计算器总结大全11篇

计算器总结篇（1）

用计算器探索规律

课型

新授课

设计说明

1.让学生充分经历发现规律的过程。

为了让学生对规律的发现经历一个观察、对比、分析的过程，所以教学设计中要给学生留足发现规律的时间和空间。先让学生独立发现，再以小组交流的方式组织教学活动，这样既能培养学生的独立思考能力，又能培养学生的合作意识。

2.重视培养学生归纳总结和运用规律的能力。

在学生发现规律后，设计了一组反馈练习，让学生用发现的规律写出商，并通过问题引导学生说出是如何想的。让学生说出自己应用规律的思维过程，加深对规律的理解，培养学生归纳总结和运用规律的能力。

学习目标

1.能借助计算器探究简单的计算规律。

2.能应用探究出的规律进行计算。

3.体会到计算器的作用，增强学数学，用数学的意识。

学习重点

能运用计算器计算，发现算式的规律。

学习难点

能运用规律直接写出商。

学习准备

教具准备：PPT课件

学具准备：计算器

课时安排

1课时

教学环节

导案

学案

达标检测

一、创设情境，引入新课。

同学们，今天的课堂来了一位特别的朋友（计算器），有了它，我们的计算既快捷又准确，它还有一个特殊的功能，就是帮助我们发现规律。接下来我们就利用计算器一起探索数学的奥秘吧。（板书课题）

学生带着好奇心与老师共同进入新知的探究。

1.按规律填数。

（1）6.25

2.5

1

（0.4）（0.16）

0.064

（2）7

3.5

1.75

（0.875）（0.4375）

0.21875

二、用计算器自主探究规律

1.用计算器计算，发现规律。

（1）组织学生用计算器独立计算35页例9，汇报结果，老师板书。

1÷11=0.0909…

2÷11=0.1818…

3÷11=0.2727…

4÷11=0.3636…

5÷11=0.4545…

（2）引导学生观察算式的商。

（3）总结规律。

A.除数都是11，商的整数部分都是0的循环小数。

1.（1）学生用计算器独立计算，互相订正。

（2）观察算式，小组合作交流，探究算式和商的规律，然后代表发言。

（3）学生认真倾听，猜想并验证。

2.（1）学生根据发现的规律完成。

（2）学生汇报结果，并叙述思考过程。

（3）用计算器验证，发现规律正确。

3.学生回忆、交流、总结并汇报。

2.不计算，运用规律直接填出得数。

6×0.7=4.2

6.6×6.7=44.22

6.66×66.7=444.222

6.666×666.7=4444.2222

3.运用规律直接写出得数。

99.99×1=99.99

99.99×2=199.98

99.99×3=299.97

99.99×4=399.96

99.99×5=499.95

B.被除数是几，循环节就是9的几倍。

2.运用规律。

（1）不计算，用发现的规律直接写出下面几题的商。

6÷11

7÷11

8÷11

9÷11

（2）组织学生汇报结果，并说说你是怎么想的。

（3）学生用计算器验证规律。

3.总结用计算器探索规律的方法。

用计算器计算——观察并发现规律——根据规律写商。

99.99×6=599.94

99.99×7=699.93

99.99×8=799.92

99.99×9=899.91

4.用计算器计算下面各题，并看看有什么规律。

4×9=36

5×9=45

44×99=4356

55×99=5445

444×999=443556

555×999=554445

三、巩固练习。

1.完成教材35页“做一做”。

2.用计算器计算前四道题，试着写出后两道题的积。

1234.5679×9=

1234.5679×18=

1234.5679×27=

1234.5679×36=

1234.5679×45=

1234.5679×54=

1.学生用计算器计算出前四道题，小组交流发现规律。根据规律写出后两道题的结果。

2.学生独立完成，教师巡视指导，集体订正。

教学过程中老师的疑问：

四、课堂总结，布置作业。

1.通过今天的学习，你有什么收获？

2.布置作业。

1.交流自己本节课的收获。

2.独立完成作业。

五、教学板书

用计算器探索规律

例9：1÷11=0.0909…

2÷11=0.1818…

3÷11=0.2727…

4÷11=0.3636…

5÷11=0.4545………

规律：商都是循环小数，循环节是被除数的9倍。

六、教学反思

1.在充分经历中感悟。

在本课教学中，我就充分注意这一点，注重让学生充分参与用计算器探索规律，充分调动学生参与的主动性，让学生在大量的举例、充分地观察中去感悟商变化的规律，初步构建自己的认知体系。

计算器总结篇（2）

2基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式设备结构

2.1嵌入式设备的结构

嵌入式设备是嵌入式系统的核心部件，在生产现场，需要根据具体对象采用模块化的方法来开发嵌入式设备，其基本思想是将复杂控制系统转化成一个个具有独立功能的简单模块。这些简单的模块都有通用的接口，它们可根据需要不加改造通过总线接口模块与桌面总线相连，从而实现与嵌入式系统的无缝连接。不同的嵌入式设备结构不尽相同，但一般都包含五个部分，如图1所示。（1）输入设备：完成用户对数据的输入。（2）输出设备：将信息处理CPU处理好的信号通过用户界面显示给用户。（3）数据存储器：保存信息处理CPU处理结果。（4）数据采集CPU：完成信号的采集、预处理，并将处理信号提交给信息处理CPU。（5）信息处理CPU：接收用户输入信号和数据采集CPU提交信号，对信息进行处理，同时把处理结果提交给用户界面并做好存储工作。

2.2总线接口模块的结构

由底层到高层依次有：（1）物理层：是最底层，是设备之间的物理接口，数据通过该接口从一台设备传送给另一台设备。（2）数据链路层：完成用户信息的处理，确保网络之间数据帖可靠地传输。（3）应用层接口：是最高层，提供计算机网络与最终用户界面。

3基于桌面总线的嵌入式系统桌面总线的拓扑结构

对于不同的生产需求，桌面总结的拓扑结构不尽相同，图2是一种常见的嵌入式设备桌面总线的拓扑结构。（1）各嵌入式设备通过总线接口模块与桌面总线连接。（2）中继器：算一个嵌入式设备，单段总线传输距离有限，中继器可扩展桌面总线连接嵌入式设备的台数。（3）总线终端：总线终端有一个网络终结器，用于消除信号传输时的反射。（4）嵌入式处理器：是桌面总线的主站，并提供与桌面计算机的接口。

4基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式Internet服务器体系结构

4.1嵌入式Internet服务器体系结构

Internet通信技术，具有开放性的互联标准，能够提供强大的通信能力，但嵌入式处理器通常只支持8位并行数据处理，而建立在Internet基础上的各种通信协议对于计算机内存储器的容量、计算机CPU的运行速度都有较高的要求。[3]本文将桌面计算机（高端机）与嵌入式处理器（低端机）作为服务器，如图3所示。两个嵌入式处理器通过P1口实现数据通信，嵌入式处理器二通过桌面总线、嵌入式接口模块（图1）与接入的各嵌入式设备实现通信处理及协议转换，嵌入式处理器一负责与桌面计算机交换数据。两个嵌入式处理器都具有独立处理信息的能力，并能各自独立完成不同的信息处理功能，对高速运行的桌面计算机与低速运行的嵌入式处理器速度不匹配问题起到了一个缓冲的作用。Key是键盘输入功能。LED显示器接口：通用的计算机主要显示设备是CRT显示器。但是在专用的计算机系统中，特别是在多数微型计算机控制系统和测量系统中，往往有了数字显示功能就可以了。在这种情况下，使用LED数码管来构成数字显示器则非常适用，这种显示器价格低廉、体积小、功耗低，而且可靠性很好。

4.2嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信

嵌入式处理器二作为底层桌面总线的中心控制点，通过桌面总线与各嵌入式设备相连，实时监控各嵌入式设备的当前工作状态，采用并行处理的工作方式与各嵌入式设备通信，同时，也使用并行的工作方式与嵌入式处理器一通信。嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信编程语言一般使用汇编语言或C语言。使用C语言能够使软件开发的时间缩短，开发过程加快，所以目前获得广泛的应用。使用汇编语言在开发编程和调试阶段要花费较多的时间，但是与等效的C语言相比，具有执行速度快，占用内在少，并且只有汇编语言与机器硬件紧密相连。为了扬长避短，有时在一个程序中，对执行速度或实时性要求较高的部分使用汇编语言，而其余部分则使用C语言编写[4]。

4.3桌面计算机与嵌入式处理器之间通信

桌面计算机主要接受来自嵌入式处理器的实时数据，根据定义的数据访问协议和处理规则，对实时数据进行分析、显示、存储等功能，同时将相关的控制命令发送给嵌入式处理器。桌面计算机与嵌入式处理器之间的通信方式有串行传输和并行传输两种传输方式。并行传输通常使用8根或更多根导线来传输数据，并行传输的特点是同时可以传输多个二进制位，传输速度快，但是传输线路结构较复杂、传输距离有限。而串行传输一次仅能传输一个二进制位，多个二进制位“鱼贯而入”，传输速度慢，但传输线路结构简单、传输距离远。目前，计算机的并行口已经从基本的SPP（Standard-ParallelPort）类型并行口发展到EPP（EnhancedParallelPort）增强式并行口，EPP并行口可以直接进行8位数据的读写操作，其读写操作可以在一个总线周期内完成。总线周期：通常把CPU通过总线对其外部进行一次访问所需要的时间称为总线周期。一个总线周期一般包含4个时钟周期，时钟周期又称节拍周期，是微处理器处理操作的最基本时间单位[4]。

4.4桌面计算机与互联网之间通信

桌面计算机通过路由器（HUB）与互联网（Internet）相连，借助TCP/IP（TrasmissionControlProtocol/Internetprotocol，传输控制协议/网间协议）协议和HTTP（HyperTextTransmis-sionprotocol，超文本传输协议）协议实现与互联网之间通信。同时，桌面计算机还能过TCP/IP协议、ADO（ActiveX-DataObjects）组件（访问数据库的模型）、数据库提供的中间软件（SQLServer，Oracle）实现对数据库服务器的访问。

计算器总结篇（3）

测试技术涉及到众多学科专业领域,如传感器、数据采集、信息处理、标准总线、计算机硬件和软件、通信等等。测试技术与科学研究、工程实践密切相关,两者相辅相成,科学技术的发展促进了测试技术的发展,测试技术的发展反过来又促进了科学技术的进步。

测试仪器发展至今,大体经历了5代:模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。自上个世纪80年代以来,伴随微电子技术和计算机技术飞速发展,测试技术与计算机技术的融合已引起测试领域一场新的革命。1986年美国国家仪器公司提出“虚拟仪器”即“软件就是仪器”的概念。虚拟仪器是卡式仪器的进一步发展,是计算机技术应用于仪器领域而产生的一种新的仪器类型,它以标准总线作为测试仪器和系统的基本结构框架,配置测量模块,通过软件编程实现强大的测量功能。在虚拟仪器系统中,用灵活、强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件,用人的智力资源代替物质资源,特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析,使仪器中的一些硬件、甚至整件仪器从系统中“消失”,而由计算机的硬软件资源来完成它们的功能。另外,通过软件可产生许多物理设备难以产生的激励信号以检测并处理许多以前难以捕捉的信号。虚拟仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物,是传统测试仪器与测试系统观念的一次巨大变革。

测试技术和设备涉及国民经济和国防建设的各行各业,先进的电子测试设备在众多行业的科研、生产和设备维护使用过程中起着举足轻重的作用。特别是在电子产品、航空航天、武器装备、工业自动化、通信、能源等诸多领域,只要稍微复杂一点的涉及到弱电的系统(或装置)都要考虑测试问题。测试系统是设备或装备的一个必不可少的组成部分,如武器系统的维护维修离不开测试设备。一个系统(或装置)测试功能的完备与否已成为衡量其设计是否合理和能否正常运行的关键因素之一。

测试仪器和系统在国民经济和国防建设中起着把关和指导者的作用,它们广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和国防科研等行业。测试仪器和系统从生产现场各个环节获得各种数据,进行处理、分析和综合,通过各种手段或控制装置使生产环节得到优化,进而保证和提高产品质量。在武器系统科研试验现场,测试仪器和系统可获得试验中各个阶段和最终试验数据,用于及时发现试验中出现的问题和给出试验结论,并为后续相关试验提供依据。因此,测试仪器与系统对于提高科研和试验效率,加快武器试验进程和保证试验安全至关重要。以雷达、综合电子战为代表的军事电子领域,以预警机、战斗机、卫星通信、载人航天和探月工程为代表的航空、航天领域及以导弹武器系统为代表的兵器领域等都离不开测试设备,它是这些装备和系统正常使用和日常维护及维修所必备的。

1系统类型

现代的测试系统主要是计算机化系统,它是计算机技术与测量技术深层次结合的产物。随着计算机技术的发展,构成测试系统的可选择性不断加大,按照测试功能要求,可构成多种类型的计算机测试系统。在计算机测试系统分类问题上并没有严格的统一规范,以硬件组合形式划分,测试系统可分为基于标准总线的测试系统、专用计算机测试系统、混合型计算机测试系统和网络化测试系统等4种类型。

(1)基于标准总线的测试系统

基于标准总线的测试系统种类非常多,如ISA总线、PCI总线、STD总线、GPIB总线、CPCI总线、VXI总线和PXI总线等。这类系统采用各种标准总线,在PC计算机主板的扩展槽或者扩展机箱插槽上、工控机底板插槽上、VXI和PXI机箱背板总线上,插入各种A/D,I/O等功能和仪器模块,构成测试系统。

目前各类标准总线功能模块和模块化仪器品种齐全且商品化程度高,因此系统集成容易。此类系统具有标准化、模块化、可靠性高、可重构等特点。

(2)专用计算机测试系统

专用计算机测试系统是将具有一定功能的模块相互连接而成。专用计算机测试系统又可分为2大类,一类是专业生产厂商设计生产的大型、高精度的专用测试系统;另一类是专业生产厂商生产的小型智能测试仪器和系统。

专用计算机测试系统最重要的特征是系统的全部硬软件规模完全根据系统的要求配置,系统的硬软件应用/配置比高。因此,系统具有最好的性能/价格比,在大批量定型产品中采用这种类型比较合适。根据所采用微处理器的不同,专用计算机测试系统又可分为标准总线计算机系统和单片机系统。

(3)混合型计算机测试系统

这是一种随着8位、16位、32位单片机出现而在计算机测试领域中迅速发展的结构形式。它由标准总线系统与由单片机构成的专用计算机测试系统组成,并通过各种总线(串行或并行)将2部分连接起来。标准总线系统的计算机一般称为主机,主机承担测试系统的人机对话、计算、存储和处理、图形显示等任务。专用机部分是为完成系统的特定功能要求而配置的,如各种数据的现场采集,通常称为子系统。

(4)网络化测试系统

利用计算机网络技术、总线技术将分散在不同地理位置、不同功能的测试设备集成在一起,加上服务器、客户端以及数据库,组成测试局域网系统,通过网络化的虚拟仪器软件,共同实现复杂、相互组合的多种测试功能。网络型计算机测试系统的灵活性较大,可用多种方式及时地索取现场数据。

2发展现状

测试系统采用标准总线硬软规范使得测试系统向开放性、集成化发展,推动了测试系统标准化、模块化、虚拟化等进程。目前测试系统可选用的、主流的标准总线包括ISA总线、PCI总线、VXI总线、CP2CI总线和PXI总线及工业现场总线等,其中VXI总线和PXI总线最具有代表性。

VXI总线是上世纪80年代末期在VME总线的基础上扩展而成的仪器系统总线。VXI总线由于采用模块化开放式结构,易于扩展、重构和系统集成。它依靠有效的标准化,采用模块化的方式,实现仪器模块间的互换性和互操作性,使得不同厂商生产的测量模块能容易地组建一个高性能的测试系统。其开放的体系结构和即插即用方式符合信息产品的要求。缩短了测试系统的研制周期,降低了成本,减小了风险。因此,VXI总线一经问世便受到了测试界的认可并迅速得到推广。

VXI总线系统已在美国国防、航空航天、工业等领域得到较广泛应用。美国国防部对其三军武器维护维修的自动测试系统要求广泛采用现成的基于标准总线的COTS或商用硬件和软件产品。为了实现武器维护维修自动测试系统的标准化、通用化,陆海空军分别采用了综合测试设备(AFTE)、联合自动保障系统(CASS)、新型通用测试站(CTS)。美国许多生产自动测试系统的公司正在把标准的ATLAS语言转换为面向目标的Ada语言,将Ada为基础的测试环境(ABETIEEE-1266)转换为更广泛的测试环境(ABBET)。ABBET是一种易于修改和扩充的模块化开放式结构,而VXI总线和其VISA为能够满足这种环境的规范。为此,美国三军广泛使用VXI总线测量系统完成武器系统的维护维修,达到了降低费用、减少测试设备体积和提高测试效率等要求。

美军F-22战斗机从生产制造测试到现场维护维修测试过程都采用了商用的通用自动测试系统。此系统采用了VXI总线产品硬件、ABET软件、UNIX/POSIX/WINDOWS操作系统、局域网LAN、PC/工作站、专家诊断系统、可编程仪器标准指令(SCPI)等等。该系统具有体积小、价格低、测试速度高及性能高等特点。另外,VXI总线测试还广泛用机测试、导弹测试、风洞数据采集、喷气发动机测试、工业生产过程控制和波音757,767和777客机测试设备等等。

VXI总线测试系统不仅涉及到电子测量领域,而且已延伸到微波、毫米波和通信领域。在数字域、频率域和时间域的测试得到了较广泛的应用,譬如通信卫星、雷达和电子对抗测试中的任意波形发生器、频谱仪、逻辑分析仪、网络分析仪、微波/射频模块等。VXI总线不仅在军事上获得了应用,而且还在通信、铁路、电力、石化、冶金等行业得到了广泛应用。

全世界有近400家公司在VXI总线联合会申请了制造VXI总线产品的识别代码,其中大约70%为美国公司,25%为欧洲公司,亚洲仅占5%。在大约1300多种VXI产品中,80%以上是美国产品,其门类几乎覆盖了数据采集和测量的各个领域。在市场方面,2002年以前,美国VXI市场的总销售额虽然仍以每年30%～40%的增长。近两年来,由于PXI和CPCI等产品的掘起,VXI产品销售增势已趋缓。

1997年美国国家仪器公司NI了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范———PXI总线标准。PXI的核心技术是CompactPCI工业计算机体系结构、MicrosoftWindows软件及VXI总线的定时和触发功能。PXI总线其实是PCI在仪器领域的扩展,它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范,从而形成了新的虚拟仪器体系结构。制订PXI总线规范的目的是为了将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来,形成一种主流的虚拟仪器测试平台。

PXI总线的基础一是当今计算机技术,二是借鉴和吸取了VXI总线特点。VXI基于VME总线,而PXI基于PCI总线。由于标准PCI总线带宽是132MB/s,标准VME总线只有40MB/s,因此PXI总线性能优于VXI总线。由于PXI插卡尺寸小,所以它能够为便携式、台式与固定架式装置提供一个通用平台。开放的PXI总线规范可组成模块化的测试系统,它可以容易地整合多个厂家的测试产品。

PXI总线规范也能把不同平台的仪器集成到PXI测试系统中。如为了兼顾已有的VXI总线系统和保护用户投资,已开发了跨接VXI总线系统和PXI总线系统的转接卡。

近几年,PXI总线产品种类和数量增长迅速。PXI总线系统联盟(PXISA)就有60多家公司参与,这些公司生产或集成基于PXI总线的测试模块和测试系统。现在已有数百种不同的3U或6UPXI模块供用户选用。随着其应用范围和领域的不断扩大,市场份额也将迅速增大。

目前,测试系统发展方向主要表现在以下几个方面:

(1)基于标准总线的硬件平台

测试系统采用模块化开放式标准总线体系结构,易于扩展、重构和系统集成。于是,不同厂商生产的测量模块能容易地组建一个高性能的测试系统。测试系统集成强调基于COTS,不仅可降低系统成本和研制周期,而且可使系统容易升级换代。

(2)分布式、网络化结构

在工业生产和科研试验现场,由于被测系统(或装置)一般均采用分散布置或安装,因此,测试系统应可采用分布式或网络结构,以解决被测信号因长距离传输所造成的测试精度下降问题。同时,测试系统其内部电缆将明显减少,解决了过去复杂的连接问题。网络化测试系统具有资源共享、集中管理、分布测量和处理、功能多样化和操作便捷等特点。

(3)同步授时

测试系统要保证与测试对象的时间同步,此外其本身也应有时间基准要求。因此,测试系统必须要有统一的时间基准即时统,时统一般采用IRIG-B码。GPS授时为首选的一种时间基准。GPS授时型接收机不受时间、地点和气候的限制,可提供高精度、连续的实时授时信息。在测试系统中,应采用具有自主授时、内外同步功能的GPS模块以实现与测试对象同步。

(4)虚拟仪器

虚拟仪器技术的出现,大大增强了测试系统的功能。虚拟仪器的测量功能模式是“动态的”,可根据用户需要来定义或扩展,而不是“静态的”即固定的、不可变更的。除示波器、任意波形发生器、数字表、频谱分析仪等通用测量与分析仪器外,对不同的参量测量类型和需求,通过虚拟仪器平台,依各自测量参数的测量原理,利用信号分析与处理技术,通过编制软件程序,就能实现用户定制的各种测试仪器。因此,虚拟仪器在构建和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性,且可缩小测试设备的体积、减少其重量。

3基本功能特点

传统的测试系统主要由“测试电路”组成,所具备的功能较少,也比较弱。随着计算机技术的迅速发展,使得传统测试系统发生了根本性和革命性变革。测试系统采用计算机代替常规电子线路作为主体和核心,从而产生了计算机测试系统。将计算机引入测试系统中,不仅可以解决传统测试系统不能解决的问题,而且还能简化电路、增加或增强功能、降低成本、易于升级换代。计算机测试系统具有高精度、高性能、多功能的特点。

计算机测试系统应用专业领域很广,不同的应用领域使用的测试系统或仪器在名称、型号、指标等方面有所区别,组成计算机测试系统的类型也不尽相同。但一般都应具备以下功能特点。

(1)自动校零

可在每次采样前对传感器的输出值自动校零,从而降低因测试系统漂移变化造成的误差,提高测试精度。

(2)自动修正误差

许多传感器的特性是非线性的,且受环境参数变化的影响比较严重,从而给仪器带来误差。可用软件进行在线或离线修正;也可把系统误差存贮起来,便于以后从测试结果中扣除,提高测试精度。

(3)量程自动切换

可根据被测量值的大小自动改变测量范围,从而提高分辨率。

(4)多参数实时测量

可同时对多种不同参数进行快速测量,对一些参数还可多次重复测量或者连续测量,多次重复测量有利于误差的统计,以更真实地反映参数变化规律。

(5)强大的数据处理、分析和评估

对测量的数据进行各种数学运算、误差修正、量纲换算,以及时域和频域分析等工作。对参数测量的结果具有分析和评估能力。

(6)虚拟仪器功能

通过软件编程设计实现仪器的测试功能,而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。

(7)模拟仿真

通过软件可实现对被测试信号的模拟,以用于系统调试和自检,也可将采集的信息进行回放,用于模拟或仿真被测设备的输出。

(8)资源共享

利用计算机的网络口和串并口,可完成测试系统与外部设备之间的数据传输,实现远距离测量控制和资源共享,便于分布式测量、集中控制等。

(9)在线监测和故障诊断

可对测试系统自身进行实时监测,判断测试结果的正确性,并能自动记录和显示;一旦发现故障则立即进行报警,显示故障部位或可能的故障原因,可利用专家系统对故障排除方法进行提示。对于采用硬件热备份的系统,还可进行热切换,保证测试工作不中断。

4设计原则

计算机测试系统的研制过程一般应从分析测试任务需求开始;然后进行系统总体方案设计、硬件设计、软件设计、系统调试和现场调试;直到测试系统正式投入运行,并达到所要求的功能和性能指标为止。

测试任务需求分析阶段非常重要,此阶段主要分析系统的技术指标和功能,确定系统的输入通道类型和数量(模拟、数字和开关)、量程范围、采样频率和精度、传感器类型、测试结果评定标准、输出结果形式等。

对于计算机测试系统硬件设计,首先应综合测试任务需求规模、测试功能指标和测试环境等要素,确定系统结构的基础即选何种标准总线。由于测试任务需求的各异,对于相同硬件构架,通过软件编程可以构成各种不同功能和用途的测试系统。测试软件一般包括系统配置和标定、数据采集和存储、数据处理和分析、数据交换和结果输出、被测信号模拟仿真等5部分。

计算机测试系统设计时,一般应遵循和参照以下原则:

(1)高性能原则

测试系统可容纳接口种类要多;通道容量要大;采样频率要高;采集精度要高;仿真模拟/信号发生器要具备;数据存贮器容量要大;实时采集与处理能力要强;综合分析和评估要强;具备远程诊断能力。

(2)软件设计原则

软件设计应遵循标准化、模块化和可移植性强、代码效率高等原则。

(3)小型化与自动化原则

系统硬件结构要小型化和标准化,以便于运输和安装;自检功能要完备;智能化水平要高,便于操作。

(4)电磁兼容性原则

依据有关国军标,确保系统自身的电磁兼容性;系统在实际工作环境下能可靠地正常地运行;不对其它设备有影响或造成干扰。

(5)可重构原则

能对测试系统硬件和软件进行重新组合和配置,以适应不同测试对象的需求,从而提高投资效益。

5结束语

计算机测试系统在众多行业的科研、生产和设备使用过程中起着举足轻重的作用,其重视程度显著提高。伴随着信息技术的迅速发展,计算机测试系统将进一步向着开放性、标准化、模块化、重构性强、虚拟化和网络化等方向发展,其在工程技术的各个领域将得到更广泛地应用。

参考文献

[1]周明光,马海潮.计算机测试原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

[2]李行善等.自动测试系统集成技术[M].北京:电子工业出版社,2004.

计算器总结篇（4）

1．数字信号处理的概念

数字信号处理是用数字计算机对离散信号或将模拟信号离散化后进行处理的现代信号处理技术，自身有其独特的计算方法和理论。数字信号处理是当前发展相当迅速的一种技术，无线通讯，多媒体技术，网络等都是基于数字信号处理算法的。

数字信号处理器(DSP)是为进行数字信号处理而设计的微处理器。数字信号处理器是同数字信号处理技术一同发展起来的。它针对数字信号处理的应用采用了专用的硬件设计结构。

微处理器的发展经历了单板计算机、单片计算机的历程，DSP则是一种高性能的片上微计算机系统。它除了利用大量的新技术、新结构来大幅度改善芯片性能外，还把内存、接口、外设、事件管理器等集成在一个芯片上，成为一个功能强大的片上系统（SOC）。DSP的产生和发展，得益于数字信号处理理论及计算机、电子技术的飞速进步。

2．数字信号处理器模拟的实现

计算机系统本身是一个非常复杂的系统，要使用软件来模拟每个晶体管或每个门电路各个方面的行为特征几乎是不可能的。人们简化系统复杂程度的常用办法是对系统按层次进行抽象，体系结构就是对计算机系统在结构层次上的简化。然而，体系结构层次上的计算机系统依然很复杂，开发其软件模拟器也因此而十分困难。通常的做法是，在已存在的模拟器基础上进行二次开发或改进，使其适应自己的要求。

在任何数字信号处理中，当涉及硬件实现时，都会遇到一个很普遍的问题：一般要处理的原始信号序列长度是非常长的，但受物理设备条件所限，每次(比如一个时钟周期内)输入给数字信号处理相关硬件(如DSP)的必定是有限长度的采样后的数字序列，也就是说要对原有长序列进行一次截断。显然，截断后的短序列相比于原有未截断的长序列的信号属性必然要发生变化。比如截取高斯白噪声的一段，其截断后的序列的均值和方差等统计特性相对于原有白噪声序列肯定会有变化。这种由于截断而引起的序列性能下降显然会导致后续的DSP等硬件设备中数字信号处理性能的下降。

3．DSP硬件结构分析

在当前信息化、数字化进程中，信号作为信息的传输和处理对象，逐渐由模拟信号变成数字信号。信息化的基础是数字化，而数字化的核心技术之一就是数字信号处理。数字信号处理技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术。DSP作为一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，凭借其独特的硬件结构和出色的数字信号处理能力，广泛应用于通讯、语言识别、图像处理、自动控制等领域。

3.1 DSP的主要特点及其硬件要求

数字信号处理是指将模拟信号通过采样进行数字化后的信号进行分析、处理、它侧重于理论、算法及软件实现。数字信号处理算法具有如下一些主要的特点：信号处理算法运算量大，要求速度快；信号处理算法通常需要执行大量的乘累加运算；信号处理算法常具有某些特定模式；信号处理算法大部分处理时间花在执行相对小循环的操作上；信号处理要求专门的接口。

从一开始，DSP的结构就是针对DSP算法模型进行构造的，几乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，数字信号处理的上述特点要求DSP必须是专门设计的。

3.2多总线，多处理单元结构

DSP芯片采用了哈佛结构，它分别设置程序存储和数据存储空间，使用专用的程序总线和地址总线。CPU可以同时访问程序和数据，大大提高了处理速度。所谓的改进哈佛结构，体现在如下几点：

1）允许数据存放在程序存储器中，并可以被算术指令直接使用。但程序和数据不能同时读取，多数访问存储器的指令需要两个执行周期。

2）将指令存储在高速缓存中，无须从数据/程序存储器读取，可以节约一个指令周期。

3）改进存储器块结构，允许在一个周期内同时读取一条指令和两个操作数。

使用两类（程序总线、数据总线）六组总线。包括程序地址总线、程序读总线、数据写地址总线、数据读地址总线、数据写总线、数据读总线。配合哈佛机构，大大提高了系统速度。

DSP内部一般都包括多个处理单元，如ALU、乘法器、辅助算术单元等。它们都可在单独的一个指令周期内执行完计算和操作任务，而且往往同时完成。这种结构特别适合于滤波器的设计，如FIR和IIR。这种多处理单元结构还表现为在将一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻转寻址和流水FIR滤波算法的循环寻址等。而且大部分DSP具有零消耗循环控制的专门硬件，使得处理器不用花时间测试循环计数器的值就能执行一组指令的循环，硬件完成循环跳转和循环计数器的衰减。

3.4 DSP结构改进

过去的DSP结构设计主要是面向计算密集型的应用，而对控制密集型支持得不够。而现实应用中很多场合需要信号处理和精确控制的有效结合，如数字蜂窝电话，它要有监控和语言音处理的工作。现代的DSP将采用DSP／MCU的混合结构，在保证计算能力优先的前提下，通过快速的现场切换、多执行部件并行执行等方式，加强控制类操作的处理能力。将MCU核集成到DSP核中，或者从整体上对DSP进行重新设计，使之兼有DSP和MCU的功能。

另外，为解决速度、功耗、可编程之间的矛盾，我们提出了一种新型的计算方式，它结合了现有微处理器和DSP的时间计算方式以及ASIC、FPGA解决方案的空间计算方式。这种可重构DSP处理器的关键是它能同时进行时间和空间计算。它由一个计算元件互相连接的二维阵列构成，每个阵列都有各自的逻辑单元和本地寄存器。连接这些计算元件的可编程连线借以对阵列的数据流架构动态重构，从而可根据运行的具体任务而对其进行优化。

计算器总结篇（5）

1引言

现有的安全技术似乎始终存在着局限性，防火墙被动防御无法阻止主动入侵行为、应用级过滤检测与处理能力存在矛盾，背负众望的IPv6技术也无法鉴别主机、用户真实身份，无法阻止攻击报文。当系统的安全越来越岌岌可危，人们开始尝试从芯片的角度去解决安全难题。要保证信息安全首先要保证拥有自有版权的安全芯片。目前，安全芯片设计在信息安全领域已取得了很大成绩，在密码学研究方面已经接近国际先进水平，嵌入式密码专用芯片也已开发成功，但密码芯片在功能与速度方面还滞后于系统和网络的发展，特别在高速密码芯片方面与国际先进水平有很大差距。同时，在CPU方面，不管是通用处理器、嵌入式处理器还是专用微处理器技术已经很成熟，国内多个单位都把嵌入式处理器作为切入点，如中科院计算所的“龙芯”、北大微处理器中心的“众志”、中芯的"方舟"等，嵌入式CPU已作为SOC芯片的核心，但很少考虑安全方面，特别是针对国内的专用密码算法。具有自主版权的CPU才是安全的CPU，只有具有自主知识产权的CPU不断取得新突破，对我国的信息安全才具有重大现实意义。随着网络速度的不断提高，微电子技术的不断发展，在芯片中加入安全功能成为一种趋势，特别是在个人电脑的芯片设计中。研制安全处理器将是今后安全产品的发展趋势。

2安全处理器的技术跟踪2.1嵌入式处理器

目前处理器的划分从应用角度出发，分三类：通用处理器、嵌入式处理器、专用处理器。这些分类都是相对的，只是在一定程度上反映CPU的特性。

根据CPU的特性，选择嵌入式处理器[2]为主要的研究对象。它的有利方面表现在：

(1)芯片设计技术，EDA工具已有很大发展，完全可将一个完整的系统集成在一个芯片上，即SOC(SystemOnChip)。这一技术使开发速度大大加快，可实现自主的知识产权。

(2)与嵌入式CPU配套的软件，从嵌入式OS(包括Linux和其他自主OS)到在它上面运行的应用程序，不像PC的软件那样受到微软垄断的影响，完全可以自主开发。

(3)嵌入式CPU对半导体生产工艺的要求适合我国的国情。多数不必采用最先进、昂贵的半导体工艺，能充分发挥国内现有的半导体生产能力。

系统芯片技术使嵌入式应用系统的开发越来越倾向于以32位CPU为核心，传统的8位微处理器由于芯片面积小，开发方便，得到了广泛的应用。但由于其总线宽度仅为8比特，性能相对较低。而随着应用的不断扩展，系统控制部分越来越复杂，对微控制器的性能要求也日趋提高。32位CPU核是发展趋势，掌握了自主32位CPU核的技术，在安全应用领域具有重大意义。纵上所述，我们研究的安全处理器采用的是32位嵌入式处理器。

2.2安全处理器

目前，市场大部分的安全产品采用传统的应用电子系统设计，其结构都是通过CPU软件运算密码算法或者将密码算法用硬件FPGA实现，然后用CPU控制。这样的结构使安全产品的速度受到约束，产品的集成度不高，不能降低产品的成本。

对于安全处理器来说，不是以功能电路为基础的分布式系统综合技术，而是以功能IP为基础的系统固件和电路综合技术。因此，安全处理器是集处理器和安全技术于一体。其功能的实现不再针对功能电路进行综合，而是针对系统整体固件实现进行电路综合。电路设计的最终结果与IP功能模块和固件特性有关，而与PCB板上电路分块的方式和连线技术基本无关，从而使所设计的结果十分接近理想设计目标。当前，国外已经有些公司研制生产出了安全协议处理器，如Hifn公司近日推出最具性价比的HIPPII8155安全协议处理器，适用于路由器、交换机及VPN网关等IPsec和SSL等应用。但是这些产品使用的是标准的公开算法如AES,DES等，不能满足国内安全产品的需要。文章所设计的安全处理器是基于专用算法的32位处理器。

3安全处理器的设计

安全处理器的设计将包括嵌入式操作系统、嵌入式系统程序和应用程序的开发；软件与硬件的划分、协同设计、协同仿真；电路的综合、布局布线等等。在完成对当前微处理器、SOC设计技术和安全处理器等新技术的跟踪后，结合对CPU和密码芯片的实践，设计了安全处理器的结构、算法核的结构和软件。

3.1安全处理器结构

安全处理器采用的基本体系结构如下：

采用这种系统结构，CPU能通过内部总线控制各个模块部分，DMA控制器也能通过内部总线控制各个模块之间的数据传输。且CPU能响应各个模块的中断，中断控制器控制着优先级和响应模式；总线控制器控制着内部总线的状态；安全模块能产生中断并具有状态值可供查询和使用。

安全处理器能独立作为数字信号处理器DSP使用；也能通过PCI、存储器扩展等通用接口连接显示器、硬盘等外设、存储器可以组成微计算机环境。

作为专用芯片时，一般用来研制安全设备，对用户的数据进行保护。将密码算法模块挂在系统总线上，(系统总线采用ARM公司的AMBA2.0规范[1])，密码算法模块有主模式和从模式两种工作模式，通过微处理器核来初始化、配置密码模块。这样，单个的SOC[3]可以实现网络加密，当安全处理芯片接受一个从MAC发来的数据包后，由操作系统的TCP/IP应用程序分析数据包，根据协议提取加/脱密操作有关的数据，将密码模块设置为从设备，安全处理器按照密码模块的要求，送相关的地址、长度、或者密钥等参数，然后将密码模块置为主设备，由密码主设备申请总线传输，从MAC或存储器中读入数据，进行加、脱密算法运算，添加一些必要的信息，将结果数据送到MAC或者目的存储器中。采用这种结构不但实现了使用一个安全处理器就完成了网络数据包的加脱密，而且由于密码模块直接挂在系统总线上，提高了加脱密速度。同时由于集成在一个芯片上，增加了密码模块的安全性。从而根据不同的用户需求，研制开发成不同种类的安全保密设备。安全模块分为专用密码算法核、公开密码算法核、运算加速器和快速驱动引擎。安全模块核心部件挂接在系统的高速总线上，为了提高其利用率，采用虚拟部件的结构和算法部件驱动引擎。不同的算法操作对应不同的指令，这些指令为专用指令，需要编译器的支持或者通过微指令执行。物理寻址范围一般较窄，输入/输出支持DMA、I/O、Burst等总线结构的所有操作。操作的策略实现预置/预测机制，采用4位指令执行状态标记。密码算法核预设两组物理实体，实体间相互独立。算法的逻辑位宽128bit，为部件级流水线的工作方式。数据处理按序进行，操作结果按序写入，回写操作受指令的执行状态控制。算核中还嵌入部分微代码，支持特定的应用和专用算法的测试、密码算法的自动配置和参数下载，从而确保密码算法硬件的可靠性和安全性。

密码算法部件的结构如下：

Reset(复位)来自芯片的复位控制器模块，中断及响应与芯片的中断控制器相连，状态反映在芯片的状态寄存器中，CLK来自芯片的PLL模块，最高频率为160MHz，地址线、数据线等与芯片的内部总线相连，扩展控制可以连接已有的外部安全密码模块。

密码算法核采用两种工作方式主设备模式和从设备模式。当工作在主设备模式时，写完密钥后，密码模块按AHB规范[1]申请总线，在请求总线成功后，密码模块将源地址发送到总线上，将源地址中的数据读入SFIFO中，释放数据总线，处理器可以并行完成其余任务。同时，模块内部从SFIFO中读出数据，进行算法运算，同时将加密结果写入EFIFO中。通过这种工作方式，可以提高加脱密速度，并行完成任务。密码模块工作在从设备模式时，处理器以存储器模式访问专用算法核，适应于低速产品的需要。

3.3安全处理器的软件特征

安全处理器的软件是实现嵌入式系统功能的关键，对安全处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。

(1)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作为BIOS。

(2)软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。

(3)系统软件(OS)的高实时性是基本要求。

(4)在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的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优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。

(5)多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础。

4安全处理器的应用

安全处理器的应用很广阔，既可以用来设计终端加密设备，又可以设计线路式加密设备，完成批信息加/脱密处理、数字签名、认证和密钥管理等功能。安全处理器具有PCI、MAC、USB等接口，直接与接口器件相连。线路上的数据流通过接口芯片流入安全处理器芯片的相应接口模块，数据被接受。CPU对收到的一帧（包）数据进行处理，支持SDLC/HDLC、PPP、DDN、FR等协议，需要加（脱）密的数据通过处理器芯片的内部总线与密码模块进行交换，由密码模块完成加（脱）密操作，处理完的数据最后由CPU控制通过相应的接口发送出去。安全处理器将专用密码算法核和处理器集成在一个芯片上，最大限度的减少了部件之间的连接，提高了系统的安全性和可靠性，充分保证了高性能和高性价比，优越性会越来越明显，必将会得到更广泛的应用。

参考文献

计算器总结篇（6）

中图分类号：G642文献标识码：B

文章编号：1672-5913（2007）08-0003-03

1 引言

“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门承前启后、承上启下的核心专业基础课，由于涉及知识面广、内容多、更新快，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象、难于理解。为了最大限度发挥学生自主学习的能力，使学生对计算机基本原理和设计方法有一个清楚的了解，我们开设了配套的设计性实验环节。通过亲自设计计算机的各个关键部分，学生可以进一步融会贯通理论教学内容，提高其综合运用知识的能力。同时，设计性环节也为后续课程“计算机组成原理课程设计”的开设打下良好基础，将理论课和实验课的教学内容更好的衔接，对培养学生的主动性、协作精神和创新能力具有积极的作用。

本文主要介绍在“计算机组成原理”课程中设计性环节的教学实践工作，希望能对同行有一定的借鉴作用。

2 设计性环节的内容

通过对“计算机组成原理”教学内容的分析，并结合后续课程“计算机组成原理课程设计”的教学需要，我们设置了三个部分的设计内容，每个部分都有明确的教学目标。第一部分为指令系统的设计；第二部分为控制单元的设计；第三部分为简单计算机体系结构的设计。并要求每两名学生为一组，共同完成各个部分的设计任务。

2.1 指令系统的设计

指令系统的设计内容主要安排在“计算机组成原理”课程讲授指令系统的过程中。这样可以让学生带着问题和任务更主动地学习指令系统的基础理论知识，充分地理论联系实际，根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计，并可以在“计算机组成原理课程设计”实验过程中进行完善。教学实践表明，将计算机指令系统的设计任务安排在“计算机组成原理”讲授指令系统的过程中，可以让学生在理论和实践相结合的基础上更深入地理解机器指令和指令系统之间的关系，掌握指令系统的分析和设计方法，还有利于对“计算机组成原理”后续知识点的理解。

2.1.1 设计要求

要求为一个八位字长的计算机设计指令系统。该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他的必要部件。设计的指令系统要求必须包含如下指令和寻址方式：

（1）数据传送指令：包括取数、存数，寄存器之间传送数据等指令。取数、存数应具有立即数、存储器立即寻址、寄存器立即寻址等方式。

（2）运算指令：包括加法、减法、自加1、移位、取反等算术运算指令。

（3）转移指令：无条件转移指令、条件转移指令。

（4）停机指令。

2.1.2 确定指令系统及指令编码

由于设计的是八位计算机的指令系统，可以采用单字长和双字长指令。例如，八位计算机的指令格式可以为：

一个完备的指令系统必须包括数据传送、算术逻辑运算、程序控制等指令，能够实现约20~30条指令和常用的寻址方式，例如：

（1）取指令 （双字长指令）

MOV　AC, Mi　Mi-->AC　（AC为累加器，Mi为存储器地址）

（2）加法运算指令（单字长指令）

ADD　AC，Ri　AC＋Ri-->AC　（AC为累加器，Ri为通用寄存器i）

根据设计要求，表1给出了设计指令系统的一种方案。

指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一台真实的计算机通常是非常复杂的，学生不可能在有限时间中设计出来。我们要求学生设计的计算机功能较简单，基本指令简单、典型，学生容易掌握，也有利于后续计算机系统设计的开展。

2.2 控制单元的设计

控制单元的设计是计算机系统设计的重点和难点。基本控制单元的设计问题包括如何形成和连接受控部件的控制信号，以及在何时使这些控制信号有效。学生独立地设计控制单元，不仅可以使学生剖析和体验设计的基本思路和方法，为今后设计计算机打下初步基础，而且可以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生有更多的想象空间和发挥空间。

2.2.1 设计要求

控制单元的设计有组合逻辑和微程序控制两种方法，我们要求用组合逻辑来产生控制指令执行的控制信号序列。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。

2.2.2 组合逻辑控制单元的设计

根据指令系统的设计，对每一条指令进行细化，对指令执行过程进行分析，确定执行每一条指令所需的微操作数及节拍数、确定系统时钟节拍数、以及确定每个节拍对应的微操作，形成每条指令的微操作时间序列表。并根据微操作时间序列表，在节拍信号和指令译码信号的作用下，得到所有微操作的控制信号以及使该控制信号有效的条件，形成每个微操作对应的逻辑表达式。根据逻辑表达式及其对应的控制信号产生电路，就可以完成具有整个指令系统的控制单元的设计。

控制单元的设计内容我们有意识地安排在“计算机组成原理”课程讲授控制器的过程中。学生们对于课堂上讲授的有关控制单元的原理、概念和设计方法并没有直观的印象，单纯的理论学习难免枯燥，难以提起学生们的兴趣。教学实践证明，在“计算机组成原理”讲授控制单元的过程中，学生们对自己在第一阶段设计的指令系统中的每一条指令执行过程进行分析，对八位字长计算机的控制单元进行初步设计，可以把控制单元中的各个知识点串起来，可以有效加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，进一步弄清计算机内部结构的时空关系，并极大地调动了学生们的学习兴趣。

2.3 体系结构的设计

在计算机系统设计和实现阶段，根据自顶向下的设计方法，首先设计整个计算机的大体框架，即总体结构图，以求有一个大体的框架，对以后的设计工作起到指导作用。再依据自顶向下的设计思想，把整个计算机划分为多个模块，对各个模块进行设计，然后综合，完成整个计算机的设计。

2.3.1 设计要求

要求设计一个八位字长的计算机的体系结构，该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求该计算机能够完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位除以8位除法等多种基本运算。要求设计的计算机系统能完成指定的功能，功能较强而又简洁。

2.3.2 总体设计

按照学生所设计的指令系统的要求，参考一般计算机的数据通路结构，图2给出了八位计算机总体结构框图的一种设计方案，规定了各功能部件的功能和各功能部件之间数据通路的走向。

在图2中，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，AC为累加器，GR为通用寄存器组，ALU为算术逻辑运算单元。C标志寄存器用来寄存进位C标志，Z标志寄存器用来寄存结果为零的Z标志。另外在图2中还有两个四选一开关和一个二选一开关，其中的一个四选一开关是用于形成C标志的输入，另一个四选一开关用于控制数据总线，二选一开关用于控制地址总线。

2.3.3 功能部件的设计

基于所设计的计算机总体结构，确定每一个功能部件的功能、功能部件与外部的连接端口信号、各功能部件与数据总线连接方案。

（1）运算器的设计

运算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及数据选择开关等组成，具有进位（C）、结果为0（Z）等状态标志位。

能实现最常用的算术运算（加、进位加、减、借位减、自加1、自减1等）、逻辑运算（逻辑与、或、非）及移位、数据传送等功能。

（2）控制器的设计

控制器包括脉冲源、启动电路、节拍发生器、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信号产生部件。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。

（3）数据总线

数据总线的数据源较多，在设计过程中要注意各个数据源在数据总线上是否冲突。

简单计算机体系结构和各个功能模块的设计环节，有助于学生在理论和实践相结合的基础上，深入了解计算机系统各部分的工作原理及相互联系，加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，加深整机概念，进一步弄清计算机内部结构的关系。

3 结论

“计算机组成原理”是学习计算机系统的关键课程，在完成基本原理知识学习的同时，必须加强对学生的创新意识、实践能力和设计能力的培养。正是基于此点，根据从事计算机组成原理的教学经验，我校在理论教学过程中引入了设计性环节，充分重视培养学生分析问题和解决问题的能力。不仅活跃了课堂气氛、拓展了师生沟通的渠道，而且便于在教学中及时发现学生存在的问题，达到教学相长的目的。对提高教学质量、加深学生对所学计算机组成原理知识的理解、增强学生开创能力是非常有益的，符合新时期人才培养的需要。

在“计算机组成原理”设计性环节的教学实践中，我们发现不同的设计方案越来越丰富，反映出学生的求知欲望是很强的，而且富有创新精神。设计性环节的教学实践使我们深深体会到，除理论教学外，设计性实验也是一个非常重要的环节。通过学生自己动手提高其综合运用知识的能力，是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径，无疑将对学生能力的培养起到积极作用。

参考文献：

[1] 王保恒,肖晓强.计算机原理与设计.高等教育出版社，2005，(1).

[2] 刘芳,王志英,戴葵,陆洪毅,王进.“计算机组成原理课程设计”的教学实践[J]. 第一届中国计算机教育与发展学术研讨会，2006，(8).

[3] 赵硕,杨欣宇. 计算机组成原理课程的设计性实验[J]. 高师理科学刊，2005，(5).

[4] 徐爱萍等.计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).

收稿日期：2007-1-18

作者简介：刘芳（1971-），女，博士，国防科技大学计算机学院讲师。主讲“计算机原理”与“计算机原理课程设计”两门主干课。研究方向为计算机体系结构和信息安全。

通信地址：湖南长沙 国防科技大学计算机学院601教研室

计算器总结篇（7）

中图分类号：TP332 文献标识码：A

1中央处理器发展

所谓中央处理器，一般情况都被称为CPU，也就是中央处理器的英文单词的首字母的组合，对于计算机而言有着重要的意义，能够直接的决定计算机的性能，因此CPU的发展也直接的影响了计算机的发展。在1949年，第一台计算机问世，但是由于其体积巨大并且要消耗着巨大的资源，因此人们试图对其进行改进。终于在1954年，制造出了历史上第一台使用晶体管的计算机，这是一个巨大的进步，直接的使得计算机的发展进入了第二代计算机的时代，但是此时计算机的内部的一些部分还是会被晶体管在工作的过程中产生的大量热所损耗，造成了很大的损失。1958年集成电路发明了出来，这也是CPU的最初的状态，在一个硅片上面整合了三种电子元件，使得其集成化的程度有了很大程度的提高，这也就是第三代计算机的开始。而目前我们大家使用的计算机，则属于第四代计算机，它的体积很小有着很高的集成水平，并且散热较少，对其进行维护也相对来说比较方便。从计算机的发展史来看，起着决定性作用的是cpu，所以这也是cpu的发展史，cpu逐渐的向着制作工艺更加的精湛、体积更加的小并且功耗更加的低的方面发展着，并且同时cpu的位数以及性能等也逐渐的提升。早期人们使用的大多是32位的系统，目前来看则越来越多的人都开始使用64位系统。

2处理器分类

2.1品牌分类

按照品牌来看，目前市场上使用的最高的两个品牌是INTER和AMD，而在INTER的系列处理器中，主要分为酷睿系列处理器和赛扬系列处理器。目前在市场上，酷睿处理器是一款性价比很高的处理器，它有着领先的节能型微架构，并且面向多处理器进行了多核的优化，使得其性能更加的出色，对于多任务的处理能力更加的强大，效率也更高。而AMD的系列处理器中，主要有闪龙系列处理器以及速龙系统处理器。总体来看，市场上酷睿处理器占有的比重最大。

2.2指令集分类

CPU的分类还可以按照指令集的方式将其分为精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）。RISC是基于集成电路进行设计的一种芯片，不过不同的是它对于指令的数目以及寻址的方式进行了改进，使得实现的更加的容易，指令的并行的执行程度更加的好，并且编译器的效率也变得越来越高。而由于早期的集成技术还不够发达，因此早期的计算机往往是CISC架构，需要使用较少的机器语言来完成所需要的计算任务。由于人们的需求越来越多，因此将更多的相对复杂指令加入到了指令系统中，这样能够使得计算机变得更加的智能化，同时这使得计算机的处理效率有着很大的提升，这也是RISC形成的原因。

3结构及原理

3.1性能衡量指标

对于CPU而言，影响其性能的指标主要有主频、CPU的位数以及CPU的缓存指令集。所谓CPU 的主频，指的就是时钟频率，它直接的决定了CPU的性能，因此要想CPU的性能得到很好地提高，提高CPU的主频是一个很好地途径。而CPU 的位数指的就是处理器能够一次性计算的浮点数的位数，通常情况下，CPU 的位数越高，CPU进行运算时候的速度就会变得越快。现在 CPU 的位数一般为 32位或者64 位。以前人们使用的计算机都是32位系统，近年来人们使用的计算机的处理器中64位所占用的比例则显得更多，这是因为64位的计算机的运行速度变得更快，提高了人们的工作效率。而CPU 的缓存指令集是存储在 CPU内部的，主要指的是能蚨CPU的运算进行指导以及优化的硬程序。一般来讲，CPU 的缓存可以分为一级缓存、二级缓存和三级缓存，而那些处理能力比较强的处理器则一般具有较大的三级缓存。

3.2 CPU结构

通常来讲，CPU 的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

所谓运算逻辑部件，主要能够进行相关的逻辑运算，如：可以执行移位操作以及逻辑操作，除此之外还可以执行定点或浮点算术运算操作以及地址运算和转换等命令，是一种多功能的运算单元。而寄存器部件则是用来暂存指令、数据和地址的。控制部件则是主要用来对指令进行分析并且能够发出相应的控制信号。

而计算机的内存又可以分为随机存取存储器（RAM）和只读储存器 （ROM）。两者的区别在于，随机存取存储器能够与CPU直接的进行数据的交换，也可以将其称为主存。对于RAM可以随时的进行读写，而且这个过程的速度很快，因此由于主存所具有的这个有点也往往将其作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介；而只读存储器ROM是一种只能读出事先所存数据的存储器，使用者对于其内部存储的资料没有改变的权限也无法对其进行删除，并且在电源关闭以后资料并不会消失。这种内存也得到了广泛的应用，在那些资料不需要经常变更的电子或电脑系统中得到了很好地应用。

计算器总结篇（8）

中图分类号： U464.134.4；TB115.1文献标志码： B

引言

三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置之一，它可将汽车尾气排出的一氧化碳（CO），碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等有害气体通过氧化和还原作用，转变为无害的二氧化碳、水和氮气.

催化器进气法兰直接与发动机出气孔相连，出气法兰又与排气管道相连，发动机的高温高压废气

直接进入催化器，并通到尾部的排气管道.在此期间，温度和压力都发生巨大的变化，对催化器法兰、进气歧管和端锥等会产生巨大的压力和温度冲击作用.

通过有限元分析，计算出法兰、歧管和支架等关键部件处的热应力，以及热载荷循环后的塑性应变，以评价结构安全性，为优化设计提供指导.[1]催化器总成示意见图1.图 1催化器总成示意1有限元模型与边界

1.1条件热分析

计算热应力前，首先要精确计算出结构的温度场分布状况.一般，三维问题温度场变量Φ（x，y，z）应满足的微分方程见式（1）.式中：为材料密度；k为材料导热系数；Q为内部热源密度；Φ=为Г1边界上给定温度；h为对流换热系数.通过式（1）可求得稳态温度场分布Φ.[2]

1.2有限元模型

有限元分析网格模型见图2.本文模型包括进气法兰、进气管、端锥、支架和出气法兰等，材料为409和439不锈钢，包含104 309个单元和87 502个节点，使用C3D8I六面体单元[3].

图 2有限元分析网格模型

1.3边界条件

温度边界条件包括进气管内部和端锥内部等强制边界条件，催化器热源温度和外表面对流边界条件等.[4]热力耦合边界条件包括进气法兰和支架处螺栓孔的固定边界条件.

1.4计算工况

（1）稳态热分析，计算催化器总成温度场.（2）加载温度场，计算热应力.

2计算结果和分析

2.1热分析结果

催化器总成温度场分析示意见图3.

图 3催化器总成温度场分析示意

2.2热应力计算结果

在热循环分析中，顺序依次循环加载3次温度场，然后恢复至室温，得到热应力结果.催化器总成变形位移示意见图4.

图 4催化器总成变形位移示意

催化器总成热应力示意见图5，催化器总成塑性应变示意见图6，进气法兰一节点塑性应变历程示意见图7.

图 5催化器总成热应力示意

图 6催化器总成塑性应变示意

图 7进气法兰某节点塑性应变历程示意通过上述分析可知，进气法兰、进气管和支架处以及加强筋处产生较大的热应力.在进气法兰热应力较大处某节点，提取塑性应变PEEQ历程数据，该值在1%以内即可接受；否则，较大的塑性应变可导致材料发生疲劳.[5]

根据以上结果，可对进气法兰、进气管热应力较大位置进行结构优化，如优化加强筋、翻边等，以提高结构的安全性.

3结论

介绍利用Abaqus分析催化器总成温度场分布，以及在此温度场下循环温度载荷作用下的热应力，得到以下结论.

（1）通过对催化器总成的温度场分析，可以了解法兰、端锥内外表面的温度场分布，再根据高温试验进行对比验证.

（2）在此温度场下进行循环热载荷分析，得到催化器总成热应力分布和塑性应变分布，再根据热冲击试验，可知进气法兰处相同位置产生微裂纹，与计算结果一致.参考文献：

[1]曹金凤， 石亦平. Abaqus有限元分析常见问题解答[M]. 北京： 机械工业出版社， 2009： 170172.

[2]王勖成. 有限单元法[M]. 北京： 清华大学出版社， 2003： 89.

计算器总结篇（9）

中图分类号：TU832文献标识码： A

Abstrct: This paper mainly expounds the necessity and principle of power devices with heat radiator, introduces how to choose the right radiator.

Keyword: junction temperature radiator coolingthermal resistance

引言

半导体功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。相关实验已经证明，器件工作温度直接影响其自身的可靠性，但是在功率转换电路中，器件自身会消耗一部分能量，这部分能量会转换为热量，使器件的管芯发热、结温升高，当结温超过器件自身规定的允许值时，电流会急剧增大而使晶体管烧毁。要保证结温不超过允许值，就必须将产生的热量有效的散发出去。

要解决散热问题可以从如下两方面入手，一是通过优化设计方式来减少发热量，如采用通态压降低的器件；另一方面是利用传导、对流、辐射的传热原理，将热量快速释放到周围环境中去，以减少热积累，使器件工作温度降低，如采用合适的散热器。

本文主要针对上述第二个方面进行探讨，分别从热设计相关概念、散热过程、正确选用散热器方法以上三个方面进行分析，以实例介绍方法的有效性。

散热过程是一个非常复杂的过程，影响因素较多，本文仅针对关键参数进行介绍，所有计算均为理想计算，与实际情况会存在一定的偏差。

一、热设计相关参数

1.耗散功率

在电路中功率器件自身消耗的功率。

2.热阻

热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力，即 1W的热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。

3.元件最高结温

元件允许的最高工作温度极限，可参考本文提供的数据手册。

4.散热器

用于加速发热体散热，防止元件热积累的装置，一般分为型材散热器和叉指散热器。

5.散热器规格实例

YCZ8-25-6-H

表面处理: H---黑色; Y---银色

加工孔样

切断长度(mm)

散热器型号

二、散热过程

根据热传导特点，两点之间有温度差时，热能总会从高温点流向低温点。通常器件最主要的发热部分在半导体芯片内部，热传导过程可以参照图1，其热量通过管芯传到外壳、外壳传至散热器、散热器传至环境，各部分热阻可分别表示为：

管芯至管壳热阻Rthj；管壳至散热器热阻Rthcs；散热器至空气的热阻Rthsca

总热阻= Rth=Rthj+Rthc+Rthsca

当芯片单位时间内消耗的功率所产生的热量与单位时间内散发出去的热量相等时，芯片的温度就能达到稳定状态，结温也就不再升高了。

热回路与电路图很相似，它可用电学模拟方法描述热量传输。也就是可将温差T看成电压，单位时间内器件功耗P看成电流，而热阻R则与电阻相似,这样功耗、温差和热阻之间的关系就和欧姆定律相似，参照画电路图的方法可以给出热传导网络图（图2），该热路图可以表示为：

图 1 图2 热路图

按照上述热传导关系，可以计算出散热器的热阻，根据散热器热阻可以进一步寻找到满足条件的散热器。一般散热器厂商会根据使用环境会给出自然冷却热阻、温升曲线（图3）和风冷冷却热阻、温升曲线（图4），但对于没有上述曲线的型材散热器，其自然冷却热阻、温升曲线可以计算得出。

图3 自然冷却热阻、温升曲线图冷冷却温升曲线

三、散热选型设计

在热设计中，散热器选型应满足以下原则：“散热器热阻小于热路中计算出的散热器热阻；散热器的散热功率大于热源损耗功率”。

根据以上原则，自然冷却及强迫风冷两种使用环境下，散热器选型设计可按照以下步骤进行。

1、自然冷却散热器选择步骤

（1）计算总热阻

其中; Tjmax为晶体管允许最高结温

Ta 为环境温度

Pc为热源最大损耗功率

（2）计算散热器热阻

其中：Rthj结壳热阻，可以通过晶体管器件手册热阻曲线查出

Pthcs 壳到散热器的热阻，根据接触面的处理方式，查找相关文件得出，可参照本文后面附图1。

（3）确定散热器型号

叉指形散热器或型材散热器

（4）根据热阻、温升曲线选择合适的散热器

根据厂商提供的散热器热阻、温升曲线，结合散热器选定原则，可以直接找到合适的散热器；

对于没有给出相应曲线的型材散热器可按照以下步骤求出：

a)求出散热器综合散热系数

式中:

ρ1―描写散热器L/b 对μ的影响，附图2查得（L 为散热器的长度，b 为两肋间距）；

ρ2―描写散热器h/b 对μ的影响，附图3查得（h 为散热器肋片的高度）；

ρ3―描写散热器宽度尺寸W 增加时对μ的影响，附图4查得；

， 描写散热器表面最高温度及周围环境温度对μ的影响，附图5查得；

b)计算两肋片间的表面所散发的功率

c)计算散热器散热功率pc

单面肋片：

双面肋片：

若时则能满足要求。

d)验算

先计算已知散热器面积s:

式中：――散热器基板厚度。

计算散热器的热阻则选择合理，若不满足则需要重新选择散热器重复a~d步骤，直到满足为止。

2、强迫风冷散热器的选择步骤

（1）计算总热阻

其中：Tjmax为晶体管允许最高结温

pc 为热源最大损耗功率

（2）计算散热器热阻

其中：Rthj结壳热阻，可以通过晶体管器件手册热阻曲线查出

Rthcs 壳到散热器的热阻，根据接触面的处理方式，查找相关文件得出，可参照本文后面附表。

（3）确定散热器型号

叉指形散热器或型材散热器

（4）根据散热器的风冷热阻、温升曲线，选择合适的散热器和风速。

五、实例分析

已知某电路使用三极管MJ11032，其耗散功率为52.5W，环境温度为40℃，自然冷却条件下，论证选用下图5中散热器，是否能满足要求。

图5 散热器示意图

首先根据MJ11032数据手册中“损耗功率-温度”曲线（图6），可知最高结温为200℃，根据上述曲线，可知要保证器件耗散功率为52.5W，其最高结温不能超过169℃。

图6 损耗功率-温度曲线

按照自然冷却散热器计算步骤：

（1）计算总热阻

（2）计算电路要求的散热器热阻

(3)按照型材散热器热阻计算方法，计算实际散热器热阻和功率pc

首先计算综合散热系数：

(4)验算

(5)结论

根据计算结果和散热器应满足的原则，认为该散热器能够满足设计要求。以上计算结果为理想计算，与实际情况可能存在偏差，并且在实际应用中为了满足可靠性要求一般晶体管需要降额使用，具体降额标准可以参照《中华人民共和国国家军用标准元器件降额准则》要求进行考虑。

附图1

管壳与散热器之间材料与热阻关系表

附图2

散热器的深度与肋片间距之比对综合散热系数的影响

附图3

肋片高度与肋片间距之比对综合散热系数的影响

附图4

散热器最大外形尺寸对综合散热系数的影响

附图5

散热器表面最高温度相对环境温度对综合散热系数的形象

计算器总结篇（10）

培养学生的计算思维首先在于激发其计算思维意识。因此在教学中，我们应有意引导学生用计算思维的方式求解问题，使其体会计算思维的优势，从而激发他们主动利用计算思维去解决问题的意识。

例如，《赛车抢分》这节课的教学要求是：在沿着赛道行驶的过程中，被限制大小的机器人小车尽可能地获取路边的得分物。一开始，学生没有系统思考如何获取路边的得分物，他们看到机器人小车在行驶过程中，靠自身结构获取路边的得分物，就一直在想如何加宽机器人小车车身，结果机器人小车重心不稳，行驶状态很不稳定，有时还会遗漏得分物，严重影响后来的成绩。因此，我展示了一个方案：给机器人安装两只手臂，这样它在沿着赛道行走的同时，能直接获取一路上的得分物。学生对此方案感到很惊奇，我便借机引导他们用计算思维的方式去思考如何完成任务。

首先，将这个任务分解成若干子问题：如何判别机器人到达得分物附近？机器人如何获取路边的得分物？机器人在获取路边得分物的过程中，是否会影响到行驶状态？影响机器人行驶状态的因素有哪些？

其次，寻求这些子问题的解决方案。在这个过程中，应力求在众多方案中选择最优的解决方法。

最后，合并所有子问题的解决方法并加以完善，得到整个问题的求解方案。这里需要关注的是不同的子问题的解决方法之间是否有冲突，能不能并行处理，如何协调它们才是最佳。

经过对比实验，不少学生探索出自己的最佳方案：有的利用两个伺服，在机器人左右两侧各安装一只活动手臂，当红外传感器检测到某一侧存在得分物，那一侧就挥动手臂；有的利用一个伺服在机器人前方安装一只活动手臂，当红外传感器检测到某一侧存在得分物，就向那一侧挥动手臂；等等。在这个过程中，学生普遍感觉探索得到的方案在空间、时间上的操作步骤更协调、效率更高，也深刻体会到如果利用计算思维解决问题，能迅速提高研究、分析、解决复杂问题的能力，大大提高完成任务的效率。这样就有效激发了学生利用计算思维的主动意识。

设解问题，培养计算思维能力

具备计算思维能力的表现还体现在求解问题的过程中，发现其中的问题，并选择最优的解决方案。因此，教师应创造机会引导学生利用计算思维解决机器人运行的实际问题，从而培养他们计算思维的实践能力。具体做法如下。

1.精心设计问题

教师可以循序渐进地提出适宜的机器人项目问题，这些问题应满足如下要求：①要有适当难度，具有层次性和启发性。②要在教和学方面富有探索性，能充分挖掘与培养计算思维能力。③要能训练学生的问题求解能力。④要有利于启发学生自己发现问题，独立解决问题，使他们逐步养成独立获取知识和创造性地运用知识的思维习惯。

例如，在讲授《小车进加油站》一课时，当学生完成“机器人小车直接进入加油站”的基本问题后，我提出新问题：当高速行驶时，机器人小车容易越过加油站，让机器人小车倒车进入加油站（车头朝外）成为必然，那么如何控制机器人小车倒车进入加油站呢？这个问题有一定难度，足以引导学生去探索如何控制机器人的转弯幅度。同时，它还涉及机器人转弯幅度的空间复杂性和时间复杂性。

2.实践求解问题

在机器人教学过程中，学生会遇到各种实际问题，因此，我鼓励学生针对这些问题练习，利用计算思维去寻求最优方案。

例如，在《机器人小车走中线》项目训练时，小车转弯速度取固定值，易导致小车不能高速行驶，影响到达终点的成功率。最初，学生采用的是分段给机器人小车赋予不同的速度值，但效果不是很理想。于是，我引导学生对不同的路段进行实践研究，利用计算思维方式解决机器人运行的实际问题，最终将控制机器人小车转弯行驶部分修改成动态转弯，如左边电机速度=基准速度-（左测距-右测距）/转换比例，右边电机速度=基准速度+（左测距-右测距）/转换比例。

其中，小车在不同路段时的基准速度（左测距=右测距时，往前跑的速度）是不同的；转换比例，即将小车与两侧栏杆的距离之差转换为速度之差的比例，一般为100（根据机器人的结构，转换比例越小，转弯幅度越大）。

通过这样有针对性的利用计算思维去求解问题，学生能主动使用相关方法，不断归纳总结，逐步系统地培养计算思维的实践能力。

归纳总结，提升计算思维广度和精度

1.个人总结反思

计算器总结篇（11）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）09-0160-02

Discussion and Practice on the Experiment Teaching of the Course of Principle of Computer Organization

LI Ling-hua

（College of Computer Science and Engineering， Dalian Nationalities University， Dalian 116600， China）

Abstract： There are some problems in the teaching of the course of principle of computer organization， such as the strong theorization， the abstractness and the great difficulty to learn. To solve those problems， the teaching design and practice measures in the experiment teaching of the course are stated， and the implementation to closely combine the theory and the practice of the course teaching is explored. The contents and teaching methods of the experiment course are introduced from the aspect of the setting of the theoretical teaching content， the setting of the experimental teaching content， the design of the experiment teaching process， and the method of the experiment teaching. And it is summarized combined with the effect of experiment teaching in order to provide guidance for the experiment teaching of the course of principle of computer organization.

Key words： principle of computer organization； experimental teaching； teaching content； teaching process； teaching practice

1 问题的提出

《计算机组成原理》课程是高校计算机相关专业本科生必修的一门核心专业基础课程，在整个专业课程中具有重要的地位。进行年来，计算机技术无论在软件还是在硬件方面都得到了飞速的发展，计算机系统在人们生产、生活的各个领域都得到了越来越多的应用。《计算机组成原理》课程为这些应用提供了必不可少的基础理论。然而，我们不得不面对这样一个实际情况，那就是《计算机组成原理》课程偏向于计算机硬件，其理论性强，抽象，学习难度大。而我校的教学定位于培养应用型人才，因此，计算机相关专业的学生普遍存在着重视软件相关知识的学习，而轻视硬件相关知识的学习的心理及现状。如何通过课程实验教学的合理组织与安排，达到提高学生学习的主动性，培养学生学习的兴趣，提高课程教学的效果的目的，是一个需要迫切解决的问题。本文结合课程理论教学的实践，从实验课程的理论教学内容的设置、实验教学内容的设置，实验教学过程的设计以及实验教学方法等方面，对实验课程的内容和教学方式进行介绍，并结合实验教学的效果进行了归纳总结，以期为《计算机组成原理》课程实验教学提供思路和借鉴。

2 课程理论教学内容的设置

《计算机组成原理》课程的教育目标定位于使学生掌握单CPU计算机的组成原理与内部运行机制，包括计算机系统的基本组成与结构，计算机硬件的功能部件的组成及工作原理，为学习理解高级语言编写的程序如何被执行的过程和原理提供理论基础。具体教学要求如下：

1）理解各大部件互连构成整机系统的技术以及计算机系统的概念性结构和功能特性。

2）理解单CPU计算机的完整硬件组成、基本运行原理、内部运行机制。

3）能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。

4）在知识、能力两方面都得到提高。

课程理论课的教学内容按照冯・诺依曼结构划分，包括：

1）计算机中的数据表示和运算方法，包括：定点数的表示和运算、浮点数的表示和运算；

2）计算机中的运算器部件，包括：算术逻辑单元、定点运算器结构、浮点运算器结构；

3）存储系统，包括：存储系统的层次结构、主存储器、高速缓冲存储器、其他形式的高速存储器、虚拟存储器系统、辅助存储器；

4）总线，包括：总线信息传输、总线的工作方式、总线仲裁、总线标准；

5）指令系统，包括：指令格式、寻址方式、指令类型；

6）控制器，包括：控制器的功能和基本结构、指令的执行过程、微程序控制器、硬布线控制器；

7）输入/输出系统，包括：设备、输入/输出接口、输入/输出信息传送控制方式。

3 课程实验教学内容的设置

实验教学内容按照理论教学进程安排，以单元实验为主，每一章节的理论教学内容都对应安排相应的实验教学内容，并再最后安排一次贯穿课程全部内容的综合性实验内容。理论课教学内容与实验项目对应关系如表1所示。

如表1所示，《计算机组成原理》课程的实验由三大类构成，即验证性实验、设计性实验和综合性实验。验证性实验、设计性实验和综合性实验的构成比例为4：3：1。实验内容与理论教学内容紧密结合，目的是加深学生对理论知识的理解。同时，通过合理地安排实验教学过程，培养学生的基本设计能力和实践能力。通过合理的设计教学内容和形式，既帮助学生对计算机硬件系统的各组成部分的结构原理和工作过程有了充分的理解，又提高了学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。

4 实验教学过程的设计与实验教学方法

不同实验性质的实验内容采用不同的教学过程的设计和教学方法。

1）验证性实验的教学过程和教学方法

验证性实验的教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解实验原理的讲解及实验芯片的介绍操作步骤讲解及示范学生动手实验，教师个别辅导答疑实验验收，评定验收成绩。

2）设计性实验的教学过程和教学方法

设计性实验的教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解课程理论教学相关原理的回顾实验方法的讲解学生进行实验过程的设计学生设计成果检查学生动手实验教师实验总结实验验收，评定验收成绩。

3）综合性实验的教学过程和教学方法

综合性实验是将前面几个实验中的单元电路组合在一起，构成一台简单的模型计算机。使用的单元电路主要包括运算器、存储器，以及微程序控制器。实验模型机是用微程序控制器实现数据通路的控制，通过执行由机器指令组成的简单程序体现模型机的功能。其教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解课程理论教学相关原理的回顾模型机工作原理以及操作步骤的讲解操作示范学生动手实验，教师个别辅导答疑实验验收，评定验收成绩。

最后，通过验收成绩和实验报告成绩，综合给出课程实验成绩。

5 结束语

近五年的教学实践表明，《计算机组成原理》实验教学调动了学生做实验的积极性，使学生在实验过程中能主动上手，将抽象的理论知识进行了具体又直观的展示，使理论教学内容得到了形象化和具体化，有利于理论内容的消化理解，有效地提高了学生分析问题、解决问题以及动手实践的能力。

参考文献：

[1] 蔡晓燕， 袁春风， 张泽生. 计算机组成原理实验初探[J]. 计算机教育， 2013（21）：74-78.

[2] 杨泽雪， 闵莉， 王建伟. 计算机组成原理课程实验教学探讨[J]. 计算机教育， 2015（4）：107-110.

[3] 杨欣宇， 李诚， 宋广军， 等. 计算机组成原理实验教学改革探索[J]. 计算机教育， 2013（18）：45-47.