❶ 畢業論文
奧古特國際機構在中國新市鎮,新農村建設方面進行過多方面的調研分析。特別是在分析歐洲國家,我們看到了整個歐洲的社會狀況、氣候、土地等等都跟中國有神似之處。再拿歐洲其中一個發達國家德國來舉例,現在德國的農村,不是我們想像中的那種建設的城市化,而是呈現出外在樸素、內部軟硬體建設全面發展的現象。也就是說農村的建設是完全在尊重已有環境的基礎上,以不改變既有資源,著重於如何進一步保護、高效利用已有空間的理念下面開展的。德國,一個在世界大戰中重創了的國家,發展的速度是如此的驚人,其中的建設思路是否很有待探詢?現在的中國要發展到發達國家現有水平,至少還要有50年的道路要走,50年不長,可是卻不能以50年的資源為代價,實現短期繁榮和增長。中國的新農村建設也不同於韓國,而是更應該像歐洲一樣,重視真正實力,也就是實質的提高,避免單純的表面形式主義是必須克服的問題。防微杜漸,保證新農村建設不是一個口號,而是一個時代發展的正確方向。
建設社會主義新農村,是我國新時期「三農」工作的行動綱領和工作目標,也是一個關系全局的戰略舉措。這不僅是沿海發達地區的重大歷史任務,更是中西部地區、少數民族地區和貧困地區重大而艱巨的歷史任務。
一、可持續發展的生態觀與貧困地區新農村建設。
二、堅持生態優先,推進貧困地區新農村建設
奧古特國際機構一直致力於中國產業發展研究,企業戰略管理規劃,使企業在瞬息萬變的市場環境中始終保持可持續發展的動力。機構建立有龐大的專家顧問網路,與眾多國內外企業家、經濟學家、管理專家、政府官員、技術專家等建立和保持著良好的知識網路關系,建立和積累了豐富的行業資料庫和咨詢案例庫。在企業運營管理、區域戰略規劃、高科技園區發展、產業發展戰略和信息化規劃等方面積累了豐富的成功咨詢策劃經驗,在行業內樹立起良好的品牌形象。
黨的十六屆五中全會作出了加快社會主義新農村建設的重大決定。建設社會主義新農村是我國現代化進程中的重大歷史任務,是統籌城鄉發展和以工促農、以城帶鄉的基本途徑,是縮小城鄉差距、擴大農村市場需求的根本出路,是解決「三農」問題、全面建設小康社會的重大戰略舉措。要加快社會主義新農村建設,必須落實科學發展觀,明確任務、科學規劃、分步實施、強力推進,用科學規劃引領社會主義新農村建設。 一、用全新視角看待社會主義新農村建設 建設社會主義新農村是中央對「三農」問題的重大決策,位列我國未來五年科學規劃的十大方略之首,涵蓋了經濟、政治、文化和社會建設的方方面面,必須以全新的視角、系統的思維審視社會主義新農村建設的新背景、新內涵和新特徵。 (一)社會主義新農村建設的新背景。建設社會主義新農村不是一個新概念,上世紀50年代以來曾多次使用過類似提法,但在新的歷史背景下,黨的十六屆五中全會提出的建設社會主義新農村具有更為深遠的意義和更加全面的要求。新農村建設是在我國總體上進入以工促農、以城帶鄉的發展新階段後面臨的嶄新課題,是時代發展和構建和諧社會的必然要求。當前我國全面建設小康社會的重點難點在農村,農業豐則基礎強,農民富則國家盛,農村穩則社會安;沒有農村的小康,就沒有全社會的小康;沒有農業的現代化,就沒有國家的現代化。世界上許多國家在工業化有了一定發展基礎之後都採取了工業支持農業、城市支持農村的發展戰略。目前,我國國民經濟的主導產業已由農業轉變為非農產業,經濟增長的動力主要來自非農產業,根據國際經驗,我國現在已經跨入工業反哺農業的新階段。因此,我國新農村建設重大戰略性舉措的實施正當其時。 (二)社會主義新農村建設的新內涵。十六屆五中全會對新農村建設提出了「生產發展、生活寬裕、鄉風文明、村容整潔、管理民主」的20字方針,描繪出一幅新農村的美好藍圖。這20字方針,既是我國新農村建設長期的奮斗目標,也是新農村建設的必由之路,各個方面相互聯系、互為因果,主要包括發展新產業、建設新村鎮、構築新設施、培育新農民、樹立新風尚等方面的豐富內涵。發展新產業,就是要打牢物質基礎,千方百計增加農民收入,促進農民持續增收,這是全面建設農村小康社會的著力點。建設新村鎮,就是要改善農村人居環境,使農村的發展得到合理規劃。構築新設施,就是要改善農村的生產生活基礎設施,包括清潔安全飲水、道路交通、電力、信息網路及農業基礎設施建設等。培育新農民,就是要加強基礎教育和職業培訓,推進農村科技推廣和醫療衛生體系等,造就「有文化、懂技術、會經營、守法紀、講文明」的新型農民。樹立新風尚,就是要加強和完善農村民主法制建設,創造和諧的發展環境,倡導新風尚。我們必須全面理解和把握社會主義新農村之「新」的內涵,切實做好「新」的文章。 (三)社會主義新農村建設的新特徵。建設社會主義新農村在新的歷史發展階段具有五個鮮明的特徵。一是時代特徵。這次新農村概念的提出,是在科學發展觀、以人為本、構建和諧社會三大理念引領下的創新,是新農村最富時代特色的標志。二是綜合特徵。新農村不僅僅局限於某個生產領域或者某個環節,而是物質文明、政治文明、精神文明三個文明建設有機結合、綜合協調的發展。三是聯動特徵。新農村建設的含義和工作部署,是城鄉融為一體、作為一個系統工程來考慮的,而不是就農村論農村、就農業抓農業。四是漸進特徵。新農村的建設決不可能一蹴而就,各地的情況和狀況都不一樣,新農村建設必須通過科學制定規劃來推進永續實施,有效確保社會主義新農村建設的連續性和持續性。五是動態特徵。新農村建設立意十分高遠、內容非常豐富,隨著時代的發展,還將不斷賦予新的內涵和新的內容,還要在實踐中不斷拓寬新的思路和新的眼界。 二、充分認識科學規劃在社會主義新農村建設中的極端重要性 科學規劃是經濟社會發展和任何重大建設事項的前提和基礎。城市的發展離不開科學合理系統的規劃,農村的發展更離不開規劃的指導。實現城鄉統籌發展,建設社會主義新農村,首先必須充分認識科學規劃在社會主義新農村建設中的極端重要性。 (一)規劃作為市場經濟條件下國家的一項重要公共政策作用越來越重要。規劃是政府指導調控城鄉建設和發展的法律依據及履行經濟調節、市場監管、社會管理、公共服務職責的重要手段,具有配置空間資源、保護公共利益和協調社會利益的重要職能,關繫到整體國民經濟與社會持續健康發展的大局,具有綜合性、全局性和戰略性的影響作用。當前,隨著經濟社會的快速健康發展,社會主義市場經濟體制的進一步完善,城鄉規劃宏觀調控引導各項建設、保障城市和區域健康快速發展的職能作用越來越重要,黨中央和國務院對城鄉規劃給予了高度重視,對規劃工作提出了更高的要求。胡錦濤總書記最近在主持中央政治局第二十五次集體學習、第二十八次集體學習和在省部級主要領導幹部建設社會主義新農村專題研討班開班式上一再強調,推進城鎮化健康有序發展,必須堅持以規劃為依據,以制度創新為動力,以功能完善為基礎,以加強管理為保證。曾培炎副總理在講城鄉規劃時指出,「規劃的節約是最大的節約,規劃的浪費是最大的浪費,規劃的失誤是最大的失誤」。促進城鄉健康發展,必須充分發揮規劃的引導和調控作用。可以說,規劃就是生產力,規劃已成為國家加強宏觀調控關鍵而重要的手段,是國家重要的公共政策和實施項目的依據,在經濟社會發展中越來越發揮著極其重要的作用。 (二)規劃的引領作用為國內外的成功實踐經驗所證明。作為政府宏觀調控的主要手段,城鄉規劃的主要職能是培育和促進生產力的可持續發展,構築和諧公正的社會環境,營造良好的景觀和文化氛圍,代表和反映廣大人民群眾的根本利益和追求。科學到位的城鄉規劃工作,是指導城鄉建設,推動社會、經濟、資源和環境健康協調發展的基礎,規劃的引領作用為國內外無數成功的實踐經驗所證明。例如:韓國的新村運動取得了很好的預期效果,成為不少國家學習和借鑒的典範,其成功經驗之一就在於充分發揮規劃的引領作用。上世紀60年代,在重點扶持產業發展和擴大出口政策的作用下,韓國工業獲得了快速發展,然而在其整體經濟實力不斷增強的同時卻引發了城鄉之間發展嚴重失衡、城鄉收入差距越拉越大等一系列經濟和社會問題。在這種社會背景下,韓國通過統一規劃、分步實施、有序推進新村運動,在最近30多年的城市化、工業化過程中,實現了城鄉經濟的協調發展和城鄉居民收入的同步提高,這為緩和社會矛盾,促進經濟長足發展創造了良好條件。我國也有大量生動實例,如新疆的抗震安居工程、江西省的村莊整治試點、浙江省的「千村示範、萬村整治」活動、廣東省的建設生態文明村試點等,由於堅持規劃先行,典型引路,投入資金和勞力雖然不多,但成效卻很顯著,受到農民廣泛擁護,這些都彰顯出科學規劃的顯著功能作用,也為新農村建設提供了有益的借鑒。 (三)規劃是社會主義新農村建設的龍頭和先導。城鄉規劃是城鄉發展的藍圖,是城鄉建設和管理的基本依據。實現城鄉統籌發展,建設社會主義新農村,必須要有統一的科學規劃,有全面系統的整體規劃,有科學具體的建設規劃,用科學規劃引領和指導社會主義新農村建設。規劃起點低甚至嚴重滯後,就無法改變「城市像歐洲、農村像非洲」的現狀,無法改變「走進房內過城市生活、走出屋外是農村環境」的現狀,無法改變「走進去是城市、走出來是農村」的現狀,甚至會陷入建了拆、拆了建的不良循環怪圈,過去是一代人建房三代人住,現在一代人建三次房,造成重復建設、反復建設和社會財富的巨大浪費,引起了社會不滿,留下了歷史遺憾。這種情況近年來我國不少地方都曾出現,教訓十分深刻。因此,在進行社會主義新農村建設過程中,我們必須高度重視發揮規劃的龍頭和先導作用,統籌規劃城鄉建設,協調城鄉基礎設施、公共服務設施和要素市場;要按照科學發展觀的要求,立足當前,著眼長遠,科學預測規劃期內經濟社會發展的趨勢;要站在農村自然和文化發展脈絡的角度,尊重農村的實際和特點,因地制宜,突出農村特點和地方特色,做到人與自然和諧相處,為農村可持續發展營造良好環境。 三、社會主義新農村建設給南陽市農村發展帶來大好發展機遇 建設社會主義新農村是一項重大而長遠的歷史任務,也是加強「三農」工作的重大戰略舉措,事關全面建設小康社會和社會主義現代化建設的全局。我們一定要准確把握社會主義新農村建設帶來的重大歷史機遇,吃透中央精神,用足用好政策,順應南陽發展的潮流,乘勢而上,實現新農村建設新突破。 (一)正確看待南陽市新農村建設的成效。改革開放以來,農村推行聯產承包責任制,中央實施了一系列「多予、少取、放活」的惠農富民政策,特別是近年來,隨著農村稅費改革,取消農業稅,免交提留款,擴大內需等一系列政策的實施,南陽市農村經濟發展迅猛,農民生活水平顯著提高,農業綜合生產能力不斷增強,農村面貌發生了翻天覆地的變化。總體上看,南陽市農村建設呈現以下幾個主要特點:一是中心村地位日益凸現。隨著鎮、村合並,行政區劃的不斷調整及地方經濟的發展,一些鄉鎮政府所在地村及經濟強村因基礎條件較好,正越來越多地集聚村民,凸現出中心村的明顯地位,成為人們安居樂業的理想場所。二是農村面貌迅速變化。南陽市村級經濟逐步增長,農村綜合經濟實力日漸增強,帶動了農村建設的發展,農村面貌大為改觀。三是基礎設施不斷改善。基礎設施和社會公共事業成為近年來南陽市村級建設的重點,村級主幹道路修建、農村有線電視入戶、電網改造等有了新的進展。四是農民參與熱情高漲。廣大農民對黨的農村政策衷心擁護,積極主動地投身到農村生產和各項社會事業建設中來,農村形勢一片大好,這些都為南陽市社會主義新農村建設注入了強大活力,奠定了堅實基礎。 (二)南陽市農村建設中仍存在一些不容忽視的問題。經過近年來的發展,南陽市農村建設,縱向比,成績很大;但橫向比,尤其與先進地方相比,仍存在不小的差距。突出表現:一是村莊布局不盡合理,規模小、建設亂,土地資源使用粗放;二是村級建設無序,空間布局雜亂無章,造成社會資源和個人財產的巨大浪費;三是基礎設施建設滯後,公共服務設施不健全,各項管理很難有序推進;四是建築品位普遍不高,缺乏人文內涵,沒有地方特色;五是人居環境不優,農村生活質量欠佳,臟、亂、差狀況亟待改變。應當說,這些都是由於沒有很好地發揮規劃的指導作用,致使農村建設到處是「只見新房,不見新村」,「只見新村,不見新貌」。因此,社會主義新農村建設迫切需要規劃的引導和帶動。 (三)南陽市建設社會主義新農村面臨空前機遇。南陽市作為一個農業大市,2.66萬平方公里的土地上擁有鄉鎮總數212個、行政村4651個、自然村40131個,農村人口、農村經濟所佔比重很大,「農」字的分量在全市經濟社會發展大局中舉足輕重。近年來,經過全市上下的不懈努力,南陽經濟社會發展已經躍上一個新的戰略起點,綜合實力顯著增強。去年全市人均生產總值已突破1000美元,城鎮化率已超過30%,已經初步具備「工業反哺農業、城市支持農村」的條件,進入了全面提升產業層次、加快經濟轉型、統籌城鄉發展的新階段,建設新農村的條件日臻成熟。同時,城市的建設和發展已跨上了一個新的台階,現在有更多的時間和精力來關心、謀劃和加強「三農」工作。從全國宏觀環境看,中央明確把「三農」工作作為全黨工作的重中之重,堅持「工業反哺農業、城市支持農村」的方針,進一步調整國民收入分配格局,對農業和農村經濟發展實行了一系列更加有力的扶持政策措施,並在宏觀調控中把「三農」作為重點加強的環節,出台了一系列「含金量」很高的惠農政策,公共財政的陽光普照「三農」,為新農村建設提供了前所未有的重大政策機遇。機遇稍縱即逝,我們越是面臨千載難逢的黃金發展機遇期,越要更加重視搞好規劃,用科學規劃統領新農村建設,全力開創新農村建設新局面。 四、搞好科學規劃是社會主義新農村建設的重中之重 新農村建設是一項長期、艱巨的系統工程,涉及經濟、社會、文化、政治等各個方面和廣大人民群眾的根本利益。我們必須堅持規劃先行,按照適度超前、城鄉統籌、科學規劃、合理布局、分步實施的原則,積極主動地推進社會主義新農村建設。 (一)科學制定鎮(鄉)域規劃,統籌城鄉一體化發展。鎮(鄉)域規劃是新農村建設的核心。應著重從區域規劃角度出發,對鎮(鄉)域村莊布局、產業發展、基礎設施和公共服務設施進行戰略研究和合理布局,科學制定鎮(鄉)域規劃。要根據鎮(鄉)域村莊分布狀況和相互依存關系,預測合理的農村人口容量,通過改造鎮中村、拆除空心村、撤並行政村、合並自然村,建立合理的鎮、中心村、基層村體系,引導農民向城鎮和農村新型社區集中;分析研究本地域經濟發展條件,制定切實可行的產業發展規劃,引導農業向適度規模經營集中,引導鄉村工業向開發區和工業區集中;合理確定鎮(鄉)域道路交通、電力通信體系和基礎設施、公共服務設施空間布局,明確功能分工,優化資源配置,實現共建共享,引導農村基礎設施和公共事業健康發展。各類建設活動都要納入鎮(鄉)域規劃統籌安排,通過科學的鎮(鄉)域規劃,形成分工明確、功能互補、配套完善、環境優美、協調發展的鎮村發展體系,統籌城鄉一體化發展。 (二)統籌制定村莊建設規劃,凸現新農村發展特色。科學的村莊規劃是改善農民的居住條件和生活環境的前提。按照社會主義新農村建設的要求,根據村莊的不同類型,在鎮(鄉)域規劃的指導下,綜合考慮人口的自然增長,農村富餘勞動力的轉移和村莊分布的調整以及自然地理條件、耕作半徑等因素,合理確定村莊規模;以布局優化、道路硬化、村莊綠化、住宅美化、過道凈化、路燈亮化、環境潔化、服務強化為主要內容,統籌規劃村莊布局;根據村莊規模與等級,統籌安排村莊基礎設施、公共服務設施和住宅布點,凸現新農村建設特色。通過統籌制定村莊建設規劃,因地制宜,依山傍水,依山就勢,突出地方特色,創造體現農村建設特色的村莊空間形態。 (三)合理制定配套設施規劃,努力提高農民生活質量。基礎設施和公共服務設施是社會主義新農村建設的應有內容,是構建社會主義和諧農村的重要保證。按照社會主義新農村建設的要求,農村公共服務設施和基礎設施,主要是規劃和建設好「三大中心」、「三大場所」和「六條管線」。「三大中心」是指文化活動中心、村民休閑中心和醫療衛生服務中心,以豐富農民業余文化生活,提高農民醫療保障水平,推進農村文化體育衛生事業健康發展。「三大場所」是指托兒所、敬老院和超市市場,通過教育、養老、購物進村,以滿足農民生活需要,促進農村教育事業、社會保障體系與商貿物流業的發展。「六大管線」是指公交線、寬頻線、電話線、有線電視線、自來水管、排水管,做到適度超前,預埋鋪設,以保證農村可持續發展。通過高水平制定配套設施規劃,促進城市文明向農村輻射,讓農民分享現代文明成果,實現城市與鄉村發展的良性互動。 (四)強化居住建築設計,優化鄉村人居環境。「小康不小康,關鍵看住房」,社會主義新農村建設一個突出重點就是要改善農民的居住環境。在鎮(鄉)域規劃和村莊建設規劃的指導下,根據農村的自然地理條件以及傳統習俗,結合不同村莊的實際情況,因勢就利,合理布局宅基地,使農民新居與自然環境和諧共生,相映成趣;農居建築設計要符合現代住宅理念,大小高低、內部結構、光照、保暖、通風等方面都要實用;要突出地方民居特色,充分體現地域風情,按高中低檔為農民免費設計各種戶型的住宅,滿足不同類型農民的建房需要,同時注意保護有歷史文化價值的古村落和古住宅。通過強化居住建築設計,提高建築藝術水平,優化鄉村人居面貌和環境。 (五)注重搞好生態規劃,實現農村可持續發展。良好的生態環境是經濟增長和城鄉發展的基礎和條件。進行生態規劃,要按照社會主義新農村建設的要求,必須進一步強化可持續發展意識,妥善處理好經濟發展與人口、資源和環境的關系,改善農村生態環境。尊重和悉心呵護自然環境,繼承村民們尊重周邊生態環境、與之共存的傳統思想,突出保護歷史風貌和自然生態,嚴格控制村莊周邊土地使用與開發強度,形成農田、林地、山體、河流池塘等生態復合系統。加強環境整治,實施「三改三清」工程,加快普及農村沼氣,帶動農村改圈、改廁、改廚;動員農民治理臟亂差,清垃圾、清路障、清污泥,改善人居生態環境。要按照建設資源節約型、環境友好型社會的要求,加大生態建設和環境保護力度,高效集約利用資源,大力普及農村沼氣,積極發展適合農村特點的清潔能源,努力實現節約發展、清潔發展、安全發展、可持續發展。 五、強力推進社會主義新農村建設持續健康發展 社會主義新農村建設任重而道遠。我們必須遵循統一規劃、合理布局,因地制宜、突出特色,政府引導、依靠群眾,試點示範、逐步推進的原則,採取切實有效的措施,強力推進社會主義新農村建設持續健康發展。 (一)提高認識,統一思想。社會主義新農村建設是一項開創性、探索性的宏偉事業,是為廣大農民謀利造福的千秋功業。我們要深入領會黨的十六屆五中全會精神實質,正確理解和把握新農村建設的方針政策,統一提高思想認識,勇於探索實踐。要堅持以發展農村經濟為中心,促進農民持續增收;堅持從實際出發,尊重農民意願;堅持以人為本,切實讓農民得到實惠;堅持科學規劃、分類指導,有步驟有重點地逐步推進;堅持調動各方面積極性,動員社會力量廣泛參與,使社會主義新農村建設成為全社會的共同行動。 (二)因地制宜,注重實效。南陽市農村地廣人眾,自然條件、經濟基礎、生活習俗千差萬別,新農村規劃建設要堅持以人為本、從實際出發,因地制宜、分類指導,突出重點、注重實效;要堅持為民服務的思想,把好事辦好,把實事辦實。要區分經濟發展水平、區位布局、地形地貌、鄉土風情、歷史文化、產業結構、自然資源、發展前景,立足適度聚集,突出特色,有利農業生產,方便農民生活。要區分輕重緩急,從解決農民最急迫、最直接、最關心的住宅與畜禽圈舍混雜、供水、安全、環境衛生、污水與垃圾處理等實際問題入手,讓農民得到實惠。 (三)以人為本,尊重民意。新農村建設的主體是農民,推進新農村建設,必須牢固樹立群眾觀點,相信群眾、尊重群眾、依靠群眾、服務群眾、造福群眾,使新農村建設成為惠及廣大農民群眾的民心工程。要一切從實際出發,幫助農民改變那些農村最基本的、最基礎的、最急需的基礎設施、公共服務設施建設;要充分尊重農民選擇,制定農民參與的途徑,以農民願意不願意、高興不高興、贊成不贊成作為衡量開展工作的主要標准;要通過村莊建設規劃與行動計劃的編制予以引導和規范,防止簡單粗暴、強迫命令,層層下指標,浪費財力物力。 (四)典型引路,示範帶動。社會主義新農村建設工作是一項全新的工作,必須先行試點,典型引路,示範帶動,逐步推進。要選擇一些經濟條件比較好的村、移民村、新建村、近郊村和一些富裕戶先行試點,集中規劃新建一批高標準的小康新村示範點,引導農民有序建設美好家園;要積極開展「百村示範、千村整治」活動,不斷優化農村人居環境;要根據新農村建設的實踐,通過分析對比,探索新農村建設的新方法新途徑,通過抓點帶面,創造模式,逐步推開。 (五)加強領導,常抓不懈。社會主義新農村建設是億萬農民的迫切願望,也是各級黨委、政府的重要職責,必須超前謀劃,統籌安排,切實加強組織領導,堅持狠抓落實。要正確處理立足當前和著眼長遠的關系,客觀條件和建設目標的關系,政府主導和市場機制的關系,農民參與和農民受益的關系,硬體建設與軟體建設的關系,確立長期行動計劃,明確建設的重點、時序和組織領導方式。要堅持全市一盤棋,各級各部門都要積極跟進,凝心聚力,積極主動地投入到社會主義新農村建設這場重大活動中去。各級政府要加大對新農村建設的規劃投入,抓緊組織編制科學、規范、合理、操作性較強的新農村建設規劃,有效指導全市新農村建設。各級規劃部門要站在全局高度切實發揮職能作用,研究制定《新農村建設規劃導則》和《農村住宅通用圖集》,積極開展農村規劃培訓,普及農村規劃知識,啟動實施「千人千村工程」,組織廣大規劃建築設計人員入駐廣大農村,宣傳、制定新農村建設規劃,具體指導新農村建設。要通過堅強有力的措施,組織動員全市上下迅即行動,扎實推進,努力譜寫南陽市社會主義新農村建設的新篇章。
❷ 計算機組成結課論文
「計算機組成原理」課程論文
摘要:《計算機組成原理》是計算機科學與技術專業的一門核心的專業必修課程。本門課程採用從計算機的整體知識框架入手,逐步展開說明。詳細講述了計算機組成原理,計算機是一台由許多獨立部件構成的機器,它的功能可由其各個獨立部件的功能來描述,而每個獨立部件又可以由其內部更精細的結構和功能來描述。根據計算機組成原理的結構,本門課程把課程內容分為四大模塊:(1)計算機的概論;(2)計算機系統的硬體結構;(3)中央處理器;(4)控制單元;四個模塊一次遞進,逐步進入計算機的內核部分。
計算機系統由「硬體」和「軟體」兩大部分組成。計算機的軟體由可以分為「系統軟體」和「應用軟體」兩種。系統軟體用來管理計算機;應用軟體用來實現各項用戶功能。計算機軟體實現這些功能的基礎是硬體的支持。在一定程度上硬體的功能和軟體的功能可以相互替代,硬體的功能是速度快,但實現起來難度大,電路復雜,可移植性查;軟體更加靈活,但是運行的素的並硬體慢很多。
一、本書主要知識點
第一篇 概論
1、第一章 計算機系統概論
(1)主要知識點
本章重點突出計算機組成的概貌和框架,由此簡潔明了地了解計算機內部的工作過程實際上是指令流和數據流在此框架內由I/O→存儲器→CPU→存儲器→I/O 的過程,是通過逐條取指令、分析指令和執行指令來運行程序的。同時要了解到當今計算機盡管發展到千變萬化的程度,但其最根本的組成原理還是基於馮諾依曼的結構。
(2)內容掌握情況
本章介紹了計算機硬體的基本組成、計算機體系結構、以及計算機系統層次結構。通過本章的學習對於計算機的宏觀結構有了一個總體的概念,明白了計算機是由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大部件組成計算機系統,並規定了這五部分的基本功能。通過沒個基本部件實現相關的功能,從而形成一個完整的計算機框架結構。
圖1 計算機的結構
馮諾依曼計算機的特點是本章學習的重點內容,事先將程序(包含指令和數據)存入主存儲器中,計算機在運行程序時就能自動地、連續地從存儲器中依次取出指令且執行。這是計算機能高速自動運行的基礎。計算機的工作體現為執行程序,計算機功能。如果程序現在是順序執行的,每取出一條指令後PC內容加l,指示下一條指令該從何處取得.如果程序將轉移到某處,就將轉移的目標地址送入PC,以便按新地址讀取後繼指令。所以,PC就像一個指針,一直指示著程序的執行進程,也就是指示控制流的形成。雖然程序與數據都採用二進制代碼,仍可按照PC的內容作為地址讀取指令,再按照指令給出的操作數地址去讀取數據。
通過第一章的學習,從宏觀上引入了計算機的組成原理和工作原理,本書就是圍繞計算機的這種結構,展開說明計算的組成以及如何工作的。
2、第二章 計算機的發展及應用
第二章作為自學內容,講述了計算機的發展史,通過歷史來展示現在計算機所處的發展階段。從1946 年ENIAC 誕生到二十世紀五、六十年代,由於構成計算機的元器件發展變化(由電子管→晶體管→集成電路),使計算機的性能有了很大提高,每隔6 至7 年,計算機便更新換代一次,運算速度約提高一個數量級。而到了二十世紀七十年代,自從Intel 公司生產了第一個微處理器晶元後,隨著集成度成倍的提高,以每隔18 個月
表1 計算機的發展歷程
晶元上的晶體管數就翻一番的速度使計算機得到極為廣泛的應用,以至整個社會從製造時代進入到信息時代,出現了知識大爆炸。
第二篇 計算機系統的硬體結構
3、第三章 系統匯流排
圖2 匯流排實現結構示意圖
匯流排是計算機中一個非常重要的部件,在計算機中,各個部件之間是相對獨立工作的。但是各個部件之間的聯系又是非常緊密的,彼此之間需要大量的數據交換。為此引出了匯流排這個部件。計算機系統的五大部件之間互聯方式有兩種,一種是各個部件之間使用單獨的連線,稱為分散鏈接;另一種是將各部件連到一組公共信息傳輸線上,稱為匯流排連接。本章重點研究匯流排的連接方式。
匯流排是連接多個部件的信息傳輸線,是各個部件共享的傳輸介質。
匯流排按照傳輸方式可以分為並行傳輸匯流排和串列傳輸匯流排;匯流排按照連接部件的不同可以分為片內匯流排、系統匯流排和通信匯流排。
匯流排的特性和性能指標,根據匯流排的不同分別研究了匯流排的特性、性能標准和匯流排的行業標准。
匯流排的用處不同則有單匯流排結構和多匯流排結構。
由於匯流排是多個部件同時使用,因此存在匯流排的判優邏輯。
4、第四章 存儲器
存儲器是計算機系統中的記憶設備,用來存放程序和數據。隨著計算機發展,存儲器在系統中的地步越來越重要。
圖3 存儲器的分類
存儲器在計算機中可實現如下功能:輸入設備輸入程序和數據,存儲器寫操作;CPU讀取指令,存儲器讀操作;CPU執行指令時需讀取操作數,存儲器讀操作;CPU將處理的結果存入存儲器 ,存儲器寫操作;輸出設備輸出結果, 存儲器讀操作;
對於一個存儲器來說需要明白以下概念:
存儲元:存儲器的最小組成單位,用以存儲1位二進制代碼。
存儲單元:是CPU訪問存儲器基本單位,由若干個具有相同操作屬性的存儲元組成。
單元地址:在存儲器中用以標識存儲單元的唯一編號,CPU通過該編號訪問相應的存儲單元。
字存儲單元:存放一個字的存儲單元,相應的單元地址叫字地址。
位元組存儲單元:存放一個位元組的存儲單元,相應的單元地址叫位元組地址
按字定址計算機:可編址的最小單位是字存儲單元的計算機。
按位元組定址計算機:可編址的最小單位是位元組的計算機。
存儲體:存儲單元的集合,是存放二進制信息的地方。
本章運用以前學過的電路知識和本章所學的半導體存儲晶元,設計存儲器和CPU 的連接電路。注意要合理選用晶元,以及CPU 和存儲器晶元之間的地址線、數據線和控制線的連接。
5、第五章 輸入輸出系統
輸入輸出系統是計算機中一個非常重要的邏輯部件。隨著計算機系統的不斷發展,應用范圍不斷擴大,I/O設備的數量和種類也越來越多,它們與主機的聯絡方式及信息的交換方式也不相同。由於輸入輸出設備工作速度與計算機主機的工作速度極不匹配.為此,既要考慮到輸入輸出設備工作的准確可靠,又要充分挖掘主機的工作效率。本章重點分析I/O設備與主機交換信息的三種控制方式(程序查詢、中斷和DMA)及其相應的介面功能和組成,對記住幾種常用的I/O設備也進行簡單介紹。
(1)程序中斷方式
中斷:計算機在執行正常程序的過程中,出現某些異常事件或某種請求時,處理器暫停執行當前程序,轉而執行更緊急的程序,並在執行結束後,自動恢復執行原先程序的過程。
特點: 硬體結構較查詢方式復雜些、服務開銷時間較大、主程序與設備並行運行,CPU效率較高,具有實時響應的能力。
(2)中斷處理過程。
中斷處理過程為:中斷請求→中斷源識別判優→中斷響應→中斷處理→中斷返回
中斷源: 引起中斷事件的來源。
判優: 找出優先順序最高的中斷源給予響應。
中斷源識別:採用的方法有: 軟體查詢法;硬體排隊法; 矢量中斷。
CPU響應中斷的條件:至少有一個中斷源請求中斷; CPU允許中斷;當前指令執行完。
中斷響應的工作--由硬體自動完成:關中斷;保留斷點信息;轉到中斷處理程序入口。中斷處理--由軟體(中斷處理程序)完成。
(3)DMA傳送方式
特點:解決與CPU共享主存的矛盾;停止CPU訪問內存CPU效率低;周期挪用,適用於外設讀取周期大於內存存取周期;DMA與CPU交替訪問。 適用於CPU工作周期比內存存取周期長得多的情況。
第三篇 中央處理器
6、第六章 計算機的運算方法
計算機的應用領域極其廣泛,但不論其應用在什麼地方,信息在機器內部的形式都是一致的,即為0和1組成的各種編碼。本章主要介紹參與運算的各類數據,以及它們在計算機中的算術運算方法。計算機中有符號數、無符號數、定點數和浮點數的各種表示,以及移位、定點補碼加減運算、定點原碼一位乘和兩位乘及補碼Booth 演算法、定點原碼和補碼加減交替除法,以及浮點補碼加減運算。
本章的知識難度較大,首先研究數據的表示方法,有無符號數和有符號數。數的表示存在頂點表示和浮點表示。本章的難點在於計算機中數據的運算,定點運算、浮點四則運算。本章還研究了計算機的計算部件——算術邏輯單元。
圖4 ALU電路
7、第七章 指令系統
本章主要介紹及其指令系統的分類、常見的定址方式、指令格式以及設計指令系統時應考慮的問題。了解機器的指令系統決定了一台計算機的功能,而一旦計算機的指令系統確定以後,計算機的硬體必須給予支持。指令系統主要體現在它的操作類型、數據類型、地址格式和定址方法等方面。要求掌握不同的定址方式對操作數定址范圍以及對編程的影響,掌握不同的定址方式所要求的硬體和信息的加工過程。
用計算機解題時,一般都要編製程序,程序既可用高級語言編寫,亦可用機器語言編寫;但計算機只能夠識別和執行用機器語言編寫的程序;各種高級語言編寫的應用程序,最終都要翻譯成機器語言來執行。機器語言是由一系列的指令(語句)組成的;指令的格式就是機器語言的語法;每條指令規定機器完成一定的功能。一台計算機的所有的指令集合稱為該機的指令系統或指令集。它是程序工作者編製程序的基本依據,也是進行計算機邏輯設計的基本依據。
本章中提出了對於機器指令的格式要求以及操作數和操作類型。通過本章的學習認識了指令的定址方式,並初步了解RISC技術的產生和發展。
本章的難點在於指令的定址方式、操作數定址方式;形成指令地址的方式,稱為 指令定址方式 。有順序定址和跳躍定址兩種,由指令計數器來跟蹤。形成操作數地址的方式,稱為 數據定址方式 。操作數可放在專用寄存器、通用寄存器、內存和指令中。數據定址方式有隱含定址、立即定址、直接定址、間接定址、寄存器定址、寄存器間接定址、相對定址、基址定址、變址定址、塊定址、段定址等多種。
8、第八章 CPU的結構和功能
通過本章的學習CPU的功能和基本組成, CPU的基本部分由 運算器、cache 和 控制器 三大部分組成。 CPU需具有四方面的基本功能: 指令控制 、操作控制 、 時間控制 、數據加工。 數據通路 是許多寄存器之間傳送信息的通路。
圖5 CPU的內部結構
指令的周期和指令的流水式本章研究的又一個重點內容。CPU從存儲器取出一條指令並執行這條指令的時間和稱為指令周期。由於各種指令的操作功能不同,各種指令的指令周期是不盡相同的。劃分指令周期,是設計操作控制器的重要依據 。
第四篇 控制單元
9、第九章 控制單元的設計
根據指令周期的4個階段,控制單元為完成不同指令所發出的各種操作命令控制計算機的所有部件有次序地完成相應的操作,以達到執行程序的目的。計算機的功能就是執行程序。在執行程序的過程中,控制單元要發出各種微操作命令,而且不同的指令對應不同的命令。完成不同指令的過程中,有些操作時相同或相似的,如取指令、取操作數地址以及中斷周期。
10、第十章 控制單元的設計
本章介紹控制單元的兩種設計方法,要求初步掌握控制單元的兩種設計方法,從而進一步理解組合邏輯控制器和微程序控制器在設計思想、硬體組成及其工作原理方面的不同。結合時序系統的概念,學會按不同指令要求,寫出其相應的微操作命令及節拍安排。
操作控制器設計方法
硬布線控制器:組合邏輯型,採用組合邏輯技術實現;
微程序控制器 存儲邏輯型,以微程序解釋執行機器指令,採用存儲邏輯技術實現;
門陣列控制器 組合邏輯與存儲邏輯結合型,採用可編程邏輯器件實現。
微命令是指控制部件通過控制線向執行部件發出的各種控制命令,是構成控制信號序列的最小單位。微操作是執行部件接受微命令後所進行的操作,是計算機硬體結構中最基本的操作。微周期是從控存中讀取一條微指令並執行相應的一步操作所需的時間。微指令是由每個微周期的操作所需的控制命令構成一條微指令。微指令包含了若干微命令信息。微程序即一系列微指令的有序集合,可以控制實現一條機器指令。
二、學習體會
「計算機組成原理」是本學期的一門重點課程,通過本學期的學習發現該課程的學習難度較大,知識點很多,而且各個知識點之間的聯系並不多。因此對於該課程的學習顯得十分吃力。通過一個學期的學習使我逐漸理解計算機系統的層次結構。本門課程主要是學習計算機的組成結構,例如計算機是由哪些部件組成的,各個部件之間存在什麼樣的關系,這些關系是如何聯系的,以及這些部件內部是如何工作的。在指令系統中體現了機器的屬性,但指令的實現,即如何取指令、分析指令、取操作數、運算、送結果等,這些都是計算機組成原理所研究的范圍。
該課程向我們展示了一台計算機從宏觀上是如何工作的,同時又對計算機的組成部件分開進行演示。
我們從大一開始學習了程序設計課程(C語言和C++程序程序設計語言),通過這兩門的課的學習,使我們初步了解了軟體的工作方式,但是對於計算機在機器層面上的功過模式感到很陌生,之前學習的程序設計課程是基於高級程序設計語言,更加接近自然語言,而計算機只能處理有0和1組成的二進制代碼。高級程序所描繪的語言如何通過計算機硬體轉換成為計算機能夠識別的二進制代買。由二進制代碼組成的指令在機器中是如何運行的。本課程在「數字邏輯」的基礎之上展開對計算機的描述。
本門課程的學習所要把握的一個重點關鍵詞是「數據通路」,計算機處理的始終是數字信號,計算機中的所有功能都是通過數字所表示的信息來是實現的。在計算機中,數據是如何從外部進入計算中的,這就引入了輸入輸出系統(I/O),I/O系統將外界的物理信號或者模擬信號轉換成計算機能夠識別的數字信號,通過匯流排系統輸入計算機中,並將計算機處理後的數字信號轉換成相應的模擬信號在某些外設中輸出。計算機需要處理大量數據,因此需要在計算機中設立相應的存儲設備用來存儲信號。計算機中的存儲設備分為主存和外村,它們之間可以通過匯流排相互交換數據。CPU是計算機匯總的核心部件,CPU包含運算器和控制器兩大部分,根據馮諾依曼結構,計算機可自動完成取指令和執行指令的過程,控制器就是完成此項工作的,它負責協調並控制計算機各部件執行程序的指令序列,其基本功能是取指令、分析指令和執行指令。由於計算機中存在著五大部件,並通過這些部件的協調配合工作,使計算機能夠完成各種各樣的功能。
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下面是我在網上收集的一點質料,不知道你有用沒…… 我們為什麼要用Linux? Linux是"免費"的,上面又有那麼多"免費"的軟體,為什麼不用? Windows實在太不穩定了,受不了,換個平台吧。 想學習UNIX,可是錢包里的鈔票不多,先從Linux開始吧。 想學習操作系統,哪裡有開放源代碼的OS?而且還要很活躍,有前途的。 基於Linux的並行計算,不但費用低廉,而且功能強大,有潛力,重要的是有源代碼。 想成為一名Hacker(當然是網俠一類),Linux當然是最好的工具之一。 Linux潛在的商業價值不可限量,性能相當地好,穩定性也很好,用其替換商業操作系統真是明智的選擇。 Oracle,Infomix,Sysbase,IBM都支持Linux了,用其作資料庫平台挺不錯。煩了一次又一次去買許可證(奸商經常設這樣的陷阱),Linux遵循公共版權許可證(GPL)正合我意。 Linux太適合Internet/Intranet,本身就是通過網路來協同開發的,網路時代為什麼不用Linux? 採用Linux可以極大的降低擁有者總成本(TCO)。等待商業操作系統補丁的耐心是有限度的,更受不了總被商家牽著鼻子走,開放源代碼的Linux至少可以使用戶有一定的控制權。開放源代碼使用戶可以按照自己的需要添加或刪除某些功能,用戶可定製性,真是太好了! 利用開放源代碼的Linux還可以開發路由器,嵌入式系統,網路計算機,個人數字助理等等,GNU真是巨大的知識寶庫,何樂而不用? 崇尚自由軟體精神和夢想,貢獻自己的力量! Linux的特點 Linux操作系統在短短的幾年之內得到了非常迅猛的發展,這與Linux具有的良好特性是分不開的。Linux包含了Unix的全部功能和特性。簡單的說,Linux具有以下主要特性: 1.開放性 開放性是指系統遵循世界標准規范,特別是遵循開放系統互連(OSI)國際標准。凡遵循國際標准所開發的硬體和軟體,都能彼此兼容,可方便地實現互連。 2.多用戶 多用戶是指系統資源可以被不同用戶各自擁有使用,即每個用戶對自己的資源(例如:文件、設備)有特定的許可權,互不影響。Linux和Unix都具有多用戶的特性。 3.多任務 多任務是現代計算機的最主要的一個特點。它是指計算機同時執行多個程序,而且各個程序的運行互相獨立。Linux系統調度每一個進程,平等地訪問微處理器。由於CPU的處理速度非常快,其結果是,啟動的應用程序看起來好像在並行運行。事實上,從處理器執行一個應用程序中的一組指令到Linux調度微處理器再次運行這個程序之間只有很短的時間延遲,用戶是感覺不出來的。 4.良好的用戶界面 Linux向用戶提供了兩種界面:用戶界面和系統調用。Linux的傳統用戶界面是基於文本的命令行界面,即shell,它既可以聯機使用,又可存在文件上離線使用。shell有很強的程序設計能力,用戶可方便地用它編製程序,從而為用戶擴充系統功能提供了更高級的手段。可編程Shell是指將多條命令組合在一起,形成一個Shell程序,這個程序可以單獨運行,也可以與其他程序同時運行。 系統調用給用戶提供編程時使用的界面。用戶可以在編程時直接使用系統提供的系統調用命令。系統通過這個界面為用戶程序提供低級、高效率的服務。Linux還為用戶提供了圖形用戶界面。它利用滑鼠、菜單、窗口、滾動條等設施,給用戶呈現一個直觀、易操作、交互性強的友好的圖形化界面。 5.設備獨立性 設備獨立性是指操作系統把所有外部設備統一當作成文件來看待,只要安裝它們的驅動程序,任何用戶都可以象使用文件一樣,操縱、使用這些設備,而不必知道它們的具體存在形式。 具有設備獨立性的操作系統,通過把每一個外圍設備看作一個獨立文件來簡化增加新設備的工作。當需要增加新設備時、系統管理員就在內核中增加必要的連接。這種連接(也稱作設備驅動程序)保證每次調用設備提供服務時,內核以相同的方式來處理它們。當新的及更好的外設被開發並交付給用戶時,操作允許在這些設備連接到內核後,就能不受限制地立即訪問它們。設備獨立性的關鍵在於內核的適應能力。其他操作系統只允許一定數量或一定種類的外部設備連接。而設備獨立性的操作系統能夠容納任意種類及任意數量的設備,因為每一個設備都是通過其與內核的專用連接獨立進行訪問。 Linux是具有設備獨立性的操作系統,它的內核具有高度適應能力,隨著更多的程序員加入Linux編程,會有更多硬體設備加入到各種Linux內核和發行版本中。另外,由於用戶可以免費得到Linux的內核源代碼,因此,用戶可以修改內核源代碼,以便適應新增加的外部設備。 6.提供了豐富的網路功能 完善的內置網路是Linux的一大特點。Linux在通信和網路功能方面優於其他操作系統。其他操作系統不包含如此緊密地和內核結合在一起的連接網路的能力,也沒有內置這些聯網特性的靈活性。而Linux為用戶提供了完善的、強大的網路功能。 支持Internet是其網路功能之一。Linux免費提供了大量支持Internet的軟體,Internet是在Unix領域中建立並繁榮起來的,在這方面使用Linux是相當方便的,用戶能用Linux與世界上的其他人通過Internet網路進行通信。 文件傳輸是其網路功能之二。用戶能通過一些Linux命令完成內部信息或文件的傳輸。 遠程訪問是其網路功能之三。Linux不僅允許進行文件和程序的傳輸,它還為系統管理員和技術人員提供了訪問其他系統的窗口。通過這種遠程訪問的功能,一位技術人員能夠有效地為多個系統服務,即使那些系統位於相距很遠的地方。 7.可靠的系統安全 Linux採取了許多安全技術措施,包括對讀、寫進行許可權控制、帶保護的子系統、審計跟蹤、核心授權等,這為網路多用戶環境中的用戶提供了必要的安全保障。 8.良好的可移植性 可移植性是指將操作系統從一個平台轉移到另一個平台使它仍然能按其自身的方式運行的能力。 Linux是一種可移植的操作系統,能夠在從微型計算機到大型計算機的任何環境中和任何平台上運行。可移植性為運行Linux的不同計算機平台與其他任何機器進行准確而有效的通信提供了手段,不需要另外增加特殊的和昂貴的通信介面。 1.Linux 伺服器 目前Linux伺服器是當前最廣泛的應用。 2004年,摩托羅拉計算機部和IBM合作開發和推廣電信應用計算平台。 2002年,北京市東城區政府建立了基於Linux伺服器平台的電子政務系統。 2003年8月,韓國國家航空公司和IBM公司聯合發布聲明,表示韓國航空公司將把該公司的核心業務移植到 IBM的eServer伺服器當中完成,其中操作系統則採用Linux。 2.嵌入式Linux系統 2003年,摩托羅拉公司推出Linux平台的A760手機。並在近兩年推出新款的Linux手機。 3.桌面應用 新版本的Linux系統特別在桌面應用方面進行了改進,達到相當的水平,完全可以作為一種集辦公應用、 多媒體應用、網路應用等多方面功能於一體的圖形界面操作系統。
採納哦
❹ 計算機圖形學論文
計算機圖形學(Computer Graphics,簡稱CG)是一種使用數學演算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。
簡單地說,計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與演算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術上來看,圖形主要分為兩類,一類是基於線條信息表示的,如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等,另一類是明暗圖,也就是通常所說的真實感圖形。
計算機圖形學一個主要的目的就是要利用計算機產生令人賞心悅目的真實感圖形。為此,必須建立圖形所描述的場景的幾何表示,再用某種光照模型,計算在假想的光源、紋理、材質屬性下的光照明效果。所以計算機圖形學與另一門學科計算機輔助幾何設計有著密切的關系。事實上,圖形學也把可以表示幾何場景的曲線曲面造型技術和實體造型技術作為其主要的研究內容。同時,真實感圖形計算的結果是以數字圖象的方式提供的,計算機圖形學也就和圖象處理有著密切的關系。
圖形與圖象兩個概念間的區別越來越模糊,但還是有區別的:圖象純指計算機內以點陣圖形式存在的灰度信息,而圖形含有幾何屬性,或者說更強調場景的幾何表示,是由場景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。
計算機圖形學的研究內容非常廣泛,如圖形硬體、圖形標准、圖形交互技術、光柵圖形生成演算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示演算法,以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物模擬、虛擬現實等
❺ 機器人論文
機器人
實用上,機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置。機器人可接受人類指揮,也可以執行預先編排的程序,也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。機器人執行的是取代或是協助人類工作的工作,例如製造業、建築業,或是危險的工作。
機器人可以是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。目前在工業、醫學甚至軍事等領域中均有重要用途。
歐美國家認為:機器人應該是由計算機控制的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動機械,但是日本不同意這種說法。日本人認為「機器人就是任何高級的自動機械」,這就把那種尚需一個人操縱的機械手包括進去了。因此,很多日本人概念中的機器人,並不是歐美人所定義的。
現在,國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般說來,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標准化組織採納了美國機器人協會給機器人下的定義:「一種可編程和多功能的,用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。」
機器人能力的評價標准包括:智能,指感覺和感知,包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等;機能,指變通性、通用性或空間佔有性等;物理能,指力、速度、連續運行能力、可靠性、聯用性、壽命等。因此,可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器。
機器人發展簡史(引自《環球科學》2007年第二期)
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中,根據Robota(捷克文,原意為「勞役、苦工」)和Robotnik(波蘭文,原意為「工人」),創造出「機器人」這個詞。
1939年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司製造的家用機器人Elektro。它由電纜控制,可以行走,會說77個字,甚至可以抽煙,不過離真正幹家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。
1942年 美國科幻巨匠阿西莫夫提出「機器人三定律」。雖然這只是科幻小說里的創造,但後來成為學術界默認的研發原則。
1948年 諾伯特·維納出版《控制論》,闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律,率先提出以計算機為核心的自動化工廠。
1954年 美國人喬治·德沃爾製造出世界上第一台可編程的機器人,並注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作,因此具有通用性和靈活性。
1956年 在達特茅斯會議上,馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法:智能機器「能夠創建周圍環境的抽象模型,如果遇到問題,能夠從抽象模型中尋找解決方法」。這個定義影響到以後30年智能機器人的研究方向。
1959年 德沃爾與美國發明家約瑟夫·英格伯格聯手製造出第一台工業機器人。隨後,成立了世界上第一家機器人製造工廠——Unimation公司。由於英格伯格對工業機器人的研發和宣傳,他也被稱為「工業機器人之父」。
1962年 美國AMF公司生產出「VERSTRAN」(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產的Unimate一樣成為真正商業化的工業機器人,並出口到世界各國,掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。
1962年-1963年感測器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的感測器,包括1961年恩斯特採用的觸覺感測器,托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的「靈巧手」上用到了壓力感測器,而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺感測系統,並在1965年,幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺感測器,能識別並定位積木的機器人系統。
1965年約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研製出Beast機器人。Beast已經能通過聲納系統、光電管等裝置,根據環境校正自己的位置。20世紀60年代中期開始,美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶感測器、「有感覺」的機器人,並向人工智慧進發。
1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發成功的機器人Shakey。它帶有視覺感測器,能根據人的指令發現並抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那麼大。Shakey可以算是世界第一台智能機器人,拉開了第三代機器人研發的序幕。
1969年 日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一台以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力於研究仿人機器人,被譽為「仿人機器人之父」。日本專家一向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長,後來更進一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年 世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作,就誕生了美國Cincinnati Milacron公司的機器人T3。
1978年 美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA,這標志著工業機器人技術已經完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。
1984年 英格伯格再推機器人Helpmate,這種機器人能在醫院里為病人送飯、送葯、送郵件。同年,他還預言:「我要讓機器人擦地板,做飯,出去幫我洗車,檢查安全」。
1998年 丹麥樂高公司推出機器人(Mind-storms)套件,讓機器人製造變得跟搭積木一樣,相對簡單又能任意拼裝,使機器人開始走入個人世界。
1999年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO),當即銷售一空,從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之一。
2002年 丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba,它能避開障礙,自動設計行進路線,還能在電量不足時,自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業化的家用機器人。
2006年 6月,微軟公司推出Microsoft Robotics Studio,機器人模塊化、平台統一化的趨勢越來越明顯,比爾·蓋茨預言,家用機器人很快將席捲全球。
機器人的定義
在科技界,科學家會給每一個科技術語一個明確的定義,但機器人問世已有幾十年,機器人的定義仍然仁者見仁,智者見智,沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展,新的機型,新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念,成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生於科幻小說之中一樣,人們對機器人充滿了幻想。也許正是由於機器人定義的模糊,才給了人們充分的想像和創造空間。
操作型機器人:能自動控制,可重復編程,多功能,有幾個自由度,可固定或運動,用於相關自動化系統中。
程式控制型機器人:按預先要求的順序及條件,依次控制機器人的機械動作。
示教再現型機器人:通過引導或其它方式,先教會機器人動作,輸入工作程序,機器人則自動重復進行作業。
數控型機器人:不必使機器人動作,通過數值、語言等對機器人進行示教,機器人根據示教後的信息進行作業。
感覺控制型機器人:利用感測器獲取的信息控制機器人的動作。
適應控制型機器人:機器人能適應環境的變化,控制其自身的行動。
學習控制型機器人:機器人能「體會」工作的經驗,具有一定的學習功能,並將所「學」的經驗用於工作中。
智能機器人:以人工智慧決定其行動的機器人。
我國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人,這和我國的分類是一致的。
空中機器人又叫無人機,近年來在軍用機器人家族中,無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。80多年來,世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的,無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看,美國均居世界之首位。
「別動隊」無人機
縱觀無人機發展的歷史,可以說現代戰爭是推動無人機發展的動力。而無人機對現代戰爭的影響也越來越大。一次和二次世界大戰期間,盡管出現並使用了無人機,但由於技術水平低下,無人機並未發揮重大作用。朝鮮戰爭中美國使用了無人偵察機和攻擊機,不過數量有限。在隨後的越南戰爭、中東戰爭中無人機已成為必不可少的武器系統。而在海灣戰爭、波黑戰爭及科索沃戰爭中無人機更成了主要的偵察機種。
法國「紅隼」無人機
越南戰爭期間美國空軍損失慘重,被擊落飛機2500架,飛行員死亡5000多名,美國國內輿論嘩然。為此美國空軍較多地使用了無人機。如「水牛獵手」無人機在北越上空執行任務2500多次,超低空拍攝照片,損傷率僅4%。AQM-34Q型147火蜂無人機飛行500多次,進行電子竊聽、電台干擾、拋撒金屬箔條及為有人飛機開辟通道等。
高空無人偵察機
在1982年的貝卡谷地之戰中,以色列軍隊通過空中偵察發現。敘利亞在貝卡谷地集中了大量部隊。6月9日,以軍出動美製E-2C「鷹眼」預警飛機對敘軍進行監視,同時每天出動「偵察兵」及「猛犬」等無人機70多架次,對敘軍的防空陣地、機場進行反復偵察,並將拍攝的圖像傳送給預警飛機和地面指揮部。這樣,以軍准確地查明了敘軍雷達的位置,接著發射「狼」式反雷達導彈,摧毀了敘軍不少的雷達、導彈及自行高炮,迫使敘軍的雷達不敢開機,為以軍有人飛機攻擊目標創造了條件。
鬼怪式無人機
1991年爆發了海灣戰爭,美軍首先面對的一個問題就是要在茫茫的沙海中找到伊拉克隱藏的飛毛腿導彈發射器。如果用有人偵察機,就必須在大漠上空往返飛行,長時間暴露於伊拉克軍隊的高射火力之下,極其危險。為此,無人機成了美軍空中偵察的主力。在整個海灣戰爭期間,「先鋒」無人機是美軍使用最多的無人機種,美軍在海灣地區共部署了6個先鋒無人機連,總共出動了522架次,飛行時間達1640小時。那時,不論白天還是黑夜,每天總有一架先鋒無人機在海灣上空飛行。
為了摧毀伊軍在沿海修築的堅固的防禦工事,2月4日密蘇里號戰艦乘夜駛至近海區,先鋒號無人機由它的甲板上起飛,用紅外偵察儀拍攝了地面目標的圖像並傳送給指揮中心。幾分鍾後,戰艦上的406毫米的艦炮開始轟擊目標,同時無人機不斷地為艦炮進行校射。之後威斯康星號戰艦接替了密蘇里號,如此連續炮轟了三天,使伊軍的炮兵陣地、雷達網、指揮通信樞紐遭到徹底破壞。在海灣戰爭期間,僅從兩艘戰列艦上起飛的先鋒無人機就有151架次,飛行了530多個小時,完成了目標搜索、戰場警戒、海上攔截及海軍炮火支援等任務。
發射Brevel無人機
在海灣戰爭中,先鋒無人機成了美國陸軍部隊的開路先鋒。它為陸軍第7軍進行空中偵察,拍攝了大量的伊軍坦克、指揮中心、及導彈發射陣地的圖像,並傳送給直升機部隊,接著美軍就出動「阿帕奇」攻擊型直升機對目標進行攻擊,必要時還可呼喚炮兵部隊進行火力支援。先鋒機的生存能力很強,在319架次的飛行中,僅有一架被擊中,有4~5架由於電磁干擾而失事。
除美軍外,英、法、加拿大也都出動了無人機。如法國的「幼鹿」師裝備有一個「馬爾特」無人機排。當法軍深入伊境內作戰時,首先派無人機偵察敵情,根據偵察到的情況,法軍躲過了伊軍的坦克及炮兵陣地。
1995年波黑戰爭中,因部隊急需,「捕食者」無人機很快就被運往前線。在北約空襲塞族部隊的補給線、彈葯庫、指揮中心時,「捕食者」發揮了重要的作用。它首先進行偵察,發現目標後引導有人飛機進行攻擊,然後再進行戰果評估。它還為聯合國維和部隊提供波黑境內主要公路上軍車移動的情況,以判斷各方是否遵守了和平協議。美軍因而把「捕食者」稱作「戰場上的低空衛星」。其實衛星只能提供戰場上的瞬間圖像,而無人機可以在戰場上空長時間盤旋逗留,因而能夠提供戰場的連續實時圖像,無人機還比使用衛星便宜得多。
1999年3月24日,以美國為首的北約打著「維護人權」的幌子對南聯盟開始了狂轟濫炸,爆發了震驚世界的「科索沃戰爭」。在持續78天的轟炸過程中,北約共出動飛機3.2萬架次,投入艦艇40多艘,扔下炸彈1.3萬噸,造成了二戰以來歐洲空前的浩劫。
南聯盟多山、多森林的地形以及多陰雨天的氣候條件,大大影響了北約偵察衛星及高空偵察機的偵察效果,塞軍的防空火力又很猛,有人偵察機不敢低飛,致使北約空軍無法識別及攻擊雲層下面的目標。為了減少人員的傷亡,北約大量使用了無人機。科索沃戰爭是世界局部戰爭中使用無人機數量最多、無人機發揮作用最大的戰爭。無人機盡管飛得較慢,飛行高度較低,但它體積小,雷達及紅外特徵較小,隱蔽性好,不易被擊中,適於進行中低空偵察,可以看清衛星及有人偵察機看不清的目標。
在科索沃戰爭中,美國、德國、法國及英國總共出動了6種不同類型的無人機約200多架,它們有:美國空軍的「捕食者」(Predator)、陸軍的「獵人」(Hunter)及海軍的「先鋒」(Pioneer);德國的CL-289;法國的「紅隼」(Crecerelles)、 「獵人」,以及英國的「不死鳥」(Phoenix)等無人機。
無人機在科索沃戰爭中主要完成了以下一些任務:中低空偵察及戰場監視,電子干擾,戰果評估,目標定位,氣象資料搜集,散發傳單以及營救飛行員等。
科索沃戰爭不僅大大提高了無人機在戰爭中的地位,而且引起了各國政府對無人機的重視。美國參議院武裝部隊委員會要求,10年內軍方應准備足夠數量的無人系統,使低空攻擊機中有三分之一是無人機;15年內,地面戰車中應有三分之一是無人系統。這並不是要用無人系統代替飛行員及有人飛機,而是用它們補充有人飛機的能力,以便在高風險的任務中盡量少用飛行員。無人機的發展必將推動現代戰爭理論和無人戰爭體系的發展。
機器警察
所謂地面軍用機器人是指在地面上使用的機器人系統,它們不僅在和平時期可以幫助民警排除炸彈、完成要地保安任務,在戰時還可以代替士兵執行掃雷、偵察和攻擊等各種任務,今天美、英、德、法、日等國均已研製出多種型號的地面軍用機器人。
英國的「手推車」機器人
在西方國家中,恐怖活動始終是個令當局頭疼的問題。英國由於民族矛盾,飽受爆炸物的威脅,因而早在60年代就研製成功排爆機器人。英國研製的履帶式「手推車」及「超級手推車」排爆機器人,已向50多個國家的軍警機構售出了800台以上。最近英國又將手推車機器人加以優化,研製出土撥鼠及野牛兩種遙控電動排爆機器人,英國皇家工程兵在波黑及科索沃都用它們探測及處理爆炸物。土撥鼠重35公斤,在桅桿上裝有兩台攝像機。野牛重210公斤,可攜帶100公斤負載。兩者均採用無線電控制系統,遙控距離約1公里。
「土撥鼠」和「野牛」排爆機器人
除了恐怖分子安放的炸彈外,在世界上許多戰亂國家中,到處都散布著未爆炸的各種彈葯。例如,海灣戰爭後的科威特,就像一座隨時可能爆炸的彈葯庫。在伊科邊境一萬多平方公里的地區內,有16個國家製造的25萬顆地雷,85萬發炮彈,以及多國部隊投下的布雷彈及子母彈的2500萬顆子彈,其中至少有20%沒有爆炸。而且直到現在,在許多國家中甚至還殘留有一次大戰和二次大戰中未爆炸的炸彈和地雷。因此,爆炸物處理機器人的需求量是很大的。
排除爆炸物機器人有輪式的及履帶式的,它們一般體積不大,轉向靈活,便於在狹窄的地方工作,操作人員可以在幾百米到幾公里以外通過無線電或光纜控制其活動。機器人車上一般裝有多台彩色CCD攝像機用來對爆炸物進行觀察;一個多自由度機械手,用它的手爪或夾鉗可將爆炸物的引信或雷管擰下來,並把爆炸物運走;車上還裝有獵槍,利用激光指示器瞄準後,它可把爆炸物的定時裝置及引爆裝置擊毀;有的機器人還裝有高壓水槍,可以切割爆炸物。
德國的排爆機器人
在法國,空軍、陸軍和警察署都購買了Cybernetics公司研製的TRS200中型排爆機器人。DM公司研製的RM35機器人也被巴黎機場管理局選中。德國駐波黑的維和部隊則裝備了Telerob公司的MV4系列機器人。我國沈陽自動化所研製的PXJ-2機器人也加入了公安部隊的行列。
美國Remotec公司的Andros系列機器人受到各國軍警部門的歡迎,白宮及國會大廈的警察局都購買了這種機器人。在南非總統選舉之前,警方購買了四台AndrosVIA型機器人,它們在選舉過程中總共執行了100多次任務。 Andros機器人可用於小型隨機爆炸物的處理,它是美國空軍客機及客車上使用的唯一的機器人。海灣戰爭後,美國海軍也曾用這種機器人在沙烏地阿拉伯和科威特的空軍基地清理地雷及未爆炸的彈葯。美國空軍還派出5台Andros機器人前往科索沃,用於爆炸物及子炮彈的清理。空軍每個現役排爆小隊及航空救援中心都裝備有一台Andros VI。
我國研製的排爆機器人
排爆機器人不僅可以排除炸彈,利用它的偵察感測器還可監視犯罪分子的活動。監視人員可以在遠處對犯罪分子晝夜進行觀察,監聽他們的談話,不必暴露自己就可對情況了如指掌。
1993年初,在美國發生了韋科庄園教案,為了弄清教徒們的活動,聯邦調查局使用了兩種機器人。一種是Remotec公司的AndrosVA型和Andros MarkVIA型機器人,另一種是RST公司研製的STV機器人。STV是一輛6輪遙控車,採用無線電及光纜通信。車上有一個可升高到4.5米的支架 ,上面裝有彩色立體攝像機、晝用瞄準具、微光夜視瞄具、雙耳音頻探測器、化學探測器、衛星定位系統、目標跟蹤用的前視紅外感測器等。該車僅需一名操作人員,遙控距離達10公里。在這次行動中共出動了3台STV,操作人員遙控機器人行駛到距庄園548米的地方停下來,升起車上的支架,利用攝像機和紅外探測器向窗內窺探,聯邦調查局的官員們圍著熒光屏觀察感測器發回的圖像,可以把屋裡的活動看得一清二楚。
機器人指揮
其實並不是人們不想給機器人一個完整的定義,自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什麼是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內容越來越豐富,機器人的定義也不斷充實和創新。
1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為「安德羅丁」(android),它由4部分組成:
1,生命系統(平衡、步行、發聲、身體擺動、感覺、表情、調節運動等);
2,造型解質(關節能自由運動的金屬覆蓋體,一種盔甲);
3,人造肌肉(在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態);
4,人造皮膚(含有膚色、機理、輪廓、頭發、視覺、牙齒、手爪等)。
1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。在劇本中,卡佩克把捷克語「Robota」寫成了「Robot」,「Robota」是奴隸的意思。該劇預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響,引起了大家的廣泛關注,被當成了機器人一詞的起源。在該劇中,機器人按照其主人的命令默默地工作,沒有感覺和感情,以呆板的方式從事繁重的勞動。後來,羅薩姆公司取得了成功,使機器人具有了感情,導致機器人的應用部門迅速增加。在工廠和家務勞動中,機器人成了必不可少的成員。機器人發覺人類十分自私和不公正,終於造反了,機器人的體能和智能都非常優異,因此消滅了人類。
但是機器人不知道如何製造它們自己,認為它們自己很快就會滅絕,所以它們開始尋找人類的倖存者,但沒有結果。最後,一對感知能力優於其它機器人的男女機器人相愛了。這時機器人進化為人類,世界又起死回生了。
卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問題。科學技術的進步很可能引發人類不希望出現的問題。雖然科幻世界只是一種想像,但人類社會將可能面臨這種現實。
為了防止機器人傷害人類,科幻作家阿西莫夫於1940年提出了「機器人三原則」:
1,機器人不應傷害人類;
2,機器人應遵守人類的命令,與第一條違背的命令除外;
3,機器人應能保護自己,與第一條相抵觸者除外。
這是給機器人賦予的倫理性綱領。機器人學術界一直將這三原則作為機器人開發的准則。
在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上,就提出了兩個有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的:「機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特徵的柔性機器」。從這一定義出發,森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。另一個是加藤一郎提出的具有如下3個條件的機器稱為機器人:
1,具有腦、手、腳等三要素的個體;
2,具有非接觸感測器(用眼、耳接受遠方信息)和接觸感測器;
3,具有平衡覺和固有覺的感測器。
禮儀機器人
該定義強調了機器人應當仿人的含義,即它靠手進行作業,靠腳實現移動,由腦來完成統一指揮的作用。非接觸感測器和接觸感測器相當於人的五官,使機器人能夠識別外界環境,而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態所不可缺少的感測器。這里描述的不是工業機器人而是自主機器人。
機器人的定義是多種多樣的,其原因是它具有一定的模糊性。動物一般具有上述這些要素,所以在把機器人理解為仿人機器的同時,也可以廣義地把機器人理解為仿動物的機器。
1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為:「機器人學是指設計能根據感測器信息實現預先規劃好的作業系統,並以此系統的使用方法作為研究對象」。
1987年國際標准化組織對工業機器人進行了定義:「工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能,能完成各種作業的可編程操作機。」
我國科學家對機器人的定義是:「機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力,是一種具有高度靈活性的自動化機器」。在研究和開發未知及不確定環境下作業的機器人的過程中,人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深,機器人技術開始源源不斷地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點,人們發展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器,如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。對不同任務和特殊環境的適應性,也是機器人與一般自動化裝備的重要區別。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業機器人所具有的形狀,更加符合各種不同應用領域的特殊要求,其功能和智能程度也大大增強,從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發展空間。
中國工程院院長宋健指出:「機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就,是當代最高意義上的自動化」。機器人技術綜合了多學科的發展成果,代表了高技術的發展前沿,它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。
我國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人,這和我國的分類是一致的。
古代機器人
機器人一詞的出現和世界上第一台工業機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望製造一種像人一樣的機器,以便代替人類完成各種工作。
機器馬車
西周時期,我國的能工巧匠偃師就研製出了能歌善舞的伶人,這是我國最早記載的機器人。
春秋後期,我國著名的木匠魯班,在機械方面也是一位發明家,據《墨經》記載,他曾製造過一隻木鳥,能在空中飛行「三日不下」,體現了我國勞動人民的聰明智慧。
公元前2世紀,亞歷山大時代的古希臘人發明了最原始的機器人——自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像,它可以自己開門,還可以藉助蒸汽唱歌。
1800年前的漢代,大科學家張衡不僅發明了地動儀,而且發明了計里鼓車。計里鼓車每行一里,車上木人擊鼓一下,每行十里擊鍾一下。
後漢三國時期,蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了「木牛流馬」,並用其運送軍糧,支援前方戰爭。
1662年,日本的竹田近江利用鍾表技術發明了自動機器玩偶,並在大阪的道頓堀演出。
1738年,法國天才技師傑克·戴·瓦克遜發明了一隻機器鴨,它會嘎嘎叫,會游泳和喝水,還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫學上的分析。
❻ 化學論文翻譯
時域介電譜逆水/丙烯/氣溶膠- ot ( aot ) /甲苯microemulsions表明滲誘導增加cosurfactant concentration (增加cosurfactant化學 潛在) obeys規模以上和以下的滲流閾值. 這一比例分析表明,觀察滲接近靜態滲極限. 自我擴散測量所得核磁脈沖梯度自旋迴波實驗揭示水污染增加質子擴散以上percolation 門檻. 這一增長是分配給水運通過fractally鐵鏈集會微滴. 傳播水,乳化劑 表面活性劑( aot )低於門檻定量考慮進化學partitioning equilibria之間的微滴th e甲苯連續pseudophase . 上述門檻,明顯增加水和cosurfactant分割成甲苯(連續) pseudophase suggests交通便利,通過形團聚. 動態劃分模型是用來估計數量percolating形集群 和產量的命令參數是水-油percolating集群microstructural transitions . 這個命令的參數也說明了從自我擴散數據wherein浸透和改造海綿相微 所帶動的氣溫升高和分散相的體積分數. for microstructural transitions驅動由三個不同領域的變數,化學勢,溫度和分散相體積分數, 此命令參數表明發病percolation相當於發病增加水的質子賣擴散, 而發病增加表面自擴散相當於形成bicontinuous微觀與發病的轉化 中相微乳. &; 1997 Elsevier Science比較b.v.
❼ 計算機論文5000字
基於JAVA的學生成績管理系統的設計與實現【畢業論文】【畢業設計】
基於JAVA的學生成績管理系統的設計與實現
THE DESIGN AND REALIZATION OF THE RESULT OF STUDENT ADMINISTRATION MANAGEMENT SYSTEM ON THE JAVA
學生姓名:
學 號:
年級專業:
指導老師:
學 院:
提交日期:2009年11月
目 錄
摘 要 2
前言 4
1 需求分析 4
1.1 功能需求分析 4
1.2 性能需求分析 5
1.3 資料庫需求分析――數據流圖 5
1.4數據結構分析――數據流圖 6
2概要結構設計 9
2.1系統功能結構設計 9
2.2 資料庫概念結構設計 10
3邏輯結構設計 10
4詳細設計及功能實現 11
4.1模塊設計與實現 11
5總結 21
參考文獻 21
致 謝 21
基於Java的學生成績管理系統的設計與實現
作 者:周亞平
指導老師:陳義明
(湖南農業大學科學技術師范學院2004級計算機科學與技術專業教育班,長沙410128)
摘 要:隨著計算機技術的飛速發展和高等教育體制改革的不斷深入,傳統教育管理方法、手段以及工作效率已不能適應新的發展需要,無法很好地完成教學管理工作。提高教學管理水平的主要途徑是更新管理者的思想,增強對管理活動的科學認識。基於Java與SQL server資料庫技術建立一個高校成績管理系統該系統為管理員、學生和教師提供了查詢、修改、增加記錄、刪除等功能,功能比較落齊全,基本上能滿足學生和老師的要求。
關鍵詞:Java;需求分析;概要設計;學生成績管理系統;
The Design And Realization Of the ecational administration management system Based On JAVA
Author: Zhou yapping
Tutor: Chen yiming
(School of Information Science technique normal school,Hunan Agricultural University,Changsha, 410128)
Abstract: Fly technically along with the calculator to develop soon and the higher ecation system reform of continuously thorough, traditional ecation management the method, means and work efficiencies have already can't adapt the new development demand, can't complete the teaching management work nicely.The main path that raises the ecational administration management level is a thought that renews the governor, strengthenning the science understanding to manage the activity.According to the JAVA build up that system of an ecational administration of high school management system's pursue studies with the database technique to living to provided the search, modify, save, increase the record and select elective courses etc. with teacher function, the function relatively falls well-found, can satisfy the request between student and teacher basically.
Keyword:JAVA; The need analysis; The essentiadesign; Database; Detailed design
前言
學生成績管理工作是高校教育工作的一項重要內容。教務管理工作是指學校管理人員按照一定教育方針,運用先進的管理手段,組織 、協調 、指揮並指導各用戶活動,以便高效率、高質量地完成各項教學任務,完成國家所制定的教育目標。學生成績管理工作是學校教學工作的中樞,是保證高校教學機制正常運轉的樞紐,它是一項目的性、計劃性、適用性、創造性和科學性很強的工作。學生成績工作關繫到高校教學秩序的穩定。
隨著計算機技術的飛速發展和高等教育體制改革的不斷深入,傳統教育管理方法、手段以及工作效率已不能適應新的發展需要,無法很好地完成教學管理工作。提高教務管理水平的主要途徑是更新管理者的思想,增強對管理活動的科學認識。同時,運用先進的信息技術,開發高校綜合成績管理信息系統,是深化教務體制改革的有利措施。
JAVA以GUI的編程方式、面向對象的程序設計、眾多的GUI組件和強大的資料庫應用開發支持,在競爭激勵的開發工具市場中越來越羸得程序設計者的青睞。JAVA是Windows系統下的可視化集成開發工具,提供了強大的可視化組件功能,使程序員能夠快速、高效地開發出Windows系統下的應用程序,特別是在資料庫和網路方面,JAVA與其它開發工具相比更是勝出一籌。可視化主要是指開發圖形用戶界面,而只需調用GUI組件即可。
1 需求分析
1.1 功能需求分析
該學生成績管理系統具備三方面的功能:一方面是學生用戶,學生通過輸入學號和密碼進下該系統後,可以進行一些基礎查詢(學生信息查詢、班級信息查詢、課程信息查詢)、成績管理(成績查詢、計算平均分)重新登陸系統;一方面老師進入該系統則比學生多一些許可權:成績輸入、成績查詢。
具體功能的詳細描述如下
1.1.1 選擇[學生基本維護]菜單命令,即可進入 [學生基本維護]功能窗體,在其中輸入學生的相關信息,如果需要添加或修改學生信息,則單擊相應的按紐,輸入新信息後單擊[添加]就可以了。需要刪除一條信息,則只要選擇這條信息再點擊 [刪除]。在搜索條件中輸入相關的條件,單擊 [查詢]就可查找信息。
1.1.2 選擇[學生信息查詢]菜單命令,即可進入[學生信息查詢]功能窗體,在其中的下拉列表中選擇你要看的信息,則在下面的表格中顯示你要的信息。
1.1.3 選擇[成績管理] [添加成績]菜單命令,即可進入 [添加成績]功能窗體,此功能許可權只有管理員和教師。
1.1.4 選擇[成績管理] [輸入成績]菜單命令,即可進入 [輸入成績]功能窗體,
此功能許可權只有管理員和教師。
1.1.5 選擇[成績管理] [修改成績] 界面,此功能規管理員所有。
1.1.6 選擇[成績管理] [查詢成績]界面此界面對學生也是可見的,它的許可權規所有用戶所有。
1.1.7 選擇[登陸] [重新登陸] 則會返回登陸界面,為用戶提供方便。
1.1.8 選擇[退出]將退出整個系統。
1.2 性能需求分析
時間特性要求:在軟體方面,響應時間有點慢,因為是用JBuilder做的,它佔用內存比較大,更新處理時間比較快而且迅速。
安全性:設立口令號和密碼驗證方式,防止非法用戶登錄進行操作。也就是用戶只有管理員、學生和教師才能進入這個系統,用戶憑口令號和密碼進入此系統,系統會自動判斷用戶是那種類型,分別擁有不同的許可權。
1.3 資料庫需求分析――數據流圖
在教務系統中功能模塊主要牽涉到的信息包括:是學生信息(base_info)、班級信息(class_info)、課程信息(class_info)、成績表(chengjibiao)、選課表 (xuankebiao)、登陸表(stu)。
學生信息:包含學號(id)、姓名(name)、班級(class)、性別(sex)、地址(address)
課程信息:包括課程編號(course_id)、課程名稱(coursename)、教師(teacher)
選課表:編號(select_id) 課程名稱(coursename)、課程編號(course_id)、學號(xh)、
姓名(name)、成績(result) 、教師(teacher)
成績表:編號(number)、學號(id)、課程名稱(coursename)、成績(result)、教師(teacher)
班級信息:班級編號(bjbh)、學號(id)、姓名(name)班級名稱(bjmc)、班主任(bzr)。
登陸表:口令號(id)、密碼(password)、許可權(rightlimit)。
根據以上劃分的具體數據信息,得到數據流圖如1.1所示:
1.1資料庫需求分析——數據流圖
1.4數據結構分析——數據流圖
1.4.1 數據結構:
學生信息={組成: {學號(id)、姓名(name)、班級(class)、性別(sex)、地址(address)}}
課程信息={組成: {編號(course_id)、課程名稱(coursename)、教師(teacher)}}
選課信息={組成:{編號(select_id) 課程名稱(coursename)、課程編號(course_id)、學號(xh)、姓名(name)、成績(result) 、教師(teacher)}}
成績表包括={組成:編號(number)、學號(id)、課程名稱(coursename)、成績(result)、教師(teacher)}}
課程信息包括={組成:課程編號(course_id)、課程名稱(coursename)、教師(teacher)}}
班級信息={組成:班級編號(bjbh)、年級(nj)、班級名稱(bjmc)、人數(rs)、班主任(bzr)}}
登陸表={組成:口令號(id)、密碼(password)、許可權(rightlimit)}
1.4.2 數據流:
1.4.2.1 對圖1.1中所涉及的數據流描述如下:
1) 數據流名:口令號
說明:根據這個口令號定位到用戶管理資料庫,以便進行身份驗證。
數據流來源:登陸界面輸入的口令號和密碼。
數據流去向:其中用戶口令信息將存在於整個操作過程中,防止非法登陸。
數據流組成:口令號(文本);密碼(文本)
2) 數據流名:尋找信息
說明:根據用戶在學生信息維護的時候所填寫的信息。
數據流來源:學生信息維護界面學生輸入包含學號、班級編號、名稱等。
數據流去向:學號將存在整個操作,其它的存入資料庫。
數據流組成:學號(文本);姓名(文本)等
3) 數據流名:尋找信息
說明:根據用戶在成績管理的時候所填寫的信息。
數據流來源:成績輸入、修改、添加等界面用戶輸入包含課程編號、課程名稱、成績、教師。
數據流去向:學號、班級編號、課程編號將存在整個操作,其它的存入資料庫。
數據流組成:課程編號(文本)、課程名稱(文本)、教師(文本)等。
4) 數據流名:返回信息
說明:根據用戶在學生信息維護的時候所填寫的信息存入了資料庫之後。
數據流來源:由學生信息維護界面學生輸入的包含學號、姓名、性別等存入資料庫的。
數據流去向:學生信息維護界面。
數據流組成:學號(文本)、姓名(文本)、班級名稱(文本)、性別(文本)等。
5) 數據流名:返回信息
說明:根據用戶在成績管理的時候所填寫的信息存入資料庫後。
數據流來源:由成績管理輸入的包含班級名稱、教師、課程名、成績存入資料庫的。
數據流去向:成績管理的各子界面。
數據流組成:班級編號(文本);班級名稱(文本);教師(文本)等;
1.4.2.2 對圖1.1中所涉及的處理過程描述如下:
1) 處理過程名:登陸
輸入數據流:口令號、密碼
輸出數據流:不符合輸入條件的錯誤信息
處理過程邏輯:用 IF條件進行判斷。
2) 處理過程名:班級信息維護
輸入數據流:班級編號、班級名稱、教師等
輸出數據流:班級編號、班級名稱等 ,其中班級編號將存在整個操作。
處理過程號:班級編號,其中班級編號將存在整個操作。
3) 處理過程名:學生信息維護
輸入數據流:學號、姓名、班級編號、性別等。
輸出數據流:學號、姓名、班級編號、性別等。其中學號將存在整個操作。
4) 處理過程名:課程查詢
輸入數據流:學號、姓名
輸出數據流:學號、班級名稱、課程名稱、上課時間節、上課時間天、上課地點、其中課程編號將存在整個操作。
5) 處理過程名:成績輸入
輸入數據流:課程編號、課程名稱
輸出數據流:編號、學號、課程名稱、成績 、其中編號和學號將存在整個操作。
2概要結構設計
2.1系統功能結構設計
2.1.1模塊的功能設計
根據需求分析階段得到的功能需求,管理員、學生和教師用戶通過輸入口令號和密碼進下該系統後,可以進行一些學生基礎信息查詢(學生信息查詢、班級信息查詢、課程信息查詢)、學生信息維護、成績管理(成績查詢、計算平均分)重新登陸系統、退出。
模塊功能大概可以分為如下4個方面:這幾個模塊學生基礎維護、成績管理、登陸、退出。其中基礎維護還要包括學生信息維護、班級信息維護、課程信息維護。成績管理包括成績查詢、添加成績、成績輸入等。綜上所述,得到客戶端功能模塊圖如下2.1所示。
2.2 資料庫概念結構設計
根據需求分析階段得到的數據字典以及數據流圖,由以上分析可以得到系統中出現的實體有:學生信息實體、課程信息實體、班級信息實體、成績表實體等等。 可以畫出對應的E-R圖如下:
得到總E-R圖2.2如下:
m 1
n 1
1 1 1
n
1 n
3邏輯結構設計
根據上面概念結構設計階段得到的E-R圖,下一步應該將它轉化為關系模型。可以得到對應的關系模式為:
Base_info(id、name、class、sex、address)
Class_info(class_id、classname、teacher、id)
xuankebiao(number、id、coursename teacher、class_id、classname、result)
chengjibiao(number、id、name、course、result)
course_info(number、course-id、coursename dates、teacher、jieshu、address)
stu(id、password、rights)
4詳細設計及功能實現
4.1用戶登錄模塊設計與實現
設計思路:為了檢驗登錄用戶是否是一個合法用戶,當用戶輸入用戶名和密碼後,需要查詢資料庫以便驗證該用戶是否為非法用戶。同時通過用戶輸入的口令號就可知道用戶是管理員、學生,還是教師,他們的許可權不同。
實現功能:用戶可以從登陸界面進入到教務管理系統界面,然後進行一些操作。
圖4.1為系統運行時的截圖:
該模塊的核心代碼如下:
判斷用戶是否合法和用戶許可權。
public void jButton1_actionPerformed(ActionEvent e) {
String username=Name_Text.getText().trim();
String password=Password_Text.getText().trim();
❽ 如何管好微權力 遏制微腐敗 論文
修改為正規法學本科畢業,經國家統一司法考試通過後,從事法律工作滿 年;獲得法學碩士學位,通過國家統一取消院、庭長審批案件的權力從而減少法院內部權力結構的中間層次,提高辦案效率,確保法官獨立審判。
❾ 急求一篇 微機原理與介面技術 論文
參考下面幾篇:
【題名】:微機原理與介面技術實驗教學改革的探索與實踐
【摘要】:分析了微機原理與介面技術實驗教學的現狀,從實驗內容和實驗方法兩方面對微機原理與介面技術實驗教學的改革進行了探索,並提出了改革的思路和具體方法。
【題名】:微機原理與介面技術系列課程教學改革的探討與實踐
【摘要】:微機原理與介面技術系列課程通常包括「微機原理與應用」常緊密的電子信息類專業的主幹專業基礎課程。在以往的教學過程中,識結構不清晰,動手能力較差等問題。針對以上問題,從課程設置、改革的方法和思路,並取得了一定的成效。
【題名】:對《微機原理與介面技術》課程教學改革的幾點認識
【摘要】:文章從對《微機原理與介面技術》教材內容與計算機技術的近期發展的關聯、比較中,指出該課程的教學重點。針對學生的畏難情緒和缺乏興趣「學習通病」,提倡「模塊記憶」和「形象比喻教學」。還主張把配套的課程實驗劃分為驗證性實驗、設計性實驗和綜合提高性實驗,分別擬定教學目的和要求、編寫實驗指導書,達到逐級提高學生解決實際問題能力的目的。
【題名】:新型「微機原理與介面技術實驗室」的構建
【摘要】:本文針對計算機實驗教學的現狀,指出了構建新型「微機原理與介面技術實驗室」的必要性,針對實驗的對象提出了改革實驗內容和改革實驗手段的具體措施,最後介紹了構建實驗室的技術。
❿ 嵌入式操作系統技術研究(論文)
對系統的移植和裁剪,以達到所需的系統要求
以PowerPC8xx系列處理器為例,通過對此類處理器的引導模式。引導代碼的編寫和調試,以及如何引導操作系統執行等問題的研究,探索嵌入式系統引導過程的一種解決方案。
關鍵詞:MPC860嵌入式操作系統存儲映射引導
嵌入式系統應用開發不同於PC機,其開發過程同時涉及軟硬體,需要將硬體平台的設計。操作系統以及上層應用開發綜合考慮;而PC機應用開發建立在已經定製好的硬體和操作系統平台上,開發者只需調用系統提供的介面和服務完成相應的功能。由於應用和成本約束,嵌入式系統的硬體平台需根據應用量身定製,通常所用的MPU.存儲器。外圍設備等有多種選擇餘地,而且軟體調試技術特殊,使平台的引導設計變得十分復雜。因此,對於嵌入式系統開發者而言,有必要深入分析系統引導過程,將軟硬體開發有效地綜合,即針對不同的硬體平台和軟體運行模式,正確地進行底層上電初始化,進而引導操作系統執行。這個問題的核心在於對系統的引導模式的研究。
嵌入式系統的啟動代碼一般由兩部分構成:引導代碼和操作系統執行環境的初始化代碼。其中引導代碼一般也由兩部分構成:第一部分是板級。片級初始化代碼,主要功能是通過設置寄存器初始化硬體的工作方式,如設置時鍾。中斷控制寄存器等,完成內存映射。初始化MMU等;第二部分是裝載程序,其功能是將操作系統和應用程序的映像從只讀存儲器裝載或者拷貝到系統的RAM中,並跳轉到相應的代碼處繼續執行。操作系統執行環境的初始化代碼主要由硬體抽象層HAL代碼。設備驅動程序初始化代碼和操作系統執行體初始代碼三部分構成。
本文以摩托羅拉MPC860處理器和具有自主知識產權的操作系統CRTOSII為例,研究嵌入式系統引導程序的設計和實現技術。嵌入式軟體的開發涉及調試模式和固化模式兩種運行狀態。調試模式主要解決如何在目標板上調試正確性未經驗證的程序的問題;而固化模式主要解決如何引導已調試成功的程序的問題。相應地,引導代碼的設計應針對兩種模式分別進行。
1調試模式的系統引導
1.1調試模式引導代碼的作用
1調試模式的系統引導
1.1調試模式引導代碼的作用
一個完整的嵌入式軟體的解決方案大致包括四方面:①硬體平台配置初始化和系統引導代碼;②操作系統軟體執行環境的初始化代碼;③操作系統;④應用程序。
在上述四方面中,引導代碼是本研究中力求解決的問題。事實上,板級初始化。操作系統硬體抽象層。設備驅動程序三者整合到一起,就構成了嵌入式系統中BSP(板級支持包)的主體。BSP的代碼與具體的目標板硬體設計相關,同時也與應用程序的設計要求相關,針對應用程序提出的不同要求,例如不同設備驅動程序。不同的中斷源個數。不同的中斷優先順序安排。是否啟用MMU機制等,BSP部分應作出相應的安排。上述第四部分的應用程序是建立在前三部分正確運行的基礎上,並需反復調試。
由上述分析可知,BSP和應用程序代碼的正確性通過一次的編寫不能得到保證,需要經歷「調試——修改——調試」反復的過程,因此需要建立一個可靠的調試環境。該環境建立的基礎正是調模式下的引導代碼。
1.2引導代碼的調試方法
本研究實驗採用一種稱作BDM(Background Debug Mode)的OCD(On Chip Debuging)調試技術。BMD是由Motorola公司提供的一種硬體調試方法,類似於JTAG調試。它利用處理器提供的調試埠調試。MPC860採用一種特殊的BDM——EPBDM,其運作相當於用處理器內嵌的調試模塊接管中斷及異常處理,用戶通過設置調試許可寄存器(debug enable register)指定哪些中斷或異常發生後處理器直接進入調試狀態,而不是操作系統的處理程序。進入調試狀態後,內嵌調試模塊向外部調試通信介面發出信號,通知一直在通信介面監聽的主機調試器,然後調試器便可通過調試模塊使處理器執行系統指令(相當於特權態)。由於專用的片級調試介面裝置(BDI2000)的支持,不需要目標端配備相應的調試代理(Monitor)軟體。
1.3調試模式引導代碼實現
調試模式引導代碼的核心在於使用BDM協議解析微指令,通過調試介面向MPC860發送信號,初始化調試環境。由於MPC860採用RISC結構,所以初始化部分主要是設置處理器內部寄存器,這個過程包括三方面內容:
(1)對處理器相關寄存器進行初始化:主要是關於處理器狀態的寄存器(MSR.SRR1.SIUMCR等),中斷。時鍾相關模塊(SYPCR.SCCR.PLPRCR.TBSCR等)。
(2)對BDM調試埠的初始化:包括調試使能寄存器DER.支持指令斷點的寄存器ICTRL等。
(3)對片級。板級內存映射的初始化:包括內部內存映射寄存器IMMR,內存控制相關寄存器OR0~0R7.BR0~BR7等。它們主要功能是地址映射。片選信號選擇。內存控制器選擇(UMPA.UMPB.GPCM)。如果選擇UPM,由於UPM控制採用微指令方式,而這些微指令根據內存的不同(SRAM.SDRAM.DRAM等),需要設計人員自行編寫代碼寫入MPC860內部存儲區相應位置。對於需要實時刷新的存儲體(如SDRAM),還需設置刷新控制微指令。
上述初始化代碼得以執行,一方面依賴於目標機MPC860提供的調試介面支持,另一方面也需要宿主機GDB的支持。對於宿主機系統,可能選擇Linux,在其下配置GBD;也可以選擇Windows2000,使用可視化的調試工具LambdaTools GDB(Coretek公司產品,不支持硬體斷點),或者使用BDI2000(支持硬體斷點的模擬器)。不管使用哪種調試工具,都可以使用該調試器能夠識別的腳本文伯存放初始化指令。這些腳本在功能上是等效的,指令的描述一般都採用如下格式:操作碼寄存器數值如在嵌入式Linux下SDRAM初始化的代碼片斷為:mpcbdm spr MDR=0x1FF77C35mpcbdm spr MDR=0xEFEABC34mpcbdm spr MDR=0x1FB57C35……而在Windows2000下使用BDI2000代碼為:WUPM 0x00000005 0x1FF77C35WUPM 0x00000006 0xEFEABC34WUPM 0x00000007 0x1FB57C35……腳本描述的指令執行後,MPC860按照預先的設想進入一個可以正常工作的狀態,可以用裝載器將程序下載到SDRAM中調試執行。這個程序主要包含中斷表。操作系統和應用程序映象兩部分,其格式可以為bin.elf.coff等。圖1給出了下載完畢後的內存映象。
當程序下載完成後,PC指針指向Image代碼段(text段)的首條指令,可以利用調試器提供的命令開始調試。
2固化模式的系統引導
2.1概述
經過調試後,OS和上層應用程序構成的Image的正確性得到了保證,但是這個Image不能自主運行。因為調試模式下,是通過BDM介面初始化處理器,並且通過BDM介面將程序下載到RAM中去運行。實際應用環境中,Image必須被存儲在非易失性存儲器中,如Flash.EPROM等,本文選擇Flash。系統啟動時,處理器執行一段引導程序替代調試模式下的調試腳本和裝載程序的功能。啟動代碼主要考慮以下幾個問題:(1)系統上電和復位時程序如何執行,需要初始化哪些寄存器,重點仍然是內存映射相關部分;(2)啟動代碼為幾部分,每部分代碼應該全部還是部分放到Flash或者RAM中執行;(3)在時間效率和空間效率的折衷。
2.2上電初始化
在兩種引導模式下,上電初始化總是必要步驟。它涉及各種核心寄存器初始化。地址映射等問題的處理。
2.2.1地址映射
MPC860的復位是通過一種異常中斷來處理的(可理解為CPU自己產生的中斷),向量號為0x100。異常向量表的基地址加上復位向量號即為復位向量,也就是CPU開始執行指令的地方。異常向量表在內存空間的可能位置有兩個:0x0000000和0xFFF00000。所以PowerPC的復位向量為0x100或0xFFF00100。假設復位向量為0xFFF00100,系統有128K位元組的Flash,並准備把它映射到CPU內存空間0xFE000000開始的地址。MPC860內部的CS0片選信號是默認的系統啟動片選信號,已被連接到Flash的片選線上。上電時,內存控制器會忽略所有參與征選邏輯的地址線的高17位,CS0總是有效。這樣,Flash總會被選中,CPU從Flash偏移0x100的地方取指令,此時CPU的4GB內存空間的每個128KB的塊都被映射到Flash。
2.2.2寄存器初始化
固化方式下的大致相同,但是不再採用腳本文件編寫,而是直接將一段MPC860匯編程序存放在一個start.s文件中。與調試模式初始化程序一樣,主要完成以下處理:
(1)初始化CPU核心寄存器;
(2)設置機器狀態寄存器;
(3)禁止ceche;
(4)初始化IMMR;
(5)初始化系統介面單元(SIU);
(6)初始化時鍾和中斷控制寄存器;
(7)初始化通信處理機(CPM);
(8)初始化內存控制器(UPM);
(9)初始化C語言堆棧。
2.2.3地址空間重映射
上電時,由於只有一個片選信號有效,它選通了Flash,而RAM和其它存儲設備地址無效,需要經過地址空間重映射才能訪問。MPC860的地址空間重映射是通過設置0R0~OR7.BR0~BR7這十六個寄存器完成的。由於上電時4GB的地址空間均被Flash佔用,所以0xFFF00100這個地址仍在Flash的偏移0x100處。在寄存器初始化過程中,需要把SDRAM.MPC860內部寄存器空間以及外設等也映射進來。在進行這些操作前,需要把Flash的位置固定下來,例如映射到0xFE000000,這個操作是通過設置OR0和BR0寄存器實現的。但在寫OR0時,CPU仍然在0xFFF00000的那一塊取指令,而Flash即將被映射到0xFE000000塊,所以程序必定出現「跑飛」的現象,必須對程序計數器(PC)進行調整,然而PC指針對程序員是不可見的,必須用跳轉指令修改它。在Flash地址映射完成後,通過設置OR1~OR7.BR1~BR7可以完成對所有存儲器空間的映射,各種存儲設備可映射在CPU地址空間中的任意位置,但相互之間不能沖突。
2.3引導代碼的構成和運行
系統啟動所涉及的代碼由寄存器初始化匯編文件start.s.一個Load程序以及操作系統與應用程序的Image三部分構成,引導代碼則只包含start.s和Load程序。Load程序的作用是將操作系統與應用程序的構成的Image從Flash拷貝到SDRAM中,並跳轉到Image的首條指令。
調試完成後的Image有兩種運行模式:
Flash-resident image:Load程序僅僅把Image中的數據段(data+bss)復制到RAM中,代碼段(text)在Flash中直接運行。
Flash-based image:Load程序把Image完全搬到RAM中執行,包括image中的代碼段(text)和數據段(data+bss)。
圖2和圖3分別描述了兩種Image的存貯映象,以及從Flash到SDRAM的裝載過程。
2.4時間效率和空間效率上的折衷
在嵌入式系統的應用過程中,針對不同的應用環境,對時間效率和空間效率有不同的要求,基於MPC860的啟動代碼對此有比較充分的解決方案。
2.4.1時間限制
時間限制主要包括兩種情況:系統要求快速啟動和系統啟動後要求程序高速執行。
對於要求快速啟動的系統,應該使在Flash中執行的初始化程序盡量簡短,諸如循環語句之類的語法應該盡量減少,盡快將程序裝載到RAM中執行,這樣做的原因在於Flash的訪存時間與RAM的訪存時間存在數量級上的差距。但是必須根據代碼量以及存儲器的特片進行權衡。因為,雖然RAM中捃速度快,但是將Flash中的代碼復制到RAM中的操作會帶來一定的開銷。由於可見,啟動時間由Flash中引導代碼的運行時間。代碼從Flash拷貝到RAM的時間以及RAM中後續啟動代碼的運行時間三部分組成。啟動時間的最小值是這三者和的最小值。
對於啟動後要求程序高速執行的系統,主要受處理器。存儲器特性以及I/O速度等的影響。在軟體方面,應該採用了上述Flash-based image方式,使得代碼段在RAM中運行,提高運行速度。
2.4.2空間限制
空間限制主要包括兩種情況:Flash等非易失性存儲空間有限和RAM等易失性空間有限兩種系統。
對於採用高性能非易失性存儲器的系統,出於成本因素,Flash等存儲設備不能太大,然而它又是系統存放啟動代碼和操作系統Image的地方。在存放Image時,可以先使用gzip等壓縮工具進行壓縮,在將Image載入到RAM時採用逆向的解壓縮演算法解壓。同時,出於實時性考慮,壓縮演算法不能過於復雜,否則壓縮解壓過程消耗大量時間將與啟動時間限制發生嚴重沖突。採用壓縮策略並不一定會增加系統啟動時間,因為壓縮解壓過程雖然消息了一定的時間,但是由於Image體積減小,由Flash復制到RAM中的時間相應減少,有可能反而減少了時間消耗。
對於採用高性能RAM的系統,同樣出於成本因素,RAM空間有一定限制,此時一般採用前文描述的Flashresident image方式:Load程序把Image中的數據段復制到RAM中,代碼段在Flash中運行。折衷同樣存在,因為code段在低速的Flash中運行,在節省空間的同時,卻犧牲了時間。
本文介紹了基於嵌入式處理器的操作系統引導方法,重點研究嵌入式系統的引導模式以及不同類別的引導方法。以在MPC860C處理器上引導CRTOSII操作系統為例,闡述了調試模式和固化模式下引導代碼的構成。作用以及執行方式,並對不同引導模式下的時空效率的折衷進行了分析。最終,藉助BDI2000模擬器對編寫的引導代碼進行調試,成功實現了調試模式和固化模式下操作系統的引導。後續工作包括:繼續研究在不同硬體平台上的操作系統引導方法,例如最流行的ARM.X86系列;在同一平台上,可以研究不同操作系統的啟動方法,例如嵌入式Linux.Vxworks.WinCE等。