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计算机硬件的概念范文1
关键词：计算机硬件技术基础；教学改革；教材建设；教材分析
随着计算机硬件技术的发展和普及，大学生接触到的计算机硬件设备无论从种类还是功能都比之前有更多的样式，并具有更快的发展趋势。计算机硬件有关产品已经成为人们日常生活中必不可少的生活用品，具有明显的日常化、集成化、工具化的发展趋势。在计算机硬件新的发展阶段，让学生们掌握基本的计算机硬件原理，熟悉各类硬件接口技术，懂得计算机硬件产品的基本运行方式，是各学科各专业教学体系建设中重要的一个教学和实践环节。
计算机硬件技术基础课程是普通高等学校理工科专业的一门重要的计算机技术公共基础课程，也适合非理工科的其他专业学生选修。该课程是学生学习和掌握计算机硬件基础知识、了解计算机硬件发展、熟悉硬件原理及接口技术的主要课程。
1课程现状和问题分析
2006年，教育部高教司将微型计算机原理和微机接口技术等课程精简整合为计算机硬件技术基础，并明确提出了该课程是针对大学非计算机专业的理工类本科生设置的6门典型核心课程之一。
2009年，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会将“微机原理与接口技术”确定为计算机基础教学的核心课程之一。该课程建议面向电类专业授课70学时，实验20学时；面向非电类专业授课48学时，实验10学时。[1]
课程名称及学时上的变化，一方面显示教学指导委员会对计算机硬件类课程的重视，同时也反映出在大学课堂上如何引入计算机硬件公共基础课程还存在争议。事实上，计算机硬件类课程在实际实施中存在很多实际困难和问题，导致全国大多数高等学校没有开设此类计算机基础课程，部分开设微机原理与接口技术课程的学校往往由非计算机类专业教师开设并讲授，不归属于计算机基础教学范畴。主要有以下三方面原因。
1) 课程定位不清晰，学时很难落实。计算机硬件技术基础课程如果作为计算机技术基础课程，应该主要放在大二，兼顾大三授课，面向没有数字电子基础的学生，作为选修课，以32学时为宜。然而，计算机基础课程教学指导委员会规划的微机原理与接口技术主要面向大三、甚至是大四学生开设，学时数量超过60，甚至在90，还需要数字电子方面的先导课，很多高校在学时、先导课等角度都无法将该课程编排进教学大纲。
2) 现有实验条件落后，学生难有兴趣，硬件投入较大。传统授课中，计算机硬件技术基础所安排实验需要借助定制的实验箱完成实验[2]，而实验箱的投入成本较高，新实验开发受限，使用效率较低，教师和学校往往都没有热情开设该课程。另外一些课程仅以汇编语言或单片机技术作为实验内容，技术广度不足，仅适合小部分特色专业。
3) 教学内容落后，教材急需建设。无论是计算机硬件技术基础还是微机原理与接口技术，讲授内容仍然以计算机专业的80x86、汇编语言、可编程接口芯片等内容为主，没有结合计算机硬件近10年来新技术和新产品的发展。由于课程面向非计算机专业学生，这种专业性很强的内容很难符合学生们的学习预期。纵观5年内新出版的相关教材，所讲授内容的绝大部分与10年前(2000年左右)教材的教学内容一致，教材改革和建设需求迫切。
本文从面向大二兼顾大三的计算机公共基础课角度出发，全面分析整理了2005年后出版的《计算机硬件技术基础》相关教材的教学内容和实验内容，客观还原已出版教材现状，寻找教材建设的薄弱环节和问题，从而为进一步教材建设理清思路。同时，本文结合北京理工大学的教学改革情况，给出了进一步加强教材建设的思路和方法，希望能够为计算机硬件类公共课更为广泛的进入大学课堂提供参考建议。
2教材情况概述
为了全面还原计算机硬件技术基础课程教材建设情况，我们对2005年之后出版的相关教材进行了汇总，合计34本，如表1所示。
从表1可以看出，34本教材来自于13个出版社，其中，正式本科教材26本，教学实验指导书等教辅类教材6本(本文后面使用表示表1中第N本教材)，高职高专教材2本。后面，我们将主要对本科和高职高专共28本教材进行分析。
3教材分析与问题汇总
3.1教材组织和定位分析
课程教材定位指教材的受众面，我们根据教材介绍中作者对教材的定位说明分成四类：电学为主的理工类专业、非电学为主的理工类专业、非理工类专业、各学科专业(内容难度偏低，适用于所有学科开展教学)。其中存在一本教材划分到多个类别的情况。
表1中教材(含本科和高职高专教材)共28本，根据上述划分，各教材定位如表2所示，其中，高职高专教材由于教学内容较为实用，被划分到各学科专业类别中。
根据教材的不同定位，图1和图2分别给出了教材章节数、页数、实验数的统计值。
从这两个图中可以看出，针对电学为主的理工科类专业(编号为A)的计算机硬件技术基础教材页数最多，章节最多，实验最少(数量为0)。可以看出，目前这类教材主要以理论讲授为主，定位中缺少实验内容，内容覆盖面广泛但缺乏实践性。实际中，这类课程是从“微机原理”精简而来，内容变化不大。
针对非电学为主理工类专业(编号为B)的教材章节最少，平均实验数为1。可以看出，这类教材的建设思路是讲授基本的计算机硬件知识，简单的开展少量实验。实际中，这类专业往往在大三、大四会讲授“嵌入式系统开发”、“单片机”等硬件类相关课程，为此，针对大二为主的计算机硬件技术基础类教材在内容上比较基础并为后续课程有所保留。
对于非理工类和各学科专业的教材，章节数量相对较多，实验数量也比之前有所增加。可以看出，这类教材的建设思路是使学生掌握较为全面的硬件知识，并有一定的动手训练。实际中，非理工类专业在本科阶段最多能够学习一门计算机硬件技术相关类课程，为此，教材建设思路反映了全面性和实用性。
综合上述分析，可以看出，目前市面上已有的《计算机硬件技术基础》相关教材主要针对四类不同的受众学生，教材组织上偏重于内容讲解(尤其是针对理工科学生的教材)，总体建设思路还停留在讲授计算机原理的阶段，无法体现当今计算机硬件日常化、集成化、工具化的发展趋势。突出问题是教材配套实验很少，实践性差。
3.2教材实验分析
表1中28本教材和6本实验指导书一共记录了109个实验。根据各实验特点，我们将所有实验分为四类：实验箱实验、芯片实验、汇编语言实验和PC机实验。各分类描述如下：
实验箱实验：指依托于特定实验箱的实验，针对该课程的实验箱往往是从其他课程的实验箱中裁减下来的，种类较多且良莠不齐，没有公认的标准；
芯片实验：指基于单片机或者接口芯片的实验，包括：8051系列单片机、计数器芯片8253、定时器芯片8254、并口芯片8255A、中断芯片8259A、DMA控制器芯片8237A等。这类实验专业性强，应用性差，适合特定专业或者大三以上的学生；
汇编语言实验：指汇编语言程序设计实验，编程训练不是该课程的主要目的，这类实验尽管能够让学生对计算机硬件有一定了解，但程度有限；
PC机实验：基于PC机的实验，包括：model安装、存储器测试等。目前，这部分实验内容受到学生喜爱，可以锻炼实际能力，易于推广，但如何让学生了解到CPU、存储器等核心部件内部的工作原理，需要创新性设计。
图3给出了109个实验在组织结构、运算控制器、存储器、IO和其他等6个方面的统计。从图中可以看出，大部分实验都集中在IO方面，反映出这部分实验内容很重要，也是教材的主要内容。相比较而言，实验箱类和PC机实验能够覆盖到计算机硬件的各个部分，而芯片实验主要针对IO，缺少对运算控制器、存储器等其它部件的覆盖，汇编语言实验主要针对运算控制器。
图3教材中实验的分类
基于以上分析，针对计算机硬件技术基础课程，汇编语言实验和芯片实验数量较多但比较重视接口，无法让学生对计算机各组成部分有更深入的理解。实验箱实验针对性很强，但前期投入大，灵活性不强。我们认为，随着PC机的广泛应用(学生们几乎人手一台PC机)，基于PC机的创新性实验是该课程的发展方向，同时，这类实验还能较好的引导学生在课余时间完成实验，并激发学习兴趣。
3.3教材内容分析
对于教材内容，我们主要分析和汇总讲述的重点知识点，还原现有教材的主要内容组织。全部教材为28本，其中4本(、、、)没能找到原书，为此没有统计在内。表3给出了24本教材中知识点的排序。
从表3可以看出，所有教材都有存储系统内容的讲授，大部分教材(19本)都包括汇编语言，18本包括80x86，半数以上教材都讲授了8259A和8255A等内容。图4给出了这些内容在原书中平均的页数，可以看出，汇编语言、80x86、单片机等内容都超过了25页，在教材中所占比重很大。此外，8259A和8255A等芯片的讲授内容也在10页以上，成为某些教材的重点授课内容。
纵观2005年至今出版的全部相关教材，《计算机
硬件技术基础》教材还是以《微机原理与接口技术》、《汇编语言》等课程的内容简化为主，仍然以很大的比重讲授80x86、汇编语言、单片机等内容。这些内容对于某些专业十分必要，但对于面向非计算机专业的计算机公共基础课程来说，这些内容相对陈旧，而且无法与计算机硬件的最新发展相结合。
教材具有教学的引导作用，在教材建设上，这种内容组织方式的落后需要引起重视。
4教材建设建议
4.1教材定位建设
我们认为，面向计算机公共基础课程，教材名称确定为《计算机硬件技术基础》比较合适，表明教材内容是计算机硬件的基础内容，以全面了解计算机硬件知识为主，掌握计算机硬件的基本概念和原理。
教材应结合计算机公共基础课程的实际情况，以32学时(含6～10实验学时)为宜，适度扩展到54学时，实验学时扩展到12学时(实验学时占总学时的25%)。这种学时设计有利于各学校将该课程以校公选课、通识课、实验课等形式安排到教学大纲中。
针对大二学生的教材，前导课程为计算机基础(或者大学计算机基础)等计算机基础类公共课程，不需要学习数字电子等课程。教材内容适度增加相关的数字电子知识。
教材应该充分利用该课程特点，以增强学生的实践兴趣为根本，通过实践环节使学生们主动学习教学内容。为此，在教材设计中，应该以实验建设为导向，注重让学生们理解计算机硬件的基本工作原理，为学生们进一步理解其他硬件技术和实践硬件设计打好坚实基础。
过去十几年来，在计算机硬件相关课程讲解过程中，教师们主要关心接口技术，并引导学生们在该方向进行实验。随着计算机硬件种类、功能和应用程度的增加，我们认为，学生们应该综合了解计算机硬件组成，理解各部分的工作原理，而不是侧重某一方面。使学生在课程学习和实验实践后能够分析新技术和新方法在整个计算机硬件发展中的作用和价值。
4.2教材实验建设
《计算机硬件技术基础》教材应该更加重视实验建设，使学生能够在实践中理解计算机硬件的基本概念。[3]为此，我们建议教材中的实验能够覆盖计算机硬件结构的各个领域，并且能够有一定趣味性，以了解基本的硬件原理为主。
与此同时，教材中的实验应该能够与学生们的实际生活结合起来，设计创新实验，将数字消费类电子产品(MP3、手机等)、互联网、物联网、蓝牙、PC外设接口等融入计算机硬件实验的设计，引导学生兴趣，同时适应计算机硬件技术的发展，使得学生通过教材学习能够掌握对计算机硬件的正确认识，并解决一些基本实际问题。
在这里，我们建议将实验分为：基础实验和提高实验两类，以适合不同专业的学生。经过北京理工大学2010年的教学反馈，表4中的实验得到了学生们的欢迎。
在教材建设过程中，考虑到各院校建设计算机硬件实验室的实际情况，进一步结合学生兴趣，我们基于PC机和少量配件设计了一些候选实验。初步的教学实践表明，这种实验设计完全能够创新性的激发学生兴趣，使学生掌握更为实际的计算机硬件知识，并通过实践理解计算机硬件基本原理。
候选实验包括三类：测试类、开发类和操作类。例如：存储系统性能测试(测试类)、CPU和GPU性能测试(测试类)、BIOS定制刷新(开发类)、串口短信收发(开发类)、并口液晶点阵控制(开发类)、基于PSOC的物联网结点(开发类)、计算机认知和组装(操作类)等。
4.3教材内容建设
在教材内容建设上，我们认为《计算机硬件技术基础》教材应该全面讲解各类计算机硬件原理，以理解计算机硬件部件功能为主，注重理解基本概念和基本运行规律，并结合实际硬件器件分析，以不变的理论应对万变的计算机硬件产品。
为此，教学内容 以“基本概念+基本部件”方式组织，例如：存储系统与存储器，其中，存储系统是基本概念，理解起来有一些抽象，需要课堂讲授；而存储器(内存等)则是基本部件，学生们平时接触较多，通过适当的实践教学，学生们不仅可以很快认识硬盘、Flash存储器、光存储器等设备，还可以通过测试类实验了解各设备的工作速度和基本模式，易于将存储系统和实际硬件有机的关联起来，达到较好的教学效果。
5结语
计算机硬件技术基础课程建设是近年来计算机公共基础课建设中面临的一个重要的难点问题，《计算机硬件技术基础》教材更是教改所面临的最大问题。如何合理定位该教材，并有效地选取适合高等院校开展该课程的内容是我们的进一步工作。在回顾2005年后出版的34本教材的基础上，我们验证了该课程和教材建设中存在的一些具体问题，并给出了解决问题的一些建议。我们将在2011～2012年度北京理工大学的教学实践中检验教材建设的初步效果。
参考文献：
[1] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础核心课程教学实施方案[M]. 北京：高等教育出版社，2009: 137-183.
[2] 邹逢兴. 关于创新计算机硬件技术基础课程教学的实践和思考[J]. 计算机教育,2004(2):81.
[3] 嵩天,李凤霞. 计算机硬件技术基础课程实验的改革与实践[J]. 计算机教育,2010(10):65-68.
Analysis and Suggestions to Textbooks for Computer Hardware Fundamentals
SONG Tian, LI Fengxia, SONG Dandan
(School of Computer Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
计算机硬件的概念范文2
【关键词】硬件课程 软件工程 课程改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）11－0011－01
一、引 言
计算机学院从2005年开始招生软件工程专业的学生，现在软件工程专业学生已达到我院学生总人数的70%以上。“培养学生成为基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高、能适应信息产业和软件产业需求的系统设计和开发的高级人才”是我院一直以来对软件工程专业学生的根本要求。这里的“基础扎实、知识面广”包括软件和硬件两个方面。特别是现在的软件开发越来越偏向不同的硬件平台做专业开发。而作为系统开发的人员必须掌握一定的硬件知识。对于完全不懂硬件的软件工程学生来讲，就业前景和发展都会受到极大的制约。
但是，我院硬件课程相对较薄弱。具体存在以下问题：①课程的内容深、难且不实用。学生理解计算机硬件较困难，学到的知识停留于空洞的概念，没有得到技能的提高。②技术发展迅速，硬件课程教材和实验设施严重滞后。现在的硬件教学教材还停留在70年代8086/8088阶段。③实验困难。与软件实验不同，硬件实验需要一定规模的计算机设备，同时课程教学上也没有足够的课时进行实验。④培养目标与社会需求存在差距。计算机硬件教学已严重脱离了硬件技术的发展实际，学生学习计算机硬件的基本原理的基础知识，不会开发电子产品，不会做工程项目。⑤学生的兴趣和教学的内容严重脱节。现在学生对于计算机硬件的最新技术比较感兴趣，但是硬件课程讲授的是过时的知识，学生无法在课程中体会到硬件的好处，感觉硬件课程像“鸡肋”。
基于以上分析，对计算机科学学院软件工程专业硬件课程进行改革已迫在眉睫，要培养适应社会要求的软件人才，应该而且必须加强相关硬件课程的建设，这样才能培养出全面的人才。所以，经过两年的教学实践，对于软件工程的学生应该掌握哪些硬件知识、软件工程中的硬件课程如何设置等进行了一定的探索，下面就相关内容进行简单探讨：
二、硬件课程改革的措施
我校软件工程专业硬件系列课程设置了数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、微机接口技术4门课程。这些课程设置虽然相对独立，但所提供的课程内容划分不明确，相互重叠现象较严重。如基本原理和指令系统的内容，在多门课程中都有出现。
所以，硬件课程改革的目标是：将4门硬件课程整合、筛选，组合为1门综合型的硬件课程，达到内容精炼、重点突出、减少重复的要求。目的是将硬件系列课程作为一个整体统一考虑，建立一个完整的、系统的课程内容体系，这对提高教学质量和压缩学时都非常有效。
1．硬件课程教学模块的设置
具体设置以下模块：数字逻辑与数字系统（核心）；数据的机器级表示（核心）；汇编级机器组织（核心）；存储系统组织与结构（核心）；接口与通信（核心）；功能组织（核心）；多处理和其他系统结构（核心）；性能提高技术（选修）；网络与分布式系统结构（选修）。
2．硬件课程教学内容的设置
教学内容：①计算机概论：计算机概述、运算基础；②数字逻辑基础：卡诺图、组合电路、时序电路；③运算器：半加器、全加器、算术逻辑部件、定点运算器、浮点运算器；④汇编语言程序设计基础：指令系统、汇编语言语法、汇编语言程序设计基础；⑤存储器系统：存储器芯片、存储器层次结构、内存接口技术；⑥控制器：中央处理器的组成和功能、指令流程、硬连线逻辑、微程序控制器；⑦输入/输出技术：I/O接口与端口、输入/输出控制方式、三种简单接VI芯片、中断系统与中断接口、总线；⑧可编程接口芯片及其应用：可编程接口芯片的几个基本概念、可编程并行接口芯片、可编程定时器/计数器、通用同步/异步接收/发送器、模/数转换器、芯片组；⑨实用接口技术：主板、硬盘接口、高速串行总线；⑩计算机系统结构概述：计算机系统结构基本概念、流水线技术、并行计算机系统结构、提高处理器性能的技术。
实验环节：①数字逻辑（时）；②汇编语言程序设计上机练习（时）；③接口实验6～8个（18～24学时）。
3．课程实施中需要关注的问题
（1）注意学生共性和个性的关系。该课程体系规划是针对软件工程专业的基本要求编写的，反映了软件工程专业对计算机硬件的共性要求，不同学校的软件工程和计算机软件专业还可根据本校培养特点做不同的选择与增删，以适应本校培养的个性要求。
（2）处理好理论讲授和实验的关系。各校根据本校培养的方向和实际条件，组织不同要求的实验教学，可进行单个实验，也可组织小系统实验。
（3）注意基本内容稳定性和新技术、新知识反映的及时性的关系。课程的基本内容（即计算机的基本理论和基本技术）必须稳定，而随着计算机技术迅速发展不断出现的新器件和新部件必须在教学中及时反映，必须考虑如何处理两者关系。
三、结束语
我院软件工程专业计算机硬件技术基础课程改革已取得一定成果，在今后的课程建设中，还需要坚持重视理论基础知识、培养实践综合能力、提高整体教学质量的总方针，真正实现理论和实际相结合，强化能力培养和创新意识，逐步建成适合培养现代化复合型软件人才的计算机硬件技术课程新体系。
计算机硬件的概念范文3
关键词：计算机 安全 设计 硬件
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）01-0003-01
随着科技的进步，互联网技术迅速崛起，这些给人们带来了很大的便利条件。现今，进算计已经成为了人们生活中不可或缺的一部分，但是在进算计的使用过程中会存在计算机硬件设计安全问题，这些是需要急需解决的重要问题。计算机的软件安全方案虽然也能够为计算机提供相应的安全保护，但攻击者也能够通过各种不同的方式来进行破坏，因此单靠计算机软件是无法保证计算机系统的安全。因此在计算机的硬件上也设计相应的安全方案，能够为计算机系统提供更完善的安全保障，因此对计算机硬件存在的隐患进行分析，研究计算机硬件设计安全的现状以及相应的解决方案有很重要的意义。
一、计算机硬件所面对的安全隐患
近年来，有关计算机安全性的研究备受关注，目前我们对安全的定义已经延伸至了信任、行动隐私以及数字版权管理等方面。若攻击者能够以物理形式接触到芯片，那么攻击者的拒绝服务攻击就能够十分轻易的损害硬件，而且重要的攻击手段还包括了篡改以及非授权拷贝等。一般来说非授权拷贝是利用复制而获取与设计相同的副本，我们也可将其看作盗窃行为。而篡改则是对目标设计予以变更，一般在篡改后，硬件中很可能带有恶意代码，经触发可以造成系统故障或窃取系统中敏感数据等。计算机的使用在带给人们方便的同时，也为人们带来了许多的坏处。对于造成计算机网络信息安全的因素有很多，有可能是偶然、操作不当，也有可能是恶意破坏等多种原因。例如，大量的信息共享、不出门轻松购物、快速接收邮件等。很多管理者通常都希望可以提高计算机软件的安全等级，这样也可以从根本提高硬件的安全等级，从而确保计算机的安全性。因此，仅仅依赖软件并不能有效的确保系统的安全性，经实践显示，通过硬件的安全手段能够有效的防止攻击者获取数据，从而提高数据的安全性。
二、计算机硬件安全计算机的硬件安全是计算机信息安全系统中的基础，计算机的硬件安全能够为软件系统提供一个安全平台，同时也是整个信息系统安全解决的一个关键因素
1.计算机硬件安全发展计算机的硬件主要是指计算机的芯片、板卡以及相应的输入与输出设备。对于计算机芯片的发展历史，其相应技术的发展趋势会直接影响到集成电路的主流设计理念，在20世纪80年代，计算机芯片的设计主要追求的是计算速度，但是到了90年代优化电力消耗也成了芯片设计的一个目标。如今计算机的安全性问题研究已经引起了大量的关注，并且研究的范围也在不断的扩大，如今计算机的安全概念已经不再局限于传统的数据通信以及储存保密，还包括了计算机的行动隐私以及数字版权管理等多个方面。对计算机硬件的主要攻击方式包括非授权拷贝以及篡改与方向工程，非授权拷贝是在不需要理解硬件工作的情况下，将设计相同的副本复制下来，这其实是一种盗窃行为。而篡改主要是对目标的设计进行修改或者采取不同形式的替换，经过篡改后的硬件可能会在一些特定的时期导致整个系统出现故障，从而盗取其中的重要数据或者进行一些非法的行为。而方向工程指的是通过分析制造设计的文件来重新得到最初的设计。如今对计算机信息系统的攻击方式有很多种，在这个过程中也能够体现出如今计算机加密计算的局限性。
2.硬件设计安全在提高计算机安全性的过程中，如今主要的方案主要包括基于工程变异、设计的多样化等安全方案，这些安全方案都具有耗能以及成本低等特点。基于工程变异主要是解决IC时序、功耗芯片老化等方面的问题，其中不仅有传统的CMOS制造技术，同时也有新兴的纳米技术、等离子技术以及光纤技术等，因此基于工程变异在计算机硬件的安全设计上得到了充分的利用，但同时也为计算机恶意攻击检测增加了难度。如今对计算机硬件系统的安全性研究主要有硬件木马的检测、新的安全原语设置以及利用安全原语集成现有芯片等。如今硬件木马已经成为了最流行的研究课题，硬件木马主要是指对原始芯片设计的进行修改以及嵌入等一系列的恶意操作。如今在基于工程变异之外，对计算机硬件还有另外一个研究课题，那就是物理不可复制技术（PUF），这种技术能够为计算机的芯片提供很好的安全保障。当前在对计算机硬件进行保护的过程中，还有基于硬件的安全协议同样能够解决许多计算机安全方面的问题，比如基于第三方的可信计算以及遥感等。
三、计算机硬件安全设计的策略针对计算机硬件中存在的问题，在对计算机硬件进行设计的过程中，主要可以从以下这两个方面来进行设计
1.内置安全确认在芯片的制造过程中，为了能够更好的保护硬件的IP，Roy等人在计算机芯片的制造过程中提出了EPIC技术，再结合PUF技术得出了内置安全确认这一个设计方案。内置安全确认方案主要是在IC的原始设计上经过EDA工具得到物理版图，再经过PUF技术就能够得到基于芯片变异的PUF ID，最后与加密后的IC所有者版权就能够合成IC产品的校验密钥，这样就能够利用这一个工具来加密生成验证模块，从而在原始模块中生成保护IC版图，对计算机的硬件设施起到很好的保护作用。
2.外置铺助安全检测外置铺助安全检测方案主要是通过传统的RAS机制，先由密钥管理中心产生出一对公开与私用密钥，通过让公开密钥来保护芯片中的特有信息，而外置铺助安全检测装置通过安全验证芯片以及密钥的储存器组合而成，在密钥储存器中主要是储存私用密钥，在检测的过程中就能够通过RFID来读取芯片内的电路信息，再通过安全验证芯片来对计算机的芯片进行安全验证，起到保护芯片的作用。
参考文献
[1]匡春光.崔益民.张鲁峰.张剑波.基于硬件的计算机安全策略.微处理机.2011年01期.
[2]张清松.梁智强.基于硬盘的主机防客体重用性能的检测方法.广东电力.2012年07期
计算机硬件的概念范文4
关键词：计算机教学教学改革硬件教学教学实践
自上世纪末90年代末开始计算机科技技术的发展日新月异，与之同步的计算机硬件技术也在不断顺应着计算机软件系统进行着高速的改朝换代，从而达到匹配其需求的目的。时至今日，随着人机互动系统的不断完善与普及，各种新颖的输入/输出硬件不断的刷新市场，这都给计算机硬件组装的教学工作提出了新的挑战，如何使计算机硬件教学顺应计算机科技的发展是摆在计算机教育工作者面前的一个崭新的课题。
1.当前计算硬件组装教学上存在的主要问题
由于计算机硬件组装教学相对于软件教学来说，教学知识概念比较繁复，而且一些硬件与具有着高集成化的特点，这就是说计算机硬件在教学内容本身上就存在着学习的硬伤，再加上教学时许多问题比较抽象，如果不亲自动手操作很难让学生产生认同感，这就导致了当前学生们普遍的“喜软（件）怕硬（件）”的情绪。同时，由于许多软件教学课程实践中并没有和硬件产生必要的联系，这就容易让一些计算机专业学生产生轻视硬件组装课程学习的心理。
2.计算机硬件科技发展的背景
从学生的就业形式上来考虑，学生们所学习的计算机硬件组装知识，必须是计算机产品最前沿的产品，所以制定计算机硬件组装教学实践并不是一个静态的过程，而是要时刻关注计算机市场动态，了解计算机硬件技术的最新发展以及相应配件的换代情况。但这对于计算机学校的财力要求比较高，要尽量协调资源，尽量避免用废弃教学机或是淘汰落后品来进行计算机硬件组装教学实践的情况发生。同时，从2010年对我国计算机维修市场的调查统计中显示，只有5%的硬件维修任务是出在硬件实质损伤维修/维护上，也就是说有95%的的硬件故障任务用简单的更新/更换硬件方法得到解决，粗糙而浪费资源，这客观反映出当前我国计算机硬件市场急需硬件专业技术人才，这也为计算机硬件组装教学工作提供了动力。
3.以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的原则
3.1 将理论和实践操作进行有机结合
首先由于计算机硬件组装教学所涉及到的教学内容，如：电子电路基础、各电子元配件（包括电阻、电容等）工作原理、相关硬件的匹配原理等都是具有着极强知识性和极强实践性的知识内容，需要通过多课时、多层次的实训教学才能达到理想化的教学目的。因为将理论和实践操作进行有机结合是以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的首要原则。
3.2 以学生就业需求为教学目的
随着当前计算机专业学生就业形式的日趋严峻，以就业为主导向的职业人才培养教育形式已经成为了专业人才培养的核心思路。同样的，计算机硬件行业也迫切需要适合计算机科技发展需求的高素质、高聚合性、技能过硬的复合型人才，要达到这样的人才培养效果，在计算机硬件组装教学设计初期，就要以学生的就业需求为教学根本原则进行设计。
4.针对计算机科技发展的计算机硬件组装实训改革措施归纳
4.1 灵活应用调研/多媒体手段，激发学生主动学习欲望
不可否认的事实是，当前学生学习计算机硬件组装课程时，绝大多数是被动式学习，只能通过机械的反复操作，反复记忆达到一种，“心里没记住，但手却记住了”的操作熟练状态。这种方式很容易造成对计算机硬件组装学习的厌恶或抵触情绪。所以在具体教学实践中，要尽量的多利用多媒体手段，（当然如果能找到硬件实物则更为理想）模拟制作相应的硬件实体课件，使学生产生兴趣，主动的作到知识点与实物结合。同时，要尽量用多媒体课件代替相对枯燥的板书教学，让学生在单位时间内尽量多的获得信息量，如果多媒体课件制作的工作量比较大，可以进行全体教师的调配，大家分章节制作课件，然后串换使用，这样用多媒体手段进行的演示操作可以使枯燥的硬件装机内容尽量生动地展示给学生，有效地调动学生的求知欲望。而且还要尽量多安排学生在课余时间做一些相关的硬件信息调研或市场调研任务，这样学生在进行实际调研过程中客观了解到所接触到硬件的价值所在，有助于学生对硬件的理解和记忆。
4.2 尽最大努力多安排实训课时
计算机硬件组装教学最忌讳的教学效果，就是培养出的学生“眼高手低”，所有的操作知识步骤都能靠着反复死背而记牢，但当进行实际操作或是出现一些灵活问题时就变得不着头绪。因此，要尽学校最大的努力多安排计算机硬件组装的实训课程，这样在学生巩固所学习理论知识的同时还大大提高了学生的动手能力，为以后就业工作实践打下了坚实的基础。
4.3 给学生多提供实践操作的机会
学校可以根据自身的情况，与专业公司协商，承接一些计算机硬件维修任务。初期让学生在老师的带领下完成任务，后期达到独立完成维修任务的目的。这样通过具体的问题，学生可以用心的思考所学过的知识技能，并将其用在实处；将课堂上所学到的技能代入到实际存在的故障中，将实训课程的内容和社会中所存在的相关问题相结合，让学生在这样的环境中锻炼成长。并可以和市场上一些专业公司合作，推荐一些在实践操作中比较优秀的学生，去该公司进行实习，进一步刺激学生的学习积极性，将学习与以后走入社会生存联系到一起，让学生对自己的人生提前作出规划。
4.4 考核体系的完善
在传统的计算机硬件组装考核体系中，学生的成绩基本都是由实践操作报告来进行分数评定的，这样得出的分数与该学生的实际操作能力有很大出入，因为考核所进行的操作部分题目大多是验证型题目，学生比较容易通过完成，这样所得出的分数不能客观评价学生的计算机硬件组装能力。因此为了针对计算机科技的发展需求，对于计算机硬件组装教学的考核体系也应当系统化，比如制定相应的计算机硬件组装维护考核标准，或是组织学生参加一些国家统一的认证考试，比如：全国计算机信息高新技术考试（即通常说的CITT）、信息产业部推出的硬件工程师认证考试等等。
5.虚拟实训室的建立，符合计算机科技发展需求
前文已经提到过根据计算机硬件科技发展的情况，学校应该及时更新实训用计算机硬件材料，但这样的更新耗损非常巨大，尤其现在计算机职业院校多为私立办学形式，这种理想化的硬件组装实训形式无法达到。所以虚拟实训室这种以软件替代硬件的高科技形式就得以发展了，通过市场调研将最新的硬件配件进行编程模拟，这样在简化实验操作程序的同时，也大大弥补了实训资源的不足。而且突破了传统的计算机硬件装机实训教学过分受到时间和空间制约的事实，完成了教学模式的更新。在对市场上新出现的硬件产品进行编程虚拟时，一定要与模拟实体保持一致，对于设备的接口、具体操作法要完整的用多媒体形式进行模拟，让学生达到身临其境的效果。
但必须要强调的是，普通的计算机职业院校是无法达到硬件模拟高度仿真指标的，因此，虚拟实训室不能完全的代替实物实训教学活动。 虚拟实训所操作的效果都是将操作进行理想化模式进行的，在和实际操作接轨时可能会出现手动失误或操作缺憾等问题，所以它并不能代替实物实训。
参考文献:
计算机硬件的概念范文5
（1）知识与技能：①了解计算机硬件和软件的概念及其关系；②了解计算机硬件的各个组成部分及其作用；③知道存储器的分类、内存RAM与ROM的区别及其作用； ④了解软件的分类，知道常见的软件的类别。
（2）过程与方法：①通过让学生观察计算机的结构和主要部件，了解计算机结构及各部分的作用；②通过学习活动让学生体验计算机软件的分类及其作用，并归纳计算机系统的组成结构图。
（3）情感态度与价值观：在学习过程中，激发学生学习计算机基础知识的兴趣和积极探究的精神。
［教学重点与难点］
（1）教学重点：计算机系统的组成及结构，各主要部件的作用。
（2）教学难点：难点:计算机系统的组成及结构。
［教学方法］
任务驱动法、讨论法、合作探究法、讲授法。
［讲授新课］
教师活动：完整的计算机系统由计算机硬件和计算机软件两部分组成。我们先来学习计算机的硬件系统。
1.计算机硬件系统
教师活动：计算机的硬件由主机和外部设备两部分组成。同学们刚刚提到的鼠标、键盘、音响等都是设备。对于外部设备根据作用不同又分为输入和输出设备。
（1）输入、输出设备。
输入设备：将信息输入到计算机中的设备叫做输入设备。键盘、鼠标是最基本的输入设备。数码照相机还有麦克风、扫描仪、数码摄像机、摄像头也是输入设备。
输出设备：具有输出计算机结果和数据信息等功能的设备叫输出设备。如显示器、打印机等。在有些特定的情况下计算机也可以作为输出设备，当计算机和Internet网连接后，它成为网络终端，这个时候计算机就是输出设备。
教师活动：接下来我们学习主机。主机包括主机板、电源、存贮器、显卡和声卡。（PPT图片展示各个部件）这节课我们主要了解中央处理器和存贮器。
（2）中央处理器。（PPT展示图片）
教师活动：我想问一下同学们，我们人的行为是由身体的哪个部位管理的呢？
学生活动：大脑。
教师活动：人有大脑，计算机也有大脑，它就是中央处理器，它是计算机的核心配件，是由运算器和控制器组成，负责解释、执行计算机基本指令，完成计算机对各种信息的加工处理。
（3）存贮器。
教师活动：我们经常用计算机听歌、看电影，那么这些歌曲、电影它们都藏在了计算机的哪里呢？请同学阅读教材第18页到第19页的内容，然后告诉老师答案。大家可以互相讨论。
学生活动：分组讨论，回答问题。
教师活动：（布置任务）这样我们就完成了对计算机硬件的学习。
2.计算机软件系统
教师活动：提问：我们现在是不是就可以使用我们刚刚组装好的计算机画幅画呢？
学生活动：回答问题。
教师活动：就像我们盖了一座大楼，房子盖好了，里面没有任何设施我们不能住，只有硬件的计算机就像没设施的大楼，我们一般把它称为裸机，是不能使用的。那么我们这台计算机还需要什么才能使用呢？那必须有系统软件。
（1）系统软件：用来管理和维护计算机程序的，是计算机必备的软件。最重要的系统软件是操作系统，是系统软件中最基础的部分，是用户和裸机之间的接口，同学们都接触过那些操作系统。
学生活动：回答。
现在请同学们为你的计算机选择操作系统。
（2）应用软件。
教师活动：硬件有了，操作系统有了，我现在用自己组装的画画，同学说可不可以呀？
学生回答：不行。
教师活动：是的，不行。因为我还没有装应用软件，应用软件是为完成特定任务而设计的计算机程序，它分为两种可编程语言，及我经常使用的播放器、办公软件等。除了老师说的这些软件，你们还知道哪些呢？现在请同学为自己的计算机添加你所需要的应用软件。
教师活动：硬件、操作系统、应用软件都具备了，这台计算机就组装完成了，我们为自己胜利完成任务鼓鼓掌吧。通过组装计算机，同学说说计算机硬件、系统软件、应用软件三者的关系。就像一家工厂，办公楼和厂房是硬件，用来生产产品的加工机械流水线等是系统软件，应用软件是工人和管理人员。
计算机硬件的概念范文6
关键词：计算机原型系统；实验体系建设；教学改革；计算机系统结构
0、引言
随着计算机技术的飞速发展，基于EDA的设计已经成为硬件设计的主要方式。以前的基于小型模拟计算机系统的实验已经不再适应实验教学的要求。传统实验教学模式大多采用中小规模集成电路芯片在面包板上搭建各种常见数字电路的方式，工作量大且易出错。而新的实验教学模式是利用硬件描述语言和EDA工具，先在计算机上进行设计、修改和仿真，然后通过仿真波形可以直观地观察到电路内部各个信号的变化情况，再将设计下载到实验台上的PLD芯片中，进一步验证设计的正确性。通过一系列综合性实验，不仅可以加深学生对计算机硬件基本知识的理解，而且有助于学生对这些知识点的融会贯通。通过在实验台上不断地调试与验证，学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力得到了锻炼。
1、目前实验教学中存在的问题
目前北京航空航天大学计算机学院的计算机硬件类必修实验课程主要包括数字逻辑实验、计算机组成原理实验和计算机接口与通信实验。这3门实验课程通过不断地进行实验教学改革，取得了很大的进步，并已建立了以EDA为开发工具、以设计为主的新型计算机硬件实验体系，但是目前还存在一些问题。
1.1 缺乏完整的实验体系
1.1.1 实验内容有重复
不同的实验课程之间会出现重复的实验内容。例如数字逻辑实验和计算机组成原理实验都是以计算机原型系统为目标进行设计的，但二者在存储器设计上有所重复。另外，数字逻辑实验中基本实验的有限状态机的设计部分主要以ADC 0809控制器设计为例，而在计算机接口与通信实验的基础实验中的AD模数转换控制电路设计也是以ADC 0809控制器设计为例进行的。
1.1.2 课程之间缺少衔接
目前北京航空航天大学数字逻辑实验与组成原理实验之间的内容结合地比较好。在数字逻辑实验中所设计的基本部件（如寄存器、乘法器以及存储器等）都可以在计算机组成原理实验中利用。但是计算机接口与通信实验和计算机组成原理实验之间的内容衔接较差。随着学生设计的MIPS指令集的CPU日益成熟，计算机接口与通信实验逐渐过渡到使用MIPS CPU来代替嵌入式软核NIOS CPU，从而将计算机原型系统的底层内容添加到计算机接口与通信实验中㈣。
1.1.3 课程定位不明确
每门课程的定位应当明确，通过一门课程解决一个问题，从而循序渐进地达到培养目标。但是目前教学中还存在各门课程相对独立、自成体系、缺乏整体考虑的问题，学生难以建立起整体的概念。
1.2 学生还未形成进行硬件编程的思维方式
硬件编程的思维方式与软件编程的思维方式略有不同。硬件描述语言一般是并行执行的。目前学生还没有建立起并行的概念，没有完全掌握硬件程序的调试、分析方法。因此我们在数字逻辑实验中要有意识地在这方面加强对学生的培养，通过对这3门课程的学习使学生逐步掌握硬件设计技能。
2、一体化实验体系建设方案
我们需要理清计算机硬件类实验课程之间的关系，明确各课程的定位，从而建立一个新的、一体化的，以掌握一种硬件设计方法、设计一个实验平台、系统地掌握计算机硬件知识、培养创新人才为目标的，实验内容循序渐进、步步深入的，实验方法灵活多样的，教学质量大幅提高的实验体系和创新平台。
2.1 课程关系
计算机系统结构类实验遵循冯·诺伊曼计算机模型。通过不同层次的实验，可以使学生逐步深入理解计算机的内部逻辑关系、功能部件、性能以及交互方式，掌握基于硬件描述语言和EDA工具的、进行逻辑设计的方法和过程，完成计算机原型系统的设计。该设计包括综合数字系统设计和调试在内的软件设计，并且能让学生编写出执行速度快、资源利用率高、性能接近于最优的程序。
目前计算机系统结构类实验中的必修课主要有：数字逻辑实验、计算机组成原理实验、硬件描述语言与EDA工具实验、计算机接口与通信实验，且以培养学生的软硬件协同设计能力、工程实践能力和科研实践素养以及团队协作精神为目标[3]。所以在进行实验体系建设时，我们要根据计算机系统的内在逻辑关系重新整合各门课程的知识分布和衔接关系，以达到实验内容相互支撑、成果形式层次递进的效果。
（1）知识点的划分。3门课程的知识点要既能覆盖全部又避免重复。
（2）课程内容的设置。课程内容在设置时要保证前后相继、由浅入深、不断深化。
（3）相同的实验环境。3门课程采用相同的实验环境（软件环境Quartus II和FPGA板康芯实验板），根据课程内容逐步设计出与课程完全吻合的实验平台，并采用相同的硬件描述语言Verilog。学生通过反复练习，熟练掌握一种硬件设计方法、一种解决问题的思维方式、一类FPGA实验板的使用方法，从而保证在掌握概念和原理的同时，熟练掌握硬件设计方法和技能，建立起计算机硬件整机的概念。
2.2 课程定位
计算机硬件实验课程的目标在于培养学生的实践动手能力、编程设计能力、探索创新能力以及分析问题解决问题的能力，让学生形成硬件编程的思维方式，并建立计算机整机概念。
下面分别介绍每门课程的定位。
2.2.1 数字逻辑实验
数字逻辑实验是基础。它主要解决的问题是掌握硬件实验的基本技能以及组合逻辑电路和时序逻辑电路的原理。
该课程的目标是让学生学习实验平台的使用方法，掌握硬件编程语言、EDA工具的使用、硬件描述的综合与仿真，使学生能设计一些基本的时序逻辑电路和组合逻辑电路，培养学生的硬件编程思维方式。
2.2.2 计算机组成原理实验
计算机组成原理实验是核心。它起着承上启下的作用，是让学生建立起整机概念的关键。它能帮助学生理解和掌握一台计算机整机系统的软件、硬件组成及相互之间的配合。其他课程要围绕计算机组成原理实验展开。数字逻辑实验课程要解决基本器件的设计和工具使用的问题，计算机组成原理实验要解决应用微处理器的问题。本课程要求学生重点掌握MIPS指令系统及指令周期、数据通路、系统控制等，在此基础上深化对硬件编程语言的理解。
2.2.3 计算机接口与通信实验
计算机接口与通信实验是完善、提高和应用。学生通过对器件的学习，完善了计算机的整机概念。在此基础上设计应用性的实验对学生来说是提高。本课程重点掌握基本外部芯片、基本的输入/输出部件的设计和应用。
3、基于计算机原型系统的一体化的实验实例
该实例利用并行接口8255A实现一个简单的计算器功能，通过8255A输入两个8位的数据，MIPS CPU将两个数据相加或者相减，并将计算结果通过8255A输出到数码管上。这个实例以MIPS CPU为核心，包含了数字逻辑实验中设计的ALU等部件，通过计算机组成原理实验形成了MIPS CPU部件，再结合计算机接口与通信实验中设计的8255A等接口部件，实现了一个小型的数字系统。如果在此基础上把操作系统和编译等内容包含进去就构成了一个计算机原型系统。
3.1 设计思路
为了实现使用程序查询方式在8255A与CPU之间交换数据，我们需要8255A工作在0方式。根据设计要求，我们需要两个8位数据口作为数据输入口，一个8位数据口作为数据输出口，共需要3个8位数据口，此外还需要一些控制信号，所以至少需要两片8255A芯片。第一片8255A的A口和B口工作在0方式，均作为数据输入。第二片8255A的A口和B口也工作在0方式，A口作为输入，B口作为输出，并使用PA0作为数据输入后完成并执行加法运算的信号，使用PAl作为数据输入后完成并执行减法运算的信号。MIPS CPU循环查询第二块8255A芯片的A口数据，一旦发现输入数据PA0或者PAl不为0，就从第一块8255A芯片的A口和B口读取两个数据到某个寄存器，然后计算两个寄存器内的数据的和或者差，并将结果输出到第二片8255A的B口。
3.2 系统的整体结构
系统需要的器件主要有MIPS CPU、两片并行接口8255A，还需要一个芯片能根据地址在内存和两块8255A芯片中做出片选，部分代替总线的功能。其总体结构如图1所示。
在本实验中，当地址小于128时，表示的是内存地址，则将总线数据写入内存或者从内存读取数据到总线上；当地址大于128时，从两片8255A中读写数据。
3.3 系统各模块设计
我们首先设计系统的各功能模块，接着设计MIPS汇编程序，最后生成顶层文件，绑定引脚并下载验证。
3.3.1 MIPS CPU模块
MIPS CPU是一个实现了MIPS指令集的32位精简指令集CPUN。本实验只关注MIPS CPU的外部接口，并为调试方便为MIPS CPU增加了很多接口，但实际上真正需要的接口只有CLK、DataReady、RData、PCIk、BE、RW、Adrr、WData，其作用分别是：时钟信号、数据准备好信号、读入数据信号、时钟输出信号、读取模式信号、读写信号、地址、写入数据信号。
如图2所示是MIPS CPU的符号模块。MIPS CPU文件的时序仿真波形文件如图3所示。
3.3.2 8255A可编程并行接口模块
在本实验中，8255A芯片工作在O方式，即A口、B口、c口的高低四位可以自行指定作为输入/输出端口使用。我们可以根据自己的约定把一些端口作为控制位使用。8255A的符号模块如图4所示。
我们对8255A可编程并行接口进行时序仿真后，8255A芯片A口输入B口输出的仿真波形文件如图5所示。
3.3.3 总线控制器模块设计
总线控制器（BUS Controller）是本次实验的核心器件，它的主要功能是根据MIPS CPU所要读写的地址，输出相应的片选信号和地址信息，控制将8255A的数据或者内存中的数据输出到总线上或者将总线上的数据写入到8255A的某些端口或内存中。在本实验中，当地址小于128时，表示内存地址，则将总线数据写入内存或者从内存读取数据到总线上；当地址大于等于128时，从两块8255A并口中读取数据。当地址大于128时，我们要根据之前所规定的端口号，产生相应的8255A控制信号，从而实现对8255A相应的端口进行读写。相应的8255A芯片的控制信息如表1所示。
总线控制器的符号模块如图6所示。
总线控制器的仿真波形文件如图7所示。
由于使用了两片8255A芯片，因此我们需要一个译码器和一个多路选择器，以便在两片8255A芯片中做出选择。译码器的符号模块如图8所示，多路选择器的符号模块如图9所示。
另外我们还需要七段数码管显示电路，它能够将数字转换为七段数码管的显示信号。七段数码管显示电路的符号模块如图10所示。
3.4 编写MIPS CPU汇编程序
我们将各个元件连好后，就开始编写MIPS汇编程序。本设计使用将程序硬编码在内存中的做法。控制逻辑如下所示：
1）第一块8255A的初始化：CS=0，RD=1，WR=0，AI=1，A0=1，控制字为8’b10010010；
2）第二块8255A的初始化：CS=0，RD=1，WR=0，AI=1，A0=1，控制字为8’b10010000；
3）然后循环查询第二块8255A芯片的A口，当PA0或者PAl为高电平时，表示数据准备好；
4）CPU分别从第一块8255A芯片的A口和B口读取两个8位整数到两个寄存器；
5）进行判断，如果PAl为1执行减法指令，如果PA0为1执行加法指令，计算结果保存在某个寄存器中。
6）将结果输出到第二块8255A芯片的B口。
顶层文件的仿真波形如图11所示。
3.5 生成顶层文件
之后我们需要对系统进行绑定引脚，进行一次全编译。系统顶层文件如图12所示。
