導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；信息安全；防拷貝系統(tǒng)

中圖分類號：TP311.52文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 24-0000-01

Computer Information Security Copy Protection System

Tian Yunliang

(Changshou Beibu Xincheng Investment&Development Co.,Ltd.,Chongqing401228,China)

Abstract:In this paper,information security vulnerabilities exist in the current computer system and come up with copy protection system will be a combination of computer hardware and software systems,which demonstrated the anti-copy system to ensure that the input of the entire computer data security.play a crucial role and significance in the storage,transmission and output process.

Keywords:Computer;Information security;Copy Protection System

我們需要清醒的認(rèn)識到一點(diǎn)：傳統(tǒng)意義上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了大量紙質(zhì)檔案信息資料的管理與儲存，但并沒有設(shè)置相應(yīng)的訪問權(quán)限平臺，這就使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部所儲存的各種信息數(shù)據(jù)很有可能在計(jì)算機(jī)各種輸出終端的作用下非法拷貝到其他儲存終端當(dāng)中。可以說，計(jì)算機(jī)端口非法信息拷貝已成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)信息時(shí)代最為普遍，也最具危害的一種犯罪形式。據(jù)此，如何在新型信息技術(shù)的支持下優(yōu)化計(jì)算機(jī)端口的管理與控制系統(tǒng)已成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)信息安全工作人員最亟待解決的問題之一。本文所研究的計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)正是解決這一問題的最有效途徑。筆者現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就這一問題談?wù)勛约旱目捶ㄅc體會。

一、計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)的功能特點(diǎn)分析

信息安全系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)信息安全的最關(guān)鍵保障，需要在設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)的方方面面杜絕任何形式的漏洞問題，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)信息系統(tǒng)當(dāng)中，任何一個(gè)細(xì)微的漏洞都很有可能危害到整個(gè)信息系統(tǒng)的安全運(yùn)行。筆者認(rèn)為，計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)要想做到這一點(diǎn)，光依靠傳統(tǒng)意義上的身份驗(yàn)證與密碼審核是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為此我們在進(jìn)行該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，務(wù)必需要將非法進(jìn)不去、進(jìn)去看不見以及看見拷不出這三點(diǎn)作為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則。與此同時(shí)，高質(zhì)量的計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)兼顧內(nèi)外部的信息泄露問題，在不斷強(qiáng)化自身信息安全保護(hù)能力的同時(shí)，有效抵御來自外界的干擾與破壞。具體而言，這種系統(tǒng)需要具備的基本功能與特點(diǎn)可以概括為以下幾個(gè)方面。

（一）設(shè)備控制功能。計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)能夠自動控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部外接設(shè)備，各種外接終端接口設(shè)備都會該系統(tǒng)的控制下主動關(guān)閉或附加密碼認(rèn)證，進(jìn)而從接口方面確保計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（二）網(wǎng)絡(luò)控制功能。計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于它能夠全方位參與并掌控計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接作業(yè)，任何非法的網(wǎng)絡(luò)接入都會直接反映到防拷貝系統(tǒng)處理終端，從而及時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接功能，阻斷非法入侵。

（三）互聯(lián)網(wǎng)控制功能?；ヂ?lián)網(wǎng)控制功能與網(wǎng)絡(luò)控制功能之間最大的區(qū)別在于系統(tǒng)雖然限制與禁止了各種通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)上傳的信息，但計(jì)算機(jī)終端操作用戶仍然能夠操作計(jì)算機(jī)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁的瀏覽與信息數(shù)據(jù)的單向下載。

（四）拷貝加密功能。可以說，拷貝加密功能是整個(gè)計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵。在這種功能支持下，需要通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息考出的一切文件都具備了高強(qiáng)度的加密特性或是多重身份驗(yàn)證特性。

（五）文件加密功能。在計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)提供了多種多樣的信息數(shù)據(jù)加密服務(wù)。計(jì)算機(jī)終端操作用戶能夠根據(jù)意愿選取重要信息文件對其進(jìn)行加密處理。一旦加密成功，任何用戶要想讀取該信息文件就必須通過相應(yīng)的身份驗(yàn)證，輸入正確的驗(yàn)證密碼與口令，從而確保了整個(gè)計(jì)算機(jī)信息安全系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

二、計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)的組織架構(gòu)與基本原理分析

針對上文有關(guān)計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能分析，筆者認(rèn)為要想將這些系統(tǒng)管理功能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)是離不開計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)共同支持的。信息安全卡硬件子系統(tǒng)作為整個(gè)計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)核心，需要同服務(wù)器管理與監(jiān)控軟件以及客戶端功能軟件之間形成良好的合作關(guān)系，共同確保整個(gè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

（一）信息安全卡硬件子系統(tǒng)基本原理分析。由上圖我們不難得知，信息安全卡硬件子系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)的核心與中心。在這一系統(tǒng)當(dāng)中，高速微處理器又是整個(gè)硬件子系統(tǒng)的核心，它能夠確保計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)共處。該硬件子系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于信息傳輸與處理速度快，協(xié)同控制能力強(qiáng)，存儲器終端接口多樣。在設(shè)計(jì)過程中我們需要特別關(guān)注一點(diǎn)：各種信息數(shù)據(jù)文件加密與控制功能要求整個(gè)硬件子系統(tǒng)具備較強(qiáng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連續(xù)處理能力，而這種能力恰好需要與整個(gè)計(jì)算機(jī)主反應(yīng)器處理能力相適應(yīng)。

（二）服務(wù)器管理與監(jiān)控軟件原理分析。在這一平臺上，計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)包括網(wǎng)絡(luò)分組、端口控制以及認(rèn)證管理等在內(nèi)的諸多信息數(shù)據(jù)安全控制與管理功能。其主要工作內(nèi)容在于確保整個(gè)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，與此同時(shí)兼顧各種數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而為硬件子系統(tǒng)的運(yùn)行提供更為全面與可靠的數(shù)據(jù)支持。

（三）客戶端軟件原理分析。功能子程序作為客戶端軟件的最主要構(gòu)成部分能夠?qū)τ?jì)算機(jī)任何一次的端口訪問進(jìn)行深入的研究與分析，通過網(wǎng)絡(luò)功能、端口配置等指標(biāo)參數(shù)作出下一步動作，進(jìn)而確?？蛻舳瞬僮鞑粫τ?jì)算機(jī)信息安全系統(tǒng)產(chǎn)生隱患或是構(gòu)成威脅。

三、結(jié)束語

信息時(shí)代的到來要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在確保傳輸質(zhì)量與效率的同時(shí)做好各種數(shù)據(jù)信息安全管理。本文從功能特點(diǎn)以及組織架構(gòu)與基本原理兩個(gè)方面對新時(shí)期的計(jì)算機(jī)信息安全防拷貝系統(tǒng)做出了簡要的分析與說明，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)實(shí)踐與研究工作的開展提供一定的參考與幫助。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

關(guān)鍵詞：真空皮帶機(jī)；PID控制；變頻；模糊

1、真空皮帶機(jī)運(yùn)行控制分析與改進(jìn)

在脫水系統(tǒng)中，，每套真空皮帶脫水子系統(tǒng)裝有一就地控制柜，控制柜上設(shè)有皮帶電機(jī)手動/遠(yuǎn)程、啟動/停機(jī)、增速/減速運(yùn)行/跳閘和用于檢查其性能狀況指示燈測試開關(guān)或按鈕。皮帶機(jī)的兩側(cè)各設(shè)計(jì)有一個(gè)皮帶跑偏、濾布跑偏、拉索安全開關(guān)，在真空箱密封水管道和皮帶水管道上裝設(shè)有3個(gè)流量開關(guān)，這些開關(guān)信號均作為在DCS系統(tǒng)中啟動或停機(jī)的聯(lián)鎖條件，如果運(yùn)行過程中，任何一個(gè)開關(guān)動作，并且一直保持存在著動作的狀態(tài)，則控制回路設(shè)計(jì)時(shí)間延時(shí)5S皮帶機(jī)的保護(hù)回路動作，DCS回路送出跳閘信號，停脫水皮帶機(jī)。

在真空皮帶機(jī)運(yùn)行啟動前各設(shè)備的狀態(tài)及各開關(guān)信號的狀態(tài)必須處于正確位置，即啟動前拉索安全開關(guān)、皮帶，濾布跑偏開關(guān)必須處于正常復(fù)位狀態(tài)，同時(shí)變頻器不能處于故障狀態(tài)以及皮帶油/真空箱密封水流量必須高于“低”設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)DCS操作員在遠(yuǎn)程模式啟動皮帶程序時(shí)，脫水機(jī)驅(qū)動電機(jī)將自動啟動。在真空脫水皮帶機(jī)控制系統(tǒng)中，一般的真空脫水變頻控制思路是：現(xiàn)場操作人員可從DCS操作站給真空皮帶機(jī)變頻傳動控制下達(dá)石膏厚度設(shè)定值，同時(shí)超聲波測厚儀向DCS反饋實(shí)際值，這樣就形成了一個(gè)自動閉環(huán)控制調(diào)節(jié)回路（見圖二）。在真空皮帶機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，皮帶脫水機(jī)速度可連續(xù)調(diào)整以維持皮帶上方石膏餅的厚度，石膏餅厚度減少，則速度降低，厚度增大則速度提高[2]。實(shí)踐證明，實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)存在嚴(yán)重滯后，采用常規(guī)的PID控制，其效果并不理想。本文設(shè)計(jì)出了模糊控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了改進(jìn)。

2. 基于常規(guī)PID控制的真空皮帶機(jī)運(yùn)行

PID控制作為傳統(tǒng)的控制方法，由于其簡單有效，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制中，盡管現(xiàn)今提出了各種現(xiàn)代控制理論，其理論效果很完美，但卻很難普遍應(yīng)用于實(shí)際。PID控制是根據(jù)測量值與設(shè)定值之間的偏差經(jīng)過比例、積分、微分計(jì)算來得到輸出值，并將該值輸出到執(zhí)行器上。PID控制的算法可以表示為：

（3-1）

式中，u（t）為PID算法的輸出；e（t）為輸入偏差；Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)里，PID算法的實(shí)現(xiàn)形式主要有以下兩種：

（1） 位置式

將式（3-1）離散化便可以得到在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的數(shù)字PID位置式算法：

（3-2）

式中，Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)。

（2）增量式

將第k個(gè)采樣周期的算法輸出與第k-1個(gè)采樣周期輸出相減，經(jīng)整理后便得到：

（3-3）

增量式算法與位置算法本質(zhì)上無大區(qū)別，但卻帶來不少的優(yōu)點(diǎn)：算式中不需要累加，控制增量Δu（k）的確定僅與最近3次的采樣值有關(guān)，容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果；計(jì)算機(jī)每次只輸出控制增量，即對應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化量，故機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響范圍小、不會嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程；手動―自動切換時(shí)沖擊小，當(dāng)控制從手動向自動切換時(shí)，可以作到無憂切換。

3. 基于模糊控制的真空皮帶機(jī)運(yùn)行

采用模糊控制算法進(jìn)行真空皮帶機(jī)運(yùn)行控制能較好地克服控制對象的純滯后問題，提高控制精度。真空皮帶機(jī)運(yùn)行模糊控制系統(tǒng)一般可分為五個(gè)組成部分，如圖3-2所示：1）模糊控制器，是各類自動控制系統(tǒng)中的核心部分。2）輸入/輸出接口。模糊控制器通過輸入/輸出接口從被控制對象獲取數(shù)字信號量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，然后送給被控對象。在I/O接口裝置中，除A/D、D/A轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換電路。3）真空皮帶機(jī)變頻器。用來調(diào)節(jié)真空皮帶機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速。4）被控對象。真空皮帶機(jī)的運(yùn)行難以建立精確數(shù)學(xué)模型，更適宜采用模糊控制。5）超聲波測厚儀傳感器。傳感器是將被控對象或過程的被控量轉(zhuǎn)換為電信號的一類裝置。

針對皮帶機(jī)脫水的特性，選擇對控制過程中影響最大的厚度偏差e及偏差變化率de作為輸入，構(gòu)成二維模糊控制，e=r-y，其中r表示參考輸入石膏厚度，y表示系統(tǒng)輸出實(shí)際石膏厚度，de=et-et-1其中et為t時(shí)刻的輸出誤差，et-1為t-1時(shí)刻的輸出誤差。輸出為真空皮帶機(jī)的頻率u，刻劃偏差e與偏差變化de和輸出u的語言項(xiàng)有：e或de為{負(fù)，零，正}={Negative，Zero，Positive}；u為{負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零，正小，正中，正大}={ZB，ZM，ZS，ZO，PS，PM，PB}。真空皮帶的厚度調(diào)節(jié)為了防止系統(tǒng)在自動控制方式下出現(xiàn)振蕩發(fā)散的失控現(xiàn)象，當(dāng)厚度偏差的絕對值超過20mm時(shí)，系統(tǒng)控制切換到手動調(diào)節(jié)方式下，并發(fā)出聲音報(bào)警[3]。因此厚度偏差e的基本論域可選中[-8，8]，厚度變化率de的基本論域?yàn)閇-2，2]。輸出變量u為真空皮帶頻率，其基本論域?yàn)閇15，40]。隸屬函數(shù)都取三角形，解模糊采用工業(yè)控制中廣泛使用的加權(quán)平均法。

4 結(jié)束語

石膏脫水系統(tǒng)是濕法脫硫系統(tǒng)重要的組成部分，關(guān)系到石膏的品質(zhì)、廢水的排放、以及脫硫綜合成本的高低，真空脫水皮帶機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是石膏脫水系統(tǒng)的有力保障。采用常規(guī)PID控制時(shí)，不能保證收斂與調(diào)節(jié)速度都能達(dá)到滿意的效果，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度緩慢，有時(shí)出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)。采用模糊控制時(shí)，效果得到了明顯的改善，對于較大的波動都能夠較快的穩(wěn)定下來，穩(wěn)定性大為提高參考文獻(xiàn)

[1] 閻維平，劉忠，王春波等.電站燃煤鍋爐石灰石濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行與控制[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 吳躍鵬.淺析沙角A電廠300MW機(jī)組FGD脫水率的設(shè)計(jì)和控制[J].自動化與儀器儀表，2005年第3期：17～19

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篇3

[關(guān)鍵詞]飛機(jī) 飛行控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 特征結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TJ765.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）21-0032-01

飛行控制系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分，是飛行控制算法的運(yùn)行平臺，它的性能好壞直接關(guān)系著飛機(jī)能否安全可靠的飛行。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，飛行控制系統(tǒng)正向著多功能、高精度、小型化、可復(fù)用的方向發(fā)展。高精度要求飛行控制系統(tǒng)的精度高，穩(wěn)定性好，能夠適應(yīng)復(fù)雜的外界環(huán)境，因此控制算法比較復(fù)雜，計(jì)算速度快，精度高；小型化則對控制系統(tǒng)的重量和體積提出了更高的要求，要求控制系統(tǒng)的性能越高越好，體積越小越好。此外，飛行控制系統(tǒng)還要具有實(shí)時(shí)、可靠、低成本和低功耗的特點(diǎn)。因此，急需優(yōu)化設(shè)計(jì)新型飛控系統(tǒng)處理軟件。

1、飛行控制系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

1.1 飛行控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

飛行控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)基本回路，其中：導(dǎo)航回路，用以實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)飛行軌跡的控制，又被稱作為外回路；駕駛儀回路，主要用于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保對系統(tǒng)控制時(shí)具有穩(wěn)定性特征，一般還被稱作為內(nèi)回路；伺服網(wǎng)路，該回路是控制命令的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確?？刂葡到y(tǒng)的控制命令得以可靠執(zhí)行，又被稱作舵回路；駕駛儀回路，該回路是具有獨(dú)立功能的分系統(tǒng)，不但能夠保持飛機(jī)員設(shè)定的飛行姿態(tài)穩(wěn)定飛行，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)透明駕駛、自動配平等功能。

1.2 系統(tǒng)原理

在啟動駕駛設(shè)備之后，駕駛計(jì)算機(jī)中的存儲設(shè)備將對飛機(jī)的即時(shí)飛行狀態(tài)進(jìn)行記憶，并將之作為基準(zhǔn)值。而飛機(jī)上各個(gè)部位設(shè)置的傳感設(shè)備將探測得到飛機(jī)此時(shí)的姿態(tài)信息，并將這些信息實(shí)時(shí)的傳遞到自動駕駛設(shè)備的計(jì)算機(jī)當(dāng)中。在和計(jì)算機(jī)設(shè)備中存儲的基準(zhǔn)值對比之后，對與基準(zhǔn)值不符的相關(guān)數(shù)據(jù)通過發(fā)出飛行指令進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到控制飛行的目的。駕駛設(shè)備在工作過程中總需要保持控制系統(tǒng)處于完全平衡的狀態(tài)，利用對飛機(jī)飛行姿態(tài)的控制達(dá)到是飛行誤差為零的目的，或者是盡量使得飛行姿態(tài)穩(wěn)定在一個(gè)相對穩(wěn)定的基準(zhǔn)值附近。

在飛行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制的過程中，傳遞函數(shù)f=B/（E―S）通常被稱作是自動駕駛設(shè)備的控制律，系統(tǒng)的所有的控制指令都是基于這個(gè)控制規(guī)則發(fā)出的。根據(jù)PID控制理論，這個(gè)控制規(guī)則主要包括與偏差變化率相關(guān)的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)、比例項(xiàng)和偏差積分項(xiàng)等幾個(gè)部分構(gòu)成。其中，比例項(xiàng)是控制規(guī)則的主要控制項(xiàng)，當(dāng)飛機(jī)在飛行過程中若由于其他原因?qū)е缕淦x基準(zhǔn)值過遠(yuǎn)時(shí)，飛行駕駛控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)將發(fā)出與誤差成對應(yīng)比例的飛行姿態(tài)調(diào)整指令。但是，考慮到信號傳遞延遲以及飛機(jī)飛行過程中的慣性作用，飛機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在響應(yīng)指令時(shí)刻的飛行姿態(tài)已經(jīng)發(fā)生了對應(yīng)的變化，這將導(dǎo)致飛行姿態(tài)控制命令存在對應(yīng)誤差。所以，為了控制這種變化，系統(tǒng)控制規(guī)則中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，則是通過增加系統(tǒng)的阻尼的方式，對飛機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制飛行姿態(tài)調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)質(zhì)量。所以，在實(shí)際的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為了避免出現(xiàn)飛行姿態(tài)變化過大、控制常值擾動等問題，通常在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中引入一個(gè)對應(yīng)的積分電路，通過其驅(qū)動與之并聯(lián)的舵機(jī)來達(dá)到積分控制的目的。然后利用它來對存儲在計(jì)算機(jī)中的姿態(tài)基準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修改，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對駕駛設(shè)備的比普配平。

2、飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中存在的典型故障

2.1 飛行控制系統(tǒng)性能故障診斷流程

在故障診斷模塊中，采用故障樹最小割集的Fussel方法對飛行控制系統(tǒng)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。首先將飛行控制系統(tǒng)的被檢測組件插件的故障樹結(jié)構(gòu)存入故障庫中，在故障檢測過程中通過不斷更新?lián)Q測試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對飛行控制系統(tǒng)的全方位檢測。然后再將測試結(jié)果與故障庫中的各種標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行對比分析，并且快速的找出導(dǎo)致被檢測組件出現(xiàn)故障的各種原因，此時(shí)系統(tǒng)會對這些原因進(jìn)行逐一的判斷和分析，并且最終找出產(chǎn)生故障的真正原因以及故障出現(xiàn)的部位和具體的元器件。其中值得注意的是，故障庫中的故障樹的結(jié)果都是在綜合大量的故障檢修記錄以及分析電路原理的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，因此具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2 扭矩信號接口的不匹配問題

同樣在對系統(tǒng)進(jìn)行地面通電檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)的扭矩信號顯示值和正常值之間存在一個(gè)0.03左右負(fù)偏差。在對飛行控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行拆除重裝之后被解除。通過對該問題的分析和觀察，認(rèn)為由于發(fā)動機(jī)參數(shù)系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)采用一個(gè)共用的扭矩傳感器對扭矩信號進(jìn)行輸出。但是，兩者之間存在著接口不匹配的問題。這主要是因?yàn)?，飛機(jī)扭矩傳感器設(shè)備發(fā)出的信號是小信號，其負(fù)載能力和電源負(fù)載能力相比，差距較大。例如，扭矩傳感器的內(nèi)阻是500Ω，而飛行控制計(jì)算機(jī)等效電源的電阻值則達(dá)到了20kΩ。

另外，在設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng)的過程中，為了確保飛機(jī)安全飛行，設(shè)計(jì)時(shí)引入了扭矩信號。而飛行控制系統(tǒng)則是利用得到的發(fā)動機(jī)扭矩信號的和值發(fā)出對應(yīng)的控制指令的。一旦該值超過95%時(shí)，自動控制系統(tǒng)將會自動切斷，確保飛行控制系統(tǒng)不會對飛行安全造成影響。同時(shí)，為了確保其與發(fā)動機(jī)參數(shù)系統(tǒng)的接口相協(xié)調(diào)，一般采用根據(jù)發(fā)動機(jī)參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行雙發(fā)扭矩和的計(jì)算，當(dāng)該值超過95%時(shí)，將發(fā)送信號給飛行控制系統(tǒng)。這樣就很好的解決了接口不匹配的問題。

2.3 自動駕駛系統(tǒng)舵機(jī)抖動問題

在地面通電檢查工作中，在連通三軸自動駕駛設(shè)備時(shí)，駕駛系統(tǒng)的舵機(jī)發(fā)送劇烈抖動的故障問題。在連通自動駕駛系統(tǒng)之后，自動駕駛計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲器記錄了連通瞬間飛機(jī)的姿態(tài)值，并將之作為基準(zhǔn)姿態(tài)。這時(shí)，自動駕駛系統(tǒng)將盡量將飛機(jī)的飛行姿態(tài)控制在基準(zhǔn)值附近。而舵機(jī)出現(xiàn)抖動，主要原可能為：其一，自動駕駛系統(tǒng)的相關(guān)部件存在相關(guān)故障，致使駕駛結(jié)構(gòu)響應(yīng)過程中出現(xiàn)對應(yīng)的故障反應(yīng)；其二，傳感器在單元信號的輸出過程中存在故障，例如傳感設(shè)備的輸出信號的發(fā)射呈現(xiàn)持續(xù)跳動時(shí)，舵機(jī)將對應(yīng)的發(fā)生抖動；其三，存在電磁干擾問題，由于邏輯處理單元在邏輯命令輸出過程中，受到干擾，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)誤差，造成舵機(jī)抖動。

從該型飛控系統(tǒng)的實(shí)際使用情況來看，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能較多，而且各個(gè)功能之間存在較大的關(guān)聯(lián)度，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作十分龐雜。因此，在設(shè)計(jì)過程中還可以將可靠性技術(shù)應(yīng)用到其中，提高飛控系統(tǒng)的整體可靠度。

參考文獻(xiàn)

[1] .某型機(jī)自動飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2012（3）.

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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理 教學(xué)方法 實(shí)踐教學(xué) 考核

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.21.123

1 目前存在的主要問題

《計(jì)算機(jī)組成原理》是我國高等教育計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的核心課程，與計(jì)算機(jī)專業(yè)的多門課程有著緊密的聯(lián)系。課程不以某種類型的計(jì)算機(jī)為模型，而是從原理上介紹計(jì)算機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)、功能和原理，理論性強(qiáng)、概念多、知識抽象，與學(xué)生們一貫認(rèn)知的PC機(jī)有較大差別。有的學(xué)生提出，每堂課老師都介紹那么多新名詞很難接受；有的學(xué)生把這門課程當(dāng)作文課程來學(xué)，認(rèn)為只要考試前突擊背題就能通過；有的學(xué)生甚至認(rèn)為自己的興趣和就業(yè)方向是應(yīng)用程序開發(fā)，硬件原理根本沒必要掌握。針對這些偏見，要求教師在教學(xué)過程中，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核方式幾個(gè)方面著手，幫助學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，運(yùn)用合理的學(xué)習(xí)方法，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2 明確教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)教學(xué)大綱和計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，一般來說教學(xué)目標(biāo)主要是：熟悉計(jì)算機(jī)硬件基本原理，掌握馮諾依曼計(jì)算機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，能夠運(yùn)用所學(xué)知識完成簡單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過程中，不僅僅要研究具體硬件模塊的原理，更要強(qiáng)調(diào)對硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路以及系統(tǒng)級的認(rèn)知。

3 注重聯(lián)系科學(xué)施教

《計(jì)算機(jī)組成原理》和其他課程一樣，需要教師采用科學(xué)的教學(xué)方法，生動的語言，良好的課堂互動，來和學(xué)生共同完成教學(xué)任務(wù)。要想把紛繁復(fù)雜的概念，各種設(shè)計(jì)完全理解，就不能孤立地研究各個(gè)知識點(diǎn)，需要聯(lián)系地看問題。

3.1 把握課程間的聯(lián)系

《計(jì)算機(jī)組成原理》在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中具有重要的地位，起到了承上啟下的作用?！队?jì)算機(jī)導(dǎo)論》、《模擬電路》、《數(shù)字電路》、《匯編語言》、《高級程序設(shè)計(jì)》等先修課程中的許多知識點(diǎn)，在本門課程中都有所體現(xiàn)，與《操作系統(tǒng)》、《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》等后續(xù)課程也有著緊密的聯(lián)系。課堂上的新知識如果聯(lián)系上學(xué)生們的已知知識，能更好地引起共鳴；而對未來將要學(xué)到課程的拓展，強(qiáng)調(diào)課程間的緊密聯(lián)系，也有助于提高學(xué)習(xí)注意力。

3.2 建立硬件系統(tǒng)的整體概念

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，不但要研究計(jì)算機(jī)各部件的原理，更需要引導(dǎo)學(xué)生建立計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的整體概念，把握自頂向下的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在教學(xué)過程中，經(jīng)常能看到不少學(xué)生只是對單個(gè)知識點(diǎn)深挖細(xì)摳，把本應(yīng)該緊密聯(lián)系的各個(gè)知識點(diǎn)孤立看待，不能建立一個(gè)整體概念。缺乏對課程整體的把握，使得各個(gè)知識點(diǎn)顯得雜亂無章，增加了對課程理解的難度。

3.3 抓住計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者的思路

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者的目的就是要讓整機(jī)運(yùn)行速度更快，消耗資源更少，這是本門課程貫穿始終的一條線索。多總線的使用、多級存儲器的設(shè)計(jì)、DMA方式、指令流水，都是這條線索的體現(xiàn)。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠把握這條主線，以設(shè)計(jì)者的角度去思考問題，枯燥的問題將迎刃而解。

4 實(shí)踐教學(xué)

計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的每一門課程幾乎都離不開實(shí)踐教學(xué)，硬件相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)通常都是利用綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備來完成，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)往往不關(guān)心其內(nèi)在原理，實(shí)驗(yàn)課成了按圖連接電纜，按說明書按按鈕、撥開關(guān)。為了杜絕這種現(xiàn)象，必須從實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩個(gè)方面入手。實(shí)驗(yàn)中需要教師全程跟蹤學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，讓他講原理，分析步驟。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要堅(jiān)決杜絕雷同，也不能抄襲實(shí)驗(yàn)手冊，必須用自己的語言來描述，同時(shí)要求在實(shí)驗(yàn)結(jié)論后詳細(xì)敘述實(shí)驗(yàn)心得，講述實(shí)驗(yàn)過程中的體會和個(gè)人對實(shí)驗(yàn)原理的理解。每次實(shí)驗(yàn)都要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告這三方面進(jìn)行打分，督促學(xué)生按要求完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

5 考核方式

相對于教學(xué)，不少學(xué)生更關(guān)心如何考核，因?yàn)槌煽兣c獎學(xué)金、評選優(yōu)秀、就業(yè)等切身利益相關(guān)。采用235的分值比例，即課堂表現(xiàn)和出勤占20%，實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)占30%，末考成績占50%，相對于傳統(tǒng)的一考定英雄而言，更有利于對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和總體學(xué)習(xí)效果的統(tǒng)一評估。但是這一分值比例設(shè)計(jì)在執(zhí)行的過程中加入了更多的主觀因素，就可能造成打分的不公平。例如，合班授課時(shí)學(xué)生人數(shù)很多，教師通常只是對坐在前排并且課堂表現(xiàn)活躍的學(xué)生印象較深，最終這些學(xué)生的平時(shí)成績通常較高，而一些性格內(nèi)向不善言表的學(xué)生，雖然也認(rèn)真聽講和思考，但是卻不能得到老師的青睞。

因此，教師在整個(gè)教學(xué)過程中不但要注意施教內(nèi)容，研究自己怎么教，還要關(guān)心學(xué)生怎么學(xué)，幫助他們更好地掌握所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，同時(shí)客觀地評估每名學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，給出相對公平的成績。

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1引言

“計(jì)算機(jī)原理”作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課，學(xué)生對其內(nèi)容掌握的好壞程度直接影響到其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。然而反饋調(diào)查和課堂跟蹤發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在傳統(tǒng)的“課堂講授+課后實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式下并不能深入體會計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理和運(yùn)行過程，尤其對計(jì)算機(jī)軟硬件如何配合、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程計(jì)算、多核計(jì)算等內(nèi)容掌握不夠。如若在課堂教學(xué)中擴(kuò)充這方面的內(nèi)容，教師又沒有充足的時(shí)間讓學(xué)生掌握經(jīng)典的計(jì)算機(jī)原理知識。如何讓學(xué)生既深入掌握基本的原理知識，又了解最新的設(shè)計(jì)技術(shù)；既理解現(xiàn)有計(jì)算機(jī)運(yùn)行模式，又結(jié)合未來發(fā)展鍛煉創(chuàng)新思維？這一直是課程組在“計(jì)算機(jī)原理”課程教學(xué)中深入思考的問題[1][2]。為此課程組經(jīng)過多次研討，深入分析原理課程教學(xué)的難點(diǎn)，并提出了適應(yīng)本課程的新教學(xué)模式，即“課堂講授+綜合設(shè)計(jì)+創(chuàng)新實(shí)踐+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”的四維教學(xué)模式。經(jīng)過兩年多時(shí)間的實(shí)踐，思維教學(xué)模式取得了良好的效果，學(xué)生掌握的知識面更寬了；對經(jīng)典原理知識的理解更深了；對未來計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)更有主見了。“計(jì)算機(jī)原理”課程也相繼被評為湖南省精品課程和國家精品課程[3]。在此，本人就這種新的教學(xué)模式作一個(gè)簡單闡述，希望得到各位同行的批評與指正。

2“計(jì)算機(jī)原理”課程教學(xué)特點(diǎn)分析

與其他類型課程不同，原理類課程教學(xué)必須一絲不茍、按部就班、環(huán)環(huán)相扣；同時(shí)又要深入淺出，啟迪思維。因此，“計(jì)算機(jī)原理”課程教學(xué)是對教師整體水平的巨大挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)要求教師不能僅僅通過課堂把知識灌輸給學(xué)生，也要求教師必須不斷更新教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，跟上計(jì)算機(jī)發(fā)展步伐。概括起來說，“計(jì)算機(jī)原理”課程教學(xué)具有如下幾個(gè)要求：

1) 深入淺出，把經(jīng)典原理知識講深講透。由于學(xué)生是初次接觸深奧的專業(yè)技能，課程教學(xué)的目的就是要讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)工作的基本原理和基本過程，教師必須讓學(xué)生深入掌握經(jīng)典的原理知識。

2) 靈活運(yùn)用，把前述基礎(chǔ)課程的知識貫穿起來。在講述“計(jì)算機(jī)原理”課程前，學(xué)生學(xué)習(xí)了“電路分析”、“數(shù)字電子技術(shù)”、匯編語言等專業(yè)基礎(chǔ)課程，但他們并不能深入理解這些知識對掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作原理的作用，課程教學(xué)必須要把這些知識穿插起來，靈活運(yùn)用，讓學(xué)生感覺到學(xué)有所用。

3) 適時(shí)發(fā)揮，把前沿技術(shù)與經(jīng)典原理相結(jié)合。由于計(jì)算機(jī)發(fā)展速度之迅猛，教師需要結(jié)合經(jīng)典原理講解，并進(jìn)行適當(dāng)延伸，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)一些新的技術(shù)，以作為課堂教學(xué)的有意補(bǔ)充。

4) 啟迪思維，把探索與創(chuàng)新作為教學(xué)的根本宗旨。不論課程教學(xué)如何改革，學(xué)生永遠(yuǎn)是學(xué)習(xí)的主體，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，積極思考、勇于探索，并通過網(wǎng)絡(luò)信息檢索、課程綜合設(shè)計(jì)、課余實(shí)踐等活動強(qiáng)化課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓寬知識面才是“計(jì)算機(jī)原理”教學(xué)的根本宗旨。

從上述分析可以看出，傳統(tǒng)“課堂教授+課后實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方法顯然不能適應(yīng)課程在新時(shí)期建設(shè)的需要，導(dǎo)致學(xué)生一方面感覺“說不清”、即理解得不夠深入，另一方面感覺“吃不飽”、即了解得不夠?qū)挿?。為此，我們必須從教學(xué)時(shí)間、教學(xué)場地和教學(xué)手段上對課程教學(xué)方法進(jìn)行拓展，探索新的教學(xué)模式和方法。

3四維教學(xué)模式闡述

“計(jì)算機(jī)原理”的四維教學(xué)模式從傳統(tǒng)的“課堂講授+綜合設(shè)計(jì)”的二維拓展為“課堂講授+綜合設(shè)計(jì)+創(chuàng)新實(shí)踐+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”的四維，其中課堂講授是基礎(chǔ)，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整機(jī)工作原理和過程的概念；綜合設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，讓學(xué)生通過綜合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理和過程；創(chuàng)新實(shí)踐是動力，依托學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地和教研室科研條件，提供各種創(chuàng)新實(shí)踐機(jī)會，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的動力；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是平臺，為學(xué)生營造一個(gè)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)、按需學(xué)習(xí)的集中的資源平臺。

當(dāng)然，四維教學(xué)模式不是簡單的孤立的四個(gè)方面，而是有機(jī)協(xié)調(diào)的整體。教師掌握四維教學(xué)模式必須把握好如下幾個(gè)方面：

3.1發(fā)揮課堂教學(xué)的基礎(chǔ)和引導(dǎo)作用

課堂教學(xué)就是要給學(xué)生一個(gè)清晰的整體概念，告訴學(xué)生課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)范圍、學(xué)習(xí)方法，并對重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述，幫助學(xué)生真正理解計(jì)算機(jī)的工作原理。同時(shí)，課堂教學(xué)中需要把本課程與前述課程所學(xué)知識貫穿起來，并對后續(xù)即將學(xué)習(xí)的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課程進(jìn)行簡單說明，讓學(xué)生明確知識的組織脈絡(luò)，理順各門課程間的關(guān)系和作用。此外一點(diǎn)，也是課堂教學(xué)最重要的一點(diǎn)，即需要充分發(fā)揮課堂教學(xué)的啟發(fā)和引導(dǎo)作用，站在學(xué)生學(xué)習(xí)的角度，逐步啟發(fā)和引導(dǎo)他們對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作原理中的各種問題進(jìn)行探索和思考，激發(fā)他們在課余時(shí)間查閱資料，自主學(xué)習(xí)并創(chuàng)新實(shí)踐。

3.2通過綜合設(shè)計(jì)強(qiáng)化動手能力

單純講解枯燥的原理知識顯然難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也不能消除學(xué)生在學(xué)習(xí)中的各種疑問。“計(jì)算機(jī)原理”課程還需要發(fā)揮綜合設(shè)計(jì)的強(qiáng)化作用，一方面幫助學(xué)生驗(yàn)證各種原理，并切身感受計(jì)算機(jī)的工作過程；另一方面可以通過調(diào)整和補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，訓(xùn)練他們的動手設(shè)計(jì)能力，檢驗(yàn)他們對所學(xué)知識的理解。由于“計(jì)算機(jī)原理”綜合課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容具有一定的綜合性和復(fù)雜性，因此課程教學(xué)中需要對學(xué)生進(jìn)行分組，并安排專門的實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)。在具體實(shí)踐中，課程組采用了自主研發(fā)的綜合實(shí)驗(yàn)平臺，設(shè)計(jì)了一個(gè)8位cpu設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生真正了解了cpu的工作過程和設(shè)計(jì)方法。

3.3鼓勵創(chuàng)新實(shí)踐，激發(fā)學(xué)習(xí)動力

學(xué)以致用，這是原理課程教學(xué)中必須堅(jiān)持的基本觀念。那么怎樣才能讓學(xué)生把所學(xué)的知識應(yīng)用起來呢？一個(gè)簡單有效的辦法就是讓學(xué)生開闊思維，按照自己的靈感和創(chuàng)意進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)和制作。課程組在具體教學(xué)中采用了如下幾個(gè)途徑：①讓學(xué)生參與各種科研活動，和本專業(yè)的博士、碩士一道探尋各種前沿問題；②鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽活動；③充分利用學(xué)院微電子創(chuàng)新中心，讓學(xué)生參與各種創(chuàng)新活動，進(jìn)行學(xué)術(shù)論文閱讀和交流。通過上述三個(gè)方面的努力，大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，課堂氣氛也逐漸活躍，大家在學(xué)習(xí)書本知識的同時(shí)，還會積極思考自己的作品該如何設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

3.4豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，滿足多樣化學(xué)習(xí)需要

借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行教學(xué)是未來教學(xué)的必備條件。開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的前提是豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，以滿足不同學(xué)生對相關(guān)知識的多樣需求。課程組充分利用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)平臺積極開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動。先后開辟了“計(jì)算機(jī)歷史溯源”，“光計(jì)算機(jī)技術(shù)”，“生物計(jì)算機(jī)技術(shù)”和“多核計(jì)算機(jī)技術(shù)”等專題欄目，由專門教師負(fù)責(zé)收集、整理相關(guān)材料。由于課堂教學(xué)電腦已經(jīng)接入教學(xué)平臺所在網(wǎng)絡(luò)，教師上課也可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源對課堂內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。學(xué)生可以隨時(shí)隨地查閱相關(guān)資料，開展相關(guān)討論和交流。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)與利用大大拓展了教學(xué)空間。

4結(jié)束語

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關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù) 消防給水設(shè)備

l傳統(tǒng)水泵控制技術(shù)的弊端

在傳統(tǒng)的水泵控制方式中，靠調(diào)節(jié)出口或人口閘閥方式來進(jìn)行，人為增加管網(wǎng)阻力達(dá)到變化流量和壓力的目的。因此，在控制過程中，流程阻力損失相應(yīng)增加，而此時(shí)水泵的特性曲線不變，葉片轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)輸入功率并無減少，而是白白地?fù)p失在調(diào)節(jié)過程中。經(jīng)測算，當(dāng)水泵的流量由100％降到50％時(shí)，若分

別采用調(diào)節(jié)出口和入口閥門的方式，則電機(jī)的輸入功率分別為額定功率的84％和60％，而水泵的軸功率僅為12．5％，即損失功率分別為71．5％和47．5％。這說明不采用先進(jìn)的控制措施，即使水泵的設(shè)計(jì)效率為100％，其實(shí)際的運(yùn)行效率可能只有百分之十幾或更低。

傳統(tǒng)的控制方式，造成水泵長期處于高速、滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，因此維護(hù)工作量大，設(shè)備壽命低，并且運(yùn)行現(xiàn)場噪聲大，影響環(huán)境。

2變頻調(diào)速技術(shù)的原理

變頻調(diào)速技術(shù)(vaiahle vaiahle firequency technology)是一項(xiàng)綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。

變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系，即均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻事，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。

眾所周知，水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P為水泵消耗功率；n為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速；K為比例系數(shù)。變頻調(diào)速和智能控制技術(shù)，可以使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，最終達(dá)到節(jié)能的目的。用閥門控制水泵流量時(shí)，部分有功功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。如果采用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行控制，就避免了消耗在閥門的有功功率。這樣，在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，僅需要輸入較低的功率，獲得節(jié)能效果。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗。

3變頻調(diào)速技術(shù)用于消防給水系統(tǒng)的控制方式

l繼電接觸器控制方式

這是最簡單的一類控制方式。根據(jù)工藝或外界條件的變化，依靠傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)，采用繼電接觸器來控制水泵電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到調(diào)速目的。

3.2邏輯電子電路控制方式

這類控制電路往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式?？刂品绞捷^為先進(jìn)，但難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。因此控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動大、調(diào)試較麻煩，且工頻泵起動時(shí)有沖擊、抗干擾能力較弱，但系統(tǒng)成本較低。系統(tǒng)工作原理為：當(dāng)消防管網(wǎng)壓力降至某一規(guī)定值(低限值)時(shí)，由壓力傳感器發(fā)出信號自動開啟穩(wěn)壓泵對管網(wǎng)補(bǔ)水加壓，當(dāng)壓力升至另一規(guī)定值(高限值)時(shí)自動停泵。根據(jù)需要系統(tǒng)可設(shè)置消防中心聯(lián)動接口，當(dāng)消防中心發(fā)出火警信號或按動消火栓按鈕，電控柜自動開啟消防主泵進(jìn)行滅火。

3．3單片機(jī)電路控制方式

這類控制電路優(yōu)于邏輯電子電路，但在不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)調(diào)試較麻煩。因系統(tǒng)程序預(yù)先固化于芯片中，需要追加功能時(shí)，就要對電路進(jìn)行修改，重新刷新設(shè)置程序，不靈活也不方便，控制電路的可靠性和抗干擾能力也不高。

圖l所示為筆者參與研制的ZBW系列微機(jī)控制全自動恒壓供水系統(tǒng)的電路控制原理圖與系統(tǒng)圖。系統(tǒng)通過高性能單片機(jī)控制變頻調(diào)速器拖動多臺水泵，逐臺變頻調(diào)速啟動，實(shí)現(xiàn)全自動恒壓供水。變頻穩(wěn)壓泵由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制運(yùn)行。平時(shí)無火警時(shí)，由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓，使系統(tǒng)隨時(shí)能夠滿足消防給水要求。當(dāng)管網(wǎng)充水穩(wěn)壓到設(shè)定恒壓，穩(wěn)壓泵流量趨近于零并維持一段時(shí)間(時(shí)間通過程序可控制)后，變頻穩(wěn)壓泵自動停泵，進(jìn)入等待狀態(tài)，由貯能罐維持穩(wěn)壓。當(dāng)管網(wǎng)壓力下降至某一設(shè)定的壓力值時(shí)，變頻穩(wěn)壓泵自動啟動恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓。當(dāng)系統(tǒng)接收到火災(zāi)信號后，由單片機(jī)控制主消防泵(可以根據(jù)需要為一臺或數(shù)臺)依次工頻啟動，以提供額定的消防流量和壓力。在主消防泵已投入運(yùn)行的情況下，如管網(wǎng)壓力不足，由單片機(jī)控制備用消防泵自動投入，以滿足消防用水流量要求。通過與消防控制中心聯(lián)網(wǎng)，可按設(shè)計(jì)程序進(jìn)行自動或手動巡檢，從而實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動控制功能。

篇7

關(guān)鍵詞：不間斷電源；應(yīng)用；電力系統(tǒng)；發(fā)展

中圖分類號：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0091-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，而不間斷電源也是在這種環(huán)境被應(yīng)用進(jìn)來的。不間斷電源的主要優(yōu)勢是在電網(wǎng)不正常運(yùn)轉(zhuǎn)或是在發(fā)生故障時(shí)，仍然能夠?yàn)樨?fù)載提供不間斷的高性能電源。正因?yàn)檫@種優(yōu)勢，其應(yīng)用也越來越廣泛。當(dāng)然，我國不間斷電源的發(fā)展離不開國家行業(yè)政策的支持，所以了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)具有必要意義。

1 不間斷電源的行業(yè)定義

不間斷電源，又作UPS（Uninterruptible Power Supply），指的是能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷電能供應(yīng)的電力電子設(shè)備。主要的組成部分是逆變器、整流器，以電池為主要的儲能裝置，不僅能夠?yàn)橛脩籼峁﹤溆秒娫匆苑乐怪匾O(shè)備因電能中斷而遭受損失，并且可改善電能質(zhì)量，使設(shè)備免受高低電壓、突波、雜訊、頻率不穩(wěn)及電磁的干擾，滿足用戶對電能質(zhì)量的需求。

2 不間斷電源的基本原理和分類

前述已經(jīng)提到了UPS的主要構(gòu)成，對于一般的UPS結(jié)構(gòu)，除了整流器和逆變器之外，還有升壓部分，控制部分、充電部分以及電池部分。UPS的基本工作原理如圖1所示。

UPS電源還搭載了微處理器，它可以將輸入、輸出、電池、壞境等數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算，并且控制整流器、逆變器以及靜態(tài)開關(guān)等裝置，對外部的指令進(jìn)行響應(yīng)。而整流和充電單元的主要功能是整流控制信號和及時(shí)充電的作用，電池組和直流的總線是并聯(lián)運(yùn)行的，所以整流器可以對電池完成充電。當(dāng)然，電池電壓如果比浮充電壓更低時(shí)，整流器處在恒流模式，微處理器就要對充電電流反饋和用戶設(shè)置的電池容量進(jìn)行計(jì)算分析。

應(yīng)用UPS的目的就是能夠?yàn)橐恍┭b置提供穩(wěn)定的電源，這也就是我們劃分UPS種類的依據(jù)之一。按照逆變器的工作方式來分UPS分為后備式（或稱離線式OFFLINE）和在線式（ONLINE）兩種。后備式UPS的逆變器在UPS正常工作時(shí)處于后備狀態(tài)，只有在市電異常時(shí)才起到逆變作用，而在線式UPS的逆變器無論在市電模式還是電池模式一直都在工作狀態(tài)。后備式UPS功率比較小、價(jià)格便宜，主要用在對電源質(zhì)量不高的地方，比如個(gè)人電腦；在線式UPS輸出的電源精度高，價(jià)格也比較高，主要用在對電源質(zhì)量要求較高的場合，比如機(jī)房。

按照UPS的后備時(shí)間UPS可以分為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和長延時(shí)機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)后備時(shí)間比較短，一般只有幾分鐘，長延時(shí)機(jī)可以根據(jù)需要配置電池延長UPS的后備工作時(shí)間。

按照UPS外形結(jié)構(gòu)UPS可以分為塔式UPS、機(jī)架式UPS、以及含機(jī)柜的模塊化UPS。

按照UPS對市電的相數(shù)要求可以分為單相機(jī)和三相機(jī)。三相機(jī)功率比較大，一般都在10 kVA以上。

按照供電渠道的不同將UPS劃分為以下幾種工作模式，即：市電模式、電池模式、旁路模式、維護(hù)模式。

市電模式：市電正常時(shí)UPS的正常工作模式。

電池模式：市電異常時(shí)UPS的正常工作模式。

旁路模式：UPS異常的供電模式。

維護(hù)模式：UPS出現(xiàn)故障，需要不斷電進(jìn)行UPS維修時(shí)的供電模式。

3 不間斷電源在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

在使用電池的時(shí)代之前，UPS不間斷電源曾經(jīng)使用飛輪和內(nèi)燃機(jī)為負(fù)載提供電能供應(yīng)，這種不間斷電源被稱為飛輪式或旋轉(zhuǎn)式不間斷電源。飛輪式UPS不間斷電源由整流器、直流電動機(jī)、飛輪、柴油機(jī)（或汽油機(jī)）及發(fā)電機(jī)等組成。在電網(wǎng)供電的情況下，由整流器提供的直流電驅(qū)動電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，并且?guī)Оl(fā)電機(jī)為負(fù)載供電。由輪的慣性作用，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以保持均衡，此時(shí)UPS不間斷電源起過濾電網(wǎng)干擾的作用。當(dāng)電網(wǎng)斷電后，飛輪繼續(xù)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動柴油機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，替代原有電網(wǎng)為負(fù)載供電。由輪式UPS不間斷電源使用內(nèi)燃機(jī)提供電力，會產(chǎn)生較大的噪音，同時(shí)體積也較大，因此被用于應(yīng)急情況和一些自然狀況惡劣的場合，通常情況下，不間斷電源會使用蓄電池來提供電力。

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，不間斷電源隨之產(chǎn)生并得到了不斷的發(fā)展，自1984第一臺UPS從香港進(jìn)到中國，UPS在我國的應(yīng)用和發(fā)展經(jīng)歷了30多年，UPS也不斷地從國外進(jìn)口到國內(nèi)生產(chǎn)，進(jìn)而出口外銷。

在技術(shù)上，不間斷電源隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展也不斷地提高，UPS從最初的后備式電源發(fā)展到在線式不間斷電源，從最初的低頻機(jī)發(fā)展到后來的高頻機(jī)，從開始的單機(jī)運(yùn)行，發(fā)展到第二代雙機(jī)熱備份。第三代的n+x并聯(lián)冗余，到目前發(fā)展到無線并機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，以及利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的檢測與操控。從功率大小來看，從最初的500 VA發(fā)展到1 100 kVA。目前模塊化UPS也得到了廣泛的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)，不斷電進(jìn)行UPS維護(hù)，確保在UPS發(fā)生故障的情況下用戶的設(shè)備可以正常運(yùn)行。UPS隨著貼片技術(shù)和DSP技術(shù)的應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)上不斷地得到發(fā)展UPS從最初的分立元件，發(fā)展到后來的集成塊，CPU的應(yīng)用，從體積上不斷減小，從重量上也不斷地減輕，從而節(jié)省了生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本以及使用成本。從用戶群體看，早期的用戶主要是銀行、郵電、證券稅務(wù)等部門，后來發(fā)展到政府、企業(yè)、事業(yè)等單位，以及個(gè)人用戶等等。

3.1 不間斷電源的行業(yè)發(fā)展壞境分析

3.1.1 不間斷電源行業(yè)政策發(fā)展分析

因?yàn)椴婚g斷電源的巨大發(fā)展?jié)摿Γ瑖覟椴婚g斷電源的發(fā)展制定了許多相關(guān)的政策，制定了《電力需求管理辦法》，主要是泛指通過價(jià)格、行政等手段，幫助電力用戶提高電力資源利用效率，改進(jìn)用電方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用電、節(jié)約用電、有序用電所開展的相關(guān)活動。而《農(nóng)村電網(wǎng)改造升級項(xiàng)目管理辦法》明確對農(nóng)村的電路改造升級提出了相關(guān)的政策，并且針對運(yùn)行農(nóng)網(wǎng)設(shè)施局部或整體就地或異地建設(shè)、增容、更換設(shè)備等做出了相關(guān)的規(guī)定。

國家發(fā)改委辦公廳關(guān)于當(dāng)前推進(jìn)高技術(shù)服務(wù)發(fā)展有關(guān)工作作了工作重點(diǎn)指示，主要包括四個(gè)方面：

①信息服務(wù)，發(fā)展面向市場的高性能計(jì)算和云計(jì)算服務(wù)和下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)、促進(jìn)軟件服務(wù)化發(fā)展和引導(dǎo)數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

②生物技術(shù)服務(wù)。

③研發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)。

④技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)。

后來又相繼出臺了一些規(guī)定，這些政策非常有利于行業(yè)的發(fā)展，也為行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從專利的申請人分布情況來看，艾默生、科華恒盛和易事特分別以17.6%，14.3%和12.0%位于前三位，APC以11.3%的份額位列第四。

3.1.2 不間斷電源行業(yè)技術(shù)環(huán)境分析

我國的UPS專利申請狀況從1994～2014年大致可以分為三個(gè)階段：1994～1998年為緩慢發(fā)展階段，1999～2006年較為快速的發(fā)展階段，2006～2014年為爆發(fā)式增長階段，2014年，我國UPS相關(guān)專利申請數(shù)量達(dá)到三百余項(xiàng)。專利申請的分布情況如圖2所示。

從圖2中可以看出，雖然我國的UPS技術(shù)發(fā)展空間還很大，但是因?yàn)樾袠I(yè)政策的鼓勵，我國本土的UPS技術(shù)實(shí)力越來越強(qiáng)，與世界500強(qiáng)公司的差距逐漸變小。從我國UPS相關(guān)專利申請人技術(shù)分布情況來看，H02J，I3-02是各家企業(yè)爭奪的焦點(diǎn)，艾默生在H02J和I3-02兩方面的專利均較多，科華恒盛的專利主要集中分布在I3-02方面。

3.2 不間斷電源行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r分析

2014年，我國UPS銷售總額約為89億元，同比增長3.1%，具體數(shù)據(jù)見表2，增速較上年進(jìn)一步放緩，受大數(shù)據(jù)對ICT行業(yè)的影響，4G建設(shè)的需求以及寬帶中國項(xiàng)目的刺激，我國信息設(shè)備用UPS電源的需求將快速增長，根據(jù)相關(guān)推算，2015年我國UPS市場規(guī)模有望突破100億元。

4 UPS的最新發(fā)展動態(tài)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對未來我國的UPS行業(yè)的發(fā)展指明了方向，這也是新形勢下UPS行業(yè)發(fā)展的最大動力，其最新的動態(tài)有以下幾點(diǎn)。

4.1 智能化和網(wǎng)絡(luò)化

將RS232接口、RS485接口，SNMP卡和MODEM等應(yīng)用于UPS，使得系統(tǒng)具有了非常優(yōu)秀的性能?？梢詫σ恍┫嚓P(guān)的模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，而且可以通過相關(guān)的數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行自我診斷，自動判斷UPS是否存在故障，如果存在故障則根據(jù)相關(guān)的需求進(jìn)行自我保護(hù)。將UPS和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)集成到一起，這樣就實(shí)現(xiàn)了對于UPS的遠(yuǎn)程管理和控制，這也是未來無間斷電源的發(fā)展方向。

4.2 數(shù)字化

以前的UPS的主要控制方式是模擬控制的方法，所以其局限性也非常明顯，主要有：

①因?yàn)殡娐返慕Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以元器件很多，其差異性造成了電源無法完全一致。

②如果想改變原來的控制方法，只能通過修改硬件控制板，這樣不但周期長而且工作量很大。

③硬件電路的固化導(dǎo)致了更加先進(jìn)的控制方法很難在這樣的電路上實(shí)現(xiàn)。

但是要想發(fā)展高檔的微處理器就必須使其實(shí)現(xiàn)先進(jìn)算法和智能算法。正因?yàn)檫@些弊端的存在，也就為高速、更加廉價(jià)的數(shù)字化處理器的發(fā)展提出了要求。數(shù)字化的控制方式的優(yōu)勢在于能夠避免模擬信號的畸變、失真等現(xiàn)象，也便于調(diào)試和自我診斷，正因?yàn)檫@些優(yōu)勢，在線UPS也是未來發(fā)展的重要趨勢。

4.3 綠色化

傳統(tǒng)的UPS電源存在一定的諧波干擾和污染，對于其穩(wěn)定性和可靠性以及環(huán)境的傷害還是很大的。所以，綠色無污染的UPS是未來發(fā)展的方向，其提出可以加強(qiáng)抗電磁干擾能力，有助于降低輻射干擾，最重要的是可以大大提高對電能的利用率。

4.4 并聯(lián)冗余技術(shù)

如何提高UPS電源的可靠性和穩(wěn)定性一直是需要解決的難題，而傳統(tǒng)的UPS只是依靠單臺電源來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，這并不能達(dá)到很高的可靠性，而新型的解決方法就是冗余式并機(jī)方式，其優(yōu)勢性能在近年的應(yīng)用當(dāng)中逐漸凸顯出來，主要表現(xiàn)在：

①可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)電源的總體容量。

②這種系統(tǒng)本身具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。

③由于系統(tǒng)有多臺電源構(gòu)成，所以其維修和更換更加便捷。

4.5 高頻化

傳統(tǒng)的UPS電源存在動態(tài)響應(yīng)能力差，變壓器和電感的音頻噪聲高等缺點(diǎn)，這就催生了高頻電源的發(fā)展，高頻電源不僅可以使得笨重的隔離變壓器變得不必要，減小了裝置本身的體積和重量，而且可以減小甚至是消除電感的音頻噪聲。

5 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為UPS行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，同時(shí)也為其提出了技術(shù)保障。UPS電源的發(fā)展也可以促進(jìn)、推動其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，研究更高檔的UPS電源在未來具有巨大的潛力。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王清，雷升印.UPS技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)[J].山西電子技術(shù)，2007，（1）.

篇8

關(guān)鍵詞：嵌入式計(jì)算機(jī)；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；性能評測；基準(zhǔn)程序

Research of Embedded Computer Performance Evaluation echnology

ZANG aitao,GONG Longqing

(Xi'an Institute of Microelectronics echnology,Xi′an,71007,China)

Abstract：Closely related to its application and the market,the embedded system design is subjected to many factors,such as the cost,power dissipation,chip area,and the development cycleMeeting the given required performance of a embedded system design,there is no need to make a larger margin of the system performance designIn a product development cycle,the key point to make a project success is to design a performance satisfied system in a lower material cost and lower development costFor this reason,it is necessary to make an evaluation and analysis in the embedded micro-processor and entire embedded system for gist of the system performance designIn this paper,by introducing the principle and methods used in the embedded system performance evaluation,describing the several Benchmarking and their applicabilityAnd then,by analyzing the application case of those Benchmarking,with regard to the need of early performance evaluation in embedded system level design,introducing an E3 Benchmark and the system level performance evaluation methods,and giving a prospect of the embedded system design performance evaluation methods

Keywords：embedded computer;embedded system design;performance evaluation and estimation;benchmarkingオ

1 引 言

嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)不同于通用的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜。對于嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，是針對具體的應(yīng)用問題，通過對問題的描述、建模，分解嵌入式計(jì)算的任務(wù)需求后，在建立的計(jì)算模型上，進(jìn)一步地向設(shè)計(jì)的領(lǐng)域轉(zhuǎn)換，即：將需要完成的計(jì)算任務(wù)向可以有效地解決該問題的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成映射。

嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，涉及到軟件和硬件的分別設(shè)計(jì)。硬件的設(shè)計(jì)，主要是需要考慮處理器的類型及數(shù)量，系統(tǒng)組成部件（包括處理器、存儲器、專用部件及可編程部件、I/O部件等）之間的互聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即選擇通信部件，以什么樣的總線協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)各組成部件的互聯(lián)）。嵌入式計(jì)算機(jī)，由于其設(shè)計(jì)時(shí)間要求、應(yīng)用環(huán)境的限制，對它的設(shè)計(jì)成本、設(shè)計(jì)性能都有特殊的要求。

嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)，可以是多種指標(biāo)的綜合，例如：處理速度（主要以任務(wù)的計(jì)算時(shí)間度量）、設(shè)計(jì)體積、設(shè)計(jì)成本、實(shí)時(shí)反應(yīng)能力、系統(tǒng)的功耗、可靠性與可信度等。由于嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜性及特殊性，不同的設(shè)計(jì)要求，評價(jià)的方式方法對不同的設(shè)計(jì)過程各不相同，同時(shí)，對這些評價(jià)指標(biāo)的偏好程度及側(cè)重點(diǎn)也不相同。有的環(huán)境要求很苛刻的實(shí)時(shí)性，有的應(yīng)用場合要求很小的設(shè)計(jì)體積，有的要求在較小的設(shè)計(jì)成本下獲得盡可能快的處理速度等。因此，嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)評價(jià)與測量是復(fù)雜的。

本文主要就嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)、評價(jià)方法，使用到的評測技術(shù)及用于設(shè)計(jì)過程中的評測基準(zhǔn)方法進(jìn)行分析，并對未來的嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中用到的評測基準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行探討。

2 嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)性能測試指標(biāo)

對于嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)性能進(jìn)行評價(jià)，需要對構(gòu)成嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部件，如嵌入式微處理器、編譯器、運(yùn)行庫等關(guān)鍵的系統(tǒng)構(gòu)件的評價(jià)性能特征，定義一系列的性能指標(biāo)。用于嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)性能評測的常用指標(biāo)有以下幾種：

(1) 系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間(Execution ime)和加速比(peed Up)

嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)對于運(yùn)行的應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)間衡量，是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能測試中最重要的性能指標(biāo)。用于評測的基準(zhǔn)程序運(yùn)行時(shí)間，即基準(zhǔn)程序的運(yùn)行速度，直接反映了嵌入式系統(tǒng)的性能。這一性能指標(biāo)，主要由嵌入式微處理器、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和I/O系統(tǒng)的整體性能決定，同時(shí)，也與應(yīng)用程序向嵌入式計(jì)算機(jī)目標(biāo)處理器編譯過程有關(guān)。編譯器的優(yōu)化能力、支持程序運(yùn)行的運(yùn)行庫性能對應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)間，有著密切的關(guān)系，同時(shí)，也受操作系統(tǒng)的開銷和同時(shí)運(yùn)行的其他用戶任務(wù)的影響。這一性能指標(biāo)，通常會選擇系統(tǒng)對應(yīng)用測試程序的最大峰值速度作為為度量的指標(biāo)。

通過對比測試，可以評測2個(gè)嵌入式系統(tǒng)及構(gòu)成系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)的改進(jìn)加速比:

[JZ]peedUp=PerformanceNewestPerformanceOldest=ExecutionimeOldestExecutionimeNewest

(2) 代碼尺寸(Code ize)

代碼尺寸是指將應(yīng)用程序的源程序，由編譯器編譯后生成的二進(jìn)制代碼大小。嵌入式系統(tǒng)是資源受限的系統(tǒng)，它的內(nèi)存資源往往受應(yīng)用需求與成本的限制，要求應(yīng)用程序的目標(biāo)代碼在達(dá)到一定性能的條件下，盡可能降低代碼尺寸，以減少對有限內(nèi)存資源的占用量。通過編譯后的基準(zhǔn)測試程序代碼尺寸，可以反映微處理器的代碼壓縮性能和用于這種微處理器上編譯器的存儲優(yōu)化性能。

(3) 系統(tǒng)功耗(Energy Consumption)

目前的嵌入式系統(tǒng)，對于電源的要求也較為苛刻。由電池供電的嵌入式系統(tǒng)，一般都盡可能節(jié)省電源的要求。低功耗的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅節(jié)省了系統(tǒng)的電源耗費(fèi)成本，而且在很程度上可以有效地延長系統(tǒng)使用壽命。因此，對于系統(tǒng)的功耗評價(jià)，也是嵌入式系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。嵌入式系統(tǒng)的能量消耗主要由各芯片的工藝屬性和電路規(guī)模決定，受芯片電源管理控制。進(jìn)一步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)入片上系統(tǒng)（ystem-on-a-Chip，oC）的設(shè)計(jì)時(shí)代后，系統(tǒng)的功耗就將會有硬件本身維持運(yùn)行所消耗的靜態(tài)功耗及進(jìn)行軟件任務(wù)的計(jì)算所表現(xiàn)出的系統(tǒng)芯片邏輯門翻轉(zhuǎn)而引起的動態(tài)功耗。在目前普通的嵌入式計(jì)算機(jī)中，硬件芯片的功耗管理，可以最終通過指令序列和軟件編程控制，分別由編譯器指令調(diào)度和操作系統(tǒng)功耗管理模塊完成。嵌入式系統(tǒng)的功耗指標(biāo)，表征著嵌入式系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)的省電屬性。

(4) 執(zhí)行的指令數(shù)(Instructions Executed)

執(zhí)行的指令數(shù)是應(yīng)用程序在一個(gè)時(shí)鐘周期或者機(jī)器周期中，嵌入式處理器可以執(zhí)行的指令個(gè)數(shù)。目前的嵌入式微處理器，可以使用基于RIC核的處理器，也可以是用于數(shù)字信號處理的DP處理器，也可能是多種異構(gòu)處理器組成的處理單元（Process Element）。RIC結(jié)構(gòu)的嵌入微處理器，大多數(shù)指令為單周期指令，在一個(gè)機(jī)器周期都可以處理完成。使用運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng)中的測試基準(zhǔn)程序執(zhí)行的指令數(shù)，可以表征嵌入式系統(tǒng)中編譯器的速度優(yōu)化能力及微處理器完成指令運(yùn)算的運(yùn)行性能。

這些指標(biāo)，可以是每指令平均時(shí)鐘周期CPI(Cycles Per Instruction)、每時(shí)鐘執(zhí)行的平均指令數(shù)IPC(Instructions Per Cycle)、每秒執(zhí)行的百萬指令數(shù)MIP(Millions of Instructions Per econd)等。這3個(gè)性能指標(biāo)的定義分別如下:

[JZ(Z]CPI=CyclesInstructionsExecuted

IPC=InstructionsExecutedCycles

MIP=InstructionsExecutedExecutionime[JZ)]

其中，Cycles是執(zhí)行應(yīng)用程序經(jīng)歷的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)。3種性能指標(biāo)都可以用于描述應(yīng)用程序的執(zhí)行效率，反映編譯器的速度優(yōu)化性能及嵌入式計(jì)算機(jī)的處理器核心的指令處理能力。

() 高速緩存未命中率(Cache Miss Rate)

[JZ]CacheMissRate=CacheMissCacheAccess

其中Cache Miss為Cache未命中數(shù)，Cache Access為Cache總的訪問次數(shù)。緩存未命中率（Cache Miss Rate）表示在應(yīng)用程序執(zhí)行過程中，訪問存儲器的性能，以及存儲器對處理器所需要使用到的指令、數(shù)據(jù)的高速支持能力，可以用來表征表示編譯器的數(shù)據(jù)分布、存儲器系統(tǒng)的組織和訪問優(yōu)化能力。

在以上種性能指標(biāo)中，前3種可用于描述整個(gè)嵌入式系統(tǒng)、微處理器、編譯器、運(yùn)行庫的性能評測指標(biāo)，后2種主要用于評測編譯器的優(yōu)化性能。除此以外，某些嵌入式應(yīng)用還需要使用其他性能指標(biāo)，如總線/網(wǎng)絡(luò)帶寬(MBps)和浮點(diǎn)運(yùn)算速度(MFLOP)等。

3 嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的常用測試方法

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用到的測試方法，可以是基于靜態(tài)分析的解析方法，也可以是進(jìn)行模擬仿真的方法，也可以是直接運(yùn)行應(yīng)用程序進(jìn)行測量的方法。

31 解析法

采用分析技術(shù)，假定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)參數(shù)之間存在某種關(guān)系，按工作負(fù)載的驅(qū)動條件列出方程，用數(shù)學(xué)方法求解直接得出系統(tǒng)的性能。解析法采用的公式還是很完善，需要假設(shè)系統(tǒng)處于一系列理想狀態(tài)，一般用在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，結(jié)論的正確性需要經(jīng)過測量方法的驗(yàn)證。使用解析法，進(jìn)行系統(tǒng)的性能評價(jià)，需要完備的性能評價(jià)模型。這方面，由于設(shè)計(jì)的層次（板級設(shè)計(jì)、芯片級設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級oC設(shè)計(jì)等）不同，需要建立的評測模型也各不相同。往往會有面積的評測模型、功耗的評測模型等。

32 模擬法

按照被評價(jià)的系統(tǒng)的運(yùn)行特性建立一個(gè)系統(tǒng)模型，按照系統(tǒng)可能有的工作負(fù)載特性，建立工作負(fù)載模型并編制出模擬程序，在被評價(jià)系統(tǒng)上運(yùn)行模擬程序，并通過在其他的系統(tǒng)上運(yùn)行這一模擬程序，通過程序在不同系統(tǒng)運(yùn)行獲得的性能參數(shù)對比，就可以得出設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。模擬法也用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段。軟件模擬的方法，往往會帶來的誤差，建立的工作負(fù)載模型不可能對結(jié)果具有相接的影響，使得這一方法得到的結(jié)果往往不能如實(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的真實(shí)性能。

33 測量方法

測量技術(shù)是對投入運(yùn)行的現(xiàn)有嵌入系統(tǒng)進(jìn)行直接測量，因此它的結(jié)論是真實(shí)、精確和可信的。分析、模擬技術(shù)是基于對以前的測量結(jié)果積累歸納得來的，所以說測量是最基本的評價(jià)技術(shù)。測量方法需要相應(yīng)的系統(tǒng)測試環(huán)境與工具，這樣的測試組成，可能是專門的測試硬件設(shè)備、軟件及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)。

測量方法要求得出精確的數(shù)值，就需要從概念上和具體的結(jié)構(gòu)上對待測系統(tǒng)進(jìn)行大量的分析，設(shè)計(jì)專門的測量工具，根據(jù)需要考慮的因素和環(huán)境，進(jìn)行多次的反復(fù)測量并統(tǒng)計(jì)分析測量的結(jié)果，因此這一方法也是比較耗時(shí)的。

4 嵌入式計(jì)算機(jī)的性能測試原理及測試環(huán)境構(gòu)成

41 性能測試原理

嵌入式系統(tǒng)由硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)2部分組成。硬件子系統(tǒng)包括微處理器內(nèi)核、高速緩存、存儲器、外設(shè)接口等，這些邏輯功能部件通常集成在一個(gè)嵌入式處理器(Embedded Processor)中。軟件子系統(tǒng)包括嵌入式操作系統(tǒng)(RO)、中間件(Middle Ware)、嵌入式編譯器(Compiler)和運(yùn)行庫(Runtime Library)等。嵌入式應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼通常包括3部分：編譯應(yīng)用程序生成的目標(biāo)代碼、鏈接程序從運(yùn)行庫中提取的庫例程代碼和操作系統(tǒng)功能調(diào)用。一個(gè)嵌入式應(yīng)用程序(Application)的執(zhí)行時(shí)間(Execution ime)受上述多種因素的影響，可用以下函數(shù)描述:Executionime(Application)=f(EProcessor,RO,MiddleWare,Compiler,Library)

上述函數(shù)的個(gè)參數(shù)中，改變其中1個(gè)參數(shù)，保持其余4個(gè)參數(shù)不變，進(jìn)行性能測試，收集測試結(jié)果并進(jìn)行對比分析，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)和關(guān)鍵構(gòu)件的性能測試。主要測試項(xiàng)目的測試方法如下:

(1) 改變Embedded Processor，保持其他參數(shù)不變，并比較測試結(jié)果，可以評測不同嵌入式微處理器的性能差異;(2) 改變RO，保持Processor不變，以評測不同RO的性能差異;

(3) 改變Compiler，保持其他參數(shù)不變，可評測嵌入式編譯系統(tǒng)編譯優(yōu)化能力;

(4) 改變Library，保持其他參數(shù)不變，可以評測不同運(yùn)行庫的性能;

() 比較兩個(gè)個(gè)嵌入式平臺的性能指標(biāo)，可以評測二者的性能差異;

(6) 將執(zhí)行測試基準(zhǔn)程序獲得的性能指標(biāo)與嵌入式應(yīng)用要求的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，可以評測嵌入式系統(tǒng)性能是否滿足應(yīng)用需求。

42 性能評測環(huán)境

嵌入式系統(tǒng)性能評測環(huán)境，通常包括用于嵌入式系統(tǒng)評測的測試主機(jī)和將要被測評的嵌入式系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

測試主機(jī)運(yùn)行測試管理控制程序，控制性能測試過程的執(zhí)行，編譯、加載和啟動性能測試基準(zhǔn)程序，收集性能數(shù)據(jù)，分析測試結(jié)果，生成測試報(bào)告。被測評的嵌入式系統(tǒng)則運(yùn)行下載的測試基準(zhǔn)程序，測定和采集性能數(shù)據(jù)，并通過測試反饋給測試主機(jī)。兩者之間通過某種連接(如串口、以太網(wǎng)等)方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信與交互。

43 性能測試過程

建立好測試環(huán)境后，性能測試過程描述如下:

(1) 用戶確定測試項(xiàng)目、選擇性能測試基準(zhǔn)和被測嵌入式平臺，測試管理控制程序建立測試主機(jī)與被測嵌入式系統(tǒng)之間的通信連接、啟動測試；

(2) 測試管理控制程序選擇，設(shè)置編譯優(yōu)化選項(xiàng)，選擇測試環(huán)境構(gòu)件，調(diào)用嵌入式編譯器編譯基準(zhǔn)測試程序；

(3) 通過測試，將測試基準(zhǔn)程序下載到被測嵌入式系統(tǒng)，并控制完成基準(zhǔn)測試程序的運(yùn)行；

(4) 性能數(shù)據(jù)采集監(jiān)視基準(zhǔn)測試程序的執(zhí)行，測試和采集與性能指標(biāo)相關(guān)的性能數(shù)據(jù)；

() 測試將測試結(jié)果和性能數(shù)據(jù)發(fā)回測試主機(jī)；

(6) 測試管理控制程序調(diào)用性能分析程序，分析和處理測試結(jié)果和性能數(shù)據(jù)，生成測試報(bào)告。

性能基準(zhǔn)程序測試方法

在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中用到的性能基準(zhǔn)程序，是以單個(gè)某一領(lǐng)域典型的一個(gè)計(jì)算任務(wù)或者一組計(jì)算任務(wù)采用某種語言編寫的程序的形式出現(xiàn)，它可以用來度量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或構(gòu)件性能的在某一領(lǐng)域的典型計(jì)算性能。用來進(jìn)行性能評測的基準(zhǔn)程序，可以稱為工作負(fù)載。在基準(zhǔn)程序中，必須明確規(guī)定所選用的基準(zhǔn)程序及其特性、運(yùn)行方式，并規(guī)定評估指標(biāo)體系。一般需要重復(fù)多次運(yùn)行基準(zhǔn)程序，對獲取的性能指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，才能獲得有意義的評測結(jié)果。

性能基準(zhǔn)程序評價(jià)法是采用軟件的方法評測系統(tǒng)的性能，其較高的靈活性、較低成本加上易于在線實(shí)現(xiàn)的特性，使這一方法成為普遍流行的評測方法。但是通過軟件得到的測量結(jié)果精度較低，并且執(zhí)行基準(zhǔn)程序會影響系統(tǒng)的性能，進(jìn)而影響結(jié)果的可靠性?；谲浖蝿?wù)的軟件方法，進(jìn)行測試時(shí)，不可避免地占用到系統(tǒng)上的有限資源，所以干擾度大、精度低、分辨率低，但是同時(shí)，具有靈活性高、成本低、安裝使用方便的特點(diǎn)。這一方法，不適用于測量精度要求很高的系統(tǒng)參數(shù)。在構(gòu)建測量工具環(huán)境時(shí)，應(yīng)發(fā)揮軟件測量的優(yōu)勢，注重于功能的測試，考慮選用實(shí)際的應(yīng)用程序或與它們功能相同的專用測試程序。這樣，可以彌補(bǔ)硬件方法所不能解決的問題缺點(diǎn)。

性能基準(zhǔn)程序測試系統(tǒng)性能的常見方法有：時(shí)鐘頻率、指令執(zhí)行速度、等效指令速度方法、核心程序法、綜合程序法、應(yīng)用程序法等。時(shí)鐘頻率、指令執(zhí)行速度、等效指令速度法屬于計(jì)算機(jī)發(fā)展初期階段常用的手段，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，這幾類方法不能反映系統(tǒng)的整體性能；核心程序法、綜合程序法占用內(nèi)存空間較小，在有Cache的系統(tǒng)中只能測量系統(tǒng)的CPU性能。

用于計(jì)算機(jī)性能評測的基準(zhǔn)程序法可以分為兩種：測量系統(tǒng)級參數(shù)(如響應(yīng)時(shí)間、上下文切換時(shí)間等)的微觀基準(zhǔn)程序，以計(jì)算任務(wù)提供的工作負(fù)載、通過工作負(fù)載的運(yùn)行得到待測系統(tǒng)宏觀方面參數(shù)(如任務(wù)執(zhí)行時(shí)間)的宏觀基準(zhǔn)程序。以被測試對象來對基準(zhǔn)程序分類，經(jīng)常把性能基準(zhǔn)程序分為通用性能基準(zhǔn)程序與實(shí)時(shí)性能基準(zhǔn)程序，通用性基準(zhǔn)程序針對一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性能基準(zhǔn)程序針對實(shí)時(shí)系統(tǒng)，測量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

從系統(tǒng)角度看,一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)件是微處理機(jī)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件(包括開發(fā)工具) 。這樣,嵌入式系統(tǒng)的性能基準(zhǔn)程序可分為如下3 類：

(1)面向微處理機(jī)的基準(zhǔn)程序,主要是為了幫助設(shè)計(jì)人員合理地選擇嵌入式微控制器、通用微處理機(jī)或DP；

(2)面向操作系統(tǒng)的基準(zhǔn)程序,幫助設(shè)計(jì)人員了解操作系統(tǒng)的量化性能指標(biāo)；

(3)面向?qū)ｉT應(yīng)用的基準(zhǔn)程序,幫助設(shè)計(jì)人員確定最終目標(biāo)系統(tǒng)的性能。在嵌入式系統(tǒng)中，由于面向微處理機(jī)的基準(zhǔn)程序和面向操作系統(tǒng)的基準(zhǔn)程序極大地依賴于應(yīng)用領(lǐng)域，因此，面向?qū)ｉT應(yīng)用的基準(zhǔn)程序相對來講用的就比較少。這一方面，在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)越來越成熟的情況下，會在不久的將來有所改變。

1 通用性能基準(zhǔn)程序

11 PEC

PEC (the tandard Performance Evaluation Corporation)是為了建立、維護(hù)并許可一組被標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)的性能基準(zhǔn)程序的非盈利性組織［3，4］，該組性能基準(zhǔn)程序主要用于評測最新的高性能計(jì)算機(jī)，以對VAX11/780機(jī)的測試結(jié)果作為基數(shù)，其他計(jì)算機(jī)的測試結(jié)果以相對于這個(gè)基數(shù)的比率來表示。PEC性能基準(zhǔn)程序分為CPU、高性能計(jì)算、圖形應(yīng)用、Java客戶/服務(wù)器、郵件服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)、網(wǎng)站服務(wù)器幾大類。

CPU2000是PEC中測量CPU功能的最新版性能基準(zhǔn)程序組，目的是為不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算密集型的工作負(fù)載提供性能評估的測量工具，PEC CPU 2000包含2組性能基準(zhǔn)程序：CIN2000測量比較計(jì)算密集型定點(diǎn)運(yùn)算，CFP2000測量比較計(jì)算密集型浮點(diǎn)運(yùn)算。最新版本為CPU2000 V13。 CPU2000為被測系統(tǒng)提供性能參數(shù)，主要測量系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存以及編譯器性能。

12 PC

PC (ransaction Processing Council)成立于1988年［］，已有40多個(gè)成員，PC系列基準(zhǔn)是現(xiàn)在流行的商業(yè)基準(zhǔn)組，主要服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫企業(yè)都派代表加入了這一組織，用于評測計(jì)算機(jī)的事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫處理、企業(yè)管理與決策支持等方面的性能。PC不給出基準(zhǔn)程序的代碼，而只給出基準(zhǔn)程序的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(tandard pecification)。任何廠家或其他測試者都可以根據(jù)規(guī)范，最優(yōu)地構(gòu)造出自己的系統(tǒng)(測試平臺和測試程序)。1989年以來相繼發(fā)表的PC基準(zhǔn)測試程序包括PC-A,PC-B,PC-C,PC-D,PC-W,PC-R和PC-等。其中PC-A用于在線事務(wù)處理下更新密集的數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的性能測試，PC-B用于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及運(yùn)行它的操作系統(tǒng)的核心性能測試，PC-C則用于在線事務(wù)處理測試。有2種評價(jià)指標(biāo):吞吐率(hroughput，tpmC)、性價(jià)比(Price/Performance，Price/tpmC)。tpmC定義:PC-C的吞吐量，按有效PC-C配置期間每分鐘處理的平均交易次數(shù)測量，至少要運(yùn)行12 min。PC-D用于決策支持系統(tǒng)測試，PC-是基于PC-D基礎(chǔ)上決策支持基準(zhǔn)測試，PC-W是用于電子商務(wù)應(yīng)用軟件測試。

13 Whetstone

它是用FORRAN語言編寫的綜合性測試程序，主要包括浮點(diǎn)運(yùn)算、整數(shù)算術(shù)運(yùn)算、功能調(diào)用、數(shù)組變址、條件轉(zhuǎn)移、超越函數(shù)，測試結(jié)果用單位Kwips表示，1Kwips表示機(jī)器每秒鐘能執(zhí)行1 000條Whetstone指令。在實(shí)時(shí)性能基準(zhǔn)程序artstone中被調(diào)用。

篇9

[關(guān)鍵詞] 紅外成像；電氣設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類號：U224.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

紅外成像技術(shù)是不接觸電氣設(shè)備，在不停電的情況下進(jìn)行電氣設(shè)備故障檢測和診斷的現(xiàn)代化手段。本文主要介紹紅外成像技術(shù)在電氣設(shè)備監(jiān)測和故障診斷中的應(yīng)用。

1紅外成像技術(shù)原理：

紅外熱像儀是一種新型的光電探測設(shè)備，此技術(shù)是利用物體輻射出不同波長的紅外線原理，將被測目標(biāo)表面的熱信息瞬間可視化，確定故障部位，并且在專業(yè)的分析軟件幫助下，進(jìn)行分析完成安全檢測和電氣預(yù)防性維護(hù)工作，這就是電力設(shè)備紅外監(jiān)測和故障診斷的基本原理。

2紅外成像技術(shù)特點(diǎn)：

紅外成像儀能很清晰地顯示設(shè)備的溫度場，對設(shè)備的整體發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對同一設(shè)備的不同點(diǎn)溫度的異常也能很快發(fā)現(xiàn)，它具有穩(wěn)定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優(yōu)點(diǎn)。紅外成像采用非接觸性測量，測量時(shí)可距被測設(shè)備幾米甚至幾十米，因此對工作人員十分安全；不需設(shè)備停電，它可以在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下直接測量，特別是高電壓設(shè)備，也易于進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析、實(shí)施狀態(tài)性檢修，還可以利用軟件進(jìn)行分析比較，做出可靠的判斷。

3紅外成像技術(shù)應(yīng)用

發(fā)熱常常是設(shè)備損壞或功能故障的早期征兆，近年來，利用紅外成像技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測和故障診斷，發(fā)現(xiàn)了大量的電氣設(shè)備缺陷，如隔離開關(guān)發(fā)熱，斷路器內(nèi)部故障發(fā)熱，變壓器和電抗器套管內(nèi)故障發(fā)熱，高壓電纜接頭發(fā)熱、高壓電機(jī)線棒故障、互感器缺油等。另外紅外成像技術(shù)的應(yīng)用，不僅替代了母線零值絕緣子串的帶電檢測，還可對避雷器進(jìn)行在線檢測。我們知道，電介質(zhì)在高溫狀態(tài)下耐熱性、穩(wěn)定性劣化，如長期在高溫狀態(tài)下運(yùn)行，會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，從而喪失它的電氣絕緣性能。因此通過監(jiān)視設(shè)備性能并在需要時(shí)安排維護(hù)、檢修，可降低因設(shè)備故障而發(fā)生的非計(jì)劃性停產(chǎn)的可能性，減少維護(hù)費(fèi)用和設(shè)備維修的成本，延長設(shè)備資產(chǎn)的壽命，并最大限度地提高維護(hù)效果和生產(chǎn)能力。

1）檢測要求及周期

被檢測設(shè)備應(yīng)為帶電運(yùn)行設(shè)備（設(shè)備通電時(shí)間不小于6h ，最好在24h 以上），應(yīng)盡量避開視線中的封閉遮擋物，如門和蓋板等。

環(huán)境溫度一般不低于5℃，相對濕度一般不大于85%；天氣為陰天、夜間或晴天日落2h 后，夜間圖像質(zhì)量為佳；不應(yīng)在雷、雨、霧、雪等氣象條件下進(jìn)行，檢測時(shí)風(fēng)速一般不大于5m/s。

戶外晴天要避開陽光直接照射或反射進(jìn)入儀器鏡頭，在室內(nèi)或晚上檢測應(yīng)避開燈光的直射，宜閉燈檢測。

檢測電流致熱型設(shè)備，最好在高峰負(fù)荷下進(jìn)行。否則，一般應(yīng)在不低于30％的額定負(fù)荷下進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)充分考慮小負(fù)荷電流對測試結(jié)果的影響。

正常運(yùn)行變（配）電設(shè)備的檢測應(yīng)遵循檢修和預(yù)試前普查、高溫高負(fù)荷等情況下的特殊巡測相結(jié)合的原則。一般220kV及以上交（直）流變電站每年不少于兩次，其中一次可在大負(fù)荷前，另一次可在停電檢修及預(yù)試前，以便使查出的缺陷在檢修中能夠得到及時(shí)處理，避免重復(fù)停電。

110kV及以下重要變（配）電站每年檢測一次。

對于運(yùn)行環(huán)境差、陳舊或有缺陷的設(shè)備，需適當(dāng)增加檢測次數(shù)。

新建、改擴(kuò)建或大修后的電氣設(shè)備，應(yīng)在投運(yùn)帶負(fù)荷后不超過l個(gè)月內(nèi)（但至少在24h以后）進(jìn)行一次精確檢測，對原始數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行存檔。

建議每年對330kV及以上（有條件的單位可開展220kV 及以下設(shè)備）變壓器、套管、避雷器、電容式電壓互感器、電流互感器、電纜頭等電壓致熱型設(shè)備進(jìn)行一次精確檢測，做好記錄，并將測試數(shù)據(jù)及圖像存入紅外數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行動態(tài)管理。

輸電線路的檢測一般在大負(fù)荷前進(jìn)行。對500kV 以上架空線路和重要的220 ( 330 ) kV架空線路接續(xù)金具，每年宜檢測一次；110kV線路和其他的220 ( 330 ) kV線路，可每兩年進(jìn)行一次。新投產(chǎn)和做相關(guān)大修后的線路，應(yīng)在投運(yùn)帶負(fù)荷后不超過1個(gè)月內(nèi)（但至少24h 以后）進(jìn)行一次檢測。

對于線路上的瓷絕緣子及合成絕緣子，有條件和經(jīng)驗(yàn)的也可進(jìn)行檢測。

對正常運(yùn)行的電纜線路設(shè)備，主要是電纜終端，110kV 及以上電纜每年不少于兩次；35kV及以下電纜每年至少一次。

對重負(fù)荷線路，運(yùn)行環(huán)境差時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短檢測周期。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行中的檢測主要包括碳刷及出線母線的檢測，可每年一次，或在機(jī)組檢修前。

進(jìn)行定子鐵芯損耗試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使用紅外熱像儀進(jìn)行溫度分布測量。

必要時(shí)可利用紅外熱像儀進(jìn)行定子繞組接頭的開焊、斷股缺陷的查找，以及用于線棒通流試驗(yàn)的檢查。

2）判斷方法

判斷方法有表面溫度判斷法、同類比較判斷法、圖像特征判斷法、相對溫差判斷法等。通過這些方法診斷分析故障原因，采取適當(dāng)?shù)奶幚恚O(shè)備隱患。

3）具體應(yīng)用

（1） 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測與分析。

（2） 電氣接頭、線夾、引線氧化腐蝕、接觸不良缺陷。

（3） 隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合不良缺陷。

（4） 互感器絕緣不良缺陷、缺油以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷。

（5） 電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷。

（6） 避雷器內(nèi)中心受潮缺陷、內(nèi)中心元件老化或非線性特性異變?nèi)毕荨?/p>

（7） 絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測。

（8） 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測、電刷與集電環(huán)接觸狀態(tài)檢測、內(nèi)中心過熱檢測。

（9） 電力變壓器箱體異常過熱，渦流過熱，高、低壓套管上、下兩端連接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。

（10） 各類電動機(jī)軸瓦接觸不良以及本體內(nèi)、外中心異常過熱。

（11） 高壓開關(guān)觸頭接觸不良缺陷。

（12） 大型電動機(jī)直阻超標(biāo)故障的查找。

例如給水泵電機(jī)（2500kW6000V）直阻互差超標(biāo)檢查。高壓電動機(jī)特點(diǎn)是接頭數(shù)量繁多，另一個(gè)重要特點(diǎn)是外面包有很厚的絕緣層，很難查出過熱故障點(diǎn)，如不查出局部過熱會導(dǎo)致股線絕緣的膠和劑加速分解老化變脆，導(dǎo)致絕緣分層，形成氣隙，嚴(yán)重時(shí)喪失線棒整體性，在電磁力的作用下引起振動，形成股線短路斷股并磨損絕緣，最后導(dǎo)致絕緣擊穿。我們運(yùn)用紅外成像技術(shù)在故障相施加160A電流持續(xù)20分鐘，很快成功的查找到了過熱點(diǎn)，拆開繞組絕緣發(fā)現(xiàn)此故障屬于端部斷股缺陷，通過焊接處理后，直阻合格，運(yùn)行良好。

另外，還能在保溫方面、閥門內(nèi)漏方面、凝汽器管子找漏方面有良好應(yīng)用。

4 結(jié)論

紅外成像能夠快速、準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并測出故障點(diǎn)的溫度，為設(shè)備正常運(yùn)行和檢修提供保障和依據(jù)，我們要充分應(yīng)用這一手段，不斷摸索、積累經(jīng)驗(yàn)，通過檢測診斷、故障分析，使成像技術(shù)在設(shè)備管理中得到最大限度的發(fā)揮，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

篇10

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；實(shí)踐案例；工程項(xiàng)目；多學(xué)科融合

1 背景

計(jì)算思維是一個(gè)抽象的理論概念。所謂思維是指人類大腦認(rèn)識世界的活動，人們在學(xué)習(xí)、理解和掌握新鮮事物過程中，常常是通過搜集各種有用信息，然后對其進(jìn)行分析、整理、加工和改造，從而形成自己特有的思維方法和理解手段，以認(rèn)識事物的本質(zhì)和規(guī)律。在思維過程中，數(shù)學(xué)即計(jì)算起著非常重要的作用，它是實(shí)現(xiàn)從理論思維到實(shí)驗(yàn)思維的重要方法。1975年圖靈獎共同獲得者Herbert Simon和Allen Newell提出思維就是計(jì)算認(rèn)知，就是計(jì)算的思想。由此可見，計(jì)算和思維是密不可分的。理論思維、計(jì)算思維和實(shí)驗(yàn)思維統(tǒng)稱為3大科學(xué)思維。

計(jì)算思維主要是由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授提出的，她認(rèn)為計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動腳。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，計(jì)算思維中的抽象最終要求能夠機(jī)械地一步步自動執(zhí)行。那么，在整個(gè)計(jì)算思維活動中，誰負(fù)責(zé)抽象？誰又進(jìn)行自動化呢？這就涉及計(jì)算思維的2個(gè)對象主體，即人和計(jì)算機(jī)。在解決實(shí)際問題時(shí)，計(jì)算思維對象主體之一的人對問題進(jìn)行抽象和處理，將實(shí)際需求轉(zhuǎn)化為問題空間的求解模型，再用編程語言加以實(shí)現(xiàn)，最后由計(jì)算機(jī)按照人的指令自動執(zhí)行和求解程序。

通俗地講，計(jì)算思維就是通過人的思維進(jìn)行計(jì)算，即人通過特定的思維活動使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題。計(jì)算機(jī)在解題過程中充當(dāng)媒介的作用，它是人和機(jī)器相結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)然，人也可以取代計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算，即計(jì)算思維是可以完全脫離機(jī)器的，但是在某些方面，計(jì)算機(jī)的性能要優(yōu)于人，如機(jī)器執(zhí)行指令的速度、精確度和可靠性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類；而人的思維能力則是計(jì)算機(jī)無法模擬的。計(jì)算機(jī)賦予人強(qiáng)大的計(jì)算能力，而人給予計(jì)算機(jī)激情。因此，電子計(jì)算機(jī)的創(chuàng)造給計(jì)算思維帶來深遠(yuǎn)的影響。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了人和機(jī)器、思維和計(jì)算的完美結(jié)合，同時(shí)也使得人們有勇氣實(shí)現(xiàn)“只有想不到，沒有做不到”的境界。

2 計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)科學(xué)

計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)科學(xué)有著密不可分的聯(lián)系，計(jì)算思維促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)科學(xué)推動計(jì)算思維的研究和應(yīng)用。

隨著以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)迅猛發(fā)展，計(jì)算思維對各個(gè)學(xué)科的影響尤其是對計(jì)算機(jī)學(xué)科的作用日益凸顯。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，核心是基于計(jì)算模型和約束的問題求解；而計(jì)算機(jī)科學(xué)恰恰是利用抽象思維建立求解模型并將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為符號語言，再利用計(jì)算機(jī)自動執(zhí)行的。其中，抽象是計(jì)算機(jī)學(xué)科的最基本原理，而自動計(jì)算則是計(jì)算機(jī)學(xué)科的最顯著特征。計(jì)算思維反映的是計(jì)算機(jī)學(xué)科最本質(zhì)的特征和最核心的方法。計(jì)算思維雖不是計(jì)算機(jī)科學(xué)的特有產(chǎn)物，甚至它的出現(xiàn)要先于計(jì)算機(jī)科學(xué)，但是計(jì)算機(jī)的發(fā)明卻給計(jì)算思維的研究和發(fā)展帶來根本性變化。計(jì)算機(jī)在數(shù)學(xué)計(jì)算和信息處理中無可比擬的優(yōu)勢，使得原本只有在理論層面可以構(gòu)造的事物變成了現(xiàn)實(shí)世界可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)物，拓展了人類認(rèn)知世界和解決問題的能力和范圍，推進(jìn)了計(jì)算思維在形式、內(nèi)容和表述等方面的探索。

因此，計(jì)算機(jī)學(xué)科是最能反映計(jì)算思維能力的學(xué)科，將計(jì)算思維引入計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)也是十分有必要的。計(jì)算思維能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)人才所應(yīng)具備的最基本和最重要的能力之一。

3 計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀

目前，計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)面臨一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）課程設(shè)置無優(yōu)勢。很多工科院系都開設(shè)了與計(jì)算機(jī)相關(guān)的各門課程，制定的課程體系比計(jì)算機(jī)專業(yè)要求還高。在毫無課程優(yōu)勢的條件下，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生又缺乏其他學(xué)科知識背景，解決特定領(lǐng)域問題時(shí)存在溝通和開發(fā)障礙。單就從利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的層面看，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生與非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生相比無明顯優(yōu)勢。

2）理論和實(shí)踐銜接不緊密。計(jì)算機(jī)學(xué)科具有明顯的理工科特征，是一門集科學(xué)、工程和應(yīng)用于一體的學(xué)科。在計(jì)算機(jī)學(xué)科中，很多課程都設(shè)置有理論教學(xué)和配套實(shí)驗(yàn)2個(gè)環(huán)節(jié)，但實(shí)際教學(xué)中存在理論知識和實(shí)踐內(nèi)容銜接不緊密，實(shí)驗(yàn)案例更新較慢，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)難易不均或偏離理論教學(xué)等問題，導(dǎo)致學(xué)生很難通過實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)深入理解、掌握和驗(yàn)證所學(xué)理論。

3）重教輕育。目前，很多教師非常重視課程內(nèi)容的更新、教學(xué)方法的改革和授課技能的提高，卻時(shí)常忽略學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)。教師只關(guān)注如何將知識以成品形式灌輸給學(xué)生和檢驗(yàn)學(xué)生對知識“復(fù)制”程度等“教”的培養(yǎng)，而缺乏對學(xué)生主動獲取知識、重新構(gòu)建知識、再次利用知識等“育”的延伸?，F(xiàn)有的教學(xué)過程是間斷的，沒有延續(xù)性。在授課學(xué)時(shí)和課程容量等客觀因素限制下，教師傳授給學(xué)生的是經(jīng)過抽象、加工和簡化后的現(xiàn)成模型和理想化系統(tǒng)，學(xué)生所學(xué)的學(xué)科知識和現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際應(yīng)用基本上是脫節(jié)的。即便理論知識掌握的再高深和實(shí)踐技能鍛煉的再嫻熟，學(xué)生依然是紙上談兵，無法獨(dú)立解決真實(shí)世界中的各種問題。

4 注重計(jì)算思維培養(yǎng)

從上述分析不難看出，教師在計(jì)算機(jī)學(xué)科中加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)是基本的，也是必須的要求。那么，如何將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)學(xué)科中，實(shí)現(xiàn)思維與教學(xué)的無縫連接呢？我們主要從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。

1）利用實(shí)踐案例“教”計(jì)算思維。

有過計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)經(jīng)歷的教師都有這樣的體會，教給學(xué)生一門知識或技能相對容易，但教會學(xué)生某種能力或思維卻很難，原因在于計(jì)算機(jī)涉及的很多內(nèi)容都具有非物理特征，如程序執(zhí)行、系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)存分配等活動都是透明的，無法被感知。學(xué)習(xí)者不能直接獲取感性認(rèn)識，更難建立起理性認(rèn)識并指導(dǎo)實(shí)踐活動。另外，抽象是使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的第一步，但它也是無形之物，是人腦的思考過程。我們?nèi)绾握业揭粋€(gè)有效載體，將這些“只可意會”的模型和理論賦予其中，讓學(xué)生更好且更容易地體會計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其工作原理呢？答案是寓抽象于實(shí)踐。實(shí)踐是將思維形象化和具體化的重要手段。在授課過程中，教師應(yīng)注重理論知識和實(shí)踐能力的結(jié)合，設(shè)計(jì)各種典型案例并著重講解如何將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成形式化描述的思考過程，加強(qiáng)學(xué)生抽象思維和邏輯思維的培養(yǎng)。這就是目前常用的案例化教學(xué)模式，而在融入計(jì)算思維的前提下，它又要滿足更高要求。

①案例既要源于現(xiàn)實(shí)世界，又不能過于復(fù)雜和難以理解。教學(xué)案例可分為3個(gè)層次：底層為現(xiàn)實(shí)世界中的事物模型；中層為信息世界中的抽象模型；頂層為機(jī)器世界中的數(shù)據(jù)模型。以計(jì)算思維為特征的教學(xué)案例的3個(gè)層次如圖1所示。

與現(xiàn)存的基于中層或頂層的案例設(shè)計(jì)不同，以計(jì)算思維為特征的案例教學(xué)要以現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物為研究對象，旨在讓學(xué)生能夠身臨其境地理解“計(jì)算機(jī)科學(xué)家”將事物模型一步步轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能理解的符號模型的求解過程，從而減少學(xué)生只會解答理想模型而不能求解現(xiàn)實(shí)問題的現(xiàn)象。另外，案例設(shè)計(jì)要難易適中和繁簡得當(dāng)，要對實(shí)際問題進(jìn)行裁剪和提煉。教師應(yīng)結(jié)合相關(guān)理論內(nèi)容，模擬“精化后”的、更理性、較直接的知識發(fā)現(xiàn)過程。學(xué)生則通過循序漸進(jìn)的思維鍛煉，逐步掌握高度的抽象思維和嚴(yán)密的邏輯思維，努力構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型的概念。

②案例既要體現(xiàn)人的思考過程，又要有計(jì)算機(jī)的行為。以計(jì)算思維為特征的案例教學(xué)要能體現(xiàn)人和計(jì)算機(jī)協(xié)同解決問題的全過程，即演示人如何從現(xiàn)實(shí)世界抽象模型轉(zhuǎn)而到信息世界，再如何從信息世界描述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)而到機(jī)器世界，計(jì)算機(jī)如何在機(jī)器世界執(zhí)行程序并反饋結(jié)果的各個(gè)階段。

教師要讓學(xué)生理解人和計(jì)算機(jī)之間的辯證關(guān)系，即人指揮計(jì)算機(jī)工作，計(jì)算機(jī)約束人的操作；更要進(jìn)一步讓學(xué)生體會人和計(jì)算機(jī)在高效處理、性能優(yōu)化和便捷使用等方面的互制作用，即人的思維越深入，模型構(gòu)建越合理，計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率越高，系統(tǒng)可靠性越強(qiáng)，而計(jì)算機(jī)性能越高、運(yùn)算速度越快，人需顧忌的因素越小，思維受限越低。學(xué)生在探究型教學(xué)模式的培養(yǎng)下，從實(shí)際案例中體會人和計(jì)算機(jī)在問題求解過程中的不同角色和任務(wù)分工，逐漸將計(jì)算思維的思想和方法融入一般事務(wù)的處理中，形成自己的經(jīng)驗(yàn)和思路，構(gòu)成以教促學(xué)的回路。計(jì)算思維模式下的教學(xué)如圖2所示。

2）利用工程項(xiàng)目“學(xué)”計(jì)算思維。

教學(xué)的最終目的是學(xué)以致用。作為教育者，我們不希望培養(yǎng)出來的只是會解決書本問題的“讀書機(jī)器”，而期盼能培養(yǎng)出像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣思考問題的優(yōu)秀人才。對于產(chǎn)生的任何思想和建立的模型，我們最終都要將其運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中加以驗(yàn)證和檢驗(yàn)。因此，當(dāng)學(xué)生具備一定的理論基礎(chǔ)和對客觀事物的抽象能力，學(xué)會如何對具體問題建模后，教師最好能以工程項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)為最終考核目標(biāo)。

項(xiàng)目式培養(yǎng)模式的引入既能最大程度地發(fā)揮學(xué)生的知識和技能，又能極力縮短理論和現(xiàn)實(shí)之間的距離，是打通課堂教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用的最好手段。它實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐、思維和能力的無縫連接。教師在將工程項(xiàng)目引入課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①工程項(xiàng)目既要緊扣理論知識，又要高于書本中的知識內(nèi)容。教師在以工程項(xiàng)目為主要教學(xué)手段的學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)中，以工程項(xiàng)目的選取作為最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工程項(xiàng)目的選取直接影響學(xué)生是否能成功邁出從現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)入信息世界的第一步。工程項(xiàng)目不同于普通案例，它源于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜系統(tǒng)并且具有實(shí)際意義，在難度、深度和廣度上均高于普通案例。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會遇到較大阻力。教師要在項(xiàng)目內(nèi)容的選取、難易程度的設(shè)置、書本內(nèi)容和課外知識的結(jié)合等各方面下工夫和花精力，可結(jié)合理論內(nèi)容對所選項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)刪減和修改以適應(yīng)教學(xué)實(shí)情，添加一定的注釋和題解以幫助學(xué)生理解，最好還能根據(jù)學(xué)生的不同水平制訂不同的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

②工程項(xiàng)目應(yīng)盡量涵蓋多個(gè)知識點(diǎn)。工程項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)相對較長的過程，若教師為每個(gè)知識點(diǎn)都配置一個(gè)與之對應(yīng)的工程項(xiàng)目，既不現(xiàn)實(shí)又無意義，但要想僅依賴一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目講解所有知識點(diǎn)更不可能。因此，教師需要根據(jù)課程大綱和學(xué)時(shí)要求采取分模塊教學(xué)的方法，以模塊形式組織知識點(diǎn)，以模塊內(nèi)容構(gòu)建項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目應(yīng)包含若干相關(guān)知識點(diǎn)且項(xiàng)目容量要適度，既不能大而全，又不要小而碎。

3）利用多學(xué)科融合“促”計(jì)算思維。

計(jì)算思維的培養(yǎng)不是計(jì)算機(jī)單一學(xué)科或信息技術(shù)某幾個(gè)學(xué)科的要求，而是整個(gè)大學(xué)通識教育的重要組成部分。思維可以不受學(xué)科限制，不同專業(yè)背景的學(xué)生在思考問題的角度、解決問題的方法、處理問題的手段等方面具有共通性。計(jì)算機(jī)學(xué)科的普及和發(fā)展使得自身與各學(xué)科的聯(lián)系越來越緊密，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為中心的多學(xué)科交叉融合的網(wǎng)狀研究形態(tài)正在逐漸形成。以計(jì)算機(jī)學(xué)科為中心的多學(xué)科交叉融合如圖3所示。

為了讓學(xué)生尤其是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生更好地理解和掌握計(jì)算機(jī)的原理和本質(zhì)，更好地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決本學(xué)科實(shí)際問題，教師在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中應(yīng)以計(jì)算機(jī)的核心概念、重要原理和先進(jìn)技術(shù)為依托，以計(jì)算思維的解決思路為主線，以多學(xué)科融合的典型案例為延伸，打破各學(xué)科之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)思維的遷移。