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【摘 要】隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對于作為底層系統(tǒng)的硬件，也提出了更高的要求。本文針對計算機硬件系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，進行了由淺入深的分析。

【關(guān)鍵詞】計算機應(yīng)用技術(shù)；硬件；系統(tǒng)

【Abstract】With the continuous development of computer application technology ， it puts forward higher requirements for the underlying hardware of the system. It analyzes the relevant technology of the computer hardware system.

【Key words】Computer application technology； Hardware； System

1 計算機硬件簡介

計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理設(shè)備按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體為計算機軟件的運行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。簡言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行程序，把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。從外觀上看，微機由主機箱和外部設(shè)備組成。主機箱內(nèi)部主要包括：CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅(qū)動器、光驅(qū)、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設(shè)備通過接口和連接線與主機相連[1]。

2 計算機硬件技術(shù)

計算機硬件技術(shù)，是以計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理為核心，逐步掌握各個硬件模塊的原理與功能，從而能夠利用硬件技術(shù)進行系統(tǒng)開發(fā)。

3 計算機硬件技術(shù)的范疇

計算機硬件技術(shù)主要面向計算機軟方向?qū)I(yè)開設(shè)，因此是一門綜合性的硬件技術(shù)課程，其范疇包括：計算機系統(tǒng)概述、電路元器件、計算機數(shù)制、常用邏輯部件、硬件結(jié)構(gòu)及原理、指令與匯編語言、接口與外部系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)[2]。

其中，對每個知識點都做了詳細的分析，以計算機組成為例，如下圖所示：

圖1 計算機硬件組成

圖中涵蓋了計算機五大硬件模塊：運算器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲器，箭頭表明了各種信息流向。圖中，我們首先要了解各個硬件模塊的功能，從而根據(jù)箭頭分析各種信息在硬件設(shè)備中如何傳遞。

4 硬件技術(shù)的核心

硬件技術(shù)的核心包括如下幾個方面：

（1）計算機硬件組成原理

計算機硬件組成原理為掌握硬件技術(shù)的基礎(chǔ)。

（2）微處理器

微處理器是計算機核心部件，主要包括運算器和控制器。微處理器技術(shù)，重點是對指令和指令系統(tǒng)的理解。

同一廠商會在一個處理器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上不斷研發(fā)下一代新的兼容產(chǎn)品，而新一代處理器與前一代要實現(xiàn)指令兼容，即新一代指令系統(tǒng)包含前一代處理器的全部指令，同時可能增加新指令。而不同廠商之間也可能生產(chǎn)指令兼容的處理器產(chǎn)品。如何提高處理器性能，也是各個廠商爭先研究的對象，一般采取的技術(shù)包括：流水線、超標(biāo)量、超線程、Cache、擴展指令集、多核心等。

（3）總線

總線就是嚴格定義的信號線集合，用于實現(xiàn)計算機各個部件之間信息傳輸?shù)耐ǖ繹3]。總線具備公共性、標(biāo)準(zhǔn)型和可擴展性等特征。通過總線可實現(xiàn)點對點連接或者多點連接。只能實現(xiàn)點對點連接的通道在概念上不是總線，習(xí)慣上也稱為總線。

在計算機中，總線一般分三種：數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。

DB：傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容，與內(nèi)存、I/O之間雙向傳輸；

AB：傳輸?shù)拇鎯ξ恢茫绱鎯ζ鞯刂贰⒍丝诘刂返龋cI/O接口或之間單向傳輸；

CB：傳輸各種控制信號，如存儲器讀/寫、端口讀/寫等，與I/O接口之間單向傳輸。

（4）接口

接口是用于完成計算機主機系統(tǒng)與外設(shè)之間的信息交換[4-5]。接口由接口硬件（接口電路、連接器、連接電纜等）和接口軟件（程序）組成。如下圖所示：

圖2 接口電路的構(gòu)成

接口功能主要包括：數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)緩沖、信號變換、中斷、差錯控制、高層通信協(xié)議、即插即用、電源管理、動態(tài)配置等。接口構(gòu)成都是通過數(shù)據(jù)變換機制來完成。對接口的操作是程序?qū)涌诘脑L問（讀/寫）的方式，不同接口電路支持不同的操作方式，常用方（下轉(zhuǎn)第324頁）（上接第128頁）式包括查詢、中斷和DMA控制方式。

5 計算機硬件技術(shù)總結(jié)

熟悉計算機硬件技術(shù)，目的是提高計算機應(yīng)用能力。不僅僅要熟悉各個硬件模塊的功能，還需了解相關(guān)最新技術(shù)的發(fā)展趨勢及新標(biāo)準(zhǔn)，利用硬件性能測試方法，能解決在實際使用中出現(xiàn)的問題。

【參考文獻】

[1]李桂秋，宋維堂.計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2012：5-8.

[2]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000：57-61.

[3]周洪利，朱衛(wèi)東，陳連坤.計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：159-162.

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關(guān)鍵詞:計算機；硬件；日常維護

中圖分類號:TP307文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9416(2015)12-0217-01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,計算機的應(yīng)用也被廣泛的普及,作為計算機網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,計算機硬件也在不斷的進行更新,性能越來越好,檔次越來越高。計算機使用者在享受使用電腦帶來便捷的同時,也在面臨著一系列的電腦問題。

在全國的電腦使用者中,絕大多數(shù)用戶對于電腦知識的掌握都是非常少的,或者說基本上就是不懂,而一旦出現(xiàn)電腦故障問題,可能就不知道需要如何處理,如何才能使自己的電腦進行正常的工作,使電腦的系統(tǒng)性能得到充分的發(fā)揮。出現(xiàn)電腦故障問題,除了電腦本身的質(zhì)量因素外,更取決于使用者本身對電腦及其硬件的使用、維護和檢修,所以,計算機用戶或多或少的掌握一些計算機硬件維護知識是非常有必要的,與此同時對電腦故障產(chǎn)生原因進行了解也是勢在必行的。下面,我就先具體的介紹一下電腦日常維護的幾個方面。(1)計算機要放置在整潔、干凈、干燥的環(huán)境當(dāng)中,對計算機放置的位置需要經(jīng)常性的打掃,尤其是電腦的工作臺,需要經(jīng)常進行除塵工作,避免顯示器因吸入大量的灰塵從而影響使用效果。(2)電腦開機和關(guān)機的順序要按照正常順序進行,電腦開機時,要依照先是外設(shè)設(shè)備然后是主機的開機順序,如果不這樣做,可能會導(dǎo)致計算機無法識別硬件或無法裝載設(shè)備的驅(qū)動程序。(3)在計算機進行工作時,嚴禁對計算機進行移動,更要避免碰撞機器的情況的發(fā)生,因為發(fā)生上述的情況時有可能使硬盤的磁頭和盤片發(fā)生碰撞,從而引起不必要的損傷,影響計算機硬件和電腦的運行。(4)在使用非本電腦自身的外接設(shè)備時,如軟盤、光盤和移動硬盤時,一定要先對這些外接設(shè)備進行掃描查毒,使用之后也一定要在進行一遍,因為現(xiàn)在市面上的一些殺毒軟件對于壓縮文件中的病毒可能無法辨識和查殺。(5)如果計算機系統(tǒng)因為斷電或短路或其他原因而沒有正常退出后,一定要及時的對電腦硬盤進行掃描,如果系統(tǒng)報錯也要一定及時的進行修復(fù)。因為在這種情況下,電腦硬盤的某些數(shù)據(jù)可能會丟失,可能導(dǎo)致系統(tǒng)存在著安全隱患,不及時的進行修復(fù),有可能導(dǎo)致電腦的程序紊亂,嚴重者會導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常的運行和工作。(6)定期對電腦硬件和其他設(shè)備進行保養(yǎng),如清掃機器內(nèi)部的塵土?xí)r,可以利用吸塵器或無水酒精對其進行擦拭,對磁頭和打印頭進行定期的清洗,對各個設(shè)備的連接部位進行檢查,看看是否接觸良好,是否存在著損壞。(7)軟件是電腦系統(tǒng)運行中的重中之重,對于軟件我們也要進行定期的保養(yǎng),利用工具檢查系統(tǒng)文件是否有丟失的情況發(fā)生,如果丟失可以使用文件備份進行恢復(fù);定期的對電腦系統(tǒng)進行掃描和檢查,看看是否有病毒存在,如果有要立即查殺,防止病毒對系統(tǒng)進行破壞;對硬盤上存在的文件和碎片進行定期的清理,清除無用的文件或目錄,從而釋放硬盤的存儲空間。硬件故障和軟件故障是計算機故障中最基礎(chǔ)的兩個方面。顧名思義,由計算機硬件設(shè)施引起的故障被稱作為硬件故障,包涵了計算機的主機系統(tǒng)、存儲器、硬盤、顯示器等所有硬件設(shè)備。

軟件故障則是指由于對計算機使用不當(dāng)或系統(tǒng)軟件而引起的故障,同時還包括系統(tǒng)配置錯誤、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不正確或系統(tǒng)的運行環(huán)境被改變而出現(xiàn)的各種故障。百分之八十的計算機故障是人為引起的,用戶對計算機的使用不當(dāng),對計算機系統(tǒng)運行環(huán)境的不合理要求,對系統(tǒng)下達錯誤的指令,對計算機的日常維護沒有正確及時的進行,而計算機的硬件故障只有不到百分之十左右。因此,當(dāng)我們在使用計算機的過程中,如果計算機突然出現(xiàn)了故障,不要擔(dān)心,很大的原因是你對系統(tǒng)的不當(dāng)操作引起的故障,更不用擔(dān)心自己花了許多錢配置的電腦會變成一堆廢鐵。而我們對常見的故障的判斷方法也有以下幾種:(1)清潔法:對計算機中發(fā)生故障的關(guān)鍵部位或組件進行衛(wèi)生清潔處理。利用吸塵器、打氣筒或刷子,對發(fā)生硬件故障的設(shè)備進行吹風(fēng)、利用刷子將灰塵刷掉,將灰塵吹走,將硬件設(shè)備的衛(wèi)生清理干凈。如果還需要進一步的清理,可以用棉簽沾染酒精進行擦拭,之后用干棉簽擦干。清潔法的原理就是利用各種工資對硬件設(shè)備進行清潔處理,將影響系統(tǒng)運行的灰塵和污垢清除,使之恢復(fù)正常的工作效率和運行狀態(tài)。(2)觀察法:觀察法是利用人的感覺器官,分析判斷計算機是否存在著異常現(xiàn)象,主要是通過“看、聽、摸、聞”等方法,看連接部位是否插牢,主板上是否有燒焦變形等外在表現(xiàn)。聽是通過對電源風(fēng)扇等部位的判斷,看設(shè)備是否正常的工作。(3)替換法:替換法主要是利用好的插件板換下可疑的插件板,將好的新的設(shè)備安裝成功后計算機可以正常的工作,則表明原來的硬件設(shè)備存在著問題。如果換上了好的設(shè)備計算機仍然存在著問題,則繼續(xù)替換另外的設(shè)備,直到找出問題的所在。利用這種方法可以有效的找出出現(xiàn)故障的設(shè)備,但是這種方法需要有備用的硬件設(shè)備。(4)插拔法:插拔法是指關(guān)閉電腦后,將板卡逐塊拔下,每拔掉一塊,就重新開機檢查;如故障依然存在則插回剛拔掉那塊,再拔掉另一塊開機檢查,一旦拔出某塊插板后故障消失,說明故障點即在該插件板上,但對于顯卡、主板等系統(tǒng)運行必須的部件不能使用插拔法。(5)比較法:比較法是指使兩臺或多臺配置相同或相似的電腦執(zhí)行相同的任務(wù),然后觀察有故障的計算機與運行正常的計算機的不同表現(xiàn),從而找出故障來源的一種方法,此方法適用于局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。

總結(jié):

上述的方式只是常用的檢修方式,對于具體的問題,不同的計算機需要利用不同的方式來進行處理。計算機維修技術(shù)是一門實踐性很強的課程,初學(xué)者往往不知從何下手,這主要是欠缺維修實踐經(jīng)驗。總之,只要我們多觀察、勤學(xué)習(xí),我們一定能成為一名電腦醫(yī)生,再使用電腦就不用擔(dān)心它出現(xiàn)問題了。

參考文獻

[1]曹哲,著《.計算機維護與維修》.高等教育出版社,2004年4月第二版.

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關(guān)鍵詞 計算機 硬件 故障維護

一、CPU常見故障

1.重啟故障

引起電腦重啟故障的原因很多，有軟件和硬件原因之分。硬件方面，內(nèi)存、主板、CPU、電源等都會引起電腦的平繁重啟。關(guān)于重啟故障請參見重啟故障。主板偵測到CPU過熱，就會重啟系統(tǒng)，以此來達到保護CPU不被燒毀。所以系統(tǒng)平繁重啟請檢查CPU散熱是否正常。

2.散熱故障

主要現(xiàn)象：當(dāng)CPU的散熱不良時，如果造成CPU溫度過高一般都會造成主機故障。故障主要表現(xiàn)在：死機、黑屏、機器變慢、在cmos和dos下死機、主機反復(fù)重啟等現(xiàn)象。主要原因：①CPU風(fēng)扇故障：CPU風(fēng)扇沒有安裝好，與CPU接觸不夠緊密，或者是CPU風(fēng)扇壞損。②CPU上的硅膠完全揮發(fā)，導(dǎo)致散熱不良。解決方法：①正確安裝CPU風(fēng)扇②在CPU上涂抹薄薄一層散熱膏。

3.超頻故障

CPU的超頻后對散熱的要求相應(yīng)的會增大，如果無法及時散出熱，就會產(chǎn)生CPU散熱不良的故障現(xiàn)象。CPU超頻后相應(yīng)的對電壓的要求也會提高，如果電壓不夠，機器就會變慢、死機、黑屏。所以超頻前要加入自己對電源的考慮。

4.CPU頻率常見故障

頻率有時自動降低———故障現(xiàn)象：開機后本來的頻率變小了，顯示的信息是“DefaultsCMOSSetupLoaded”，在重新設(shè)置CMOSSetup中的CPU參數(shù)后（軟跳線主板），系統(tǒng)正常主頻，但不一定哪一天，又會重復(fù)上面的過程。解決方法：更換CMOS電池。

方法步驟：關(guān)機；在主板上找到紐扣形的鋰電池；取下電池；開機，重新設(shè)置CPU等參數(shù)。說明：這種現(xiàn)象常見于軟設(shè)置CPU參數(shù)的主板。注意：普通的紐扣型鋰電池是3V的，實際測量應(yīng)該是3點幾伏。如果發(fā)生上述問題，多數(shù)是電池電壓已經(jīng)低于3伏了。如果使用的是特殊的電池，如Dallas電池，則需要找廠商更換。

頻率跳變———故障現(xiàn)象：CPU的主頻在每次開機所顯示的主頻不一致，而且主頻跳動數(shù)值比較固定。解決方法：可能與CMOS電池或主板或電源有關(guān)，請更換電池或主板。一次降頻———故障現(xiàn)象：CPU的降頻是指CPU一直運行在較低的頻率上，而不是原來正常的頻率。解決方法：把CPU拿到其它電腦上嘗試。方法步驟：關(guān)機；打開機箱；打開CPU邊上杠桿機制；拔下CPU；在另外的電腦上安裝該CPU，注意正確設(shè)置CPU參數(shù)，包括電壓、外頻、倍頻。說明：如果該CPU在其它電腦上正確設(shè)置，但也顯示133MHz，則說明是CPU壞了，不能以更高的頻率工作，如果在三年保修期內(nèi)可以更換，否則只能當(dāng)普通的133MHzCPU來使用。

5.CPU損毀故障

CPU燒毀的故障一般是無法挽回的。所以以下引起CPU損毀故障的原因一定要注意。

長時間的高效率的工作；CPU超頻后，散熱設(shè)備不足；掛起模式造成CPU燒毀。一般的系統(tǒng)掛起并不會造成CPU燒毀，系統(tǒng)會自動降低CPU工作頻率和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來節(jié)省能耗。而掛起模式造成CPU被燒毀，均是超頻后的CPU。這全都因為風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)造成的。主板上的監(jiān)控芯片除可以監(jiān)控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速外，有的還能在系統(tǒng)進入Suspend（掛起）省電模式下，自動降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速甚至完全停止運轉(zhuǎn)，這本是好意，可以省電，也可以延長風(fēng)扇的壽命與使用時間。過去的CPU處于閑置狀態(tài)下，熱量不高，所以風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，只靠散熱片還能應(yīng)付散熱。但現(xiàn)在的CPU頻率實在太高，即使進入掛起模式，當(dāng)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)時，CPU也會熱得發(fā)燙。

這種情況并不是在每塊主板都會發(fā)生，發(fā)生時必須要符合三個條件。首先CPU風(fēng)扇必須是3pin風(fēng)扇，這樣才會被主板所控制。第二，主板的監(jiān)控功能必須具備FanOffWhenSuspend（進入掛起模式即關(guān)閉風(fēng)扇電源），且此功能預(yù)設(shè)為On。有的主板預(yù)設(shè)On，甚至有的在PowerManagement的設(shè)定就有FanOffWhenSuspend這一項選項，大家可以注意看看。第三，進入掛起模式。因此，現(xiàn)在就對照檢查一下自己的電腦吧。

“低溫”工作也能燒毀CPU，主板檢測到的溫度是CPU附近的空氣溫度，而溫度最好的內(nèi)核溫度卻不容易檢測。CPU在正常工作的時候，如果散熱正常一般不會出現(xiàn)燒毀故障，而在超頻后CPU燒毀的幾率大大增加。

二、計算機硬件的維護

1.計算機硬件維護方案的設(shè)計

（1）實施定期檢查：在日常的計算機應(yīng)用中，應(yīng)做好多方面的計算機檢查工作，通常情況下，可通過肉眼對計算機進行檢查來獲取相關(guān)的信息。因硬件設(shè)施主要集中于計算機的外部，從而給計算機硬件的檢測帶來了便利。

（2）軟硬兼施：硬件、軟件是計算機的兩大核心組成，兩者密切聯(lián)系，軟件的性能在一定程度上影響著硬件，而這就要求在計算機硬件的維護工作應(yīng)結(jié)合軟件加以展開。

（3）注重環(huán)境的營造：對于計算機設(shè)備來講，其外在環(huán)境的變化會對其性能造成較大影響。因此，在進行計算機硬件的相關(guān)維護時，應(yīng)給予環(huán)境因素足夠的重視，如電壓、溫度、電源等等，從而為計算機的運行營造良好的使用環(huán)境。

2.計算機硬件維護的具體做法

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關(guān)鍵詞：EDA技術(shù) 計算機硬件 存在問題 優(yōu)化措施

一、EDA技術(shù)的基本特征研究

現(xiàn)代EDA技術(shù)的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力，具有開放式的實際環(huán)境以及豐富的元器件模型庫等；硬件描述語言輸入是EDA系統(tǒng)的主要輸入方式，由于現(xiàn)代社會電子系統(tǒng)規(guī)模日漸增大，硬件描述語言輸入逐步取代了之前傳統(tǒng)的原理圖輸入設(shè)計方法，其優(yōu)勢在于能夠進行邏輯綜合優(yōu)化，使設(shè)計者在比較抽象的層次上對設(shè)計的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征進行描述。

二、傳統(tǒng)計算機硬件設(shè)計存在的問題

（一）硬件設(shè)備短缺，開發(fā)周期較長

早期的計算機由于工作環(huán)境、硬件材料等方面因素的影響，隨著時間的延長，計算機硬件設(shè)備的損耗量相對較大。為了保證計算機硬件設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，管理人員不得不花費較多的人力、物力和財力進行修復(fù)和管理。同時，受當(dāng)時技術(shù)水平的制約，計算機硬件設(shè)備的開發(fā)周期較長，而對于相關(guān)專業(yè)的任課教師來說，從理論知識的學(xué)習(xí)到最終熟練進行知識的講解，中間還需要經(jīng)歷長時間的計算機硬件設(shè)計分析和試驗，因此，計算機硬件設(shè)備的周期非常漫長。而對于高校的計算機實驗室來說，如果堅持與時俱進的進行計算機硬件設(shè)備更新?lián)Q代，雖然能夠保證各項計算機教學(xué)試驗正常開展，但是高頻率的計算機硬件設(shè)備更新必然會造成較大的經(jīng)濟壓力，不利于高校的綜合性建設(shè)；而如果長時間不進行計算機硬件設(shè)備的更新，又起不到教學(xué)應(yīng)有的效果。

（二）硬件與試驗脫節(jié)且不夠系統(tǒng)化

計算機專業(yè)的硬件類課程是一門實用性很強的學(xué)科，學(xué)生不僅要掌握計算機系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和理論知識，而且要學(xué)會計算機系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)和計算機的控制運用。但是從現(xiàn)階段高校計算機硬件設(shè)計教學(xué)來看，許多高校專業(yè)教師仍然沒有從根本上轉(zhuǎn)變教學(xué)方法，課堂理論知識講解的比重過高，學(xué)生獨立思考和獨立設(shè)計的時間偏少，由此導(dǎo)致計算機硬件的理論教學(xué)與實踐相脫節(jié)。除此之外，即便是在教師的帶領(lǐng)下開展了計算機硬件實驗課程，由于缺乏規(guī)范化的組織和系統(tǒng)化的安排，學(xué)生的自主動手和實驗?zāi)芰σ驳貌坏接行У陌l(fā)揮，多數(shù)情況下只能按照教師所講解的內(nèi)容進行模仿設(shè)計，學(xué)生計算機應(yīng)用能力和硬件設(shè)計能力沒有得到真正的提高。

（三）教學(xué)內(nèi)容相對固定，缺乏創(chuàng)新性實驗

計算機硬件設(shè)備的設(shè)計要滿足與當(dāng)前社會的發(fā)展需要，這就要求其設(shè)計理念必須緊跟市場發(fā)展形勢，不斷的進行自我更新和完善。但是作為高校的一門學(xué)科，計算機硬件設(shè)計要受到多種因素的制約，例如其硬件開發(fā)不僅受高校實驗室硬件設(shè)備的影響，還與實驗人員的整體素質(zhì)有關(guān)。而有些高校為了降低計算機硬件設(shè)計的開發(fā)成本，對某個實驗室的設(shè)計功能進行了限定，這種方法雖然能夠降低硬件設(shè)計成本，但是不利于實驗室功能的延伸，并且專用實驗臺的故障率較高，后期投入維修的花費也大。因此，計算機硬件教學(xué)內(nèi)容難以實現(xiàn)與時俱進的更新，缺乏創(chuàng)新意識，是制約其硬件設(shè)計的主要根源。

三、基本設(shè)計思想和EDA技術(shù)

開發(fā)利用EDA平臺進行計算機系統(tǒng)部件及主機系統(tǒng)設(shè)計，其實質(zhì)是利用運行在計算機上軟件所提供的虛擬實驗環(huán)境，設(shè)計人員利用該系統(tǒng)所提供的各種元器件和芯片仿真模型，根據(jù)實驗需要設(shè)計邏輯電路，進行系統(tǒng)布線和調(diào)試運行。由于整個實驗過程都是在虛擬環(huán)境下進行，因此可以反復(fù)操作和多參數(shù)調(diào)控，而不必擔(dān)心系統(tǒng)設(shè)計的成本問題。同時，設(shè)計者還能隨時進行存檔，將當(dāng)前設(shè)計的系統(tǒng)、線路進行保存，并在再次使用時隨時調(diào)用。在此基礎(chǔ)上，可以針對自己設(shè)計出的部件及系統(tǒng)進行編譯、模擬仿真測試，以驗證自己邏輯設(shè)計的正確性。課程設(shè)計結(jié)束后，可以將存儲的設(shè)計圖及結(jié)果提交給檢查者。使用EDA技術(shù)，解決微指令時序控制時邏輯與非門電路比較復(fù)雜的問題：時序設(shè)計分一個周期完成一條機器指令或是二個周期完成一條機器指令，對于后者，時序控制邏輯就比較復(fù)雜。

四、基于EDA技術(shù)開展計算機硬件的優(yōu)勢

（一）提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，豐富課程內(nèi)容

EDA技術(shù)的優(yōu)勢之一在于其應(yīng)用范圍的廣泛性，在電子信息工程專業(yè)和計算機技術(shù)專業(yè)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，學(xué)生都需要進行不同深度的EDA課程學(xué)習(xí)。同時，EDA技術(shù)還是一門輔助教學(xué)能力較強的課程，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)的理論知識和熟練的EDA技術(shù)操作后，能夠為繼續(xù)進行相關(guān)方面的專業(yè)學(xué)習(xí)提供極大便利。例如，EDA技術(shù)要求學(xué)生動手進行線路設(shè)計和按照操作，對于提升學(xué)生的動手操作能力和團隊合作能力有積極幫助。而今后學(xué)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)編程時，也離不開這兩種能力。因此可以說，EDA技術(shù)對于豐富學(xué)生專業(yè)課程內(nèi)容，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力有極大的幫助。

（二）彌補條件的不足，節(jié)約課程投入

以往的電子相關(guān)課程以理論講解為主，學(xué)生雖然有機會參與到實踐操作中，但是許多技術(shù)方面的問題得不到及r解決，容易影響下一步的知識學(xué)習(xí)。而EDA技術(shù)則能夠在很大程度上避免類似問題：首先，EDA技術(shù)以計算機和電子技術(shù)為支撐，學(xué)生在教師講解完相關(guān)的課堂知識后，能夠立即在計算機上完成實踐聯(lián)系，包括設(shè)計電路、調(diào)整參數(shù)、系統(tǒng)運行以及模型分析等。其次，利用計算機上的這些仿真軟件，能夠隨時進行設(shè)計修改和多參數(shù)調(diào)試運行，而不用擔(dān)心成本問題。而在以往的實驗室操作教學(xué)中，如果學(xué)生操作不當(dāng)，很容易出現(xiàn)器材損壞、元器件丟失等問題，給實驗室造成一定的經(jīng)濟損失。因此，EDA技術(shù)的使用，間接的節(jié)省了實驗開發(fā)成本。

參考文獻：

[1]易小琳，胡林青.計算機組成原理實踐教程―基于EDA平臺[M].航空航天大學(xué)出版社，2006.

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關(guān)鍵詞:計算機；硬件；維護；

Abstract: Along with the computer application, the technical requirements of the higher content of computer hardware, computer hardware upgrading at the same time, the hardware maintenance requirements are also getting higher and higher. Aiming at the maintenance of computer hardware technology and troubleshooting discussed.

Keywords: computer; hardware; maintenance

中圖分類號：G633.67

現(xiàn)如今社會和經(jīng)濟發(fā)展的速度是非常快的，計算機已經(jīng)是一個普遍家庭普遍存在的電器設(shè)備，在各行業(yè)的應(yīng)用也極為廣泛，如機械，電子，電信等行業(yè)，都是由計算機協(xié)助來完成。計算機的設(shè)備核心是內(nèi)部硬件，在操作過程中，如果電腦的問題，它會導(dǎo)致電腦死機。本文根據(jù)計算機硬件維護的原則，對計算機硬件常出現(xiàn)的故障提出解決措施。

1 計算機硬件維護原則

1.1 檢測前進行必要的環(huán)境清潔

計算機的工作環(huán)境在很大程度上影響著硬件的工作，很多硬件的故障都是因為環(huán)境差引起的。濕度大或灰塵大的環(huán)境都會損傷計算機硬件，減短其使用壽命。因此，在計算機硬件的維護以及故障檢查中，首先要清潔計算機外和機內(nèi)的工作環(huán)境，防止環(huán)境原因引起計算機硬件發(fā)生故障。

1.2 注意硬件維護的順序

計算機硬件設(shè)備維護時需掌握一定的程序。第一, 先進行電源檢查, 再檢查部件。電源容易被用戶忽視, 電源的功率應(yīng)當(dāng)保持在適當(dāng)?shù)乃健５诙? 檢查要分接通電源前和接通電源后。檢查時不能盲目接通電源, 有些故障需要拔出電源才能解除,而另外一些則需要接通電源才能發(fā)現(xiàn)。第三, 維護時先易后難, 先普通后特殊。

2 計算機硬件問題分析

計算機硬件是計算機必不可少的一個組成部分，如何判斷計算機硬件出現(xiàn)的故障，找到故障來源，對于計算機硬件的維護十分重要。計算機硬件故障產(chǎn)生的原因要從計算機內(nèi)部和外部兩個方面來分析，計算機硬件內(nèi)部故障一般是由于設(shè)備沖突或者是軟件故障引起。 計算機硬件故障出現(xiàn)的外部原因相對于內(nèi)部原因而言，就更好判斷一些，計算機使用的外部環(huán)境就是原因之一。如果計算機的使用地區(qū)電壓不穩(wěn)或者經(jīng)常停電，在該環(huán)境下使用的計算機就容易不能正常工作，還很有可能會損壞硬盤等配件。電磁干擾對于計算機硬件產(chǎn)生的影響也不容忽視，生活中常見的高壓線、變壓器、以及變頻空調(diào)等設(shè)備的使用，都有可能引起強大的電磁干擾。如果恰好計算機主機抗電磁干擾能力差，這些電磁干擾就會導(dǎo)致計算機意外重啟等現(xiàn)象的出現(xiàn)；強大的電磁干擾還有可能使得顯示器被磁化，進而導(dǎo)致顯示器的偏色故障等。

3 計算機硬件故障排除技術(shù)

3.1 肉眼觀察。首先仔細檢查計算機的周邊環(huán)境和設(shè)備，包括：室內(nèi)環(huán)境、插頭插座接觸程度檢查、用戶操作方式合理性確認等。

3.2 最小系統(tǒng)法。計算機是多組合的工作模式，許多外設(shè)可以熱插拔，而外設(shè)故障是可能導(dǎo)致系統(tǒng)異常的。要確定具體的問題，需要不斷地縮小范圍。可以考慮先將計算機最簡化到可基本引導(dǎo)的程度，只留電源，主板和CPU這最小系統(tǒng)化的組合。

3.3 逐步添加法。即在最小系統(tǒng)工作正常的前提下，逐步添加原來拆除或打開屏蔽裝置，直到系統(tǒng)故障重現(xiàn)，可以確定故障所在。

3.4 替換法。這一方法的應(yīng)用往往要結(jié)合其他方法。先基本確定故障硬件，然后再采用好的部件替換故障部件。替換過程中，最好采用同一種型號的設(shè)備，這樣避免引來設(shè)備兼容的新問題。

4 計算機硬件常見故障及對應(yīng)解決方法

4.1 CPU的維護

CPU是計算機的重要處理部件。CPU在正常使用過程中出現(xiàn)故障的幾率很小，但作為計算機最核心的部件，對CPU的日常維護還是很重要的。

1）正常使用CPU要保證CPU工作在正常的頻率下，盡量不要通過超頻來提高計算機的性能。計算機正常工作時，要保持主機位置的穩(wěn)定，不要輕易移動CPU。安裝時要注意安裝到位，以免引起不必要的故障。

2）保持良好散熱現(xiàn)在的CPU發(fā)熱量都比較大，如果CPU不能很好的散熱，就有可能引起系統(tǒng)運行不正常等故障，選擇一款好的CPU散熱器是必不可少的。CPU散熱器根據(jù)散熱原理可分為：風(fēng)冷式、熱管散熱式、水冷式、半導(dǎo)體制冷和壓縮機、液態(tài)氮制冷等幾種。常用的散熱器仍然是風(fēng)冷式。

3）定期進行清潔灰塵過多會造成散熱不良、引起CPU故障，要經(jīng)常對散熱風(fēng)扇進行除塵，保持CPU插座周圍清潔。

4.2 主板維護

1) 隨著計算機的使用期限延長，會發(fā)現(xiàn)電腦系統(tǒng)的時間會變慢，雖然對其校準(zhǔn)過，但仍解決不了。是電腦主板電池引起的。在更換電池后還是如此情況，很大一部分原因是主板的時鐘電路的問題，這種情況需要及時聯(lián)系廠家或者維修服務(wù)部門。

2) 電源指示燈不亮。開機后電源指示燈不亮，許多用戶是將主板拆下然后重新安裝在主板上，導(dǎo)致出現(xiàn)指示燈問題。首先，可以檢查電源是否正常，如果電源沒有理由，那么原因很可能是一個電腦主板的問題。一個被懷疑主板燒壞，一種檢查主板，如果發(fā)現(xiàn)曲折的現(xiàn)象是由接觸不良線。可以拆下主板，重新安裝螺絲固定后重啟。

3) 外置移動存儲設(shè)備計算機無法識別現(xiàn)象。移動硬盤或其他移動存儲設(shè)備不被計算機識別，且會聽到異常的噪音，首先應(yīng)該采取的辦法是檢查傳輸接口連接好，沒有任何問題，就說明驅(qū)動器的傳輸端口指示供電不足。大多數(shù)電腦主板傳輸端口可滿足大多數(shù)的存儲設(shè)備，但一些特殊的移動設(shè)備，由于設(shè)計會使主板的供電不足，在這種情況下，這種情況下可以采用移動設(shè)備的另一條電源線。

4.3 內(nèi)部存儲

1)長期閑置的電腦無法啟動。出于各種原因，用戶可能將電腦閑置很長一段時間，在突然開機后系統(tǒng)會警報，屏幕變黑，系統(tǒng)無法啟動。出現(xiàn)這種情況主要的原因可能是內(nèi)存的問題。方法是檢查內(nèi)存的位置是松散的。內(nèi)存條的接觸不良也會導(dǎo)致計算機系統(tǒng)無法啟動，可以嘗試重新將內(nèi)存條拔出，清理內(nèi)存槽后將內(nèi)存條再插入插槽，最后再次開機啟動。

2)在系統(tǒng)運行時，經(jīng)常會出現(xiàn)運行程序發(fā)出運行錯誤的提示，如“非法操作”的消息。經(jīng)過分析，原因是由于計算機的硬件不兼容或硬件本身存在故障。

4.4 電腦的硬盤問題

(1)硬盤讀寫故障。常見兩種情況，一是硬盤不讀，就是不能被電腦識別，具體體現(xiàn)是對電腦硬盤的基本信息諸如主板、電源、等信息不能顯示，出現(xiàn)這種情況應(yīng)該是硬盤本身的構(gòu)造由于長期使用出現(xiàn)了數(shù)據(jù)接觸不良，里面出現(xiàn)了數(shù)據(jù)線斷裂的現(xiàn)象，應(yīng)更換線路，排除問題。二是讀寫硬盤信息錯誤。表現(xiàn)在誤讀硬盤容量。出現(xiàn)這種情況可以重啟電腦，進入bois設(shè)置程序，檢查硬盤屬性，若能顯示正確的硬盤容量，則要通過軟盤啟動到dos環(huán)境，檢查電腦空間分區(qū)。很可能會發(fā)現(xiàn)分區(qū)異常，重新分區(qū)，格式化重新啟動電腦。

(2)硬盤工作噪音大。硬盤驅(qū)動器的速度要根據(jù)不同的設(shè)計有不同的要求，不同品牌的硬盤在工作時聲音大小不同，排除設(shè)計的因，主要原因是底盤設(shè)計和硬盤安裝的問題。解決辦法是更換主機機箱或者重新安裝硬盤。

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關(guān)鍵詞：計算機硬件；硬件維護；維護技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）22-0226-01

1 引言

近幾年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，計算機等電子設(shè)備在工作和家庭中已經(jīng)得到了廣泛的使用，其誕生和發(fā)展都對佳通生活、工作效率等方面起著極其重要的作用――極大的提高了人們的生活、工作效率。但是隨著時間的不斷推移，計算機的硬件會不可避免地出現(xiàn)各種各樣的故障，這都會給人們使用過程中造成很大的不方便，極大的降低了人們的生活和工作質(zhì)量。作為計算機的一個核心組成部分，計算機的硬件在其使用的過程中也極易出現(xiàn)問題；而硬件的問題也是導(dǎo)致計算機運行速度降低、計算機死機等現(xiàn)象的一個最主要的原因。這些都極大的降低了人們對計算機使用的滿意度，同時也降低了計算機應(yīng)有的效果。因此，在很大程度上計算機硬件的日常維護和管理工作就顯得尤為重要，人們對計算機的維護技術(shù)的探討也越來越多。

2 計算機硬件系統(tǒng)的組成

計算硬件的組成主要包括以下幾個部分：

一是控制設(shè)備。計算機控制設(shè)備的主要功能是將人們給定的指令傳送給其他部件，并且對指令進行分門別類，維持計算機內(nèi)部工作的正常進行。在整個計算機的硬件系統(tǒng)中，控制設(shè)備起著指揮的作用，其功能的好壞在很大程度上決定著計算機的自動化程度的高低。

二是存儲設(shè)備。計算機的存儲器主要包括內(nèi)存儲器和外存儲器，她們都是由半導(dǎo)體等材料構(gòu)成的，它們與電腦電路和CPU緊密連接。當(dāng)計算機運行工作時，首先是把用戶需要的資料裝入內(nèi)存，然后由CPU到相應(yīng)的存儲設(shè)備中讀取相關(guān)的資料。總而言之，其功能主要是用來存儲相關(guān)資料。

三是運算設(shè)備。計算機的運算設(shè)備，就是對計算機運行過程中所要用到的數(shù)據(jù)、資料等進行算術(shù)處理。它能夠解決人們?nèi)粘Ｉ钪袕?fù)雜的計算問題，是復(fù)雜的問題簡單化，極大的節(jié)約了工作時間，同時也提高了人們的工作質(zhì)量和水平。

四是輸入、輸出設(shè)備。所謂的輸入設(shè)備就接受人們的指令，并將指令中的各種信息傳遞到內(nèi)部的相關(guān)設(shè)備進行處理。那么輸出設(shè)備就是將人們進行的一些工作結(jié)果輸出計算機，并將計算機的處理結(jié)果以一種人們能夠看懂的方式輸出。

3 計算機硬件維護的原則

計算機硬件維護的原則主要有以下幾個：1）先清潔后檢測原則。在計算機的使用過程中，空氣散布的灰塵以及空氣的濕度過高都會對計算機的硬件造成威脅，從而導(dǎo)致計算機的硬件出現(xiàn)問題，如使用壽命下降等。2）縣外部設(shè)備后主機原則。在進行計算機硬件檢查的時候，首先要做的就是檢查計算機的外部設(shè)備（如鼠標(biāo)、鍵盤等），確定這些地方?jīng)]有問題時再進行主機檢查；這樣可以避免人為的造成主機損壞的情況。3）先電源后部件。在計算機的日常維護中，人們很容易將簡單的問題復(fù)雜化。很多時候計算機的顯示問題只是由于電源虛接、電功率不足等情況引起的，沒必要對計算機主機等硬件進行檢測。4）先靜態(tài)后動態(tài)原則。在計算機硬件檢測的過程中，首先應(yīng)在切斷電流的情況下進行，即靜態(tài)進行；如果靜態(tài)檢測后沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，則可以采用接通電流進行檢查（即動態(tài)檢查），這樣可以避免盲目的通電檢查而出現(xiàn)事故等情況，大大的降低了電流事故的發(fā)生。5）先簡單后復(fù)雜原則。最后，計算機硬件檢查的一個最為重要的原則就是先簡單、后復(fù)雜的原則。即是先對計算機硬件的一些簡單的部分進行檢查，在沒有發(fā)現(xiàn)問題的情況下載深入的專業(yè)檢查。

4 目前計算機硬件維護中常用的幾種關(guān)鍵技術(shù)

1）直接觀察法

直接觀察法是計算機硬件維護工作中最常見的一種方法，其基本步驟就是通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等去對計算機的硬件設(shè)備進行檢查。所謂的視覺檢查就是個體使用肉眼去檢查計算機是否出現(xiàn)了故障以及故障出現(xiàn)在哪里；那么聽覺檢測就是通過耳朵去聽計算機硬件在運行過程中是否出現(xiàn)了奇怪的聲音，從而發(fā)現(xiàn)故障所在；嗅覺就是通過鼻子去聞計算機硬件周圍是否出現(xiàn)了燒焦、糊味等。由于直接觀察法不需要使用任何儀器或設(shè)備，所以已經(jīng)成為人們使用最多的一種檢查方法。

2）插拔替換法

相對于其他方法來說，插拔替換法應(yīng)該算是最原始，同時也是最 直接、有效的方法。這種方法的主要原理就是根據(jù)計算機出現(xiàn)的問題來估計導(dǎo)致問題的地方，然后再把這個硬件卸載下來安裝到其他計算機上，如果安裝到其他計算機上出現(xiàn)問題的話就是這一部分的硬件出現(xiàn)了問題，從而進行維修；如果另一臺計算機沒有出現(xiàn)問題，那么則表明這一硬件沒有出現(xiàn)故障，進而進行下一步篩選。雖然使用這種方法較為直接、有效，但是對于那些對計算機不是很熟悉的人來講，這種方法存在極大的盲目性。

3）逐步增減法

逐步增減法可分為兩種情況，一是逐步增加：是指在原有的最小系統(tǒng)的條件下，每一次向系統(tǒng)中增加一個組件或設(shè)備，從而篩選故障；二是逐步減少：則是指在原有的系統(tǒng)下，每次減少一個組件來排除設(shè)備故障。

5 結(jié)語

總而言之，計算機硬件的維護與管理在計算機的正常使用過程中有著極其重要的作用――可以提高計算機的運行效率、延長計算機的使用壽命。因此，在一定原則的指導(dǎo)下，找到合適的維護技術(shù)對計算機的硬件進行維護、管理顯得尤為重要。

參考文獻：

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關(guān)鍵字：計算機硬件；維護；創(chuàng)新管理

作者簡介：季一鳴（1989-），男，江蘇鹽城，碩士，初級工程師；研究方向：計算機技術(shù)與應(yīng)用

一臺計算機的使用壽命和其是否被經(jīng)常性地進行維護息息相關(guān)。在計算機的實際使用過程中，不定期地對計算機硬件進行維護，可以有效預(yù)防和避免計算機發(fā)生故障，給正常的工作帶來負面影響，保證計算機可以較長時間都處于正常高效的工作狀態(tài)中，因此日常工作之余對計算機進行硬件維護是十分必要的，也是十分重要的。

1計算機硬件系統(tǒng)

所謂計算機硬件系統(tǒng)，主要是指構(gòu)成計算機正常運行的各個物理設(shè)備，一般而言計算機硬件設(shè)備主要由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、控制器和運算器構(gòu)成，一般包括有常見的鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、內(nèi)外存儲器、主機中的主板、CPU以及各個電源等等，硬件之間以總線結(jié)構(gòu)方式進行相互連接，是計算機進行正常運行的基礎(chǔ)物質(zhì)設(shè)備。計算機硬件故障主要是指由計算機硬件設(shè)備的機械故障、接觸不良、電氣或安裝不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌挠嬎銠C硬件設(shè)備發(fā)生的物理性故障。

2計算機硬件產(chǎn)生故障的產(chǎn)生因素

計算機硬件產(chǎn)生故障通常有兩大原因，一是來自計算機內(nèi)部因素，二是計算機外部因素所致，這兩方面的因素都有可能導(dǎo)致計算機硬件產(chǎn)生物理性故障，而一般又以計算機內(nèi)部因素最為常見。

2.1計算機內(nèi)部原因

計算機中各類電子元器件故障。計算機中的各類電子元器件和其他配件的質(zhì)量及制作工藝等都會影響計算機硬件的使用和壽命，元器件的損壞、性能降低等都可能會使計算機無法正常工作。機械故障。機械故障一般產(chǎn)生于計算機設(shè)備中，如計算機某些零件或者部件的損壞，零件的變形、斷裂、間隙增大以及固定零件的松動等都屬于機械故障，這類故障一般容易發(fā)生且易于排除。

2.2計算機外部原因

來自計算機外部的因素也經(jīng)常會導(dǎo)致計算機硬件故障從而使得計算機無法正常工作，如計算機長時間處于過過多的灰塵、靜電、潮濕的環(huán)境、外部電壓不穩(wěn)、開關(guān)電源質(zhì)量較差、計算機使用者沒有經(jīng)常性的硬件維護等習(xí)慣等都有可能導(dǎo)致硬件設(shè)備故障。

3計算機硬件維護的基本原則

（1）由易到難進行排查。計算機硬件一般種類較多，一些很容易被忽略的電源問題、設(shè)備連接等都有可能導(dǎo)致計算機無法正常工作，因此計算機硬件出現(xiàn)問題的原因往往極為復(fù)雜，可能是某一原因也可能是多種原因?qū)е碌模缥覀兤綍r常見的電腦黑屏故障，其就可能是顯示器電源問題、顯卡松動、硬盤數(shù)據(jù)錯損壞等原因?qū)е拢虼水?dāng)計算機發(fā)生硬盤故障后，首先從最簡單的原因逐一排查，然后再向稍微復(fù)雜的方向進行考慮排查，如此可有效節(jié)約時間，提高硬盤問題解決的效率。（2）由外到內(nèi)進行檢查。計算機硬件故障發(fā)生后，應(yīng)首先從檢查計算機設(shè)備入手，如先查看計算機電源是否正常、是否有設(shè)備連接松動等，然后再一步步向主機進行排查，有時候計算機無法正常工作可能是由插板解除不良等這種簡單的小問題所致，進行排查的時候不可對其進行忽視。

4一些常用的硬件維護方法

掌握一些常用的硬件維護方法可快速排查計算機硬件故障發(fā)生部件等，對于進行有效的計算機硬件維護有事半功倍的效果。（1）觀察法：觀察法主要是工作人員采用看、聽、摸等方法來觀察和判斷計算機硬件設(shè)備可能產(chǎn)生故障的部件以及原因，一般看主要是觀察計算機的工作環(huán)境、外部連接情況，查看計算機顯示器上所顯示的信息，操作系統(tǒng)、軟件安裝等方面的情況；聽主要是聽計算機主機里的CPU、風(fēng)扇等的轉(zhuǎn)動情況，硬盤工作以及設(shè)備啟動時的警報聲等；摸主要是用手檢查CPU、顯卡等是否有過熱的情況，各個設(shè)備的鏈接是否完整等，這是硬件日常維護的基本方法。（2）插拔法：插拔法也是一種常見的排查硬件設(shè)備的方法，主要是來拔掉然后再重新插入各個設(shè)備，主要檢查故障是否由設(shè)備接觸不良、松動等情況引起。（3）硬件替換法：替換法是指通過替換可能產(chǎn)生故障部位的硬件設(shè)備來確定故障點的方法，如果在硬件替換后計算機可正常工作，則可以確定故障發(fā)生的原因和部位。（4）逐一排除法：逐一排除法是指逐一對硬件進行排查以檢查發(fā)生故障的部件的方法，一般情況下需要保證計算機可正常啟動的基本部件如電源、主板、CPU等最基本的硬件模塊，然后逐一增加硬件，如果發(fā)生故障，則可以確定發(fā)生故障的部件。

5計算機硬件設(shè)備的維護及創(chuàng)新管理

在對計算機硬件設(shè)備進行維護時，應(yīng)按照計算機硬件設(shè)備的五大組成部分來進行逐一維護，尤其是對硬件設(shè)備中的核心元件如CPU、內(nèi)存等要尤為重視。

5.1CPU維護及故障排除

對在設(shè)備進行維護和故障解決的過程中，要實現(xiàn)了解相關(guān)硬件設(shè)備的規(guī)格參數(shù)，對各個硬件常見的故障等有基本的了解，這是有效應(yīng)對硬件故障的基礎(chǔ)。常見的CPU故障主要有計算機通電源之后只有電源閃動，無其他反應(yīng)，顯示器不顯示無法進入操作系統(tǒng)，或者計算機出現(xiàn)經(jīng)常性的死機現(xiàn)象，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等。常見的CPU故障排除方法主要有將CPU拆除后檢查CPU的針腳及觸點等地是否存在銹蝕、彎曲等現(xiàn)象，如有要及時清除銹蝕等雜物，保證CPU芯片和插座接觸良好；在對計算機進行硬件選擇時，應(yīng)盡量選擇跟CPU相適合的其他硬件如主板、內(nèi)存等，避免因硬件與硬件之間因兼容性不足而導(dǎo)致的硬件故障；同時定期對CPU進行灰塵清理，避免CPU超頻使用，保證CPU外頻與倍頻在正常狀態(tài)下，盡量使用高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱硅脂，提高散熱效率，保證CPU的散熱要求。

5.2主板維護及故障排除

一般而言主板中容易出現(xiàn)故障的部位集中在內(nèi)存條插口，各類總線插槽等，導(dǎo)致主板損壞的原因也有很多，如主板和硬件兼容性差、電源系統(tǒng)不良、元件器故障、工作環(huán)境惡劣等，日常進行維護以及故障排除應(yīng)先從觀察主板外觀、檢查電源、查看各元件器再到內(nèi)存、顯卡、硬盤的順序逐一進行維護和排查，平時的維護過程中要注意對主板進行不定期清潔、除塵，在除塵的時候，輕取下主板用細軟羊毛刷輕拭掉其表面的灰塵，定期對主板進行清洗，在清洗的過程中先把主板放置于干凈的清水中，用羊毛刷洗去其表面的灰塵及污垢，然后放在通風(fēng)處等其表面的水滴風(fēng)干后再用紙包好放在陽光下，避免主板積塵而腐蝕。

5.3內(nèi)存的維護及故障排除

內(nèi)存發(fā)生故障后計算機經(jīng)常會出現(xiàn)死機、主板發(fā)出“嘀嘀”的短小警報聲、藍屏、無法啟動或無法進入操作系統(tǒng)、經(jīng)常提示注冊表損失等情況，內(nèi)存發(fā)生故障后應(yīng)根據(jù)不同原因進行排除。對于因內(nèi)存使用時間久發(fā)生的氧化而造成的內(nèi)存與卡槽接觸不良造成的內(nèi)存故障，可將內(nèi)存取下，使用橡皮擦輕拭去其表面的氧化層即可；對于因兼容性問題導(dǎo)致的，應(yīng)改用同規(guī)格的內(nèi)存；另外要注意內(nèi)存安裝過程中應(yīng)避免暴力拔插等人為可能造成的內(nèi)存損壞行為。

5.4硬盤的維護及故障排除

硬盤是計算機中重要的專門用以存儲數(shù)據(jù)的部件，也是計算機硬件中很容易產(chǎn)生故障的硬件之一，常見的故障有機械故障、盤片故障、操作不當(dāng)引起的分區(qū)表破壞等等，針對不同情況采取針對性的硬盤故障排除方法，如當(dāng)計算機顯示“硬盤C驅(qū)動失敗，運行設(shè)置功能，按F1鍵重新開始”時，就要判斷是因硬盤設(shè)置的參數(shù)和格式化時所采用的參數(shù)不同導(dǎo)致的，這時就需要重新設(shè)置硬盤參數(shù)，重新分區(qū)等方式來解決；此外，在平時應(yīng)加強對硬盤的日常維護，例如在硬盤還處于工作狀態(tài)中避免強行關(guān)機，因為硬盤在讀取數(shù)據(jù)以及存儲數(shù)據(jù)的過程因為突然斷電極易造成硬盤數(shù)據(jù)丟失和硬盤損壞，同時日常應(yīng)注意硬盤散熱，避免硬盤因溫度過高而出現(xiàn)問題，養(yǎng)成定期對硬盤進行掃描以及碎片整理，不要頻繁地格式化硬盤，尤其應(yīng)避免對硬盤進行低級格式化，在使用過程中還應(yīng)避免硬盤長時間超負荷工作如不間斷下載任務(wù)等。

5.5顯示器的維護及故障排除

顯示器的常見故障主要有顯示器黑屏、顯示錯誤信息如“超出頻率范圍”、顯示器內(nèi)有元件燒糊的氣味、或者顯示器發(fā)出異常聲音以及顯示器顯示畫面變形扭曲等，針對顯示器不同的故障采用不同的排查方法，如開機后顯示器出現(xiàn)畫面抖動現(xiàn)象，不久即恢復(fù)正常，就該考慮是由于顯示器內(nèi)部受潮所致，進行排除時應(yīng)更換新的顯像管高壓包；在日常的維護過程中，應(yīng)保證顯示器周圍環(huán)境干凈清爽，避免過于潮濕，并對顯示器予以定期除塵，避免長時間開機等。

5.6顯卡的維護及故障排除

顯卡是計算機硬件的核心元件之一，顯卡經(jīng)常出現(xiàn)的故障主要有開機后有警報聲、無法進行自檢程序，出現(xiàn)黑屏及藍屏現(xiàn)象，顯卡驅(qū)動丟失等，在進行顯卡故障的排除時可以從顯卡接觸、顯卡設(shè)置、驅(qū)動程序、顯卡兼容性、顯卡是否超頻等方面入手進行；為保證顯卡正常運行，定期對顯卡進行維護是十分有必要的，如不超頻使用顯卡，定期清理夏卡灰塵，定期更換夏卡散熱器上的散熱脂，保證夏卡散熱器的散熱效果，延長顯卡使用壽命。除了以上列舉的硬件維護以外，其他的例如鼠標(biāo)、鍵盤、網(wǎng)卡、ADSL等硬件也都應(yīng)給予定期的維護，除此以外，應(yīng)保證計算機整機的工作環(huán)境，室溫應(yīng)盡量在20-25℃，有條件的應(yīng)盡量按照空調(diào)，做好計算機整機的除塵工作，保證計算機電源穩(wěn)定等等，總之計算機使用者應(yīng)在平時養(yǎng)成良好的計算機使用習(xí)慣，提高計算機硬件使用壽命。

[參考文獻]

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[2]黃健敏.論計算機硬件維護及創(chuàng)新管理的研究[J].商，2015（11）：186.

[3]石磊.計算機硬件維護與管理對策探析[J].信息通信，2015（5）：131.

[4]施駿.計算機硬件維護中的創(chuàng)新管理與綜合性策略[J].信息與電腦：理論版，2012（7）：135-136.

篇8

【關(guān)鍵詞】維護；管理；計算機硬件；研究

隨著醫(yī)療衛(wèi)生體制改革的逐漸深入，電子計算機在各類醫(yī)院的財務(wù)管理和信息化建設(shè)中有了更廣泛的應(yīng)用。醫(yī)院收費系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)化管理化后大大的提高了工作效率，克服了手工收費的各種弊端，保證了醫(yī)療收費的及時性、準(zhǔn)確性和完整性，提升了醫(yī)院財務(wù)管理水平。計算機的全面應(yīng)用更促進了醫(yī)院的現(xiàn)代化發(fā)展，但一旦計算機出現(xiàn)故障，就會影響到一些人的工作和生活。計算機出現(xiàn)故障有些時候是來自計算機硬件，因此，為了確保計算機運行安全，我們要對計算機硬件加大維護和管理力度，以便于減少故障的發(fā)生，保障計算機穩(wěn)定正常運行。

1.硬件常見故障分析

計算機一旦發(fā)生硬件故障，就會影響到計算機的正常運行。因此，我們首先要了解以下計算機的常見硬件故障。在日常計算機使用過程中，常見的計算機故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：頻繁死機、電腦黑屏、計算機不能正常開機、關(guān)機等；造成這些現(xiàn)象的原因許多時候都是計算機硬件故障導(dǎo)致的，計算機主機部件以硬件故障部件相關(guān)聯(lián)，進而導(dǎo)致硬盤故障、顯卡故障以及主機板故障等；計算機一旦出現(xiàn)故障，我們就要根據(jù)故障現(xiàn)象找出故障原因。開機后頻繁死機不能找到相應(yīng)硬盤就可能是硬盤故障；電腦黑屏、顯示器不能正常顯示就可能是顯卡故障；而主板故障的原因有許多，網(wǎng)卡故障、CPU故障、CMOS故障、內(nèi)存條故障等等都屬于主板故障范圍。網(wǎng)卡故障主要表現(xiàn)在網(wǎng)卡不能驅(qū)動，計算機出現(xiàn)黑屏、計算機無法啟動等都可能是CPU故障，也可能是整個計算機樞紐出現(xiàn)故障。如果出現(xiàn)電腦配置相關(guān)信息失真現(xiàn)象，就可能是CMOS故障。有些時候，計算機內(nèi)存條松動、接觸不牢，會產(chǎn)生內(nèi)存故障，在開機的時候，計算機會出現(xiàn)滴的聲音，我們通過滴的聲音次數(shù)可以判斷是否是內(nèi)存故障。以上這些故障現(xiàn)象都屬于計算機常見的硬件故障，我們要根據(jù)計算機出現(xiàn)故障的表現(xiàn)逐一判斷。

2.硬件維護的相關(guān)討論

2.1維護計算機硬件的原則

維護計算機硬件一定要堅持兩個原則，一個是預(yù)防為主，防治結(jié)合，另一個是環(huán)境清潔，檢測到位。在維護計算機硬件之前，我們首先要做好分析。預(yù)防為主，防治結(jié)合主要是指在計算機硬件故障出現(xiàn)之前就做好提前的預(yù)防檢查工作，不要等到故障出現(xiàn)，才想起維護的維修，這樣，可以有效減少計算機故障發(fā)生率。在日常計算機使用過程中，我們要按照安全使用步驟進行操作，養(yǎng)成良好的使用習(xí)慣，以便于延長計算機使用壽命。例如：在計算機使用之前，我們首先打開電源，過一段時間再打開系統(tǒng)。這樣就可以延長計算機電源使用壽命。因為，一般情況下，國內(nèi)家用電源都是220V，而我們使用的計算機電源則是110V，所以，我們打開電源之后過一會再打開計算機系統(tǒng)，就可以有效減少電源老化程度，避免電壓突然增大給計算機電源帶來的沖擊，延長計算機電源壽命。在計算機使用完成后，首先要關(guān)閉計算機系統(tǒng)，然后再關(guān)閉電源。計算機使用完后，不僅要關(guān)閉電源，最好還要拔出電源插頭，這樣不僅能省電，還可以減少有效不必要的安全隱患。用戶在使用計算機的時候，最好也要學(xué)習(xí)一些計算機安全使用小常識。同時，還要注意電腦的使用環(huán)境，保持環(huán)境清潔，電腦運行過程中，環(huán)境溫度最好是在18～30℃之間，過高或者過低的環(huán)境溫度都可能加劇電腦老化；影響電腦的使用壽命；環(huán)境濕度最好保持在40%～70%之間，過分干燥的環(huán)境，容易產(chǎn)生靜電，誘發(fā)計算機出現(xiàn)錯誤信息，導(dǎo)致出現(xiàn)元器件損壞現(xiàn)象。環(huán)境濕度過大，容易引起電路板元器件等銹蝕發(fā)霉，進而發(fā)生計算機短路或斷路現(xiàn)象，所以，計算機工作環(huán)境溫濕度對于計算機的保養(yǎng)和使用都非常重要。我們要在空氣流動比較好的地方放置計算機，但是，不能夠在陽光直射的地方放置，這樣容易損壞顯示屏上的熒光物質(zhì)。

2.2維護計算機硬件的方法

針對以上維護計算機硬件的原則，我們可以通過觀察法來進行有效的觀察測試。首先我們分析一下計算機正常情況下與出現(xiàn)故障現(xiàn)象不正常情況下的不同之處。在此基礎(chǔ)上，我們再檢查計算機內(nèi)外的物理狀況，查看計算機指示燈顯示狀況一級灰塵多少，查看計算機元器件以及線路板的顏色狀況，然后在觀察計算機周圍環(huán)境，觀察計算機的環(huán)境溫度和濕度，觀察計算機放置的位置，然后檢查電腦的軟件配置。仔細檢查計算機使用軟件，同時對計算機資源使用狀況以及操作系統(tǒng)也要仔細查看，還要查看相關(guān)硬件設(shè)置驅(qū)動程序，這樣，才可以有效排查軟件故障，判斷計算機硬件故障。發(fā)現(xiàn)計算機出現(xiàn)故障，首先排查計算機軟件，以先軟件后硬件為依據(jù)，軟件故障排除后，我們就可以根據(jù)現(xiàn)象判定其硬件故障。判斷硬件故障，我們首先要排除外設(shè)故障，如：顯示器故障、打印機故障以及鼠標(biāo)鍵盤故障等，外設(shè)故障排除以后，就可以檢查計算機硬件故障。

3.計算機硬件的管理討論

我們在管理計算機硬件的時候，對計算機硬件中的硬盤一定要重點管理，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機硬盤的容量越來越大，大容量計算機硬盤不僅能夠合理劃分硬盤分區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還能夠有效提高計算機性能，使計算機的硬盤每一個分區(qū)都有獨立的功能，還可以形成清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這樣有利于有效的維護相應(yīng)硬盤。我們在分區(qū)硬盤空間的時候，可以按照功能將硬盤分為主分區(qū)、邏輯分區(qū)、其他分區(qū)幾部分。一般情況下，我們都把C盤作為主分區(qū)，主分區(qū)一般20.50GB之間；一般邏輯分區(qū)會用NTFB分區(qū)，原因是NTFB分區(qū)支持4G以上的單個文件；其他支持主要是針對娛樂資料存放以及相應(yīng)數(shù)據(jù)資料存放和系統(tǒng)文件、程序文件等不同文件進行分析，這樣我們可以更好的管理這些相應(yīng)的文件。

4.結(jié)語

隨著計算機計算機網(wǎng)絡(luò)的普及以及技術(shù)的不斷更新，計算機已經(jīng)應(yīng)用于許多的領(lǐng)域，不僅豐富了人們的業(yè)余文化生活，同時也更加方便了人們的工作和學(xué)習(xí)。隨著計算機的普及，計算機硬件維護與管理也顯得更加重要。計算機的運行安全以及運行穩(wěn)定，硬件管理也是非常關(guān)鍵的一部分。我們在日常工作和學(xué)習(xí)過程中使用計算機，不僅要關(guān)注軟件故障，還要對硬件故障進行有效的關(guān)注，計算機硬件如果發(fā)生故障，維修起來更加困難，如果處理不及時，還可能引起一系列硬件故障問題，因此，硬件的維護與管理非常重要，我們應(yīng)該加強硬件的維護與管理，加強學(xué)習(xí)維修管理計算機硬件知識，保證計算機在安全的狀態(tài)下穩(wěn)定運行。

參考文獻

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1計算機硬件設(shè)計方面的安全隱患

計算機自問世以來一直受到科研人員的重視，經(jīng)過多年發(fā)展，如今其已經(jīng)具有多種種類，并且應(yīng)用范圍也在不斷拓展，尤其在互聯(lián)網(wǎng)時代中，使其不再僅僅作為計算工具，而是已經(jīng)成長為綜合設(shè)備，集計算、通訊等功能于一身，為人們、為社會發(fā)展等方面均做出了不小的貢獻。然而在計算機與互聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系越加緊密后，聯(lián)網(wǎng)安全問題卻頻繁發(fā)生，使得人們的個人信息、財產(chǎn)安全等方面均受到了影響，不難發(fā)現(xiàn)，我國計算機安全系統(tǒng)設(shè)計者、維護者均將精力放在軟件方面，如此則導(dǎo)致了硬件方面的忽視，而網(wǎng)絡(luò)犯罪人員也漸漸將攻擊方向轉(zhuǎn)變至硬件方面，一旦計算機硬件設(shè)備被破壞，即可以隨意篡改信息，也會造成計算機故障，甚至?xí)褂嬎銠C內(nèi)部產(chǎn)生病毒，對計算機本身、用戶均十分不利[1]。

2解決計算機硬件設(shè)計安全問題的相關(guān)措施

2.1內(nèi)置安全確認

為了提升計算機安全系統(tǒng)性能，可以從提升內(nèi)置硬件質(zhì)量方面著手，如芯片制造、設(shè)計等方面，具體可以從以下幾個方面入手：①芯片使用之前往往需要對其進行測試，在此過程中可以利用電路設(shè)置密鑰技術(shù)，此種技術(shù)也可以利用到芯片生產(chǎn)中；②為了充分保障安全性，應(yīng)對總線采取措施，如設(shè)置加鎖、解鎖等環(huán)節(jié)；③如今PUFID得到了很好的應(yīng)用，因此可以將芯片制造與該方面進行融合，便于制造出性能更佳的芯片；④AES算法能夠提升加密嚴密性，因此也可以在制造芯片的過程中，合理應(yīng)用此算法[2]。

2.2外置輔助安全檢測

前文中提到過芯片，芯片固然在此方面十分重要，但單單依靠芯片依然無法保證計算機安全系統(tǒng)的完善，因此需要對外置輔助方面進行深入研究，如今RAS技術(shù)是此方面極為重要的技術(shù)之一，并且其具有符合自身特點的機制，可以在測試環(huán)節(jié)起到核心作用，其也被稱為密鑰管理中心，其不僅可以在外置設(shè)備測試方面起到作用，也可以在驗證芯片安全方面起到很好的作用，可見該技術(shù)具有很好的應(yīng)用效果，根據(jù)目前的情況來看，其還有很大的發(fā)展前景。

2.3完善硬件安全設(shè)計方案

眾所周知，無論研發(fā)何種設(shè)備，開發(fā)何種技術(shù)均離不開設(shè)計方案，然而縱觀我國硬件安全設(shè)計人員，其普遍存在技術(shù)不過關(guān)、缺乏創(chuàng)新理念等方面的問題，導(dǎo)致設(shè)計方案不但缺乏實用性，也缺乏創(chuàng)新性，為了更好的改善這一問題，應(yīng)對相關(guān)人員進行培訓(xùn)，使其設(shè)計理念、技術(shù)等均有所提升。另外，也要針對目前已有的安全問題進行深入研究，以便于制定出有針對性的優(yōu)化方案，從根本上提升安全指標(biāo)[3]。

2.4重視硬件安全設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

創(chuàng)新已經(jīng)成為當(dāng)代社會發(fā)展的主旋律，在硬件安全設(shè)計方面若要實現(xiàn)創(chuàng)新不僅要提升研究、設(shè)計人員的綜合素質(zhì)及能力，也要合理引進該方面的先進人員，充分壯大人才隊伍。此外，也可以在內(nèi)部成立各個研發(fā)小組，根據(jù)各個項目的研發(fā)方向、人才擅長的領(lǐng)域等進行分組，可以起到優(yōu)化人力資源的作用。在硬件設(shè)備方面，也要針對不同設(shè)備的功能、特點等進行優(yōu)化，盡量根據(jù)各個設(shè)備的優(yōu)點研發(fā)出更具實用性、時代下的新設(shè)備，以保證硬件設(shè)計安全。

3結(jié)語

綜上所述，研究計算機硬件設(shè)計安全問題方面的內(nèi)容具有十分重要的意義，其直接關(guān)系到計算機的應(yīng)用、發(fā)展等多個方面，對人們也會產(chǎn)生極大的影響，雖然近年來我國越來越重視此方面建設(shè)，并采取了相應(yīng)措施，但似乎收效并不明顯，因此相關(guān)機構(gòu)和人員應(yīng)加強對此方面的研究和實施力度，使計算機硬件設(shè)計方面能夠盡快得到完善，如此才能夠?qū)崿F(xiàn)其真正的價值。

作者:馮俊 單位:中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(shù)研究所

參考文獻:

[1]王慧.計算機硬件設(shè)計安全問題研究[J].信息通信，2016，01（02）：171~172.

篇10

摘要：針對目前計算機硬件系列實驗課程，我們采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路和可編程器件，研究設(shè)計了統(tǒng)一硬件實驗平臺。本文介紹了為配套設(shè)計而開發(fā)的用以輔助實驗的軟件系統(tǒng)，并描述了平臺的功能和代表性實驗過程。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模；可編程器件；統(tǒng)一硬件實驗平臺；軟件系統(tǒng)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

Design of Union Platform of Computer Hardware Experiment

QUAN Cheng-bin, GUAN Xiao-pei, LI Shan-shan, TANG Zhi-zhong

(Tsinghua University, Lab for Computer Education, Beijing 100084, China)

Abstract: This paper describes the research and design on union hardware platform which bases on large-scale and ultra-

large-scale integrated circuits and programmable devices and supports the current series of computer hardware courses. At thesame time, it describes the software system going with the hardware platform, which helps the experiments a lot. Then it describes the capability of the union platform and the experiment process with the platform.

Key Words: large-scale, programmable devices, union hardware platform, software system

1引言

目前國內(nèi)的計算機硬件課程實驗呈現(xiàn)出實驗平臺分散化的特點，各個課程采用了各自獨立的實驗平臺。各種平臺的集成度還比較低，大量使用小規(guī)模集成電路，所采用的可編程器件多為小規(guī)模的GAL，學(xué)生實驗還要用很多外部飛線，系統(tǒng)的靈活性非常小[1]。國際部分知名高校的硬件課程比較集中，實驗平臺統(tǒng)一，很多采用了基于大規(guī)模可編程器件的實驗平臺來完成實驗。在這些方面，國內(nèi)的實驗和實驗平臺還有較大差距[2]。

為了推動計算機硬件類實驗改革，提高學(xué)生實驗方法和實驗效率，我們設(shè)計出了一套計算機硬件實驗統(tǒng)一平臺，下面就其功能、設(shè)計方法以及實驗過程分別描述。

2計算機硬件實驗統(tǒng)一平臺的功能

計算機硬件實驗統(tǒng)一平臺支持清華大學(xué)計算機硬件類主干實驗，包括：數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗、數(shù)字邏輯、組成原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及微機接口等課程。

對于數(shù)字電路基礎(chǔ)課程，支持的實驗內(nèi)容如表1所示。

對于數(shù)字邏輯設(shè)計課程，支持全部實驗，如表2。

對于組成原理課程，支持如表3所列的實驗。

針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程[3]，我們支持如表4所列的實驗。

同時，我們支持如表5所列的微機接口課程實驗。

3計算機硬件實驗統(tǒng)一平臺的設(shè)計

為了在統(tǒng)一的實驗平臺上滿足各硬件課程的實驗，我們采用了模塊化結(jié)構(gòu)來設(shè)計實驗平臺，平臺的整體設(shè)計如圖1所示。

平臺整體分為軟硬件兩個部分。軟件部分主要在學(xué)生PC上運行，實現(xiàn)對硬件實驗系統(tǒng)的監(jiān)控；硬件部分主要是實驗平臺。學(xué)生PC與硬件實驗平臺通過USB或者串口連接，根據(jù)通信接口協(xié)議實現(xiàn)學(xué)生PC對硬件實驗系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控。

軟件部分按照模塊化設(shè)計分為界面、通信、監(jiān)控調(diào)試、下載以及內(nèi)嵌的編譯解釋器等模塊。

硬件部分分為板上公共邏輯模組，實驗?zāi)＝M以及對應(yīng)各個實驗課程的數(shù)字邏輯輔助模組，組成原理輔助模組、微機接口輔助模組和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助模組。這里各個實驗課程輔助模組之間不是完全分離的，我們通過相互比較采用了一定的重疊復(fù)用，提高了硬件利用率。例如，數(shù)字邏輯輔助模組中包含對于微機接口輔助模組中相關(guān)接口模塊的利用，兩者復(fù)用了部分接口。諸如此類的復(fù)用，大大提高了整體硬件平臺的利用率。

3.1軟件部分

軟件部分的各個模塊中，界面模塊設(shè)計了友好的人機交互方式，包含對硬件板的狀態(tài)顯示，以及對于特定實驗的輸入、編譯、輸出顯示；通信部分依據(jù)特定的通信協(xié)議和硬件平臺進行通信；監(jiān)控調(diào)試部分，抓取通信部分可見的板上信號變化，由界面部分顯示，支持通過運行控制實現(xiàn)調(diào)試功能（例如CPU系統(tǒng)實驗中控制CPU的運行）；下載模塊負責(zé)硬件平臺各個可寫部分的內(nèi)容的下載；內(nèi)嵌的編譯解釋器，完成了匯編語言的編譯功能。

整體的軟件平臺部分，采用軟件工程的設(shè)計思想，充分考慮軟件平臺自身的可擴展性和易維護性，更大程度地提高了硬件平臺的功能可擴展性。依據(jù)規(guī)范化的軟件工程思想，我們合理設(shè)計了軟件模塊，做到“design for change”和“design for reuse”[4]。

例如，在通信模塊的設(shè)計過程中我們采用了Factory Method，將通信協(xié)議抽象出來，作為單獨的父類，通信模塊直接調(diào)用協(xié)議父類。這樣，以后如果相關(guān)協(xié)議需要改變的時候，只要對應(yīng)修改協(xié)議本身的內(nèi)容，其他部分甚至調(diào)用協(xié)議的通信模塊都無需改變，達到了良好的軟件復(fù)用。通過這種設(shè)計，我們能夠使軟件修改維護的代價降到最低。上述過程的示意圖如圖2。

3.2硬件部分

硬件平臺放置于實驗箱內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)分為板上公共邏輯模組（包括通信模塊、下載控制及存儲模塊、控制模塊等），實驗?zāi)＝M（以實驗編寫模塊為核心）以及各個輔助模組（包括雜項模塊、接口模塊、存儲模塊、時鐘模塊等），如圖3所示。

其中通信模塊完成板上內(nèi)容的對外發(fā)送。控制模塊實現(xiàn)板上的控制以及信號的采集，并能夠?qū)⒉杉盘柊l(fā)送給通信模塊。下載控制模塊和下載存儲模塊完成板上可編程部分內(nèi)容動態(tài)下載。實驗編寫模塊由可編程器件（例如EP2C20Q240等FPGA）構(gòu)成，單獨成為實驗?zāi)＝M。時鐘模塊發(fā)生一系列時鐘信號，存儲模塊完成對需要存儲結(jié)構(gòu)實驗的支持，接口模塊分布了VGA、PS2、串口等等各種接口，開關(guān)顯示以及雜項模塊由實驗所需的開關(guān)、數(shù)碼管以及其他變阻器等雜項構(gòu)成，這些雜項組合就可以構(gòu)成各個實驗課程的輔助模組的一部分。

在硬件系統(tǒng)的設(shè)計中，我們著重考慮整個硬件平臺使用實驗?zāi)K為基礎(chǔ)，由于課程的多樣性，需要提供多種“接口”，而FPGA接口有限，這就需要一定程度上考慮FPGA接口的復(fù)用。同時存在著需要同時使用多個接口的實驗，因此是在綜合考慮的基礎(chǔ)上分配使用接口的。

4計算機硬件實驗過程簡介

整體來說，我們支持了如第2部分所述的所有實驗。由于篇幅所限，這里以三個較為有代表性的實驗為例介紹硬件實驗過程。

4.1基本組合邏輯設(shè)計實驗

數(shù)字邏輯設(shè)計課程實驗中的基本組合邏輯設(shè)計實驗中，實驗?zāi)康氖且髮W(xué)生設(shè)計實現(xiàn)一位半加器。學(xué)生在對一位半加器的相關(guān)知識進行了解或者復(fù)習(xí)上課內(nèi)容之后，即可得到如4所示的邏輯原理圖。

在對原理圖進行真值表計算、驗證無誤之后，就可以使用開關(guān)顯示以及雜項模塊中的2個開關(guān)作為An和Bn，2個顯示燈作為Cn和Sn，按照對應(yīng)關(guān)系確定2個輸入和2個輸出在實驗?zāi)K上的編號，就可以進行管腳綁定。從而進行FGPA內(nèi)部內(nèi)容的VHDL編寫，經(jīng)過仿真和波形驗證后，就可以將編譯好的目標(biāo)代碼，通過學(xué)生PC軟件系統(tǒng)燒入實驗FPGA，接著就可以通過事先定義好的輸入和輸出端點進行實驗觀察了。

4.2VGA接口顯示實驗

該實驗中，學(xué)生需要參考VGA相關(guān)內(nèi)容，理解VGA接口的信號定義。通過查找實驗指示書，得到實驗板上VGA接口的信號線所關(guān)聯(lián)到的FPGA的管腳分別為R0-3、G0-3、B0-3、Vsync以及Hsync，并且得到這14個輸出信號與VGA接口輸出的相互關(guān)系。這樣就可以實際編寫FPGA的內(nèi)容，在FPGA上完成一個VGA接口設(shè)計，同樣經(jīng)過仿真、驗證，運用學(xué)生PC軟件系統(tǒng)下載運行，從而達到實驗要求的圖像通過VGA接口顯示在所連接的顯示器上的目標(biāo)。

4.3CPU cache設(shè)計實驗

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實驗中[5]，CPU cache設(shè)計實驗要求學(xué)生在實現(xiàn)多流水CPU的基礎(chǔ)上添加實現(xiàn)cache結(jié)構(gòu)，整個實驗結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

首先學(xué)生在前序?qū)嶒炛袑τ赑ipeLine的CPU已經(jīng)設(shè)計實現(xiàn)，這里原本的CPU通過Controller對于Memory的直接讀取變成了通過IC和DC兩條總線，通過指令cache（IC）和數(shù)據(jù)cache（DC）的分別讀取，整體外部連接不需要改變，只需要學(xué)生在原本實現(xiàn)pipeline CPU的FPGA內(nèi)在CPU和Memory Controller之間添加IC和DC的邏輯。

需要學(xué)生完成的實驗主要分為如下3個步驟：

① 在FPGA[6]內(nèi)部實現(xiàn)Memory controller結(jié)構(gòu)，連接Memory后，完整測試Memory controller的正確性以及性能。這里Memory可以直接采用硬件平臺中的Ram結(jié)構(gòu)。可以采用如下的測試方法：用實驗?zāi)K的FPGA完成Memory Controller結(jié)構(gòu)，讀取Memory之后的內(nèi)容寫回Memory，再發(fā)送到軟件部分查看讀取結(jié)果是否正確。而性能測試，則可以通過長時間循環(huán)讀取計時來測量。這里需要注意的是，經(jīng)過長時間固定次數(shù)的循環(huán)讀取Memory的固定空間來測試最終的準(zhǔn)確性和效率的時候，由于開頭需要寫入Memory而最后需要核對固定空間的Memory內(nèi)容。而我們無法通過硬件上信號觀察的方法來觀測Memory固定空間的所有內(nèi)容（即使1K Bits這樣的小數(shù)據(jù)攤開放在硬件實驗平臺上也是無法讓人接受的），這樣我們的軟件平臺對于Memory的讀出和寫入功能就顯得尤為重要了。

② 在FPGA內(nèi)完成IC和DC結(jié)構(gòu)。這樣，得到以Memory為一端，IC bus與DC bus為另一端的FPGA，從而測試IC和DC的正確性以及速度情況。整體的連接和測量就可以采用和步驟1相仿的方式進行。

③ 完成整個實驗內(nèi)容。在步驟2的FPGA內(nèi)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加多流水CPU，測試完成整個實驗。整體的測試就可以通過CPU的運行效率和準(zhǔn)確性來得到結(jié)果了。

從這個實驗我們可以看出，尤其在完成復(fù)雜實驗的過程中，整個軟件部分對于硬件平臺的監(jiān)測是十分重要的。

5結(jié)束語

計算機硬件實驗統(tǒng)一平臺，采用了大規(guī)模可編程邏輯器件，結(jié)合先進的軟硬件設(shè)計思想和設(shè)計方法，將計算機硬件類主干實驗統(tǒng)一到一個平成，為計算機硬件類實驗課程的綜合和改革提供了平臺基礎(chǔ)，為深化課程改革和課程建設(shè)做好了準(zhǔn)備。其中軟件系統(tǒng)設(shè)計采用軟件工程思想，盡可能減小了軟件系統(tǒng)的維護以及擴展的代價，同時極大程度的減少了軟件系統(tǒng)對于硬件系統(tǒng)內(nèi)容的依賴，并減小了對于硬件系統(tǒng)擴展性的約束。

通過軟硬件配合形成計算機硬件實驗的統(tǒng)一平臺，使得原本在分散實驗平臺上完成的實驗得到統(tǒng)一的支持，消減了因多種平臺帶來的教學(xué)成本，更為重要的是提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，取得了良好的實驗效果。

參 考 文 獻

[1] 湯志忠, 楊春武. 開放式實驗CPU設(shè)計[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2007,6.

[2] 湯志忠. 清華“計算機專業(yè)實踐”課程的創(chuàng)新與實踐[J]. 計算機教育,2006,(7):7-9.

[3] 鄭緯民, 湯志忠. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2001,9.

[4] 白征. SWEBOK: Software Engineering Body of Knowledge[J]. 計算機科學(xué),2001,28(7):108-111.

[5]John L. Hennessy, David A. Patterson. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu):量化研究方法[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2004,7.