關於計算機工程畢業設計論文

　　近年來,網際網路技術不斷普及、計算機發展迅速,計算機工程能夠實現資訊的有效傳輸,對網路與電子商務等的發展具有推進作用。下面是小編為大家整理的，供大家參考。

　　範文一：計算機工程嵌入式教育思路

　　1計算機工程專業方向培養目標

　　隨著計算機領域新技術的不斷湧現,“電腦科學與技術”原有的專業設定框架被突破,逐漸形成電腦科學、計算機工程、軟體工程、資訊科技、資訊系統等多個專業方向的新格局[3]。計算機工程是電腦科學與技術領域最早出現的專業方向,它是現代計算機系統、計算機控制裝置的軟/硬體設計、製造、實施和維護的科學與技術。國際技術教育協會定義工程設計為:系統和創造性地把科學和數學原理運用於實踐。鑑於此,在《高等學校電腦科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規範試行》中指出計算機工程專業方向的培養目標是:系統地掌握電腦科學理論、計算機軟/硬體系統及應用知識,基本具備領域分析問題、解決問題的能力,具備一定的工程實踐能力。因此,實踐教學顯得尤為重要。

　　2計算機工程專業方向嵌入式系統課程特點

　　嵌入式系統涉及到IT領域方方面面的新技術,它融合了計算機軟、硬體技術、通訊技術和半導體微電子技術,針對實際應用系統需求,將相應的計算機直接嵌入到應用系統中。嵌入式系統設計需要設計者具有較強的綜合理論知識和動手能力,是對設計者一個綜合能力、特別是創新能力的考查。因此,嵌入式系統課程應更注重培養學生工程實踐的能力、團隊合作的能力[2]。目前,在計算機專業之外,國內許多高校還在電子工程、自動化、軟體等專業開設了“嵌入式系統”相關課程。由於各專業培養目標、教學體系側重點不同,課程內容也不盡相同。電子工程專業主要側重於硬體基礎平臺的設計,自動化專業則側重於智慧儀器、儀表的設計,軟體專業側重於嵌入式應用軟體開發。計算機工程專業方向則應從“系統”的角度出發,更側重於軟/硬體的協同工作,將計算機系統“自下而上”的專業課程有機地整合起來,形成一條清晰的邏輯線,讓學生認識到計算機組成原理、微機介面技術、作業系統、資料庫、程式設計、計算機網路、計算機控制等課程不再是獨立的課程,而是一個有機的“整體”。在嵌入式系統工程設計中,會用到作業系統課程中所講述的程序、執行緒、排程、檔案系統的概念等;在通訊中會用到微機介面課程中所講述的序列介面的概念;在資料採集中會用到計算機控制課程中講述的A/D轉換、數字濾波演算法等;在一個大型應用系統中還會用到計算機組網技術、套接字、資料庫的概念等等。因此,計算機工程專業方向嵌入式系統課程內容應以實踐為主,結合前修理論課程的內容,最終完成一個實際應用系統的開發[3]。

　　3嵌入式系統課程內容體系的構建及特色

　　我學院在2004年開設“嵌入式系統”專業選修課的同時,將計算機工程專業方向細分成嵌入式系統和網路技術兩個培養方向,並制定了嵌入式系統專業方向培養計劃,設定了4門實踐性很強的專業方向課:計算機控制原理與技術64學時、嵌入式系統原理與技術64學時、嵌入式系統工程設計方法32學時和嵌入式系統課程設計60學時。IT領域的新技術發展之快、之多令人應接不暇,雖然大學生在校期間需要學習的都是一些基礎知識,但他們畢業走向社會後,必然要面對這些新技術,如果我們的教學內容過於陳舊,就會加長學生畢業後的適應週期;如果我們能夠提供給學生更多的接觸這些新知識、新技術的機會,就能夠縮短學生畢業后角色轉換的時間,儘快地投入到工作中。因此,在教學內容設定上應力求將最新的技術、最新的設計方法傳授給學生。為此,我們積極與國際知名企業建立合作關係,先後建立了“北京工業大學—Intel嵌入式系統聯合實驗室”、“微軟嵌入式系統認證培訓中心”和“北京工業大學—AlteraEDA/SOPC聯合實驗室”,為學生提供了一個接觸、學習新技術的環境,同時也能使我們的教學內容與這些企業的新技術基本保持同步[4-5]。“嵌入式系統原理與技術”涉及目前嵌入式系統最為流行的兩項新技術—英特爾公司的XScale技術ARM架構和微軟公司的嵌入式作業系統WindowsCE,該課程以XScale應用處理機為硬體平臺,講述WindowsCE作業系統定製、優化方法以及驅動程式、應用程式的開發手段和方法。“嵌入式系統工程設計方法”則涉及了另一項新技術“IP智慧財產權複用技術”,該課程以Altera公司的Nios軟核嵌入式處理器為核心,講述了SOPC片上可程式設計系統設計方法和流程。上述兩門課程均是以工程設計為主的課程,在講述工程設計方法和設計流程時要涉及到開發環境、開發工具的使用,如果按照以往先在課堂講授,再到實驗室做實驗的教學方式,不僅會使學生感覺到枯燥無味、不易掌握,而且在實驗之前還要再花費時間複習。因此,我們借鑑美國卡內基•梅隆大學率先提出的“Learningbydoing”的教學理念,這種教學理念旨在強化工程學科的學生全面的實踐能力和工程素養。從2005年開始,在實驗室授課,採用教師邊講學生邊做的教學方式,使學生“從做中學”,取得到了較好的教學效果[6]。

　　4實踐教學安排

　　為了加強學生工程實踐能力的培養,在實踐教學體系中,採用了課內實驗、課程設計和綜合性課程設計3個階段的培養模式,使學生全面掌握嵌入式系統的工程設計方法和設計流程。

　　4.1課內實驗

　　以一個實際應用系統開發流程為例,設計瞭如下實驗內容:1WindowsCE作業系統的定製:包括在硬體平臺和模擬器上定製WindowsCE作業系統、新增元件以及使用遠端除錯工具進行除錯。2修改WindowsCE作業系統映像配置檔案:包括通過修改系統映像配置檔案,在作業系統映像中新增各類檔案和修改系統設定。3硬體定製實驗:包括新增CF儲存卡、802.11無線網絡卡和蜂窩登錄檔等硬體相關元件。4WindowsCE驅動程式的開發:包括流介面驅動程式的開發以及在PlatformBuilder環境下開發簡單應用程式用以呼叫驅動程式函式。5WindowsCE應用程式的開發:包括匯出SDK開發包,在EVC開發環境下開發、除錯應用程式,製作自定義元件、系統優化和Shell實驗。

　　4.2課程設計

　　課程設計的任務是完成一個應用程式的開發,課程設計題目每年不斷更新,學生可以根據自身掌握的程度選擇不同難度的題目,分值依據題目難易程度而定。學生也可以自擬題目,為保證題目的難度和規模能達到教學要求須經任課教師認可。題目有:在WindowsCE環境下的鬧鐘提醒程式、登錄檔編輯器、串列埠除錯程式、文字編輯器、計算器、畫圖、貪吃蛇等[4,7]。

　　4.3綜合性課程設計

　　“嵌入式系統課程設計”是綜合性課程設計,要求學生結合專業方向的理論課程,充分發揮自身的能動性,3~4名學生組成一個專案組,自選題目,自選平臺,完全按照工程專案管理規範嚴格檢查各階段完成情況。使學生掌握嵌入式系統實際工程設計的方法和流程,鞏固理論課程內容,規範工程文件的建立,培養學生的創新能力和團隊精神。通過答辯、演示給出成績,將題目新穎、完成情況較好的專案組推薦參加國內外相關競賽。今年正在進行中的專案有:家庭視訊監控系統、食品安全追溯系統、家電語音控制系統等[8]。

　　4.4學生科技競賽

　　2007年1月,教育部、財政部“關於實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見”中,要求繼續開展大學生競賽活動,重點資助在全國具有較大影響和廣泛參與面的大學生競賽活動,激發大學生的興趣和潛能,培養大學生的團隊協作意識和創新精神[4,9]。我校十分重視嵌入式系統學生科技競賽活動,在2006年投資近60萬元,建立了“嵌入式系統科技競賽訓練基地”。通過搭建一個學生參加科技競賽、訓練的基礎平臺,形成一個傳、幫、帶的梯隊、達到“以點帶面”的良性迴圈效果,增加了學生學習理論課程的興趣,加強學生創新能力的培養[4]。計算機學院在國、內外嵌入式系統相關競賽中取得了優異的成績,在教育部、資訊產業部舉辦的“全國大學生電子設計競賽———嵌入式系統專題邀請賽英特爾杯”中,2004年獲得了三等獎,2008年獲得了二等獎。“2005年微軟嵌入式系統全球大學生挑戰賽”入圍全球前30名,並參加了在美國西雅圖微軟總部舉行的總決賽,獲得“優勝獎”。在IEEE舉辦的“第六屆計算機協會國際設計大賽CSIDC”,進入了在美國首都華盛頓舉行的全球前10名總決賽,並獲得“優勝獎”。在Altera公司舉辦的“Nios軟核嵌入式處理器設計大賽”中,先後獲得過優勝獎和三等獎[10]。

　　5結束語

　　嵌入式系統涉及的領域越來越廣,發展速度越來越快,為了加強計算機工程專業方向學生工程實踐能力的培養,就要求我們通過不斷地探索、實踐,完善嵌入式系統實踐教學體系。

　　範文二：計算機工程創新意識研究

　　1現狀及發展趨勢

　　大多數高等院校計算機本科專業涉及的硬體教學課程主要有“數字邏輯”、“組合語言程式設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與介面技術”、“微控制器”、“嵌入式系統”等，在新形勢下部分課程內容設定顯得不夠合理，部分教學內容與實際應用脫節，影響了教學效果，無法完全滿足教學大綱中要求的動手能力培養，更無法有效培養同學們的創新意識。目前，作為計算機教學重要專業基礎課程的“數字邏輯”，要求學生掌握組合邏輯、時序邏輯電路的分析和設計方法，研究物件主要是分立元件、通用中小規模積體電路及基本的可程式設計器件等，介紹的方法也以傳統方法為主，已無法適應目前應用的需要;作為專業主幹課程的“計算機組成原理”、“計算機系統結構”，主要內容是討論計算機的結構、各功能部件原理及設計方法，同時介紹當前的新技術、新方法，目的是讓同學們熟悉計算機的結構，為以後應用和設計計算機系統打下基礎。目前大家普遍採用的教材在部件設計中討論的方法主要是硬佈線邏輯或微程式設計方法：硬佈線邏輯執行速度高，但缺乏靈活性;微程式設計方法有一定的靈活性，但資源佔用多，執行速度慢。儘管這兩種方法對於理解計算機組成原理不失為一種較好的選擇，但由於缺乏實際應用背景，學生學習興趣受到影響，教學效果也大打折扣，提高學生的動手能力、培養創新意識更是無從談起。“組合語言程式設計”課程也存在類似尷尬，討論以16位個人計算機為背景的組合語言程式設計知識，適合入門和了解基本原理，但與“計算機組成原理”、“計算機系統結構”課程一樣，由於缺乏實際應用背景，教學目標無法完全實現。隨著電子設計自動化EDA、系統程式設計ISP、片上系統SOC等技術的發展，32位個人計算機的應用已很成熟，多核64位計算機應用也將逐步成為主流。嵌入式系統設計需要較強的軟硬體知識綜合應用能力，因此在計算機硬體課程的教學中應加大相關新技術的比例，並根據實際及時調整教學內容。國外許多知名高校本科專業的教學內容已經作了適時調整，如麻省理工學院非常注重學生的設計能力的培養，為此專門開設了“計算機系統設計”課程，要求學生在實踐環節中自主設計ALU、單指令週期CPU、多指令週期CPU乃至流水線32位MipsCPU和Cache;斯坦福大學也有相似的課程和實驗環節;加州大學伯克利分校和楊百翰大學在基於可程式設計邏輯的超級計算機研製方面也有大量成果。當前在國內，案例教學已被越來越多的人所接受，尤其是在一些法學、工商管理類高校已經開始廣泛運用。案例教學法是一種動態的、開放的教學方法，目標是解決學生如何用更有效的方式獲得知識以提高應用能力的問題。案例教學法具有綜合性、互動性、啟發性、針對性和可操作性等多種特徵，它的使用大大縮短了教學理論與實際應用之間的差距，同時對教師的教學觀念產生了重大的影響。鑑於計算機專業知識與實際應用結合緊密的特點，教學中尤其適合案例式教學。目前在國內計算機課程的教學中，案例教學還處於一個起步階段，主要表現在：案例教學比例不夠，沒有形成完整的體系;案例數量不足，質量欠缺;許多高校儘管重視案例教學的應用，但是在案例的蒐集、整理與分析等方面相對滯後;案例陳舊，缺乏代表性等。

　　2以ISP技術為主線改革計算機專業硬體課程教學體系和教學內容

　　計算機本科專業涉及的硬體教學課程按合理教學順序一般為“數字邏輯”、“組合語言程式設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與介面技術”、“微控制器”、“嵌入式系統”等，一些課程可以在時間上重疊，如“數字邏輯”、“組合語言程式設計”等。由於ISP、EDA技術可以靈活地開發出具有自主智慧財產權的硬體產品，是目前工程實踐領域和晶片設計領域運用最廣泛也是最有應用前景的技術，因此在計算機硬體課程的教學中應該把相關技術列為重要內容，即以ISP、SOC技術為主線，使相關課程形成一個完整的體系，達到培養創新性人才的目的。為了實現這一目標，在“數字邏輯”課程中，應大幅增加可程式設計邏輯技術的比重，重點討論用EDA方法，利用ISP技術、SOC技術設計IP核的方法，使學生對相關技術的應用及發展趨勢有一個全面的理解，並具備基本的實踐能力;在“計算機組成原理”課程中增加計算機設計原理和實踐的內容，也可考慮再單獨增加一門計算機設計課程以替代目前“計算機組成原理”課程設計，在該課程中重點討論如何採用EDA方法，利用ISP技術、SOC技術設計計算機各部件如CPU、Cache等，通過實際應用和實踐進一步加深對相關技術的理解和掌握。在“微機原理與介面技術”課程可以考慮以16位計算機應用知識入門，以討論32位計算機的應用為重點。相應的，作為“微機原理與介面技術”課程的先行課程，“組合語言程式設計”課程也應把相應的內容整體提升到32位，考慮到學習過程的先易後難，可以先介紹16位組合語言程式設計知識作為入門，再對32位組合語言程式設計相關內容展開。微控制器系統本質上也是嵌入式系統，嵌入式系統是針對應用或使用者定製的完整、高效的計算機系統，嵌入式系統設計需要較強的作業系統原理、應用程式設計和硬體設計方面知識的綜合應用能力，其中特別是硬體系統設計能力可以通過以上幾門硬體課程的系統學習逐步培養，因此相關課程的教學內容應注意銜接，同時遵循先易後難的原則，面向實際應用，以提高動手能力、增強創新意識為目的。針對實踐教學，目前相關課程的實驗教學的實驗專案及內容固定，大多為驗證性實驗，實驗步驟程式化，許多同學按教學實驗計劃做完實驗，仍然無法充分理解課程的主要內容，無法真正擁有教學大綱所要求的動手能力。更重要的是計算機技術一直處於高速發展中，高等院校的計算機教學理應不斷地適應這種要求，相關的實驗教學應適時地調整教學內容。解決問題的一個好思路是利用ISP、SOC技術開發出一種內容可定製的硬體課程教學實驗平臺，由於作為控制物件的外圍電路是相同或相近的，可以設計為通用模組，而實驗平臺控制部分則可以利用可程式設計邏輯改變，以適應不同的課程。如控制部分設計為基本CPU即可做“計算機組成原理”課程的相關實驗;控制部分設計為微控制器即可做“微控制器”課程的相關實驗;甚至控制部分可以設計為個人計算機CPU，配合有關的介面電路，即可做“微機原理與介面技術”課程的相關實驗等。在我院的計算機本科專業相關硬體課程教學實踐中，我們已作出了一些有益的探索，如我院“數字邏輯”教學大綱已在近年作過相應調整，EDA技術、可程式設計技術的理論和實踐教學內容的比例從原來的20%增加到60%以上，經過多年的建設，“數字邏輯”課程在今年被評定為“湖北省精品課程”;在“計算機組成原理”課程中引入利用ISP技術設計CPU軟核等教學和實踐內容;“組合語言程式設計”、“微機原理與介面技術”課程中也增加了32位計算機相關內容的學習和討論，新的實驗裝置可以進行32位的相關實驗等，這些安排增強了學生的學習興趣，學生學習的主動性也明顯提高了。

　　3採用案例教學法作為計算機專業硬體課程教學的主要方法

　　案例教學法是一種事半功倍的教學方法，在教學過程中圍繞事先精選的典型的、具有工程背景的實際案例進行討論，可以為同學們模擬實際應用的場景，獲得近似於實戰的經驗。為完成設計目標，同學們自然會自己主動學習，在這一過程中掌握知識，並學會應用知識，提高解決問題的能力;也能通過用不同的途徑解決問題，培養創新意識。這樣教師在授課中可以把精力集中於教學內容的總體把握上，而不需要過分在知識細節上消耗時間，提高了教學效率。案例教學法關鍵在於選擇合適的案例，案例首先必須有代表性和實時性，必須是實踐中的典型應用例項。在實踐中應用的機率高，具有普遍意義，這樣的例項在教學過程中值得花費精力討論和設計，才是有意義的。同樣重要的是案例需具有實際工程背景，學生可以面對具體的實際問題和特定的環境，有針對性地通過自主學習和思考進行設計，培養實際解決問題的能力。案例還應該形成相對固定的案例集，並具備一定的開放性，應定期對案例集進行評估，剔除一些過時的案例，增加一些新的典型應用例項。這樣就保證了案例的典型性、實時性及工程背景。在教學實踐中，我們把案例教學法作為主要方法，並把案例分為4類：一是問題評論型，給出問題和解決問題的方案，讓學生去評價;二是分析實現型，不給出解決方案，要求學生討論分析以提出方案;三是實際模擬型，是指在教學過程中依據教學內容，讓學生分別充當不同的角色，進行模擬性的實踐活動;四是發展開放型，通過案例發現新的理論生長點，討論相關理論的發展趨勢。我院在相關課堂教學中採用的部分案例如表1所示。在“數字邏輯”、“計算機組成原理”等課程的重點章節教學中，我們通過採用上述案例法，調動學生成為積極參與者，而不是消極被動的聽眾，在案例學習和討論中，鼓勵學生提出更多解決問題的辦法，在課堂上營造出積極發表意見和爭論的氣氛。這樣提高了學生的學習興趣，教學效果有明顯改善，學生的動手能力有了顯著增強。

　　4總結

　　為實現面向實際應用提高學生動手能力、增強創新意識、培養創新型人才、確定完整合理的計算機本科專業硬體理論教學和實踐教學體系的目的，我們提出了以ISP技術為主線的計算機專業硬體課程教學改革方案。它的主要內容為兩方面：一是調整現有教學體系和教學內容，如在“數字邏輯”、“計算機組成原理和系統結構”、“嵌入式系統設計”等課程中以“數字邏輯”課程為先導，以ISP、SOC技術為主線貫穿於各相關課程教學過程中;在“組合語言程式設計”、“微機原理與介面技術”等課程中把主要內容全面提升到32位等。二是在教學中運用案例法，使學生成為教學活動的主體，形成學生自主學習、合作學習、研究性學習和探索性學習的開放型學習氛圍。充分發揮案例教學有利於提高學生分析問題和解決實際問題的能力、有利於促使學生學會學習、有利於促使學生學會溝通與合作的優勢。實踐表明以ISP技術為主線的計算機專業硬體課程教學改革，符合國家高等質量工程建設中培養創新性人才的規劃，有效地增強了學生的動手能力和創新意識。我們也意識到計算機工程教學是一個複雜的過程，牽涉到許多方面，我們將在實踐中探索教學規律，不斷提高教學水平，進一步改善教學效果。