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第1篇

關鍵詞：三本院校；硬件；教學改革；嵌入式系統

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0171-02

上世紀80年代，我國高校相繼開設了計算機專業。初始，教學過程中軟件與硬件兩大體系并重。當時流傳這樣一句話：“硬件學接口，軟件學編程。”隨著大規模集成電路及門陣列芯片的普及，微機硬件體系中基本上已無分立元器件，學生面對微機硬件體系課程中提到的器件和部件沒有直觀認識，看不見摸不著。硬件課程的教學目標不明確，大多數只是為了了解計算機體系結構而沒有硬件方面應用的愿望，因為教學內容無法在實際工程中得到應用，進而學生不能在硬件方向上就業。然而近幾年來，嵌入式電子產品蜂擁而來、名目繁多，嵌入式電子產品行業對人才的需求十分旺盛。這就給計算機硬件教學帶來了挑戰并給計算機專業學生就業拓寬了門路，特別是三本院校的情況更是如此。那么，三本院校計算機硬件教學如何適應這種形式?怎樣進行教學改革？這是一個非常緊迫的課題。

一、三本院校計算機硬件教學現狀分析

三本院校其實就是民辦應用型本科院校，其計算機專業硬件教學現狀比一二本公辦院校更糟糕。他們在教學經費、實驗條件、師資水平、教學積淀、科研氛圍等方面更遜一籌。首先是，在理念上輕視硬件教學，認為硬件知識無實用價值，無就業前景，只是象征性保留兩三門硬件課程，由于實驗條件所限基本只講理論或圖示實驗。學生根本不懂“接口”這一軟硬件結合的技術，有的甚至放棄了硬件教學，計算機科學與技術專業變成了名副其實的“軟件工程”。更不可思議的是：面對朝夕相伴的微機系統，絕大多數計算機學生從未打開過機箱，根本不認識CPU、南北橋芯片、內存條，也不知道串、并口在哪里。其次，硬件教學培養目標不明確，隨意性大。課程設置存在兩個誤區：其一是課程名稱種類繁多，不穩定、變動大；其二是盲目套用一二本院校的方案，不適合三本院校的教學、師資條件和學生的學習能力及特點，更談不上特色。在教材選取和教學內容剪裁時陳舊過時（部分教師偷懶），仍以18年前就講授的8086體系為主體，不能與時俱進。學生面對現代微機的新理念、新技術、新架構很少介紹甚至沒有介紹。比如，微處理器的雙核和多核技術、串口硬盤和并口硬盤有何區別等等。實際授課時硬件理論講授過多，實際動手實驗太少。例如：詳盡分析pentium處理器內部結構時，學生如墜云霧，而具有實用價值的現代微機的部件原理、性能指標、優化組合等又不講。開設的硬件實驗一般都由教師規定好內容和步驟，學生按部就班地在實驗板（箱）上拔插線路，基本都是驗證性實驗，無思考余地，更談不上設計和綜合集成。

二、三本院校計算機硬件教學改革的意義

基于上述三本院校計算機硬件教學的現狀，其教學改革非常必要、刻不容緩。

1.學生就業是三本院校的生命線。學生就業是三本院校教學的指揮棒，學生及家長的基本訴求就是要解決就業問題。就業好的三本院校社會聲譽高，生源穩定，就業直接關系到三本院校的生存，特別是在其生源已經呈現緊張趨勢的今天。大學生就業的最大障礙是缺乏實際工作經驗，這造成了用人單位招不到自己需要的學生，學生找不到工作的怪現象。計算機硬件教學改革的基本意義就是能拓寬就業的門路。在硬件教學過程中必須面向實際應用，切實加強學生的動手能力，始終圍繞和緊跟主流微機進行教學，摒棄復雜玄妙的原理剖析，粗線條地從實用角度給學生一個整體觀念。這使學生能在IT行業從事維護、組裝、銷售、網絡工程實施等工作。另一方面，扎實地進行嵌入式系統的教學和實踐，使學生能在電子產品制作、自動控制方向上伸進一條腿。筆者所在的廣東培正學院地處IT行業十分發達的珠三角地區，中小IT企業星羅棋布，基于嵌入式系統的電子產品數不勝數。嵌入式電子產品人才需求十分旺盛。這些企業特別看重學生的動手能力，學生只要具備基本的電子電路、單片機技術、嵌入式系統基礎，并能使用相關儀器和工具，其就業之路十分順暢，工資待遇非常可觀，這種現象已經被近幾年就業市場所證明。

2.硬件教學改革符合三本院校學生的學習特點及要求。大學本科教育現已成為大眾化教育，在此背景下，三本院校學生具有如下特點：①基礎知識和學習能力不及一二本院校學生，這是中學教育及高考決定了的。②對實用的技術技能感興趣，不太習慣理論學習和邏輯思維，這是由二個因素決定的：一是自身長期學習的慣性使然；二是學習目的決定，因為他們中絕大多數沒有進一步深造（如考研）的要求，只想更好地就業。③學習上易于沖動，少有恒心和耐力。缺乏自信心，往往遇難而退、望而卻步。④他們興趣廣泛，思維靈活，絕大多數學生表面看起來不想學習，其實他們的“成就感”愿望極強，迫切想學到他們認為有用的知識和技術。如上所述可知，不能強行按一二本院校學生的要求來強制他們學習，應因勢利導。從應用角度闡述理論，采用案例教學甚至項目驅動教學。在適量學完微機硬件體系結構后，教學重點放在嵌入式電子產品的基本原理、簡單EDA（Electronc Design Automation）設計、簡單制作方面。使學生能使用常用儀器和工具制作出簡單的電子產品，于是興趣大增、“成就感”油然而生，收到事半功倍的效果。

三、三本院校計算機硬件教學改革的措施

談到改革措施，首先應轉變教學理念，以應用和實用為目標設計硬件教學課程體系并剪裁教學內容，使之為就業的二個方面服務；全面改革教學方法使之符合三本學生的學習特點；更新傳統的考試考核方式使之更好地調動學習積極性。

1.轉變教學理念，修改硬件課程體系和教學內容。①教學理念與硬件教學體系。在高等教育大眾化的今天，三本院校的教學理念首先要確立培養應用型人才的目標、建立新的教學質量評價體系、理論知識為實際應用服務、綜合評價知識、技能和能力等諸多要素。此處能力包括實踐能力和社會適應能力。在調研了學生就業狀況和用人單位需求二個方面的前提下設計硬件教學課程體系。如前所述，硬件教學有二個就業方向，一是以學生面對的主流微機系統知識為背景從事微機系統維護、組裝、銷售、網絡施工等工作；二是以嵌入式系統知識為背景從事電子產品設計、制作、銷售等工作。這二個就業方向對應二條主要教學路線：數字邏輯80386匯編語言計算機組成原理X86體系接口技術windows設備程序開發。這條路線尾節點只能作為少數成績優秀學生深造，涉及到深層次技術，可作為選修。數字邏輯MCS51匯編語言（或ARM匯編）電子電路基礎單片機技術嵌入式系統。而作為知識支撐，還有一條輔線：80386匯編語言（MCS51匯編語言）操作系統（嵌入式操作體統）智能卡芯片操作系統COS（Chip Operating System）。②課程設置與教學內容。為了保證教學路線的實施，在課程設置上與教學內容上應做精心安排，80386匯編和MCS51匯編作為一門《匯編語言程序設計》開出；X86體系接口和單片機技術合為一門《接口與單片機》開出。二條主線上其余節點就是課程名稱，共有7門課程。在教學內容剪裁上要注重實用與應用，還要注重針對主流機型、設備、部件器件介紹前沿知識。例如：計算機組成原理中避免分析CPU內部結構的復雜機理，從性能與發展趨勢分析雙核多核CPU；摒棄三塊一線（CPU、存儲器、IO接口、系統總線）傳統的主機板架構，引入現代微機的1-3-5-7式（一條總線、三大芯片、五條總線、七個接口）架構。接口知識中精簡傳統的且少有實用價值的8253、8255等接口芯片的講解而重點介紹USB接口，USB接口是學生面對的最具實用價值和發展前景的接口標準。數字邏輯和電子電路少些邏輯運算和復雜電路分析，加強嵌入式系統中實用的流行的控制芯片的講解，為嵌入式系統學習和電子制作打下基礎。嵌入式系統教學內容以ARM嵌入式系統為教材，它應用面廣，最具發展前景。教學內容中實踐部分是落腳點，實訓簡單實用的嵌入式電路板的制作，如何使用常見工具，如：萬用表、示波器、電烙鐵手工焊接及BGA溫控焊接等。電路設計學習EDA，會使用軟件進行設計，如：protel、protus等軟件。

2.改革硬件教學方法和手段。先進合理的教學方法和手段會收到事半功倍的效果，是學生掌握教學內容的必要條件。可采用如下辦法：①精心制作CAI多媒體課件，對于復雜的數據流程一定要動態演示。②以學生面對的微機系統及設備為講述對象并進行實驗，如：匯編指令in/out是接口技術中最常用的指令，可以用微機CMOS數據讀寫（地址口地址為70H、數據口地址為71H）為案例進行講解，學生既熟悉實驗環境又方便操作，若能做成CMOS數據保護程序，則學生更有成就感。另外，直接讀寫硬盤扇區也是很好的接口技術案例。③案例教學法始終貫穿于教學過程中，特別是在嵌入式系統教學和電子電路制作實訓中，刺激學生的學習興趣使其得到“成就感”。當然，好的案例選取是要靠教師具有從業經驗和項目經歷并且花大量精力才能實現。④項目驅動教學，以案例教學為基礎，以合適的實際項目作為實訓對象則教學效果更佳。這可以提高學生分析問題解決問題的能力，還可以培養學生的工程素養及團隊合作精神。

3.革新課程的考試考核方式。考試是整個教學過程的最后一個環節，是學生學習的指揮棒，事關學生眼前利益，要用考試促進平時學習。硬件教學的傳統考試考核方法一定要改革，否則，改革措施就會落空。應由單一的筆試改成：筆試+實驗制作+參與案例項目+職業認證+大學生科技比賽等多個環節考核、綜合評定。筆試成績只占30%，其余部分是實踐成績，占70%。一個學生不一定能同時得到三個實踐環節的成績，但是只要獲得其中一項成績即可。這樣一來，學生不能再一味死記硬背理論知識，必須要將理論知識應用于實例中，主要學習精力自然就放在實踐環節中去了。在硬件方向就業后就不必花過多時間參加崗位培訓。

參考文獻：

[1]李文生，等.案例驅動的嵌入式系統教學改革探索[J].計算機教育，2011，（2）：22-25.

第2篇

關鍵詞：計算機組裝；計算機網絡基礎；工作過程；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：

信息技術產業是我國面向二十一世紀生存發展的戰略性產業，它是促進經濟社會協調發展、加快實現現代化的必然選擇。計算機行業是一項新興的高科技行業，近十年來，始終保持著快速增長態勢，成為我國經濟建設的增長點，根據工業與信息化部分析，我國計算機行業將進入發展的關鍵時期，預計計算機行業仍將以高于經濟增速兩倍左右的速度快速發展，前景十分廣闊。

高職院校是計算機應用型人才培養的主陣地。計算機維護和網絡專業人才屬于實際操作人員，其主要作用是實現計算機研發、應用和管理的規模化和流程化，此類專業人才相對于未來行業的整體需求來說供應量仍屬不足。隨著電子政務、電子商務和企業信息化的建設與發展，企業對高技能水平的計算機系統維護、設備管理、數據庫維護、計算機銷售與服務等技術人才的需求量平均每年增長71.2%，預計今后5年將達到60-100萬人，而現有符合新型網絡技術人才要求的專業人員還不足20萬。據信息產業部統計，全國90%的企業網絡技術人員由于技能單一、專業知識更新速度滯后，不能滿足企業信息化建設的要求。積極探索基于工作過程的《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程開發，完善課程體系，促進課程專業建設科學化、標準化、規范化，提高教育教學質量和專業建設水平。

根據網絡搜索和部分院校的調查，目前關于《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程，沒有統一課程標準，沒有相關教材、教學資源缺乏，《計算機組裝與計算機網絡基礎》是《計算機組裝與維護》和《計算機網絡基礎》兩門課程的組合，在實踐工作中，往往計算機和網絡是相互影響的，相互聯系的。為了解決工作中遇到的問題，廣州城建職業學院試點將兩門課程有機融合，新組建了《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程，課程建設還處于探索階段。為使《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程人才培養的目標和規格凸現職業教育的針對性、實踐性和先進性，與用人單位需求實現“零距離”對接，本次課程開發嚴格按照教育部2015年6號文件（《教育部關于深化職業教育教學改革 全面提高人才培養質量的若干意見》）精神的要求，“對接最新職業標準、行業標準和崗位規范，緊貼崗位實際工作過程，調整課程結構，更新課程內容，深化多種模式的課程改革”。

《教育部關于深化職業教育教學改革全面提高人才培養質量的若干意見》（教職成[2015]6號）對提高職業教育人才培養質量的各項要素進行了全面的梳理并提出了具體要求。提出“堅持產教融合、校企合作。推動教育教學改革與產業轉型升級銜接配套，加強行業指導、評價和服務，發揮企業重要辦學主體作用，推進行業企業參與人才培養全過程，實現校企協同育人”。從深化校企協同育人、強化行業對職業教育教學的指導、推進專業教學緊貼技術進步和生產實際、有效開展實踐性教學等方面提出明確具體的事實要求。

1.工作任務和職業能力要求

根據教職成[2015]6號精神，基于工作過程將《計算機組裝與計算機網絡基礎》的工作任務和和相關職業能力設置如下：

1.1 計算機操作和微機裝配調試工作崗位

計算機操作和微機裝配調試的工作任務有計算機安裝、連接與調試、計算機裝配、計算機軟件安裝、計算機外部設備安裝、計算機系統故障處理、客戶服務等，需要具備的職業能力有計算機軟件系統、常見辦公設備、網絡設備操作技能、與人合作能力、解決問題能力等。

1.2 網絡設備調試和網絡管理工作崗位

網絡設備調試和網絡管理的工作任務有按照工程文件要求，使用專用工具對計算機網絡設備進行綜合布線、按照工程文件要求，對設備間機柜中的網絡設備進行配線、網絡設備的安裝調試、交換機配置、路由器配置、廣域網管理、服務器的搭建、無線網絡管理、排除網絡設備的故障、對網絡系統進行統調和維修等，需要具備的職業能力有具備網絡綜合布線、網絡組建、服務器搭建、調試、維護的能力、與人合作能力、解決問題能力等。

2.《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程開發

根據《計算C組裝與計算機網絡基礎》課程的工作過程和工作崗位，進行如下課程開發：

2.1 課程內容設置

課程內容包括計算機硬件介紹，計算機硬件選購，計算機硬件的安裝調試，辦公設備使用，操作系統的安裝，計算機軟件的操作，計算機故障排除，OSI模型，TCP/IP協議，子網劃分，網線制作，綜合布線，組建局域網，交換機和路由器配置，無線路由器配置，服務器配置，網絡故障診斷。

2.2 實訓室建設

在教學過程中開展計算機硬件的組裝，辦公設備的使用，操作系統的安裝網線制作，綜合布線，交換機和路由器的配置，無線路由器配置，服務器配置等實訓操作，需要配套的實訓設備，計算機硬件組裝實訓室，辦公設備實訓室，操作系統安裝實訓室，綜合布線實訓室，交換機和路由器實訓室等。

2.3 建立工作室

建立工作室，承接計算機硬件的選購，計算機操作系統安裝，計算機維護，網絡的建設、網絡的維護等工作，提高實踐經驗。

2.4 開展校企合作

通過和企業合作，深入到企業一線，參與企業的工作活動中，提高學生的工作能力，為畢業后與企業零距離，實現和企業的接軌。

基于工作過程的《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程開發，為今后的《計算機組裝與計算機網絡基礎》課程建設提供一些建設的經驗和思路，培養更多符合社會和企業需要的計算機應用型人才。

參考文獻

[1] 淺析如何創新計算機應用與維護專業教學工作[J].吳洪艷.軟件.2014（01）.

[2] 職高計算機組裝與維護課程的探索與教學改革[J].姚遠.讀與寫（教育教學刊）.2017（02）.

[3] 高職計算機網絡技術專業崗位群和能力構成分析[J].康萬林，馮改娥.山西青年管理干部學院學報.2012（04）.

[4] 基于工作過程系統化的課程體系構建及案例分析[J].徐偉蓮，賈世玲，秦志玉.現代教育.2014（Z2）.

第3篇

關鍵詞：計算機；硬件設計；安全

1 概述

計算機硬件指的是組成計算機系統的物理成分，其中包括輸入/出設備、芯片等。在計算機系統中，信息安全包括硬件、軟件和通信方面的內容，因此可從硬件、軟件和用戶方面來實現對計算機信息安全的建設管理，但在這一過程中，硬件無疑成了影響計算機安全的重要因素。通過調查發現，計算機硬件主要在輸入/出設備和存儲介質上存在安全問題，具體表現如下：

（1）在輸入設備上，安全問題包括非法輸入和輸入不安全數據信息，其中前者是指非法輸入可能損壞計算機內部的數據信息，而后者是指輸入的信息帶有病毒等。

（2）在計算機系統中，一些輸出設備具備記憶功能，因此僅需重復操作，便可再現有關信息，這無疑會造成計算機數據信息泄露。

（3）計算機存儲介質一般未設信息數據安全屏障，因此無法抵御暴力破壞、惡意攻擊和非法拷貝等行為，從而造成數據信息泄露。

可見，計算機硬件在安全方面仍存在問題，且若不加以完善，極易造成保密信息泄露，從而嚴重損壞了用戶的利益，甚至造成社會恐慌。

2 計算機硬件設計安全分析

計算機硬件的安全性能一般取決于設計階段，且目前，在計算機硬件安全設計上，已取得了十分可觀的成績，其中較為常用的設計方案包括如下幾種：（1）基于變異的硬件安全設計方案，其中“變異”主要從芯片老化、IC時序、噪聲、溫度和功耗等方面體現出來，且這些因素一般會受到CMOS制造技術、射頻互聯技術、等離子技術、納米技術和光纖技術等的影響，因此這一設計方案在基于新興技術的硬件中發展前景較好。但需強調的是，芯片內在的變異將不利于對惡意攻擊的檢測。（2）硬件木馬檢測，其中硬件木馬指的是惡意修改、嵌入和變更原始芯片設計的行為，其是現今社會最重要的研究課題。一般來講，常規的功能與結構測試無法檢測出這一類攻擊。在實際應用中，若不考慮工程變異，僅需先測出一段輸入序列的泄漏功耗，再與仿真模型比較即可，但工程變異卻增加了硬件木馬檢測的難度。可見，需進一步深化對硬件木馬的檢測。（3）PUF（不可復制技術）是計算機硬件安全設計的重要研究課題，其提供的是一組從輸入至輸出的映射關系，且這一關系依存在芯片制造工藝下，因此無法采用數學方法來進行逆向操作，從而保證了計算機數據信息的安全。但在目前的眾多PUF方案中，一些因素的存在卻使得PUF的安全性大幅度降低，如芯片結構的非線性特征較弱等。（4）非對稱加密技術是一種基于PPUF的非對稱加密系統，其中加密與解密所用的秘鑰有所區別。一般來講，通過用公共密鑰和進行仿真，便可測出挑戰信號的發出的響應，因為PPUF的結構會以公開的形式發表。但即便如此，也無法趕超原始設備的速度，因此可采用非對稱加密技術來創建一種公共秘鑰加密協議，用以地域物理和旁道攻擊，甚至可將其看作可信設計的模塊。

總之，計算機硬件設計的安全性將對計算機的使用性能產生直接影響，且基于硬件的安全協議可解決基于第三方的可信計算、遙控/感芯片的開啟等問題。

3 計算機硬件設計的安全策略

綜合上述分析，作者針對計算機硬件設計提出如下安全策略：

3.1 內置安全確認

在計算機硬件中內置安全確認無疑對保證計算機數據信息的安全具有重要作用，其原理如下：在制造計算機芯片時，通過將PUE技術與EPIC技術結合來對計算機硬件的IP進行保護。其中，EPIC技術是一種針對IC設計理念的技術，即先利用EDA工具來得到所需的物理版圖，再采用PUE技術來繪出以芯片變異為基礎的PUFIC，最后再通過與加密的IC管理員版權促和來生成檢測秘鑰。實踐表明，采用上述設計理念繪出的加密型驗證模塊可通過保護IC版圖來保護原始模塊，從而實現對計算機硬件的安全進行保護。

3.2 外置輔助安全檢測裝置

外置輔助安全檢測的方案采用了RAS技術，即先由秘鑰管理中心制作一對秘鑰（私用、公開秘鑰），并用公開秘鑰來保護計算機數據信息的安全，最后再通過安全芯片與秘鑰存儲器驗證來共同組成外置輔助安全驗證裝置，其中秘鑰存儲器保護的對象是私用秘鑰存儲的數據信息，即在檢測時，可利用RFID來對芯片內的電路數據信息進行讀取及對芯片的安全進行驗證，進而保護數據信息的安全。總之，在計算機硬件中外置輔助安全檢測裝置可通過秘鑰管理來保護計算機硬件的安全。

3.3 計算機硬件開發中的安全設計

關于計算機硬件設計的安全問題，內置安全確認和外置輔助安全檢測裝置都屬于技術層面的策略，但很顯然，這一問題并非僅為技術性問題，因此還應從硬件本身來考慮問題，即分別從下列三個方面來將安全設計貫穿在計算機硬件開發的全過程：（1）目前，計算機硬件的開發者普遍看重的是硬件的性能和質量，卻忽視了安全保護的問題，這極易使計算機硬件設計出現安全問題。對此，應通過培訓教育來提高計算機硬件設計者的安全保護意識。（2）為了保護用戶的數據信息安全，在計算機硬件開發中，應對硬件的安全性能有所側重，具體應著手于內設與外設層面，逐一完成對硬件的安全設計。（3）一般來講，在計算機硬件設備設計完成后，既要測試其性能和質量，還應評估其安全性能。其中，在評估計算機硬件的安全性能時，應著手于輸入/出設備、存儲設備，從而提高計算機硬件的整體安全性。

3.4 改進計算機硬件安全設計技術

與信息竊取技術相比，計算機硬件安全技術的發展存在滯后性，這將對計算機數據信息安全造成嚴重威脅。對此，應從如下方面進一步改進計算機硬件安全設計技術：（1）從計算機硬件安全設計技術的現狀出發，找出其中存在的不足，并在分析的基礎上逐步完善，從而提高計算機硬件設計的安全性能。（2）健全計算機硬件安全技術體系，即進一步密切計算機硬件之間的聯系及在技術上的交互，從而實現對硬件安全的保護。（3）改進計算機硬件安全技術，其中較為前沿的技術包括量子、光學和生物計算機硬件，且這些技術的應用在保證硬件數據信息安全上提供了更為周全的思路。

4 結束語

經過多年的研究，計算機硬件的安全性能有所提高，但在硬件設計上的安全問題仍是影響計算機數據信息安全的重要因素。鑒于此，作者通過查閱資料和結合工作經驗，提出了如下幾點建議：一是在計算機硬件中內置安全確認來保護計算機硬件的IP；二是在計算機硬件中外置輔助安全檢測裝置來保護硬件的數據信息安全；三是將安全設計理念貫穿在計算機硬件設計的全過程，并對硬件的質量、性能和安全進行統籌考慮；四是改進計算機硬件安全設計技術，并進一步完善硬件設計安全技術體系。總之，計算機硬件設計的安全研究是維護用戶切身利益的要求，也是促進整個計算機行業健康發展的選擇，因此應加以重視。

參考文獻

[1]聶廷遠，賈蕭，周立儉，等.計算機硬件設計安全問題研究[J].信息網絡安全，2012，10：17-19.

[2]梁丁.計算機硬件的設計安全探究[J].電子技術與軟件工程，2016，2：110.

[3]陳興欣.計算機硬件設計安全問題分析[J].電子技術與軟件工程，2015，6：232.

[4]阿布都維力?阿布都米吉提.計算機硬件故障與維護研究[J].通訊世界，2015，6：58-59.