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计算机设计毕业论文

发布时间:2022-05-16 02:37:32

计算机设计毕业论文

计算机设计毕业论文:通用型列控系统的计算机设计论文

1安全计算机平台硬件结构改进

信号系统包括地面系统与车载系统,车载设备是以一个安全计算机扩展开的,而地面系统则包含多个基于安全计算机的设备,系统功能多,结构复杂,具备典型性.因此,本文以CTCS-3地面信号系统安全计算机平台简化方案为例.该方案的硬件平台也可以较少修改移植于车载信号系统.

1.1信号系统实施方案基于分布式原则,将CTCS-3级信号系统分为优秀主机部分和远程外设(车载设备也作为远程外设)部分,如图1所示.①优秀主机部分基于优秀主机型配置的安全计算机平台实现,放置于目前信号机械室内,支持目前无线闭塞中心(RBC)、临时限速服务器(TSRS)、计算机联锁(CBI)和列车运行控制中心(TCC)的优秀控制逻辑,以及与临时限速服务器(TSRS)、计算机联锁(CBI)相适应的人机界面(DMI)的功能.②远程外设部分基于远程外设型配置的安全计算机平台实现,尽量靠近现场控制对象,确保远程外设和现场控制对象之间的硬连线尽可能缩短.远程外设支持计算机联锁通用数字量输入或输出功能;轨道电路通用数字量输入或输出功能,智能输入或智能输出功能;轨旁电子单元(LEU)通用数字量输入或输出功能,智能输入或智能输出功能。

1.2系统的具体实现针对列控系统这样的安全苛求系统,提高可靠性和安全性的最直接办法就是采用硬件冗余结构,但这样会加大共因失效的概率.因此,为了降低整个冗余结构的失效率,应遵循差异性结构的设计原则,在物理、功能及流程三方面,保证各通道、模块之间或系统功能之间存在充分独立性.本设计采用硬件/软件差异性设计原则.通过硬件上选择不同处理器架构,同时选择不同的操作系统、不同的编译器、不同的编程语言及开发环境,从而降低共因失效.改进的安全计算机平台基于2乘2取2结构,如图2所示.图2主要分为3个部分:逻辑处理单元(LogiProcessingUnit,LPU),外部设备管理单元(Pe-ripheralManagementUnit,PMU),容错和安全管理单元(FaultTolerantandSafetyManagement,FTSM)[6-7].其中,逻辑处理单元由2组共4个LPU构成,每2个LPU构成1组2取2结构的一系,两系构成2乘2取2结构.每一系2个LPU一个基于X86架构,另一个基于PowerPC架构.容错和安全管理单元由2个或多个FTSM构成,在满足安全性的前提下,优先选择2个FTSM的方案,即2取2(1-out-of-2,1oo2)结构的FTSM方案,2个FTSM一个基于ARM架构使用C语言实现,另一个FPGA使用VeriLogHDL实现.外部设备管理单元由2组共4个PMU构成,每2个PMU构成1组2取2结构的一系,两系构成热备(2乘)2取2冗余结构或并行2取2冗余结构.每一系的2个PMU一个基于X86架构,另一个基于PowerPC架构.根据上述信号系统的功能分析,通用安全计算机平台应可以配置成优秀主机型配置、远程外设型配置两种形式,见图3和图4.典型的优秀主机型配置包括逻辑处理单元、外部设备管理单元、容错和安全管理单元3个部分及安全通信内网VCIN.典型的远程外设型配置时,包括外部设备管理单元、容错和安全管理单元两个部分及安全通信内网VCIN。

2安全计算机平台软件结构改进

由于列控系统采用不同软件来实现不同的功能,要将几台设备完成的功能集成到一台设备,在时间上和内存上需要对各任务进行隔离,使得同一时间只有特定的任务在特定的内存中运行.这样在逻辑上没有破坏现有控制系统的结构,只是在硬件上运行于一台计算机中,能够在完成规定功能的基础上减少硬件的投资并提高了安全性.本文采用时空隔离的方法来实现通用型安全计算机平台软件的集成,并且基于实时操作系统来开发,在便于维护的同时还可以提高软件的可靠性和稳定性.1)时间隔离方面,采用了两级调度结构,如图5所示.底层使用时间片隔离的方法使子系统间不能相互干扰;上层在子系统内部使用实时调度算法以提高系统的效率.测量时间并计算参数时需要使用松弛迭代的路径测试方法,并利用VxWorks操作系统提供的时间功能.2)空间隔离方面,也采用了两级调度结构,如图6所示.底层使用MMU的功能对各子系统设置独立的地址空间,使得子系统间不能相互干扰;上层在子系统内部使用改进的动态内存分配算法best-fit,大块内存和小块内存的分配方式不同,以提高系统的效率并减少碎片化。在内存管理上,采用两级内存管理来提高内存的使用效率和管理的实时性.子系统内部采用改进的大小内存块的best-fit算法进行动态内存管理,保证了内存分配的实时性和低碎片性.在子系统间采用基于MMU的页内存管理方式,保证了实时性和隔离性.

3安全计算机平台实验验证

3.1硬件结构验证

3.1.1安全性指标计算本文采用挪威工业科技研究院(SINTEF)开发的PDS(基于计算机的安全系统)方法对改进的硬件结构安全性指标进行计算,该方法遵循IEC61508标准体系的相关规定和结论.计算过程在本文中不再赘述,详细步骤可参见文献[9].量化指标用每小时危险失效的平均频率(AverageFrequencyofaDangerousFailurePerHour,PFH)来表示.PFHSYS表示系统每小时危险失效的平均频率,其中有6项参数是未定的:诊断覆盖率DC,冗余结构修正因子CMooN(M-out-of-N,表示“N取M”;M≤N,均为自然数),失效率λ(FTSM单板的失效率为λFTSM),远程外设配置个数i,功能测试时间间隔τ,共因失效因子β.其中共因失效因子β根据计算,在本文中取1%.为了简化并考虑到经济效益,FTSM冗余结构采用loo2.而远程外设配置个数与实际应用相关,不能通过技术等手段限制.PFHSYS是通过计算共同提供安全功能的所有子系统的危险失效概率,并把这些值相加.用PFHL、PFHP、PFHR分别表示逻辑子系统、外设管理子系统及远程外设的每小时危险失效的平均频率,相加得出下式。

3.1.2硬件结构实验验证图8硬件实验平台Fig.8Hardwareexperimentplatform在实验室以优秀主机的安全计算机平台为架构搭建的测试平台,采用COTS的硬件和软件资源.搭建一系1oo2结构逻辑处理单元和一系1oo2结构的外部设备管理单元,以及1个1oo2结构的FTSM如图8所示.搭建安全计算机硬件测试平台,先进行逻辑处理单元和FTSM的功能的测试,然后进行外部设备管理单元的安全通信功能测试.1)内部安全通信功能实验.具体实验方法是两台PU机向ARM、FPGA发送测试数据,通过PU机观察ARM、FPGA返回的数据.以验证PU机、ARM、FPGA的之间安全通信帧结构的具体功能.如图9所示,实验返回了两组数,通过地址标识判断,FPGA的返回数据为:00000b0d0000aaaa99dadf6bdc757674.ARM的返回数据为:00000b0e0000aaaa00c466f2c19247e4.前2字节为序列号,接着2字节为地址标识,接着4字节为数据位,最后8字节为通过计算前面8字节数据所得64位CRC检验码.这两组校验码均与通过Mi-crosoftVisualC++6.0计算的结果相一致.由序列号的定义、地址标识的定义和CRC检验码计算结果可知,ARM、FPGA返回的数据正确.本次实验验证了ARM板、FPGA板的序列号生成功能、地址标识功能、CRC检验编码功能的正确性.2)容错和安全管理实验.FTSM的工作流程是:首先通过内网与2台PU机连接,FTSM上电启动后等待PU1、PU2两台PU机的数据.然后对接受到的2台PU机数据进行数据解帧,CRC校验检查、地址标检查、两机数据时序约束、两机数据比较、序列号检查等数据正确性检查.最后对上述结果进行组帧输出.下面进行FTSM的功能实验:具体实验方法是PU1、PU2分别在下述6种情况下向FP-GA、ARM发送测试数据,在PU1、PU2上观察FP-GA、ARM的返回数据,以验证1oo2结构FTSM的功能,实验结果如表1所示.表1中,实验3与实验2共同验证了比较检查功能和CRC校验功能可以对正确与错误的输入做出相应的输出;实验4与实验2共同验证了目标地址标识检查功能和CRC校验功能可以对正确与错误的输入做出相应的输出;实验6与实验1共同验证了FPGA、ARM之间能正确通信,以及2取2结构正确性;实验5验证了时序约束功能.3)外部设备管理单元安全通信实验.为保证外部设备管理单元的通信安全,对通信的数据采用监听诊断,引入SPAN(SwitchedPortAnalyzer,交换端口分析仪)技术,通过实验测试,验证该技术既可以实现对数据监听,又能应用到外部设备管理单元.实验包括在Catalyst2950交换机中,实现第三方设备监控通信,以及自身设备监控通信,如图10所示.第三方监控通信是A计算机向C计算机发送,在B计算机上,使用抓包获取数据,能够获取源端口发往目标端口的镜像数据.通过SPAN镜像的数据与A发往C的数据一致,达到实验预期效果,说明B计算机能监控A与C之间的通信,实现B计算机监督A计算机输入输出的功能.自身设备监控通信是使带入口通信转发功能的目标端口对应B计算机向源端口对应C计算机发送数据.在带入口通信转发功能的目标端口,抓包能够获取B发往C的数据.说明了目标端口既可以实现实数的输入转发,又可以实现对源端口的监控.

3.2软件集成验证

为了验证提出的软件改进,在CTCS-3列控系统中选取RBC,TCC,TSRS进行集成.其中RBC由3个任务组成:列车注册、列车注销和MA生成;TCC有一个任务:发送调度信息.TSRS由两个任务组成:临时限速提示激活和重复提示.软件的时间参数(总周期和各子系统隔离时间)和空间参数(各子系统隔离内存大小)的确定方法如下.

3.2.1时空参数的确定时间参数有两个,即分配给每个子系统的隔离时间和每个程序执行所需时间,隔离时间可以通过执行所需时间计算出来,而执行所需时间可利用软件测试的方法和VxWorks的实时性来确定.因此,计算出RBC、TCC及TSRS的一个周期内分配的时间分别为220ms,44ms,44ms.空间参数利用VxWorks集成开发环境Work-Bench的memoryanalyzer工具,可知每个子系统的最大内存使用情况.再根据以下内存分配算法进行放大:1)已知任务内存集合{Mi|1≤i≤m}为任务正常运行时所需要的内存大小.2)令ΔM=min{Mi|1≤i≤m}.3)以ΔM为基准对内存集{Mi|1≤i≤m}进行归一化处理,任务τi的内存Mi进行归一化处理后的结果是ni.定义处理后的结果为{ni|1≤i≤m}.4)计算{ni+ni+1|1≤i≤m,令nm+1=n1},取最大值N=max{ni+ni+1}.5)计算出所需内存的总大小为L=ΔM×N,划分成N个ΔM大小的内存块.这样计算可得所需全部内存为60KB.从时间和空间两方面都知道具体分配参数后,就可以编程实现.

3.2.2编程实现所采用的软件平台为VxWorks-cert,之后模拟RBC,TCC,TSRS的功能,并通过编程予以实现,观察各子系统状态如图11所示。图11中图(a)~(d)表示正常情况下各子系统运行;图11(e)表示在TSRS程序中任意行加入一个比较长的延时,使在分配的时间内不能完成功能.TSRS无法在分配时间内完成,没有发送OK返回值,RBC、TCC没有检验到OK返回值,输出错误信息.图11(f)表示在TSRS任意程序中任意行加入比较大的内存分配,使得分配给它的内存不够使用.而由于内存出错,TSRS无法完成任务,均输出错误信息.实验结果说明了通过编程实现RBC、TCC及TSRS的功能的可行性,达到了将几台列控系统设备的软件功能进行集成的预期目的.该设计首先确定程序的最坏执行时间,然后计算出总周期和各子系统的隔离时间,最后按照所需内存安排静态内存分配.图11也证明了这种方法能够保证程序在时间和空间的确定性,使其具有良好的安全性.

4结论

本文主要针对目前CTCS-3级列控系统安全计算机软件和硬件的集成提出一套方案,包括基于差异性结构的硬件平台以降低共因失效,基于两级调度的软件架构以实现时空隔离,并分别进行了理论计算和实验验证.实验结论如下.1)利用PDS方法计算改进硬件结构的安全计算机平台的安全性指标,在配置合适的参数条件下能够满足安全完整性等级SIL-4.并且通过实验验证了改进的硬件结构能够实现内部安全通信、容错和安全管理及外部设备管理单元安全通信的功能.2)提出软件集成设计通过理论计算和软件测试的方法,确定时间参数和空间(内存)参数,并通过编程实现RBC、TCC和TSRS的功能.程序运行结果表明在满足基本功能的条件下,还实现预期的时间保护和空间保护的功能.

作者:郑升曹源张玉琢景浩胡华单位:中国铁路总公司运输局北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心

计算机设计毕业论文:职业院校计算机设计论文

一、职业院校计算机设计类专业学生能力培养上存在的问题

(一)教材侧重问题专业院校的教学目的不仅是要让学生掌握好专业的知识技能还要让学生有一定的动手操作能力,根据教育者提供的设计题目,想出更好地设计意图,完成设计作品。

(二)教师授课内容问题教师的授课不仅要让学生掌握好基本的软件操作的知识,在学生的应用能力上还要很好的培养,不要让学生照本宣科的学习而是好培养他们的创造性。

(三)课程设置问题在各类的计算机设计专业的院校都开设了这样一些基础的教学课程,将平面、立体、色彩这三个内容作为支撑设计教学的内容,但是在很多的学校都普遍存在一个问题,那就是理论不能够与实践很好的结合,这里的理论与实践的结合是指:在课程的安排上是理论与实践相结合的,但是在课程的学习上并不是理论与实践相同步的。当开展实践课的时候,有些时候是所学的知识不能运用到实践中,有些实践课程是实践内容在课程上还没学到,这样的课程设计很难达到教学最初所要达到的目的,为教学的展开起到了事倍功半的反效果。分析和解决这些问题的关键就在于:一方面,要加强和完善理论与实践的同步性;第二,要加强学生的动手操作能力与创造性。只有这样计算机设计专业才能更好的发展,学生的能力也才能得到相应的提升。才能提高学生的社会竞争力。

二、计算机设计类专业学生基本能力培养内容和实现途径

(一)学生基本设计能力培养的内容学生的设计能力要从各个方面来培养,例如:基础知识的掌握,对设计图中点、线、面的控制和培养、色彩的运用能力、综合运用设计能力、创新能力等各方面来培养学生的专业运用计算机的能力。1.“三大构成”基础知识的掌握。平面、立体、色彩这三大方面需要进行详细的讲解,学生也要认真的研读,这样才会减少在设计方面的失误。2.“点、线、面”操控能力的培养。在设计的作品中,点、线、面是构成作品最基本的单位,因此要能设计好一个作品,给人眼前一亮的感觉,就要在这三个方面做到巧妙、熟练的运用,对这三个方面的运用要做到有针对性的分析,找出规律,这样对学生完成作品很有帮助。3.色彩运用能力的培养。对色彩的运用,就是要在选择颜色上多下功夫,还要考虑颜色的搭配,不仅要反映作品中所表达出来的情感基调,对作品中的细节也要有颜色上的准确把握。4.综合运用设计手段的能力。引导学生将传统的设计方法与现代的设计思路相结合,综合的运用各种手段将作品呈现到最好。5.外部设备应用能力的培养。提高学生运用其他设备的能力,运用其他的设备来完善自己作品中的缺陷已达到完美。6.创新能力的培养。设计的创意是作品的灵魂。当一个作品呈现在大家眼前时,人们最关注的还是创意,这就需要作者掌握的知识要广泛,这样才会让设计者有丰富的联想和设计创意。

(二)学生基本能力培养实现途径1.重视学生基本能力的培养。计算机设计专业学生的基本设计能力培养是平面设计的起点,任课教师应当对学生的基本设计的课程给予高度的重视。2.有机融合设计基础教学与设计应用教学课程的内容。教师应当注重加强自身的专业素质,及时的了解教学的进度,将课程的内容与实践紧密的结合,做到讲和练相结合。逐步提高学生的应用能力。3.充分利用学生的课余时间,组织好互动与交流。在学校中学生与教师要加强交流,开展兴趣小组,加强师生间的交流与互动,使学生基本能力培养的有效补充。

作者:殷燕单位:保定市高级技工学校

计算机设计毕业论文:自主可控计算机设计论文

1自主可控计算机信号完整度设计

在自主可控计算机系统中,设置有种类较多的EMI信号,其信号敏感性较强,确保高速信号传输的完整性与可靠性是系统设计的关键,直接关系着整个计算机系统作业的可靠性与稳定性。影响计算机信号完整度的因素较多,如系统布局、叠层设计、内存信号布线、高速差分信号布线等。为此,在进行系统布局时,需要依托模块化设计理念,依据电路功能进行模块划分,明确元器件布置区域,让信号传输线尽量短,降低信号反射对信号完整性的影响,还应确保传输线路其阻抗匹配良好,复位电路与时钟电路设置,应尽量与芯片位置距离较短,降低电磁辐射影响。在叠层设计过程中,需要依据系统布置状况,采取PCB叠层设计方法,合理设置其层数,降低电路电磁所产生的干扰问题,为电路系统运行提供保障。在内存信号布线时,应将同组信号于相同布线层中视线中走线,加强长度匹配控制,采取蛇形线进行布置;在差分信号布线中,应尽量将其传输线等长设置,其布线形式采取平行布线方式,综合考虑耦合原则,确保信号完整度。

2自主可控计算机软件系统设计

为实现自主可控计算机具备自主知识产权,系统在设计中,其软件均采取国产化软件,具体而言,包括计算机操作系统、计算机应用软件、计算机固件系统等。针对操作系统而言,为确保操作系统运行能力,对系统底层硬件驱动进行分析,确保操作系统可以有效对底层硬件机构执行有效驱动,确保系统可以运行稳定可靠。因我国国产的软件其时间较短,实践应用仍需要进一步改善,其系统与系统之间的兼容性有待深入研究,需要在实际运行应用中及时发现软件系统中存在问题,并予以解决。

3自主可控计算机设计成果测试分析

通过对自主可控计算机的硬件设计与软件设计,通过研制组装,最终实现了国产自主可控计算机研制。在样机设计完成后,采取针对性测试软件,分别对自主可控计算机的CPU、内容、硬盘及其他数据接口性能进行测试,并对其高低温环境下运行状况进行检测。试验检测结果证明,该自主可控计算机U盘读速度正常,硬盘读速度正常,计算机主板与3A主板性能相当,该计算机在零下40℃-50℃环境中,均可以正常作业,此外,还对自主可控计算机进行了连续拷机检测,充分证实了该自主可控计算机具备良好的稳定性工作能力,其可控性高,安全性好,未来应用前景广阔。

4结语

自主可控计算机未来发展前景广阔,本文重点对自主可控计算机的硬件系统与软件系统设计进行研究,通过应用国产化部件,实现了自主可控计算机设计。经过试验检测发现,该设计成果具备良好性能,性能稳定且可控性高。相信随着科技进步,其发展前景会更为广阔,应用效果更佳。

作者:王慧军单位:平顶山教育学院

计算机设计毕业论文:单板计算机设计论文

1硬件设计

1.1时钟电路PowerPC模块需要提供时钟信号供MPC107,VME总线接口电路,以太网接口电路,串口使用,为减少时钟种类,提高系统工作可靠性,将32MHz作为基本时钟,该时钟提供给MPC107使用,在MPC107内部经锁相环倍频后产生64MHz时钟分别供CPU和FPGA使用,MPC107提供3路32MHz的PCI时钟分别供FPGA,以太网和VME总线接口芯片使用,在FPGA内部将32MHz时钟分频为16MHz时钟供FPGA内部串口逻辑使用。25MHz时钟供以太网接口电路使用。高频时钟信号在源端串接22Ω电阻。

1.2电压转换电路PowerPC模块上的电源要求为MPC755内核电压为2.0V,允许偏差为5%;PowerPC接口电压为3.3V;MPC107,FPGA内核电压为2.5V,允许偏差5%,接口电压为3.3V;其他芯片均为5V或3.3V。2.0V、2.5V和3.3V的电源变换电路用DC-DC变换器JW1083实现。

1.3处理器电路PowerPC模块采用MPC755,芯片的最高工作主频为350MHz,优秀频率设定为256MHz。PowerPC通过桥接器MPC107访问板内资源。主要集成以下功能块:超标量处理器、32kB指令Cache和32kB数据Cache、1MB的L2Cache接口、128位宽内部数据通道,64位系统数据总线和L2Cache总线、32位地址线、64位数据线、整型数据类型有8,16和32位、浮点数据类型有32和64位。MPC755的主要特性有:每指令周期可以从指令Cache中取4条指令;每时钟周期可以开始两条指令执行;每时钟周期可同时6条指令执行;大多数指令周期为单周期指令。MPC755有在系统测试和调试特性,JTAG接口可通过相应的硬件工具来测试数据处理。

1.4MPC107桥控制器MPC107PCI桥接器/集成存储器控制器提供MPC6XX,MPC7XX,MPC74XX处理器到PCI总线的接口。MPC107提供功能有:一个高性能的存储器控制器,双处理器的支持,双通道DMA控制器,一个中断控制器,一路I2O消息控制器,一路I2C接口和一个时钟锁相环电路。MPC107内部有配置寄存器,配置寄存器基地址为0xFEC00000。MPC107主要特性:存储器接口是32位或64位数据宽度,频率66MHz,支持SDRAM、8位,32位,64位BOOTROM、支持数据校验,读、更改、写,ECC;处理器接口是处理器总线66MHz,支持第二个处理器、支持MPC6XX,MPC7XX,MPC74XX处理器、支持存储器一致性、32位或64位数据宽度,32位地址;PCI接口兼容PCI2.1规范,32位PCI接口,操作频率可达33MHz,提供5个PCI设备的仲裁电路,有校验支持;还有2通道DMA控制器、消息管理单元、I2C控制器、可编程中断控制器、集成PCI,SDRAM时钟产生、可编程存储器和PCI总线驱动。

1.5存储器电路CPU模块上设计有8位BOOTFlash存储器、64位SDRAM存储器、64位Flash。CPU模块上MPC107内部实现PowerPC存储器控制器,提供地址译码、数据处理周期访问时序、SDRAM时钟等来访问存储器。通过控制MPC107内部的一些寄存器来完成这些功能。PowerPC模块提供64位宽度的64MB的SDRAM。SDRAM采用4片WED146S8030A实现,供电电压3.3V,时钟频率100MHz。MPC107内置SDRAM存储器控制器,提供SDRAM的时序控制逻辑,并可提供SDRAM的访问时钟,时钟频率设计为66MHz。PowerPC和PCI主设备均可访问SDRAM。地址空间位于存储器的低端0x0000000—0x03FFFFFF。访问方式及时序控制可控制MPC107内部的寄存器来实现。启动Flash采用容量为4MB,按8位工作方式访问,芯片采用SM29LV256实现,工作电压为3.3V。支持整片擦写,扇区写保护等。每个扇区支持100000次的擦写周期。Flash操作按Byte方式来访问和操作。启动Flash地址分配在存储空间的高端,地址空间为FFC00000H~FFFFFFFFH。用于PowerPC模块的启动,启动Flash上驻留启动程序,BIT测试程序,Flash在板编程程序和操作系统。Flash由8片16位存储器组成,芯片采用国威公司生产的SM29LV256实现,工作电压3.3V,设计容量256MB。支持整片擦写,扇区写保护等。每个扇区支持100000次的擦写周期,Flash操作按64位操作。Flash存储器用于用户程序的储存。NVSRAM容量32kB,数据宽度8位,芯片采用STK14C88-5C45M实现。

1.6定时器电路和中断电路MPC107提供4路32位计数器,在定时器计数减至零时产生中断,可用于系统定时或产生周期总断。计数器工作时钟为MPC107供SDRAM的输入时钟的1/8,精度±50×10-6;计数器0保留作为系统时钟,其余3路计数器用作用户时钟,定时范围为121ns~515s。PowerPC模块上的中断控制器由MPC107内部集成的可编程中断控制单元(EPIC)实现,该中断控制器采用OpenPIC体系结构实现,支持16级串行中断。中断控制器可根据中断源的特点设置中断的优先级和电平有效方式,中断的优先级可以通过软件进行设置。

1.7接口电路接口电路包括以太网通信接口电路、RS232接口电路、LBE总线接口和VME总线接口电路。PowerPC模块提供1路10/100MB以太网接口,采用Intel82551芯片实现。接口采用RJ45头双绞线。10MB以太网双绞线接口最大传输距离为185m。100MB以太网双绞线接口最大传输距离为100m。以太网地址存于Flash中,通过软件可以进行以太网地址的设定。两路RS232接口电路采用FPGA逻辑实现,8位数据宽度,按8位方式访问。提供两路RS232串行通讯接口,串行接口的工作时钟采用3.6864MHz,两路串行接口采用三线制传输,用于与开发平台的通讯,最大速率115kbit•s-1。LBE总线接口采用PCI总线实现,16位读写访问,在FPGA中设计实现PCI-LBE桥逻辑,实现PowerPC模块对LBE总线其他从设备的访问。当LBE总线访问超时(超时周期3.840μs),报总线超时中断。模块采用UniverseII接口芯片实现VME总线接口,UniverseII主要特性包括:实现32位,33MHzPCI总线接口、内部集成大容量FIFO、提供可编程的DMA控制器、60~70MBit•s-1的VME总线传输速率、完全的VME总线地址和数据传输模式、功能强大的寄存器集、可编程PCI总线和VME总线访问、完全VME总线系统控制器功能、地址监视器功能和Auto-ID。UniverseII提供VME总线超时定时器,当VME总线超时,报VXBERR有效,结束当前VME总线访问。在FPGA内部设计实现VME总线接口访问超时中断,当访问周期超过16μs,则总线超时中断有效,点亮故障灯。

1.8控制逻辑电路控制逻辑由FPGA实现,采用Xilinx公司的XQV300芯片。主要实现以下逻辑控制功能:串行中断控制逻辑、复位逻辑、看门狗控制逻辑、访问Flash存储器逻辑、访问串口控制逻辑、离散量端口控制逻辑、RS232异步通信逻辑、LBE总线接口逻辑。

2软件设计

系统软件是系统硬件与应用软件之间的桥梁,其为应用程序的开发提供支持。PowerPC模块系统软件包括系统引导程序,VxWorks实时操作系统,在板编程程序,PUBIT以及硬件驱动程序等。硬件系统通电后首先执行引导程序,引导程序根据离散量GSE#状态,判断显示维护菜单,或者启动应用程序,根据离散量DISin0状态,判断加载0#区应用程序或加载1#区应用程序。系统加电后在启动操作系统之前,首先运行加电BIT(PUBIT),对硬件资源进行检测。PUBIT只包含产品的检测,检测结果存放于NVSRAM中,应用程序可通过函数读到PUBIT的结果。用户产品的硬件检测在应用程序中完成,通过读取系统软件提供的PUBIT结果,应用程序可以获得整个硬件资源的检测信息。在板编程完成将程序或数据固化到Flash存储器的功能,在板编程可通过串口实现。在板编程模块由两部分程序组成,分别驻留在为目标机和宿主机上,目标机上的程序完成固化数据的接收,Flash存储器的数据的写入,固化后数据的校验,Flash测试代码和的计算;该部分程序事先固化到系统中,当系统处于编程状态时,启动它运行。宿主机上的程序完成固化文件参数的读取和固化数据的发送工作。

操作系统配置的功能包括:提供标准C/C++支持;提供文件系统以及标准输入输出支持;提供硬件初始化、信号量、消息队列、例外处理等系统内核功能支持;提供系统缓冲区、双向链表以及环型缓冲区等管理支持;提供网络接口的WDB调试支持;提供优秀硬件管理功能,包括系统存储器、Cache、时钟、浮点运算、网络接口等的支持;提供多任务调度管理功能。设备驱动程序分为两类:一类是操作系统工作必须的硬件资源的设备驱动软件(BSP),这些驱动程序必须与操作系统捆绑在一起,由操作系统统一管理;另一类是系统中其他硬件资源的驱动软件,这些程序独立于操作系统,以硬件支持库的形式提供用户调用。属于第一类的驱动包括时钟驱动、中断控制器驱动、串行调试通讯接口驱动、网络接口驱动等;属于第二类的驱动包括Flash存储器读写驱动,VME总线驱动程序,IO模块驱动程序等。为保证程序的可移植性和兼容性,需保持底层驱动函数接口保持不变。

3结束语

本文介绍了基于PowerPC755芯片的单板计算机。以PowerPC755处理器为优秀电路,MPC107为桥芯片,其他功能选用标准接口,高集成度芯片实现,内部总线采用标准32位PCI总线接口,底板总线接口采用标准VME总线接口,LBE总线接口。结构简单、可靠性高,提高系统整体性能和性价比,有较好的继承性以及维护方便等特点。

作者:刘冰孙爱中单位:中航工业西安航空计算技术研究所第6研究室

计算机设计毕业论文:体验式教学中的计算机设计论文

一、体验式教学在计算机设计类课程上的应用类型

(一)情感体验主要指计算机设计类的学生在开设专业课程之前“先入式”的对已有的好的设计作品及设计要素(线条、平面、空间)、环境、美术作品、图片以及作品与用户的交互性等感受体验和美学认知的心理倾向的积累,在与这些事物经常性的接触过程中,学生自然而然会对色彩、线条、平面、空间感、质感、构图、作品效果的愉悦性等建立起简单而朴素的认知和美学倾向,再加以正确的引导就可以形成正确的美学认知和专业素养,培养起正确的美学表达方式对后续的专业技能的培养起到很好的基础作用,在完成设计作业或参与项目中就会带有思维的活性,使作品具有灵性,而不是技法上简单地模仿和机械地实现。

(二)形象体验主要指学生们在课余时间里对老师所教授的对象具有形体上生动的认知和形象记忆[9]。把老师讲授的各种软件操作技法与实现效果对照,把电脑影像效果与真实客观对象的仿真差距对照,这样对知识点的接受就不会落入空洞的表述和抽象的记忆,与教师课堂讲授的结合,大大突破有限学时的限制,利于对知识的理解成为鲜活的知识点的积累记忆,形成学生们丰富的专业知识储备,利于作品设计实践活动中独立的创新思维的激发,而不是盲目地模仿。

(三)思维体验是指在教学活动中教师不把自己的思维方式强加给学生,而是采取案例教学、组织讨论等方式,从学生们所熟知的生活例子中引导学生们思考、讨论[10]。在教学过程中,把思维发散开,然后逐个分析各种情况和方案,把思维聚合起来,筛选出优化的方案,在此基础上提升出需要讲授的知识原理,以学生的知识认知为起点往上提升的教学方法取代以老师的经验认知往下灌的教学模式,让学生体验整个分析的过程,学生容易吸收结论,知识点记得活,能主动应用,可以大大提高教学效果。我们在平面设计、网页设计、3D建模设计、课件制作等课程中根据不同需要做案例教学、分组调查、分组讨论等教学设计。技法体验及操作实践体验:计算机设计类的实践技能需要和设计的理论知识结合较紧密,在进行专业实践训练时,要让学生有足够的时间和机会,反复参与到专业实践技能训练环境中,在实践—总结—辅导—再实践的环节中反复进行,找到自己实践的心理体验,帮助他们总结出实践技能的认知,提升实践技能背后的专业知识理论。实践技能的熟练掌握需要和理论功底的积累结合起来,要避免“理论熟,实践生”或“理论浅,实践熟”的两种错误倾向[11]。

二、体验式教学在课程教学上的应用

多媒体教学手段全覆盖所有计算机设计类课程,探索以形象思维认知引导切入,调动学生积极参与体验的教学模式,从体验的环境设计入手营造教学气氛。在课堂教学中,任课教师根据课程特点进行教学设计,多采取互动的,分析型的教学,课堂的图片展示、视频教学、网络教学要与教师多媒体课件教学结合,增加作品案例分析、作业讲授的学时,揉和情感体验和思维体验于教学气氛中。在提出每一种技法、思路或方案时,要重视与学生形象思维的交流,注意引导讨论情感体验,利于学生确立正确的美学思想,或做方案时具有人性化的思考,在讨论和分析过程中又要注意逻辑思维的条理、层次,让学生在接受知识的同时学习到专业特点的思维方式,培养发现问题、分析问题的能力,教学形式可融合案例教学、分组讨论、野外认知等多种形式进行,在效果表现力与技法实现上引导学生反复体验,找到技法的自我感受,探索含实践技能测试、作品评比、实习考核、口试等多种考核办法的考核机制。同时,加大实践教学改革力度,一方面,积极在每一门课程中抽出一定比重的学时进行专业技能的强化训练,课程特点相近的教师组合或衔接,制定专门的训练教学计划,分年级分课程实施小班教学,强化基础训练(电脑技能测试),分方向交叉训练,延伸强化综合训练(带项目的概念性设计),实践教学要注意引导学生对技法体验和操作实践的体验,小班分组进行,加强个别辅导,增加学生交流经验和接受辅导的机会,注意课堂与课后的结合,布置一些项目性的课后作业给学生去做;另一方面积极探索走出学校,面向社会的技能训练,与多家广告公司、景观设计公司、网页设计公司等合作,积极建设集社会服务与专业实践教学为一体的校外实践教学基地,推荐学生到企业顶岗实习,可改善实践教学条件,积极探索校外专业实践教学的新模式,帮助学生对未来职业角色和职业环境进行职业体验,是专业教学在学生职业规划上的积极育人的实践行径,每个实习基地的实训内容与对应的课程匹配,集中在某个专项的技能训练上。

三、体验式教学在第二课堂建设上的应用

单凭课堂教学进行专业训练是不够的,也不符合“理论—实践—再理论—再实践”的人类认知实践过程的反复渐进的要求,需要把学生课余时间利用起来组织好第二课堂,开发出专业训练的潜在课程。可通过开放管理计算机房、整合教学资源、组建以学生为主体,专业教师参与辅导、培训的一个学生的专业学习型的团队等举措来加强,集专业书籍阅览、专业资料收集、组织专业比赛、社会实习等功能于一身,培养学生们的专业素养和专业实践能力,营造课余专业学习氛围,适时举办专项技能提高的辅导班,帮助那些在课余时间有加强专业技能训练愿望的学生加强专业技能训练,由专业教师授课,根据授课学生的情况制定专门的培训方案,对专业的正规课程不能触及到的深度和答疑辅导进行补充,辅导了很多专业基础弱的学生进行专业技能的强化训练,同时也辅导了一些有志于在设计类领域就业的学生进行就业培训。

四、体验式教学在专业文化建设上的应用

除了在专业课程的学习上需要体验式的教学之外,计算机设计类的师生在专业价值观上的自我认知也需要加强“育人体验”和“职业自信心体验”,我们借鉴企业文化的建设思想,从教师和学生两条线入手,整合专业课程教学、第二课堂训练和校园文化等教学资源,加强专业学术交流平台的建设,提高教师专业教学与育人的职业认知感,引导学生复合型人才的成才模式,营造激励学生们热情参加专业实践、社会实践和社会服务的专业学习氛围;通过鼓励教师组织学生专业训练、作品评比、参加设计比赛等活动延伸专业课程教学,丰富专业学习资料,锻炼学生们的动手能力和创新思维,可以激励学生们的学习自信心;通过建立作品展室、到企业项目实习等举措,活跃专业气氛,提高学生专业学习在价值观上的自我认知感,提升学习热情和专业自信心,综合提高专业教学水平。

五、结语

体验式教学在计算机设计类教学体系中的系统化应用,需要情感体验、形象体验、思维体验、技法体验及操作实践体验以及职场体验五种类型的有机结合,在专业素质培养中突出学生的主体地位,注重学生的专业技能和思维方式的培养,比传统的“灌”式教育更符合计算机设计类人才培养模式的要求,可提高专业的整体教学效果,促进专业教学与行业发展的对接,增强学生的就业适应性,同时,也要看到,这需要在整个教学体系上加大改革力度,给予更大的软硬件上的投入,需要建立和谐的教学团队,整合各种教学资源进行统筹管理,也要求各位任课教师具更高的教学热情和事业心,研究学生的知识背景和认知特点,根据不同的课程特点探索更多有效的教学形式,丰富教案。

作者:李洁尹光陈贤龚元圣单位:昆明市财经商贸学校云南农业大学

计算机设计毕业论文:美术教育与计算机设计的关系

1计算机设计

在计算机的设计方面,关于三维动画制作工作其实是一项十分系统化的繁琐过程。部分动画要将大量的图像资源传输到软件内,接着利用软件做进一步的理,实现所有图片的一一相连,当前随着科学技术水平的快速提升,软件技术也相较于之前有了进一步的强化,因此在动画处理制作的过程中会更加的快捷高效。

应用领域编辑计算机设计的应用领域非常广泛,主要是平面设计和立体设计两方面。平面设计包括广告类、插画类、二维动画、影视、服装设计等各方面。而三维设计的应用更是广泛,动漫和电视电影中时时存在着计算机设计的应用。相应的各种计算机设计绘制软件也是应运而生。计算机设计已经越来越广泛地应用于各个领域,比如使用电脑进行广告设计、书籍插图、建筑装潢、服装设计等;当把电脑美术运用在影视制作中的时候,通过被叫做“电脑特技”。就想是早年间摄影技术的研究与发现,电脑图像技术的出现同样在艺术发展史上有着不可磨灭的价值与意义。之前在创作过程中需要借助纸笔的美术家现在已经能够将其摆脱了,所有的绘画设计工作都能够通过电脑呈现于完成。对于电脑数码美术的概念及范围当前并没有一个明确的设定,社会各个领域对这一全新的知识抱有的看法尚未完全一致,或多或少的存在一定的差异性,唯一可以肯定的是各个领域的学者都认为电脑数码美术史一种可以实现动画设计处理并运用于影视制作工作中的艺术类别。

设计可以说是美术这门课程的其中一个部分。电脑数码美术的出现为其创造了前所未有的机遇。我们日常生活中所接触到的,很多都与美术设计有着不可分割的关系,像是商品商标的设计,外包装的设计以及建筑工程的设计等。通过计算机的运用,设计师拥有了更为宽阔的思维发散空间及艺术表现形式,帮助他们更加高效的完成设计工作。当前计算机技术水平的快速前行,已经逐渐的扩展到越来越多的工作领域,其便利性、快速性、高效性使计算机技术在人们的工作和学习中占有越来越重要的地位,美术和计算机在一定条件下巧妙结合,加上社会经济的发展,人民生活水平提高给实用美术带来无限发展的空间,美术设计人才的社会需求量也越来越大。

2计算机美术设计的特征及优势

2.1较为强劲的设计功能就美术设计而言,计算机的应用无疑具有重要价值与意义,相较于传统的设计工具,其体现出更为强劲的设计功能,这是以往美术设计所无法胜任完成的。并且更为重要的一点是通过计算机美术设计,能够更便于设计书对方案的修整,为设计师创造更为宽阔的思维发散空间,间美术设计由之前所局限的平面设计进一步的深入到了更多的艺术领域。3.2丰富多样的美术设计软件计算机美术设计的多样性也在一定程度上体现在美术设计软件的丰富多样上,例如广告平面设计软件如:Photoshop、CorelDraw、GooglePicasa,能实现对照片、logo标志、广告、图片的设计等,同时还能增加图片的效果处理。建筑施工图设计如AutoCAD、3DMAX等,室内外装饰设计效果等。

2.3海量存储的设计素材计算机技术和互联网的发展和普及建立了信息资源共享的平台,计算机网络信息化以及海量存储的特点,致使美术设计者能轻松获取素材。同时也可通过计算机美术设计实现传统美术设计不可能实现的效果,将以前的创作设计应用到新的创作中去。计算机对于美术设计作可以进行海量存储和网络信息化使作品出版、传播具有显著优势。同时计算机美术设计也推动了整个美术设计行业的快速发展,建立了美术设计者的相互交流和沟通的平台。

3传统美术教育设计和计算机美术设计的关系

美术也叫做空间艺术,西方传统美术引用物理学的概念,把长度、宽度、深度作为表现视觉真实的“三维空间”的理念,传统美术的这一特性竟然被电脑美术实实在地实现了,从传统的用平面的明暗关系和透视关系来再现三维空间到数字化的真实的矢量运算三维空间——计算机三维动画,计算机设计无疑是对美术作为空间艺术的重要发展和完善。即使当前计算机美术设计转变了传统的美术行业发展方式,不过我们仍然需要认识到其关键还是美术设计,关于美术设计的进步最重要的考量事项是其作品的功能、艺术观赏价值等。所以说作为现代一名合格的美术设计师必须要拥有较强的艺术鉴赏水平以及创造力水平,这样才可以将确保其设计作品具有丰厚的文化内涵。如果想要设计出优秀的美术作品,设计师应该注意实现计算机美术设计与传统美术设计的有效融合,实际上形成了以传统的美术设计作品为底蕴、以计算机美术设计为手段的设计模式,设计者的审美能力越强,艺术修养越高,则美术设计师设计出来的作品具有越能越高的品

作者:张天意单位:山东理工大学滨州市技师学院

计算机设计毕业论文:计算机设计软件在平面设计中的运用

平面设计包含了广告设计、动画设计、网页设计、包装设计、书籍设计等多个方面的内容。通过平面设计,设计师可以通过各种视觉元素的组合来把信息和构思传递给大众。成功的平面设计作品,能够在顺利传递信息的同时,表现出一种感动他人的力量。随着时代的发展,平面设计已经成为了集计算机技术、美术知识和艺术创意为一体的综合性行业。Photoshop、Coreldraw、Illustrator等软件的出现,让平面设计工作更加便捷和灵活,设计者的表达手段更为多样,设计作品也更加鲜活和富有创意。

1计算机软件对平面设计的重要性

平面设计行业已经具有相当长的发展历史。计算机设计软件的出现,是对平面设计行业的一次改革,推动了平面设计的发展。计算机软件,能够帮助一些绘画功底不够深厚的设计人员进行设计方案的构想和调整。通过计算机软件,能够实现文字、图像和特效的全方位处理,让设计方案更显生动、鲜活,表达效果更加显著。设计软件能够让文字图形化,实现文字和图像的合理空间布局,实现色彩上的和谐搭配,有助于设计人员展现自己的独特思维和审美情趣,增强平面设计的创新性。

2计算机软件在平面设计中有哪些优势

2.1能够增强文字的表现力

计算机设计软件能够实现对文字的各种设置,比如字体种类、字号大小、字体的繁或简,还有各种艺术文字效果等。在进行设计的时候,设计者要根据不同的业务需求来对文字进行综合处理。通过计算机设计软件处理的文字,能够有分明的层次,对设计的主题内容起到一个突出的作用,表达设计内容背后的深层次内涵。在运用计算机软件进行设计时,要注意文字内容的有序组合,不要进行毫无意义的创意叠加、罗列,淹没了设计的主题。设计软件的文字处理,要秉承个性与美感相结合、创新与实用相结合的原则,展现设计者的个人风格和创作水平。

2.2能够处理文字与空间之间的关系

平面设计一般是在有限的空间内进行。如何在有限的空间中表达出设计内涵,正确处理文字和空间的关系,一直是设计人员要仔细考虑的问题。通过计算机设计软件的运用,设计人员可以完美地解决这方面的问题。正确处理文字与空间的关系,关键在于控制好文字之间的间隙大小和排列方式。良好的设计作品当中,文字疏密程度和集散分布都很合理,能营造一种主次分明的格局和良好的视觉效果,最大程度地吸引别人的注意力。在传统的平面设计当中,文字的排布和字体的调整是很费时费力的。利用计算机软件,能够方便调整文字的风格、笔迹、排列,实现文字与空间关系的科学处理。

3计算机软件在平面设计当中的应用方向

在各种计算机软件投入平面设计的应用之前,平面设计一般采取手绘的方式。但是这种方式对设计人员精力的消耗巨大,一旦发生改动,对设计稿的改动也极为困难,也对设计人员的思想造成了束缚和限制。计算机设计软件的出现,大大改善了这种状况。计算机设计软件分为点阵图像和矢量图形两类。点阵图像的软件代表是Photoshop、Painter、Firwork;矢量图形的软件代表是Illustrator、CoreDraw等。这些软件现在已经广泛应用于广告设计、包装设计、书籍刊物设计、插画设计等分支行业领域当中。

3.1对平面文字的处理

文字是平面设计的重要组成部分。平面设计通过文字来传递信息,表达设计的内容和内涵,体现设计者的思想。在设计人员对设计的文字进行处理时,要通过不同软件,运用不同的手法去进行。比如很多设计人员在放大或缩小文字的时候,只会用Photoshop进行简单处理,但是这样容易出现图像模糊、字迹不清的问题。这时候就需要运用到CoreDraw来进行处理。这需要设计人员能够全面熟练运用各个设计软件,对其功能性和优点缺点都了然于心,实现灵活应变。

3.2对图像的处理

在平面设计当中,除了文字之外,图像也是一个重要的组成部分。平面设计软件同样可以实现对图像的多功能处理。对图像的处理,能够弥补文字在表达上的不足,使设计作品更加饱满,效果更加明显。通过将不同的图像设置在各个图层当中,对各个图层进行操作,能够实现图像的合成,有利于表达图像的含义。图像软件具有强大丰富的图片功能,能够实现油画、素描等绘画方式的技巧表达。这也是对传统手绘方式的一种优点的继承。3.3对特效的处理说到特效处理方面,大家想到的多是Photoshop。Adobe公司推出的Photoshop除了在文字和图像方面的强大处理能力,在特效方面也有着不俗的表现。但是,同为Adobe公司推出的Illustrator软件在处理特效文字、纹理和特效背景方面的作用更加强大。Illustrator能够整合flash,设置图像和文字的渐变透明效果,实现各种形状和位置的转换,对于印刷出版、专业插画、多媒体图像处理和网页制作。

4结论

计算机软件的应用水平,已经成为了衡量平面设计人员的专业能力高低的重要标准之一。新时代的平面设计人员,一定要善于运用设计软件,表达自己的设计构想。通过不同软件的综合利用,对自己的设计作品进行改进,增强表达效果,丰富表达手段,将自己的创意与科学技术融合在一起。只有这样才能够形成具有深刻表达内涵和强烈大众吸引力的设计作品。

作者:陈侨 单位:湖南省邵阳市高级技工学校

计算机设计毕业论文:建筑行业计算机设计技术研究

1计算机技术在建筑设计应用中的优缺点

1.1计算机技术在建筑设计中的优势

通常情况下,计算机的建筑主要是由单一的立面所渲染而来,目前计算机技术已经是得到了飞速的发展,其计算机建筑设计已经是能够达到了三维的动态效果,这进一步推动了建筑行业的发展。通过多媒体网络技术的使用,将图像、文字以及声音有效结合起来,更加生动形象化,同时也能够在一定程度上使人产生仿佛置身其中的感觉。

1.2计算机技术在建筑设计中存在的问题

目前对于计算机数来说,其主要是有着很多的优点,然而在建筑设计过程中的应用依然是存在着很多的缺陷。计算机不可能具备人的专业性的思维与观念,它始终只是一种辅助性工具,设计师不能全程依靠计算机。在建筑设计中的主观性、文化性等方面需要设计师自行解决。所以,对于计算机技术还需要进一步的向着智能化方向去发展,并且计算机主要是作为辅助性的工具仅仅只是使用在迎合实物设计的需要才能够在一定程度上使其发挥出最大的作用。

2建筑设计中常用的计算机技术

2.1关于虚拟现实技术

对于这种技术来说,其主要是建立在体验虚拟世界的一种计算机模式,对于这种技术来说,主要是通过利用计算机技术和传感装置系统来构件的一种全兴模式,其特点主要是具有着交互性以及幻想性,对于这种虚拟的环境主要是通过计算机技术所建立起来的,之后通过视觉、听觉和触觉等感觉来作用于用户。在这种虚拟的环境技术中,用户可以在虚拟的环境中用动态交互的方式来将未来的建筑进行全方位地审视。另外,还可以从各个方位的角度来观察场景,然而还可以进行各种的运动互换模式,以此来使其能够产生身临其境的感觉。这项技术自身存在的优势目前是传统的建筑效果图三维动画所无法相比拟的,在虚拟的现实环境中,在看到虚拟环境之后能够更好的帮助设计人员充分的开展其想象力,然而在个根据充分的创造力来设计出更多的方案,最终选择出更好的方案。

2.2关于数字化技术

对于这种技术来说,主要是把所有的信息全部都进行收集转化,通过采用数字信号的方式来使其存储到计算机当中,之后在通过计算机来进行处理,然后利用网络来传送。数字化并不仅仅是一种比较简单的信息储存和处理技术,它有效地改变了传统生产技术,给人们的思维及生活方式都带来了极大的改变,对建筑设计更是产生了深远的影响。在传统方面,建筑的类型也将会随着发生不断的改变,甚至是将会被新的建筑类型所取缔。在以后的建筑设计当中,数字化技术一定会全面取代传统的建筑设计技术。计算机应用技术以其高效率在改变着传统建筑设计方法的同时,同时也在不断的对建筑的设计思维进行改变。在建设的设计当中,其主要是有草图、模型的研究过程的平面、渲染这种追求的成果的过程,主要是经过空问抽象与空问实体研究相结合的工作方式转变成在计算机的虚拟空问中的漫游,这一切表明传统的建筑设计师工作平台已经从图板过渡到计算机桌面。

3计算机技术应用于建筑设计中的注意要点

3.1不断提高技术水平及不断更新辅助软件

目前对于计算机市场来说,变化时十分快的,同时人们对于建筑市场的要求也是越发的激烈。针对目前来说,计算机市场在一定程度上可以说是日新月异,并且发展相对来说也是比较迅速的,人们在建筑设计过程中的要求也是不断的提高。这就需要相关的一些建筑设计部门要在一定程度上不断地对内部计算机系统进行有效的更新,对科技发展的步伐进行追上,为建筑设计在一定程度上注入新的活力。因此,相关的设计人员要在一定程度上不断的掌握新技术,对设计软件进行不断的不断更新,才能够对工作过程中的效率进行不断的提高,并且能够对建筑设计进行准确及时地完成,在一定程度上帮助工程能够如期完成。

3.2对建筑设计图后期进行重视,并对工作进行有效的处理落实

针对计算机效果图来说,其后期处理工作相对来说是比较重要的,对设计图的整体质量有着直接的关系,对其进行高效合理地处理能够在一定程度上让画面变得更加的丰富多彩以及栩栩如生。但是,在实际应用的过程中,常会出现一些的缺陷,建筑设计师不能够对画面的主题进行有效的明确。这是由于计算机比较丰富画面,所以一些相关的建筑设计师在制作计算机效果图的过程中,在一定程度上比较注重形式,还有部分设计师在进行建筑设计图的后期贴图工作过程中,对模型尺寸在一定程度上不能够进行准确的把握,对人和车辆等配景过于放大,建筑物的模型相对来说不够显眼,从而在一定程度上导致画面整体出现不和谐的现象,并且比较复杂化。目前就计算机在建筑领域的应用来说,可以在一定程度上发现有些计算机效果的制作其实不是很全面的对建筑设计师的技能水平进行展示,尤其能够体现在环境光处理中。由于计算机在一定程度上得到了不断的更新发展,微型计算机能够进一步的可以实现这一功能,在一定程度上把计算机建筑画处理过程中发挥着比较重大的作用,它可以在一定程度上对画面的和谐化进行实现、进而在一定程度上让动画效果变得比较生动形象。建筑设计师应在一定程度上定期掌握新型软件的知识,只有这样才能够更好的地完成计算机建筑画。

4结语

计算机技术得到了相对比较广泛的应用,由于计算机建筑画已经是现代建筑行业中发展必然趋势,它能够对建筑物进行全方面的展现,并且还能够在一定程度上对物力以及人力等进行减少,计算机技术它在一定程度上是建筑设计过程中只增不减的,计算机建筑画是建筑行业在目前阶段以及以后阶段的主要发展趋势,在建筑领域中,计算机的功能具有着这越来越多的作用,因此,计算机在一定程度上成为建筑领域中不能够缺少的工具,对建筑设计具有着比较重要的影响。

作者: 单位:山西中方森特建筑工程设计研究院

计算机设计毕业论文:浅谈实践教学中的计算机设计与应用

摘要:时至今日,计算机技术与其他学科的共同发展,以及计算机在教育方面的广泛应用,已经成为了教育技术现代化的重要标志,计算机技术在教学实践领域中发挥着愈加重要的作用。为了切实完成教育改革的光荣任务,广大教育者有必要在工作中处理好关于实践教学中的计算机普及设计应用的一系列问题。

关键词:实践教学;计算机;设计应用

一、引言

早在改革开放初期的1984年,邓小平同志就提出了“计算机的普及要从娃娃抓起”的著名言论,这句话不仅为我国的计算机技术的普及指明了方向,更是为我国的计算机技术在教育领域的重要地位一锤定音。近年,在我国教育界进行的教育改革中,信息化教学改革已日益成为改革的重点。计算机教学就是指在实践教学过程中,根据教学目标和课堂内容的特点,通过计算机硬件和软件的相关设计,运用信息技术教学多媒体课件和传统教学手段有机结合,使两者共同参与到教学过程中来,形成新的立体的教学结构,为课堂学生的学习创造更容易接受的条件,大大提高教学效率。

二、实践教学中普遍存在的问题

虽然对实践教学中计算机运用的普及是大势所趋,但是在这一过程中,不可避免地会出现负面问题,其中有的甚至会导致教学质量的降低。

(一)计算机硬件设备落后,教师在操作上不够熟练。在经济落后地区,计算机实践教学中依旧长期存在着计算机硬件设备落后的问题,这样就严重影响了课堂教学效率和质量;此外,由于我国的计算机普及速度太快,地区间的普及程度又不一致,导致了教学条件落后的地区出现了任课教师面对多媒体时,对系统操作不熟练甚至是不会操作的现象,这就是教育资源的浪费。

(二)实践教学中课件质量偏低,教师盲目使用资源现象严重。据笔者调查,由于真正受过计算机教育培训的教师群体在整个教师群体中所占比重偏低,所以真正能利用计算机制作课件上课的教师并不多,但是又迫于利用多媒体课件上课能大幅提高课堂教育效率,所以,许多教师选择了用低质量课件放入多媒体帮助课堂教学,这样虽然能提高课堂教学效率,但是对课堂教学的质量来说,却是一个严重的威胁;不仅如此,不少教师为了赶进度、赶效率,采取套用现成课件方式来维持教学进度的快速进行,却忽略了学生群体接收能力是否能承受,如此以来,对教学高质量的又形成了一个威胁。

三、相关联的针对性策略

就以上问题看来,实践教学中的计算机设计与应用相对于传统教学方式来说是一次重大的改革,虽然大大提高了许多领域的教学效率,但是也对另一些领域的教学质量造成了严重的影响,以至于部分地区的学校在试验阶段采取了计算机多媒体教学之后发现效果不佳,就果断暂停了在实践教学中使用计算机帮助教学,这从一定程度上来看可以说是历史的倒退。针对这些现象,我们就有必要制定相关对策来客服这些弊病。

(一)加大对师资队伍信息技术教育的投入。在运用计算机进行教学的过程中,教育者始终是实践教学中的关键性因素,而且这在一定程度上左右了实践教学的整体效率和质量,所以为了提高在实践教学中的实际使用效率,对一线师资队伍进行必要的观念更新及技术培训是十分要的。具体的做法是,在各地区特别是经济相对落后的地区建立针对一线师资队伍的培训机构,学校也可以根据自身特点自主建立起定期培训的培训班,力求将计算机的功效切实应用到实践教学中去。

(二)教师自身要时刻提高自身素质。身处一线的教师队伍在现代化多媒体教学中有必要时刻紧随时代步伐。通过各种方式和途径提高自身教学技能和信息时代的默契,比如要掌握计算机基础知识和基础教学知识,基本掌握WORD、PPT等软件的应用,甚至要熟知网络语言等。另外,面对信息时代网络资源日益丰富的局面,教师自身必须更加遵守职业道德,明确丰富的网络资源既有利于更加方便地进行信息化教学,同时也会迫于教学进度压力盲目追求速度而滋长自身的职业惰性,这种影响教学质量的问题已经屡见不鲜,面对这种问题,教师自身的素质的提高更是重中之重。

四、结语

虽然信息时代的到来对我国的教育事业是一个巨大的改革机遇,但是带来机遇的同时也带来了挑战,许多地区盲目引进多媒体教学设备,虽然带来了教学效率的提高,但是也引起了教学质量下降的副作用。笔者认为,信息时代实践教学效率和质量有赖于教育部门的大力支持和投入,也要依靠师资队伍自身教学技术和思想素质的逐步提高。在此基础上,开启信息时代实践教学的大门,就需要借助更多的硬件支持,加入更多的课堂实践创意。

计算机设计毕业论文:基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机设计

摘 要:为了解决基于CompactPCI的计算机无法适应恶劣环境的问题,提出了基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计方法。该方法中包括基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计思路和实现过程。该方法通过电气设计、热设计、电磁兼容设计等多种设计实现计算机的抗恶劣环境效果,在进行设计的过程中采用仿真、测试等多种手段对设计数据进行了验证,从而保证了设计的正确性。该方法已经投入应用,在应用过程中取得了良好的效果。

关键词:CompactPCI; 抗恶劣环境; 计算机; 热设计

0 引 言

基于CompactPCI的计算机在工业控制领域的应用非常广泛,是在某些对环境适应性要求比较高的领域,为了保证计算机性能的稳定发挥,需要针对这些计算机进行抗恶劣环境设计。

基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计主要包括几个方面:电气设计、热设计、抗振性设计、电磁兼容设计等多个。在设计中除了包含以上的设计内容外还需要考虑温度适应性和可靠性。文中以一种通用的CompactPCI抗恶劣计算机的设计过程为例,对该计算机的主要设计方面进行了介绍[1]。

1 计算机组成原理

在本文中基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机设计的重点在于制定一个通用的系统实现方案。如图1所示的基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机,该系统是在参考了CompactPCI规范和国外成熟产品的基础上提出的一个系统集成方案。系统由几种典型模块组成,组成模块的功能可以根据实际的需要进行拆分、组合。

主模块是整个系统的优秀,负责系统总线的初始化以及数据处理任务,从主模块引出的PCI总线可以直接连接各种CompactPCI外设模块如输入/输出(以下简称IO)模块。IO模块板基于PCI总线接口,这种模块的数据吞吐速率快,可以适用于需要大数据量传输的场合。CompactPCI背板提供各个模块之间连接的通道。

图1 基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机组成原理框图

2 计算机设计实现

如图2所示,抗恶劣环境计算机采用密封式加固设计,计算机的组成模块通过两侧锁紧装置将盖板紧贴机箱壁,采用传导散热与强迫风冷散热相结合的设计方法进行散热。这样既可以保证在振动环境下物理连接的稳固性,也可以达到散热效果。

图2 基于CompactPCI的抗恶劣环境

计算机机箱外形图

2.1 电气设计

基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的电气设计主要包括主计算机模块设计、电源模块设计、组成外设模块设计等方面。由于计算机的温度适应性也是提高环境适应性的重要方面。为了保证计算机的低温性能,在进行电气设计时,需要选择低温性能好的组成模块或元器件,如电池等在选型时应该充分地考虑温度适应性。为了保证计算机设计的可靠性,集成电路、分立元器件、接插件应选用工业级或工业级以上的产品。

2.1.1 主计算机模块的实现

为了实现小体积高性能的抗恶劣环境计算机主模块设计,需要选择使用工作功耗和待机功耗低的处理器以及配套芯片组,如Intel公司的低功耗x86处理器或飞思卡尔公司的PowerPC系列处理器,同时可根据需要自行设计外围电路,因为受到空间的限制,外围电路满足使用需要即可,不需要将所有的功能都集成。

2.1.2 电源模块的实现

抗恶劣环境计算机的电源要求体积小、重量轻、功耗小。同时,电源采用模块化的设计,以方便进行替换插拔。

2.1.3 CompactPCI外设模块实现技术

抗恶劣环境CompactPCI外设模块电气设计在一般要求的基础上,主要需要考虑模块的可靠性、高低温工作性能、模块的IO设计方式。模块的可靠性、高低温工作性能主要从设计方法和器件选型方面入手。由于抗恶劣环境计算机一般采用全封闭的设计,因此一般不采用前出线的方式,模块的IO信号由与背板相连的接插件引出。

2.2 热设计

热设计方面,第一步是进行传热及流动阻力理论设计计算,在第一步完成后使用仿真软件对密封机箱散热系统进行了分析,分析条件参照一些相关的国家标准的高温试验条件。通过仿真分析,验证了系统的换热能力,论证了设计的合理性,验证了系统理论计算输出数据的可靠性。

2.2.1 热设计分析

抗恶劣环境计算机的热设计,首先从确定冷却方法开始,要有效地控制元器件或设备的温度,需要确定它们的发热量、与散热有关的结构尺寸、工作环境及其他特殊要求。在对计算机设计的过程中,基本上采用了可靠性高、成本低、不需要外部驱动装置的自然冷却法。

传热的三种基本形式包括传导换热、对流换热和辐射换热。

通过仿真与实物测试的数据分析得到抗恶劣环境计算机热量传递的路径如图3所示,整个系统的热阻主线分布成串联状态。其中发热器件到盖板的传递热阻比重大,这个方面主要是与加工精度及导热间隙填料传导率有关,其中间隙填料传导系数低所占的比重比较大,另外电子元器件的设计日趋微型化使换热面积减小,热量密集度过高且不易传递也是重要的因素。目前国内外导热间隙填料基础研究都存在局限性,已知的最好导热材料导热系数仅为10左右,但是这些材料的成本过高,而常用的材料的导热系数均停留在10以下,所以受基础材料研究的影响,提高导热材料导热率来改善传导效率,改善空间很小。通过改善其他串联热端的热传递速度成为热控制技术发展的关键。

针对常用的抗恶劣环境计算机定位二个影响热传递的薄弱环节,模块与机箱热量之间传递不利;不同的风机对机箱的温度影响很大。

因此最终结论为:尽量减少热量传递环节;提高导热材料的传导率;合理对风机进行选型和布放。

2.2.2 热设计仿真

使用Icepak,Ansys等专业仿真分析软件进行了设计的前端仿真设计,整个仿真结论为设计提供了理论依据,对局部设计进行了优化计算,提高了设计的可靠性。仿真的效果图见图4,根据仿真的结果可以直接进行参数的反馈修改。

图4 抗恶劣环境计算机热仿真的效果图

2.3 机箱的抗振性设计

在初步设计的计算机机箱结构形式上,可采用仿真软件(如Ansys软件)进行结构应力前端仿真分析,通过分析找出了箱体的强度设计薄弱点,提高了机箱的抗振性。

抗振设计可采用的主要措施包括结构刚性化、隔离、使用、减振器等。结构刚性化只要是在薄弱的机箱壁上增加加强筋,合理布置组件的分布等。隔离措施一般用于结构紧凑、空间有限、隔振要求高而无法安装减振器的场合,主要是使用柔软材料如(海面胶板)或小型减振器件(如簧片)隔离振动。减振器一般用于整机等大型装置,不仅可以起到减振作用,对于外部撞击、跌落等意外情况也能起到很好的防护作用。

除了主要措施之外,对内部连接电缆等接插件,采用点热固胶、线缆固定架、走线槽等方式进行加固防护。对固定螺丝采取防松措施。一般均采用带弹簧垫圈和平垫圈的螺钉,无法加弹簧垫圈和平垫圈的螺钉加螺纹胶进行防松脱处理。

2.4 电磁兼容设计

在电气性能和环境适应性不断提高的同时,电磁兼容性能也越来越受重视。目前几乎所有应用均对抗恶劣环境计算机的电磁兼容性能有强制性要求[4]。

抗恶劣环境计算机电磁兼容设计可采取的主要措施有屏蔽、接地、走线规划三个方面。

2.4.1 屏蔽技术

屏蔽技术用来抑制电磁辐射沿空间的传播,即切断辐射的途径。屏蔽的实质是将关键电路包围在一个屏蔽空间内,使耦合到个电路的电磁场通过反射和吸收被衰减。

屏蔽机箱最好采用有一定厚度的金属机箱。要想取得好的屏蔽效果,最好选用同时具有高导磁性能和高导电性能的屏蔽材料。为了改善低频磁场的屏蔽效能,应采用高磁导率材料,但磁导率高的材料通常电导率不是很好,会降低对电场的屏蔽效能。为了解决这个矛盾,最好的办法是采用镀涂方法在高磁导率(或高电导率)材料的表面增加一层高电导率(或高磁导率)材料。以不锈钢盖板为例,其按照RE102规范进行测试时的曲线见图5。

在实际的设计中,机箱都会含有一些孔洞和缝隙,这些孔洞和缝隙会引起电磁泄漏,使屏蔽效能远低于完整金属板的理论计算值。当孔洞、缝隙的尺寸大小等于半波长的整数倍时,电磁泄漏最大,一般要求缝长或孔径小于波长的1%。

图5 使用不锈钢盖板的RE102测试曲线

2.4.2 接地技术

接地技术是最廉价和最有效的方法,设计良好的地平面可以有效的减小其电磁辐射,并且可以提高设备自身的抗干扰性。具体的实现方法是在计算机内部将电源地、数字地和机壳地短接,同时控制接地线长度,增加接地线的截面积,以减小接地阻抗;另外计算机外部预留接地螺栓位置。

2.4.3 走线规划

通过走线规划保证计算机内部走线的合理性,在进行走线规划时注意电源线、信号线的分开布放,不同频率的信号线的分开布放;高频信号线和低频信号线的分开布放;强电流信号线和弱电流信号线的分开布放;高电压信号线和低电压信号线的分开布放;容易产生干扰的线缆和敏感信号电缆的分开布放。

2.5 防腐防潮设计

计算机机箱外部框架及组成模块的盖板零件应进行防腐防潮设计,具体的实现方法是在导电涂覆处理后,作外部油漆处理;所有模块盖板、计算机内部支架进行表面处理(如氧化发黑);所有组成模块的印制电路板进行三防处理;所有插座安装面用密封衬垫密封;所有可拆卸搭接面(含面板等)采用复合材料密封。

2.6 可靠性和可维修性设计

在可靠性方面各主要功能模块所用的元器件进行检验和老化筛选试验;各主要功能模块完成调试、三防后,随整机进行环境应力筛选试验。

在可维修性方面为了保证计算机各组成模块可进行快速安装,从而方便模块的维修更换,所有功能模块在机箱中通过导轨放置,可方便、快速拉出,从而方便插拔电缆、更换元器件;同时前盖板采用不脱落锁紧螺钉,也可方便维护时快速拆装。

3 结 语

基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机按照CompactPCI规范设计,采用热设计、抗振设计、电磁兼容设计、防腐防潮设计、可靠性设计等多种设计方法保证了计算机抗恶劣环境性能的实现。基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计方法已经成功应用,在应用过程中性能稳定,效果良好。

计算机设计毕业论文:“计算机设计与实践”课程创新性实践教学探索

摘 要:“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,是探索综合性、创新性实践教学模式的具体实现形式。开展实践环节的教学研究,开发真正以学生为中心的教学模式,开展设计性与创新性实践教学内容的研究,完善实践教学环境,可以锻炼学生的设计能力和动手能力,培养学生的综合能力和创新能力,提高学生的综合素质。

关键词:实践教学;自主探索;创新能力

1引言

目前,在全国高校计算机科学与技术专业学生的培养中,普遍存在一种现象:重软轻硬,甚至只软不硬,即只重视计算机软件方面知识的学习和培养,忽视对计算机硬件方面知识的学习和实践,特别是在硬件工程实践方面,学生得到的实践锻炼更少。在当前国内高校计算机专业本科生方面,尽管硬件课程的设置已与欧美等计算机发达国家的课程设置基本接轨,但教学知识体系和内容却不容乐观,不能适应时代的需求,与现实严重脱离,学生的学习积极性不高,学习效果不好[1]。与国外相比,我国几乎所有高校的实践教学都有一定的差距。目前很多课程都开设实验课,但一般的实验都属于验证性实验,只能教会学生一些固定的内容,照葫芦画瓢并不能启发学生的思维能力和锻炼学生的动手能力。正因为这样,很多高校都作了一些改革,希望能够改变这样的局面。近几年,我院进行了课程设计教学的探索,并首先在“计算机组成原理”这门重要的专业基础课中开设。课程设计的题目具有一定的灵活性,可以把知识比较全面地蕴藏在实际题目中,对于学生掌握书本知识是有益的。总的来说,课程设计的开设取得了不错的效果。

但是,仅靠课程设计的实践是不够的,通过课程设计,学生根据题目要求,自行设计各种部件,可以培养学生部件综合设计能力。但课程设计在整个实践教学中所占的比重不大,要想进一步提高实践教学,培养学生的系统设计能力,满足社会的需求,还需要向前继续探索和尝试,教学中的实践不应该是验证性的实践,也不仅仅是设计性的实践,而应该是综合性、创新性的实践。

2 创新性实践教学

创新性实践就是指实践的成果在功能上是已知的,而在性能、实现方法和结果形式上是未知的,不同的学生按照自己的思路进行设计,得到不同的结果,既避免了抄袭,又可以开发各自的潜能。例如,在国外的“计算机系统设计”课程上,实践的内容是CPU的设计,不同的指令集对应着不同的设计结果,也可以采用不同的设计思想。复旦大学的实践教学已经作了很大的改革,复旦大学的计算机原理实验成为独立的一门课,包含计算机部件实验和CPU设计实验。实验课程由60学时组成,包括授课12-15学时,其他的学时用于实践,授课与实践穿插进行。复旦大学为国内的计算机教育开了一个好头,他们的教学改革体现了理论与实践并重的思想,有利于教育的发展,有利于人才的培养。清华大学“计算机组成原理”课程共安排48学时的实验,每三名同学为一组,合作完成一个硬、软件组成相对完整的全新计算机系统的设计、实现和调试任务。这样的实践活动可以加深学生对软硬件系统在功能划分和具体实现方面之间关联的认识,还初步调整了部分学生“喜软怕硬”的心态。

复旦大学和清华大学计算机教育改革给了我们一个启示,那就是在实践教学方面加强力度是可行的。所以我院在实践教学方面亦作了一些改革,于2005年秋季学期新开设了一门实践教学课程“计算机设计与实践”,作为我校部级精品课程“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,取代了原有的课程设计,旨在增加专业课中的实践教学力度,提高创新性实践的比重。

“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,是探索综合性、创新性实践教学模式的具体实现形式。该课程是一门以应用实践为视角,进一步提高学生硬件方面的实际动手能力和设计能力的课程。课程采用理论和实践相结合的方法进行教学,以实践为主(18学时教学/60学时实践),旨在培养学生的综合和系统硬件设计及实现能力,培养学生掌握有关硬件设计工具的功能和用法,掌握计算机部件和CPU的设计方法和调试方法,极利于提高学生的动手能力和创新能力。

3 探索实践教学课程的教学模式

“计算机设计与实践”课程以实践教学为主,总学时78学时,其中课堂教学18学时,实践教学60学时,改变传统以课堂教学为主的教学模式,改变以教师为主体的“灌输式”的教学方法[2],采取“引、点、拨”的方式让学生独立进行实践,学生始终处于主动探索、思考的主体地位,教师由传统以教师为中心的讲解者转变为学生学习的指导者和组织者,教师在实践教学中贯穿应掌握的理论知识并引导学生将其应用到实践中。

在实践教学阶段,通过质疑引思、举例与联想、归纳与总结、启发式教学、互动式教学等方法来实现开拓创新。在实践阶段,不再拘泥于课本上解决问题的方式方法,更多地体现综合性、设计性和研究探索性,以及表现形式的多样性。培养学生理论与实践相结合的能力,提高学生自主探索能力和创新能力。

考核是监督学生学习的手段,不是目的,根据硬件课程的特点,以实验占一定比例,再以书面考试对基本知识、基本理论进行考核是最为理想的方式。“计算机设计与实践”是属于实践性为主的教学,是以平时的实践为主来进行考核的。重点解决教学过程中教师与学生的角色和地位问题和教学方法问题,以学生为主体,培养学生自主探索的能力。

4 设计实践教学内容

“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”课程的后续课程和实践环节,将计算机组成原理课程的教学内容深化到应用实践,教学过程中不仅仅传授有关硬件设计的课本知识,还将重视理论知识与实践过程的结合,实践教学内容不仅要将组成原理知识应用到实践中,还需将知识综合灵活运用,重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。

在实践教学内容的设计上,要以创新为主线,开设一些与传统的验证性实验有本质区别的综合性、设计性和研究探索性实验,重点进行综合性、设计性和创新性教学内容的设计,根据计算机组成原理课程的理论知识,设计相应的实践内容,如利用所学习的计算机组成原理知识和硬件描述语言进行芯片级微处理器的设计、调试、模拟仿真和实际的可编程逻辑硬件实现,让学生自行设计、实现和调试,只要总体目标达到,可不作特别具体的要求,让学生多角度、多方位地思考。可为不同程度的学生提供不同难度的设计题目,学生也可根据自己的能力和兴趣自主地设计题目,培养学生科学研究的能力,使他们探索性地解决所提出的问题,培养学生的实际动手能力和创新能力,以全面提高教学质量,培养创新人才。

5完善实践教学平台,提供创新性实践教学环境

配合“计算机设计与实践”课程教学内容,设计实践教学内容,完善实践教学环境,创造自主创新性实验开发环境和实验开发平台。提供一个灵活的芯片级可编程逻辑硬件开发平台,结合实践教学内容进行实际的硬件实现,做到理论与实践的真正结合,为综合性和创新性设计的实现提供灵活的开发环境,培养学生的系统设计能力和创新能力。为更好突出对学生能力的培养,实践教学中教师与学生按1:15的比例进行实践指导,体现个性化教学思想。

建立新的开放式实践教学模式,提供创新性实践教学环境,提高学生的实践能力和创新能力。在具体实施中,可以把固定的实验时间安排改变成灵活的实验时间安排,把封闭的实验项目改变成支持自主设计的实验项目,把成批实验方式改变为满足学生个性化要求的实验方式[3]。根据学生动手能力的高低进行因材施教,进入开放实践教学的学生可以结成科研小组,采用自主选题、指导教师指定课题或项目提供课题等方式,经课程组指导教师评定后才能开始。科研小组必须在一定时期内完成一定的科研任务,并提交课题总结报告或论文。由于开放实践教学必须以课题小组形式申报课题,在培养学生创新能力的同时,还培养了学生的团队开发能力。为学生提供了自由发展的空间,可以大大激发学生的学习热情、创造激情,为其成才创造有利条件。实现“创新教育,实践教学,个性指导,能力培养”的宗旨,加强学生综合能力的培养。

6 结论

“计算机设计与实践”是一门刚刚开设的探索性实践课程。我们2005年秋开设的“计算机设计与实践”课程,得到了学生的认可,在学生中的第一次开设取得了不错的效果。这对巩固和深化课堂教学、提高学生的实践动手和科研创新能力、培养创新型人才是十分有效的。

开展实践环节的教学研究,开发真正以学生为中心的教学模式,让学生学会自主学习和主动研究,通过多种途径培养学生的自主性、探索精神、研究能力,以及与他人合作交流的能力。引导学生通过解决问题学习知识、发现知识,构建有利于创新教育的新型教学模式,由以教师为中心的逻辑讲解传授式的教学模式,转变为以学生为主体的探究发现式的教学模式。开展设计性与创新性实践教学内容的研究,完善实践教学环境,构建创新性实践教学环境和平台,培养学生理论与实践结合的能力,锻炼学生的设计能力和动手能力,培养学生的综合能力和创新能力,提高学生的综合素质。

计算机设计毕业论文:“计算机设计与实践”实践教学分析

摘要:本文首先介绍了国内外大学相关课程的基本情况,然后对比分析了哈工大计算机学院的“计算机设计与实践”课程与国外相关课程的差别与差距。

关键词:实践教学;自主探索;创新能力

1引言

“计算机组成原理”作为哈工大计算机学院重要的专业基础课,实践教学对学生理解计算机组成原理起着至关重要的引导作用。通过10个相关的实验,学生不仅验证了一些计算机组成原理的相关知识,也动手设计完成了一些复杂的实验题目,例如计算机微指令的设计。但是受到学生基础知识和学时的限制,实验难度并不是很大,学生自主设计类题目的数量和难度也不足。“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,扩充了组成原理的实验教学,通过一系列比较复杂的实验题目,既锻炼了学生的创造力,又进一步加深了学生对计算机及其各部件的原理及其相关知识的认识。目前国内外各大学都开设了一些相关的实践课程,通过实践来完善和加深学生对计算机原理的认识,锻炼对软硬件进行开发的能力,从而提高他们的创造力和动手能力,进而提高他们的综合素质[1]。

2国外大学相关课程情况介绍

美国康奈尔大学对大四学生开设了“进阶微处理器设计”课程[2],通过长达3个月的课堂教学和动手实验,教授学生有关计算机原理和嵌入式SOC开发的相关知识。在实践方面,他们设计了一系列由浅入深、由易到难的实验,使学生通过实验一步步加深对计算机的了解。主要实验包括:设计实现一个视频接口,从而可以通过在面板上的操作,实现在屏幕上画曲线[2];实现音频接口的驱动,模仿一个球下落时的声音[4];仿真一个使用DDA数值微分分析法测量电路功能的模拟系统[5]。在指定题目的实验之外,还要求学生自选题目完成一个大作业,通过这些自选题目的选择[6]可以看出,学生通过对相关课外知识的学习和动手实践,已经能够完成一个比较复杂的硬件系统。美国阿拉巴马大学开设了“数字系统设计”这门课[7],实验方面的主要题目包括:通过命令将指定内存的内容显示到LED上[8];修改DE2开发环境的指令格式[9];设计一个既能显示文本又能显示图形的混合模式的视频显示控制器[10]。美国伊利诺伊州立大学香槟分校开设了两门相关的课程。第一门课程是“SOC设计与合成”[11],实验方面只要求学生在2个月的时间内通过对相关知识的学习,完成一个MP3播放器的设计与实现。第二门课程是“数字系统实验课程”[12],通过14周的实验要求学生实现一个数字系统。这个系统要能够完成AD转换,实现LCD面板的显示,从键盘可以输入信息,连接游戏杆进行操作,实现扬声器功能以及VGA显示器的显示。麻州大学安默斯特分校开设了实验时间长达3个半月的“计算器结构”课程[13],主要实验题目有:使用一个连接到开发板上的摄像头,通过开关控制拍照,然后将拍下的图片存储到开发板的内存中[14];将实验中拍到的图片进行JPEG压缩,传到PC上看最终显示结果,通过转换不同的JPEG压缩算法,看图象压缩后的差别[15];通过开发板播放MP3歌曲[16]。全美电机系排名前五名的密西根大学安埃布尔分校为大一学生开设了“信息实验”课程[17],它将全班学生分为八队,每队在期末专题要利用Altera DE2 FPGA多媒体平台独立制作出一部电子琴。多伦多大学开设了“数字系统”课程[18],实验方面设计了一个3周的课程设计,让学生自选题目,在DE2平台上设计一个数字系统。滑铁卢大学开设了“计算机实验”课程[19],主要实验题目包括:设计一个8位的计算器,要求类似于生活中的计算机,只有单一输入[20];设计一个电子系统,功能类似于电子乒乓游戏[21]。以上的实践课程都采用Altera DE2作为开发环境,如图1所示。

3国内大学相关课程情况介绍

我国的大学也开设了一些类似的课程。复旦大学开设了一门60学时的“计算机组成原理实验课”,主要包含计算机部件实验和CPU设计实验。清华大学“计算机组成原理”课程共安排48学时的实验,每三名同学为一组,合作完成一个硬、软件组成相对完整的全新计算机系统的设计、实现和调试任务。哈工大计算机学院于2005年秋季学期开设了“计算机设计与实践”,该课程以应用实践为视角,进一步提高学生硬件方面的实际动手能力和系统设计能力。主要包括18个学时的课堂教学和60个学时的实践教学,采用南京伟福实业有限公司研制的“COP2000计算机组成原理实验仪”(如图2),通过FPGA扩展板(如图3)在COP2000实验仪上完成实验。FPGA扩展板由两块FPGA芯片及其外围电路组成,它的优秀器件是Xilinx公司的20万门XCV200的FPGA芯片。它的实验题目以CPU设计为中心,主要包括:寄存器设计、元件例化、实验仪基本部件测试、给定指令系统的处理器设计、处理器功能测试、处理器外设接口设计、处理器与外设接口功能测试等。通过我们设计的实验题目,学生对CPU的原理和结构有了深刻的体会,通过实验大大增强了学生的设计开发能力。

4对比与分析

首先在教学目标方面,我院的教学目的是“使学生初步了解计算机部件和微处理器的设计方法,做到理论和实践的真正结合,掌握有关硬件设计工具的功能和用法,有效地锻炼动手能力和设计能力”,这个教学目标已经和国内外一流大学相关课程的教学目标相同。我院的这门课实验学时达60学时,属于非常多的实验时间,而且我们在这60学时内安排了7个实验,相比其他学校的最多5个实验,学生得到了更多的锻炼机会。在教学队伍方面,由于这门课的指导量很大,所以每个班级在实验时都有一个专门的老师和TA,相比国外整个一门课只有2~3名教师的情况,我们大大增加了指导老师的数量,可以及时有效地解决学生的问题。在教学方法方面,我们在上课时主要采用个人与分组相结合的方式,前几个简单的实验以个人为单位完成,后面较难的实验以小组为单位,每个小组3~4人,以团队的方式来完成一个大的课题,目前国外大学也基本采用这种工作方式。采用这种教学方法,既锻炼了学生的个人动手能力,也锻炼了学生的合作能力。在硬件平台方面,由于国外采用的Altera DE2平台的性能较好,因此可对CPU之外的音视频模块、存储模块等进行二次开发,目前我们采用的COP2000实验仪由于硬件限制还无法完成相关类似题目的实验。

经过以上的分析可以看出我们的课程与国外一流大学相比,在实验目标方面已经与国外一流大学接轨,在学时数、配置实验教师数量上我们所提供的条件已经超过了国外一流大学,但目前由于受到硬件开发平台的限制,我们实验题目还有待改进。在今后的实践教学中,我们可以选择增加一些类似于“开发MP3播放器”之类的让学生比较容易感兴趣和效果更直观的实验,通过这些实验来激发学生学习硬件知识、软硬件开发的兴趣,锻炼他们的动手能力和创造力,提高我院学生的综合素质。