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）

关键词：实验；课程设计；实践教学

中国分类号：G642

文献标识码：B

“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求，是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念，加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。

1实验设备

2003年初我院加大实验室建设投入，全面改善实验室条件，添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学，并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。

2实验目标和内容

运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理，熟悉简单运算器的数据传送通路；掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能；掌握移位电路的工作原理和使用方法；掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能；验证4位乘4位功能。按给定的数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如，学生验证完运算器的加运算之后，再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。

存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用，掌握存储器的构成；掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法；掌握用存储器芯片构成主存储器时，如何进行字/片选技术，了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读，属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。

控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理；掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程；掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程；硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。

总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性；掌握用总线传输数据的控制原理和方法；掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。

模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法，以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念，为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验，复杂模型计算机实验，用CPLD实现模型计算机实验，基于RISC处理器的模型计算机实验，基于重叠技术的模型计算机实验，基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。

3课程设计的目标和内容

在学期快要结束的时候，专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计，主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况，自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同，基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。

4考核方法

实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前，指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期)，然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中，要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程，实验结果)，在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论，实验讨论，实验清单)，下次做实验时再交上实验报告，由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。

课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%)，主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%)，主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%)，主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%)，主要是程序能正确运行情况(10%)，设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%)，问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩，并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。

参考文献

[1] 钟荣柏. 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4).

[2] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27).

计算器总结篇（3）

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（4）

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（5）

关键词：课程设置；教学内容；整合

中国分类号：G642

文献标识码：B

1两门课程的开设情况

“计算机组成原理”是计算机专业本科生必修的重要核心硬件基础课程之一。计算机专业本科生都会开设该课程。该课程从单处理计算机系统的概念出发介绍硬件和软件两部分，其硬件部分主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件，通过总线构成一个完整的硬件系统。通过学习本课程，学生能建立清晰的“整机”概念，能够掌握计算机的一般组成原理和内部运行机理。

“计算机系统结构”是计算机及相关学科的专业基础课程，是计算机硬件与结构方面重要的一门课程。部分应用技术型计算机专业本科生没有开设该课程。我们学校就没有开设。该课程主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件实现。从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。本课程的学习目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。

2国外相关教材内容

目前国外有很多类似教材包含了近乎两门课程的教学内容。美国计算机专家William Stallings编著的世界著名计算机教材Computer Organization and Architecture ：Designing for Performance(Seventh Editon)是介绍当代计算机体系主流技术的最新技术的优秀教材。该书以Intel Pentium 4和IBM/Motorola PowerPC作为考察实例，将当代计算机系统性能问题和计算机组织与体系结构的基本概念及原理紧密联系起来。主要内容有CPU性能设计、指令流水线、整数和浮点算术、微程序设计的控制器；RISC处理器和超标量处理器；最新的IA-64体系结构和Itanium处理器；PCI新型系统总线规范；cache存储器组织、cache一致性问题和MESI协议；包括行总线和最近研发的InfiniBand；最后是多个处理器的并行组织，包括对称多处理机、机群系统、非均匀存储器存取(NUMA)系统。

3两门课程的比较和整合

应用技术型本科计算机专业课程的设置应做到面向市场、灵活有效，要对教学内容进行精选，把体现当代科学技术发展特征、多学科知识交叉与渗透的趋势和动向反映出来。整合后的内容如下表所示。

整合后的实验主要是运算器及设计实验、存储器及设计实验、控制器及设计实验、系统总线控制实验、模型计算机实验等。

整合后的课程设计主要是设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机等。注意根据课程进度进行相应的具体的实验项目，此外还要兼顾先简后难。可以先进性简单的验证式实验，然后稍有难度的设计性实验，最后是较大难度的综合性实践。

参考文献

[1] 钟荣柏． 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4)．

[2] 王忠华，屈会芳． “计算机组成原理”课程教学的改革与实践[J]． 电脑知识与技术(学术交流),2007,(13)．

[3] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27)．

计算器总结篇（6）

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（7）

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。3.2安全模块的结构

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（8）

2、FlexRay总线时间调度

根据样例飞行控制计算机的内部总线FlexRay通信协议可知，内部总线通信时间为5ms，每个时隙为50μs，FlexRay总线最大帧长为127字［7］。本设计中1553B帧长度最大为54个字节，频率最高为100Hz，故使用上述FlexRay总线通信协议能够符合1553B总线通信要求。本设计中，1553B传感器数据的频率为50Hz和100Hz，而FlexRay总线通信频率为200Hz，内部总线通信速率高于外部传感器速率。故1553B板卡在内部总线通信过程中，当有传感器数据更新时，FlexRay总线传输最新的数据;而当没有数据更新时，FlexRay总线传输当前的传感器数据。为保证数据的完整性及减少占用总线时隙数量，本设计共使用总线三个时隙，每个时隙具体传输内容如表4所示，时隙2、7、15传输内容分别为惯导传感器无线电高度传感器和大气数据机的数据，数据帧大小分别为54字节、32字节、12字节。

3、1553B通信单元软件设计

3.1驱动软件的IP核封装与实现

在嵌入式FPGAEDK设计中，为了简化用户开发难度，Xilinx公司提供了一个封装了的接口，即IPIF(IPinterface，IP接口)作为介于PLB总线与用户逻辑模块之间的接口缓冲［8］。IPIF将PLB总线操作封装起来，而留给用户一个逻辑接口。本文软件设计采用模块化设计思想。其设计步骤如下:首先，将每个硬件模块对应编写一个驱动软件程序;其次，将相应驱动软件封装成通用IP核;最后，将IP核挂载到PowerPC内部总线PLB上。模块之间的通信主要通过PLB总线和OPB总线实现，系统中各模块通过这两种总线连接至PowerPC内核上，而PowerPC通过内部总线读写机制实现对各个模块的读写与控制。如图4所示为1553B通信单元的硬件平台总体架构图，主要由PowerPC内核、1553BIP核、FlexRay总线对应GPIOIP核集合、串口IP核、BRAM模块IP核及相应的中断控制IP核组成。

3.21553B总线接口驱动软件设计

如图5所示为1553B总线接口IP核结构图，整个驱动分为三个模块:总线读写模块，初始化模块和数据缓存模块。系统上电，该IP核激活，进行总线初始化操作，发送初始化完成信号并查询PLB读写信号，等待PowerPC405的读写操作。当读控制信号使能时，PowerPC405读取数据缓冲区中的数据;当写控制信号使能时，总线读写模块将数据缓冲区中的数据发送至总线上。

3.31553B通信算法设计

1553B通信单元的调度主要由外部1553B总线的数据接收，内部FlexRay总线的数据通信组成。本设计采用模块化设计，将系统功能划分为顶层应用和底层数据通信。底层数据通信主要包括外部数据流通信及内部数据流通信，外部数据流通信主要由1553BIP核实现，内部总线也由FlexRay驱动程序实现数据通信;而内核PowerPC主要实现顶层应用，即数据调度及总线故障切换功能的实现。如图6所示为节点通信程序流程图，系统上电后，首先对FlexRay总线及1553B总线节点进行相应的初始化，进而查询1553B对应FIFO满输出引脚，当接收到数据时，节点读取FIFO内容，并写入相应的总线发送缓冲区中。进而查询MFR4310的中断引脚信号，当发送中断有效时，执行发送中断子程序，将接收到1553B总线数据通过1553B总线发送出去;当接收中断有效时，执行接收中断子程序，通信节点接收CPU发送来的控制信号。系统完成数据调度后，进而进行总线故障检测。由于1553B总线的基本周期为10ms，故本设计中总线检测周期为10ms。当定时器的10ms定时时间到，总线进行一次总线检测。当接收到总线切换指令，通信单元进行总线切换，并更新总线状态;进而判断是否接受到传感器的1553B总线应答信号，如果有，将总线故障计数清零，倘若没有，将故障计数加1，当故障计数大于6，进行总线切换，并更新总线状态。

4、总线网络通信测试与结果分析

(1)FlexRay总线测试结果将FlexRay通信周期设置为5ms，静态时隙长度为50μs，将CPU板卡与1553B板卡进行通信实验，从总线上读出输出波形。FlexRay总线通信时，在总线上截取的波形如图7所示，从图中可以看出通信周期为5ms，与预设值一致。如图8所示为一个周期时隙输出波形，时隙2、7、15传输传感器数据。由图8可知，时隙2与时隙7相差250μs，时隙7与时隙15相差350μs，与预设值一致。FlexRay总线通信6小时，进而进行连续总线数据传输测试，经过6个小时的总线测试结果如表5所示，通信过程中，丢帧、错帧计数均为0，表明1553B通信单元FlexRay总线设计正确，可以满足飞行控制计算机通信的基本要求。(2)1553B总线测试结果由前面可知，1553B数据通信周期为10ms，即100Hz。如图9～12分别为1553B通信单元与CPU单元模拟大气数据机传感器数据帧发送数据8字节，进行通信2小时、4小时、6小时、10小时的通信仿真图。其通信帧数分别为719999，1439998，2160023，3599991。期间在2小时～4小时，4小时～6小时，6小时～10小时通信期间，丢帧数分别为1，1，0，合计丢帧率约为5.56×10－7，符合飞行控制计算机通信要求。(3)测试结论以上实验结果表明，1553B通信单元的各个模块通信正常，与飞行控制计算机CPU板卡通信正常，能够符合飞行控制计算机的通信要求。

计算器总结篇（9）

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（10）

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 04-0000-01

Overview of the 30-102 Virtual Instrument Technology Development

Deng Songqing,Wang Yao

(91913 Troop,Dalian116041,China)

Abstract:This paper describes the emergence of virtual instruments,virtual instrument composition and structure,analysis of the advantages of virtual instruments,and the current situation and prospect of virtual instruments briefly.

Keywords:Virtual instrument;Signal;Prospect

一、虚拟仪器的产生

虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是利用计算机来管理仪器，组织仪器系统，利用计算机建立的可编程仪器系统。美国国家仪器公司NI（National Instruments）于20世纪八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器概念。由于没有传统仪器专用的前面板、显示器，所有仪器面板都在监视器上模拟显示，所以称为虚拟仪器。虚拟仪器的出现引发了传统仪器领域的一场变革，利用人的智力资源替代物质资源，虚拟仪器实现了传统仪器、计算机和网络技术融为一体，产生了虚拟测试技术，随后研制和推出了基于多种总线，各个领域应用的虚拟仪器。

二、虚拟仪器组成及结构

虚拟仪器主要由硬件和软件组成。系统硬件组成如下图，硬件主要包括模块化的信号采集与处理，信号转换与测试和集成的硬件平台。模块化的信号采集与处理，信号转换与测试主要将信号转变成利于计算机处理的数字信号。集成的硬件平台是以GPIB、VXI、PXI总线为代表的模块化仪器平台，内建有定时和触发总线，不但可适应简单的数据采集应用，还可适用高端混合信号同步采集。系统软件包括开发平台、总线接口卡驱动程序等。开发平台是虚拟仪器的核心，最典型的有NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW等，不仅能轻松方便地完成与各种硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将处理结果显示出来。

三、虚拟仪器的特点

（一）虚拟仪器技术性能高

虚拟仪器是利用计算机来分析、处理数据，借助计算机计算速率高、处理数据快、存贮容量大的特点，虚拟仪器测量数据可存贮、处理，并可借助Internet实现远程控制。随着产品集中度逐步提升，工程师们需要多种测量功能的仪器来满足完整的测试需求，传统测量仪器无法满足测量要求，虚拟仪器的开发平台可满足多种复杂功能的测量需求，同时还可在开发平台上开发特定需求的虚拟测量仪器。

（二）扩展性强

传统仪器是以硬件为主，智能化的仪器也仅有一些固定性的辅助软件，灵活性不强，可扩展性能差。虚拟仪器软件具有开放性，硬件具有模块化特点，可扩展性强。虚拟仪器可灵活、方便地改变测量仪器的功能、技术性能。以软件为主的虚拟仪器技术为用户提供创新技术，科学家和工程师可根据自身需求组织测量系统而不受仪器厂家定制的测量功能的限制。

（三）开发时间少

传统测量仪器的旋钮、开关、内置电路和用户所使用的功能都是由仪器生产厂家进行专门研制的，传统测量仪器的技术和元件都需专门开发，开发时间长，更新换代慢。NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW构架能与计算机、仪器仪表和通信等结合在一起。NI虚拟仪器平台为所有I/O装备提供标准的接口，减少了任务的复杂性。测量和控制方案可轻松配置、创建、维护、升级和修改。

四、虚拟仪器现状态及展望

（一）虚拟仪器的现状

近年来，虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库，以便使用者组建自己的虚拟仪器或测试平台，最典型的有NI公司的Lab VIEW软件和Lab Windows/CVI软件，美国HP公司HP-VEE和HPTIG软件，美国Tektronis公司的Ez-Test和Tek-TNS软件。虚拟仪器开发系统不仅适应通用计算机总线系统，如USB总线和IEEE 1394总线，而且建立各种仪表专用的总线系统，如GPIB、VXI和PXI总线。

（二）虚拟仪器的展望

随着科学研究的深入，需要设计、生产检测和诊断维修一体化、标准化的测试系统。在虚拟仪器技术中，应用计算机软件代替传统仪器的某些硬件，并且计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的分析，将使虚拟仪器技术智能化、网络化。借助于总线技术的虚拟仪器技术是未来测试技术发展的基本方向。开放式的数据采集标准，将使虚拟仪器走上标准化、通用化、模块化道路。

五、结束语

作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、人机界面优异、灵活性强等优点。随着通信技术、网络技术和计算机硬件和虚拟仪器技术的开发软件的发展，虚拟仪器将在测量、控制、信号处理等方面得到广泛的应用和发展。逐步取代传统仪器成为仪器领域的主流，成为测量、分析和控制的基础。

参考文献：

计算器总结篇（11）

对表格中某行或某列进行求和，比如求总分、总工资等，通过Word中的函数公式可以完成。

单击表格，切换到“表格工具”中的“布局”选项，然后选中需要存放结果的单元格。比如需要求总分（如图1），单击工具栏中“公式”按钮，弹出“公式”窗口，在“公式”一栏中，会自动出现“=SUM（Left）”，意为对该行左侧数据求和，“确定”后即可看到结果。如果要对一列求和，则在公式中输入“=SUM（ABOVE）”；若是求平均，则用函数“AVERAGE（）”。对函数不太熟悉的用户，可以通过“粘贴函数”右侧的下拉按钮来查看、选择，稍有一点英语基础的用户，能很快上手。

多关键字排序，功能不弱

对总分进行排序，在总分相同的情况下，把其它某一门学科作为次要关键字参与排序，这一点，Word处理起来，一点也不含糊。

同样在“布局”选项卡中，单击“排序”按钮（如图2），依次设置好“主要关键字”、“次要关键字”，并指定升、降序，确定后即可。不但对数字可以进行排序，对姓名也可以按照笔划、拼音等顺序进行排序。

让Word也能计算算式

在Word编辑区中，如果输入了数学算式，比如“103+2*5”，我们想知道结果是多少，不必再去使用专门的计算工具，因为Word本身就具有计算算式的能力，只不过正常情况下没有显示到工具栏中，我们先把它“请”出来。

依次单击“文件/选项”，选中“自定义功能区”标签，单击“新建选项卡”，将其命名为“算式计算”，然后选择“不在功能区中的命令”，找到“计算”命令后，将其添加到新建的“算式计算”中，最后单击“确定”（如图3）。

在Word中选中“算式计算”选项卡，然后输入数学算式并选中此算式（如图4），“工具计算”按钮呈绿色状态，单击此按钮，就可以在状态栏中看到计算结果。

添加计算器