组成与结构

2024-06-17

组成与结构（精选十篇）

组成与结构篇1

CT扫描系统主要由硬件 (Hardware) 结构和软件 (Software) 结构两大部分组成, 硬件又由采样系统和图像处理系统两大部分构成。

1.1 基本部件组成

(1) 扫描机架。

(2) X线发生装置。

(3) 扫描检查床。

(4) 控制台。

(5) 计算机图像处理系统。

1.2 数据采集系统

数据采集系统主要由X线球管、高压发生器、探测器、准直器、扫描机架, 扫描床等。

1.3 计算机和图像处理系统

图像处理系统主要由控制计算机 (ICS) 、图像计算机 (IRS) 、图像显示器、控制台、键盘等功能部件组成。

1.4 软件

西门子的系统软件一般是包括控制计算机 (ICS) 、图像计算机 (IRS) 的安装软件, Emotion-16ICS的安装软件包括SOM5_ICS_VB41A_V4.0_32.Bit和两张补丁盘, SOM5_ICS_VB41A_FP1_CD和SOM5_ICS_VB41A_SP1_CD。补丁盘是不一定的, 随着软件的升级可能会省去。IRS的安装软件SOM5_IRS_VB41A_V1.0_64.Bit。

2 CT的调试

2.1 安全测试

2.1.1 接地电阻测试

保护接地电阻测试目的是确保所有的金属部件都接地, 以确保人身安全。在生产中接地电阻不能超过R=100mOhm开始测试时需要完成以下连线:完成病床和机架的连线;将电源的输入电缆连到LCB;连接UPS地端到LCB的地端;将ICS, IRS的接地端与UPS接地端相连;打开接地电阻仪, 将测量电流调到25A;断开所有除地线, 电源线外的ICS, IRS, UPS的接线及之间的连线。测量内容如表1所示。

如果接地电阻仪报错请检查地线的连接并重复保护接地电阻测试。

2.1.2 漏电流测试 (以中国机器为例)

(1) 跳线。

跳线如图1所示。

跳线的目的是为了改变它的输入电压, 在电压提高到418V≤U≤426.36V时, 测量它的漏电流, 是否在安全范围内。

(2) 测试准备。

按下墙上紧急开关切断配电箱电源 (为安全起见本步骤特别注意不可遗忘) ;并且在做之前再次检查和确认系统是断电的;将漏电流测量仪及辅助调压器串在主电源电缆中断开w10 (LCB接地线) ;将UPS的电源线断开, 从墙上取电。

(3) 测试要求。

中国市场机器适用电压频率 (418V/50Hz) ;

辅助调压器电压输出值:418V≤U≤426.36V。漏电流仪如图2所示。

2.1.3 耐压测试 (仅适用于中国市场)

(1) 准备工作。

开机预热三十分钟, 然后关机。

断开IMS和机架的连接线。

断开LCB与MAS和PDS的连接线。

(2) 执行。

注意:为了安全起见, 本次测试需二人同时在场。测试者需带上绝缘手套。

-在PDS接线排上, 用耐压测试工具短接L1, L2, L3。

-在机架电源输入端和机架接地端进行电介质强度测试, 测试电压2100VDC:

机架电源输入端接耐压仪高压, 机架接地端接耐压仪地端。

-在机架电源输入端和机架绝缘外壳进行电介质强度测试, 测试电压4000VAC:

机架电源输入端接耐压仪地端, 机架绝缘外壳接耐压仪高端。

注意:次测试需要在机架外壳贴铜箔。

测试的结果要求:不得出现闪络或击穿。

安全测试是测试当中非常重要的一部分, 将涉及到患者使用的安全问题, 所以要求测试人员必须按照规范操作, 保证机器在出厂时没有安全隐患, 是对患者的负责, 也是职业道德的要求。

2.2 统筹图像

在CT测试过程中图像是非常重要的一部分, 清晰的便于临床诊断的图像是调试的最终目的。在出图像之前有先关测试是不可少的, 直接影响到图像的质量。

以下将列举一些比较重要的测试来阐述。

2.2.1 Z方向调整 (Z-Adjust)

在主机的操作界面选择Local Service→Tune Up→Expert Mode→Z Adjust→Go按曝光按钮Start。如果测试成功, 将会显示以下信息:

“Click Go to save results;Clik Cancel to discard”

最终的显示信息为:“Z Adjustment of tube collimator completed”

如果测试没有通过, 系统会提示如:“insert two piece plates on the left side”

意味着得在准直器的左边加两张薄片。

Z方向调整如图3所示。

步骤如下:

打开机架后盖, 松开光栅的所有四个螺丝, 然后将其向前推, 将垫片放在需要的一侧, 然后给螺丝40牛顿的力矩, 将其固定好。将后盖闭合, 重新做相同测试。直到系统显示:“Click Go to save results;Clik Cancel to discard”

2.2.2 造表

所使用模体如图4所示。

造表的主要内容和目的如表3所示。

对不同的电压, 电流, 层厚都进行测试, 否则直接影响到后面的图像质量, 所以对这部分的测试要求很高, 尤其是CCR和AIR Calibration, 测试通过后, 必须观察图像即造表图像, 测试过程中也必须注意观察温度, 不可以过高, 以免影响到造表的质量。

在测试过程中的定位如图4所示的箭头所指部位。

测试过程:选择Local Service→Tune Up→Expert Mode→CCR/AIR Calibration/Spacing/Water scaling→Go→按曝光按钮Start。

造表的时间是比较长的, 直到每个参数OK, 并且最终显示“Function Completed”。

2.3 图像

2.3.1 环状伪影评估

在出图像之前首先选择Setup→Checkup→Start使图像更加清晰。更具软件将模体定位, 系统会自动按照默认的参数进行扫描, 测试人员确保图像没有环状伪影, 否则必须选择该参数重新扫描。

图5所示为所产生的类似图像。

2.3.2 病人扫描

首先要登记一个病人如图6所示。

(1) 头部序列扫。

Patient→Register→Patient modes images→Headseq→ToPo (512mm) →Load→Start button机架倾斜+20度和-20度。观察图像有无伪影, 包括图像的空气部分。

(2) 胸部平扫。

Patient→Register→Patient modes images→ThoraxRoutine→病人位置:头先进→仰卧在定位像卡选扫描分别选择128mm 256mm 512mm 768mm 1024mm1500mm进行扫描。扫描结束后调节窗宽窗位, 观察床内部结构有无破损。

(3) 腹部螺旋扫重建。

Patient→Register→Patient modes images→AbdRoutine→病人位置:头先进→仰卧。

选择AbdRoutine螺旋扫描卡和最长螺旋。

Load→Start button

点击Abdroutine扫描卡, 点击重建卡, 重建任务2→窗值Abdomen→卷积核:B31按重建键。

扫描结束后观察图像, 尤其是对空气的图像, 看是否有锐利的圈或者明显的黑点。

2.4 质量检查

2.4.1 准备

将质量模体正确定位, 机架确保在零度位置, 模体在扫描中心, 激光灯打在体模中心的白色线上 (Z方向和高度) 。在质量检查过程中大部分的测试均由系统自动地执行。

2.4.2 测试过程

(1) Light Marker Test。

模体定位之后扫描, 曝光之后会生成一幅图像。

如图8所示, 如果生成的图像是Continue, 则表示测试通过。

如果是其它的图像, 则需要重新定位模体, 继续做测试。

(2) Slice。

(3) Contrust。

(4) MTF (Modulation Transfer Function) 。

(5) Low Contrast。

扫描图像结果, 要求必须能够看到5mm的圆孔。

如果扫描的结果, 图像很模糊看不到5mm孔径, 需要重新扫描。

2.4.3 剂量

(1) 计量测试里的剂量仪测试, 主要包括两部分, 头部和体部测试。

正确定位模体, 根据软件提示, 将每次扫描的剂量都记录下来, 直到最后生成如下表格, 表示测量通过。

(2) 质量测试。

测量80kV, 110kV和130kV的射线质量。

先测量扫描范围内的剂量, 后用铝片遮挡, 直到射线的剂量减半, 所得的铝片厚度为射线的剂量。

设置剂量仪参数, 打开光标并使光标对准剂量探头中间。选择Option→Local Service→Test Tools→Stat Modes→set corresponding→Go (球管位于九十度) 。

按曝光键, 测量与不放特制框架时的剂量值相等, 调节框架的位置, 满足此条件。此后框架的位置不再移动。

按照以下的参数测量:

Focus:large;

Kemel:S80s;

FOV:250;

Balancing:off。

最后测得的厚度即是射线的质量。

3 结论

以上为SIEMENS CT Emotion16进行出厂前所需的调试过程, 只有通过一系列严谨的调试过程, 才能提供清晰的图像便于医生用于临床诊断, 同时能以最低曝光剂量得到最清晰的图像, 减少患者辐射剂量。合格的调试不仅提高机器的工作效率还能延长使用寿命, 经济上节省大量资产。

如果把医生比作“白衣天使”那么工作在一线医学影像工程师则是“白衣天使的翅膀”, 严谨务实是对工作的态度, 更是守护好成千上万老百姓身体健康义不容辞的责任。

参考文献

[1]冯开梅.医学影像设备[M].北京:人民卫生出版社, 2007.

[2]石世昌.CT原理[M].北京:人民卫生出版社, 2004.

电算化系统结构与组成论文篇2

一、总账

总帐是处理记帐凭证输入、登录、输出日记帐、一般明细帐及总分类帐、编制主要会计报表工作。总帐是会计核算的核心部分，它支撑和统帅着其它各部分。会计核算各模块以总帐为核心，相互之间有信息传递。总帐与应收帐款、应付帐款、固定资产、成本核算各个模块之间用记帐凭证相联系。总帐中，可以设置各类帐的帐户，余额。

总帐的输入是收、付、转各类记帐凭证，其中有手工编制凭证输入，也有应收、应付、固定资产、工资等模块转入的凭证。各类凭证经核对正确后进行过帐。然后，由电脑处理，自动登帐，生成三栏式明细帐、多栏式明细帐、复币帐、银行和现金日记帐、总帐。

月末进行结帐，结算出各种帐的上期余额，结余后，电脑可按日、月、年打印各种帐册。

二、应收账款

应收账款是企业的正常客户欠款帐，通常是指由于赊售商品所发生的帐款。应收帐款与客户订单、发票业务相联系，同时也将各种帐款自动生成记帐凭证，过入总帐。

应收帐款大多分为四大模块

1：发票管理-----发票管理具有将订单信息传递到发票，并按订单查询发票和信用证的功能，列出需要审核的发票和信用证，打印已经审核的.发票和信用证，提供发票调整的审计线索，查询历史资料。

2：客户管理-----提供有关客户的信息。如使用币种、付款条件、付款方式、付款银行、信用状态、联系人、地址等。此外，还有各类交易信息。

3:付款管理------付款管理提供多种处理方法，如自动处理付款条件、折扣、税额和多币种的转换。能够列出指定客户的付款活动及指定时期内的信用证的应用情况。

4：帐龄分析------建立应收帐款客户的付款到期期限以及为客户打印结算单的过期信息，并打印对帐单。

三、应付账款

应付帐款是企业应付购货款帐，它是处理从发票审核、批准、支付直到检查和对帐的业务，它可以问什么时候付款，是否付全额，或是否现金折扣提供决策信息。应付帐款模块与采购模块、库存模块完全集成。

应付帐款跟应收帐款一样分为四大模块

1：发票管理-----将发票输入之后，可以验证发票上所列物料的入库情况，核对采购订单物料，计算采购单和发票的差异，查看指定发票的所有采购订单的入库情况，列出指定发票的有关支票付出情况和指定供应商的所有发票和发票调整情况。

2：供应商管理----提供每个提供物料的供应商信息。如使用币种、付款条件、付款方式、付款银行、信用状态、联系人、地址等。此外，还有各类交易信息。

3:支票管理------可以处理多个付款银行与多种付款方式，能够进行支票验证和重新编号，将开出支票与银行核对，查询指定银行开出的支票，作废支票和打印支票。

4：帐龄分析------可以根据指定的过期天数和未来天数计算帐龄，也可以按照帐龄列出应付款的余额。

四、固定资产

固定资产是指一个企业经营所使用的比较持久性的各项资产。大多数的固定资产多有使用年限。

固定资产就其性质和成本分配的类型有：有形固定资产(如：房屋、设备、机器)，无形固定资产(如：专利权)。固定资产会由于物质损耗或化学反应等原因而陈旧报废，所以固定资产必需折旧。

固定资产核算是处理固定资产的增减变动以及折旧有关基金计提和分配的核算工作。它是根据固定资产购入单、内部转移单等原始凭证，登记固定资产卡片和固定资产登记薄(或固定资产明细帐)，计提和分配折旧基金，并编制转帐凭证，进行结转。

固定资产登记薄既是固定资产帐户的三级明细帐，又是固定资产卡片的控制。它是按固定资产的类别和明细分类设置，并按保管、使用部门设置专栏，按各项固定资产的增减日期序时登记，每月结出余额，以反映各部门、各类固定资产的增加、减少和结存情况。对于不一定需要编制转帐凭证的某些固定资产的内部转移，应根据内部转移单进行登录。

固定资产卡片是按固定资产每一独立登记对象分别设置，每一对象一张，记载该固定资产的编号、名称、使用部门或存放地点、原值、使用年限、启用日期等。每月计提的折旧可不登入卡片。

固定资产核算提供各种管理功能，管理资产的增、删、改、转移、报废。能接受各种折旧方法的会计处理，按照部门及存放地点列出资产，建立资产报告，并根据存放位置做资产跟踪。

电脑处理固定资产核算时，它是根据输入的有关原始凭证，如购入单、报废单、转移单等。然后登录固定资产卡片或固定资产登记薄，电脑进行折旧的计算，分配有关费用，并编制自动转帐凭证，自动进行结转，以及打印转帐凭证。

沥青混合料的组成结构与强度篇3

改革开放三十年来，我国公路市场建设取得了长足的进步与发展，成为拉动国民经济增长瞩目的重点。公路施工工艺水平和施工技术更是得到了进一步的发展和提高，由以前量的发展变换成为现在质的飞跃。做为公路行车最直观、最具代表性的沥青路面施工技术，更是成为了广大工程技术人员研究的焦点。而沥青路面质量的好坏除了与现场施工控制、成品料的拌制运输等生产环节有着密切的关联外，前期的混合料的设计与组成，以及混合料本身所具有的物理性质也起着决定性的作用。作为一名工程技术人员，我想从沥青混合料的组成结构及其结构形成的强度方面，谈谈我的认识与研究。

1.沥青混合料的级配类型

沥青混合料，按其集料、强度构成原则的不同可分为下列3类：1）悬浮-密实结构（连续密级配），按次子干涉理论，为避免次级集料对前级集料密排的干涉，前级集料之间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙供次级集料排布，按此组成的沥青混合料，经过多级密垛虽然可以获得很大的密实度，但是各集料均为次级集料所隔开，不能直接靠拢面形成骨架，有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。这种结构虽具有较高的粘聚力，较好的抗疲劳性能，且不透水，耐老化、耐久性好，但摩阻角较低，因此高温稳定性较差易产生车辙、推移等病害。2）骨架-空隙结构（连续开级配），由于这种矿质混合料递减系数较大，粗集料所占的比例较高，细集料则很少，甚至没有。按此组成的沥青混合料，粗集料可以互相靠拢形成骨架；但由于细集料量过少，空隙率较大，不足以填满粗集料之间的空隙，因此形成“骨架-空隙”结构。这种结构的沥青混合料虽然具有较高的摩阻角，但粘聚力较低，因而热稳定性可以显著提高，但由于空隙率较大而使路面耐久性受到影响。3）密实-骨架结构（间断级配），由于这种矿质混合料断去了中间尺寸粒径的集料，既有较多数量的粗集料可形成空间骨架，同时又有相当数量的细集料可填密骨架间的空隙，因此形成“密实-骨架”结构。这种结构的混合料不仅具有较高的粘聚力。而且具有较高的内摩阻角，使其强度也明显增强。2005年至2006年在玉屏至三穗高速公路，以及2010年在厦蓉高速贵州境榕江格龙至都匀施工期间，我就曾接触过上述3种结构类型。经过数据收集可以看出，3种结构的沥青混合料由于结构常数不同，因而反映在稳定性上亦有显著的差异。所以我认为3种级配类型中，间断级是效果最为理想的，开级配其次，密级配最后。而且经过一段时间的通车使用后，3种不同路面的低温抗裂性、高温稳定性、耐久性等路面使用性能，间断级配都是最为理想的。通过前面对间断级配结构形成的机理可能看得出，它集中了级配对于路用性能的绝大部分优点。故对于高等级路面面层已广泛采用间断级（如SMA结构类型），而且此类级配的研究也在进一步深入，具有广阔的发展前景。

2.沥青混合料的强度

沥青混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推挤等现象，以及低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。目前沥青混合料强度和稳定性理论，主要是要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。为了防止沥青路面产生高温剪切破坏，我国柔性路面设计方法中，把在沥青面层破裂面上可能产生的应力应不大于沥青混合料的设计许用剪应力，做为沥青路面强度重要的设计指标。

3.提高沥青混合料强度的措施

合理地选择混合料的结构类型和组成设计对提高其强度具有着重要的作用。当然，混合料的结构类型和组成设计必须根据稳定性方面的要求，结合沥青材料的性质和当地自然条件加以权衡确定。另外，还可以通过以下方面改善沥青混合料的强度：1）提高矿质集料之间的嵌挤力与摩阻力。为了提高沥青混合料的嵌挤力和摩阻力，要选用表面粗糙、形状方正、有棱角的矿料，并适当增加矿料的粗度。因为颗粒形状及其粗糙度，在破大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。通常具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方体，以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高的抗剪强度。2）提高沥青与矿料之间的粘结力。首先，做为混合料的胶结材料“沥青”的结构尤为重要。具体来说石油沥青的胶体结构共分为3种，分别为溶胶结构、溶-凝胶结构、凝胶结构。3种胶体结构中溶-凝胶结构最为优化，该沥青中沥青含量适当，并有较多的树脂作为保护物质。它所组成的胶团之间相互有一定的吸引力。这类沥青在常温时，在变形的最初阶段，表现为非常明显的弹性效应。大多数优质的路用沥青都属于该种结构，因为它具有粘-弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。这种沥青可以根据沥青温度稳定性的指标针入度指数来选定，它的针入度指数为P.I.=+2～-2之间。另外，还可能通过掺加改性剂，制做改性沥青，使沥青的其他物理指标发生改变的方法来提高沥青与矿料之间的粘结力。其次是通过改善矿料的化学性质，活化矿料表面物质，使矿料与沥青的粘结力得到提高。如适量添加抗剥落剂、使骨料尽可能形成新生表面等方法。

4.结语

通过以上对沥青混合料级配与强度的分析，一定会使沥青混合料的前期设计和准备工作更具科学性、合理性与准确性，也会使施工质量上升到一个新的台阶，对于更趋于经济、合理的配合比和设计方法将激励我们继续进行更深入的研究。

化工天平结构的组成与操作原理篇4

1 化工天平的原理及组成结构

天平是实验室中常用的仪器, 主要运用于科学实验室的测量操作, 为新产品研发及设计提供可靠的数据。化工业是我国经济产业的构成之一, 产品在加工或改造时要引入多种新原料, 控制材料成分比例大小是保证成品质量的关键。作为一种高精密的物质测量工具, 天平在化工业中的运用范围越来越广。

1.1 原理

天平是一种衡器, 是衡量物体质量的仪器, 多数运用于小质量物体的测量。根本上来说, 天平是根据杠杆原理制成, 通过杠杆的均衡性特点量出物体的具体参数。具体原理流程:在杠杆的两端各有一小盘, 一端放砝码, 另一端放要称的物体, 杠杆中央装有指针, 两端平衡时, 两端的质量 (重量) 相等[1]。天平属于直观表达测量参数的物理测量工具, 为实验人员提供了准确的数据。

1.2 组成

普通标牌天平主要由立柱、横梁、吊挂系统、底座和制动装置组成。立柱垂直固定在底座上, 用以支撑横梁。立柱下部装有分度牌, 顶部装有托架, 在天平不工作时支托横梁。在横梁中部装有一把中刀。天平工作时, 中刀搁置在与升降杆顶端连接的刀承上, 作为支点[2]。中刀两边装有两把边刀, 分别作为重点和力点, 起承受和传递载荷的作用。中刀下横梁底面装有指针, 指针上固定有可上下移动以调节横梁重心位置的重心砣, 它起调整天平灵敏度的作用。

2 化工天平使用的基本原则

随着工业生产规模的不断扩大, 企业面临的生产任务越来越多, 给化工产品质量控制造成了较大的难度。借助于高精度的测量仪器, 可准确地控制被测物体的质量, 使其与化工工艺规定的质量系数保持一致。从实际应用情况看, 天平在测量阶段易出现数值偏差过大的问题, 误导了原料剂量的限定, 不利于化工生产活动的顺利进行。结合天平仪器的组成结构及操作原理, 天平使用的基本原则如下:

2.1 检查原则

选用天平仪器应进行必要的检查, 对仪器的零部件完整性进一步判断, 更好地完成物体的测量。操作人员需要检查天平的量程, 砝码的大小, 托盘的位置等, 如果发现缺少某一个构件则不得用于测量。另外, 适当的调试天平以确定其可正常的完成重量的检测。

2.2 基点原则

找准天平的基准点是操作的一个要点, 若基准点选择不当直接影响了测量的精度[3]。化工人员使用天平之前需进行“调零”, 应事先把游码移至0刻度线, 并调节平衡螺母, 这样可以使天平左右平衡。另外, 调节平衡螺母时最好用镊子, 适当的控制调节幅度。

2.3 摆放原则

整个天平的摆放需坚持“左物右码”的原则, 即天平的右边放砝码, 左边放物体, 摆放位置错误条件下测得的物体重量是无效的。实验中摆放测量物要弄清详细的测量目的, 初步评估物体的重量大小, 选择合适重量的砝码摆上, 从而提高了实物测量的准确性。

2.4 规范原则

实际操作流程必须符合仪器使用的规则, 按照标准规范使用天平称量, 降低精密测量设备的受损率。如:砝码不能用手拿, 要用镊子夹取。在使用天平时游码也不能用手移动;过冷过热的物体不可放在天平上称量, 应先在干燥器内放置至室温后再称。

3 天平操作需要注意的问题

伴随着市场经营环境的优化改善, 化工企业的生产工艺进行了相关的调整, 测量仪器的使用次数不断增加, 确保天平称量操作的规范性是极为关键的。但是, 由于实验人员对新测量仪器缺乏足够的了解, 操作过程存在失误而影响了天平作用的发挥。除了上述操作的基本原则外, 测量人员还需注意以下几点:

3.1 注重效率

鉴于天平在化工产品研发过程中的测量价值, 实验人员必须合理地运用天平仪器, 测量出与物体更为接近的参数值。考虑到化工生产节奏的加快, 运用天平进行化工原料测量需提高操作的效率, 尽可能减短整套测量流程的时间[4]。如:加砝码应该从大到小, 不得随意性添加砝码, 这样能大大节省了实验时间;在称量过程中, 不可再碰平衡螺母, 否则天平数据显示值误差偏大。

3.2 防止损坏

天平构件在测量时易发生损坏, 影响了仪器使用的精准性, 给实验测量造成较大的困难。如:人为因素操作不当, 损坏了天平结构的完整性, 出现指针不准、标尺磨损等;被测物具有强烈的化学形性质, 操作不当会腐蚀砝码而产生锈蚀。针对这些普遍性问题, 操作人员要注意实际应用的规范性, 按照不同类别的天平仪器选择合适的操作流程, 并且注意天平配件的保护。

3.3 控制精度

化学或物理实验是产品研发前的重点环节, 通过两种实验可掌握物质的相关特性, 为化工企业制定工艺方案提供科学的指导。石油化工、高分子化工、精细化工等是现代化工业的主要产业, 也是天平使用范围最广的领域。从另一个角度来说, 天平使用时所发挥的精度水平决定了材料成分配制的科学性, 关系着化工业成品的质量, 使用天平时注意精度控制是至关重要的。

4 结论

总之, 天平仪器运用于化工测量可方便新产品的研发, 根据高精密天平测得的数据值, 指导化工业生产工艺流程的优化, 降低产品研发成本的同时创造了经济收益。随着新型天平仪器的推广应用, 操作人员详细地了解天平的组成结构及操作原理, 提升了测量所得数据的可靠性, 可避免测量数据误差偏大等问题。

摘要：化工生产是提供各种工业用品及医学试剂的主要来源, 化工原料加工前需经过详细地的物理测量, 以严格控制材料的占有比重, 防止比例失调引起的质量问题。天平是化工试验研究的常用工具, 对新产品开发或改进发挥了重要的作用。为了让天平仪器更好地呈现出测量数据, 弄清化工天平结构组成及操作原理是必不可少的。鉴于此, 本文分析了化工用天平的相关问题。

关键词：化工业,天平,结构组成,原理

参考文献

[1]王一鹏.常用天平仪器基本原理及操作规范的分析[J].化学分析计量, 2011, 16 (3) :52-54[1]王一鹏.常用天平仪器基本原理及操作规范的分析[J].化学分析计量, 2011, 16 (3) :52-54

[2]徐仁忠.化工天平结构的组成及应用维护方的方法[J].仪器仪表用户, 2010, 40 (12) :16-18[2]徐仁忠.化工天平结构的组成及应用维护方的方法[J].仪器仪表用户, 2010, 40 (12) :16-18

[3]胡家旺.浅谈天平称量操作中平衡螺母调节的注意事项[J].科技创新导报, 2010, 32 (7) :30-33[3]胡家旺.浅谈天平称量操作中平衡螺母调节的注意事项[J].科技创新导报, 2010, 32 (7) :30-33

组成与结构篇5

相组成与微结构对硅基陶瓷型芯性能的影响

对比研究了A、B两种硅基陶瓷型芯的相组成与微结构及其对陶瓷型芯性能的影响.结果表明,B型陶瓷型芯的综合性能优于A型陶瓷型芯.

作者：王毅强成来飞张立同徐永东多贵英作者单位：西北工业大学超高温复合材料实验室刊名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(3)分类号：V2关键词：硅基陶瓷型芯相组成微结构性能

计算机系统的组成及其结构篇6

关键词:硬件软件存储器输入设备输出设备

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.023

1 引言

随着科学技术的不断发展,计算机的应用越来越广泛,所起的作用也越来越大,已经成为我们日常工作和生活的重要的组成部分。计算机的组成主要由硬件系统和软件系统组成。

2 计算机系统各部分的组成及其结构

2.1 计算机系统的基本组成

2.1.1计算机硬件系统

计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件是指组成计算机的各种物理设备,也就是我们看得见,摸得着的实际物理设备。它包括计算机的主机和外部设备。具体由五大功能部件组成,即:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这五大部分相互配合,协同工作。其简单工作原理为:首先由输入设备接受外界信息(程序和数据),控制器发出指令将数据送入(内)存储器,然后向内存储器发出取指令命令。在取指令命令下,程序指令逐条送入控制器。控制器对指令进行译码,并根据指令的操作要求,向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令,经过运算器计算并把计算结果存在存储器内。最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下,通过输出设备输出计算结果。

2.1.2计算机软件系统

计算机软件系统包括系统软件和应用软件两大类。

>系统软件

系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备,支持应用软件的开发和运行的软件。其主要的功能是进行调度、监控和维护系统等等。系统软件是用户和裸机的接口,主要包括:

1)操作系统软件, 如DOS、WINDOWS98、WINDOWS NT、Linux,Netware等

2)各种语言的处理程序, 如低级语言、高级语言、编译程序、解释程序。

3)各种服务性程序,如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀毒程序等

4)各种数据库管理系统,如SQL Sever、Oracle、Informix、Foxpro等

> 应用软件

应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料。应用软件主要有以下几种:

1)用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包

2)文字处理软件包(如WPS、WORD、Office 2000)

3)图像处理软件包(如Photoshop、动画处理软件3DS MAX)

4)各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等专用软件。

> 硬件和软件的关系

1)硬件与软件是相辅相成的,硬件是计算机的物质基础,没有硬件就没有计算机。

2)软件是计算机的灵魂,没有软件,计算机的存在就毫无价值。

3)硬件系统的发展给软件系统提供了良好的开发环境,而软件系统发展又给硬件系统提出了新的要求。

2.2 计算机硬件五大功能部分

2.2.1 运算器

运算器又称算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit简称ALU)。它是计算機对数据进行加工处理的部件,包括算术运算(加、减、乘、除等)和逻辑运算(与、或、非、异或、比较等)。 ?

2.2.2 控制器

控制器负责从存储器中取出指令,并对指令进行译码;根据指令的要求,按时间的先后顺序,负责向其它各部件发出控制信号,保证各部件协调一致地工作,一步一步地完成各种操作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。

硬件系统的核心是中央处理器(Central Processing Unit,简称 CPU)。它主要由控制器、运算器等组成,并采用大规模集成电路工艺制成的芯片,又称微处理器芯片。

2.2.3 存储器

存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息,包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且,指挥计算机运行的各种程序,即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。存储器分为内存储器(内存)和外存储器(外存)两种。

2.2.4 输入设备

输入设备是给计算机输入信息的设备。它是重要的人机接口,负责将输入的信息(包括数据和指令)转换成计算机能识别的二进制代码,送入存储器保存。

2.2.5 输出设备

输出设备是输出计算机处理结果的设备。在大多数情况下,它将这些结果转换成便于人们识别的形式。

2.3 计算机的总线结构

微型计算机硬件结构的最重要特点是总线(Bus)结构。它将信号线分成三大类,并归结为数据总线(Date Bus)、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus)。这样就很适合计算机部件的模块化生产,促进了微计算机的普及。微型计算机的总线化硬件结构图如图所示。

微型计算机总线化硬件结构图

2.4 存储器

计算机的存储器由两部分组成——内存储器和外存储器。内存储器最突出的特点是存取速度快,但是容量小、价格贵;外存储器的特点是容量大、价格低,但是存取速度慢。内存储器用于存放那些立即要用的程序和数据;外存储器用于存放暂时不用的程序和数据。内存储器和外存储器之间常常频繁地交换信息。外存储器主要有磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。

微型计算机的内存储器是由半导体器件构成的。从使用功能上分,有随机存储器 (Random Access Memory,简称 RAM),又称读写存储器;只读存储器(Read Only Memory,简称为ROM)。

2.5 计算机的主要性能指标

对于不同用途的计算机,其对不同部件的性能指标要求有所不同。例如:对于用作科学计算为主的计算机,其对主机的运算速度要求很高;对于用作大型数据库处理为主的计算机,其对主机的内存容量、存取速度和外存储器的读写速度要求较高;对于用作网络传输的计算机,则要求有很高的I/O速度,因此应当有高速的I/O总线和相应的I/O接口。

2.5.1 运算速度

计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。单位为每秒百万条指令(简称 MIPS)或者每秒百万条浮点指令(简称 MFPOPS)。它们都是用基准程序来测试的。影响运算速度的有如下几个主要因素:

> CPU的主频。指计算机的时钟频率。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。例如,Intel公司的CPU主频最高己达3.20GHz以上,AMD公司的可达400MHz以上。

> 字长。CPU进行运算和数据处理的最基本、最有效的信息位长度。PC机的字长,已由8088的准16位(运算用16位,I/O用8位)发展到现在的32位、64位。

> 指令系统的合理性。每种机器都设计了一套指令,一般均有数十条到上百条,例如:加、浮点加、逻辑与、跳转……等等,组成了指令系统。

2.5.2 存储器的指标

> 存取速度。

内存储器完成一次读(取)或写(存)操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续两次读(或写)所需的最短时间称为存储周期。对于半导体存储器来说,存取周期约为几十到几百ns(10-9秒)。

> 存储容量。

存储容量一般用字节(Byte)数来度量。PC机的内存储器已由286机配置的1MB,发展到现在2G,甚至2G以上。内存容量的加大,对于运行大型软件十分必要,否则会感到慢得无法忍受。

> I/O的速度

主机I/O的速度,取决于I/O总线的设计。这对于慢速设备(例如键盘、打印机)关系不大,但对于高速设备则效果十分明显。例如对于当前的硬盘,它的外部传输率已可达20MB/S、4OMB/S以上。

3 结束语

我们相信,新型计算机与相关技术的研发与应用,是二十一世纪科技领域的重大创新,必将推进全球经济社会高速发展,实现人类历史上的重大突破。科学在发展,人类在进步,历史上的新生事物都要经历一个从无到有的艰难历程,随着一代又一代科学家们的不断努力,未来的计算机一定会是更加方便人们工作、生活、学习的好伴侣。

作者简介:

组成与结构篇7

关键词：计算机组成与结构,课程构建,教学创新

《计算机组成与结构》课程是计算机本科专业基础课之一, 在整个计算机专业课程体系中, 具有承前启后的作用。同时, 该课程涉及的内容位于硬、软件的结合处, 不仅与计算机系统结构中的底层数字电路设计密切相关, 还与顶层的操作系统、数据结构等软件技术紧密相连。该课程对于学生全面理解计算机硬、软件之间的关系, 培养对计算机系统的分析、设计、应用及开发能力都起着不可替代的重要作用。

《计算机组成与结构》课程包括计算机的组成原理以及体系结构两大部分内容[1]。计算机组成原理是计算机通用的系统结构使用的一般性的逻辑实现方法;计算机的体系结构介绍了计算机的概念性结构以及功能特点, 明确了计算机软件和硬件的界面。计算机的组成原理和体系结构既有内在的相互联系, 又有外在区别, 所以将其综合到一起, 成为一门基础专业课。

1 教学现状及存在的问题

很久以来, 《计算机组成以结构》成了公认的难教又难学的课程, 很多专业人士不断努力尝试不同的方式想要提高该课程的教学质量[2~4]。该课程到现在存在的一些主要问题是: (1) 学生觉得课程难学, 不容易学会:由于该课程学习难度大、内容相对抽象、学习效果难以立即实践检验, 从而对部分学生的学习积极性产生消极影响; (2) 教材内容无法全面反映该学科最新发展动态:由于计算机学科的高速发展特性, 许多新概念、新技术、新知识无法反映在当前教材中; (3) 课堂教学对多媒体课件的过度依赖。多媒体课件虽然具有直观、表现能力强的特点, 但是在逻辑性强的定量分析教学中, 比起板书等教学方式所具有的细致性和深入性还显现出相当的不足; (4) 实验设计和安排还不够完善:很多学生完全按照本课程实验指导书的步骤完成实验, 并没有真正理解实验的目的和意图; (5) 教师和学生自己对学生能力的培养的认识还不完全到位。

基于以上对《计算机组成与结构课程》的教学过程中存在问题的分析, 结合我校人才培养目标。我们从教学内容设置、理论教学方法、实践教学规划、课程考核制度四个方面具体提出本课程的建设方案。

2 课程构建

2.1 现有教学内容增补与教学计划的安排

教学内容的增补主要集中在三个方面: (1) 本课程的基础知识的补充, 包括逻辑代数基础和逻辑电路的设计方法; (2) 《计算机组织与体系结构》教材内容的补充, 包括指令级并行软硬件设计方法、超线程技术、多处理机同步与通信机制、Cache失效性分析以及计算机体系结构的量化分析方法和设计原理; (3) 最新技术成果的补充, 包括多核处理器技术、多线程技术的最新设计方法和工作机制。

在课程安排上, 要确保实验教学内容和理论教学内容进度保持一致, 其中实验教学和理论教学的可是比为1∶3.5, 所以安排56课时理论教学就要相对应安排16课时实验教学。除此之外, 有经历的学生可以组织参加其他大学生创新实验等, 这样可以把实验教学和理论教学相呼应, 加深印象, 还可以使学生具有一定的实践能力以及创新设计。理论教学计划如下。

(1) 计算机系统概论 (讲授1学时) ; (2) 计算机的逻辑部件 (讲授3学时) ; (3) 运算方法和运算部件 (讲授10学时, 课堂讨论1学时, 实验4学时) ; (4) 主存储器 (讲授3学时) ; (5) 指令系统 (讲授4学时, 实验4学时) ; (6) 中央处理器 (讲授10学时, 实验4学时) ; (7) 存储系统 (讲授9学时, 课堂讨论1学时) ; (8) 辅助存储器 (讲授4学时) ; (9) I/O设备 (讲授2学时) ; (10) I/O系统 (讲授6学时, 实验4学时) ; (1 1) 计算机系统 (讲授2学时) 。

2.2 理论教学方法的改进

在理论知识教学过程中, 将近年来计算机硬件发展的新技术并作为学生课后自学的内容, 注重基础理论与最新技术的融合。另外在教学过程中, 注重与学生的交流互动, 并向学生提出启发式和开放式的问题, 引导学生深入思考。最大限度地克服该课程知识比较抽象, 理论学习比较枯燥的不足。

理论课程全部采用课堂教学方式, 以多媒体课件和板书相结合的方式。在充分发挥多媒体教学动画技术或Flash技术的直观性和生动性优势, 充分展现基础性方法和原理的动态执行过程的同时, 又保留了板书在计算机系统结构定量分析时的细致性和严谨特点。

2.3 实践教学规划

在实践教学方面, 我们在实验内容和实验方式上进行教学改革。在实验内容上, 分别针对基础性原理、综合性知识和创新实验有针对性的开展实践教学。

对于实验方式, 我们的教改措施主要有: (1) 理论教学的老师亲自指导实验, 避免理论教学和实验教学的脱节, 导致实验课马虎过关的现象; (2) 具体实验前, 由老师讲解实验步骤和注意事项。同时鼓励学生在课后通过即时通讯工具或教学平台提供的学生论坛相互交流实验经验和提出问题; (3) 实验的教学检查采用分组答辩的形式, 由学生团队自由组织并分工, 撰写实验报告、答辩PPT及回答提问。

2.4 课程考核制度

理论教学和实验教学单独考核并采用量化考核措施。主要的考核项目为:学生的出勤率 (10%) 、作业完成情况 (10%) 、实验环节 (10%) 、期末考试成绩 (70%) 。

3 结语

近几年来, 针对《计算机组成与结构》教与学的困难, 以及教学效果的不完善之处, 我们对该课程进行深入的探讨, 并在教学中进行大胆的改革尝试, 使得理论教学效果和实验教学质量得以明显提高。很多同学由以前害怕学习《计算机组成与结构》课程转变为对《计算机组成与结构》的怀有强烈兴趣, 并获得了更多直观的体会, 进一步正确理解了计算机组成和计算机体系结构的作用和意义, 达到了我们课程建设的预期目标。

参考文献

[1]郑丽萍, 秦杰, 王献荣.计算机组成原理与计算机系统结构的教学内容衔接[J].计算机教育, 2010 (11) :52-55.

[2]何会民, 潘雪增.“计算机组成与设计”课程教学创新改革[J].高等理科教育, 2007 (4) :74-77.

[3]陈泽宇, 陈笑怡.计算机组成与系统结构国家精品课程建设体会[J].计算机教育, 2010 (12) :127-147.

棉秆结构组成与横纹抗压强度的关系篇8

我国是世界产棉大国之一,棉秆年产量约为4000万t[1],资源极为丰富。棉秆的木质化程度较高,纤维形态和物理力学性能与木材最为接近,可以与速生杨媲美,是比较理想的木材替代材料[2,3],如棉秆刨花板、纤维板的替代原料等[4]。目前,本课题组开发了棉秆重组材的生产工艺[5],但在生产棉秆重组材前先要对棉秆进行预处理,将其碾压成横向相连、纵向不断的棉秆束,因此需要确切掌握棉秆的力学性能。据有关资料介绍,已有人对棉秆的顺纹抗压强度进行了研究[6],但是对于横纹抗压强度的研究还没有报道。为了开发棉秆梳解设备,本文测定了不同直径、不同离地高度、不同蒸煮温度和不同含水率棉秆的横纹抗压强度与结构组成,为棉秆梳解机的设计提供了基础数据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

原料选自西北农林科技大学棉花实验田,经自然风干后贮存备用。室温下,测得棉秆的平衡含水率为20%,密度为0.55g/cm3。由于棉秆结构不均,直径和高度参差不齐,因此本文在研究时挑选质地相对均匀的棉秆,去掉根部和侧枝,按照离地高度为50mm处的秆径大小将其分为4组:第1组秆径为8.00～9.99mm,第2组为10.00～11.99mm,第3组为12.00～13.99mm,第4组为14.00～15.99mm。

1.2 试验仪器

CMT5504型微机控制电子万能试验机(深圳新三思集团生产,精度等级为0.5级)、101-1AB型干燥箱(天津泰斯特仪器有限公司生产)、HH-6型数显恒温水浴锅(金坛市科兴仪器厂生产)、JD200-3型电子天平(精度为0.001g)和千分尺(精度为0.01mm)。

1.3 试验方法

1.3.1 棉秆结构组成的测定

棉秆属一年生禾本科植物,植株包括根、茎、冠等3部分。根系由主根和毛根组成,茎由主干和支干组成;冠由分枝、叶、桃组成。横向截面分为表皮、木质部和髓芯等3部分。

在4个组中各选出质地均匀、无破损和无变态的棉秆,按离地高度方向将其分为8节,每节100mm。将各节的表皮、木质部与髓芯分离,分别用电子天平称其质量,再计算出各部分所占比重。

1.3.2 棉秆的蒸煮

挑选质地均匀、无破损和无变态的棉秆16根,按蒸煮温度不同将原料分为4组,每组4根。放入水浴锅中,使水没过原料,蒸煮1h,蒸煮温度分别为20℃,50℃,80℃和110℃,蒸煮后测其横纹抗压强度。

1.3.3 棉秆含水率的调制

挑选质地均匀、无破损和无变态的棉秆16根,按含水率变化不同将原料分为4组,每组4根。在室温下,放入水中浸泡不同时间,改变棉秆的含水率。

1.3.4 棉秆横纹抗压强度的测定

在电子万能试验机上采用“木材横纹抗压强度(局部)测定”方法进行测定。

1.3.5 数据处理

所测强度与直径均取各组的平均值。对不同蒸煮温度和不同含水率棉秆的横纹抗压强度,采用SPSS统计软件进行显著性分析,分析不同蒸煮温度和不同含水率对棉秆横纹抗压强度的影响。

2 结果分析与讨论

2.1 棉秆结构组成

棉秆由表皮、木质部和髓芯等3部分组成,各组成部分含量所占质量比例如图1所示。由图1可以看出,棉秆的表皮所占质量比为22.77%～36.57%,木质部为56.72%～77.02%,髓芯为0.14%～6.7%。从整株棉秆的基部到稍部,随着离地高度的增加,表皮含量基本不变,木质部含量逐渐降低,髓芯含量逐渐增加。

2.2 棉秆的横纹抗压强度

表1为不同离地高度和不同秆茎棉秆的横纹抗压强度。由表1可以看出,随着离地高度的减小,棉秆的直径增加,棉秆的横纹抗压强度逐渐增加。在离地高度50mm处,秆茎为8.82mm时,横纹抗压强度为9.36MPa;秆茎为15.88mm时,横纹抗压强度为11.69MPa。在离地高度650mm处,秆茎为5.7mm时,横纹抗压强度为2.90MPa;秆茎为10.68mm时,横纹抗压强度为3.58MPa。

2.3 离地高度与横纹抗压强度的关系

图2为秆径14～16mm的棉秆横纹抗压强度与离地高度的关系。

离地高度/mm

由图2可知,从棉秆基部到稍部,随着离地高度的增加,横纹抗压强度逐渐变小。棉秆的力学性能与结构组成有密切的关系。由图1可知,棉秆基部髓芯含量很少,基本可以忽略,而木质部含量比较高。木质部主要由导管、木纤维、射线和轴向薄壁组织等组成,其中木纤维在棉秆内起骨架作用,其含量越高,承受压力的能力也就越强。随着离地高度的增加,棉秆木质部含量有较大的下降,髓芯含量却逐渐增加。髓芯呈不规则卵圆形,由薄壁细胞组成,强度低而易碎。随着髓芯含量的增加,棉秆承受压力的能力降低。

2.4 蒸煮温度对横纹抗压强度的影响

图3为秆径14～16mm的棉秆的横纹抗压强度与蒸煮温度的关系。

离地高度/mm

经SPSS统计软件分析:蒸煮温度为50℃时,以20℃为对照组,离地高度为100mm和300mm处,P均为0.000,表明强度变化极显著;离地高度为500mm、700mm处,P均为1.000,表明强度变化极不显著。处理温度为80℃时,以50℃为对照组,离地高度为100mm处,P为0.001;离地高度为300mm处,P为0.010,表明强度变化均为显著;离地高度为500mm处,P为0.329,变化不显著;离地高度为700mm处,P为0.003,表明强度变化极显著。处理温度为110℃时,以80℃为对照组,离地高度为100mm处,P为0.091,表明强度变化不显著;离地高度为300mm处,P为0.212,表明强度变化不显著;离地高度为500mm处,P为0.910,表明强度变化极不显著;离地高度为700mm处,P为0.344,表明强度变化不显著。试验表明,温度对棉秆软化有较强的作用。随着温度的升高,棉秆的横纹抗压强度逐渐减小。尤其是离地高度为100mm和300mm处减小得比较明显,离地高度为500mm和700mm处减小趋势稍缓。

2.5 含水率对横纹抗压强度的影响

图4为秆径14～16mm的棉秆横纹抗压强度与含水率的关系。

经SPSS统计软件分析:含水率为35%时,以20%为对照组,离地高度为100mm,300mm,500mm和700mm处P均为0.000,表明强度变化极显著。含水率为50%时,以35%为对照组,离地高度为100mm和300mm处P均为0.000,表明强度变化极显著;离地高度为500mm处P为0.180,表明强度变化不显著;离地高度为700mm处P为0.959,表明强度变化极不显著。含水率为100%时,以50%为对照组,离地高度为100mm处P为0.004,表明强度变化极显著;离地高度为300mm处P为0.002,表明强度变化极显著;离地高度为500mm处P为0.333,表明强度变化不显著;离地高度为700mm处P为0.513,表明强度变化不显著。试验表明,随着棉秆含水率的增加,横纹抗压强度逐渐减小。离地高度为100mm和300mm处减小的趋势较离地高度为500mm和700mm处明显。同时,在含水率从20%变化到50%时减小的速度比较快;在含水率达到50%时,棉秆的横纹抗压强度减小速度逐渐趋于和缓。

3 结论

1) 棉秆的各组成部分所占质量比分别为:表皮22.77%～36.57%,木质部56.72%～77.02%,髓芯0.14%～6.7%。从整株棉秆的基部到稍部,表皮含量基本保持不变,木质部含量逐渐降低,髓芯含量逐渐增加。

2) 直径15mm的棉秆在离地高度为100mm处,横纹抗压强度不超过12MPa,且随直径的减小、离地高度的增大,横纹抗压强度减小。

3) 棉秆的结构组成与横纹抗压强度有密切的关系,棉秆基部中木质部含量高,横纹抗压强度大,从棉秆的基部到稍部,髓芯含量逐渐增加,横纹抗压强度则逐渐降低。

4) 蒸煮温度从20℃升高到110℃,棉秆的横纹抗压强度逐渐降低。尤其是离地高度为100mm和300mm处变化得比较明显,离地高度为500mm和700mm处变化趋势稍缓。

5) 随着含水率增加,棉秆的横纹抗压强度逐渐降低,在干基含水率从20%变化到50%时,强度降低的速度比较快,在含水率达到50%时,强度的变化速度逐渐趋于和缓。

摘要：为了有效开发利用棉秆资源,测定了不同直径、不同离地高度、不同蒸煮温度及不同含水率棉秆的横纹抗压强度和结构组成,结果表明:棉秆的表皮所占质量比为22.77%～36.57%,木质部为56.72%～77.02%,髓芯为0.14%～6.7%;测得棉秆的横纹抗压强度在11.69～3.15MPa之间,并随着直径的增加而增大,随着离地高度、蒸煮温度和含水率的增加而减小。这一结果为棉秆碾压梳解机的设计提供了基础数据。

关键词：棉秆,结构组成,横纹抗压强度,含水率

参考文献

[1]孙照斌,马兰菊.试论棉秆的工业化利用[J].建筑人造板,2001(3):20-24.

[2]徐学耘.棉秆原料的初步分析[J].建筑人造板,1998(5):27-30.

[3]于文吉,马红霞.农作物秸秆人造板发展现状与应用前景[J].木材工业,2005,19(7):5-9.

[4]汪华福.发展农业剩余物人造板工业是解决木材供需矛盾的有效途径[J].建筑人造板,1998(2):17-20.

[5]宋孝周,郭康权.棉秆特性及其重组板材的研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2007,35(11):106-110.

组成与结构篇9

一、教学内容组织

作为计算机专业本科教学阶段的专业基础课, 多年来已形成了较为稳定的教学内容, 国内外出版的相关教材不少, 其中不乏较经典的优秀教材。目前国内主要有两种教材:一是《计算机组成原理》, 二是《计算机组成与结构》。应用于两种不同的课程设置模式:一种是由数字逻辑与数字系统, 计算机组成原理, 计算机体系结构三门课程组成;另一种是数字逻辑与数字系统, 计算机组成与结构两门课程组成。各学校根据自身特点和专业定位选择课程设置模式, 学校在2013教学计划之前均采用第一种模式。教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会制定的专业规范, 将计算机科学与技术专业分为三个方向:计算机科学方向、计算机工程方向和计算机应用方向。专业规范将计算机组成原理和计算机体系结构分列为核心课程。目前苏州科技大学计算机科学与技术专业定位在工程型, 包括软件工程和计算机工程, 但偏重于软件工程。参考专业规范和国内其他院校情况, 结合专业定位, 我们对教学计划作了较大修改, 将过去的《计算机组成原理》和《计算机体系结构》两门课, 合并为“计算机组成与结构”一门课程, 也就是改为上述的第二种课程设置模式。这样, 教学内容既包括计算机的组成及工作原理, 也包括计算机体系结构相关内容定性分析和定量分析, 同时涉及并行计算机的内容, 这无疑进一步增加了课程的难度。

计算机组成与结构课程教学内容基本围绕冯诺·依曼五个组成部分展开。国内外高校在课程的教学内容上差别基本不大, 但在内容的组织和知识的层次化推进方面存在一定的差别。教学内容包括:计算机组成与结构概述、数的表示与运算方法、指令系统与汇编语言、存储器的层次结构、主存储器、高速缓冲存储器、外部存储器、虚拟存储器、CPU的组成与结构、数据通路、硬接线设计方法、微程序设计方法、指令流水线技术、总线技术与I/O技术、多处理技术、性能提高 (超标量、预取、分支预测等) 、VHDL&FPGA等。文献描述《计算机组成原理》课程的教学内容不涉及多处理技术及性能提高两部分, 但在计算机组成与结构课程中要涉及。虽然知识点基本固定, 但涉及具体内容时要不断更新, 紧跟前沿技术。计算机技术发展速度很快, 新技术新理论从提出到实际应用的周期大大缩短。如何在有限的教学时间内, 在学生理解掌握基本知识技能的基础上引入新知识、新技术的教学内容增强学生的学习兴趣, 使学生能够利用基本原理解决在学习过程中所遇到的新问题, 也是这门课程的教学内容的关键部分。因此, 在内容的选择上包括两个方面:其一, 在课堂教学过程中, 讲授计算机各部件和系统的组成原理以及内部工作机制, 及时引入各部件的最新研究成果和技术应用, 如在讲授运算器部分时, 及时用阵列乘法器取代了串行乘法器的内容;在讲授CPU部分时, 引入诸如流水线、超标量及乱序执行等新技术加以分析介绍;在讲授总线部分时, 介绍总线串行化的趋势及最新技术, 比如SATA、PCI Express等。其二, 实践环节中, 及时引入最新的设计实现方法和技术, 如利用EDA技术完成各功能部件的设计, 以及模型整机的设计调试。

二、课程能力培养

《计算机组成与结构》课程的教学, 一方面要传授计算机硬件知识以及计算机设计的基本知识;另一方面是要重视理论知识与实践过程的结合, 重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。本课程着重培养学生关于计算机硬件系统方面的三种能力:即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验, 培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。课程通过数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验, 使学生掌握计算机的运算特征;通过指令系统的相关知识的学习, 使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法;通过存储系统的详细讲解和实验, 使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理;通过CPU及控制单元的功能和结构的详细分析, 结合指令执行的深入讲解和实验, 使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法;通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解, 使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上, 通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解, 结合相应设计实验, 培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上, 可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容;课后练习可进行框架性设计;配套实验可围绕规范、典型的模型系统, 从功能部件的实现开始, 直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能, 掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境, 体验计算机硬件系统的设计过程, 掌握相关硬件设计技术与方法等目的。课堂教学和实验应努力为培养学生的创新意识和创新能力打下基础, 课程在培养学生认知和设计能力的基础上, 可通过计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨, 体会在特定的技术条件下的创新思维;针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求, 结合新技术的介绍, 畅想未来的技术发展趋势, 引领学生突破思维定势, 以此培养学生的创新意识。

三、教学方法改进

计算机科学与技术发展日新月异, 所涉及的知识体系处于一个不断淘汰更新的动态过程中。在教学过程中, 采用启发式教学方法有助于启发学生充分思考计算机硬件系统发展不同阶段的需求、基本背景和应解决的本质问题, 从而达到不但能够传播课程的知识, 而且也能够传播一种正确的科学研究方法的目的。课程教学既要使学生掌握课程知识, 又要让学生了解与课程内容相关的领域曾经所面临的技术问题, 以及所采取的解决思路, 培养学生“发现问题、分析问题、解决问题”的能力, 这种启发式研究型教学方法, 非常适合于该课程的教学。即使对于定位于计算机应用型的计算机专业本科教学, 在部分核心课程中引入启发式研究型教学方法, 对学生整体能力的培养也是非常有益的。比如讲授计算机中数据的表示方法这部分内容时, 如果只是简单地讲授计算机中各种类型数据的表示方法, 容易使学生只知其然而不知其所以然。讲授过程中提出问题引导学生思考, 比如计算机为什么使用二进制?符号如何表示?小数点如何表示?各种符号如何表示?为何引入无符号数和带符号数?计算机如何区分无符号数和带符号数?通过讲解前人分析这些问题的思路和解决这些问题的过程, 学生不但能够加深理解, 还可以从中体会到科学研究的一些思路和方法, 进而从计算机只能表示“0”和“l”这两个基本概念入手, 引导学生思考计算机如何充分利用“0”和“l”来表示抽象的概念和具体的形象, 进一步让学生思考计算机中数值的表示、非数值数据的表示应解决的问题, 使学生充分理解定点数、浮点数、有符号数和无符号数, 以及各种字符编码、检错纠错码的意义和应用, 让学生主动去发掘计算机中数值和符号表示的根本问题, 站在不同角度深刻领会, 还可以结合高级语言中的变量类型定义和各种类型变量占内存大小和表示数的范围等方面的知识, 使学生能够从高级语言和机器实现相结合的角度, 理解程序变量类型的规划对程序性能的影响等知识, 将所学知识融会贯通, 如在讲授IEEE754标准时, 要求学生用C语言设计程序验证PC机所采用的浮点数格式和IEEE754标准表示Nans和无穷大的方法。再比如, 在讲授指令系统与中央处理器相关内容时, 通过对CISC和RISC的发展历史、产生原因及存在的问题的分析对比, 引导学生深刻领会计算机指令系统的设计对计算机性能的重要影响。结合控制器设计时采用的两种方法微程序设计和硬布线设计, 揭示指令系统设计与控制器设计的内在联系, 通过讲解控制器设计方法的发展过程, 揭示计算机设计中的否定之否定螺旋式向前发展的规律。实践证明, 启发式研究型教学方法对提高学生学习兴趣、帮助学生深入的理解和掌握课程内容、培养研究兴趣和能力等方面都是大有裨益的。

四、教学手段改革

计算机组成原理课程的教学内容具有较强的抽象性和技术性, 传统教学手段无法直观形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理, 教学内容难以通过课堂讲授完全被学生理解和掌握。为此, 制作了电子教案, 开发了多媒体课件。电子教案可以加大课堂教学的信息量, 多媒体课件的动画形式可以将计算机的比较抽象的工作原理和工作过程直观形象地表示出来, 可以直观地将各部件内部每一步的信息流动过程以生动形象的方式展示在学生面前。例如在讲授流水线技术时, 利用上述辅助教学手段可以让学生更清楚地看到在时钟的控制下多个子任务流过流水线各个任务段的过程。教学手段的改革更能发挥学生的能动性, 提高学生的学习兴趣, 使枯燥乏味的教学变得生动活泼, 比较抽象的概念变得十分明确直观。此外, 还建立了计算机组成与结构教学资源网, 补充和扩展课堂教学内容, 提供网上答疑、网上习题课等内容, 开辟生动活泼的课外学习天地, 帮助学生课后复习和提高学生学习兴趣。

五、实践环节改革

实践教学是《计算机组成与结构》课程教学内容的一个十分重要的环节。通过实践教学, 学生可以在实际操作中深入到计算机的内部, 查看测试各主要信号与部件的工作状态, 亲手修改已实现的设计, 增加自己的新设计, 把理论知识与实践相结合, 加深对理论知识的理解和掌握;通过实践教学, 可以培养学生的实际动手能力, 提高学生的学习兴趣, 增强学生的创新意识。为了达到这些目的, 我们对实践教学环节进行了彻底的改革, 在近年的教学实践中获得较为满意的效果。

(一) 改变传统的硬件实验模式。

随着EDA技术的发展, 系统仿真技术日趋完善, 针对电子设计业界对人才培养能力的普遍认同标准, 必须强化学生电子设计自动化 (EDA) 技能的培养。如果仍以过去那种人工设计、焊接、安装, 再利用示波器进行调试为主的工程设计的传统方法去培养学生, 其后果是培养的学生不能适应社会的需要。现代工程设计, 特别是计算机和通信两大领域, 自动化设计 (即EDA) 技术是核心、是关键。模拟、仿真直至虚拟设计是主要设计手段和发展趋势。将这种新技术引入实验教学是完全必要的。基于以上考虑, 将EDA技术引入了《计算机组成与结构实验》教学, 将原来验证性实验全部改为设计性实验。新知识、新技术的引入, 吸引了学生的注意, 提高了他们的实验兴趣, 并使得学生在没有专门开设EDA技术实验课的情况下就能掌握最新EDA实用技术。

(二) 设定实验教学内容。

《计算机组成与结构实验》课程是让学生掌握计算机的组成原理以及CPU的设计方法。要让学生能够设计并实现CPU的功能, 学生必须深刻理会CPU的各个功能部件是如何工作, 以及相互之间是如何配合构成CPU的。为达到教学目的, 只有EDA工具是不够的, 还必须配以精心选择的实验项目。我们设计的实验项目包括CPU的各个功能部件以及一个完整的教学用CPU的设计, 前者可以作为课内实验, 后者可作为课程设计项目。主要项目有:编码实验, 如CRC码、BCD码等;运算部件实验, 如加法器、乘法器、除法器等;时序部件实验, 能够产生CPU运行所需要的所有定时信号;通用寄存器组实验;算术逻辑单元实验;存储器实验;指令译码器实验;微程序控制器实验;硬布线控制器实验等;完整CPU设计实验等。其中后三个实验项目需要较多时间, 可以作为课程设计的项目, 其余的实验项目计划课时为64学时。这些实验环环相扣, 由简单到复杂进行模块化设计, 最后相互关联形成一个完整的CPU。这样的安排使得学生能够循序渐进地、由浅入深地掌握CPU的工作原理及设计方法。

六、结语

《计算机组成与结构》课程是公认的枯燥和难学的专业核心课程, 而且计算机技术发展很快, 课程的教学内容需要不断更新, 只有不断的探索和改进教学方法和教学内容才能够达到比较好的教学效果。结合多年的教学实践, 本文从内容更新、教学方法改进、实验教学改革等几个方面谈了一些粗浅的看法, 提出了启发性研究型教学和利用EDA进行实验教学等方法, 并在教学过程中获得比较满意的效果。通过几年课程教学改革, 提高了课程的教学水平和教学质量, 促进了课程的建设与发展。但是, 教学改革涉及教学活动的各个方面, 诸如专业定位、教学计划、广大学生和教师自身素质发展和提高、教学组织和管理工作等。因此, 教学改革是一个逐步深化的长期过程, 只有不断探索, 不断总结才能有效地提高教学质量。

参考文献

[1] .教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范 (试行) [M].北京:高等教育出版社, 2009

[2] .刘旭东, 熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育, 2009

[3] .教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M].北京:高等教育出版社, 2009

组成与结构篇10

1.1 课程设置的模式

我国高等院校“计算机组成与体系结构”课程设置有两种模式。一种是“计算机组成原理”、“计算机体系结构”分开依次开课, 大多数院校采用这种模式。“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业本科生必修的重要核心硬件课程之一, 通过学习本课程, 学生能够掌握计算机的内部结构及其运行机理, 为学习“计算机体系结构”等后继课程打下良好基础。“计算机体系结构”是以计算机系统的外部特性为主来研究计算机系统基本结构的一门学科, 是计算机及相关学科的专业课程。计算机体系结构主要研究软件、硬件的功能分配, 对软件、硬件界面的确定, 即确定哪些功能由软件实现, 哪些功能由硬件实现。本课程培养目的是帮助学生建立计算机系统的完整概念, 学习计算机系统的分析方法和设计方法, 掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。另一种设置模式是将它们合成“计算机组成与体系结构”一门课, 国内的也有不少院校采用了这种课程设置模式。“计算机组成与体系结构”是软件工程专业的核心课程之一。本课程主要从计算机的基本概念、基本组成结构分析着手, 对计算机的各个基本组成部件及控制单元的工作原理进行讨论, 分析计算机系统的一般特点, 使学生掌握有关软、硬件的基本知识, 尤其是各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法, 为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础, 也为本专业后续课程的学习。不管采用哪种模式开设, 这些基本内容都应该传授给学生。

1.2 课程设置存在的问题

目前, 我国高等院校“计算机组成与体系结构”课程教学中存在如下一些具体问题:①学生对本课程的认识不够:由于硬件类课程普遍存在学习难度大、抽象、不能如C、C++等高级语言程序一样, 马上获得立竿见影的成就感, 这些因素消极影响了学生, 致使他们尽量回避硬件类课程。在学习态度上不重视, 在学习精力上安排不够;②学时短, 教学任务重:大多数院校两门主干课的内容被压缩到一门课程 (72学时, 其中包括16学时实验) 中完成, 在如此短的时间内, 很难对技术细节进行详细讲解, 学生普遍反映课程内容比较抽象, 难以理解;③课堂表现形式单一, 没有充分利用板书与多媒体实物演示相结合的方式体现教学内容;④教材内容无法全面反映该学科最新发展动态;⑤实验设计和安排还不够完善, 没有充分调动学生的主动性去设计和完成实验。大多数学生完全按照本课程实验指导书的步骤完成实验, 并没有真正理解实验的目的和意图;⑥教师和学生自己对学生能力的培养的认识还是不到位:所呈现的比较典型的局面是, 教师注重理论知识的传授, 学生考试成绩过关就行, 经常忽略能力培养才是教育之本学生之根的高度看待自己的工作。

为此, 在思想上教师和学生都要认识到学生能力培养是教育的根本, 把人的观察能力、理解能力、思考能力和创新能力等能力培养与具体教学内容有机结合起来。结合具体教学内容, 从以下两大方面进行教学模式改进和完善:①尝试利用板书、讲解、多媒体课件、实物或模型展示相结合的多种方式和手段进行教学, 以降低本课程的抽象程度, 方便学生的理解和认识;②在教学课时无法增加的前提下, 充分调动学生课余主动学习的积极性, 并以验证式实验、模仿式实验、仿真式平台实验、探索式实验相结合的方式, 充分调动学生自身的能动性, 真正通过实验过程理解计算机的工作原理和机制, 激活学生的学习兴趣, 提高学生学习能力和知识的运用能力。

2 多种方式与手段的课堂教学模式

《计算机组成与体系结构》课程, 分别讲解数据表示、运算器与运算方法、存储系统、指令系统、中央处理机组织、总线及总线的互联结构、输入与输出设备、输入与输出组织、计算机硬件技术的发展等。具有涉及知识面广、难度大、内容多等特点;另外对于计算机芯片的内部结构与运用, 学生平时接触不到对应的实物, 普遍反映这门课程难点多、内容抽象。在传统的教学中, 教师通常用粉笔黑板书本和简单的PP课件演示的教学方式, 这种教学方法非常不适应本课程的教学。首先, 教师大量课堂时间用于板书、作图等低效率的重复体力劳动, 留给课堂讲解的时间就会缩短;其次, 这种静态作图颜色单调、误差大, 不能激发学生的想象力, 学生仍缺乏感性的认识;另外, 一些最新的实用技术难以及时地传递给学生, 无法满足学生的好奇心和激发他们的学习激情。因此, 有必要采用板书、讲解、多媒体课件、实物/模型展示相结合的多种方式和手段进行教学。

(1) 传统的黑板板书。

对于需要慢慢推导、证明的知识点, 逻辑性比较强, 一般用传统的黑板板书, 和学生一起逐步推演。例如本课程的数制表示、不同数制之间的等值转换、机器码的表示和运算等等, 采用本方式教学, 学生反映良好。

(2) 多媒体技术的充分应用。

而对于看不见摸不着的、比较抽象的知识, 则应变抽象为直观, 变“看不见”凭想象理解变“看得见”, 便于学生理解, 并提升学生的兴趣。随着多媒体技术的广泛应用, 它成为现代教学过程的重要辅助手段。多媒体通过提供良好的视觉、听觉效果、生动形象的演示, 使传统上枯燥无味的课堂变得兴趣盎然, 大大提高了学生的学习效率。例如:对于运算器内部运算过程, 用具体2+3=5实例, 演示其在74LS181、相应寄存器、多路选择器等构成的运算器中实现过程。另外, 多媒体手段还免除了教师大量低效重复的体力劳动, 可以节省出更多的课堂时间用来介绍新的内容, 展示本学科最新的发展成果, 密切跟踪新技术的发展步伐, 比如讲到纳米计算机最新发展成果, 则适时地把它的最新照片和内部图解展示出来, 则现场效果会好得多。多媒体手段可以运用精确、逼真、动态的图像、视频、声音等多种媒体全方位调动学生的积极性, 强化学习效果。

(3) 充分利用优质资源。

充分利用立体化教学设计教材系列, 专题网站, 提供各种教学设计方法的具体应用实例, 最大限度满足教与学的需要。例如清华大学白中英老师负责的《计算机组成》立体化教学资料, 南昌工程学院计算机系等其他很多学院建立的“计算机组成与结构”精品课程。借助这些内容丰富全面的平台, 教师可以给学生布置一些课后思考题, 引导学生利用课余时间查阅、学习这些资源。让学生带着问题有方向性的学习, 这不仅解决了本课程课堂教学课时不足的问题, 而且丰富了学生的学习内容, 尤其培养了学生的主动查找资料、整理资料和运用知识的自学能力, 在学生圆满完成任务的基础上, 学生有一定的成就感, 这可以进一步激发学生学习兴趣和自信心。

(4) 实物和模型的演示。

计算机类专业是介于理科和工科之间的学科, 该类专业的学生不仅具有一定的理论知识, 而且有一定的实践动手能力。所以, 在本课程的教学过程中, 还可以考虑将课堂讲解与实物/模型的演示相结合, 这能促进学生对教学内容的理解, 也能激发学生的对手实践的动机, 便于学生课后动手尝试。在调查中发现, 许多计算机专业的学生理论知识比较丰富, 但对于如何组装电脑, 如何识别和拆装机器的零部件等动手能力则非常缺乏。因此在课堂上可以通过实际打开PC, 展示其主板、CPU、内存条等部件使学生获得比较直观的认识, 从而将课堂内容和实际生活中接触到的计算机联系起来。对于一些无法进行实物展示的, 如CPU内部结构、Cache、寄存器等, 可以通过制作一些模型进行演示。这些手段都不仅能激发学生的学习兴趣, 引导学生主动学习, 还能培养学生的观察能力、抽象的理解能力、想象能力。这些都是学生将来能顺利走入社会、适应社会和为社会做贡献的必备能力。

在使用以上多种教学方式时, 要注意:依据内容确定形式, 形式为内容服务。从心理学角度、教学规律的角度, 选定合适的教学形式, 调动学生的兴趣, 吸引他们的注意力, 启发他们主动思考, 见表1。

3 多层次多平台的实验模式设计与实施

对于本课程的实验教学, 在内容上要精心安排, 在进度上要分阶段和层次。对于基础、简单、局部的实验, 要精准深入, 例如运算器组成、半导体存储器等实验, 是学生入门的实验, 为了提高学生的兴趣, 教师一定要有耐心辅导学生, 引领学生把课堂理论知识在实验中得到验证, 增强他们的信心, 也为后面的学习和实验打下良好的基础。对复杂和整体的实验要求协调、连贯, 在实验进度的不同阶段使用不同的实验教学方法、实验教学内容要重点突出。例如, 对于数据通路实验和控制器实验比较复杂, 可以先在理论课堂上大致讲解, 留作业让学生回去预习, 写出预习报告, 在实验环节多安排一点课时, 总之, 达到学生弄懂弄通的效果, 这让学生既能收到学以致用的教学效果, 也能进一步提高学生的学习兴趣, 从而主动自觉地学习、钻研, 从而提高学习能力。

另外, 由于我国教育体制的局限性, 很多学生在高中以前几乎很少或者没有做过任何实验、受过这方面的训练, 所以, 一定要借助具体的实验课程, 严格训练学生, 培养学生的好习惯:不管哪个层次的实验, 教师都应严格要求学生实验前做好实验预习, 并认真书写预习报告, 报告做到重点突出, 明确实验的基本任务、重点难点, 拟定好所有实验表格, 结合学过的理论知识完成思考题, 切不可让学生应付交差;其次, 实验中教师要督促学生充分利用预习报告, 边实验边完成预习报告中表格的理论值与实验值的验证, 尤其要分析两者不吻合的原因, 和出现的异常现象, 在这整个过程中实验教师一定要耐心地合理引导和启发;最后, 实验结束后, 教师要求学生撰写规范的实验报告。这些工作, 都能很好培养学生做事有计划、有条理、认真负责的善始善终的好作风, 培养学生时时事事善于观察、分析、总结的习惯和能力, 进一步为走向社会, 成为一名合格的人才做好准备。

(1) 验证类实验。

对于初上实验课的学生, 为求熟练掌握实验步骤和方法, 一般采用验证式实验方法, 所谓验证式实验方法是教师写出实验步骤、方法、目的, 画出线路图标出之间连线或者写出汇编程序, 并指明实验结果, 例如:将一块2Kⅹ8位的6116芯片从0地址开始写上内容, 学生可根据电路图构成电路, 读出该地址内容单元和教师写上内容比较, 判断对错;将AM2901芯片的输入/输出分别接到对应的外部引脚, 根据手动改变输入, 观察输出结果的变化, 再和课本上给出的真值表进行对比。通过这部分实验, 学生基本熟悉了单元电路的构造和调试手段及方法, 能够发现错误并及时排除。

(2) 模仿类实验。

在实验进行的中间阶段学生可按具体有参考性质的一些电路、程序、元器件库, 改造或模仿设计出有关实验电路和程序, 以达到课程要求的实验现象或实验结果, 并观察、分析、研究实验结果和过程。这种方法要求学生部分掌握电路设计和程序设计的内容及方法, 提高分析和解决问题的能力。例如:可以将几块与非门或其它的集成电路芯片构成一种电路;或根据多个单片运算器、多个单片存储器构造一个指定位数的运算器, 或指定位数和字数的存储器。这种方法只提出目的, 其他的交给学生去设计。以上两类实验都可以在SLJ-Ⅰ或TH-union+等试验箱上开展, 学生的亲身动手便于强化学生的感性认识, 更好理解理论知识。

(3) 模拟仿真类实验。

由于本课程一个显著特点, 就是内容丰富, 学时少。为了有效缓解这一矛盾, 教师可以给学生推荐很多大众化的仿真软件, 如MAXPLUSⅡ、Electronics Workbench等, 在课堂上适当演示启蒙后, 让学生在课余自学, 并完成与本课程相关的辅助实验。这样, 学生既能全面完成本课程的所有基本实验, 又能拓宽知识面, 提高自学能力, 还能很好地掌握计算机的新技术, 为顺利走向社会做好准备。

(4) 探索类实验。

在实验的后期, 按照教材的内容, 要求自行设计实验方案, 构造调试实验电路和实验程序从而获得某种所要求实验现象或实验结果。这种方法要求学生具有较高的分析问题和解决问题的能力, 而且具有较强的计算机软、硬件知识, 计算机系统整体认识水平。这种方法只能在最后阶段。通过这几阶段的训练, 锻炼和提高学生的动手能力、设计、分析问题的能力。

(5) 开放式计算机组成与体系结构类实验。

在这一阶段, 完全解除教材和课堂知识的约束, 学生可自行设计出电路、程序、选题、选元器件、计算机程序语言。同时实验室将所有的实验平台全面对学生进行开放, 这样培养了学生的创造性思维, 从而充分调动了学生学习热情和积极性。这时, 教师只对学生所的题目进行审查、论证可行性, 检查最后的结果, 后面两类实验的平台可以由学生自己选择, 便于激活他们的学习主动性。对于多人协作完成的题目, 还能培养学生的合作能力、责任感等素质。

以上五类实验, 是从简单到复杂, 从容易到难, 从硬件实物平台到软件仿真平台兼并, 从有老师辅导到学生能独立完成;在具体开设实施时基本按以上先后顺序。这样不仅能和理论课程的讲授进度一致, 而且能帮助学生借助感性的实验促进对理论知识的理解, 也能慢慢激发学生的学习兴趣和积极性。兴趣是最好的老师, 这样学生必然会主动学习, 逐渐提升各种能力。多层次五类实验的作用进一步描述见表2。

4 教学效果的分析

本课程的课堂理论和实验教学实施表明, “计算机组成与体系结构”课程很受学生欢迎。在理论课堂上, 丰富多样教学方式的有机灵活使用, 不仅使学生容易掌握逻辑推理性强的知识, 而且对抽象难以把握的计算机内部结构与工作机制等知识, 也能直观形象了解;加上及时提供学生参与到有趣的实验中去的机会。这些都大大激发了学生的学习兴趣和积极性, 使得学生课堂上听得津津有味, 实验室踊跃参与。最后还在圆满完成了本课程的基本教学目的的基础上, 很多同学还动手设计出了多种简易的数字系统, 另外, 学生在参与研究生升学考试时, 这门课的成绩普遍比较出色。

本门课程的教学从2006级学生开始改革实施。2006级学生在本课程的全程学习中, 表现出强烈的兴趣和积极性, 他们在认真学习理论知识的基础上, 按照要求很好地完成了每一个实验。在调查问卷中, 学生们对于本课程的理论和实践教学给予了高度认可, 他们评价:

老师一步一步的黑板板书补码公式的证明, 让我对补码中模运算和加法能代替减法运算, 有一个清楚明了的认识。老师用直观形象的视频形式演示计算机的五大部件, 及其组装过程, 让我对计算机内部结构和连接有一个清晰的印象, 消除了我对这门课的恐惧感。

硬件实验可以锻炼我们的连线动手能力, 电路直观, 让我们能感性理解运算器的内部结构及其工作过程;而模拟仿真既培养了我们运用先进软件的能力, 又能及时得到电路的结果, 并分析结果, 从而提高我们的分析能力, 采用二者结合的方式来实验非常好。

使用MAX+PLUSⅡ做实验省去了连线的复杂, 还可以仿真, 适合做大规模集成电路设计, 这扩展了的学习视野。

采用软件仿真的实验方式让我更直观地理解了大规模电路设计过程, 其中的原理、问题都更容易理解。这种主动的学习更有利于学习积极性的提高。

实验使我们对运算器内部的工作一目了然, 将理论应用于实践, 更好地理解了书本知识, 我很喜欢这门课。两种实验方式都好, 对于培养我们的动手能力、纠错能力和设计都有很大帮助, 锻炼了我独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。

调查问卷中也体现出学生对软件仿真实验的兴趣和收获大于硬件实验。经分析, 原因在手硬件实验平台对实验内容有一定的局限, 没有软件仿真实验那么充分的设计和创新空间, 也不如仿真实验那么灵活方便。

5 结语

计算机组成与体系结构课程的教学改革是一个系统工程, 只有在教学学时、教学内容、教学形式和方法、实验设计和实施以及老师与学生等多方面协调一致, 整体推动, 才能取得预期的结果。

摘要：学生能力培养是教育的根本。“计算机组成与体系结构”课程在培养具有创新能力的IT人才过程中起着重要的作用。分析了该门课程设置的模式及其问题, 在此基础上提出了多种方式与手段的课堂教学改革模式、多层次多平台的实验模式设计与实施。

关键词：能力,计算机组成与体系结构,教学模式

参考文献