才相对过剩，硬件人才相对不足。另一方面，目前我国使用的计算机核心芯片几乎都是从国外进口。核心器件严重依赖国外芯片制造商，这给国家信息安全造成了严重隐患[2]。加强计算机硬件教学势在必行。
1 传统教学中存在的问题
我校积极开展以应用型人才培养为导向的学科建设，多次制定和修改人才培养方案，有了一定的经验积累，其中计算机硬件类课程的教学改革仍处于起步阶段，具体教学中仍存在一些问题。一、很多教学内容陈旧，与实际应用脱节，对学生缺少吸引力。如仍以8086和DOS操作系统为平台来讲解微机原理。二、有些内容在多门课中重复出现，降低了学生的注意力，并使学生对课程设置产生疑问。如中断、接口等知识在组成原理、汇编、单片机、微机原理中均有涉及。三、作为应用型人才，大多数学生就业后没有机会构造计算机系统，许多教学内容会让他们感到没有学习的必要，从而丧失学习的兴趣。如加法器的具体电路实现等。四、与软件技术知识联系不够，如与C语言、操作系统等软件课程的关联性强调的不够，使学生没有形成完整的知识体系，即软硬件知识的融会贯通。例如如何通过操作系统提供的接口设置硬件的工作方式等。五、实验教学急需改革。受实验硬件条件所限，实验教学模式较为传统，综合应用型项目较少。传统实验教学多为验证性实验，很难引起学生的学习兴趣，限制了学生创造力的发挥。少数几个综合应用型项目无论是数量还是质量均无法取得更好的教学效果。
2 培养模式的改革与探索
如何培养出应用型人才，这对很多高校来说，仍是一个正在探索中的重大命题。社会需求在不断变化，计算机知识也在不断更新，相关专业的学生具体应该具备什么样的能力，掌握什么样的知识，也在不断变化。我校计算机专业采取了“3+1”的人才培养模式，即将四年的在校学习压缩到三年，第四年改在校外实训基地参加集训的培养方式。这种培养模式优点显著，即加强了学生实践能力的培养，有助于学生更好地融入社会。但“3+1”的人才培养模式在实施之初也暴露一些问题，比如伴随课程整合，学生的周学时数达到或超过30学时，这影响了学生课外文娱活动的开展。有些学生为了参加课外活动而请假，反过来又影响了学习。同时课时的缩减，特别是理论学时的减少，使得在教学过程中知识的系统性较难体现，个别课程出现用什么就只教什么，造成学生会操作，但对操作原理模糊不清。这对希望考研深造的学生不利。
经过七年的实践，我校计算机专业逐步完善“3+1”的人才培养模式，课程设置更加合理。对于硬件类课程进行了整合，形成了电路基础，微机原理，组成原理，单片机四大基础课程，不再单独开设汇编语言，缩减了组成原理，微机原理的课时，增加了单片机的课时，对硬件类课程相应增加实验课时的比例，增加课程设计环节，组织学生参加学科竞赛。对于部分知识点的重合，各门课选择不同角度学习或进行相应删减，比如译码器，在电路中侧重介绍其电路构成，在微机原理中介绍其在计算机中的应用；对于一些过于专业的知识点，适当降低学习难度，或改为选修知识点，供感兴趣的学生进行研究；对于硬件设计中使用的软件编程，逐步采用C，C++等高级语言来实现，通过课程设计来加强学生对知识的理解。在学生学习的最后一年里，计算机科学与技术专业正在尝试对学生的分流教育，即允许学生选择在校外实习基地集训，由合作单位及指导教师负责学生学习的评价，不选择集训的学生在校组织参加考研，参加相关理论课程的学习，由授课教师进行评价。
3 实验教学的改革与创新
计算机硬件教学中，实验是一个重要环节。由于实验课时的相应增加，如何充分利用课时，加强学生对知识的理解与运用成了教学改革中的重要问题。在这方面，单片机的教学改革值得借鉴。以往的单片机教学中，以课本知识为主线，通过试验箱完成实验，学生的学习兴趣不是很浓厚。改革后的单片机教学，首先学习单片机方面的一些基础知识，然后介绍一款具体的单片机——5-1单片机的基本组成、使用方法、编程案例，再将学生三五人分为一组，选择不同的单片机课程设计题目，实验课上学生自行讨论设计方案并逐步实现，理论课上教师讲解学生实验过程中的问题及知识点并组织学生交流设计思路与经验。改革后的课程更受学生喜爱，充分调动了学生的学习兴趣，而实验环节也形成了一个连续的有机环节，学生目标更明确。
4 学生学习评价机制的探索
以往教学中，学生的成绩主要是由考试成绩与平时成绩构成，对于计算机硬件类课程的实践性没有很好体现。上个学期，微机原理与接口技术这门课尝试采取了课程设计加设计答辩的成绩评定方式。学生分组完成课程设计，提交设计报告，组织学生参加课程设计答辩，由教师根据课程设计的完成度及学生在答辩环节的表现来打分。新的评价机制更加灵活，能够直观地考察学生对知识的掌握情况，也可以当做一次毕业设计答辩的预演，但这种方式也存在一些问题，比如学生现场答辩时可能较紧张，没有完全体现自身水平，同时对教师的主观判断能力也有较高要求。未来可能将这种评价方式与传统评价方式进行适当结合，提高评价的公正性与全面性，从而调动学生的学习兴趣。
5 结论
加强计算机硬件教学，培养应用型人才，仍是我校计算机专业建设的重要方向。通过前一阶段的努力与实践，我校计算机专业学生的硬件知识水平有了一定提高，实践能力得到加强，在专业学科竞赛中屡创佳绩，获得过安徽省电子设计大赛高职高专类一等奖，安徽省单片机应用竞赛二等奖，安徽省机器人大赛二、三等奖等。同时改革也拓宽了学生的就业面，增加了就业机会。但在改革过程中，仍有环节需要加强，如新的培养方式中对教师要求更高，师资队伍建设刻不容缓，教学管理激励机制也应相应改革等。
参考文献：
第4篇：硬件设计论文范文
关键词：计算机硬件；实验教学；教学体系；实验室建设；师资队伍
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）16-0180-03
Abstract： Hardware experiment teaching plays an important role in the cultivation of talents in Colleges and universities. It emphasizes on cultivating students' practical ability and innovative ability， which is a necessary part of teaching. In view of the traditional hardware experiment teaching concepts， teaching system， experimental conditions， experimental teachers and evaluation etc.， combined with their years of computer hardware experimental teaching experience， this paper puts forward measures hoping to improve experimental teaching and enhance the quality of teaching.
Key words： computer hardware； experimental teaching； teaching system； laboratory construction； teaching staff
1 概述
硬件实验教学是计算机实验教学的重要组成部分，是计算机专业培养学生动手能力、实践与创新能力的必需环节。不断改进计算机硬件实验教学体系、更新实验教学内容、改革实验教学方法，以适应计算机硬件技术的不断发展[1]。以下结合自身多年来的计算机硬件实验教学经验，谈谈自己的看法。
2 硬件实验教学方式与特点
硬件实验教学具有理论性强、难度大、软硬件结合紧密等特点。与理论教学一样，具有一套完整的科学教学体系，同时又有区别于理论教学的一些特点[2]。计算机硬件实验一般需要用到的软硬件有微机、配套软件、实验设备、测量仪器仪表及各种线缆等，使用设备多、综合性强、复杂度高。实验成功与否涉及因素多，操作方式、软硬件结合等方面都会影响实验结果，实验时需要综合考虑。
实验课前，教师会要求学生进行实验预习。实验时，教师讲解实验目的、原理和电路，布置内容与要求。学生根据实验内容，结合硬件实验箱，进行电路连接、编写程序、运行并观看结果。若结果有出入或者错误，则需要进行排查，直到实验结束。实验完成后，记录数据，进行分析判断并填写实验报告。以单片机AD转换实验为例，讲授理论知识后布置实验预习；实验前教师讲解AD转换工作原理、电路并布置实验内容；实验时，学生按照要求将单片机硬件实验箱相关电路模块用导线连接，在上位机端使用KEIL软件进行编程，完成后进行调试验证。使用数字万用表观察模拟电压量以及实验箱上八段数码管显示的数字量，对比模拟量与数字量的对应关系，若模拟量与数字量都能正常同步增加与减小，实验基本成功；若不能，则需要检查硬件电路连接是否正确、软件编写是否到位；实验完成后，需要记录数据完成实验报告并分析结果。
3 存在的问题
3.1 观念滞后
国内的教育思想中存有“重理论，轻实践”的传统观念，实验教学仍处于理论教学的从属地位，被视为是单纯理论教学的验证和延伸[1]。及时转变观念，认识实验教学的重要性，就显得尤为重要。一般高校只重视学生的软件教学，轻视了硬件教学，存在“重软轻硬”现象。由于硬件实验的特殊性，学生也只对软件感兴趣，害怕硬件实验与操作。比如有的专业，学过单片机技术课程，却只懂得一点单片机理论知识，做起实验来，芯片控制与编程、电路连接，无从下手，更别说学以致用。同时，系部与教师对硬件实验也不够重视，这样对高校人才培养是不利的 。
3.2 实验教学体系缺乏系统性和科学性
计算机体系结构有很强的系统性。但硬件课程之间没有形成一个系统整体，缺乏系统性和完整性的实验教学体系，基本以演示性、验证性的实验为主，缺少综合性、设计性实验。大多高校一般都开设有数字逻辑电路、计算机组成原理、微机原理与接口、单片机技术、嵌入式系统等硬件课程，各门课各自按课程要求安排实验，实验内容之间缺乏相互联系。另外，课程开设有先后顺序关系，可能存在如“微型计算机原理与接口”与“单片机技术”同一学期进行教学的情况。同时，存在硬件实验在学时学分上的设置不合理、学时偏少、实验课程无学分、课程结束后无课程设计环节等情况。
3.3 实验条件不完善
近年来， 高校的软硬件设施建设有了很大提高，积极更新实验室设备、建设虚拟仿真实验室等。但是，一般高校在实验室建设更新上更侧重于软件类实验室的建设更新，比如计算机机房。造成了硬件实验条件的不足、设备老旧、更新不及时等问题。还存在实验场所不足，硬件实验室设置不全，相关课程只上理论、没有硬件实验的情况；有的实验室存放多套实验设备，实验室利用率高，却出现单套设备使用率较低的情况，这样给实验室增加使用学时、实验室开放、开设课程设计等方面增加了困难。
3.4 实验教师队伍相对薄弱
稳定的教师队伍，对高校的发展与人才培养至关重要。实验教师作为实验教学的设计者和执行者，对实验教学起到了关键的作用，其能力和素质的高低直接影响了学生学习的积极性和学习效果[3]。相对于公办高校，独立学院存在师资队伍不稳定、人员流动率高等问题。造成许多硬件课程是新老师任教、非专业教师上专业课程，以及一位教师任教多门专业课程等情况，这样不管是理论还是实验教学，都是不利的。另外，还缺乏专业的实验员，而硬件实验一般是由教师和实验员一块配合进行的。由于独立学院的特殊性，一位实验员需负责管理多间实验室，既要管理机房又要负责硬件实验室，还管理着网络实验室。而且硬件实验设备维护难度大，对专业技术要求高，实验室管理往往会套用计算机机房的管理方式，容易造成管理不足或“虚位”管理。
3.5 实验内容与考核方式需要改进
受旧的教学模式影响，以教师为中心，学生按照老师要求和步骤进行实验，缺乏主动性，这种模式影响学生创新精神和创造力的发挥。硬件理论教材陈旧，实验教材单调，或没有实验教材，多年使用同一本教材，不能与时俱进。一般来说，实验教材是各高校自行编写，实验电路、操作步骤、表格等都已经准备好，只需按照教材进行实验与验证、数据填写、完成报告后就算完成实验。这束缚了学生的思维，影响了创新能力的培养。有的设备配套实验教材，使用方便，但存在教材简单、错误多，不能完全满足实验要求。而且，实验教材上基本只有演示性和验证性实验，缺少设计性、综合性的实验内容。另外，在实验考核方法上，也有不足。一般硬件实验是依附于理论教学的，没有独立设课，学生对实验重视度不够，只注重于期末的考试，实验过程、数据记录和报告应付性完成，影响了教师对学生的量化考核，也影响学生学习的积极性。
4 改进措施
4.1 建立和改进硬件教学体系
培养学生创新能力和综合素质为出发点，以调动学生学习的主动性和创造性为目标，提高学生综合实践能力和应用能力为结果，做到实验教学融会贯通的模块化、实验教学体系的多层次、实验教学类型的多样化、实验教学内容的系统化[4]。根据计算机硬件知识结构，将硬件实验教学体系分为四层：入门层、基础层、拓展应用层和提高层，如图1所示。
入门层实验让学生熟悉常见的模拟电路、数字逻辑电路原理，具有设计一定功能电路的实践能力；基础层的“计算机组成原理”主要完成运算控制器、存储器、CPU等器件的原理与控制实验，熟悉简单的计算机原型组成与原理；微机原理接口培养使用与硬件紧密结合的汇编语言编程、CPU与部件的接口设计等，使学生对计算机软硬件系统有更进一步理解；拓展应用层实主要完成单片机、嵌入式系统的软硬件设计，使学生能熟悉应用系统的软硬件开发，提高实际应用能力；提高层的综合设计与应用创新，要求学生将所学专业知识进行综合运用，进行应用系统开发和新技术的研究应用，提升学生科研和开发能力。比如参与教师课研、毕业设计，参加各种电子设计竞赛等活动。
在实验教学内容层次上，可以将部分计算机硬件课程的实验内容分为4类，即验证型、设计型、综合型、探索型，实验内容由浅入深，循序渐进[5]。验证型实验强化理论知识的理解；设计型实验培养电路设计和调试能力；综合型实验使学生掌握综合应用软硬件的技能；探索性实验培养学生分析、判断和解决实际问题方法和能力。在改进实验教学体系和教学内容层次上，还需要根据硬件实验课程情况，在实验学时、课程设计和实验课程学分等方面做出改进，以加强学生从基础到应用、从探索实践到创新能力的层次化培养全过程。
4.2 加强建设，改善实验室环境
改善实验环境，从硬件和软件建设两方面入手。
1）硬件设备是保障实验正常开展的前提条件。微机与硬件实验箱使用3～5年就会出现设备老化、运行速度和设备可靠性下降等情况，一些常用仪器仪表，比如万用表、示波器之类的仪器，也需要及时更新换代，否则无法满足实验教学需求。因此，在硬件实验室建设上，根据教学内容的需要及新技术的发展来定期制定设备购置计划，及时让学生用上最先进的产品来适应社会的发展[6]。另外，尽量避免出现过多套数的硬件实验设备共用一间实验室情况，预留足够的空间和时间来进行实验室的开放。
2）在加强硬件建设基础上，也需加强软件方面建设。第一，及时安装更新当前主流系统软件和应用软件，使学生能够熟悉使用比较当前主流的应用软件，做到与时俱进。由于硬件实验箱存在硬件电路或芯片的不足，安装虚拟仿真软件进行实验，如数字逻辑电路、单片机技术实验课程使用PROTUES仿真软件，弥补硬件实验箱的短板，做到能实不虚、虚实结合的实验环境。第二，要加强实验室管理与维护，形成良好的实验环境，完善规章制度，保障实验室正常高效使用。第三，相对于理论授课，硬件实验在学时上明显偏少，导致学生动手能力不足。一种途径是增加实验学时数，也可以在课余时间进行硬件实验室的开放，开展有偿使用实验室服务工作，满足学生在课余时间使用设备做实验的要求。
4.3 加强师资队伍，提升水平
加强师资队伍建设，是培养高质量学生的前提条件。如何培养出一批既要有知识，又要有能力，更要具有使知识和能力得到充分发挥的高素质人才，对教育工作者而言是一大挑战[7]。硬件师资队伍建设，需要将理论教师与实验员队伍建设一起抓，两者不可或缺。除了留住在职教师之外，招聘有丰富经验的专业教师加入计算机硬件教学队伍，提高专业水平。同时，要加强对教师和实验员专业素质的培养，组织参与校内外的教学研讨交流，参加计算机硬件有关的学术会议、厂家举办的各种软硬件培训、与企业开展横行课题合作及带领学生参加各种计算机硬件类的竞赛等活动，以提升专业水平。
4.4 改进实验考核机制
硬件实验在增加实验学时、课程设计环节等内容之外，还需要改进实验考核机制，引起学生对硬件实验的重视，提高学习积极性。适当增加学时，让学生在学习理论知识后，有时间在硬件实验室完成实验，也可以让教师更好的进行实验成绩综合评定。增加课程设计、硬件实验课程设置学分，让学生提高动手能力之外，也可以提高学生对实验的重视程度。同时，为了实验成绩评定的公平性，实验时要求每位学生独立操作和完成实验报告。实验课程单独设置学分，意味着理论与实验的考核分开，让学生在学到相关理论知识外，能够独立完成实验，提高动手能力。
5 结束语
提高教学质量、培养学生动手能力和创新能力，是一项系统性工作。需要在学生学习态度、实验教学条件、教师专业水平、教学体系和实验考核等多方面下工夫，还要结合当前形式下的硬件实验教学情况，不断总结与思考，不断实践与提高。
参考文献：
[1] 戚梅，张鹏，东野长磊.计算机硬件实验教学改革与探索[J].实验科学与技术，2011，9（2）：80-81.
[2] 门晓丽.高校计算机硬件实验教学亟待解决的问题[J].呼伦贝尔学院学报，2008，16（4）：111.
[3] 张士磊，孟昕元.创新实践型人才培养的实验教学改革与探索[J].实验科学与技术，2014，12（1）：149-152.
[4] 李珍香，王红.立体化创新性的计算机硬件实验教学体系与模式研究[J].实验室技术与管理，2009，26（10）：104-106.
[5] 郝尚富，张晓，孙佰利.计算机硬件实验教学与管理的探索[J].河北北方学院学报，2009，25（4）：80-81.
第5篇：硬件设计论文范文
要
随着微机继电保护的发展，一些新的保护原理和方案，特别是基于故障波形特征(暂态分量)或高频分量的保护原理，以及基于ANN(人工神经网络)和模糊集理论的智能保护方案对微机继电保护装置设计提出了更高的要求。本文在广泛收集了有关微机保护硬件平台资料的基础上，提出了新微机继电保护装置硬件平台的方案与设计。本文的主要内容包括以下几个方面：
1. 本文广泛收集了有关微机保护硬件平台的资料，并查阅了国内各微机保护生产厂家的产品说明书，明确了开展本课题的意义，提出了本文研究的主要内容。
2. 对微机保护硬件平台几个主要方面如CPU、数据采集和通信方式等进行了探讨，针对传统微机保护硬件平台存在的缺点以及为了适应电力系统发展对微机保护的要求，提出了新微机继电保护硬件平台的“通用”模块化设计方案。
…………略，共5点
关键词：微机保护、硬件平台、逻辑运算、开入开出、抗干扰
目
录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论………………………….……………………………..….1
1.1 微机继电保护的发展…………..………………………………1
1.2 本课题研究的意义………………..……………………………2
1.3 本课题所做的工作………………..……………………………3
第二章 微机继电保护硬件平台的设计………………………………4
2.1微机继电保护硬件平台的探讨…………………………………4
2.1.1处理器………………………………….……….…………4
2.1.2数据采集系统……………………….……….……………7
2.1.3通信方式…………………………….……….………..…11
2.2传统硬件平台及存在问题………………………..……………13
2.3采用方案比较………………………………………………..…13
第三章 逻辑运算模块的硬件设计…………….………………….…17
…………略，共6章
：34000多字的电子学本科论文
有中英文摘要、目录、大量图、参考文献
400元
第6篇：硬件设计论文范文
关键词：仿真实验室；Proteus；硬件实验
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-02
1 引言
随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用Proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用Proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。
2 虚拟仿真实验室结构
2.1 Proteus仿真实验室概念
所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质 [4]。
2.2 Proteus仿真实验室系统架构
图1 Proteus虚拟仿真系统架构
如图1所示基于Proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该Proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本Proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、PCB设计。
2.3 计算机网络平台
由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将Proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本Proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。
图2 计算机网络平台拓扑结构
2.4 Proteus软件平台
Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用Proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、MCU混合仿真和PCB系统设计，除此之外，Proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于Proteus可以提供x86、单片机、ARM等系统的仿真实验。
2.5 Proteus试验系统
Proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用Proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。
3 虚拟仿真实验室实验内容
通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥Proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。
基础性实验包括MCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。
综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计与制作等。
创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。
4 虚拟仿真实验室实验方法
传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于Proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。
5 虚拟仿真实验室教学目标
通过本课题的基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：
5.1 实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、PCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。
5.2 教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。
5.3 有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。
6 结束语
构建基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。
参考文献：
[1]刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.
[2]田建伟，胡德安.一种单片机虚拟实验室的建立方法[J].现代电子技术，2009（14）：67-69.
[3]胡敬朋，王聪.基于Proteus的电子产品仿真设计[J].电气电子教学学报，2009，5（4）：121-123.
第7篇：硬件设计论文范文
论文摘要 目前计算机教学存在硬件、软件和教学三方面的问题，虚拟机是解决这些问题的很好的技术途径。虚拟机具有集成性、移植性、经济性和可维护性的优点，在计算机教学中的具体应用包括操作系统安装、计算机维护、网络技术应用、网络安全、软件测试和课件制作。
近几年，虚拟机逐渐被应用于许多学校的计算机教学领域，成为一种非常有效的辅助工具。笔者从自身的计算机教学实际出发，借助虚拟机解决计算机教学中的一些问题，有效地提高了计算机教学的质量，取得良好的教学效果。
1 计算机教学的现状
目前，计算机教学取得一定的成绩，也存在一些问题，主要表现为以下几个方面。
1.1 硬件方面
计算机是一门实践性非常强的学科，需要给学生提供良好的实践环境。同时，随着科学技术的迅猛发展，计算机硬件的更新速度加快，计算机教学的开展也受到全新的挑战。由于我国目前招生规模的扩大，经费又相对投入有限，使得实验设备和实验场地不能及时得到扩充，教学设备的硬件建设相对欠缺和滞后，新建计算机硬件实验室、计算机网络实验室等更是不现实的。但是，计算机教学中的很多实验，如局域网的搭建，需要利用多台计算机和多种设备，由于现有的硬件配置条件有限，学生没有亲自做实验的条件和机会，无法培养其动手操作能力。
1.2 软件方面
目前的计算机教学一般是使用公共机房。公共机房只能满足一般的实验要求，同时为了便于机房的管理和维护，通常为所有的计算机安装硬盘保护卡和应用系统策略来限制学生的某些操作。学生上机的时候，不允许他们随意安装软件，更不允许进行如硬盘分区、格式化等操作。学生无法在实际的环境中操作练习，只能被动地进行一些简单的实验操作，实践教学的效果较差。
1.3 教学方面
许多计算机教师的思想观念还没有完全转变，在计算机教学中，重理论、轻实践，一直采取单一的理论讲授教学，非常抽象、枯燥，学生难以理解和掌握。当然，也由于经费等各方面的原因，教师一般采取以讲代练或课堂演示的方式进行教学，使得学生只有理论知识而缺乏动手实践，无法操作实验，对一些知识点无法掌握透彻。
综合以上分析，可以看出目前计算机教学存在问题的关键是教学设备不足。如何充分利用好现有的教学设备，来满足最大化的教学需求，这是一个新的挑战。笔者认为利用虚拟机可以改善上述计算机教学中存在的问题，较好地达到一机多用的目的。
2 虚拟机简介
2.1 虚拟机的概念
虚拟机（Virtual Machine，简称VM），就是虚拟的计算机，是指运行于物理计算机上的、用软件模拟出来的、具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。虚拟机是相对于常用的物理计算机而言的，又被称为逻辑计算机，其本质上是对物理计算机的模拟仿真。
虚拟机以文件的形式存放于物理计算机中，仅占用物理计算机的一部分资源。一台物理计算机，可以虚拟出多台完整的虚拟机，并且不同的虚拟机可以运行单独的操作系统而互不干扰，使用的时候就如同打开一个应用程序一样。
每台虚拟机都具有自己的CPU、内存、硬盘、网卡、BIOS、光驱、显卡、声卡、USB接口等，只不过这些硬件设备都是用虚拟软件模拟出来的。在计算机教学中，可以利用虚拟机进行开机、关机、硬盘格式化、设置BIOS等操作，这一切对主机没有任何影响。
目前，计算机教学中比较常用的虚拟机软件主要有WMware公司的WMware Workstation和微软公司的Microsoft Virtual PC这两种。VMware技术相对比较成熟，可以虚拟更多的主流操作系统，功能更强大，使用起来比较容易，市场占有率比较高。
2.2 虚拟机的优点
1）集成性。能够在一台PC机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可安装不同的操作系统，而不需要对物理硬盘进行分区或重新开机，不受到物理计算机硬件的限制。各虚拟机与主机之间可以进行通信、共享文件和网络资源。
2）移植性。虚拟机表现在物理电脑上是一个文件，不同的操作系统之间能够进行互动操作。使用者可以直接拷贝备份好的虚拟机文件到其他计算机上使用，大大节省系统安装的时间。
3）经济性。由于虚拟机是利用软件来模拟完整的计算机系统，无需添加新的硬件设备，真正可以做到一机多用，同时又节省维护费用。
4）可维护性。虚拟机与主机之间有良好的隔离性，在虚拟机上进行的操作不会破坏物理计算机的操作系统和软件，对主机现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏。
3 虚拟机在计算机教学中的具体应用
3.1 操作系统安装
操作系统有MS-DOS、Windows98、Windows2000、Windows XP、Linux、Unix等不同系列、不同版本。由于操作系统的安装具有一定的危险性，学生可以在硬盘上建立自己的虚拟机，并进行安装操作系统的练习。在虚拟机环境下可以实现多个操作系统同时运行，带来极大的方便。
3.2 计算机维护
出于公共安全考虑，磁盘分区、格式化等危险操作，学生一般没有机会亲手实践。在虚拟机环境下，学生可以任意进行磁盘分区、格式化、设置CMOS、设置BIOS SETUP参数等一些计算机维护操作。操作完成后，通过映象功能可以非常轻松地将操作系统恢复到原样。
3.3 网络技术应用
学生在学习局域网的组建、网络配置与管理、FTP、邮件服务器等各种网络服务的配置、远程访问和路由的设置等知识时，单凭理论讲授是很难理解和掌握的。利用虚拟机，学生可以在单台计算机上组建网络环境，进行各种网络配置，也可以组建虚拟局域网，实现集群试验。若学生不能按时完成实验，借助虚拟机的挂起功能，保留当前状态，以便下次继续完成。
3.4 网络安全
在网络环境下，病毒、木马、黑客程序非常盛行。教师在讲解计算机病毒、木马等知识时只能停留在讲述阶段，利用虚拟机可以改变这一状况。教师可以在虚拟机系统上植入病毒文件进行病毒、木马程序的传播与演示，以及实现安全防御等操作，让学生更加直观地了解系统的安全及防御技术。
3.5 软件测试
学生在学习软件设计、网页设计等课程时，编写的程序需要在多种环境及多种操作系统环境下进行测试。应用虚拟机，不需要实际安装所有的系统与插件，就可以轻松地模拟出各种测试环境，有利于发现问题和解决问题。
3.6 课件制作
计算机教师在制作课件时，常常会需要多种操作系统中的操作。通过虚拟机软件，可以使用Snagit、HyperSnap-DX等屏幕捕捉程序，方便地把样图抓取下来，或者直接利用视频捕捉功能将操作过程录制下来，有助于制作图文并茂的课件。
总之，虚拟机是计算机教学的有效工具，在计算机教学中有非常重要的作用和广泛的应用。如何利用虚拟机更好地为计算机教学服务，是每个计算机教师需要研究的一个新课题。
参考文献
[1]刘晙.谈谈计算机教学中虚拟机的应用[J].科技资讯，2009(36):190
[2]蔡友林，祝红琴，司红伟.虚拟机技术在计算机教学中的探讨[J].电脑知识与技术，2009，5(10)，7889-7990
第8篇：硬件设计论文范文
关键词：计算机；课程；教学模式；虚拟机技术
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2014）14-0099-01
《计算机组装与维修》是中职计算机专业的一门主干专业课程，其主要任务是使学生了解计算机各种部件的分类、性能、选购方法，理解各主要部件工作原理、硬件结构、相互联系和作用，熟练掌握各种软件安装，以及计算机的组装与简单故障的维修方法。它是一门实践性很强的课程，需要将理论与实践进行有效结合。
一、《计算机组装与维护》课程的特点
《计算机组装与维护》是一门侧重实践和应用的课程，主要有以下特点：
1.课程内容多，知识面涉及广。这门课程主要包括计算机组成部件介绍、计算机硬件组装、硬件评测、系统设置、硬盘规划、软件安装、计算机日常维护等方面的内容。知识面涉及计算机文化基础、计算机组成原理、Windows操作系统等课程，教学内容多，可扩充性强。
2.课程知识更新周期短，时代特征鲜明。计算机软硬件的发展日新月异，新技术、新产品层出不穷，只有定期更新教学内容，才能满足学生了解新技术和产品的需要。
3.课程侧重实践，培养独立动手能力。《计算机组装与维护》课程的教学目标是通过学习，能认识和了解计算机硬件结构，能完成计算机硬件组装、软件安装和掌握计算机日常维护的技能，提高解决实际问题的能力，要实现这一目标，必须通过大量的实践教学环节来完成。
二、《计算机组装与维护》课程教学的现状
针对该课程的特点，结合培养学生动手能力的目标，大部分学校均采用“理论+实践”的教学模式。
1.以多媒体教室或机房讲授为主的教学模式。多媒体教学是理论教学的主要形式，使用多媒体课件，能比较直观地展现计算机知识。对于计算机硬件部分的知识，从横向展示不同部件外观、连接使用，以及各自不同的功能作用。对于每种部件，可以从纵向介绍与展示其不同时期由低到高的版本发展历程和各个版本的功能特点。从理论课的学习中让学生对硬件系统的各部分都能准确地辨认与识别，形成感性认识。另外，在讲授硬件组装与系统安装时，使用多媒体有选择地播放计算机安装操作视频，让学生学习如何对一大堆硬件进行有序安装，安装过程中有哪些技巧与注意事项等。但由于中职生自控能力不是很强，上课精神状态不集中，理论教学成了教师的独角戏。特别是在软件系统的安装过程中，由于多媒体教室与机房是公共设施，往往不能进行实际操作，学生只能观看教师演示，上实践课时才能去练习，因而不能及时消化知识。如果每个学生都可以在电脑上进行系统安装等操作练习，将减轻学生实践课的压力，提高理论课学习效率。
2.以计算机组装与维修为主要实践内容的实验室教学模式。通过多媒体学习组装的理论知识，然后在组装实验室里接触实物进行实践操作，完成计算机硬件的组装与调试、软件安装、故障排除等实验。通过实践课，学生动手能力提高了，但由于各个学校硬件设施水平的差异，不一定都能满足每个学生的练习需要，部分学校机器设备陈旧，学生在实验过程中也不懂得珍惜，造成部分设备损坏严重，还有部分学生因机器设备陈旧以至于不想动手操作。中职生的抽象思维能力和综合归纳能力较弱，学习积极性不强，因而不能把提高实践能力全部放在实验室。例如，软件安装、BIOS设置等可在机房进行练习，让每个学生都有练习的机会，从而保证利用有限的资源进行有侧重点的项目练习，发挥最大效率。
三、在教学中运用“虚拟机技术”的作用
正如上述分析，如果在理论教学中能使学生获得更多的“实践”机会，将不仅有助于提高理论课堂的教学质量，体现以学生为主体的教学思想，还有利于提高实践课的课堂效率。那么，如何在理论课堂中让学生尽可能获得更多的“实践”机会呢？在计算机机房采用“虚拟机技术”进行理论教学是一种不错的选择。
虚拟机是指通过软件模拟具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。通过虚拟机软件，可以在一台计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全像真正的计算机那样进行工作，可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源，等等。它只是运行在物理计算机上的一个应用程序，但对于在虚拟机中运行的应用程序而言就是一台真正的计算机。因此，在虚拟机中进行软件评测时，系统一样会崩溃，但只是虚拟机上的操作系统，而不是物理计算机上的操作系统，并且使用“Undo”（恢复）功能可以马上将虚拟机恢复到安装软件之前的状态。
使用Vmware可同时运行Linux各种发行版、Dos、Windows各种版本、Unix等，甚至可以在同一台计算机上安装多个Linux发行版、多个Windows版本。VMware 可以在一台机器上同时运行2个或更多Windows、DOS、LINUX系统。与“多启动”系统相比，VMWare采用了完全不同的概念。多启动系统在同一个时刻只能运行一个系统，切换系统时需要重新启动机器。而VMWare可在主系统的平台上“同时”运行多个操作系统，就像标准Windows应用程序那样切换。而且每个操作系统都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据，极其方便。
正因为虚拟机具有以上功能，如果在教学过程中，机房的每台电脑上通过安装VMware都具有虚拟机的功能，那么不仅可以保证公用机房的高效利用，还能满足学生练习的需要，通过虚拟机可完成如操作系统等软件的安装、数据恢复与备份、BIOS设置等操作，使每个学生都获得充分的练习机会。此外，还能完成由于实验室硬件原因无法实现的高难度、复杂性实验，缓解实践教学的压力。
在计算机课程中实施“虚拟机技术”，可使学生在理论学习过程中获得更多的实践机会，提高课堂学习效果。同时也在一定程度上缓解了实训室实践教学压力，从而保证学生在有限的时间内可以进行有侧重点的项目练习，使有限的资源得到高效利用。
参考文献：
[1]郭新房，等.计算机组装与维护标准教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
第9篇：硬件设计论文范文
关键词：嵌入式开发系统，特点，计算机技术
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。正如我们所知嵌入式系统开发经过30多年的发展己然成为了一个成熟的技术。他现如今有如下特点：
1）交叉开发工具和环境。嵌入式开发必须要有一套开发工具以及环境才能进行开发，因为嵌入式软件本身是不具备自主开发能力.用户对其中程序功能是无法修改的。而这些工具和环境一般是要依靠在通用计算机上的软硬件设备以及逻辑分析仪、混合信号示波器等设备上进行的。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，程序的开发，调试需要主机执行，而目标机最后执行。
2）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。
3）软硬件协同设计并且专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。
4）软件代码质量与可靠性都十分高。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。虽然现在由于半导体技术的发展使得处理器的速度不断提高，片上存储器的容量也在持续不断增加，但在大多数应用中，存储空间依旧很宝贵并且还有实时性的要求。因此要求程序编写和编译工具的质量要高，以此减少程序二进制代码长度，起到了提高执行速度的效果，而嵌入式系统正好拥有这个优势。
5）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
6）生命周期长。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。
7）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。
8）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全
2软硬件协同设计概念
软硬件协同设计是指对系统中的软硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发，可完成全系统的设计验证并跨越软硬件界面进行系统优化。
嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论――软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。
系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。
3嵌入式软件开发的方法论
由于一个完整的产品中大部分系统都是非常复杂的，不仅如此与此同时我们还需要考虑很多的因素，比如开发这个产品所需的价格，产品的性能如何，系统设计技术是什么等。唯有全面考虑这些因素我们才可能顺利进行开发，然后才可能做出一个成功的，合格的产品。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。
确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。
根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。
开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。
