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由于機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別,兩者間的聯(lián)系須通過(guò)機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖,因此機(jī)電接口起著非常重要的作用:
(1)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機(jī)的I/O芯片都是TTL電平,而控制設(shè)備則不一定,因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換;另外,在大負(fù)載時(shí)還需要進(jìn)行功率放大;
(2)抗干擾隔離。為防止干擾信號(hào)的串入,可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離;
(3)進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)被控對(duì)象的檢測(cè)和控制信號(hào)為模擬量時(shí),必須在微機(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象之間設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路,以保證微機(jī)所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號(hào)輸入接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,反映被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)是傳感器或變送器的輸出信號(hào),通常這些輸出信號(hào)是模擬電壓或電流信號(hào)(如位置檢測(cè)用的差動(dòng)變壓器、溫度檢測(cè)用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測(cè)用的測(cè)速發(fā)電機(jī)等)計(jì)算機(jī)要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制,必須獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào),而計(jì)算機(jī)只能接受數(shù)字信號(hào),要達(dá)到獲取信息的目的,就應(yīng)將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的接口——模擬信號(hào)輸入接口。
2、模擬信號(hào)輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,控制生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行器的信號(hào)通常是模擬電壓或電流信號(hào),如交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器、滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等。而計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字信號(hào),并通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào),達(dá)到控制生產(chǎn)過(guò)程的目的,應(yīng)有將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的接口——模擬信號(hào)輸出接口。任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號(hào),以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器,達(dá)到控制對(duì)象的目的。模擬信號(hào)輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)和功率放大器幾部分構(gòu)成。
3、開(kāi)關(guān)信號(hào)通道接口。機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號(hào),即數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)信號(hào)包括:開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi);指示燈的亮與滅;繼電器或接觸器的吸合與釋放;電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止;閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉等。這些信號(hào)的共同特征是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中,對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)狀態(tài),此狀態(tài)作為控制依據(jù)。
(1)輸入通道接口。開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道接口的任務(wù)是將來(lái)自控制過(guò)程的開(kāi)關(guān)信號(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。這些信號(hào)實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號(hào),所以開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道(DI)。由于開(kāi)關(guān)信號(hào)只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號(hào)“1”和“0”,但是其電平一般與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同,與計(jì)算機(jī)連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過(guò)程噪聲隔離等設(shè)計(jì)問(wèn)題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。
(2)輸出通道接口。開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)通過(guò)邏輯運(yùn)算處理后的開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)執(zhí)行器(如繼電器或報(bào)警指示器)。它實(shí)質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道,又稱為數(shù)字輸出通道(DO)。DO通道接口設(shè)計(jì)主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行器的功率。開(kāi)關(guān)量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機(jī)接口
人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng)(主要是控制微機(jī))之間進(jìn)行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向,可以分為輸入與輸出接口兩大類。機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及結(jié)果等信息;另一方面,操作者通過(guò)輸入接口向機(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。
1、輸入接口。
(1)撥盤(pán)輸入接口。撥盤(pán)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種輸入設(shè)備,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù),如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等,采用撥盤(pán)較為方便,這種方式具有保持性。撥盤(pán)的種類很多,作為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤(pán)。BCD碼撥盤(pán)可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)展口相連,以BCD碼形式輸入信息。
(2)鍵盤(pán)輸入接口。鍵盤(pán)是一組按鍵集合,向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤(pán)有:
1)編碼鍵盤(pán),自動(dòng)提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進(jìn)制碼);
2)非編碼鍵盤(pán),僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷(“0”或“1”電位),而按鍵的掃描和識(shí)別,則由設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者使用方便,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高;后者電路簡(jiǎn)單,便于設(shè)計(jì)。
2、輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,發(fā)光二極管顯示器(LED)是典型的輸出設(shè)備,由于LED顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜,因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡(jiǎn)單,是同名管腳上所加電平高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED顯示器一般用來(lái)顯示復(fù)雜符號(hào)、字母及表格等,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ):
接口技術(shù)是研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口問(wèn)題,使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢,使系統(tǒng)各部分有機(jī)地結(jié)合在一起,形成完整的系統(tǒng)。接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越重要;同時(shí)接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。從某種意義上講,機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì),就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的接口設(shè)計(jì)。接口的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能,以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,因此接口技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:原機(jī)原理,實(shí)驗(yàn)教學(xué),接口技術(shù)
中圖分類號(hào):G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16727800(2011)012019302
基金項(xiàng)目:湖南省光電課程組教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目,衡陽(yáng)師范學(xué)院教研課題(Jykt201007);湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011FJ3097)
作者簡(jiǎn)介:龍祖強(qiáng)(1974-),男,湖南湘鄉(xiāng)人,博士,衡陽(yáng)師范學(xué)院副教授,研究方向?yàn)槟:刂评碚摷皯?yīng)用;張登玉(1962-),男,湖南祁陽(yáng)人,博士,衡陽(yáng)師范學(xué)院教授,研究方向?yàn)榱孔庸鈱W(xué)與量子信息;許岳兵(1962-),男,湖南岳陽(yáng)人,碩士,衡陽(yáng)師范學(xué)院講師,研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開(kāi)發(fā);劉燦(1984-),女,山東菏澤人,碩士,衡陽(yáng)師范學(xué)院講師,研究方向?yàn)樽灾刂萍夹g(shù)。
1教學(xué)現(xiàn)狀
微機(jī)接口技術(shù)是一種硬件軟件相互交錯(cuò)且互為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù),其教學(xué)內(nèi)容枯燥抽象,課時(shí)數(shù)量不足,教師的教學(xué)難度較大,普遍存在有勁使不上的感覺(jué)。同時(shí),學(xué)生對(duì)于這門(mén)課程的學(xué)習(xí)目的不明確,多數(shù)認(rèn)為沒(méi)有什么實(shí)際用途,對(duì)自己今后就業(yè)沒(méi)有幫助。另外,本門(mén)課程要求學(xué)生對(duì)匯編語(yǔ)言有一定的基礎(chǔ),在當(dāng)前浮躁的社會(huì)氣氛下,急功近利的學(xué)生也不在少數(shù),認(rèn)為該課程不象高級(jí)語(yǔ)言程序課程那樣立竿見(jiàn)影地解決許多應(yīng)用問(wèn)題。實(shí)際上,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防,以及日常生活中涉及到微機(jī)接口技術(shù)的實(shí)例很多,比如自動(dòng)稱量包裝系統(tǒng),自動(dòng)種子培育系統(tǒng),自動(dòng)火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng),智能電梯控制系統(tǒng)等等,這就要求教師在理論教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合當(dāng)今信息科技的新技術(shù),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該課程有正確的認(rèn)識(shí),增加學(xué)生對(duì)科技的興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),教師可以嘗試使用一些簡(jiǎn)單實(shí)用的案例作為實(shí)踐教學(xué)的切入點(diǎn),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),增強(qiáng)學(xué)生的求知欲,盡可能的改變學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差,學(xué)習(xí)興趣較低的現(xiàn)象。
學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件系統(tǒng)老化,大多數(shù)是一些箱式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。并且,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠提供給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般是使用單個(gè)接口芯片(例如8255、8251、74LS273),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一些偷懶的學(xué)生不愿意親自動(dòng)手編寫(xiě)程序,只是簡(jiǎn)單地連接導(dǎo)線并調(diào)用固化程序來(lái)完成實(shí)驗(yàn),從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。另外,教學(xué)設(shè)計(jì)不合理,部分院校在制定教學(xué)大綱的過(guò)程中理論和實(shí)踐比例安排失調(diào),實(shí)踐教學(xué)安排過(guò)少,導(dǎo)致學(xué)生不能夠充分利用資源進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。
2教學(xué)改革
2.1改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從屬于理論教學(xué)的,改革的思路是就要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)必須對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整編與更新。既要保證實(shí)驗(yàn)課與理論課的銜接,又要達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力的目的。經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐,我們決定繼續(xù)選用8255、8279、8253、8259、A/D及D/A等通用接口芯片作為實(shí)驗(yàn)接口芯片,其中包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn),并且循序漸進(jìn)地加大綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性研究性實(shí)驗(yàn)的比例。在此基礎(chǔ)上,引入EDA技術(shù)是非常必要的。這樣可以使得實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展為兩部分,即常規(guī)的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)和基于CPLD/FPGA硬件描述語(yǔ)言的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與愛(ài)好安排自己的實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有更大空間發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力。具體的方法如下:
(1)要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)課程預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)對(duì)如質(zhì)如量在規(guī)定的時(shí)間里完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是非常必要的,因此我們每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前就安排下一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求,結(jié)合課堂教授的理論知識(shí),亦可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料,做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作,做到實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_、實(shí)驗(yàn)原理明晰,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充實(shí)。
(2)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前不再簡(jiǎn)單地給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)電路和接口程序,只提出具體的實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求的理解和分析,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、電路和編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序,以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。
(3)實(shí)驗(yàn)課時(shí)增設(shè)師生互動(dòng)環(huán)節(jié)、增加學(xué)生之間的交流與討論,改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式,建立“以學(xué)生為主體、教師啟發(fā)為輔導(dǎo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。
2.2整編實(shí)驗(yàn)教材
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新必須反映到實(shí)驗(yàn)教材上。對(duì)于新實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě),我們應(yīng)該摒棄舊的教材模式,更新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,且將重點(diǎn)內(nèi)容放在接口芯片和實(shí)驗(yàn)器材的功能介紹上。為此,我們?nèi)∠司唧w的實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)連接線圖及實(shí)驗(yàn)程序,取而代之的是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)流程圖及實(shí)驗(yàn)思考提問(wèn)等內(nèi)容。
2.3改進(jìn)考核方法
對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)科學(xué)合理的考核評(píng)定,可以有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣,是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。為提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)計(jì)能力,我們應(yīng)該根據(jù)接口實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn),建立一種多元化的考核方法,即不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,考核的側(cè)重點(diǎn)不同,綜合地評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)。
(1)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)考核方式。主要觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的基本操作能力,同時(shí)考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)( 60% ) 和實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)考核成績(jī)(20%) 、實(shí)驗(yàn)發(fā)揮部分考核成績(jī)(20% )組成。實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)程序、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)理論考核由學(xué)院統(tǒng)一組織,采用筆試考核確定成績(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)揮部分考核成績(jī)主要考查選做部分的完成情況。不必每次實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行考核,可以采用抽查的方式,只要保證每個(gè)學(xué)生在一個(gè)學(xué)期內(nèi)至抽到三次即可。
(2)綜合性實(shí)驗(yàn)考核方式。綜合性實(shí)驗(yàn)往往包括了若干個(gè)實(shí)驗(yàn)原理,考核目標(biāo)應(yīng)該考查實(shí)驗(yàn)原理的合理性,實(shí)驗(yàn)操作的正確性和可行性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、結(jié)論與數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成,由指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)際情況以抽查的方式進(jìn)行考核。
(3)設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)考核方式。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn),應(yīng)該重點(diǎn)考查學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新的能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)采用小論文答辯方式進(jìn)行考核,學(xué)生要將選題綜述、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果與分析整理成論文,由指導(dǎo)教師評(píng)閱后組織答辯并給分。
3結(jié)束語(yǔ)
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,目前正面臨著諸如教師難教學(xué)生難學(xué)的困境,也存在實(shí)驗(yàn)儀器老化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)改革與實(shí)踐,我們深化了課程改革和建設(shè),提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量?,F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與方法、實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)考核方式比以前均有明顯的改進(jìn),極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,增強(qiáng)了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。
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關(guān)鍵詞:微機(jī)原理;接口;實(shí)踐教學(xué)體系;遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn);教學(xué)平臺(tái)
中圖分類號(hào):TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2013)31-7066-02
《微機(jī)原理及接口技術(shù)(含匯編)》是電類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)平臺(tái)課程,其主要任務(wù)是使學(xué)生從理論和實(shí)踐的層面掌握現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作原理及典型接口技術(shù),建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念,使學(xué)生具有運(yùn)用現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)進(jìn)行軟、硬件開(kāi)發(fā)的初步能力。但是,該課程理論性強(qiáng),概念抽象,教師感覺(jué)難教,學(xué)生感覺(jué)難理解、難掌握,因些在精品課程建設(shè)中需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行改革,精選教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)新教學(xué)方法,利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,適應(yīng)教學(xué)改革的整體要求。
1 教學(xué)內(nèi)容改革
1.1 理論教學(xué)改革
本課內(nèi)容以80x86、匯編語(yǔ)言、可編程接口芯片等內(nèi)容為主,很少結(jié)合計(jì)算機(jī)硬件近10年來(lái)新技術(shù)和新產(chǎn)品的發(fā)展。在改革時(shí)應(yīng)注意:
1)制定合理教學(xué)大綱。教學(xué)大綱是教學(xué)計(jì)劃、學(xué)科任務(wù)、學(xué)生知識(shí)水平及素質(zhì)培養(yǎng)的目標(biāo)要求。例如,針對(duì)我院計(jì)算機(jī)專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)分別設(shè)置了該課程的任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)時(shí)分配、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)措施與評(píng)價(jià)手段。
2)教學(xué)內(nèi)容詳略得當(dāng)。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重學(xué)科體系的完整和前后內(nèi)容的有機(jī)銜接,突出應(yīng)用、詳略得當(dāng),減少過(guò)多、過(guò)深的原理性分析。在教學(xué)中要做到:
① 基本概念解釋清楚,重點(diǎn)突出;
② 理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合,現(xiàn)實(shí)微機(jī)舉例與理論內(nèi)容結(jié)合起來(lái),增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;
③ 引進(jìn)項(xiàng)目案例,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力;
④ 及時(shí)選擇典型的習(xí)題或作業(yè)分析、講解,鞏固所學(xué)知識(shí);
⑤ 補(bǔ)充微機(jī)方面的新技術(shù)、新動(dòng)向,適應(yīng)微機(jī)接口方面的發(fā)展。
3)教材和題庫(kù)建設(shè)。教材和實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)容陳舊,無(wú)法正確表達(dá)工程實(shí)際需要,為了滿足社會(huì)需求和突出實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,改進(jìn)教材、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和編寫(xiě)題庫(kù)。
1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革—構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系
《微機(jī)原理及接口技術(shù)(含匯編)》是一門(mén)技術(shù)性強(qiáng)、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)技能要求高和內(nèi)容豐富的專業(yè)課程。如果學(xué)生只靠硬背是不能理解微型計(jì)算機(jī)的工作原理的,要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐中驗(yàn)證、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。
該課程的實(shí)踐教學(xué)改革著重研究構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系,推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、整合,形成多層次、相對(duì)獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)體系。加大實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)比例,本課程傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)安排包括兩部分:第一部分是匯編語(yǔ)言程序的調(diào)試,第二部分是常用接口芯片的使用,包括8253、0809、0832、8255、8259 及 LED 顯示等。這些實(shí)驗(yàn)主要以實(shí)驗(yàn)箱為平臺(tái),實(shí)驗(yàn)時(shí)只需按說(shuō)明書(shū)設(shè)定參數(shù),按照步驟驗(yàn)證結(jié)果,得到仿真或屏幕顯示數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)易操作,易實(shí)現(xiàn),但是缺乏創(chuàng)新性,不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在我校校企合作的基礎(chǔ)上,該課程的實(shí)踐教學(xué)采取多種方法:
1)實(shí)驗(yàn)箱擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)。許多實(shí)驗(yàn)箱上預(yù)留了擴(kuò)充的接口或空間,可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),讓學(xué)生進(jìn)行自主型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。
2)項(xiàng)目實(shí)例驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)8255或8253等接口芯片的內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際能力,簡(jiǎn)化需求、降低實(shí)踐難度,分析項(xiàng)目原理,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)項(xiàng)目。學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作以小組形式參與實(shí)例項(xiàng)目開(kāi)發(fā),完成從硬件電路圖設(shè)計(jì)到匯編語(yǔ)言編程,再到系統(tǒng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的全過(guò)程。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力。
3)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。教師、項(xiàng)目研究人員或?qū)W生可以在業(yè)余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室,利用已有實(shí)驗(yàn)箱或?qū)W校下?lián)艿膶?shí)驗(yàn)基金購(gòu)買(mǎi)部分實(shí)驗(yàn)器材,自主完成一些綜合性、設(shè)計(jì)性、甚至創(chuàng)想性實(shí)驗(yàn);還可以將一些微機(jī)或者單片機(jī)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)常用的開(kāi)發(fā)板、仿真器或者各種芯片發(fā)放給感興趣的學(xué)生,讓學(xué)生在宿舍就能形成興趣小組搭建自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
4)加強(qiáng)畢業(yè)論文硬件設(shè)計(jì)。為喜歡硬件的畢業(yè)生設(shè)置與微機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的選題,學(xué)生根據(jù)自己的情況確定題目,通過(guò)分析選題、查閱資料,設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案和總體結(jié)構(gòu),最終完成電路設(shè)計(jì)、編寫(xiě)程序和調(diào)試運(yùn)行,總結(jié)完成畢業(yè)論文。
5)建立Proteus仿真軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。使用軟件仿真是硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種可行的教改方法,既可以進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),也可以進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn),不僅節(jié)省硬件資源,還有助于提高教學(xué)質(zhì)量,改善實(shí)踐教學(xué)效果。
6)利用校園網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使教師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交互指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程、解答問(wèn)題及處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。學(xué)生可以利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)或驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本和課堂時(shí)間。
7)強(qiáng)化專業(yè)課的教育實(shí)習(xí)。利用本課程所學(xué)知識(shí),安排優(yōu)秀學(xué)生到校企合作的生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地研發(fā)或設(shè)計(jì)實(shí)際項(xiàng)目,提高他們的技術(shù)應(yīng)用能力。
2 教學(xué)方法改革
2.1 傳統(tǒng)板書(shū)與多媒體相結(jié)合
使用傳統(tǒng)板書(shū)方式,教師將解題過(guò)程逐行書(shū)寫(xiě)在黑板上的過(guò)程是向?qū)W生展示解題思路的過(guò)程,易于引起學(xué)生注意和幫助學(xué)生分析思考。多媒體課件的制作與完善,會(huì)使原本枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng),活潑,能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本概念和基本理論的理解。例如:教師在課堂上運(yùn)用仿真軟件Proteus進(jìn)行演示,學(xué)生可以清楚地看到電路內(nèi)部連接及I/O接口連線,不僅加深了印象,而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外,動(dòng)畫(huà)教學(xué)真實(shí)而直觀地將程序的流程、指令的執(zhí)行過(guò)程或者微機(jī)內(nèi)部功能部件的工作原理呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí),在視覺(jué)上吸引了學(xué)生的注意力,幫助學(xué)生將教學(xué)內(nèi)容化難為易、化繁為簡(jiǎn)。
2.2 建立課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的開(kāi)展,建立一個(gè)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),給學(xué)生提供豐富的、滿足需求的教學(xué)資源,給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)自學(xué)環(huán)境。通過(guò)網(wǎng)站學(xué)生可以獲取包括大綱、課件、視頻、題庫(kù)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等教學(xué)資料,同時(shí)還提供自測(cè)考試系統(tǒng)以及交流平臺(tái),通過(guò)章節(jié)測(cè)試,學(xué)生可以及時(shí)將自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況、存在的疑問(wèn)到網(wǎng)絡(luò)上,教師也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)解答學(xué)生的問(wèn)題,并根據(jù)學(xué)生的反饋信息調(diào)整教學(xué)手段與教學(xué)進(jìn)度,不斷提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性。
2.3 教學(xué)過(guò)程三步法
1)概括與比較:每章內(nèi)容講解前,可以先圖或表的形式描述該章主要內(nèi)容,明確需要掌握的、需要了解的知識(shí)點(diǎn),并比較這些知識(shí)點(diǎn)與已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)的關(guān)系,使計(jì)算機(jī)的多門(mén)課程中相關(guān)的內(nèi)容很好地融合在一起,幫助同學(xué)們學(xué)會(huì)知識(shí)的融會(huì)貫通。
2)提問(wèn)與交流:在教學(xué)過(guò)程中,適當(dāng)?shù)靥岢鰡?wèn)題,采用提問(wèn)式、對(duì)比式、誘導(dǎo)式、演講式和討論式等教學(xué)方式,可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中,投入到問(wèn)題的分析討論中,充分發(fā)揮自身的主動(dòng)性,激發(fā)靈感。加強(qiáng)與學(xué)生的交流,包括情緒、思維方式的交流,有助于啟發(fā)式教學(xué)。
3)總結(jié)與測(cè)試:為了鞏固所學(xué)知識(shí)和對(duì)知識(shí)的承上啟下,在每章結(jié)束時(shí)有必要對(duì)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和小測(cè)。一方面可以及時(shí)反饋學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,及時(shí)答疑解惑;另一方面可以督促學(xué)生的學(xué)習(xí),重視平時(shí)的學(xué)習(xí),讓學(xué)生學(xué)到專業(yè)知識(shí),而不只是為了應(yīng)付考試。
3 師資隊(duì)伍建設(shè)
對(duì)師資隊(duì)伍的建設(shè),課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)制定了師資隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃,建設(shè)一支學(xué)科基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍。
1)課程負(fù)責(zé)人定期組織精品課程的教研活動(dòng),針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段的改革與創(chuàng)新等主題進(jìn)行教學(xué)研討活動(dòng)。在教研活動(dòng)中,課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)的教師各抒己見(jiàn),將自己在教學(xué)實(shí)踐中新的創(chuàng)意、好的做法加以討論,聽(tīng)取意見(jiàn),取得共識(shí)。
2)組織多樣化的教師學(xué)習(xí)。邀請(qǐng)專家或設(shè)備研發(fā)工程師進(jìn)校為教師作相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)或指導(dǎo);定期到外??疾鞂W(xué)習(xí)、培訓(xùn)、進(jìn)修,以便及時(shí)掌握新技術(shù)、新知識(shí)。
3)構(gòu)建多層人才團(tuán)隊(duì)。通過(guò)內(nèi)部培養(yǎng)和外部引進(jìn)方式,保證課程師資隊(duì)伍在學(xué)歷、年齡、職稱、知識(shí)結(jié)構(gòu)等方面層次合理。
4 課程考核方式改革
本門(mén)課程要求硬件與軟件結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合,所以應(yīng)當(dāng)降低卷面理論知識(shí)考試所占比重,增加實(shí)驗(yàn)操作技能部分的考核。
1)課程考核成績(jī)的評(píng)定應(yīng)從閉卷考試成績(jī)、平時(shí)上課、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)考勤、實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況和參加涉及微機(jī)原理的各種比賽的情況等多個(gè)方面綜合考慮。
2)注重過(guò)程考核,以學(xué)生真正掌握知識(shí)為根本任務(wù),竭力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自學(xué)能力和實(shí)踐能力。
5 結(jié)束語(yǔ)
本課程的建設(shè)在教學(xué)內(nèi)容上,重點(diǎn)研究如何提高課堂內(nèi)的教學(xué)信息量的有效方案,協(xié)調(diào)好理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系;在教學(xué)手段上,有效使用教學(xué) CAI 課件和優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源;在師資隊(duì)伍建設(shè)上,構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系專業(yè)人才培養(yǎng)。通過(guò)本課程改革,學(xué)生不僅為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程做好準(zhǔn)備,而且也為將來(lái)從事工程設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝及維修、系統(tǒng)調(diào)試等方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然,本課程的教學(xué)改革將是長(zhǎng)期的工作,這需要我們不斷地探索,不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn),從而不斷地完善課程的建設(shè)。
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關(guān)鍵詞:存儲(chǔ)模式,存儲(chǔ)設(shè)備,接口技術(shù),智能存儲(chǔ)
1. 引 言
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求及方式有了巨大的改變。表現(xiàn)在三方面:首先,許多應(yīng)用系統(tǒng),如電子商務(wù),數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)和客戶關(guān)系管理(CRM)等對(duì)存儲(chǔ)容量有巨大的要求;其次,應(yīng)用系統(tǒng)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速有效的存?。蛔詈?,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。本文敘述了存儲(chǔ)模式的發(fā)展,相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)接口技術(shù)等。NAS存儲(chǔ)技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理。
2. 存儲(chǔ)模式的發(fā)展
分為封閉系統(tǒng)存儲(chǔ)和開(kāi)放系統(tǒng)存儲(chǔ),目前主要以開(kāi)放存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用為主(如圖1示)。
圖1
2.1 內(nèi)嵌式存儲(chǔ)系統(tǒng)
內(nèi)嵌式存儲(chǔ)系統(tǒng)(Embedded Storage, ES)就是把存儲(chǔ)器內(nèi)嵌于服務(wù)器中,比如我們熟悉的PC硬盤(pán)就是這種模式,其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用,缺點(diǎn)是每個(gè)服務(wù)器只能保存有限數(shù)量的存儲(chǔ)器件,而且存儲(chǔ)容量和存取速度也受到服務(wù)器性能的限制。另外,如果服務(wù)器出現(xiàn)故障,則其存儲(chǔ)系統(tǒng)也隨之變?yōu)椴豢捎?,這是一個(gè)致命缺陷。
2.2 直接存儲(chǔ)系統(tǒng)(Direct AttachedStorage DAS)
采用獨(dú)立的外接式存儲(chǔ)設(shè)備(如RAID JBOD等)并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)(如SCSI)與服務(wù)器連接。將對(duì)存儲(chǔ)器件的讀寫(xiě)操作從應(yīng)用服務(wù)器中分離出來(lái),高速接口技術(shù)從一定程度上提高了總體存取時(shí)間。DAS又稱為以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)體系。存儲(chǔ)設(shè)備為通用服務(wù)器的一部分,該服務(wù)器同時(shí)提供應(yīng)用程序的運(yùn)行,即數(shù)據(jù)訪問(wèn)與操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和服務(wù)程序緊密相關(guān)。當(dāng)用戶數(shù)量增加或服務(wù)器正在提供服務(wù)時(shí),其響應(yīng)速度會(huì)變慢。在網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠?qū)挼那闆r下,服務(wù)器本身成為數(shù)據(jù)輸入輸出的瓶頸。
2.3 網(wǎng)絡(luò)依附存儲(chǔ)系統(tǒng)(Network AttachedStorage NAS)
NAS的結(jié)構(gòu)是以網(wǎng)絡(luò)為中心,面向文件服務(wù)的系統(tǒng)(如圖2所示)。應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分不在同一服務(wù)器上,其中專用數(shù)據(jù)服務(wù)器不再承擔(dān)應(yīng)用服務(wù),稱之為"瘦服務(wù)器"(Thin Server)。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)的接口與應(yīng)用服務(wù)器連接,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)LAN進(jìn)行訪問(wèn)。由于采用局域網(wǎng)上通用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,如NFS、CIFS等,所以NAS能夠在異構(gòu)的服務(wù)器之間共享數(shù)據(jù),如Windows NT和UNIX混合系統(tǒng)。NAS系統(tǒng)的關(guān)鍵是文件服務(wù)器,專用文件服務(wù)和存儲(chǔ)服務(wù)的服務(wù)器是文件系統(tǒng)所在地和NAS設(shè)備的控制中心,該服務(wù)器可以支持多個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)接口,每個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)都有自己的存儲(chǔ)設(shè)備。
圖2 NAS
2.4 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(StorageArea Network SAN)
SAN是以光纖通道(Fiber Channel, FC)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間通訊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖3示)。SAN的核心是FC,SAN網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機(jī)等, SAN設(shè)備需要使用光纖通道技術(shù),又稱為光纖通道路由器或光纖通道交換機(jī)。其中的服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)各自獨(dú)立,地位平等,通過(guò)高帶寬FC路由交換機(jī)相連。SAN路由器負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從服務(wù)器傳送到存儲(chǔ)設(shè)備或存儲(chǔ)設(shè)備傳送到服務(wù)器,SAN路由器使用光纖通道協(xié)議而不是TCP/IP協(xié)議,可避免大流量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生阻塞和沖突。工作站通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器,在各存儲(chǔ)設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時(shí)可不通過(guò)服務(wù)器,減輕了服務(wù)器承受的壓力。。
圖 3 SAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及設(shè)備
3. 存儲(chǔ)設(shè)備類型、接口技術(shù)簡(jiǎn)介
存儲(chǔ)系統(tǒng)模型經(jīng)歷了ES、DAS、NAS以及SAN幾個(gè)階段,不管何種模式,都涉及存儲(chǔ)設(shè)備及外界接口技術(shù)等問(wèn)題。對(duì)于SAN來(lái)說(shuō),存儲(chǔ)設(shè)備需要SAN路由器或交換機(jī)等。
3.1 存儲(chǔ)設(shè)備
3.1.1 磁帶庫(kù)
磁帶庫(kù)設(shè)備包括自動(dòng)加載磁帶機(jī)和磁帶庫(kù),自動(dòng)加載磁帶機(jī)有一個(gè)磁帶驅(qū)動(dòng)器和自動(dòng)磁帶更換裝置組成,可以從裝有多排磁帶閘中拾取磁帶并放入驅(qū)動(dòng)器中,且支持例行備份過(guò)程。
磁帶庫(kù)具有自動(dòng)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能外,存儲(chǔ)容量可達(dá)數(shù)百PB,實(shí)現(xiàn)連續(xù)備份。自動(dòng)磁帶搜索可在驅(qū)動(dòng)管理軟件控制下實(shí)現(xiàn)智能恢復(fù),實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì),擺脫人工干預(yù)。隨著制造技術(shù)和生產(chǎn)工藝的改進(jìn),磁帶庫(kù)的性能還將得到更大的提高,從而在未來(lái)的存儲(chǔ)市場(chǎng)中長(zhǎng)期扮演重要的角色。
3.1.2 光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備
光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備(CD、DVD及其驅(qū)動(dòng)器)是經(jīng)常接觸到的存儲(chǔ)系統(tǒng)。光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,可靠性好,體積小,便于攜帶且可隨機(jī)讀寫(xiě),保存時(shí)間長(zhǎng)。然而一張光盤(pán)的存儲(chǔ)容量有限,光盤(pán)塔、光盤(pán)庫(kù)以及光盤(pán)網(wǎng)絡(luò)鏡像服務(wù)器就是基于此設(shè)想而開(kāi)發(fā)的基于光盤(pán)的海量存儲(chǔ)設(shè)備。光盤(pán)網(wǎng)絡(luò)鏡像服務(wù)器是一種可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)光盤(pán)信息共享的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。具有大型光盤(pán)庫(kù)的超大存儲(chǔ)容量,而且還具有與硬盤(pán)相同的訪問(wèn)速度,其單位存儲(chǔ)成本大大低于光盤(pán)庫(kù)和光盤(pán)塔,因此光盤(pán)網(wǎng)絡(luò)鏡像器已開(kāi)始取代光盤(pán)塔和光盤(pán)庫(kù),逐漸成為光盤(pán)網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備中的主流產(chǎn)品。
3.1.3 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備
磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備具有高性能,高容量,高可靠性的特性,是目前構(gòu)建存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要設(shè)備。為進(jìn)一步提高存儲(chǔ)設(shè)備的容量和可靠性,每個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備可包含多個(gè)磁盤(pán)(磁盤(pán)陣列)。根據(jù)有無(wú)管理功能,這類存儲(chǔ)設(shè)備可分成RAID(Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks,獨(dú)立/廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列)和JBOD(Just a Bunch Of Disks)兩種。RAID內(nèi)置處理器以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤(pán)陣列的管理,根據(jù)對(duì)性能的不同要求和相應(yīng)的管理算法,分成不同的等級(jí),如RAID0,RAID1----RAID6等。JBOD在物理特性上與RAID有許多相似之處,但本身缺乏內(nèi)部管理功能,因此需要外部軟件或硬件支持。
3.2 存儲(chǔ)設(shè)備接口技術(shù)
存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的I/O接口技術(shù)與服務(wù)器,SAN交換機(jī)通信實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式的系統(tǒng)互聯(lián)。目前最主要的接口技術(shù)包括SCSI(小型機(jī)系統(tǒng)接口),iSCSI(internet SCSI ),光纖通道FC(Fiber Channel)。
3.2.1 SCSI
SCSI作為一種I/O技術(shù)方便了存儲(chǔ)的操作和管理,可以為不同類型的外圍設(shè)備提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺(tái),另外SCSI還具有占用CPU資源少,支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,出現(xiàn)了多種總線寬度,多種總線速率, SCSI總線仲裁方式等。特點(diǎn)如下;
高速總線技術(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸;
方便的存儲(chǔ)設(shè)備添加和連接;
SCSI設(shè)備間的高兼容性;
相當(dāng)?shù)目偩€長(zhǎng)度。
3.2.2 iSCSI
iSCSI是結(jié)合了TCP/IP和SCSI的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)或協(xié)議,將SCSI命令和塊狀數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中來(lái)發(fā)送和接收。發(fā)送端將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā),接收端收到TCP/IP包之后將其還原為SCSI命令和數(shù)據(jù)并執(zhí)行,完成之后將返回的SCSI命令和數(shù)據(jù)在封裝到TCP/IP包中傳送回發(fā)送端。在用戶看來(lái)整個(gè)過(guò)程就像訪問(wèn)本地的SCSI設(shè)備一樣簡(jiǎn)單。由于iSCSI是建立在IP網(wǎng)絡(luò)之上,易于將連接能力延伸到LAN區(qū)域之外,包括城域網(wǎng)和廣域網(wǎng),這使iSCSI具有更大的靈活性和較低的成本,也大大幅度降低了存儲(chǔ)系統(tǒng)的復(fù)雜性。。iSCSI的最終目的并不是代替SCSI或光纖通道,而是使IP用戶終端能夠連接到基于SCSI以及光纖通道的存儲(chǔ)設(shè)備上。
3.2.3 光纖通道
光纖通道FC(Fiber Channel)是存儲(chǔ)系統(tǒng)中常用的一種介于I/O通道和網(wǎng)絡(luò)連接之間的通信協(xié)議。。它綜合了通道通信和網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)點(diǎn),能給不同設(shè)備提供高速的數(shù)據(jù)交換通道。現(xiàn)在常見(jiàn)的有100MB/S和1000MB/S兩種速度。同時(shí)光纖通道也能提供比較遠(yuǎn)的通信距離,可達(dá)到數(shù)十公里。
光纖通道可以是點(diǎn)到點(diǎn)的直接連接,環(huán)型連接,還可以連接成網(wǎng)狀。光纖通道協(xié)議是一個(gè)分層的通信協(xié)議,包括物理層(FC-0), 編碼解碼層(FC-1),楨協(xié)議流控制層(FC-02),通用服務(wù)層(FC-3),帶上層協(xié)議層(FC-4)。光纖通道網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備必須遵循光纖通道協(xié)議的各個(gè)層次來(lái)通信。
4. 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例(圖書(shū)館應(yīng)用)
隨著技術(shù)的發(fā)展,需要存儲(chǔ)和傳播的信息量越來(lái)越龐大,信息的種類和形式越來(lái)越豐富,傳統(tǒng)圖書(shū)館的機(jī)制顯然不能滿足這些需要,因此,提出了數(shù)字圖書(shū)館的設(shè)想。數(shù)字圖書(shū)館是一個(gè)電子化信息的倉(cāng)儲(chǔ),能夠存儲(chǔ)大量各種形式的信息,用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方便地訪問(wèn),以獲得包括多媒體在內(nèi)的各種信息,信息存儲(chǔ)和用戶訪問(wèn)不受地域限制。建設(shè)的數(shù)字圖書(shū)館,是一種運(yùn)行在高速寬帶網(wǎng)絡(luò)上的、分布式超大規(guī)模的、可跨庫(kù)檢索的海量數(shù)字化信息系統(tǒng)資源庫(kù)群,對(duì)有價(jià)值的圖像、文本、語(yǔ)音、影像、影視、軟件和科學(xué)數(shù)據(jù)等多媒體信息進(jìn)行收集、加工、存儲(chǔ)和管理,實(shí)現(xiàn)知識(shí)增值,并提供基于網(wǎng)絡(luò)的電子存取服務(wù)。具體地說(shuō),圖書(shū)館主要希望實(shí)現(xiàn)三種應(yīng)用:圖書(shū)館知識(shí)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字圖書(shū)館系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和圖書(shū)館 Web 站點(diǎn)群靜態(tài)頁(yè)面存儲(chǔ)。這樣的目標(biāo)無(wú)疑對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求很高,既要求高可用性、高可靠度和大容量,還需低成本和易安裝管理(圖4示)。
圖4 NAS在圖書(shū)館的應(yīng)用
5. 總結(jié)與展望
存儲(chǔ)模式已經(jīng)歷了四個(gè)階段,各種存儲(chǔ)設(shè)備和接口協(xié)議都有待完善,各種存儲(chǔ)設(shè)備和技術(shù)正趨于融合,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際已得到應(yīng)用(如在圖書(shū)館應(yīng)用)。本文雖然做了一些簡(jiǎn)單的探索工作,卻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,其功能、需求、體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)都有待進(jìn)一步的研究。由于寬帶的發(fā)展、對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)需求的增加,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)正在迅速興起。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)將是智能的、分布式的、虛擬化的存儲(chǔ)系統(tǒng) ,能夠?qū)崿F(xiàn)自我管理、自我優(yōu)化和自我恢復(fù)的系統(tǒng),因此,它必將引起人們的重視并更加深入的研究。
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論文摘要:針對(duì)“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容存在弊端進(jìn)行了分析,面向社會(huì)需求,對(duì)教學(xué)內(nèi)容提出了新的整合,提出了與之相適應(yīng)的教學(xué)方法。經(jīng)過(guò)近幾個(gè)學(xué)期的實(shí)踐證明:新的教學(xué)方法提高了教學(xué)效果,加強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ),培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
提升應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)質(zhì)量是地方性應(yīng)用型學(xué)校的根本任務(wù),我們必須牢固樹(shù)立科學(xué)的教育發(fā)展觀、教學(xué)質(zhì)量觀和人才培養(yǎng)觀,適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展要求,及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)方案,整合教學(xué)體系,改革教學(xué)方法、教學(xué)手段,才能切實(shí)提升學(xué)生的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力。
“微機(jī)原理與應(yīng)用”是淮陰工學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我院”)電子信息工程、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,它承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)能力的重任,也是學(xué)生參加考研的一門(mén)重要課程。這門(mén)課程具有課程內(nèi)容信息量大、知識(shí)點(diǎn)零碎、理論教學(xué)多而實(shí)踐動(dòng)手少、很難提起學(xué)習(xí)興趣等特點(diǎn)。本文將淺談在教學(xué)中“如何教”及“教什么”的一些粗淺的體會(huì)。
一、本課程目前的教學(xué)內(nèi)容及存在不足
目前,大多數(shù)院校“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)現(xiàn)狀不容樂(lè)觀,主要表現(xiàn)在教材內(nèi)容與微型計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不配套、實(shí)用性較差等方面,學(xué)生普遍感覺(jué)學(xué)習(xí)難度大,學(xué)習(xí)效果不佳。目前,我院“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程教材和教學(xué)內(nèi)容的模式仍然是以8086機(jī)型為主的16位結(jié)構(gòu),外設(shè)接口芯片及其接口方法也基本停留在8位或16位上。該模式的主要優(yōu)點(diǎn)是入門(mén)相對(duì)容易、資料齊全、實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套等。相比之下,缺點(diǎn)較為明顯,主要表現(xiàn)在以下三方面。
(1)教材與教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)有微機(jī)系統(tǒng)嚴(yán)重脫節(jié)。打開(kāi)機(jī)箱來(lái)看,無(wú)論是cpu、總線還是常用的接口芯片,幾乎找不到可與課本上相對(duì)照的實(shí)物。學(xué)生從書(shū)本那里很難得到他們的答案,從而喪失了進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。
(2)講授的內(nèi)容與社會(huì)需求相脫節(jié)。目前,技術(shù)上很少使用8086系統(tǒng)的cpu作為控制芯片去開(kāi)發(fā)一個(gè)控制系統(tǒng),所以學(xué)生往往很是糊涂,因?yàn)樯鐣?huì)上普遍采用單片機(jī)、arm、dsp等作為控制器,8086系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)的需要。
(3)教學(xué)配套16位微機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊老化,普遍不具備真實(shí)的微機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。一般情況下,該模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)所用實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)是通過(guò)微機(jī)插卡的形式,通過(guò)一根扁平電纜將微機(jī)里的isa總線引至實(shí)驗(yàn)箱上,一些早期的實(shí)驗(yàn)箱更是通過(guò) rs - 232串口建立的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這樣中斷操作等重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不是在實(shí)際微機(jī)環(huán)境下運(yùn)行的,沒(méi)有真實(shí)感,學(xué)生往往只是照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)輸入接線,只要不打錯(cuò),不接錯(cuò),就能得到正確結(jié)果。這樣的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生感到索然無(wú)味,容易誤導(dǎo)學(xué)生,使有的學(xué)生有上當(dāng)受騙的感覺(jué),起不到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)效果。另外,微機(jī)實(shí)驗(yàn)所用的配套微機(jī)陳舊老化,實(shí)驗(yàn)時(shí)接口損壞之類的故障頻頻發(fā)生,極大地影響了實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。
二、適應(yīng)社會(huì)需求,整合教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)內(nèi)容采用模塊化、菜單式結(jié)構(gòu)。根據(jù)各個(gè)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案要求的不同、授課對(duì)象不同、教學(xué)側(cè)重點(diǎn)不同、學(xué)時(shí)設(shè)置不同(一般為48、56、64幾種類型)等因素,將現(xiàn)有的“微機(jī)原理及應(yīng)用”和“單片機(jī)原理及應(yīng)用”兩門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,建議組織教學(xué)時(shí),分為基礎(chǔ)模塊、提高模塊、實(shí)用項(xiàng)目模塊三大模塊內(nèi)容來(lái)組織。基礎(chǔ)模塊及項(xiàng)目模塊為必修,而提高模塊僅為考研學(xué)生開(kāi)設(shè)?,F(xiàn)在,我院普遍采用學(xué)分制,通過(guò)自由選課的方式選擇自己需要的模塊,以適應(yīng)不同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求。
1.基礎(chǔ)模塊
基礎(chǔ)模塊以intel系列16位經(jīng)典機(jī)型8086和mcs51單片機(jī)為主,主要講述四部分內(nèi)容。
(1)兩種微處理器的結(jié)構(gòu)。主要講述8086和單片機(jī)的cpu內(nèi)部組成、工作原理、各種寄存器的用法、各種標(biāo)志的含義、物理地址的形成等重點(diǎn)內(nèi)容,講授要注意兩種結(jié)構(gòu)比較,找出差別,加強(qiáng)記憶。
(2)指令系統(tǒng)及其尋址方式。講述典型的數(shù)據(jù)尋址方式,特別是常用的幾種,講解時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考尋址的目的及意義。要注意一些錯(cuò)誤的寫(xiě)法,通過(guò)練習(xí),讓學(xué)生牢固掌握各種方式地址的計(jì)算、操作數(shù)的取寫(xiě)等內(nèi)容。
(3)簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。講述結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的幾種典型的結(jié)構(gòu),通過(guò)簡(jiǎn)單的程序,讓學(xué)生掌握程序的基本構(gòu)成和程序設(shè)計(jì)的基本步驟,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的解題思路,同一問(wèn)題可以通過(guò)不同的指令組織實(shí)現(xiàn)功能。講解子程序的特點(diǎn)及定義方法,介紹一些常用的dos功能調(diào)用。
(4)中斷及接口技術(shù)。包括中斷技術(shù)、i/o端口譯碼技術(shù)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、8253a、8255a等常用可編程接口技術(shù)等。這些內(nèi)容不但是微機(jī)原理及應(yīng)用課程最基本的教學(xué)內(nèi)容,更是學(xué)好高檔微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的必備基礎(chǔ)和重要前提,教材編撰時(shí)必須堅(jiān)持這一觀點(diǎn)不動(dòng)搖,以確保足夠的篇幅和內(nèi)容。
2.提高模塊
提高模塊則全面提升至以pentium微處理器為代表的32位機(jī)上,首重闡述pentium系列微處理器的段描述符及描述符高速緩存器,實(shí)模式、保護(hù)模式、虛擬86模式等模式,超標(biāo)量流水線、高速緩存、指令分支預(yù)測(cè)等主要技術(shù),適當(dāng)引入常用的32位指令尋址方式和匯編指令、32位內(nèi)存儲(chǔ)器組織及其接口方法、32位外設(shè)可編程接口技術(shù)等以適應(yīng)國(guó)內(nèi)外微機(jī)教學(xué)從16位過(guò)渡到32位的發(fā)展趨勢(shì),使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)和掌握主流微機(jī)技術(shù)的基本原理和衍變的具體過(guò)程。同時(shí)拿出一定的學(xué)時(shí),選擇一些高校的考研試題進(jìn)行重點(diǎn)講解,提高學(xué)生對(duì)考研知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。
3.實(shí)用模塊
以實(shí)用為目的組織教學(xué)內(nèi)容。隨著高等教育的普及和發(fā)展,大學(xué)生已從精英教育逐漸過(guò)渡到大眾教育,培養(yǎng)應(yīng)用型的技術(shù)人才已經(jīng)成為許多普通高校甚至是重點(diǎn)高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此,應(yīng)該以實(shí)用為目的組織教學(xué)內(nèi)容,重點(diǎn)以單片機(jī)作為控制芯片,適當(dāng)弱化微機(jī)基本原理部分,加強(qiáng)接口技術(shù)應(yīng)用。還可根據(jù)不同專業(yè)的就業(yè)需要選擇企業(yè)、工廠里的一些微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例作為教學(xué)主線,對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)和組織,增加實(shí)用性微機(jī)技術(shù)的講授比例。
三、改進(jìn)教學(xué)方法和手段,提高教學(xué)效果
1.實(shí)行啟發(fā)式和討論式教學(xué)
為活躍課堂氣氛,我們?cè)O(shè)計(jì)了提問(wèn)和討論等互動(dòng)環(huán)節(jié)。如在 mov數(shù)據(jù)傳送指令的教學(xué)中,將正確的指令語(yǔ)句與錯(cuò)誤的指令語(yǔ)句混編在一起,讓學(xué)生指出其中存在的錯(cuò)誤;用mov、push、xchg等多種指令實(shí)現(xiàn)兩個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)互換等。如在講解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)書(shū)上的例子進(jìn)行詳細(xì)分析,讓學(xué)生畫(huà)出流程圖,啟發(fā)學(xué)生是否可以采用不同思路,選擇不同指令,實(shí)現(xiàn)題目的要求,并對(duì)幾種答案進(jìn)行分析和比較。
2.著力推行基于問(wèn)題和項(xiàng)目的教學(xué)方法
要突破傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的講授方法,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容中的第三模塊即實(shí)用模塊,特別在講授接口技術(shù)時(shí),以實(shí)際生產(chǎn)的控制項(xiàng)目實(shí)例來(lái)講解,調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣,幫助他們形成解決實(shí)際問(wèn)題的能力,使學(xué)生能夠?qū)W有所用。比如講解0809和0832的芯片時(shí),我們以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)項(xiàng)目作為講解例子,其中涉及了前向通道設(shè)計(jì)、采集的數(shù)據(jù)處理、采集的結(jié)果如何顯示等問(wèn)題,通過(guò)具體實(shí)例講解,學(xué)生就能解決生產(chǎn)實(shí)際中數(shù)據(jù)采集這類問(wèn)題。
3.采用多媒體教學(xué)手段,提高教學(xué)效果
由于“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程本身比較枯燥,因此,采用傳統(tǒng)的授課方式效果很差。如果采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式,將會(huì)取得較好的效果。對(duì)于需要總結(jié)和歸納的知識(shí),采用板書(shū)的形式;對(duì)于一般介紹性知識(shí),采用多媒體課件的形式;對(duì)于軟硬件實(shí)例,采用多媒體課件與匯編語(yǔ)言編譯軟件emu 8086 eda仿真軟件proteus 相結(jié)合的形式,將該類軟件引入“微機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué),將使硬件教學(xué)事半功倍,學(xué)生很容易看明白內(nèi)部電路的具體連接,并能直觀看到電路對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果。同時(shí),我們還將以前做好的硬件系統(tǒng)帶到課堂,讓學(xué)生看到具體的芯片,增加其感性認(rèn)識(shí)。
四、結(jié)論
“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程是電氣信息類專業(yè)的本科生很重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課,是一門(mén)技術(shù)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天,如何整合教學(xué)內(nèi)容,使之既能適應(yīng)企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求,切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,又能兼顧考研等其他環(huán)節(jié)的較高的要求,是從事這一方面教學(xué)的教育工作者迫切要研究的問(wèn)題。通過(guò)上述的一些做法,經(jīng)過(guò)一年的教學(xué),學(xué)生普遍對(duì)“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革效果表示認(rèn)可,不僅學(xué)到了基礎(chǔ)知識(shí),也滿足了部分學(xué)生的拓展學(xué)習(xí),更重要的是教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際相結(jié)合,提高了實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn):
[1]李繼燦,等.計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)與教材同步改革的思考[j].高等工程教育研究,2003,(3):20-23.
[2]艾德才.大學(xué)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)內(nèi)容改革勢(shì)在必行[j].計(jì)算機(jī)教育,2005,(3):76-79.
[3]馬旭東,等.32位環(huán)境下微機(jī)原理與接口實(shí)踐教學(xué)改革探討[j].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(4):5-9.
早期工作主要針對(duì)大批量生產(chǎn)自動(dòng)線和各類專用機(jī)床。70年代,在我國(guó)首次自行研制出立式和臥式加工中心。80年代,開(kāi)始將信息技術(shù)引入傳統(tǒng)的制造業(yè)并成為國(guó)內(nèi)最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自動(dòng)化、精密加工以及數(shù)控方面開(kāi)始艱苦的創(chuàng)業(yè)。90年代,本學(xué)科在制造業(yè)信息化、激光加工自動(dòng)化、大型醫(yī)療裝備方面的研究富有成效,尤其是在數(shù)控技術(shù)和制造業(yè)信息化方面取得了突破性進(jìn)展,今天已形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè),總產(chǎn)值已超過(guò)5億元,在數(shù)控和CAM/CAM/CAPP方面當(dāng)屬中國(guó)高校之最。進(jìn)入21世紀(jì)后,本學(xué)科在數(shù)字制造、電子制造、微納制造、工業(yè)工程等交叉學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展了諸多具有創(chuàng)新性的研究工作,并成為國(guó)內(nèi)在相關(guān)研究領(lǐng)域的排頭兵。
目前,本學(xué)科已經(jīng)形成了具有活力的學(xué)科方向及實(shí)力強(qiáng)且結(jié)構(gòu)合理的學(xué)術(shù)隊(duì)伍,建立了高水平的教學(xué)、科研基礎(chǔ)平臺(tái),形成了學(xué)、研、產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的態(tài)勢(shì),主要研究方向及其特色與前景如下:
1.?dāng)?shù)控技術(shù)與系統(tǒng)
此方向的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)處于水平,研究成果已轉(zhuǎn)化成有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè),年產(chǎn)值超過(guò)5億元?,F(xiàn)正在開(kāi)發(fā)研究新一代的智能的、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)。
2.先進(jìn)裝備及其技術(shù)
結(jié)合國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療等行業(yè)對(duì)關(guān)鍵裝備的需求,研制實(shí)用高水平裝備;參與企業(yè)重大關(guān)鍵裝備或重型機(jī)床的數(shù)控化改造;研制數(shù)值化基礎(chǔ)部件、先進(jìn)功能部件及新型數(shù)字化裝備。
3.制造業(yè)信息化技術(shù)
此方向的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)處于前列,在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè),其中CAD和CAPP所占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)超過(guò)70%。在數(shù)字化樣機(jī)、虛擬設(shè)計(jì)、多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究處于國(guó)內(nèi)水平。
4.?dāng)?shù)字化制造
面向能源、運(yùn)載、國(guó)防等領(lǐng)域的重大需求,在數(shù)字制造基礎(chǔ)理論研究方面國(guó)內(nèi)并具有較大的國(guó)際影響,承擔(dān)了以我校為首席的973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)項(xiàng)目,研究工作具有國(guó)內(nèi)水平。
5.現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法
以設(shè)計(jì)為主線,以機(jī)械、汽車等為載體,在機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)、熱態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法、智能設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、振動(dòng)噪聲及其控制、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與性能仿真、NVH分析與控制、測(cè)試與主動(dòng)控制技術(shù)方面的研究具有特色。
6.液壓氣動(dòng)技術(shù)
緊密結(jié)合國(guó)防需求,開(kāi)展海、淡水液壓系統(tǒng)及其元件的研發(fā)及電液比例、伺服系統(tǒng)與控制技術(shù)的研究;以FESTO氣動(dòng)中心為基地,開(kāi)展氣動(dòng)伺服技術(shù)的基礎(chǔ)理論、新型氣動(dòng)元件、電液/電-氣伺服技術(shù)的研究。作為非國(guó)防口院校,此方向持續(xù)得到軍方重大項(xiàng)目及基地建設(shè)的支持。
7.測(cè)試技術(shù)與無(wú)損檢測(cè)
開(kāi)展測(cè)量原理、實(shí)用儀器和自動(dòng)檢測(cè)裝備以及評(píng)定理論與方法的研究;組建了教育部制造技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究中心,開(kāi)展GPS標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究;針對(duì)輸油、儲(chǔ)油及大型工程中安檢的需求,開(kāi)展數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)的理論研究和實(shí)用裝備開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了學(xué)、研、產(chǎn)良性循環(huán)發(fā)展。
本學(xué)科較之國(guó)內(nèi)同類學(xué)科的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在:
·學(xué)術(shù)隊(duì)伍:五位院士領(lǐng)銜,一批中青年骨干,包括長(zhǎng)江學(xué)者9人,杰出青年基金4人,總裝備部先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)<医M組長(zhǎng)1人,國(guó)家863先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)<医M成員1人,教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)1個(gè)
·學(xué)科基地:數(shù)字制造與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
制造裝備數(shù)字化國(guó)家工程研究中心
國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心
國(guó)家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心
教育部制造技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究中心
·學(xué)術(shù)地位:機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員單位
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主任委員單位
國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、民口軍口973項(xiàng)目牽頭單位
·學(xué)術(shù)成就:獎(jiǎng)勵(lì)(國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)四項(xiàng))
全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文三篇
獲得了國(guó)際SME大學(xué)獎(jiǎng)
·學(xué)科產(chǎn)業(yè):研究開(kāi)發(fā)促進(jìn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成(華中數(shù)控、天喻信息、天喻軟件、開(kāi)目軟件)
學(xué)院在強(qiáng)化自身建設(shè)的同時(shí),還先后與美、英、德、日、韓、俄、澳大利亞、新加坡、香港等多所大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立了廣泛的合作辦學(xué)和合作研究關(guān)系,為引進(jìn)和培養(yǎng)一流的國(guó)際型人才,積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與合作奠定了基礎(chǔ)。近十年來(lái),學(xué)院承擔(dān)并完成國(guó)家和企業(yè)的科研項(xiàng)目近千項(xiàng),獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)9項(xiàng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明4項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)100余項(xiàng)。1999年以機(jī)械學(xué)院為核心的華中科技大學(xué)CIMS中心,榮獲了國(guó)際制造工程師(SME)頒發(fā)的大學(xué)獎(jiǎng)。今天的機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院形成了自己的學(xué)科優(yōu)勢(shì)和辦學(xué)特色。它是國(guó)內(nèi)高校同行中有競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、碩博連讀生、提前攻博生和統(tǒng)考生,其中2014年博士碩博連讀比例約為45%,直博比例約為25%。
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學(xué)術(shù)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院
080201機(jī)械制造及其自動(dòng)化
機(jī)械類考生考試科目:
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)
3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目:
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù))
(3355、3364 選一)
080202機(jī)械電子工程
機(jī)械類考生考試科目:
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)
3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目:
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù))
(3355、3364 選一)
080203機(jī)械設(shè)計(jì)及理論
機(jī)械類考生考試科目:
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3311 電子技術(shù)(二)
3312計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)
3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目:
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù))
(3355、3364 選一)
080204車輛工程
機(jī)械類考生考試科目:
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3311 電子技術(shù)(二)
3312計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)
3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目:
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù))
(3355、3364 選一)
0802Z1工業(yè)工程
機(jī)械類考生考試科目:
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
2244運(yùn)籌學(xué)(限工業(yè)工程專業(yè)考生選考)
②1101 英語(yǔ)
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)
3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
3336 生產(chǎn)計(jì)劃與控制(限工業(yè)工程專業(yè)考生選考)
(2213、2215、2201、2244選一) ( 3311、3312、3314、3336選一)
光電子類、信息類考生考試科目:
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù))
(3355、3364 選一)
080402測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))
②1101 英語(yǔ)
③3314 工程測(cè)試與信號(hào)分析
3315 誤差理論與數(shù)據(jù)處理
3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)
3522 互換性與技術(shù)測(cè)量
( 3314、3315、3355、3364、3522選一)
專業(yè)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院
085272先進(jìn)制造
①2309 專業(yè)基礎(chǔ)課
②1107 外語(yǔ)實(shí)際應(yīng)用能力
③3546 專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)能力
【關(guān)鍵詞】軌道交通通信系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)
城市軌道交通通信系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)性工程,它直接為軌道的運(yùn)營(yíng)管理服務(wù),是軌道交通的信息傳遞器和神經(jīng)系統(tǒng)。作為城市軌道交通的一個(gè)綜合性系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要由以下幾個(gè)方面組成:傳輸系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。本論文主要對(duì)傳輸系統(tǒng)做深入剖析。
軌道交通通信系統(tǒng)主要完成三個(gè)方面的任務(wù):一,必須保證軌道交通指揮和調(diào)度有效進(jìn)行;二,要為廣大旅客傳輸各種信息服務(wù);三,維護(hù)設(shè)備和運(yùn)營(yíng)管理的服務(wù)。通過(guò)這三種任務(wù)和能力的完成,才能確保整個(gè)軌道交通通信系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
一、通信傳輸系統(tǒng)的功能分析
作為整個(gè)城市軌道交通通信系統(tǒng)的“神經(jīng)”,各種信息都會(huì)通過(guò)這個(gè)“神經(jīng)”系統(tǒng)的傳輸。在日常工作中,各種調(diào)度信息、電話語(yǔ)音信息、視頻信息、自動(dòng)檢票信息等數(shù)據(jù)的傳遞都通過(guò)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行。而這些信息都是軌道交通正常運(yùn)行的必要條件,如果一些信息的傳輸出現(xiàn)中斷就會(huì)影響到軌道交通的安全。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外所采用的傳輸技術(shù)一般用SDH、OTN等技術(shù),可以兼顧技術(shù)的安全穩(wěn)定性和先進(jìn)性。這種性能的傳輸網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。第一,先進(jìn)性。構(gòu)成該網(wǎng)絡(luò)的IP技術(shù)和SDH技術(shù)以及綜合端口技術(shù)都處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平;第二,容量大。要滿足整個(gè)城市軌道交通的通信系統(tǒng)暢通無(wú)阻必須才有SDH光纖技術(shù)。第三,網(wǎng)絡(luò)自愈。在傳輸過(guò)程中一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障,該系統(tǒng)必須能夠通過(guò)自身自愈功能消除故障和安全隱患。
二、傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外主要傳輸系統(tǒng)有六種:OTN、SDH、ATM、寬帶IP、IPoverSDH與IPoverWDM、以太網(wǎng)技術(shù)。這六種技術(shù)的特點(diǎn)分別介紹如下。
1.OTN技術(shù)。該技術(shù)是開(kāi)放、傳輸、網(wǎng)絡(luò)英文首字母的縮寫(xiě),意為開(kāi)放的傳輸網(wǎng)絡(luò)。因此OTN技術(shù)的特點(diǎn)主要為:首先,能夠合理利用接口模塊處理各種物理接口和各種復(fù)雜環(huán)境中的通信協(xié)議。采用光纖技術(shù),傳輸距離沒(méi)有限制;其次對(duì)于數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻傳輸具有很多優(yōu)勢(shì);再次,該系統(tǒng)的適應(yīng)性非常強(qiáng),能夠不斷擴(kuò)展適應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)端口的發(fā)展。
2.SDH技術(shù)。該技術(shù)是同步、數(shù)字和體系的英文縮寫(xiě),意為同步數(shù)字體系。該系統(tǒng)廣受青睞,是目前世界各國(guó)普遍采用的技術(shù)。SDH技術(shù)除了核心網(wǎng)應(yīng)用以外,還可以靈活的提供需要的2Mbit/s通道。它有非常成熟的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品,安全性、適用性和可用性都非常強(qiáng),是世界各國(guó)電信傳輸?shù)幕A(chǔ),其兼容TM、REG、DXC等技術(shù)模式,并可以在各種模式之間靈活轉(zhuǎn)換。
3.ATM技術(shù)。該技術(shù)是異步、傳輸和模式的英文縮寫(xiě),意為異步傳輸模式,該模式可以實(shí)現(xiàn)不同信息系統(tǒng)之間的傳遞和轉(zhuǎn)換,例如電話、視頻、IP數(shù)據(jù)等。該技術(shù)可以承載各種不同業(yè)務(wù)和流量之間的劃分,并對(duì)其分析,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成處理。
4.IP技術(shù)。IP技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)迅速普及的后果,當(dāng)前比較先進(jìn)的IP承載系統(tǒng)有SDH、ATM和寬帶IP,其中又以寬帶IP為最優(yōu)。由于軌道通信系網(wǎng)絡(luò)并非專業(yè)地IP業(yè)務(wù),其不適合在骨干網(wǎng)絡(luò)中傳輸。但是寬帶IP將成為未來(lái)傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
5.IPoverSDH與IPoverWDM。以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前信息傳輸發(fā)展的主要技術(shù)標(biāo)志。目前,ATM和SDH均能支持IP,分別稱為IPoverATM和IPoverSDH,兩者各有千秋。IPoverATM利用ATM的速度快、多業(yè)務(wù)支持能力的優(yōu)點(diǎn)以及IP的簡(jiǎn)單、靈活、易擴(kuò)充和統(tǒng)一性的特點(diǎn),可以達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。
6.以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)也是一個(gè)重要承載技術(shù),但是與媒體無(wú)關(guān),可以透明地將電纜和各種光纖對(duì)接。該技術(shù)比較適宜處理突發(fā)的IP數(shù)據(jù)流,采用了異步工作方式,具有很好的擴(kuò)展性能,其速率可以擴(kuò)展至10Gbit/s。其最大的特點(diǎn)是可以在光線上以最大速度傳輸,減少網(wǎng)管開(kāi)支,提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
一、我國(guó)企業(yè)會(huì)計(jì)電算化的發(fā)展
二、會(huì)計(jì)電算化應(yīng)用中存在的問(wèn)題
會(huì)計(jì)電算化是企業(yè)管理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,管理信息系統(tǒng)是財(cái)務(wù)、業(yè)務(wù)和人事等信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。一個(gè)企業(yè)會(huì)計(jì)電算化系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程,同時(shí)也是企業(yè)管理理念、管理模式、業(yè)務(wù)流程等方面改造的過(guò)程。由于企業(yè)自身原因與外部環(huán)境的影響和財(cái)會(huì)工作自身的特點(diǎn),現(xiàn)階段我國(guó)會(huì)計(jì)電算化工作實(shí)施過(guò)程中存在著諸多問(wèn)題,現(xiàn)分析如下:
(一)對(duì)會(huì)計(jì)電算化的重要性認(rèn)識(shí)不足
目前,許多企業(yè)還未充分認(rèn)識(shí)到會(huì)計(jì)電算化的意義及重要性。首先,許多企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)會(huì)計(jì)電算化存在片面認(rèn)識(shí),認(rèn)為會(huì)計(jì)電算化只是會(huì)計(jì)核算工具的改變,看不到其對(duì)會(huì)計(jì)職能、企業(yè)管理方法和管理流程的深刻影響,有的領(lǐng)導(dǎo)甚至認(rèn)為會(huì)計(jì)電算化只是用計(jì)算機(jī)代替賬冊(cè),僅把會(huì)計(jì)電算化當(dāng)作樹(shù)立企業(yè)形象的一種手段。其次,在會(huì)計(jì)電算化的具體應(yīng)用中,多數(shù)單位缺乏對(duì)手工系統(tǒng)進(jìn)行充分分析的意識(shí),沒(méi)有針對(duì)本企業(yè)自身的管理要求和運(yùn)行模式,對(duì)會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和調(diào)整。在不少財(cái)務(wù)人員看來(lái),電算化僅僅是代替了手工核算,提高了核算效率,根本未認(rèn)識(shí)到建立完整的會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)對(duì)企業(yè)的重要性。
(二)缺乏復(fù)合型的會(huì)計(jì)電算化人才
關(guān)鍵詞:無(wú)線通信;TD-LTE;優(yōu)化;虛擬化
中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2014)02-0268-03
隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平不斷提高,無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展也不例外。自無(wú)線電通信技術(shù)問(wèn)世以來(lái),通信技術(shù)領(lǐng)域每一次概念和技術(shù)的提出都為人類社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。從基于蜂窩概念和模擬制式的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的產(chǎn)生,到數(shù)字傳輸方式與以時(shí)分復(fù)用接入(Time Division Multiple Access,TDMA)為標(biāo)志的第二代移動(dòng)通信技術(shù)的大力發(fā)展,乃至以碼分復(fù)用多址接入技術(shù)(Code Division Multiple Access, CDMA)與多媒體技術(shù)為支撐的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)以及當(dāng)前炙手可熱的第四代移動(dòng)通信,無(wú)線通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展依然徹底改變了我們的生活和工作方式。
1 無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展概況
無(wú)線通信作為當(dāng)前發(fā)展最快的通信技術(shù)之一,每一次概念與技術(shù)層面的突破,有效推動(dòng)通信領(lǐng)域發(fā)展的同時(shí)更加速了現(xiàn)代社會(huì)信息化的步伐。
無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展先后經(jīng)歷了以全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication,GSM)和CDMA One為代表的2G(Generation)系統(tǒng)、以基于CDMA空中接口技術(shù)的3G系統(tǒng),并將迎來(lái)以正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)為空中接口技術(shù)的準(zhǔn)4G系統(tǒng)。
最初的2G系統(tǒng)采用的GSM標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)制定,采用基于頻分復(fù)用(Frequency Division Duplexing,F(xiàn)DD)和TDMA技術(shù)的空中接口,占用900MHz、1800MHz與1900MHz頻段,可支持9.6kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率完成語(yǔ)音和短信等基本服務(wù)。在此基礎(chǔ)上,2.5G系統(tǒng)——GPRS(General Pocket Radio Service)采用通用分組通信技術(shù),數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程不再占用固定的無(wú)線信道,從而更加合理地分配信道資源,可支持54kbps-114kbps的傳輸速率。為了滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率與多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊螅^2.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)之后又出現(xiàn)了EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution),該系統(tǒng)能夠與寬帶碼分多址接入(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)系統(tǒng)兼容,采用多時(shí)隙操作,進(jìn)一步將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到384kbps。
3G系統(tǒng)——通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunication System,UMTS)采用WCDMA和時(shí)分同步碼分多址接入(Time Division – Synchronization Code Division Multiple Access,TD-SCDMA)、智能天線、聯(lián)合檢測(cè)等技術(shù),進(jìn)一步提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和安全性能。在3G系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,HSPA-High Speed Pocket Access,即HSDPA(High Speed Downlink Pocket Access)與HSUPA(High Speed Uplink Pocket Access)的提出是無(wú)線通信領(lǐng)域的又一大突破。該系統(tǒng)通過(guò)采用下行信道高速共享技術(shù)將下行傳輸速率提高到14.4Mbps;上行引入新的物理信道,采用分組調(diào)度功能、多碼傳輸及混合自動(dòng)重傳等關(guān)鍵技術(shù),有效提高了上行業(yè)務(wù)的承載能力。LTE(Long Term Evolution)是3GPP發(fā)起的長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃,可支持FDD和時(shí)分復(fù)用(Time Division Duplexing,TDD)兩種雙工方式,采用扁平化IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與OFDM空中接口技術(shù),上下行數(shù)據(jù)傳輸峰值速率可分別達(dá)到50Mbps和100Mbps。
未來(lái)的4G系統(tǒng)——LTE-Advanced是對(duì)LTE做出的演進(jìn),完全兼容LTE系統(tǒng),支持100MHz帶寬的同時(shí)進(jìn)一步將上下行傳輸速率提高到500Mbps和1Gbps。
2 TD-LTE基本原理
TD-LTE(Time Division – Long Term Evolution)是TD-SCDMA長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)的產(chǎn)物,采用OFDMA空中接口技術(shù),有效提高了無(wú)線通信系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用率,降低了系統(tǒng)傳輸?shù)臅r(shí)延,同時(shí)支持語(yǔ)音、視頻、在線網(wǎng)絡(luò)游戲、高清視頻點(diǎn)播等多功能業(yè)務(wù)。目前,TD-LTE以其突出的優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的電信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商的支持和青睞。TD-LTE系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。該系統(tǒng)并未沿用UTRAN中的RNC-Node B結(jié)構(gòu),而是采用全新的功能更加完全的基站e-Node B結(jié)構(gòu),這些節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)IP進(jìn)行傳輸,并在邏輯層面上通過(guò)X2接口互相連接成為Mesh型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),用于支持UE在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動(dòng)性,從而保證接入TD-LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)的用戶在使用網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中能夠平滑無(wú)縫地進(jìn)行切換?;緀-Node B與接入網(wǎng)關(guān)(Access Gate Way,aGW)之間通過(guò)S1接口進(jìn)行連接,該連接方式也采用了Mesh或者部分Mesh型的連接方式,一個(gè)基站e-Node B可以與多個(gè)接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互連。TD-LTE系統(tǒng)中的e-Node B具有對(duì)空中接口的用戶平面和控制平面進(jìn)行管理和控制的功能,aGW承載了對(duì)使用該系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和匯聚的功能以及包括心靈狀態(tài)管理在內(nèi)的部分核心網(wǎng)功能。
3 TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)目前存在的弊端
雖然TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在充分兼容TD-SCDMA無(wú)線通信系統(tǒng)的同時(shí),有效提高了上下行數(shù)據(jù)傳輸速率,降低了無(wú)線傳輸?shù)臅r(shí)延,改善了所占用頻帶的利用率,但是TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依然存在多網(wǎng)絡(luò)共存進(jìn)而產(chǎn)生相互干擾的弊端。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,各大設(shè)備商提供了多種多樣的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端,這種終端在高速移動(dòng)的情況下,會(huì)出現(xiàn)于基站頻繁交換信令、切換信道的現(xiàn)象,如何實(shí)現(xiàn)這種情況下終端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的平滑轉(zhuǎn)換,是TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可規(guī)避的問(wèn)題。
4 TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案
針對(duì)上述高速移動(dòng)終端頻繁切換進(jìn)而影響TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)綜合性能的弊端,該文提出了基于虛擬化技術(shù)對(duì)TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)核心網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的方案。
4.1 優(yōu)化方案基本原理
虛擬化技術(shù)是指利用目前炙手可熱的云平臺(tái)對(duì)物理資源從邏輯角度而非物理角度進(jìn)行重新配置的方法?;谔摂M化技術(shù)的TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案是指通過(guò)邏輯劃分將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)切換、多制式相互干擾產(chǎn)生的問(wèn)題等交給額外配置的服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn),從而降低了TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身處理這些冗余的負(fù)擔(dān)。如圖2所示,我們采用OS6850作為虛擬機(jī)對(duì)TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中產(chǎn)生的額外負(fù)擔(dān)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、處理和反饋,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的目的。
4.2 優(yōu)化方案的測(cè)試結(jié)果
4.3 優(yōu)化方案的優(yōu)缺點(diǎn)
通過(guò)對(duì)上述基于虛擬化技術(shù)的TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的研究,并采用OS6850作為虛擬機(jī)完成系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下的測(cè)試工作,我們可以看出該優(yōu)化方案能夠在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不穩(wěn)定,系統(tǒng)中接入終端頻繁切換小區(qū)的情況下,有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低系統(tǒng)中接入終端傳輸和接收數(shù)據(jù)的時(shí)延,提高系統(tǒng)的資源利用率。但是這種優(yōu)化方案需要較為昂貴的服務(wù)器作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支撐,這是其不可避免的缺點(diǎn)。
5 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展作為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)不可小覷的一個(gè)分支,已經(jīng)成為當(dāng)前衡量一個(gè)一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為當(dāng)前發(fā)展最快的無(wú)線通信技術(shù)之一已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但是,在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下無(wú)線系統(tǒng)綜合性能會(huì)急速惡化,進(jìn)而直接影響到用戶的直接體驗(yàn)。該文基于虛擬化技術(shù)的基本原理和應(yīng)用原則,提出了對(duì)TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化措施,并搭建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)驗(yàn)證了該優(yōu)化方案的有效性,為T(mén)D-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。
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