時間：2022-05-16 02:37:32
導(dǎo)語：在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1安全計(jì)算機(jī)平臺硬件結(jié)構(gòu)改進(jìn)
信號系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)與車載系統(tǒng)，車載設(shè)備是以一個安全計(jì)算機(jī)擴(kuò)展開的，而地面系統(tǒng)則包含多個基于安全計(jì)算機(jī)的設(shè)備，系統(tǒng)功能多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具備典型性．因此，本文以CTCS－3地面信號系統(tǒng)安全計(jì)算機(jī)平臺簡化方案為例．該方案的硬件平臺也可以較少修改移植于車載信號系統(tǒng)．
1．1信號系統(tǒng)實(shí)施方案基于分布式原則，將CTCS－3級信號系統(tǒng)分為核心主機(jī)部分和遠(yuǎn)程外設(shè)（車載設(shè)備也作為遠(yuǎn)程外設(shè)）部分，如圖1所示．①核心主機(jī)部分基于核心主機(jī)型配置的安全計(jì)算機(jī)平臺實(shí)現(xiàn)，放置于目前信號機(jī)械室內(nèi)，支持目前無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務(wù)器（TSRS）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）和列車運(yùn)行控制中心（TCC）的核心控制邏輯，以及與臨時限速服務(wù)器（TSRS）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）相適應(yīng)的人機(jī)界面（DMI）的功能．②遠(yuǎn)程外設(shè)部分基于遠(yuǎn)程外設(shè)型配置的安全計(jì)算機(jī)平臺實(shí)現(xiàn)，盡量靠近現(xiàn)場控制對象，確保遠(yuǎn)程外設(shè)和現(xiàn)場控制對象之間的硬連線盡可能縮短．遠(yuǎn)程外設(shè)支持計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖通用數(shù)字量輸入或輸出功能；軌道電路通用數(shù)字量輸入或輸出功能，智能輸入或智能輸出功能；軌旁電子單元（LEU）通用數(shù)字量輸入或輸出功能，智能輸入或智能輸出功能。
1．2系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)針對列控系統(tǒng)這樣的安全苛求系統(tǒng)，提高可靠性和安全性的最直接辦法就是采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，但這樣會加大共因失效的概率．因此，為了降低整個冗余結(jié)構(gòu)的失效率，應(yīng)遵循差異性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，在物理、功能及流程三方面，保證各通道、模塊之間或系統(tǒng)功能之間存在充分獨(dú)立性．本設(shè)計(jì)采用硬件／軟件差異性設(shè)計(jì)原則．通過硬件上選擇不同處理器架構(gòu)，同時選擇不同的操作系統(tǒng)、不同的編譯器、不同的編程語言及開發(fā)環(huán)境，從而降低共因失效．改進(jìn)的安全計(jì)算機(jī)平臺基于2乘2取2結(jié)構(gòu)，如圖2所示．圖2主要分為3個部分：邏輯處理單元（LogiProcessingUnit，LPU），外部設(shè)備管理單元（Pe－ripheralManagementUnit，PMU），容錯和安全管理單元（FaultTolerantandSafetyManagement，F(xiàn)TSM）［6－7］．其中，邏輯處理單元由2組共4個LPU構(gòu)成，每2個LPU構(gòu)成1組2取2結(jié)構(gòu)的一系，兩系構(gòu)成2乘2取2結(jié)構(gòu)．每一系2個LPU一個基于X86架構(gòu)，另一個基于PowerPC架構(gòu)．容錯和安全管理單元由2個或多個FTSM構(gòu)成，在滿足安全性的前提下，優(yōu)先選擇2個FTSM的方案，即2取2（1－out－of－2，1oo2）結(jié)構(gòu)的FTSM方案，2個FTSM一個基于ARM架構(gòu)使用C語言實(shí)現(xiàn)，另一個FPGA使用VeriLogHDL實(shí)現(xiàn)．外部設(shè)備管理單元由2組共4個PMU構(gòu)成，每2個PMU構(gòu)成1組2取2結(jié)構(gòu)的一系，兩系構(gòu)成熱備（2乘）2取2冗余結(jié)構(gòu)或并行2取2冗余結(jié)構(gòu)．每一系的2個PMU一個基于X86架構(gòu)，另一個基于PowerPC架構(gòu)．根據(jù)上述信號系統(tǒng)的功能分析，通用安全計(jì)算機(jī)平臺應(yīng)可以配置成核心主機(jī)型配置、遠(yuǎn)程外設(shè)型配置兩種形式，見圖3和圖4．典型的核心主機(jī)型配置包括邏輯處理單元、外部設(shè)備管理單元、容錯和安全管理單元3個部分及安全通信內(nèi)網(wǎng)VCIN．典型的遠(yuǎn)程外設(shè)型配置時，包括外部設(shè)備管理單元、容錯和安全管理單元兩個部分及安全通信內(nèi)網(wǎng)VCIN。
2安全計(jì)算機(jī)平臺軟件結(jié)構(gòu)改進(jìn)
由于列控系統(tǒng)采用不同軟件來實(shí)現(xiàn)不同的功能，要將幾臺設(shè)備完成的功能集成到一臺設(shè)備，在時間上和內(nèi)存上需要對各任務(wù)進(jìn)行隔離，使得同一時間只有特定的任務(wù)在特定的內(nèi)存中運(yùn)行．這樣在邏輯上沒有破壞現(xiàn)有控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，只是在硬件上運(yùn)行于一臺計(jì)算機(jī)中，能夠在完成規(guī)定功能的基礎(chǔ)上減少硬件的投資并提高了安全性．本文采用時空隔離的方法來實(shí)現(xiàn)通用型安全計(jì)算機(jī)平臺軟件的集成，并且基于實(shí)時操作系統(tǒng)來開發(fā)，在便于維護(hù)的同時還可以提高軟件的可靠性和穩(wěn)定性．1）時間隔離方面，采用了兩級調(diào)度結(jié)構(gòu)，如圖5所示．底層使用時間片隔離的方法使子系統(tǒng)間不能相互干擾；上層在子系統(tǒng)內(nèi)部使用實(shí)時調(diào)度算法以提高系統(tǒng)的效率．測量時間并計(jì)算參數(shù)時需要使用松弛迭代的路徑測試方法，并利用VxWorks操作系統(tǒng)提供的時間功能．2）空間隔離方面，也采用了兩級調(diào)度結(jié)構(gòu)，如圖6所示．底層使用MMU的功能對各子系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的地址空間，使得子系統(tǒng)間不能相互干擾；上層在子系統(tǒng)內(nèi)部使用改進(jìn)的動態(tài)內(nèi)存分配算法best－fit，大塊內(nèi)存和小塊內(nèi)存的分配方式不同，以提高系統(tǒng)的效率并減少碎片化。在內(nèi)存管理上，采用兩級內(nèi)存管理來提高內(nèi)存的使用效率和管理的實(shí)時性．子系統(tǒng)內(nèi)部采用改進(jìn)的大小內(nèi)存塊的best－fit算法進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存管理，保證了內(nèi)存分配的實(shí)時性和低碎片性．在子系統(tǒng)間采用基于MMU的頁內(nèi)存管理方式，保證了實(shí)時性和隔離性．
3安全計(jì)算機(jī)平臺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3．1硬件結(jié)構(gòu)驗(yàn)證
3．1．1安全性指標(biāo)計(jì)算本文采用挪威工業(yè)科技研究院（SINTEF）開發(fā)的PDS（基于計(jì)算機(jī)的安全系統(tǒng)）方法對改進(jìn)的硬件結(jié)構(gòu)安全性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，該方法遵循IEC61508標(biāo)準(zhǔn)體系的相關(guān)規(guī)定和結(jié)論．計(jì)算過程在本文中不再贅述，詳細(xì)步驟可參見文獻(xiàn)［9］．量化指標(biāo)用每小時危險(xiǎn)失效的平均頻率（AverageFrequencyofaDangerousFailurePerHour，PFH）來表示．PFHSYS表示系統(tǒng)每小時危險(xiǎn)失效的平均頻率，其中有6項(xiàng)參數(shù)是未定的：診斷覆蓋率DC，冗余結(jié)構(gòu)修正因子CMooN（M－out－of－N，表示“N取M”；M≤N，均為自然數(shù)），失效率λ（FTSM單板的失效率為λFTSM），遠(yuǎn)程外設(shè)配置個數(shù)i，功能測試時間間隔τ，共因失效因子β．其中共因失效因子β根據(jù)計(jì)算，在本文中取1％．為了簡化并考慮到經(jīng)濟(jì)效益，F(xiàn)TSM冗余結(jié)構(gòu)采用loo2．而遠(yuǎn)程外設(shè)配置個數(shù)與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)，不能通過技術(shù)等手段限制．PFHSYS是通過計(jì)算共同提供安全功能的所有子系統(tǒng)的危險(xiǎn)失效概率，并把這些值相加．用PFHL、PFHP、PFHR分別表示邏輯子系統(tǒng)、外設(shè)管理子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程外設(shè)的每小時危險(xiǎn)失效的平均頻率，相加得出下式。
3．1．2硬件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖8硬件實(shí)驗(yàn)平臺Fig．8Hardwareexperimentplatform在實(shí)驗(yàn)室以核心主機(jī)的安全計(jì)算機(jī)平臺為架構(gòu)搭建的測試平臺，采用COTS的硬件和軟件資源．搭建一系1oo2結(jié)構(gòu)邏輯處理單元和一系1oo2結(jié)構(gòu)的外部設(shè)備管理單元，以及1個1oo2結(jié)構(gòu)的FTSM如圖8所示．搭建安全計(jì)算機(jī)硬件測試平臺，先進(jìn)行邏輯處理單元和FTSM的功能的測試，然后進(jìn)行外部設(shè)備管理單元的安全通信功能測試．1）內(nèi)部安全通信功能實(shí)驗(yàn)．具體實(shí)驗(yàn)方法是兩臺PU機(jī)向ARM、FPGA發(fā)送測試數(shù)據(jù)，通過PU機(jī)觀察ARM、FPGA返回的數(shù)據(jù)．以驗(yàn)證PU機(jī)、ARM、FPGA的之間安全通信幀結(jié)構(gòu)的具體功能．如圖9所示，實(shí)驗(yàn)返回了兩組數(shù)，通過地址標(biāo)識判斷，F(xiàn)PGA的返回?cái)?shù)據(jù)為：00000b0d0000aaaa99dadf6bdc757674．ARM的返回?cái)?shù)據(jù)為：00000b0e0000aaaa00c466f2c19247e4．前2字節(jié)為序列號，接著2字節(jié)為地址標(biāo)識，接著4字節(jié)為數(shù)據(jù)位，最后8字節(jié)為通過計(jì)算前面8字節(jié)數(shù)據(jù)所得64位CRC檢驗(yàn)碼．這兩組校驗(yàn)碼均與通過Mi－crosoftVisualC＋＋6．0計(jì)算的結(jié)果相一致．由序列號的定義、地址標(biāo)識的定義和CRC檢驗(yàn)碼計(jì)算結(jié)果可知，ARM、FPGA返回的數(shù)據(jù)正確．本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ARM板、FPGA板的序列號生成功能、地址標(biāo)識功能、CRC檢驗(yàn)編碼功能的正確性．2）容錯和安全管理實(shí)驗(yàn)．FTSM的工作流程是：首先通過內(nèi)網(wǎng)與2臺PU機(jī)連接，F(xiàn)TSM上電啟動后等待PU1、PU2兩臺PU機(jī)的數(shù)據(jù)．然后對接受到的2臺PU機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解幀，CRC校驗(yàn)檢查、地址標(biāo)檢查、兩機(jī)數(shù)據(jù)時序約束、兩機(jī)數(shù)據(jù)比較、序列號檢查等數(shù)據(jù)正確性檢查．最后對上述結(jié)果進(jìn)行組幀輸出．下面進(jìn)行FTSM的功能實(shí)驗(yàn)：具體實(shí)驗(yàn)方法是PU1、PU2分別在下述6種情況下向FP－GA、ARM發(fā)送測試數(shù)據(jù)，在PU1、PU2上觀察FP－GA、ARM的返回?cái)?shù)據(jù)，以驗(yàn)證1oo2結(jié)構(gòu)FTSM的功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示．表1中，實(shí)驗(yàn)3與實(shí)驗(yàn)2共同驗(yàn)證了比較檢查功能和CRC校驗(yàn)功能可以對正確與錯誤的輸入做出相應(yīng)的輸出；實(shí)驗(yàn)4與實(shí)驗(yàn)2共同驗(yàn)證了目標(biāo)地址標(biāo)識檢查功能和CRC校驗(yàn)功能可以對正確與錯誤的輸入做出相應(yīng)的輸出；實(shí)驗(yàn)6與實(shí)驗(yàn)1共同驗(yàn)證了FPGA、ARM之間能正確通信，以及2取2結(jié)構(gòu)正確性；實(shí)驗(yàn)5驗(yàn)證了時序約束功能．3）外部設(shè)備管理單元安全通信實(shí)驗(yàn)．為保證外部設(shè)備管理單元的通信安全，對通信的數(shù)據(jù)采用監(jiān)聽診斷，引入SPAN（SwitchedPortAnalyzer，交換端口分析儀）技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證該技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)監(jiān)聽，又能應(yīng)用到外部設(shè)備管理單元．實(shí)驗(yàn)包括在Catalyst2950交換機(jī)中，實(shí)現(xiàn)第三方設(shè)備監(jiān)控通信，以及自身設(shè)備監(jiān)控通信，如圖10所示．第三方監(jiān)控通信是A計(jì)算機(jī)向C計(jì)算機(jī)發(fā)送，在B計(jì)算機(jī)上，使用抓包獲取數(shù)據(jù)，能夠獲取源端口發(fā)往目標(biāo)端口的鏡像數(shù)據(jù)．通過SPAN鏡像的數(shù)據(jù)與A發(fā)往C的數(shù)據(jù)一致，達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果，說明B計(jì)算機(jī)能監(jiān)控A與C之間的通信，實(shí)現(xiàn)B計(jì)算機(jī)監(jiān)督A計(jì)算機(jī)輸入輸出的功能．自身設(shè)備監(jiān)控通信是使帶入口通信轉(zhuǎn)發(fā)功能的目標(biāo)端口對應(yīng)B計(jì)算機(jī)向源端口對應(yīng)C計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)．在帶入口通信轉(zhuǎn)發(fā)功能的目標(biāo)端口，抓包能夠獲取B發(fā)往C的數(shù)據(jù)．說明了目標(biāo)端口既可以實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)的輸入轉(zhuǎn)發(fā)，又可以實(shí)現(xiàn)對源端口的監(jiān)控．
3．2軟件集成驗(yàn)證
為了驗(yàn)證提出的軟件改進(jìn)，在CTCS－3列控系統(tǒng)中選取RBC，TCC，TSRS進(jìn)行集成．其中RBC由3個任務(wù)組成：列車注冊、列車注銷和MA生成；TCC有一個任務(wù)：發(fā)送調(diào)度信息．TSRS由兩個任務(wù)組成：臨時限速提示激活和重復(fù)提示．軟件的時間參數(shù)（總周期和各子系統(tǒng)隔離時間）和空間參數(shù)（各子系統(tǒng)隔離內(nèi)存大小）的確定方法如下．
3．2．1時空參數(shù)的確定時間參數(shù)有兩個，即分配給每個子系統(tǒng)的隔離時間和每個程序執(zhí)行所需時間，隔離時間可以通過執(zhí)行所需時間計(jì)算出來，而執(zhí)行所需時間可利用軟件測試的方法和VxWorks的實(shí)時性來確定．因此，計(jì)算出RBC、TCC及TSRS的一個周期內(nèi)分配的時間分別為220ms，44ms，44ms．空間參數(shù)利用VxWorks集成開發(fā)環(huán)境Work－Bench的memoryanalyzer工具，可知每個子系統(tǒng)的最大內(nèi)存使用情況．再根據(jù)以下內(nèi)存分配算法進(jìn)行放大：1）已知任務(wù)內(nèi)存集合｛Mi｜1≤i≤m｝為任務(wù)正常運(yùn)行時所需要的內(nèi)存大?。?）令ΔM＝min｛Mi｜1≤i≤m｝．3）以ΔM為基準(zhǔn)對內(nèi)存集｛Mi｜1≤i≤m｝進(jìn)行歸一化處理，任務(wù)τi的內(nèi)存Mi進(jìn)行歸一化處理后的結(jié)果是ni．定義處理后的結(jié)果為｛ni｜1≤i≤m｝．4）計(jì)算｛ni＋ni＋1｜1≤i≤m，令nm＋1＝n1｝，取最大值N＝max｛ni＋ni＋1｝．5）計(jì)算出所需內(nèi)存的總大小為L＝ΔM×N，劃分成N個ΔM大小的內(nèi)存塊．這樣計(jì)算可得所需全部內(nèi)存為60KB．從時間和空間兩方面都知道具體分配參數(shù)后，就可以編程實(shí)現(xiàn)．
3．2．2編程實(shí)現(xiàn)所采用的軟件平臺為VxWorks－cert，之后模擬RBC，TCC，TSRS的功能，并通過編程予以實(shí)現(xiàn)，觀察各子系統(tǒng)狀態(tài)如圖11所示。圖11中圖（a）～（d）表示正常情況下各子系統(tǒng)運(yùn)行；圖11（e）表示在TSRS程序中任意行加入一個比較長的延時，使在分配的時間內(nèi)不能完成功能．TSRS無法在分配時間內(nèi)完成，沒有發(fā)送OK返回值，RBC、TCC沒有檢驗(yàn)到OK返回值，輸出錯誤信息．圖11（f）表示在TSRS任意程序中任意行加入比較大的內(nèi)存分配，使得分配給它的內(nèi)存不夠使用．而由于內(nèi)存出錯，TSRS無法完成任務(wù)，均輸出錯誤信息．實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了通過編程實(shí)現(xiàn)RBC、TCC及TSRS的功能的可行性，達(dá)到了將幾臺列控系統(tǒng)設(shè)備的軟件功能進(jìn)行集成的預(yù)期目的．該設(shè)計(jì)首先確定程序的最壞執(zhí)行時間，然后計(jì)算出總周期和各子系統(tǒng)的隔離時間，最后按照所需內(nèi)存安排靜態(tài)內(nèi)存分配．圖11也證明了這種方法能夠保證程序在時間和空間的確定性，使其具有良好的安全性．
4結(jié)論
本文主要針對目前CTCS－3級列控系統(tǒng)安全計(jì)算機(jī)軟件和硬件的集成提出一套方案，包括基于差異性結(jié)構(gòu)的硬件平臺以降低共因失效，基于兩級調(diào)度的軟件架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)時空隔離，并分別進(jìn)行了理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下．1）利用PDS方法計(jì)算改進(jìn)硬件結(jié)構(gòu)的安全計(jì)算機(jī)平臺的安全性指標(biāo)，在配置合適的參數(shù)條件下能夠滿足安全完整性等級SIL－4．并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)的硬件結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部安全通信、容錯和安全管理及外部設(shè)備管理單元安全通信的功能．2）提出軟件集成設(shè)計(jì)通過理論計(jì)算和軟件測試的方法，確定時間參數(shù)和空間（內(nèi)存）參數(shù)，并通過編程實(shí)現(xiàn)RBC、TCC和TSRS的功能．程序運(yùn)行結(jié)果表明在滿足基本功能的條件下，還實(shí)現(xiàn)預(yù)期的時間保護(hù)和空間保護(hù)的功能．
作者：鄭升曹源張玉琢景浩胡華單位：中國鐵路總公司運(yùn)輸局北京交通大學(xué)軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國家工程研究中心
一、職業(yè)院校計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)上存在的問題
（一）教材側(cè)重問題專業(yè)院校的教學(xué)目的不僅是要讓學(xué)生掌握好專業(yè)的知識技能還要讓學(xué)生有一定的動手操作能力，根據(jù)教育者提供的設(shè)計(jì)題目，想出更好地設(shè)計(jì)意圖，完成設(shè)計(jì)作品。
（二）教師授課內(nèi)容問題教師的授課不僅要讓學(xué)生掌握好基本的軟件操作的知識，在學(xué)生的應(yīng)用能力上還要很好的培養(yǎng)，不要讓學(xué)生照本宣科的學(xué)習(xí)而是好培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性。
（三）課程設(shè)置問題在各類的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)的院校都開設(shè)了這樣一些基礎(chǔ)的教學(xué)課程，將平面、立體、色彩這三個內(nèi)容作為支撐設(shè)計(jì)教學(xué)的內(nèi)容，但是在很多的學(xué)校都普遍存在一個問題，那就是理論不能夠與實(shí)踐很好的結(jié)合，這里的理論與實(shí)踐的結(jié)合是指：在課程的安排上是理論與實(shí)踐相結(jié)合的，但是在課程的學(xué)習(xí)上并不是理論與實(shí)踐相同步的。當(dāng)開展實(shí)踐課的時候，有些時候是所學(xué)的知識不能運(yùn)用到實(shí)踐中，有些實(shí)踐課程是實(shí)踐內(nèi)容在課程上還沒學(xué)到，這樣的課程設(shè)計(jì)很難達(dá)到教學(xué)最初所要達(dá)到的目的，為教學(xué)的展開起到了事倍功半的反效果。分析和解決這些問題的關(guān)鍵就在于：一方面，要加強(qiáng)和完善理論與實(shí)踐的同步性；第二，要加強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力與創(chuàng)造性。只有這樣計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)才能更好的發(fā)展，學(xué)生的能力也才能得到相應(yīng)的提升。才能提高學(xué)生的社會競爭力。
二、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類專業(yè)學(xué)生基本能力培養(yǎng)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)途徑
（一）學(xué)生基本設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的內(nèi)容學(xué)生的設(shè)計(jì)能力要從各個方面來培養(yǎng)，例如：基礎(chǔ)知識的掌握，對設(shè)計(jì)圖中點(diǎn)、線、面的控制和培養(yǎng)、色彩的運(yùn)用能力、綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力等各方面來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力。1.“三大構(gòu)成”基礎(chǔ)知識的掌握。平面、立體、色彩這三大方面需要進(jìn)行詳細(xì)的講解，學(xué)生也要認(rèn)真的研讀，這樣才會減少在設(shè)計(jì)方面的失誤。2.“點(diǎn)、線、面”操控能力的培養(yǎng)。在設(shè)計(jì)的作品中，點(diǎn)、線、面是構(gòu)成作品最基本的單位，因此要能設(shè)計(jì)好一個作品，給人眼前一亮的感覺，就要在這三個方面做到巧妙、熟練的運(yùn)用，對這三個方面的運(yùn)用要做到有針對性的分析，找出規(guī)律，這樣對學(xué)生完成作品很有幫助。3.色彩運(yùn)用能力的培養(yǎng)。對色彩的運(yùn)用，就是要在選擇顏色上多下功夫，還要考慮顏色的搭配，不僅要反映作品中所表達(dá)出來的情感基調(diào)，對作品中的細(xì)節(jié)也要有顏色上的準(zhǔn)確把握。4.綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)手段的能力。引導(dǎo)學(xué)生將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代的設(shè)計(jì)思路相結(jié)合，綜合的運(yùn)用各種手段將作品呈現(xiàn)到最好。5.外部設(shè)備應(yīng)用能力的培養(yǎng)。提高學(xué)生運(yùn)用其他設(shè)備的能力，運(yùn)用其他的設(shè)備來完善自己作品中的缺陷已達(dá)到完美。6.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)的創(chuàng)意是作品的靈魂。當(dāng)一個作品呈現(xiàn)在大家眼前時，人們最關(guān)注的還是創(chuàng)意，這就需要作者掌握的知識要廣泛，這樣才會讓設(shè)計(jì)者有豐富的聯(lián)想和設(shè)計(jì)創(chuàng)意。
（二）學(xué)生基本能力培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)途徑1.重視學(xué)生基本能力的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的基本設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)是平面設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，任課教師應(yīng)當(dāng)對學(xué)生的基本設(shè)計(jì)的課程給予高度的重視。2.有機(jī)融合設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)與設(shè)計(jì)應(yīng)用教學(xué)課程的內(nèi)容。教師應(yīng)當(dāng)注重加強(qiáng)自身的專業(yè)素質(zhì)，及時的了解教學(xué)的進(jìn)度，將課程的內(nèi)容與實(shí)踐緊密的結(jié)合，做到講和練相結(jié)合。逐步提高學(xué)生的應(yīng)用能力。3.充分利用學(xué)生的課余時間，組織好互動與交流。在學(xué)校中學(xué)生與教師要加強(qiáng)交流，開展興趣小組，加強(qiáng)師生間的交流與互動，使學(xué)生基本能力培養(yǎng)的有效補(bǔ)充。
作者：殷燕單位：保定市高級技工學(xué)校
1自主可控計(jì)算機(jī)信號完整度設(shè)計(jì)
在自主可控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)置有種類較多的EMI信號，其信號敏感性較強(qiáng)，確保高速信號傳輸?shù)耐暾耘c可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接關(guān)系著整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作業(yè)的可靠性與穩(wěn)定性。影響計(jì)算機(jī)信號完整度的因素較多，如系統(tǒng)布局、疊層設(shè)計(jì)、內(nèi)存信號布線、高速差分信號布線等。為此，在進(jìn)行系統(tǒng)布局時，需要依托模塊化設(shè)計(jì)理念，依據(jù)電路功能進(jìn)行模塊劃分，明確元器件布置區(qū)域，讓信號傳輸線盡量短，降低信號反射對信號完整性的影響，還應(yīng)確保傳輸線路其阻抗匹配良好，復(fù)位電路與時鐘電路設(shè)置，應(yīng)盡量與芯片位置距離較短，降低電磁輻射影響。在疊層設(shè)計(jì)過程中，需要依據(jù)系統(tǒng)布置狀況，采取PCB疊層設(shè)計(jì)方法，合理設(shè)置其層數(shù)，降低電路電磁所產(chǎn)生的干擾問題，為電路系統(tǒng)運(yùn)行提供保障。在內(nèi)存信號布線時，應(yīng)將同組信號于相同布線層中視線中走線，加強(qiáng)長度匹配控制，采取蛇形線進(jìn)行布置；在差分信號布線中，應(yīng)盡量將其傳輸線等長設(shè)置，其布線形式采取平行布線方式，綜合考慮耦合原則，確保信號完整度。
2自主可控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)自主可控計(jì)算機(jī)具備自主知識產(chǎn)權(quán)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，其軟件均采取國產(chǎn)化軟件，具體而言，包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件、計(jì)算機(jī)固件系統(tǒng)等。針對操作系統(tǒng)而言，為確保操作系統(tǒng)運(yùn)行能力，對系統(tǒng)底層硬件驅(qū)動進(jìn)行分析，確保操作系統(tǒng)可以有效對底層硬件機(jī)構(gòu)執(zhí)行有效驅(qū)動，確保系統(tǒng)可以運(yùn)行穩(wěn)定可靠。因我國國產(chǎn)的軟件其時間較短，實(shí)踐應(yīng)用仍需要進(jìn)一步改善，其系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的兼容性有待深入研究，需要在實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用中及時發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中存在問題，并予以解決。
3自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)成果測試分析
通過對自主可控計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，通過研制組裝，最終實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)自主可控計(jì)算機(jī)研制。在樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后，采取針對性測試軟件，分別對自主可控計(jì)算機(jī)的CPU、內(nèi)容、硬盤及其他數(shù)據(jù)接口性能進(jìn)行測試，并對其高低溫環(huán)境下運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測。試驗(yàn)檢測結(jié)果證明，該自主可控計(jì)算機(jī)U盤讀速度正常，硬盤讀速度正常，計(jì)算機(jī)主板與3A主板性能相當(dāng)，該計(jì)算機(jī)在零下40℃-50℃環(huán)境中，均可以正常作業(yè)，此外，還對自主可控計(jì)算機(jī)進(jìn)行了連續(xù)拷機(jī)檢測，充分證實(shí)了該自主可控計(jì)算機(jī)具備良好的穩(wěn)定性工作能力，其可控性高，安全性好，未來應(yīng)用前景廣闊。
4結(jié)語
自主可控計(jì)算機(jī)未來發(fā)展前景廣闊，本文重點(diǎn)對自主可控計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，通過應(yīng)用國產(chǎn)化部件，實(shí)現(xiàn)了自主可控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。經(jīng)過試驗(yàn)檢測發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)成果具備良好性能，性能穩(wěn)定且可控性高。相信隨著科技進(jìn)步，其發(fā)展前景會更為廣闊，應(yīng)用效果更佳。
作者：王慧軍單位：平頂山教育學(xué)院
1硬件設(shè)計(jì)
1.1時鐘電路PowerPC模塊需要提供時鐘信號供MPC107，VME總線接口電路，以太網(wǎng)接口電路，串口使用，為減少時鐘種類，提高系統(tǒng)工作可靠性，將32MHz作為基本時鐘，該時鐘提供給MPC107使用，在MPC107內(nèi)部經(jīng)鎖相環(huán)倍頻后產(chǎn)生64MHz時鐘分別供CPU和FPGA使用，MPC107提供3路32MHz的PCI時鐘分別供FPGA，以太網(wǎng)和VME總線接口芯片使用，在FPGA內(nèi)部將32MHz時鐘分頻為16MHz時鐘供FPGA內(nèi)部串口邏輯使用。25MHz時鐘供以太網(wǎng)接口電路使用。高頻時鐘信號在源端串接22Ω電阻。
1.2電壓轉(zhuǎn)換電路PowerPC模塊上的電源要求為MPC755內(nèi)核電壓為2.0V，允許偏差為5%;PowerPC接口電壓為3.3V;MPC107，F(xiàn)PGA內(nèi)核電壓為2.5V，允許偏差5%，接口電壓為3.3V;其他芯片均為5V或3.3V。2.0V、2.5V和3.3V的電源變換電路用DC－DC變換器JW1083實(shí)現(xiàn)。
1.3處理器電路PowerPC模塊采用MPC755，芯片的最高工作主頻為350MHz，核心頻率設(shè)定為256MHz。PowerPC通過橋接器MPC107訪問板內(nèi)資源。主要集成以下功能塊:超標(biāo)量處理器、32kB指令Cache和32kB數(shù)據(jù)Cache、1MB的L2Cache接口、128位寬內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，64位系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線和L2Cache總線、32位地址線、64位數(shù)據(jù)線、整型數(shù)據(jù)類型有8，16和32位、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型有32和64位。MPC755的主要特性有:每指令周期可以從指令Cache中取4條指令;每時鐘周期可以開始兩條指令執(zhí)行;每時鐘周期可同時6條指令執(zhí)行;大多數(shù)指令周期為單周期指令。MPC755有在系統(tǒng)測試和調(diào)試特性，JTAG接口可通過相應(yīng)的硬件工具來測試數(shù)據(jù)處理。
1.4MPC107橋控制器MPC107PCI橋接器/集成存儲器控制器提供MPC6XX，MPC7XX，MPC74XX處理器到PCI總線的接口。MPC107提供功能有:一個高性能的存儲器控制器，雙處理器的支持，雙通道DMA控制器，一個中斷控制器，一路I2O消息控制器，一路I2C接口和一個時鐘鎖相環(huán)電路。MPC107內(nèi)部有配置寄存器，配置寄存器基地址為0xFEC00000。MPC107主要特性:存儲器接口是32位或64位數(shù)據(jù)寬度，頻率66MHz，支持SDRAM、8位，32位，64位BOOTROM、支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)，讀、更改、寫，ECC;處理器接口是處理器總線66MHz，支持第二個處理器、支持MPC6XX，MPC7XX，MPC74XX處理器、支持存儲器一致性、32位或64位數(shù)據(jù)寬度，32位地址;PCI接口兼容PCI2.1規(guī)范，32位PCI接口，操作頻率可達(dá)33MHz，提供5個PCI設(shè)備的仲裁電路，有校驗(yàn)支持;還有2通道DMA控制器、消息管理單元、I2C控制器、可編程中斷控制器、集成PCI，SDRAM時鐘產(chǎn)生、可編程存儲器和PCI總線驅(qū)動。
1.5存儲器電路CPU模塊上設(shè)計(jì)有8位BOOTFlash存儲器、64位SDRAM存儲器、64位Flash。CPU模塊上MPC107內(nèi)部實(shí)現(xiàn)PowerPC存儲器控制器，提供地址譯碼、數(shù)據(jù)處理周期訪問時序、SDRAM時鐘等來訪問存儲器。通過控制MPC107內(nèi)部的一些寄存器來完成這些功能。PowerPC模塊提供64位寬度的64MB的SDRAM。SDRAM采用4片WED146S8030A實(shí)現(xiàn)，供電電壓3.3V，時鐘頻率100MHz。MPC107內(nèi)置SDRAM存儲器控制器，提供SDRAM的時序控制邏輯，并可提供SDRAM的訪問時鐘，時鐘頻率設(shè)計(jì)為66MHz。PowerPC和PCI主設(shè)備均可訪問SDRAM。地址空間位于存儲器的低端0x0000000—0x03FFFFFF。訪問方式及時序控制可控制MPC107內(nèi)部的寄存器來實(shí)現(xiàn)。啟動Flash采用容量為4MB，按8位工作方式訪問，芯片采用SM29LV256實(shí)現(xiàn)，工作電壓為3.3V。支持整片擦寫，扇區(qū)寫保護(hù)等。每個扇區(qū)支持100000次的擦寫周期。Flash操作按Byte方式來訪問和操作。啟動Flash地址分配在存儲空間的高端，地址空間為FFC00000H～FFFFFFFFH。用于PowerPC模塊的啟動，啟動Flash上駐留啟動程序，BIT測試程序，F(xiàn)lash在板編程程序和操作系統(tǒng)。Flash由8片16位存儲器組成，芯片采用國威公司生產(chǎn)的SM29LV256實(shí)現(xiàn)，工作電壓3.3V，設(shè)計(jì)容量256MB。支持整片擦寫，扇區(qū)寫保護(hù)等。每個扇區(qū)支持100000次的擦寫周期，F(xiàn)lash操作按64位操作。Flash存儲器用于用戶程序的儲存。NVSRAM容量32kB，數(shù)據(jù)寬度8位，芯片采用STK14C88－5C45M實(shí)現(xiàn)。
1.6定時器電路和中斷電路MPC107提供4路32位計(jì)數(shù)器，在定時器計(jì)數(shù)減至零時產(chǎn)生中斷，可用于系統(tǒng)定時或產(chǎn)生周期總斷。計(jì)數(shù)器工作時鐘為MPC107供SDRAM的輸入時鐘的1/8，精度±50×10－6;計(jì)數(shù)器0保留作為系統(tǒng)時鐘，其余3路計(jì)數(shù)器用作用戶時鐘，定時范圍為121ns～515s。PowerPC模塊上的中斷控制器由MPC107內(nèi)部集成的可編程中斷控制單元(EPIC)實(shí)現(xiàn)，該中斷控制器采用OpenPIC體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，支持16級串行中斷。中斷控制器可根據(jù)中斷源的特點(diǎn)設(shè)置中斷的優(yōu)先級和電平有效方式，中斷的優(yōu)先級可以通過軟件進(jìn)行設(shè)置。
1.7接口電路接口電路包括以太網(wǎng)通信接口電路、RS232接口電路、LBE總線接口和VME總線接口電路。PowerPC模塊提供1路10/100MB以太網(wǎng)接口，采用Intel82551芯片實(shí)現(xiàn)。接口采用RJ45頭雙絞線。10MB以太網(wǎng)雙絞線接口最大傳輸距離為185m。100MB以太網(wǎng)雙絞線接口最大傳輸距離為100m。以太網(wǎng)地址存于Flash中，通過軟件可以進(jìn)行以太網(wǎng)地址的設(shè)定。兩路RS232接口電路采用FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)，8位數(shù)據(jù)寬度，按8位方式訪問。提供兩路RS232串行通訊接口，串行接口的工作時鐘采用3.6864MHz，兩路串行接口采用三線制傳輸，用于與開發(fā)平臺的通訊，最大速率115kbit?s－1。LBE總線接口采用PCI總線實(shí)現(xiàn)，16位讀寫訪問，在FPGA中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PCI－LBE橋邏輯，實(shí)現(xiàn)PowerPC模塊對LBE總線其他從設(shè)備的訪問。當(dāng)LBE總線訪問超時(超時周期3.840μs)，報(bào)總線超時中斷。模塊采用UniverseII接口芯片實(shí)現(xiàn)VME總線接口，UniverseII主要特性包括:實(shí)現(xiàn)32位，33MHzPCI總線接口、內(nèi)部集成大容量FIFO、提供可編程的DMA控制器、60～70MBit?s－1的VME總線傳輸速率、完全的VME總線地址和數(shù)據(jù)傳輸模式、功能強(qiáng)大的寄存器集、可編程PCI總線和VME總線訪問、完全VME總線系統(tǒng)控制器功能、地址監(jiān)視器功能和Auto－ID。UniverseII提供VME總線超時定時器，當(dāng)VME總線超時，報(bào)VXBERR有效，結(jié)束當(dāng)前VME總線訪問。在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)VME總線接口訪問超時中斷，當(dāng)訪問周期超過16μs，則總線超時中斷有效，點(diǎn)亮故障燈。
1.8控制邏輯電路控制邏輯由FPGA實(shí)現(xiàn)，采用Xilinx公司的XQV300芯片。主要實(shí)現(xiàn)以下邏輯控制功能:串行中斷控制邏輯、復(fù)位邏輯、看門狗控制邏輯、訪問Flash存儲器邏輯、訪問串口控制邏輯、離散量端口控制邏輯、RS232異步通信邏輯、LBE總線接口邏輯。
2軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)硬件與應(yīng)用軟件之間的橋梁，其為應(yīng)用程序的開發(fā)提供支持。PowerPC模塊系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)引導(dǎo)程序，VxWorks實(shí)時操作系統(tǒng)，在板編程程序，PUBIT以及硬件驅(qū)動程序等。硬件系統(tǒng)通電后首先執(zhí)行引導(dǎo)程序，引導(dǎo)程序根據(jù)離散量GSE#狀態(tài)，判斷顯示維護(hù)菜單，或者啟動應(yīng)用程序，根據(jù)離散量DISin0狀態(tài)，判斷加載0#區(qū)應(yīng)用程序或加載1#區(qū)應(yīng)用程序。系統(tǒng)加電后在啟動操作系統(tǒng)之前，首先運(yùn)行加電BIT(PUBIT)，對硬件資源進(jìn)行檢測。PUBIT只包含產(chǎn)品的檢測，檢測結(jié)果存放于NVSRAM中，應(yīng)用程序可通過函數(shù)讀到PUBIT的結(jié)果。用戶產(chǎn)品的硬件檢測在應(yīng)用程序中完成，通過讀取系統(tǒng)軟件提供的PUBIT結(jié)果，應(yīng)用程序可以獲得整個硬件資源的檢測信息。在板編程完成將程序或數(shù)據(jù)固化到Flash存儲器的功能，在板編程可通過串口實(shí)現(xiàn)。在板編程模塊由兩部分程序組成，分別駐留在為目標(biāo)機(jī)和宿主機(jī)上，目標(biāo)機(jī)上的程序完成固化數(shù)據(jù)的接收，F(xiàn)lash存儲器的數(shù)據(jù)的寫入，固化后數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，F(xiàn)lash測試代碼和的計(jì)算;該部分程序事先固化到系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)處于編程狀態(tài)時，啟動它運(yùn)行。宿主機(jī)上的程序完成固化文件參數(shù)的讀取和固化數(shù)據(jù)的發(fā)送工作。
操作系統(tǒng)配置的功能包括:提供標(biāo)準(zhǔn)C/C++支持;提供文件系統(tǒng)以及標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出支持;提供硬件初始化、信號量、消息隊(duì)列、例外處理等系統(tǒng)內(nèi)核功能支持;提供系統(tǒng)緩沖區(qū)、雙向鏈表以及環(huán)型緩沖區(qū)等管理支持;提供網(wǎng)絡(luò)接口的WDB調(diào)試支持;提供核心硬件管理功能，包括系統(tǒng)存儲器、Cache、時鐘、浮點(diǎn)運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)接口等的支持;提供多任務(wù)調(diào)度管理功能。設(shè)備驅(qū)動程序分為兩類:一類是操作系統(tǒng)工作必須的硬件資源的設(shè)備驅(qū)動軟件(BSP)，這些驅(qū)動程序必須與操作系統(tǒng)捆綁在一起，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理;另一類是系統(tǒng)中其他硬件資源的驅(qū)動軟件，這些程序獨(dú)立于操作系統(tǒng)，以硬件支持庫的形式提供用戶調(diào)用。屬于第一類的驅(qū)動包括時鐘驅(qū)動、中斷控制器驅(qū)動、串行調(diào)試通訊接口驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動等;屬于第二類的驅(qū)動包括Flash存儲器讀寫驅(qū)動，VME總線驅(qū)動程序，IO模塊驅(qū)動程序等。為保證程序的可移植性和兼容性，需保持底層驅(qū)動函數(shù)接口保持不變。
3結(jié)束語
本文介紹了基于PowerPC755芯片的單板計(jì)算機(jī)。以PowerPC755處理器為核心電路，MPC107為橋芯片，其他功能選用標(biāo)準(zhǔn)接口，高集成度芯片實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部總線采用標(biāo)準(zhǔn)32位PCI總線接口，底板總線接口采用標(biāo)準(zhǔn)VME總線接口，LBE總線接口。結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，提高系統(tǒng)整體性能和性價比，有較好的繼承性以及維護(hù)方便等特點(diǎn)。
作者：劉冰孫愛中單位：中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所第6研究室
一、體驗(yàn)式教學(xué)在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類課程上的應(yīng)用類型
（一）情感體驗(yàn)主要指計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類的學(xué)生在開設(shè)專業(yè)課程之前“先入式”的對已有的好的設(shè)計(jì)作品及設(shè)計(jì)要素（線條、平面、空間）、環(huán)境、美術(shù)作品、圖片以及作品與用戶的交互性等感受體驗(yàn)和美學(xué)認(rèn)知的心理傾向的積累，在與這些事物經(jīng)常性的接觸過程中，學(xué)生自然而然會對色彩、線條、平面、空間感、質(zhì)感、構(gòu)圖、作品效果的愉悅性等建立起簡單而樸素的認(rèn)知和美學(xué)傾向，再加以正確的引導(dǎo)就可以形成正確的美學(xué)認(rèn)知和專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)起正確的美學(xué)表達(dá)方式對后續(xù)的專業(yè)技能的培養(yǎng)起到很好的基礎(chǔ)作用，在完成設(shè)計(jì)作業(yè)或參與項(xiàng)目中就會帶有思維的活性，使作品具有靈性，而不是技法上簡單地模仿和機(jī)械地實(shí)現(xiàn)。
（二）形象體驗(yàn)主要指學(xué)生們在課余時間里對老師所教授的對象具有形體上生動的認(rèn)知和形象記憶[9]。把老師講授的各種軟件操作技法與實(shí)現(xiàn)效果對照，把電腦影像效果與真實(shí)客觀對象的仿真差距對照，這樣對知識點(diǎn)的接受就不會落入空洞的表述和抽象的記憶，與教師課堂講授的結(jié)合，大大突破有限學(xué)時的限制，利于對知識的理解成為鮮活的知識點(diǎn)的積累記憶，形成學(xué)生們豐富的專業(yè)知識儲備，利于作品設(shè)計(jì)實(shí)踐活動中獨(dú)立的創(chuàng)新思維的激發(fā)，而不是盲目地模仿。
（三）思維體驗(yàn)是指在教學(xué)活動中教師不把自己的思維方式強(qiáng)加給學(xué)生，而是采取案例教學(xué)、組織討論等方式，從學(xué)生們所熟知的生活例子中引導(dǎo)學(xué)生們思考、討論[10]。在教學(xué)過程中，把思維發(fā)散開，然后逐個分析各種情況和方案，把思維聚合起來，篩選出優(yōu)化的方案，在此基礎(chǔ)上提升出需要講授的知識原理，以學(xué)生的知識認(rèn)知為起點(diǎn)往上提升的教學(xué)方法取代以老師的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知往下灌的教學(xué)模式，讓學(xué)生體驗(yàn)整個分析的過程，學(xué)生容易吸收結(jié)論，知識點(diǎn)記得活，能主動應(yīng)用，可以大大提高教學(xué)效果。我們在平面設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、3D建模設(shè)計(jì)、課件制作等課程中根據(jù)不同需要做案例教學(xué)、分組調(diào)查、分組討論等教學(xué)設(shè)計(jì)。技法體驗(yàn)及操作實(shí)踐體驗(yàn)：計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類的實(shí)踐技能需要和設(shè)計(jì)的理論知識結(jié)合較緊密，在進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練時，要讓學(xué)生有足夠的時間和機(jī)會，反復(fù)參與到專業(yè)實(shí)踐技能訓(xùn)練環(huán)境中，在實(shí)踐—總結(jié)—輔導(dǎo)—再實(shí)踐的環(huán)節(jié)中反復(fù)進(jìn)行，找到自己實(shí)踐的心理體驗(yàn)，幫助他們總結(jié)出實(shí)踐技能的認(rèn)知，提升實(shí)踐技能背后的專業(yè)知識理論。實(shí)踐技能的熟練掌握需要和理論功底的積累結(jié)合起來，要避免“理論熟，實(shí)踐生”或“理論淺，實(shí)踐熟”的兩種錯誤傾向[11]。
二、體驗(yàn)式教學(xué)在課程教學(xué)上的應(yīng)用
多媒體教學(xué)手段全覆蓋所有計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類課程，探索以形象思維認(rèn)知引導(dǎo)切入，調(diào)動學(xué)生積極參與體驗(yàn)的教學(xué)模式，從體驗(yàn)的環(huán)境設(shè)計(jì)入手營造教學(xué)氣氛。在課堂教學(xué)中，任課教師根據(jù)課程特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，多采取互動的，分析型的教學(xué)，課堂的圖片展示、視頻教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)要與教師多媒體課件教學(xué)結(jié)合，增加作品案例分析、作業(yè)講授的學(xué)時，揉和情感體驗(yàn)和思維體驗(yàn)于教學(xué)氣氛中。在提出每一種技法、思路或方案時，要重視與學(xué)生形象思維的交流，注意引導(dǎo)討論情感體驗(yàn)，利于學(xué)生確立正確的美學(xué)思想，或做方案時具有人性化的思考，在討論和分析過程中又要注意邏輯思維的條理、層次，讓學(xué)生在接受知識的同時學(xué)習(xí)到專業(yè)特點(diǎn)的思維方式，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，教學(xué)形式可融合案例教學(xué)、分組討論、野外認(rèn)知等多種形式進(jìn)行，在效果表現(xiàn)力與技法實(shí)現(xiàn)上引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)體驗(yàn)，找到技法的自我感受，探索含實(shí)踐技能測試、作品評比、實(shí)習(xí)考核、口試等多種考核辦法的考核機(jī)制。同時，加大實(shí)踐教學(xué)改革力度，一方面，積極在每一門課程中抽出一定比重的學(xué)時進(jìn)行專業(yè)技能的強(qiáng)化訓(xùn)練，課程特點(diǎn)相近的教師組合或銜接，制定專門的訓(xùn)練教學(xué)計(jì)劃，分年級分課程實(shí)施小班教學(xué)，強(qiáng)化基礎(chǔ)訓(xùn)練（電腦技能測試），分方向交叉訓(xùn)練，延伸強(qiáng)化綜合訓(xùn)練（帶項(xiàng)目的概念性設(shè)計(jì)），實(shí)踐教學(xué)要注意引導(dǎo)學(xué)生對技法體驗(yàn)和操作實(shí)踐的體驗(yàn)，小班分組進(jìn)行，加強(qiáng)個別輔導(dǎo)，增加學(xué)生交流經(jīng)驗(yàn)和接受輔導(dǎo)的機(jī)會，注意課堂與課后的結(jié)合，布置一些項(xiàng)目性的課后作業(yè)給學(xué)生去做；另一方面積極探索走出學(xué)校，面向社會的技能訓(xùn)練，與多家廣告公司、景觀設(shè)計(jì)公司、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)公司等合作，積極建設(shè)集社會服務(wù)與專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為一體的校外實(shí)踐教學(xué)基地，推薦學(xué)生到企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)，可改善實(shí)踐教學(xué)條件，積極探索校外專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的新模式，幫助學(xué)生對未來職業(yè)角色和職業(yè)環(huán)境進(jìn)行職業(yè)體驗(yàn)，是專業(yè)教學(xué)在學(xué)生職業(yè)規(guī)劃上的積極育人的實(shí)踐行徑，每個實(shí)習(xí)基地的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與對應(yīng)的課程匹配，集中在某個專項(xiàng)的技能訓(xùn)練上。
三、體驗(yàn)式教學(xué)在第二課堂建設(shè)上的應(yīng)用
單憑課堂教學(xué)進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練是不夠的，也不符合“理論—實(shí)踐—再理論—再實(shí)踐”的人類認(rèn)知實(shí)踐過程的反復(fù)漸進(jìn)的要求，需要把學(xué)生課余時間利用起來組織好第二課堂，開發(fā)出專業(yè)訓(xùn)練的潛在課程?？赏ㄟ^開放管理計(jì)算機(jī)房、整合教學(xué)資源、組建以學(xué)生為主體，專業(yè)教師參與輔導(dǎo)、培訓(xùn)的一個學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)型的團(tuán)隊(duì)等舉措來加強(qiáng)，集專業(yè)書籍閱覽、專業(yè)資料收集、組織專業(yè)比賽、社會實(shí)習(xí)等功能于一身，培養(yǎng)學(xué)生們的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)實(shí)踐能力，營造課余專業(yè)學(xué)習(xí)氛圍，適時舉辦專項(xiàng)技能提高的輔導(dǎo)班，幫助那些在課余時間有加強(qiáng)專業(yè)技能訓(xùn)練愿望的學(xué)生加強(qiáng)專業(yè)技能訓(xùn)練，由專業(yè)教師授課，根據(jù)授課學(xué)生的情況制定專門的培訓(xùn)方案，對專業(yè)的正規(guī)課程不能觸及到的深度和答疑輔導(dǎo)進(jìn)行補(bǔ)充，輔導(dǎo)了很多專業(yè)基礎(chǔ)弱的學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技能的強(qiáng)化訓(xùn)練，同時也輔導(dǎo)了一些有志于在設(shè)計(jì)類領(lǐng)域就業(yè)的學(xué)生進(jìn)行就業(yè)培訓(xùn)。
四、體驗(yàn)式教學(xué)在專業(yè)文化建設(shè)上的應(yīng)用
除了在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)上需要體驗(yàn)式的教學(xué)之外，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類的師生在專業(yè)價值觀上的自我認(rèn)知也需要加強(qiáng)“育人體驗(yàn)”和“職業(yè)自信心體驗(yàn)”，我們借鑒企業(yè)文化的建設(shè)思想，從教師和學(xué)生兩條線入手，整合專業(yè)課程教學(xué)、第二課堂訓(xùn)練和校園文化等教學(xué)資源，加強(qiáng)專業(yè)學(xué)術(shù)交流平臺的建設(shè)，提高教師專業(yè)教學(xué)與育人的職業(yè)認(rèn)知感，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)合型人才的成才模式，營造激勵學(xué)生們熱情參加專業(yè)實(shí)踐、社會實(shí)踐和社會服務(wù)的專業(yè)學(xué)習(xí)氛圍；通過鼓勵教師組織學(xué)生專業(yè)訓(xùn)練、作品評比、參加設(shè)計(jì)比賽等活動延伸專業(yè)課程教學(xué)，豐富專業(yè)學(xué)習(xí)資料，鍛煉學(xué)生們的動手能力和創(chuàng)新思維，可以激勵學(xué)生們的學(xué)習(xí)自信心；通過建立作品展室、到企業(yè)項(xiàng)目實(shí)習(xí)等舉措，活躍專業(yè)氣氛，提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)在價值觀上的自我認(rèn)知感，提升學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)自信心，綜合提高專業(yè)教學(xué)水平。
五、結(jié)語
體驗(yàn)式教學(xué)在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類教學(xué)體系中的系統(tǒng)化應(yīng)用，需要情感體驗(yàn)、形象體驗(yàn)、思維體驗(yàn)、技法體驗(yàn)及操作實(shí)踐體驗(yàn)以及職場體驗(yàn)五種類型的有機(jī)結(jié)合，在專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)中突出學(xué)生的主體地位，注重學(xué)生的專業(yè)技能和思維方式的培養(yǎng)，比傳統(tǒng)的“灌”式教育更符合計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)類人才培養(yǎng)模式的要求，可提高專業(yè)的整體教學(xué)效果，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)與行業(yè)發(fā)展的對接，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)適應(yīng)性，同時，也要看到，這需要在整個教學(xué)體系上加大改革力度，給予更大的軟硬件上的投入，需要建立和諧的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，整合各種教學(xué)資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理，也要求各位任課教師具更高的教學(xué)熱情和事業(yè)心，研究學(xué)生的知識背景和認(rèn)知特點(diǎn)，根據(jù)不同的課程特點(diǎn)探索更多有效的教學(xué)形式，豐富教案。
作者：李潔尹光陳賢龔元圣單位：昆明市財(cái)經(jīng)商貿(mào)學(xué)校云南農(nóng)業(yè)大學(xué)
1計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)
在計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方面，關(guān)于三維動畫制作工作其實(shí)是一項(xiàng)十分系統(tǒng)化的繁瑣過程。部分動畫要將大量的圖像資源傳輸?shù)杰浖?nèi)，接著利用軟件做進(jìn)一步的理，實(shí)現(xiàn)所有圖片的一一相連，當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速提升，軟件技術(shù)也相較于之前有了進(jìn)一步的強(qiáng)化，因此在動畫處理制作的過程中會更加的快捷高效。
應(yīng)用領(lǐng)域編輯計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要是平面設(shè)計(jì)和立體設(shè)計(jì)兩方面。平面設(shè)計(jì)包括廣告類、插畫類、二維動畫、影視、服裝設(shè)計(jì)等各方面。而三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用更是廣泛，動漫和電視電影中時時存在著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。相應(yīng)的各種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)繪制軟件也是應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如使用電腦進(jìn)行廣告設(shè)計(jì)、書籍插圖、建筑裝潢、服裝設(shè)計(jì)等；當(dāng)把電腦美術(shù)運(yùn)用在影視制作中的時候，通過被叫做“電腦特技”。就想是早年間攝影技術(shù)的研究與發(fā)現(xiàn)，電腦圖像技術(shù)的出現(xiàn)同樣在藝術(shù)發(fā)展史上有著不可磨滅的價值與意義。之前在創(chuàng)作過程中需要借助紙筆的美術(shù)家現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)⑵鋽[脫了，所有的繪畫設(shè)計(jì)工作都能夠通過電腦呈現(xiàn)于完成。對于電腦數(shù)碼美術(shù)的概念及范圍當(dāng)前并沒有一個明確的設(shè)定，社會各個領(lǐng)域?qū)@一全新的知識抱有的看法尚未完全一致，或多或少的存在一定的差異性，唯一可以肯定的是各個領(lǐng)域的學(xué)者都認(rèn)為電腦數(shù)碼美術(shù)史一種可以實(shí)現(xiàn)動畫設(shè)計(jì)處理并運(yùn)用于影視制作工作中的藝術(shù)類別。
設(shè)計(jì)可以說是美術(shù)這門課程的其中一個部分。電腦數(shù)碼美術(shù)的出現(xiàn)為其創(chuàng)造了前所未有的機(jī)遇。我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|到的，很多都與美術(shù)設(shè)計(jì)有著不可分割的關(guān)系，像是商品商標(biāo)的設(shè)計(jì)，外包裝的設(shè)計(jì)以及建筑工程的設(shè)計(jì)等。通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，設(shè)計(jì)師擁有了更為寬闊的思維發(fā)散空間及藝術(shù)表現(xiàn)形式，幫助他們更加高效的完成設(shè)計(jì)工作。當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的快速前行，已經(jīng)逐漸的擴(kuò)展到越來越多的工作領(lǐng)域，其便利性、快速性、高效性使計(jì)算機(jī)技術(shù)在人們的工作和學(xué)習(xí)中占有越來越重要的地位，美術(shù)和計(jì)算機(jī)在一定條件下巧妙結(jié)合，加上社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平提高給實(shí)用美術(shù)帶來無限發(fā)展的空間，美術(shù)設(shè)計(jì)人才的社會需求量也越來越大。
2計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)的特征及優(yōu)勢
2.1較為強(qiáng)勁的設(shè)計(jì)功能就美術(shù)設(shè)計(jì)而言，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用無疑具有重要價值與意義，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具，其體現(xiàn)出更為強(qiáng)勁的設(shè)計(jì)功能，這是以往美術(shù)設(shè)計(jì)所無法勝任完成的。并且更為重要的一點(diǎn)是通過計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)，能夠更便于設(shè)計(jì)書對方案的修整，為設(shè)計(jì)師創(chuàng)造更為寬闊的思維發(fā)散空間，間美術(shù)設(shè)計(jì)由之前所局限的平面設(shè)計(jì)進(jìn)一步的深入到了更多的藝術(shù)領(lǐng)域。3.2豐富多樣的美術(shù)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)的多樣性也在一定程度上體現(xiàn)在美術(shù)設(shè)計(jì)軟件的豐富多樣上，例如廣告平面設(shè)計(jì)軟件如：Photoshop、CorelDraw、GooglePicasa，能實(shí)現(xiàn)對照片、logo標(biāo)志、廣告、圖片的設(shè)計(jì)等，同時還能增加圖片的效果處理。建筑施工圖設(shè)計(jì)如AutoCAD、3DMAX等，室內(nèi)外裝飾設(shè)計(jì)效果等。
2.3海量存儲的設(shè)計(jì)素材計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及建立了信息資源共享的平臺，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息化以及海量存儲的特點(diǎn)，致使美術(shù)設(shè)計(jì)者能輕松獲取素材。同時也可通過計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)美術(shù)設(shè)計(jì)不可能實(shí)現(xiàn)的效果，將以前的創(chuàng)作設(shè)計(jì)應(yīng)用到新的創(chuàng)作中去。計(jì)算機(jī)對于美術(shù)設(shè)計(jì)作可以進(jìn)行海量存儲和網(wǎng)絡(luò)信息化使作品出版、傳播具有顯著優(yōu)勢。同時計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)也推動了整個美術(shù)設(shè)計(jì)行業(yè)的快速發(fā)展，建立了美術(shù)設(shè)計(jì)者的相互交流和溝通的平臺。
3傳統(tǒng)美術(shù)教育設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)系
美術(shù)也叫做空間藝術(shù)，西方傳統(tǒng)美術(shù)引用物理學(xué)的概念，把長度、寬度、深度作為表現(xiàn)視覺真實(shí)的“三維空間”的理念，傳統(tǒng)美術(shù)的這一特性竟然被電腦美術(shù)實(shí)實(shí)在地實(shí)現(xiàn)了，從傳統(tǒng)的用平面的明暗關(guān)系和透視關(guān)系來再現(xiàn)三維空間到數(shù)字化的真實(shí)的矢量運(yùn)算三維空間——計(jì)算機(jī)三維動畫，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)無疑是對美術(shù)作為空間藝術(shù)的重要發(fā)展和完善。即使當(dāng)前計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的美術(shù)行業(yè)發(fā)展方式，不過我們?nèi)匀恍枰J(rèn)識到其關(guān)鍵還是美術(shù)設(shè)計(jì)，關(guān)于美術(shù)設(shè)計(jì)的進(jìn)步最重要的考量事項(xiàng)是其作品的功能、藝術(shù)觀賞價值等。所以說作為現(xiàn)代一名合格的美術(shù)設(shè)計(jì)師必須要擁有較強(qiáng)的藝術(shù)鑒賞水平以及創(chuàng)造力水平，這樣才可以將確保其設(shè)計(jì)作品具有豐厚的文化內(nèi)涵。如果想要設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的美術(shù)作品，設(shè)計(jì)師應(yīng)該注意實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)美術(shù)設(shè)計(jì)的有效融合，實(shí)際上形成了以傳統(tǒng)的美術(shù)設(shè)計(jì)作品為底蘊(yùn)、以計(jì)算機(jī)美術(shù)設(shè)計(jì)為手段的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)者的審美能力越強(qiáng)，藝術(shù)修養(yǎng)越高，則美術(shù)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出來的作品具有越能越高的品
作者：張?zhí)煲鈫挝唬荷綎|理工大學(xué)濱州市技師學(xué)院
平面設(shè)計(jì)包含了廣告設(shè)計(jì)、動畫設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、書籍設(shè)計(jì)等多個方面的內(nèi)容。通過平面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師可以通過各種視覺元素的組合來把信息和構(gòu)思傳遞給大眾。成功的平面設(shè)計(jì)作品，能夠在順利傳遞信息的同時，表現(xiàn)出一種感動他人的力量。隨著時代的發(fā)展，平面設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了集計(jì)算機(jī)技術(shù)、美術(shù)知識和藝術(shù)創(chuàng)意為一體的綜合性行業(yè)。Photoshop、Coreldraw、Illustrator等軟件的出現(xiàn)，讓平面設(shè)計(jì)工作更加便捷和靈活，設(shè)計(jì)者的表達(dá)手段更為多樣，設(shè)計(jì)作品也更加鮮活和富有創(chuàng)意。
1計(jì)算機(jī)軟件對平面設(shè)計(jì)的重要性
平面設(shè)計(jì)行業(yè)已經(jīng)具有相當(dāng)長的發(fā)展歷史。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，是對平面設(shè)計(jì)行業(yè)的一次改革，推動了平面設(shè)計(jì)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)軟件，能夠幫助一些繪畫功底不夠深厚的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的構(gòu)想和調(diào)整。通過計(jì)算機(jī)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)文字、圖像和特效的全方位處理，讓設(shè)計(jì)方案更顯生動、鮮活，表達(dá)效果更加顯著。設(shè)計(jì)軟件能夠讓文字圖形化，實(shí)現(xiàn)文字和圖像的合理空間布局，實(shí)現(xiàn)色彩上的和諧搭配，有助于設(shè)計(jì)人員展現(xiàn)自己的獨(dú)特思維和審美情趣，增強(qiáng)平面設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。
2計(jì)算機(jī)軟件在平面設(shè)計(jì)中有哪些優(yōu)勢
2.1能夠增強(qiáng)文字的表現(xiàn)力
計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對文字的各種設(shè)置，比如字體種類、字號大小、字體的繁或簡，還有各種藝術(shù)文字效果等。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，設(shè)計(jì)者要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求來對文字進(jìn)行綜合處理。通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件處理的文字，能夠有分明的層次，對設(shè)計(jì)的主題內(nèi)容起到一個突出的作用，表達(dá)設(shè)計(jì)內(nèi)容背后的深層次內(nèi)涵。在運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時，要注意文字內(nèi)容的有序組合，不要進(jìn)行毫無意義的創(chuàng)意疊加、羅列，淹沒了設(shè)計(jì)的主題。設(shè)計(jì)軟件的文字處理，要秉承個性與美感相結(jié)合、創(chuàng)新與實(shí)用相結(jié)合的原則，展現(xiàn)設(shè)計(jì)者的個人風(fēng)格和創(chuàng)作水平。
2.2能夠處理文字與空間之間的關(guān)系
平面設(shè)計(jì)一般是在有限的空間內(nèi)進(jìn)行。如何在有限的空間中表達(dá)出設(shè)計(jì)內(nèi)涵，正確處理文字和空間的關(guān)系，一直是設(shè)計(jì)人員要仔細(xì)考慮的問題。通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，設(shè)計(jì)人員可以完美地解決這方面的問題。正確處理文字與空間的關(guān)系，關(guān)鍵在于控制好文字之間的間隙大小和排列方式。良好的設(shè)計(jì)作品當(dāng)中，文字疏密程度和集散分布都很合理，能營造一種主次分明的格局和良好的視覺效果，最大程度地吸引別人的注意力。在傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)當(dāng)中，文字的排布和字體的調(diào)整是很費(fèi)時費(fèi)力的。利用計(jì)算機(jī)軟件，能夠方便調(diào)整文字的風(fēng)格、筆跡、排列，實(shí)現(xiàn)文字與空間關(guān)系的科學(xué)處理。
3計(jì)算機(jī)軟件在平面設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用方向
在各種計(jì)算機(jī)軟件投入平面設(shè)計(jì)的應(yīng)用之前，平面設(shè)計(jì)一般采取手繪的方式。但是這種方式對設(shè)計(jì)人員精力的消耗巨大，一旦發(fā)生改動，對設(shè)計(jì)稿的改動也極為困難，也對設(shè)計(jì)人員的思想造成了束縛和限制。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，大大改善了這種狀況。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件分為點(diǎn)陣圖像和矢量圖形兩類。點(diǎn)陣圖像的軟件代表是Photoshop、Painter、Firwork；矢量圖形的軟件代表是Illustrator、CoreDraw等。這些軟件現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廣告設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、書籍刊物設(shè)計(jì)、插畫設(shè)計(jì)等分支行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。
3.1對平面文字的處理
文字是平面設(shè)計(jì)的重要組成部分。平面設(shè)計(jì)通過文字來傳遞信息，表達(dá)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和內(nèi)涵，體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的思想。在設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)的文字進(jìn)行處理時，要通過不同軟件，運(yùn)用不同的手法去進(jìn)行。比如很多設(shè)計(jì)人員在放大或縮小文字的時候，只會用Photoshop進(jìn)行簡單處理，但是這樣容易出現(xiàn)圖像模糊、字跡不清的問題。這時候就需要運(yùn)用到CoreDraw來進(jìn)行處理。這需要設(shè)計(jì)人員能夠全面熟練運(yùn)用各個設(shè)計(jì)軟件，對其功能性和優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)都了然于心，實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)變。
3.2對圖像的處理
在平面設(shè)計(jì)當(dāng)中，除了文字之外，圖像也是一個重要的組成部分。平面設(shè)計(jì)軟件同樣可以實(shí)現(xiàn)對圖像的多功能處理。對圖像的處理，能夠彌補(bǔ)文字在表達(dá)上的不足，使設(shè)計(jì)作品更加飽滿，效果更加明顯。通過將不同的圖像設(shè)置在各個圖層當(dāng)中，對各個圖層進(jìn)行操作，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的合成，有利于表達(dá)圖像的含義。圖像軟件具有強(qiáng)大豐富的圖片功能，能夠?qū)崿F(xiàn)油畫、素描等繪畫方式的技巧表達(dá)。這也是對傳統(tǒng)手繪方式的一種優(yōu)點(diǎn)的繼承。3.3對特效的處理說到特效處理方面，大家想到的多是Photoshop。Adobe公司推出的Photoshop除了在文字和圖像方面的強(qiáng)大處理能力，在特效方面也有著不俗的表現(xiàn)。但是，同為Adobe公司推出的Illustrator軟件在處理特效文字、紋理和特效背景方面的作用更加強(qiáng)大。Illustrator能夠整合flash，設(shè)置圖像和文字的漸變透明效果，實(shí)現(xiàn)各種形狀和位置的轉(zhuǎn)換，對于印刷出版、專業(yè)插畫、多媒體圖像處理和網(wǎng)頁制作。
4結(jié)論
計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用水平，已經(jīng)成為了衡量平面設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力高低的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。新時代的平面設(shè)計(jì)人員，一定要善于運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件，表達(dá)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)想。通過不同軟件的綜合利用，對自己的設(shè)計(jì)作品進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)表達(dá)效果，豐富表達(dá)手段，將自己的創(chuàng)意與科學(xué)技術(shù)融合在一起。只有這樣才能夠形成具有深刻表達(dá)內(nèi)涵和強(qiáng)烈大眾吸引力的設(shè)計(jì)作品。
作者:陳僑 單位:湖南省邵陽市高級技工學(xué)校
1計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)
1.1計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢
通常情況下，計(jì)算機(jī)的建筑主要是由單一的立面所渲染而來，目前計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是得到了飛速的發(fā)展，其計(jì)算機(jī)建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)是能夠達(dá)到了三維的動態(tài)效果，這進(jìn)一步推動了建筑行業(yè)的發(fā)展。通過多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，將圖像、文字以及聲音有效結(jié)合起來，更加生動形象化，同時也能夠在一定程度上使人產(chǎn)生仿佛置身其中的感覺。
1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中存在的問題
目前對于計(jì)算機(jī)數(shù)來說，其主要是有著很多的優(yōu)點(diǎn)，然而在建筑設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用依然是存在著很多的缺陷。計(jì)算機(jī)不可能具備人的專業(yè)性的思維與觀念，它始終只是一種輔助性工具，設(shè)計(jì)師不能全程依靠計(jì)算機(jī)。在建筑設(shè)計(jì)中的主觀性、文化性等方面需要設(shè)計(jì)師自行解決。所以，對于計(jì)算機(jī)技術(shù)還需要進(jìn)一步的向著智能化方向去發(fā)展，并且計(jì)算機(jī)主要是作為輔助性的工具僅僅只是使用在迎合實(shí)物設(shè)計(jì)的需要才能夠在一定程度上使其發(fā)揮出最大的作用。
2建筑設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)
2.1關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
對于這種技術(shù)來說，其主要是建立在體驗(yàn)虛擬世界的一種計(jì)算機(jī)模式，對于這種技術(shù)來說，主要是通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感裝置系統(tǒng)來構(gòu)件的一種全興模式，其特點(diǎn)主要是具有著交互性以及幻想性，對于這種虛擬的環(huán)境主要是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)所建立起來的，之后通過視覺、聽覺和觸覺等感覺來作用于用戶。在這種虛擬的環(huán)境技術(shù)中，用戶可以在虛擬的環(huán)境中用動態(tài)交互的方式來將未來的建筑進(jìn)行全方位地審視。另外，還可以從各個方位的角度來觀察場景，然而還可以進(jìn)行各種的運(yùn)動互換模式，以此來使其能夠產(chǎn)生身臨其境的感覺。這項(xiàng)技術(shù)自身存在的優(yōu)勢目前是傳統(tǒng)的建筑效果圖三維動畫所無法相比擬的，在虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，在看到虛擬環(huán)境之后能夠更好的幫助設(shè)計(jì)人員充分的開展其想象力，然而在個根據(jù)充分的創(chuàng)造力來設(shè)計(jì)出更多的方案，最終選擇出更好的方案。
2.2關(guān)于數(shù)字化技術(shù)
對于這種技術(shù)來說，主要是把所有的信息全部都進(jìn)行收集轉(zhuǎn)化，通過采用數(shù)字信號的方式來使其存儲到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，之后在通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行處理，然后利用網(wǎng)絡(luò)來傳送。數(shù)字化并不僅僅是一種比較簡單的信息儲存和處理技術(shù)，它有效地改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，給人們的思維及生活方式都帶來了極大的改變，對建筑設(shè)計(jì)更是產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在傳統(tǒng)方面，建筑的類型也將會隨著發(fā)生不斷的改變，甚至是將會被新的建筑類型所取締。在以后的建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，數(shù)字化技術(shù)一定會全面取代傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以其高效率在改變著傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法的同時，同時也在不斷的對建筑的設(shè)計(jì)思維進(jìn)行改變。在建設(shè)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，其主要是有草圖、模型的研究過程的平面、渲染這種追求的成果的過程，主要是經(jīng)過空問抽象與空問實(shí)體研究相結(jié)合的工作方式轉(zhuǎn)變成在計(jì)算機(jī)的虛擬空問中的漫游，這一切表明傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)師工作平臺已經(jīng)從圖板過渡到計(jì)算機(jī)桌面。
3計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn)
3.1不斷提高技術(shù)水平及不斷更新輔助軟件
目前對于計(jì)算機(jī)市場來說，變化時十分快的，同時人們對于建筑市場的要求也是越發(fā)的激烈。針對目前來說，計(jì)算機(jī)市場在一定程度上可以說是日新月異，并且發(fā)展相對來說也是比較迅速的，人們在建筑設(shè)計(jì)過程中的要求也是不斷的提高。這就需要相關(guān)的一些建筑設(shè)計(jì)部門要在一定程度上不斷地對內(nèi)部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的更新，對科技發(fā)展的步伐進(jìn)行追上，為建筑設(shè)計(jì)在一定程度上注入新的活力。因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要在一定程度上不斷的掌握新技術(shù)，對設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行不斷的不斷更新，才能夠?qū)ぷ鬟^程中的效率進(jìn)行不斷的提高，并且能夠?qū)ㄖO(shè)計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確及時地完成，在一定程度上幫助工程能夠如期完成。
3.2對建筑設(shè)計(jì)圖后期進(jìn)行重視，并對工作進(jìn)行有效的處理落實(shí)
針對計(jì)算機(jī)效果圖來說，其后期處理工作相對來說是比較重要的，對設(shè)計(jì)圖的整體質(zhì)量有著直接的關(guān)系，對其進(jìn)行高效合理地處理能夠在一定程度上讓畫面變得更加的豐富多彩以及栩栩如生。但是，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，常會出現(xiàn)一些的缺陷，建筑設(shè)計(jì)師不能夠?qū)Ξ嬅娴闹黝}進(jìn)行有效的明確。這是由于計(jì)算機(jī)比較豐富畫面，所以一些相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)師在制作計(jì)算機(jī)效果圖的過程中，在一定程度上比較注重形式，還有部分設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)圖的后期貼圖工作過程中，對模型尺寸在一定程度上不能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，對人和車輛等配景過于放大，建筑物的模型相對來說不夠顯眼，從而在一定程度上導(dǎo)致畫面整體出現(xiàn)不和諧的現(xiàn)象，并且比較復(fù)雜化。目前就計(jì)算機(jī)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用來說，可以在一定程度上發(fā)現(xiàn)有些計(jì)算機(jī)效果的制作其實(shí)不是很全面的對建筑設(shè)計(jì)師的技能水平進(jìn)行展示，尤其能夠體現(xiàn)在環(huán)境光處理中。由于計(jì)算機(jī)在一定程度上得到了不斷的更新發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)一步的可以實(shí)現(xiàn)這一功能，在一定程度上把計(jì)算機(jī)建筑畫處理過程中發(fā)揮著比較重大的作用，它可以在一定程度上對畫面的和諧化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)、進(jìn)而在一定程度上讓動畫效果變得比較生動形象。建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)在一定程度上定期掌握新型軟件的知識，只有這樣才能夠更好的地完成計(jì)算機(jī)建筑畫。
4結(jié)語
計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了相對比較廣泛的應(yīng)用，由于計(jì)算機(jī)建筑畫已經(jīng)是現(xiàn)代建筑行業(yè)中發(fā)展必然趨勢，它能夠?qū)ㄖ镞M(jìn)行全方面的展現(xiàn)，并且還能夠在一定程度上對物力以及人力等進(jìn)行減少，計(jì)算機(jī)技術(shù)它在一定程度上是建筑設(shè)計(jì)過程中只增不減的，計(jì)算機(jī)建筑畫是建筑行業(yè)在目前階段以及以后階段的主要發(fā)展趨勢，在建筑領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)的功能具有著這越來越多的作用，因此，計(jì)算機(jī)在一定程度上成為建筑領(lǐng)域中不能夠缺少的工具，對建筑設(shè)計(jì)具有著比較重要的影響。
作者: 單位:山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院
摘要：時至今日，計(jì)算機(jī)技術(shù)與其他學(xué)科的共同發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)在教育方面的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為了教育技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，計(jì)算機(jī)技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域中發(fā)揮著愈加重要的作用。為了切實(shí)完成教育改革的光榮任務(wù)，廣大教育者有必要在工作中處理好關(guān)于實(shí)踐教學(xué)中的計(jì)算機(jī)普及設(shè)計(jì)應(yīng)用的一系列問題。
關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；計(jì)算機(jī)；設(shè)計(jì)應(yīng)用
一、引言
早在改革開放初期的1984年，鄧小平同志就提出了“計(jì)算機(jī)的普及要從娃娃抓起”的著名言論，這句話不僅為我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及指明了方向，更是為我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育領(lǐng)域的重要地位一錘定音。近年，在我國教育界進(jìn)行的教育改革中，信息化教學(xué)改革已日益成為改革的重點(diǎn)。計(jì)算機(jī)教學(xué)就是指在實(shí)踐教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和課堂內(nèi)容的特點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)硬件和軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)，運(yùn)用信息技術(shù)教學(xué)多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，使兩者共同參與到教學(xué)過程中來，形成新的立體的教學(xué)結(jié)構(gòu)，為課堂學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造更容易接受的條件，大大提高教學(xué)效率。
二、實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問題
雖然對實(shí)踐教學(xué)中計(jì)算機(jī)運(yùn)用的普及是大勢所趨，但是在這一過程中，不可避免地會出現(xiàn)負(fù)面問題，其中有的甚至?xí)?dǎo)致教學(xué)質(zhì)量的降低。
（一）計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備落后，教師在操作上不夠熟練。在經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中依舊長期存在著計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備落后的問題，這樣就嚴(yán)重影響了課堂教學(xué)效率和質(zhì)量；此外，由于我國的計(jì)算機(jī)普及速度太快，地區(qū)間的普及程度又不一致，導(dǎo)致了教學(xué)條件落后的地區(qū)出現(xiàn)了任課教師面對多媒體時，對系統(tǒng)操作不熟練甚至是不會操作的現(xiàn)象，這就是教育資源的浪費(fèi)。
（二）實(shí)踐教學(xué)中課件質(zhì)量偏低，教師盲目使用資源現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)筆者調(diào)查，由于真正受過計(jì)算機(jī)教育培訓(xùn)的教師群體在整個教師群體中所占比重偏低，所以真正能利用計(jì)算機(jī)制作課件上課的教師并不多，但是又迫于利用多媒體課件上課能大幅提高課堂教育效率，所以，許多教師選擇了用低質(zhì)量課件放入多媒體幫助課堂教學(xué)，這樣雖然能提高課堂教學(xué)效率，但是對課堂教學(xué)的質(zhì)量來說，卻是一個嚴(yán)重的威脅；不僅如此，不少教師為了趕進(jìn)度、趕效率，采取套用現(xiàn)成課件方式來維持教學(xué)進(jìn)度的快速進(jìn)行，卻忽略了學(xué)生群體接收能力是否能承受，如此以來，對教學(xué)高質(zhì)量的又形成了一個威脅。
三、相關(guān)聯(lián)的針對性策略
就以上問題看來，實(shí)踐教學(xué)中的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用相對于傳統(tǒng)教學(xué)方式來說是一次重大的改革，雖然大大提高了許多領(lǐng)域的教學(xué)效率，但是也對另一些領(lǐng)域的教學(xué)質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響，以至于部分地區(qū)的學(xué)校在試驗(yàn)階段采取了計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)之后發(fā)現(xiàn)效果不佳，就果斷暫停了在實(shí)踐教學(xué)中使用計(jì)算機(jī)幫助教學(xué)，這從一定程度上來看可以說是歷史的倒退。針對這些現(xiàn)象，我們就有必要制定相關(guān)對策來客服這些弊病。
（一）加大對師資隊(duì)伍信息技術(shù)教育的投入。在運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)的過程中，教育者始終是實(shí)踐教學(xué)中的關(guān)鍵性因素，而且這在一定程度上左右了實(shí)踐教學(xué)的整體效率和質(zhì)量，所以為了提高在實(shí)踐教學(xué)中的實(shí)際使用效率，對一線師資隊(duì)伍進(jìn)行必要的觀念更新及技術(shù)培訓(xùn)是十分要的。具體的做法是，在各地區(qū)特別是經(jīng)濟(jì)相對落后的地區(qū)建立針對一線師資隊(duì)伍的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，學(xué)校也可以根據(jù)自身特點(diǎn)自主建立起定期培訓(xùn)的培訓(xùn)班，力求將計(jì)算機(jī)的功效切實(shí)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中去。
（二）教師自身要時刻提高自身素質(zhì)。身處一線的教師隊(duì)伍在現(xiàn)代化多媒體教學(xué)中有必要時刻緊隨時代步伐。通過各種方式和途徑提高自身教學(xué)技能和信息時代的默契，比如要掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)教學(xué)知識，基本掌握WORD、PPT等軟件的應(yīng)用，甚至要熟知網(wǎng)絡(luò)語言等。另外，面對信息時代網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富的局面，教師自身必須更加遵守職業(yè)道德，明確豐富的網(wǎng)絡(luò)資源既有利于更加方便地進(jìn)行信息化教學(xué)，同時也會迫于教學(xué)進(jìn)度壓力盲目追求速度而滋長自身的職業(yè)惰性，這種影響教學(xué)質(zhì)量的問題已經(jīng)屢見不鮮，面對這種問題，教師自身的素質(zhì)的提高更是重中之重。
四、結(jié)語
雖然信息時代的到來對我國的教育事業(yè)是一個巨大的改革機(jī)遇，但是帶來機(jī)遇的同時也帶來了挑戰(zhàn)，許多地區(qū)盲目引進(jìn)多媒體教學(xué)設(shè)備，雖然帶來了教學(xué)效率的提高，但是也引起了教學(xué)質(zhì)量下降的副作用。筆者認(rèn)為，信息時代實(shí)踐教學(xué)效率和質(zhì)量有賴于教育部門的大力支持和投入，也要依靠師資隊(duì)伍自身教學(xué)技術(shù)和思想素質(zhì)的逐步提高。在此基礎(chǔ)上，開啟信息時代實(shí)踐教學(xué)的大門，就需要借助更多的硬件支持，加入更多的課堂實(shí)踐創(chuàng)意。
摘 要：為了解決基于CompactPCI的計(jì)算機(jī)無法適應(yīng)惡劣環(huán)境的問題，提出了基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法。該方法中包括基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過程。該方法通過電氣設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)等多種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的抗惡劣環(huán)境效果，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中采用仿真、測試等多種手段對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而保證了設(shè)計(jì)的正確性。該方法已經(jīng)投入應(yīng)用，在應(yīng)用過程中取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：CompactPCI； 抗惡劣環(huán)境； 計(jì)算機(jī)； 熱設(shè)計(jì)
0 引 言
基于CompactPCI的計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，是在某些對環(huán)境適應(yīng)性要求比較高的領(lǐng)域，為了保證計(jì)算機(jī)性能的穩(wěn)定發(fā)揮，需要針對這些計(jì)算機(jī)進(jìn)行抗惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)。
基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括幾個方面：電氣設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、抗振性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)等多個。在設(shè)計(jì)中除了包含以上的設(shè)計(jì)內(nèi)容外還需要考慮溫度適應(yīng)性和可靠性。文中以一種通用的CompactPCI抗惡劣計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程為例，對該計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了介紹[1]。
1 計(jì)算機(jī)組成原理
在本文中基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于制定一個通用的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。如圖1所示的基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)是在參考了CompactPCI規(guī)范和國外成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上提出的一個系統(tǒng)集成方案。系統(tǒng)由幾種典型模塊組成，組成模塊的功能可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行拆分、組合。
主模塊是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)總線的初始化以及數(shù)據(jù)處理任務(wù)，從主模塊引出的PCI總線可以直接連接各種CompactPCI外設(shè)模塊如輸入/輸出(以下簡稱IO)模塊。IO模塊板基于PCI總線接口，這種模塊的數(shù)據(jù)吞吐速率快，可以適用于需要大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱龊?。CompactPCI背板提供各個模塊之間連接的通道。
圖1 基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)組成原理框圖
2 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
如圖2所示，抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)采用密封式加固設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)的組成模塊通過兩側(cè)鎖緊裝置將蓋板緊貼機(jī)箱壁,采用傳導(dǎo)散熱與強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行散熱。這樣既可以保證在振動環(huán)境下物理連接的穩(wěn)固性，也可以達(dá)到散熱效果。
圖2 基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境
計(jì)算機(jī)機(jī)箱外形圖
2.1 電氣設(shè)計(jì)
基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的電氣設(shè)計(jì)主要包括主計(jì)算機(jī)模塊設(shè)計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)、組成外設(shè)模塊設(shè)計(jì)等方面。由于計(jì)算機(jī)的溫度適應(yīng)性也是提高環(huán)境適應(yīng)性的重要方面。為了保證計(jì)算機(jī)的低溫性能，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時，需要選擇低溫性能好的組成模塊或元器件，如電池等在選型時應(yīng)該充分地考慮溫度適應(yīng)性。為了保證計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的可靠性，集成電路、分立元器件、接插件應(yīng)選用工業(yè)級或工業(yè)級以上的產(chǎn)品。
2.1.1 主計(jì)算機(jī)模塊的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)小體積高性能的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)主模塊設(shè)計(jì)，需要選擇使用工作功耗和待機(jī)功耗低的處理器以及配套芯片組，如Intel公司的低功耗x86處理器或飛思卡爾公司的PowerPC系列處理器，同時可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)外圍電路，因?yàn)槭艿娇臻g的限制，外圍電路滿足使用需要即可，不需要將所有的功能都集成。
2.1.2 電源模塊的實(shí)現(xiàn)
抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的電源要求體積小、重量輕、功耗小。同時，電源采用模塊化的設(shè)計(jì)，以方便進(jìn)行替換插拔。
2.1.3 CompactPCI外設(shè)模塊實(shí)現(xiàn)技術(shù)
抗惡劣環(huán)境CompactPCI外設(shè)模塊電氣設(shè)計(jì)在一般要求的基礎(chǔ)上，主要需要考慮模塊的可靠性、高低溫工作性能、模塊的IO設(shè)計(jì)方式。模塊的可靠性、高低溫工作性能主要從設(shè)計(jì)方法和器件選型方面入手。由于抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)一般采用全封閉的設(shè)計(jì)，因此一般不采用前出線的方式，模塊的IO信號由與背板相連的接插件引出。
2.2 熱設(shè)計(jì)
熱設(shè)計(jì)方面，第一步是進(jìn)行傳熱及流動阻力理論設(shè)計(jì)計(jì)算，在第一步完成后使用仿真軟件對密封機(jī)箱散熱系統(tǒng)進(jìn)行了分析，分析條件參照一些相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)的高溫試驗(yàn)條件。通過仿真分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的換熱能力，論證了設(shè)計(jì)的合理性，驗(yàn)證了系統(tǒng)理論計(jì)算輸出數(shù)據(jù)的可靠性。
2.2.1 熱設(shè)計(jì)分析
抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的熱設(shè)計(jì)，首先從確定冷卻方法開始，要有效地控制元器件或設(shè)備的溫度，需要確定它們的發(fā)熱量、與散熱有關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸、工作環(huán)境及其他特殊要求。在對計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的過程中，基本上采用了可靠性高、成本低、不需要外部驅(qū)動裝置的自然冷卻法。
傳熱的三種基本形式包括傳導(dǎo)換熱、對流換熱和輻射換熱。
通過仿真與實(shí)物測試的數(shù)據(jù)分析得到抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)熱量傳遞的路徑如圖3所示，整個系統(tǒng)的熱阻主線分布成串聯(lián)狀態(tài)。其中發(fā)熱器件到蓋板的傳遞熱阻比重大，這個方面主要是與加工精度及導(dǎo)熱間隙填料傳導(dǎo)率有關(guān)，其中間隙填料傳導(dǎo)系數(shù)低所占的比重比較大，另外電子元器件的設(shè)計(jì)日趨微型化使換熱面積減小，熱量密集度過高且不易傳遞也是重要的因素。目前國內(nèi)外導(dǎo)熱間隙填料基礎(chǔ)研究都存在局限性，已知的最好導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)僅為10左右，但是這些材料的成本過高，而常用的材料的導(dǎo)熱系數(shù)均停留在10以下，所以受基礎(chǔ)材料研究的影響，提高導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱率來改善傳導(dǎo)效率，改善空間很小。通過改善其他串聯(lián)熱端的熱傳遞速度成為熱控制技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
針對常用的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)定位二個影響熱傳遞的薄弱環(huán)節(jié)，模塊與機(jī)箱熱量之間傳遞不利；不同的風(fēng)機(jī)對機(jī)箱的溫度影響很大。
因此最終結(jié)論為：盡量減少熱量傳遞環(huán)節(jié)；提高導(dǎo)熱材料的傳導(dǎo)率；合理對風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型和布放。
2.2.2 熱設(shè)計(jì)仿真
使用Icepak,Ansys等專業(yè)仿真分析軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)的前端仿真設(shè)計(jì)，整個仿真結(jié)論為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，對局部設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。仿真的效果圖見圖4，根據(jù)仿真的結(jié)果可以直接進(jìn)行參數(shù)的反饋修改。
圖4 抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)熱仿真的效果圖
2.3 機(jī)箱的抗振性設(shè)計(jì)
在初步設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)機(jī)箱結(jié)構(gòu)形式上，可采用仿真軟件(如Ansys軟件)進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力前端仿真分析，通過分析找出了箱體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，提高了機(jī)箱的抗振性。
抗振設(shè)計(jì)可采用的主要措施包括結(jié)構(gòu)剛性化、隔離、使用、減振器等。結(jié)構(gòu)剛性化只要是在薄弱的機(jī)箱壁上增加加強(qiáng)筋，合理布置組件的分布等。隔離措施一般用于結(jié)構(gòu)緊湊、空間有限、隔振要求高而無法安裝減振器的場合，主要是使用柔軟材料如(海面膠板)或小型減振器件(如簧片)隔離振動。減振器一般用于整機(jī)等大型裝置,不僅可以起到減振作用，對于外部撞擊、跌落等意外情況也能起到很好的防護(hù)作用。
除了主要措施之外，對內(nèi)部連接電纜等接插件，采用點(diǎn)熱固膠、線纜固定架、走線槽等方式進(jìn)行加固防護(hù)。對固定螺絲采取防松措施。一般均采用帶彈簧墊圈和平墊圈的螺釘，無法加彈簧墊圈和平墊圈的螺釘加螺紋膠進(jìn)行防松脫處理。
2.4 電磁兼容設(shè)計(jì)
在電氣性能和環(huán)境適應(yīng)性不斷提高的同時，電磁兼容性能也越來越受重視。目前幾乎所有應(yīng)用均對抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的電磁兼容性能有強(qiáng)制性要求[4]。
抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)可采取的主要措施有屏蔽、接地、走線規(guī)劃三個方面。
2.4.1 屏蔽技術(shù)
屏蔽技術(shù)用來抑制電磁輻射沿空間的傳播，即切斷輻射的途徑。屏蔽的實(shí)質(zhì)是將關(guān)鍵電路包圍在一個屏蔽空間內(nèi)，使耦合到個電路的電磁場通過反射和吸收被衰減。
屏蔽機(jī)箱最好采用有一定厚度的金屬機(jī)箱。要想取得好的屏蔽效果，最好選用同時具有高導(dǎo)磁性能和高導(dǎo)電性能的屏蔽材料。為了改善低頻磁場的屏蔽效能，應(yīng)采用高磁導(dǎo)率材料，但磁導(dǎo)率高的材料通常電導(dǎo)率不是很好，會降低對電場的屏蔽效能。為了解決這個矛盾，最好的辦法是采用鍍涂方法在高磁導(dǎo)率(或高電導(dǎo)率)材料的表面增加一層高電導(dǎo)率(或高磁導(dǎo)率)材料。以不銹鋼蓋板為例，其按照RE102規(guī)范進(jìn)行測試時的曲線見圖5。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，機(jī)箱都會含有一些孔洞和縫隙，這些孔洞和縫隙會引起電磁泄漏，使屏蔽效能遠(yuǎn)低于完整金屬板的理論計(jì)算值。當(dāng)孔洞、縫隙的尺寸大小等于半波長的整數(shù)倍時，電磁泄漏最大，一般要求縫長或孔徑小于波長的1%。
圖5 使用不銹鋼蓋板的RE102測試曲線
2.4.2 接地技術(shù)
接地技術(shù)是最廉價和最有效的方法，設(shè)計(jì)良好的地平面可以有效的減小其電磁輻射，并且可以提高設(shè)備自身的抗干擾性。具體的實(shí)現(xiàn)方法是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部將電源地、數(shù)字地和機(jī)殼地短接，同時控制接地線長度，增加接地線的截面積，以減小接地阻抗；另外計(jì)算機(jī)外部預(yù)留接地螺栓位置。
2.4.3 走線規(guī)劃
通過走線規(guī)劃保證計(jì)算機(jī)內(nèi)部走線的合理性，在進(jìn)行走線規(guī)劃時注意電源線、信號線的分開布放，不同頻率的信號線的分開布放；高頻信號線和低頻信號線的分開布放；強(qiáng)電流信號線和弱電流信號線的分開布放；高電壓信號線和低電壓信號線的分開布放；容易產(chǎn)生干擾的線纜和敏感信號電纜的分開布放。
2.5 防腐防潮設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)機(jī)箱外部框架及組成模塊的蓋板零件應(yīng)進(jìn)行防腐防潮設(shè)計(jì)，具體的實(shí)現(xiàn)方法是在導(dǎo)電涂覆處理后，作外部油漆處理；所有模塊蓋板、計(jì)算機(jī)內(nèi)部支架進(jìn)行表面處理(如氧化發(fā)黑)；所有組成模塊的印制電路板進(jìn)行三防處理；所有插座安裝面用密封襯墊密封；所有可拆卸搭接面(含面板等)采用復(fù)合材料密封。
2.6 可靠性和可維修性設(shè)計(jì)
在可靠性方面各主要功能模塊所用的元器件進(jìn)行檢驗(yàn)和老化篩選試驗(yàn)；各主要功能模塊完成調(diào)試、三防后，隨整機(jī)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)。
在可維修性方面為了保證計(jì)算機(jī)各組成模塊可進(jìn)行快速安裝，從而方便模塊的維修更換，所有功能模塊在機(jī)箱中通過導(dǎo)軌放置，可方便、快速拉出，從而方便插拔電纜、更換元器件；同時前蓋板采用不脫落鎖緊螺釘，也可方便維護(hù)時快速拆裝。
3 結(jié) 語
基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)按照CompactPCI規(guī)范設(shè)計(jì)，采用熱設(shè)計(jì)、抗振設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、防腐防潮設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等多種設(shè)計(jì)方法保證了計(jì)算機(jī)抗惡劣環(huán)境性能的實(shí)現(xiàn)。基于CompactPCI的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成功應(yīng)用，在應(yīng)用過程中性能穩(wěn)定，效果良好。
摘 要：“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程作為“計(jì)算機(jī)組成原理”的后續(xù)課程和重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是探索綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)模式的具體實(shí)現(xiàn)形式。開展實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)研究，開發(fā)真正以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，開展設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的研究，完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，可以鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；自主探索；創(chuàng)新能力
1引言
目前，在全國高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)中，普遍存在一種現(xiàn)象：重軟輕硬，甚至只軟不硬，即只重視計(jì)算機(jī)軟件方面知識的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)，忽視對計(jì)算機(jī)硬件方面知識的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，特別是在硬件工程實(shí)踐方面，學(xué)生得到的實(shí)踐鍛煉更少。在當(dāng)前國內(nèi)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生方面，盡管硬件課程的設(shè)置已與歐美等計(jì)算機(jī)發(fā)達(dá)國家的課程設(shè)置基本接軌，但教學(xué)知識體系和內(nèi)容卻不容樂觀，不能適應(yīng)時代的需求，與現(xiàn)實(shí)嚴(yán)重脫離，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不好[1]。與國外相比，我國幾乎所有高校的實(shí)踐教學(xué)都有一定的差距。目前很多課程都開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，但一般的實(shí)驗(yàn)都屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，只能教會學(xué)生一些固定的內(nèi)容，照葫蘆畫瓢并不能啟發(fā)學(xué)生的思維能力和鍛煉學(xué)生的動手能力。正因?yàn)檫@樣，很多高校都作了一些改革，希望能夠改變這樣的局面。近幾年，我院進(jìn)行了課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探索，并首先在“計(jì)算機(jī)組成原理”這門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課中開設(shè)。課程設(shè)計(jì)的題目具有一定的靈活性，可以把知識比較全面地蘊(yùn)藏在實(shí)際題目中，對于學(xué)生掌握書本知識是有益的?？偟膩碚f，課程設(shè)計(jì)的開設(shè)取得了不錯的效果。
但是，僅靠課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐是不夠的，通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)題目要求，自行設(shè)計(jì)各種部件，可以培養(yǎng)學(xué)生部件綜合設(shè)計(jì)能力。但課程設(shè)計(jì)在整個實(shí)踐教學(xué)中所占的比重不大，要想進(jìn)一步提高實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，滿足社會的需求，還需要向前繼續(xù)探索和嘗試，教學(xué)中的實(shí)踐不應(yīng)該是驗(yàn)證性的實(shí)踐，也不僅僅是設(shè)計(jì)性的實(shí)踐，而應(yīng)該是綜合性、創(chuàng)新性的實(shí)踐。
2 創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)
創(chuàng)新性實(shí)踐就是指實(shí)踐的成果在功能上是已知的，而在性能、實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果形式上是未知的，不同的學(xué)生按照自己的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到不同的結(jié)果，既避免了抄襲，又可以開發(fā)各自的潛能。例如，在國外的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程上，實(shí)踐的內(nèi)容是CPU的設(shè)計(jì)，不同的指令集對應(yīng)著不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，也可以采用不同的設(shè)計(jì)思想。復(fù)旦大學(xué)的實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)作了很大的改革，復(fù)旦大學(xué)的計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)成為獨(dú)立的一門課，包含計(jì)算機(jī)部件實(shí)驗(yàn)和CPU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程由60學(xué)時組成，包括授課12-15學(xué)時，其他的學(xué)時用于實(shí)踐，授課與實(shí)踐穿插進(jìn)行。復(fù)旦大學(xué)為國內(nèi)的計(jì)算機(jī)教育開了一個好頭，他們的教學(xué)改革體現(xiàn)了理論與實(shí)踐并重的思想，有利于教育的發(fā)展，有利于人才的培養(yǎng)。清華大學(xué)“計(jì)算機(jī)組成原理”課程共安排48學(xué)時的實(shí)驗(yàn)，每三名同學(xué)為一組，合作完成一個硬、軟件組成相對完整的全新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試任務(wù)。這樣的實(shí)踐活動可以加深學(xué)生對軟硬件系統(tǒng)在功能劃分和具體實(shí)現(xiàn)方面之間關(guān)聯(lián)的認(rèn)識，還初步調(diào)整了部分學(xué)生“喜軟怕硬”的心態(tài)。
復(fù)旦大學(xué)和清華大學(xué)計(jì)算機(jī)教育改革給了我們一個啟示，那就是在實(shí)踐教學(xué)方面加強(qiáng)力度是可行的。所以我院在實(shí)踐教學(xué)方面亦作了一些改革，于2005年秋季學(xué)期新開設(shè)了一門實(shí)踐教學(xué)課程“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”，作為我校國家級精品課程“計(jì)算機(jī)組成原理”的后續(xù)課程和重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，取代了原有的課程設(shè)計(jì)，旨在增加專業(yè)課中的實(shí)踐教學(xué)力度，提高創(chuàng)新性實(shí)踐的比重。
“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程作為“計(jì)算機(jī)組成原理”的后續(xù)課程和重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是探索綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)模式的具體實(shí)現(xiàn)形式。該課程是一門以應(yīng)用實(shí)踐為視角，進(jìn)一步提高學(xué)生硬件方面的實(shí)際動手能力和設(shè)計(jì)能力的課程。課程采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，以實(shí)踐為主（18學(xué)時教學(xué)/60學(xué)時實(shí)踐），旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合和系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)能力，培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)硬件設(shè)計(jì)工具的功能和用法，掌握計(jì)算機(jī)部件和CPU的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試方法，極利于提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。
3 探索實(shí)踐教學(xué)課程的教學(xué)模式
“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程以實(shí)踐教學(xué)為主，總學(xué)時78學(xué)時，其中課堂教學(xué)18學(xué)時，實(shí)踐教學(xué)60學(xué)時，改變傳統(tǒng)以課堂教學(xué)為主的教學(xué)模式，改變以教師為主體的“灌輸式”的教學(xué)方法[2]，采取“引、點(diǎn)、撥”的方式讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)踐，學(xué)生始終處于主動探索、思考的主體地位，教師由傳統(tǒng)以教師為中心的講解者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和組織者，教師在實(shí)踐教學(xué)中貫穿應(yīng)掌握的理論知識并引導(dǎo)學(xué)生將其應(yīng)用到實(shí)踐中。
在實(shí)踐教學(xué)階段，通過質(zhì)疑引思、舉例與聯(lián)想、歸納與總結(jié)、啟發(fā)式教學(xué)、互動式教學(xué)等方法來實(shí)現(xiàn)開拓創(chuàng)新。在實(shí)踐階段，不再拘泥于課本上解決問題的方式方法，更多地體現(xiàn)綜合性、設(shè)計(jì)性和研究探索性，以及表現(xiàn)形式的多樣性。培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)生自主探索能力和創(chuàng)新能力。
考核是監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，不是目的，根據(jù)硬件課程的特點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)占一定比例，再以書面考試對基本知識、基本理論進(jìn)行考核是最為理想的方式。“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”是屬于實(shí)踐性為主的教學(xué)，是以平時的實(shí)踐為主來進(jìn)行考核的。重點(diǎn)解決教學(xué)過程中教師與學(xué)生的角色和地位問題和教學(xué)方法問題，以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生自主探索的能力。
4 設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容
“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程作為“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的后續(xù)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)，將計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)內(nèi)容深化到應(yīng)用實(shí)踐，教學(xué)過程中不僅僅傳授有關(guān)硬件設(shè)計(jì)的課本知識，還將重視理論知識與實(shí)踐過程的結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不僅要將組成原理知識應(yīng)用到實(shí)踐中，還需將知識綜合靈活運(yùn)用，重視學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。
在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，要以創(chuàng)新為主線，開設(shè)一些與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有本質(zhì)區(qū)別的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究探索性實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理課程的理論知識，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)踐內(nèi)容，如利用所學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)組成原理知識和硬件描述語言進(jìn)行芯片級微處理器的設(shè)計(jì)、調(diào)試、模擬仿真和實(shí)際的可編程邏輯硬件實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，只要總體目標(biāo)達(dá)到，可不作特別具體的要求，讓學(xué)生多角度、多方位地思考。可為不同程度的學(xué)生提供不同難度的設(shè)計(jì)題目，學(xué)生也可根據(jù)自己的能力和興趣自主地設(shè)計(jì)題目，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力，使他們探索性地解決所提出的問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力和創(chuàng)新能力，以全面提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。
5完善實(shí)踐教學(xué)平臺，提供創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)環(huán)境
配合“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)造自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺。提供一個靈活的芯片級可編程邏輯硬件開發(fā)平臺，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)，做到理論與實(shí)踐的真正結(jié)合，為綜合性和創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供靈活的開發(fā)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。為更好突出對學(xué)生能力的培養(yǎng)，實(shí)踐教學(xué)中教師與學(xué)生按1:15的比例進(jìn)行實(shí)踐指導(dǎo)，體現(xiàn)個性化教學(xué)思想。
建立新的開放式實(shí)踐教學(xué)模式，提供創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。在具體實(shí)施中，可以把固定的實(shí)驗(yàn)時間安排改變成靈活的實(shí)驗(yàn)時間安排，把封閉的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改變成支持自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把成批實(shí)驗(yàn)方式改變?yōu)闈M足學(xué)生個性化要求的實(shí)驗(yàn)方式[3]。根據(jù)學(xué)生動手能力的高低進(jìn)行因材施教，進(jìn)入開放實(shí)踐教學(xué)的學(xué)生可以結(jié)成科研小組，采用自主選題、指導(dǎo)教師指定課題或項(xiàng)目提供課題等方式，經(jīng)課程組指導(dǎo)教師評定后才能開始。科研小組必須在一定時期內(nèi)完成一定的科研任務(wù)，并提交課題總結(jié)報(bào)告或論文。由于開放實(shí)踐教學(xué)必須以課題小組形式申報(bào)課題，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)開發(fā)能力。為學(xué)生提供了自由發(fā)展的空間，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、創(chuàng)造激情，為其成才創(chuàng)造有利條件。實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新教育，實(shí)踐教學(xué)，個性指導(dǎo)，能力培養(yǎng)”的宗旨，加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。
6 結(jié)論
“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”是一門剛剛開設(shè)的探索性實(shí)踐課程。我們2005年秋開設(shè)的“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程，得到了學(xué)生的認(rèn)可，在學(xué)生中的第一次開設(shè)取得了不錯的效果。這對鞏固和深化課堂教學(xué)、提高學(xué)生的實(shí)踐動手和科研創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是十分有效的。
開展實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)研究，開發(fā)真正以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，讓學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)和主動研究，通過多種途徑培養(yǎng)學(xué)生的自主性、探索精神、研究能力，以及與他人合作交流的能力。引導(dǎo)學(xué)生通過解決問題學(xué)習(xí)知識、發(fā)現(xiàn)知識，構(gòu)建有利于創(chuàng)新教育的新型教學(xué)模式，由以教師為中心的邏輯講解傳授式的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的探究發(fā)現(xiàn)式的教學(xué)模式。開展設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的研究，完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，構(gòu)建創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)環(huán)境和平臺，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
摘要：本文首先介紹了國內(nèi)外大學(xué)相關(guān)課程的基本情況，然后對比分析了哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院的“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程與國外相關(guān)課程的差別與差距。
關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；自主探索；創(chuàng)新能力
1引言
“計(jì)算機(jī)組成原理”作為哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)踐教學(xué)對學(xué)生理解計(jì)算機(jī)組成原理起著至關(guān)重要的引導(dǎo)作用。通過10個相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅驗(yàn)證了一些計(jì)算機(jī)組成原理的相關(guān)知識，也動手設(shè)計(jì)完成了一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)題目，例如計(jì)算機(jī)微指令的設(shè)計(jì)。但是受到學(xué)生基礎(chǔ)知識和學(xué)時的限制，實(shí)驗(yàn)難度并不是很大，學(xué)生自主設(shè)計(jì)類題目的數(shù)量和難度也不足。“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程作為“計(jì)算機(jī)組成原理”的后續(xù)課程和重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，擴(kuò)充了組成原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過一系列比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)題目，既鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造力，又進(jìn)一步加深了學(xué)生對計(jì)算機(jī)及其各部件的原理及其相關(guān)知識的認(rèn)識。目前國內(nèi)外各大學(xué)都開設(shè)了一些相關(guān)的實(shí)踐課程，通過實(shí)踐來完善和加深學(xué)生對計(jì)算機(jī)原理的認(rèn)識，鍛煉對軟硬件進(jìn)行開發(fā)的能力，從而提高他們的創(chuàng)造力和動手能力，進(jìn)而提高他們的綜合素質(zhì)[1]。
2國外大學(xué)相關(guān)課程情況介紹
美國康奈爾大學(xué)對大四學(xué)生開設(shè)了“進(jìn)階微處理器設(shè)計(jì)”課程[2]，通過長達(dá)3個月的課堂教學(xué)和動手實(shí)驗(yàn)，教授學(xué)生有關(guān)計(jì)算機(jī)原理和嵌入式SOC開發(fā)的相關(guān)知識。在實(shí)踐方面，他們設(shè)計(jì)了一系列由淺入深、由易到難的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)一步步加深對計(jì)算機(jī)的了解。主要實(shí)驗(yàn)包括：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個視頻接口，從而可以通過在面板上的操作，實(shí)現(xiàn)在屏幕上畫曲線[2]；實(shí)現(xiàn)音頻接口的驅(qū)動，模仿一個球下落時的聲音[4]；仿真一個使用DDA數(shù)值微分分析法測量電路功能的模擬系統(tǒng)[5]。在指定題目的實(shí)驗(yàn)之外，還要求學(xué)生自選題目完成一個大作業(yè)，通過這些自選題目的選擇[6]可以看出，學(xué)生通過對相關(guān)課外知識的學(xué)習(xí)和動手實(shí)踐，已經(jīng)能夠完成一個比較復(fù)雜的硬件系統(tǒng)。美國阿拉巴馬大學(xué)開設(shè)了“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這門課[7]，實(shí)驗(yàn)方面的主要題目包括：通過命令將指定內(nèi)存的內(nèi)容顯示到LED上[8]；修改DE2開發(fā)環(huán)境的指令格式[9]；設(shè)計(jì)一個既能顯示文本又能顯示圖形的混合模式的視頻顯示控制器[10]。美國伊利諾伊州立大學(xué)香檳分校開設(shè)了兩門相關(guān)的課程。第一門課程是“SOC設(shè)計(jì)與合成”[11]，實(shí)驗(yàn)方面只要求學(xué)生在2個月的時間內(nèi)通過對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，完成一個MP3播放器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第二門課程是“數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程”[12]，通過14周的實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)一個數(shù)字系統(tǒng)。這個系統(tǒng)要能夠完成AD轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)LCD面板的顯示，從鍵盤可以輸入信息，連接游戲桿進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器功能以及VGA顯示器的顯示。麻州大學(xué)安默斯特分校開設(shè)了實(shí)驗(yàn)時間長達(dá)3個半月的“計(jì)算器結(jié)構(gòu)”課程[13]，主要實(shí)驗(yàn)題目有：使用一個連接到開發(fā)板上的攝像頭，通過開關(guān)控制拍照，然后將拍下的圖片存儲到開發(fā)板的內(nèi)存中[14]；將實(shí)驗(yàn)中拍到的圖片進(jìn)行JPEG壓縮，傳到PC上看最終顯示結(jié)果，通過轉(zhuǎn)換不同的JPEG壓縮算法，看圖象壓縮后的差別[15]；通過開發(fā)板播放MP3歌曲[16]。全美電機(jī)系排名前五名的密西根大學(xué)安埃布爾分校為大一學(xué)生開設(shè)了“信息實(shí)驗(yàn)”課程[17]，它將全班學(xué)生分為八隊(duì)，每隊(duì)在期末專題要利用Altera DE2 FPGA多媒體平臺獨(dú)立制作出一部電子琴。多倫多大學(xué)開設(shè)了“數(shù)字系統(tǒng)”課程[18]，實(shí)驗(yàn)方面設(shè)計(jì)了一個3周的課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自選題目，在DE2平臺上設(shè)計(jì)一個數(shù)字系統(tǒng)。滑鐵盧大學(xué)開設(shè)了“計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)”課程[19]，主要實(shí)驗(yàn)題目包括：設(shè)計(jì)一個8位的計(jì)算器，要求類似于生活中的計(jì)算機(jī)，只有單一輸入[20]；設(shè)計(jì)一個電子系統(tǒng)，功能類似于電子乒乓游戲[21]。以上的實(shí)踐課程都采用Altera DE2作為開發(fā)環(huán)境，如圖1所示。
3國內(nèi)大學(xué)相關(guān)課程情況介紹
我國的大學(xué)也開設(shè)了一些類似的課程。復(fù)旦大學(xué)開設(shè)了一門60學(xué)時的“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課”，主要包含計(jì)算機(jī)部件實(shí)驗(yàn)和CPU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。清華大學(xué)“計(jì)算機(jī)組成原理”課程共安排48學(xué)時的實(shí)驗(yàn)，每三名同學(xué)為一組，合作完成一個硬、軟件組成相對完整的全新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試任務(wù)。哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院于2005年秋季學(xué)期開設(shè)了“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”，該課程以應(yīng)用實(shí)踐為視角，進(jìn)一步提高學(xué)生硬件方面的實(shí)際動手能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。主要包括18個學(xué)時的課堂教學(xué)和60個學(xué)時的實(shí)踐教學(xué)，采用南京偉福實(shí)業(yè)有限公司研制的“COP2000計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀”(如圖2)，通過FPGA擴(kuò)展板(如圖3)在COP2000實(shí)驗(yàn)儀上完成實(shí)驗(yàn)。FPGA擴(kuò)展板由兩塊FPGA芯片及其外圍電路組成，它的核心器件是Xilinx公司的20萬門XCV200的FPGA芯片。它的實(shí)驗(yàn)題目以CPU設(shè)計(jì)為中心，主要包括：寄存器設(shè)計(jì)、元件例化、實(shí)驗(yàn)儀基本部件測試、給定指令系統(tǒng)的處理器設(shè)計(jì)、處理器功能測試、處理器外設(shè)接口設(shè)計(jì)、處理器與外設(shè)接口功能測試等。通過我們設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生對CPU的原理和結(jié)構(gòu)有了深刻的體會，通過實(shí)驗(yàn)大大增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。
4對比與分析
首先在教學(xué)目標(biāo)方面，我院的教學(xué)目的是“使學(xué)生初步了解計(jì)算機(jī)部件和微處理器的設(shè)計(jì)方法，做到理論和實(shí)踐的真正結(jié)合，掌握有關(guān)硬件設(shè)計(jì)工具的功能和用法，有效地鍛煉動手能力和設(shè)計(jì)能力”，這個教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)和國內(nèi)外一流大學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)目標(biāo)相同。我院的這門課實(shí)驗(yàn)學(xué)時達(dá)60學(xué)時，屬于非常多的實(shí)驗(yàn)時間，而且我們在這60學(xué)時內(nèi)安排了7個實(shí)驗(yàn)，相比其他學(xué)校的最多5個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得到了更多的鍛煉機(jī)會。在教學(xué)隊(duì)伍方面，由于這門課的指導(dǎo)量很大，所以每個班級在實(shí)驗(yàn)時都有一個專門的老師和TA，相比國外整個一門課只有2～3名教師的情況，我們大大增加了指導(dǎo)老師的數(shù)量，可以及時有效地解決學(xué)生的問題。在教學(xué)方法方面，我們在上課時主要采用個人與分組相結(jié)合的方式，前幾個簡單的實(shí)驗(yàn)以個人為單位完成，后面較難的實(shí)驗(yàn)以小組為單位，每個小組3～4人，以團(tuán)隊(duì)的方式來完成一個大的課題，目前國外大學(xué)也基本采用這種工作方式。采用這種教學(xué)方法，既鍛煉了學(xué)生的個人動手能力，也鍛煉了學(xué)生的合作能力。在硬件平臺方面，由于國外采用的Altera DE2平臺的性能較好，因此可對CPU之外的音視頻模塊、存儲模塊等進(jìn)行二次開發(fā)，目前我們采用的COP2000實(shí)驗(yàn)儀由于硬件限制還無法完成相關(guān)類似題目的實(shí)驗(yàn)。
經(jīng)過以上的分析可以看出我們的課程與國外一流大學(xué)相比，在實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)方面已經(jīng)與國外一流大學(xué)接軌，在學(xué)時數(shù)、配置實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量上我們所提供的條件已經(jīng)超過了國外一流大學(xué)，但目前由于受到硬件開發(fā)平臺的限制，我們實(shí)驗(yàn)題目還有待改進(jìn)。在今后的實(shí)踐教學(xué)中，我們可以選擇增加一些類似于“開發(fā)MP3播放器”之類的讓學(xué)生比較容易感興趣和效果更直觀的實(shí)驗(yàn)，通過這些實(shí)驗(yàn)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)硬件知識、軟硬件開發(fā)的興趣，鍛煉他們的動手能力和創(chuàng)造力，提高我院學(xué)生的綜合素質(zhì)。