计算机软硬件知识
本文对计算机硬件课程体系及内容中存在的问题和不足进行了分析和讨论，提出了一些教改思路和方法。
目前硬件教学中主要存在的问题是：教材知识相对落后，学生无法学以致用，即教材无法激发学生的学习积极性；缺乏实践环节，实验条件差，学生开云真人无法锻炼实践能力，教师更无法鼓励和激发其创新能力；学生电子技术方面的理论基础较差，其对硬件的分析理解能力受到一定限制，学习困难较大。总体上讲，目前国内计算机硬件教学的状况不容乐观，重视这一问题，改革相应的教学体系和内容是非常必要的。导致当前状况的原因是多方面的，总的来说有以下几个方面。
首先，在认识和条件方面，国内的计算机教育存在着重软轻硬和急功近利的倾向。由于基础软件教学实施起来相对容易，实用性强，设备投资较小，有立竿见影之效果，甚至学生通过自己购买的微机即可完成多数软件课程的学习；而硬件课程的教学实施比较困难，设备投资大，通常每门课程需要配备专门的实验设备，相应辅助设备（如示波器等）的价格相对昂贵，实验设备的维护工作量较大，对实验室辅导和维护人员的要求也比较高。限于各方面的条件，国内多数高校在硬件课程及实验条件建设方面都明显不足，这导致了计算机硬件课程在教学上的不足。
其次，硬件知识特点和教学内容落后。从客观上来说，计算机硬件知识存在不直观，讲述起来抽象、枯燥，学生学习起来不太容易的现象。其中，“计算机组成原理”、“计算机体系结构”这两门课程的内容比较抽象，一般教材都与实际联系不紧密，再加上现有硬件实验的可视性差、直观性差，致使学生对硬件知识的理解存在困难。而“微型计算机原理”、“计算机外部设备”等课程的教材内容过于陈旧，无法调动学生的积极性，教学效果较差。
再次，课程缺乏足够的系统性。计算机是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统，计算机知识有着很强的系统性。而在目前的教学中，硬件课程知识与软件课程知识之间缺乏足够的交叉和互补，学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用。另外，在硬件课程之间也缺乏充分的衔接，有些知识点重复，有些知识点缺失，这些都导致了学生的知识体系结构不健全。
最后，缺乏足够的实践训练。计算机应用是一门实践性很强的学科，学生必须具备足够的动手实践能力和社会竞争力才能满足社会要求。而在计算机硬件教学中，实践教学时间严重不足，绝大多数学生不具备基本电路设计、调试和实现的能力。一方面是实验条件和设施的严重缺乏，另一方面是课程考试评价体系（包括社会各类计算机考试评价体系）中对硬件实践能力的不重视。
根据计算机硬件教学体系中存在的一些主要问题，改革教学内容的先进性、加强教学体系的系统性、增加并提高实践教学知识和内容已成为国内各高校计算机专业迫在眉睫的任务。
由于计算机硬件技术发展非常迅猛，而国内多数高校的主要教学内容基本还停留在十年前的水准,尤其是“微型计算机及接口技术”的课程内容，基本是以8086/8088 CPU为主体进行讲述，而学生在实验室使用的却都是CPU为Pentium Ⅲ 以上的微机；学生在高级编程中希望了解分页分段存储管理技术，而教学中却只讲述分段内存管理技术。因此，学生会对教学的内容感到疑惑、反感甚至是厌恶。
许多客观条件原因限制计算机硬件教学内容的更新。其一，计算机硬件发展太快，真正能反映当今世界微机领域新技术的微机原理教材太少，相应的实验设备和条件几乎没有。其二，最新的硬件知识往往包含许多较复杂的技术，学生较难学习和理解，由于组织和实施教学的难度非常大，许多教师偏向于讲述旧的知识。其三，新知识的过快更新给许多教师带来了巨开云真人大的工作量和工作压力，熟悉并掌握新的教学知识和内容往往需要几年时间的摸索和实践，因此教师往往跟不上新技术的发展。
要解决这个问题，首先要改进计算机硬件教材。计算机硬件的教材应是先进的、能反映目前世界微机领域内硬件新技术、新成就的知识。例如“微机原理及接口技术”的教材至少应涵盖目前世界上微机领域内最先进的知识及技术，像分支转移预测技术、超标量执行技术、微机的流水线操作技术、高速缓冲存储器技术、虚拟存储器技术（分段存储管理技术和分页存储管理技术）、浮点数据处理技术、高速总线传输技术等。正是这些技术，为微型计算机提供了卓越的性能，并构成了各种高性能软件的载体。
考虑到教学安排的层次性和循序渐进的要求，可以在教材中有选择地加入部分旧的知识结构。例如“微机原理”教材可以将8086/8088 CPU作为模型机，删除那些过于陈旧的知识，用8086CPU的结构和基本电路为学生建立微型计算机的概念，然后引入当前的一些新技术和知识。
由于历史原因，国内多数高校微机原理教学均以Intel公司的处理器为讲述对象，而欧美等国一般以Motorola、Alpha或MIPS处理器作为讲述对象。从技术的先进性上讲，前者不如后者，如果希望与国际接轨，部分有条件的高校可以考虑直接采用国外著名教材。
硬件和软件知识是相辅相成的，它们都包含丰富的知识和先进的技术。计算机硬件知识必须对计算机的体系结构、组成及其核心技术进行系统的描述，以使学生能学到先进的硬件知识。硬件知识的学习对学生理解计算机软件的工作有着非常大的帮助，尤其是系统软件和底层软件。而学到计算机软件知识后，再学习计算机硬件知识，会对软件的载体――硬件、硬件组成、硬件的工作原理以及软件是怎样依附于硬件的全过程有一个飞跃的认识。只有这样，学生的计算机知识才能达到一个完美的统一，他们才能学到计算机的系统知识，而不是残缺的计算机知识，最终达到对计算机系统软、硬件基本知识的融会贯通。
而目前计算机软硬件教学之间却基本分离，教师之间缺乏足够的沟通。学生尽管学习了一些计算机硬件接口知识，但在使用高级语言对硬件进行编程时却无从下手；尽管学习了操作系统和网络技术等课程，却不知道在嵌入式系统如何应用相关理论。当需要综合运用软硬件知识来解决问题时，多数学生都是一筹莫展。这些都说明，在计算机教学体系中软硬件课程间的结合存在问题，学生的知识结构缺乏完整性和系统性。
因此，必须在软硬件课程的教学内容中进行适当的穿插。例如“操作系统”课程中的CPU调度、内存管理与“计算机组成原理”和“计算机系统结构”课程中的许多知识都密不可分，在理论课程教学中提及相应课程知识，可以引导学生思考，建立必要的知识关联。在“微机原理及接口技术”的课程中，可以加入一些利用高级语言对硬件进行编程的实例，既可激发学生的兴趣，又可提高学生对硬件的编程能力。
另外，计算机硬件课程之间还存在重叠和互补的关系，教学中也应注意相互次序和互补，以保证教学知识的系统性和完备性。
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：
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。
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）。
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）。
（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。
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。
计算机在商业和家用方面已经普及使用,有台式的、有手提便携带式的、有微型的、还有中型的和大型的等,对计算机维护和维修的基本要求就是利用软硬件知识去保证机器正常使用。为了保证家用计算机不影响正常的生活,我们对家用台式计算机为主体进行分析。
现在,通常的家用计算机主要是青少年用于配合学校学习而购置的,硬件以单CPU台式机为主,配以微软系统软件、OFFICE软件和防病毒软件为主。实际上,青少年把计算机用于学习的时间不多,多是用于上网浏览和打游戏。所以,他们使用的硬件往往是比较近代的产品,配置也比较高新;对应用技术软件则要求不多,至多在添加设备扫描仪的同时加上图形(例如PHOTOSHOP)软件。
越高档的计算机,它的硬件就越要求好的运行环境,好的环境就需要好的维护措施,才能防止运行环境变坏,才能保证计算机运行良好。所以,提出下列要求:
(1)定期检查电源散热风扇是否运转正常,灰尘多时要拆开清洁。目的是防止电源风扇停止转动而影响电源部件的散热需要。
(2)定期清洁软盘和光盘驱动器的磁头与光头(如半年一次)。目的是防止磁头或光头因为灰尘或脏物造成读盘出错。
(3)定期检查CPU、显示卡等部件上的散热风扇是否运转正常。目的是防止风扇停止转动而影响CPU和显示卡等主要部件的散热需要。
(4)计算机要定期进行使用,避免长期放置不用。目的是防止计算机元件因为接触不良或电容失效而影响需要使用时无法工作。
(5)开机时应先给外部设备加电,后给主机加电;关机时应先关主机,后关各外部设备,开机后不能立即关机,关机后也不能立即开机,中间应间隔15秒以上。目的是防止电源电压对计算机元件的意外冲击而损害。
(1)开机后,系统软件没有完成进入正常使用时,不能立即关机。目的是防止不但容易损坏软件,也会容易导致硬件损坏。
(2)基本应用软件安装使用正常后,马上进行系统区域备份工作(可利用GHOST软件备份到另一硬盘区域或另一个硬盘,还可以刻录到光盘上或U盘上)。目的是为快速修复系统软件作好预备工作。
(3)必须安装有防病毒软件后才能复制非本机的文件进入本机和上网浏览,防病毒软件发出提示时,不能确认的不要允许通过,防病毒软件必须要定期升级更新。目的是防止病毒软件损害计算机内的软件甚至是硬件,病毒软件几乎每天都在更新,所以防病毒软件也要求能自动更新。
(4)随时或定期做好自编文档、图片和录象等备份工作(方法参照第2条)。目的是防止因为计算机系统软件或硬件的损坏而导致自己的劳动果实丢失。
(5)不要随便删除系统盘上的软件。目的防止系统软件链被意外损害而系统无法正常工作。
(6)同类型的软件不要全部安装使用,只挑选一种。目的是避免软件冲突,例如把2个以上防病毒软件安装在同一主机,就可能因为双重工作甚至相互争先而导致软件运行速度下降,严重的会引起停机不工作。
(7)执行软件工作,没有必要的话,尽可能不要同时执行同类型的多任务工作。目的是防止CPU工作量大,耗能也大,速度也会降低,软件容易出错。例如同时进行多任务复制或下载工作,一个任务只需要30分钟,两个30分钟的任务,不等于在30分钟同时完成,而可能会变成需要60分钟才能完成,三个以上的任务就更加难以确定了,除非主机性能等各方面因素都良好会有例外。
(8)关机时按系统软件的要求进行操作,不要直接使用硬件按钮简单地进行关机。目的是避免系统软件出错或损坏,导致下次开机不能使用,或要花费较多的时间启动软件自动进行扫描检查。
今天,计算机硬件和软件变得更加密不可分,许多原先由硬件实现的功能改由软件实现。对计算机来说,软件成份占了相当部分。很多软件故障,客观上也表现为硬件的故障。有些故障是可以明显而容易地区分到底是硬件还是软件上的问题。有些则需要作一定的工作才可以判定到底是软件故障还是硬件故障。这就要求维修人员既要具备硬件知识,又要具备相当的软件知识。因此,提出下列要求:
(2)熟悉计算机通用系统软件的快速安装与使用,熟悉常用软件的安装和使用(例如office等软件)。
(6)会使用工具软件调整或修复可以进行修复的硬件,如BIOS数据,硬盘物理部分损坏等。
(7)会分析检测主机关联设备的正常与否,会检测常见设备的正常与否,如打印机。
(9)需要熟悉局域网有关硬件和软件的安装和应用,会分析网络故障的原因是由硬件还是软件引起的。
(10)对每次出现的故障和维修结果,要进行记录和总结,积累维修资料,多翻阅学习计算机软硬件书刊,以提高维修的效率。
[1]王佩珠.电工电子学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1993,(5).
我们在中专学校开设计算机专业，就是为了把学生培养成动手能力强，创新能力佳的计算机人才，这就要求学生不仅能够熟练地使用各种计算机软件，而且还要求学生能够排除计算机硬件出现的各种故障，只有如此，学生才能够成为计算机综合素质全面发展的计算机人才。但是在一些教师教学的过程中，只注重对软件的教学，认为学生只要熟练地掌握了各种软件的应用方式即可，这导致学生在电脑硬件出现了问题之后不能够及时排除。另外一些教师在潜意识里面认为学生在毕业之后的出路是维修电脑，因而在教学的过程中就只注重硬件维修教学，使得学生不能够熟练掌握软件的应用方式，造成了其能力发展的不全面。
2.1在中专学生计算机能力培养的过程中，要做到理论知识教学与实际应用能力教学并重
我们在中专学校培养出来的计算机人才要是全面发展的人才，要能够满足社会对于人才的期望，就必须在教学的过程中做到理论知识与实际应用能力教学并重。首先，在计算机课程教学的过程中要加强理论知识的教学，为学生讲解计算机运行的原理、各种计算机软件设计的理念、各种计算机程序设计的方法等，只有如此，学生才能够在实际运用计算机的过程中对出现的问题进行追根溯源，从本质上解决出现的各种问题。其次，加强对学生实际应用能力的培养。学生学习计算机的目的就是为了应用，所以我们一定要加强对学生应用能力的培养。通过让学生跟着教师的演示进行练习、让学生自主操作完成练习作业、让学生分小组完成课下作业等方式来增强学生的计算机应用能力。还可以通过设置兴趣小组，让学生根据自己的兴趣自由组合实践的方式提高学生的计算机实际应用能力。
软硬件知识协调发展对于学生的意义在于，学生不仅仅能够掌握支持软件运行的电脑硬件构造原理，能够自主解决电脑硬件出现的问题，还能够掌握各种实用性和功能性很强的软件程序的运用方法，解决软件程序运行过程中出现的问题，并且利用程序来辅助各种复杂工作的进行等。因此，教师在教学的过程中要做到软硬件知识教学协调发展。首先，对学生开展各种实用软件的教学，包括办公软件、修图软件、杀毒软件、测试软件等的教学，使学生熟练掌握常用软件的应用技巧，能够利用软件来辅助日常的生活和工作的进行。其次，对学生进行硬件知识教学，使学生明白计算机的内部构造以及各零部件的功能等，使其能够自主安装电脑，并且能够对电脑硬件出现的故障进行排除。
正常使用。对计算机的维护和维修,不但要懂得硬件的知识和技术,还要懂得软件的知识和技术。只有掌握硬件和软件的基本知识和技术,才能搞好计算机的维护和维修工作。
现在,通常的家用计算机主要是青少年用于配合学校学习而购置,硬件以单CPU台式机为主,配以微软系统软件、OFFICE软件和防病毒软件为主。实际上,青少年把计算机用于学习的时间不多,多是用于上网浏览和打游戏。他们使用的硬件往往是比较近代的产品,配置也比较高新;对应用技术软件则要求不多,至多在添加设备扫描仪的同时加上图形软件。
1.硬件的维护要求和目的。越高档的计算机,它的硬件就越要求好的运行环境,好的环境就需要好的维护措施,才能防止运行环境变坏,才能保证计算机运行良好。提出下列要求:(1)定期检查电源散热风扇是否运转正常,灰尘多时要拆开清洁。目的是防止电源风扇停止转动而影响电源部件的散热需要。(2)定期清洁软盘和光盘驱动器的磁头与光头(如半年一次),目的是防止磁头或光头因为灰尘或脏物造成读盘出错。(3)定期检查CPU、显示卡等部件上的散热风扇是否运转正常,目的是防止风扇停止转动而影响CPU和显示卡等主要部件的散热需要。(4)计算机要定期进行使用,避免长期放置不用,目的是防止计算机元件因为接触不良或电容失效而影响需要使用时无法工作。(5)开机时应先给外部设备加电,后给主机加电;关机时应先关主机,后关各外部设备,开机后不能立即关机,关机后也不能立即开机,中间应间隔15秒以上,目的是防止电源电压对计算机元件的意外冲击而损害。
2.软件的维护要求和目的。(1)开机后,系统软件没有完成进入正常使用时,不能立即关机,目的是防止不但容易损坏软件,也会容易导致硬件损坏。(2)基本应用软件安装使用正常后,马上进行系统区域备份工作,目的是为快速修复系统软件作好预备工作。(3)必须安装有防病毒软件后才能复制非本机的文件进入本机和上网浏览,防病毒软件发出提示时,不能确认的不要允许通过,防病毒软件必须要定期升级更新,目的是防止病毒软件损害计算机内的软件甚至是硬件,病毒软件几乎每天都在更新,防病毒软件也要求能自动更新。(4)随时或定期做好自编文档、图片和录象等备份工作(方法参照第2条),目的是防止因为计算机系统软件或硬件的损坏而导致自己的劳动果实丢失。(5)不要随便删除系统盘上的软件,目的防止系统软件链被意外损害而系统无法正常工作。(6)同类型的软件不要全部安装使用,只挑选一种,目的是避免软件冲突。(7)执行软件工作,没有必要的话,尽可能不要同时执行同类型的多任务工作,目的是防止CPU工作量大,耗能也大,速度也会降低,软件容易出错。(8)关机时按系统软件的要求进行操作,不要直接使用硬件按钮简单地进行关机,目的是避免系统软件出错或损坏,导致下次开机不能使用,或要花费较多的时间启动软件自动进行扫描检查。
(1)熟悉计算机硬件各部分功能,熟悉硬件自带软件的使用,熟悉组装过程。(2)熟悉计算机通用系统软件的快速安装与使用,熟悉常用软件的安装和使用。(3)会使用测试卡、万用表等工具检查硬件基本数据状态。(4)会对比分析硬件的正常与否,用替代法判断硬件的好坏。(5)会使用工具软件检测硬件的性能。(6)会使用工具软件调整或修复可以进行修复的硬件。(7)会分析检测主机关联设备的正常与否,会检测常见设备的正常与否。(8)会分析主机故障的原因是属于硬件引起还是软件产生。(9)需要熟悉局域网有关硬件和软件的安装和应用,会分析网络故障的原因是由硬件还是软件引起。(10)对每次出现的故障和维修结果,要进行记录和总结,积累维修资料,多翻阅学习计算机软硬件书刊,以提高维修的效率。
(1)必须具有家用计算机维护和维修技能。(2)要了解和熟悉本单位或行业的计算机硬件构造,知道部件的性能。(3)要了解和熟悉本单位或行业的软件的安装和使用,要设置软件的备份工作。(4)要熟悉常用工具软件的安装和使用。(5)对24小时运行的机器,要定期在机器闲时阶段进行停机或不停机检查和维护。(6)对配有的UPS电源,进行定期的放电和功率测试,防止UPS电源失效而无法起到备用电源的功用。(7)设置运行维护记录表格,定时记录有关状况,以保证维护工作执行和完成。
[1]王佩珠.电工电子学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1993(5)
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