关于计算机工程毕业设计论文
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关于计算机工程毕业设计论文范文一：计算机工程嵌入式教育思路
1计算机工程专业方向培养目标
随着计算机领域新技术的不断涌现,“计算机科学与技术”原有的专业设置框架被突破,逐渐形成计算机科学、计算机工程、软件工程、信息技术、信息系统等多个专业方向的新格局[3]。计算机工程是计算机科学与技术领域最早出现的专业方向,它是现代计算机系统、计算机控制设备的软/硬件设计、制造、实施和维护的科学与技术。国际技术教育协会定义工程设计为:系统和创造性地把科学和数学原理运用于实践。鉴于此,在《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》中指出计算机工程专业方向的培养目标是:系统地掌握计算机科学理论、计算机软/硬件系统及应用知识,基本具备领域分析问题、解决问题的能力,具备一定的工程实践能力。因此,实践教学显得尤为重要。
2计算机工程专业方向嵌入式系统课程特点
嵌入式系统涉及到IT领域方方面面的新技术,它融合了计算机软、硬件技术、通讯技术和半导体微电子技术,针对实际应用系统需求,将相应的计算机直接嵌入到应用系统中。嵌入式系统设计需要设计者具有较强的综合理论知识和动手能力,是对设计者一个综合能力、特别是创新能力的考查。因此,嵌入式系统课程应更注重培养学生工程实践的能力、团队合作的能力[2]。目前,在计算机专业之外,国内许多高校还在电子工程、自动化、软件等专业开设了“嵌入式系统”相关课程。由于各专业培养目标、教学体系侧重点不同,课程内容也不尽相同。电子工程专业主要侧重于硬件基础平台的设计,自动化专业则侧重于智能仪器、仪表的设计,软件专业侧重于嵌入式应用软件开发。计算机工程专业方向则应从“系统”的角度出发,更侧重于软/硬件的协同工作,将计算机系统“自下而上”的专业课程有机地整合起来,形成一条清晰的逻辑线,让学生认识到计算机组成原理、微机接口技术、操作系统、数据库、程序设计、计算机网络、计算机控制等课程不再是独立的课程,而是一个有机的“整体”。在嵌入式系统工程设计中,会用到操作系统课程中所讲述的进程、线程、调度、文件系统的概念等;在通信中会用到微机接口课程中所讲述的串行接口的概念;在数据采集中会用到计算机控制课程中讲述的A/D转换、数字滤波算法等;在一个大型应用系统中还会用到计算机组网技术、套接字、数据库的概念等等。因此,计算机工程专业方向嵌入式系统课程内容应以实践为主,结合前修理论课程的内容,最终完成一个实际应用系统的开发[3]。
3嵌入式系统课程内容体系的构建及特色
我学院在2004年开设“嵌入式系统”专业选修课的同时,将计算机工程专业方向细分成嵌入式系统和网络技术两个培养方向,并制定了嵌入式系统专业方向培养计划,设置了4门实践性很强的专业方向课:计算机控制原理与技术(64学时)、嵌入式系统原理与技术(64学时)、嵌入式系统工程设计方法(32学时)和嵌入式系统课程设计(60学时)。IT领域的新技术发展之快、之多令人应接不暇,虽然大学生在校期间需要学习的都是一些基础知识,但他们毕业走向社会后,必然要面对这些新技术,如果我们的教学内容过于陈旧,就会加长学生毕业后的适应周期;如果我们能够提供给学生更多的接触这些新知识、新技术的机会,就能够缩短学生毕业后角色转换的时间,尽快地投入到工作中。因此,在教学内容设置上应力求将最新的技术、最新的设计方法传授给学生。为此,我们积极与国际知名企业建立合作关系,先后建立了“北京工业大学—Intel嵌入式系统联合实验室”、“微软嵌入式系统认证培训中心”和“北京工业大学—AlteraEDA/SOPC联合实验室”,为学生提供了一个接触、学习新技术的环境,同时也能使我们的教学内容与这些企业的新技术基本保持同步[4-5]。“嵌入式系统原理与技术”涉及目前嵌入式系统最为流行的两项新技术—英特尔公司的XScale技术(ARM架构)和微软公司的嵌入式操作系统WindowsCE,该课程以XScale应用处理机为硬件平台,讲述WindowsCE操作系统定制、优化方法以及驱动程序、应用程序的开发手段和方法。“嵌入式系统工程设计方法”则涉及了另一项新技术“IP(知识产权)复用技术”,该课程以Altera公司的Nios软核嵌入式处理器为核心,讲述了SOPC(片上可编程系统)设计方法和流程。上述两门课程均是以工程设计为主的课程,在讲述工程设计方法和设计流程时要涉及到开发环境、开发工具的使用,如果按照以往先在课堂讲授,再到实验室做实验的教学方式,不仅会使学生感觉到枯燥无味、不易掌握,而且在实验之前还要再花费时间复习。因此,我们借鉴美国卡内基•梅隆大学率先提出的“Learningbydoing”的教学理念,这种教学理念旨在强化工程学科的学生全面的实践能力和工程素养。从2005年开始,在实验室授课,采用教师边讲学生边做的教学方式,使学生“从做中学”,取得到了较好的教学效果[6]。
4实践教学安排
为了加强学生工程实践能力的培养,在实践教学体系中,采用了课内实验、课程设计和综合性课程设计3个阶段的培养模式,使学生全面掌握嵌入式系统的工程设计方法和设计流程。
4.1课内实验
以一个实际应用系统开发流程为例,设计了如下实验内容:(1)WindowsCE操作系统的定制:包括在硬件平台和模拟器上定制WindowsCE操作系统、添加组件以及使用远程调试工具进行调试。(2)修改WindowsCE操作系统映像配置文件:包括通过修改系统映像配置文件,在操作系统映像中添加各类文件和修改系统设置。(3)硬件定制实验:包括添加CF存储卡、802.11无线网卡和蜂窝注册表等硬件相关组件。(4)WindowsCE驱动程序的开发:包括流接口驱动程序的开发以及在PlatformBuilder环境下开发简单应用程序用以调用驱动程序函数。(5)WindowsCE应用程序的开发:包括导出SDK开发包,在EVC开发环境下开发、调试应用程序,制作自定义组件、系统优化和Shell实验。
4.2课程设计
课程设计的任务是完成一个应用程序的开发,课程设计题目每年不断更新,学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目,分值依据题目难易程度而定。学生也可以自拟题目,为保证题目的难度和规模能达到教学要求须经任课教师认可。题目有:在WindowsCE环境下的闹钟提醒程序、注册表编辑器、串口调试程序、文本编辑器、计算器、画图、贪吃蛇等[4,7]。
4.3综合性课程设计
“嵌入式系统课程设计”是综合性课程设计,要求学生结合专业方向的理论课程,充分发挥自身的能动性,3~4名学生组成一个项目组,自选题目,自选平台,完全按照工程项目管理规范严格检查各阶段完成情况。使学生掌握嵌入式系统实际工程设计的方法和流程,巩固理论课程内容,规范工程文档的建立,培养学生的创新能力和团队精神。通过答辩、演示给出成绩,将题目新颖、完成情况较好的项目组推荐参加国内外相关竞赛。今年正在进行中的项目有:家庭视频监控系统、食品安全追溯系统、家电语音控制系统等[8]。
4.4学生科技竞赛
2007年1月,教育部、财政部“关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见”中,要求继续开展大学生竞赛活动,重点资助在全国具有较大影响和广泛参与面的大学生竞赛活动,激发大学生的兴趣和潜能,培养大学生的团队协作意识和创新精神[4,9]。我校十分重视嵌入式系统学生科技竞赛活动,在2006年投资近60万元,建立了“嵌入式系统科技竞赛训练基地”。通过搭建一个学生参加科技竞赛、训练的基础平台,形成一个传、帮、带的梯队、达到“以点带面”的良性循环效果,增加了学生学习理论课程的兴趣,加强学生创新能力的培养[4]。计算机学院在国、内外嵌入式系统相关竞赛中取得了优异的成绩,在教育部、信息产业部举办的“全国大学生电子设计竞赛———嵌入式系统专题邀请赛(英特尔杯)”中,2004年获得了三等奖,2008年获得了二等奖。“2005年微软嵌入式系统全球大学生挑战赛”入围全球前30名,并参加了在美国西雅图微软总部举行的总决赛,获得“优胜奖”。在IEEE举办的“第六届计算机协会国际设计大赛(CSIDC)”,进入了在美国首都华盛顿举行的全球前10名总决赛,并获得“优胜奖”。在Altera公司举办的“Nios软核嵌入式处理器设计大赛”中,先后获得过优胜奖和三等奖[10]。
5结束语
嵌入式系统涉及的领域越来越广,发展速度越来越快,为了加强计算机工程专业方向学生工程实践能力的培养,就要求我们通过不断地探索、实践,完善嵌入式系统实践教学体系。
关于计算机工程毕业设计论文范文二：计算机工程创新意识研究
1现状及发展趋势
大多数高等院校计算机本科专业涉及的硬件教学课程主要有“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等，在新形势下部分课程内容设置显得不够合理，部分教学内容与实际应用脱节，影响了教学效果，无法完全满足教学大纲中要求的动手能力培养，更无法有效培养同学们的创新意识。目前，作为计算机教学重要专业基础课程的“数字逻辑”，要求学生掌握组合逻辑、时序逻辑电路的分析和设计方法，研究对象主要是分立元件、通用中小规模集成电路及基本的可编程器件等，介绍的方法也以传统方法为主，已无法适应目前应用的需要;作为专业主干课程的“计算机组成原理”、“计算机系统结构”，主要内容是讨论计算机的结构、各功能部件原理及设计方法，同时介绍当前的新技术、新方法，目的是让同学们熟悉计算机的结构，为以后应用和设计计算机系统打下基础。目前大家普遍采用的教材在部件设计中讨论的方法主要是硬布线逻辑或微程序设计方法：硬布线逻辑运行速度高，但缺乏灵活性;微程序设计方法有一定的灵活性，但资源占用多，运行速度慢。尽管这两种方法对于理解计算机组成原理不失为一种较好的选择，但由于缺乏实际应用背景，学生学习兴趣受到影响，教学效果也大打折扣，提高学生的动手能力、培养创新意识更是无从谈起。“汇编语言程序设计”课程也存在类似尴尬，讨论以16位个人计算机为背景的汇编语言程序设计知识，适合入门和了解基本原理，但与“计算机组成原理”、“计算机系统结构”课程一样，由于缺乏实际应用背景，教学目标无法完全实现。随着电子设计自动化(EDA)、系统编程(ISP)、片上系统(SOC)等技术的发展，32位个人计算机的应用已很成熟，多核64位计算机应用也将逐步成为主流。嵌入式系统设计需要较强的软硬件知识综合应用能力，因此在计算机硬件课程的教学中应加大相关新技术的比例，并根据实际及时调整教学内容。国外许多知名高校本科专业的教学内容已经作了适时调整，如麻省理工学院非常注重学生的设计能力的培养，为此专门开设了“计算机系统设计”课程，要求学生在实践环节中自主设计ALU、单指令周期CPU、多指令周期CPU乃至流水线32位MipsCPU和Cache;斯坦福大学也有相似的课程和实验环节;加州大学伯克利分校和杨百翰大学在基于可编程逻辑的超级计算机研制方面也有大量成果。当前在国内，案例教学已被越来越多的人所接受，尤其是在一些法学、工商管理类高校已经开始广泛运用。案例教学法是一种动态的、开放的教学方法，目标是解决学生如何用更有效的方式获得知识以提高应用能力的问题。案例教学法具有综合性、交互性、启发性、针对性和可操作性等多种特征，它的使用大大缩短了教学理论与实际应用之间的差距，同时对教师的教学观念产生了重大的影响。鉴于计算机专业知识与实际应用结合紧密的特点，教学中尤其适合案例式教学。目前在国内计算机课程的教学中，案例教学还处于一个起步阶段，主要表现在：案例教学比例不够，没有形成完整的体系;案例数量不足，质量欠缺;许多高校尽管重视案例教学的应用，但是在案例的搜集、整理与分析等方面相对滞后;案例陈旧，缺乏代表性等。
2以ISP技术为主线改革计算机专业硬件课程教学体系和教学内容
计算机本科专业涉及的硬件教学课程按合理教学顺序一般为“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等，一些课程可以在时间上重叠，如“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”等。由于ISP、EDA技术可以灵活地开发出具有自主知识产权的硬件产品，是目前工程实践领域和芯片设计领域运用最广泛也是最有应用前景的技术，因此在计算机硬件课程的教学中应该把相关技术列为重要内容，即以ISP、SOC技术为主线，使相关课程形成一个完整的体系，达到培养创新性人才的目的。为了实现这一目标，在“数字逻辑”课程中，应大幅增加可编程逻辑技术的比重，重点讨论用EDA方法，利用ISP技术、SOC技术设计IP核的方法，使学生对相关技术的应用及发展趋势有一个全面的理解，并具备基本的实践能力;在“计算机组成原理”课程中增加计算机设计原理和实践的内容，也可考虑再单独增加一门计算机设计课程以替代目前“计算机组成原理”课程设计，在该课程中重点讨论如何采用EDA方法，利用ISP技术、SOC技术设计计算机各部件如CPU、Cache等，通过实际应用和实践进一步加深对相关技术的理解和掌握。在“微机原理与接口技术”课程可以考虑以16位计算机应用知识入门，以讨论32位计算机的应用为重点。相应的，作为“微机原理与接口技术”课程的先行课程，“汇编语言程序设计”课程也应把相应的内容整体提升到32位，考虑到学习过程的先易后难，可以先介绍16位汇编语言程序设计知识作为入门，再对32位汇编语言程序设计相关内容展开。单片机系统本质上也是嵌入式系统，嵌入式系统是针对应用或用户定制的完整、高效的计算机系统，嵌入式系统设计需要较强的操作系统原理、应用程序设计和硬件设计方面知识的综合应用能力，其中特别是硬件系统设计能力可以通过以上几门硬件课程的系统学习逐步培养，因此相关课程的教学内容应注意衔接，同时遵循先易后难的原则，面向实际应用，以提高动手能力、增强创新意识为目的。针对实践教学，目前相关课程的实验教学的实验项目及内容固定，大多为验证性实验，实验步骤程式化，许多同学按教学实验计划做完实验，仍然无法充分理解课程的主要内容，无法真正拥有教学大纲所要求的动手能力。更重要的是计算机技术一直处于高速发展中，高等院校的计算机教学理应不断地适应这种要求，相关的实验教学应适时地调整教学内容。解决问题的一个好思路是利用ISP、SOC技术开发出一种内容可定制的硬件课程教学实验平台，由于作为控制对象的外围电路是相同或相近的，可以设计为通用模块，而实验平台控制部分则可以利用可编程逻辑改变，以适应不同的课程。如控制部分设计为基本CPU即可做“计算机组成原理”课程的相关实验;控制部分设计为单片机即可做“单片机”课程的相关实验;甚至控制部分可以设计为个人计算机CPU，配合有关的接口电路，即可做“微机原理与接口技术”课程的相关实验等。在我院的计算机本科专业相关硬件课程教学实践中，我们已作出了一些有益的探索，如我院“数字逻辑”教学大纲已在近年作过相应调整，EDA技术、可编程技术的理论和实践教学内容的比例从原来的20%增加到60%以上，经过多年的建设，“数字逻辑”课程在今年被评定为“湖北省精品课程”;在“计算机组成原理”课程中引入利用ISP技术设计CPU软核等教学和实践内容;“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”课程中也增加了32位计算机相关内容的学习和讨论，新的实验设备可以进行32位的相关实验等，这些安排增强了学生的学习兴趣，学生学习的主动性也明显提高了。
3采用案例教学法作为计算机专业硬件课程教学的主要方法
案例教学法是一种事半功倍的教学方法，在教学过程中围绕事先精选的典型的、具有工程背景的实际案例进行讨论，可以为同学们模拟实际应用的场景，获得近似于实战的经验。为完成设计目标，同学们自然会自己主动学习，在这一过程中掌握知识，并学会应用知识，提高解决问题的能力;也能通过用不同的途径解决问题，培养创新意识。这样教师在授课中可以把精力集中于教学内容的总体把握上，而不需要过分在知识细节上消耗时间，提高了教学效率。案例教学法关键在于选择合适的案例，案例首先必须有代表性和实时性，必须是实践中的典型应用实例。在实践中应用的几率高，具有普遍意义，这样的实例在教学过程中值得花费精力讨论和设计，才是有意义的。同样重要的是案例需具有实际工程背景，学生可以面对具体的实际问题和特定的环境，有针对性地通过自主学习和思考进行设计，培养实际解决问题的能力。案例还应该形成相对固定的案例集，并具备一定的开放性，应定期对案例集进行评估，剔除一些过时的案例，增加一些新的典型应用实例。这样就保证了案例的典型性、实时性及工程背景。在教学实践中，我们把案例教学法作为主要方法，并把案例分为4类：一是问题评论型，给出问题和解决问题的方案，让学生去评价;二是分析实现型，不给出解决方案，要求学生讨论分析以提出方案;三是实际模拟型，是指在教学过程中依据教学内容，让学生分别充当不同的角色，进行模拟性的实践活动;四是发展开放型，通过案例发现新的理论生长点，讨论相关理论的发展趋势。我院在相关课堂教学中采用的部分案例如表1所示。在“数字逻辑”、“计算机组成原理”等课程的重点章节教学中，我们通过采用上述案例法，调动学生成为积极参与者，而不是消极被动的听众，在案例学习和讨论中，鼓励学生提出更多解决问题的办法，在课堂上营造出积极发表意见和争论的气氛。这样提高了学生的学习兴趣，教学效果有明显改善，学生的动手能力有了显著增强。
4总结
为实现面向实际应用提高学生动手能力、增强创新意识、培养创新型人才、确定完整合理的计算机本科专业硬件理论教学和实践教学体系的目的，我们提出了以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革方案。它的主要内容为两方面：一是调整现有教学体系和教学内容，如在“数字逻辑”、“计算机组成原理和系统结构”、“嵌入式系统设计”等课程中以“数字逻辑”课程为先导，以ISP、SOC技术为主线贯穿于各相关课程教学过程中;在“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”等课程中把主要内容全面提升到32位等。二是在教学中运用案例法，使学生成为教学活动的主体，形成学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的开放型学习氛围。充分发挥案例教学有利于提高学生分析问题和解决实际问题的能力、有利于促使学生学会学习、有利于促使学生学会沟通与合作的优势。实践表明以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革，符合国家高等质量工程建设中培养创新性人才的规划，有效地增强了学生的动手能力和创新意识。我们也意识到计算机工程教学是一个复杂的过程，牵涉到许多方面，我们将在实践中探索教学规律，不断提高教学水平，进一步改善教学效果。
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