关键词：计算机硬件发展；应用；维护与管理
中图分类号：TP303
计算机以令人惊诧的速度更新换代，迅速而深刻地改变着人们的生活，而计算机领域内部的规律也蕴含在这些变化中，也在一定程度上反映了计算机硬件发展的可能趋势，诸如内存、处理器以及显示器等硬件设备保持高速增长等势头，计算机也在向微型化、智能化以及网络化等方向发展。而对于不断遇到的各种各样的问题，计算机硬件的维护则是一项艰巨的任务，需要我们在不断实践的基础上进行总结及探索。
1 计算机硬件基础
1.1 概念。计算机系统中由各种电子、光电元件以及机械等组合而成的各种装置称作计算机硬件。这些装置在计算机系统的结构和功能要求之下会形成一个有机整体，为计算机软件提供一定的物质基础，在计算机程序的控制之下实现数据的计算和输入输出等任务。
1.2 基本构成。计算机硬件的五大基本构件是输入设备、运算器、存储器、控制器以及输出设备构成，虽然计算机本身的制作工艺不断发生改变，但其基本构件的组成是不变的。
2 计算机硬件发展现状和趋势
2.1 处理器的发展。从处理器的发展以及市场需要来看，双核和多核的发展与应用是一种不可逆转的趋势，而且已经形成一种无可比拟的优势，生产商也在不断生产和推广多核和双核处理器，科技发展也对双核和多核处理器寄予深厚的期望。这些暗示都表面，未来处理器的市场将属于双核和多核，而且我们深信，它们将会有辉煌的明天。
2.2 存储器的发展。社会在不断进步，人们创造的数据信息越来越多，其速度也越来越快，因此，人们对于数据的存储方式要求也越来越高，对存储硬件的需求也呈现爆炸性的趋势，其关注的重点也慢慢由原来的容量逐渐向存储器的速度和可靠性转移了。简而言之，就是说，未来存储器将会向更大、更小和更低的方向发展，发展的五个主要指标是容量、速度、价格、体积以及可扩充性。这些改变在闪存存储器中表现得十分明显。低能耗的特点更加符合国际潮流，也促进了便携式产品的发展壮大。非易失性存储器相对于易失性存储器而言，在读取和写入时更加缓慢，非易失性存储器在写入上还存在一定的局限性，即在写入操作达到一定的上线时会出现故障问题。针对这一问题，在存储器具备非易失性的同时，还消除读取和写入限制，降低消耗功率，这正式新一代非易失性存储器的发展前景。
2.3 设备的发展。设备是由输入设备、输出设备和辅助存储器构成，其中输入和输出设备的不断发展使得人与计算机之间的界面越来越和谐美好。70年代中期之前，主机部分在计算机硬件中占主导地位。但是，号称计算机“手足”和“数据仓库”之称的设备的性能不断提高，尤其是在数据库技术日益成熟的压力之下茁壮成长的辅助存储器，更是突出了设备的重要地位。在人与计算机交互的界面上，由起初枯燥的数字和文字，演变为后来的图形，这使得人们越来越能感受到计算机的人性化特点。现代化的今天，输入和输出设备更是想智能化、高能化和多媒体方向发展。此外，由于设备对于高能化和智能化的发展方向，微处理器和软件越来越多地被嵌入设备中，而原来设备中的一些控制功能也部分性地被设计进CPU之中，从而降低成本以及改善计算机的性能。嵌入式领域的发展使得存储器的容量大大提高，能耗也大有降低，摩尔定律的继续使用也将不断增加晶体管资源，从而为计算机硬件的发展提供物质基础。
3 计算机硬件的故障分析
3.1 对软件故障进行排查。在计算机出现故障之后，应注意“先软件后硬件”的原则进行维护和管理，在排除了计算机系统中毒或者是文件异常丢失、系统注册表受到损坏硬盘主引导记录损坏的情况之后，再来检查是否为硬件设备的问题。
3.2 对电脑进行观察。首先观察计算机所出现故障时显示器显示内容同正常情况下的异同；其次，电脑内外所表现出来的一系列的物理情形特征等；再次是观察计算机的环境，包括所在位置以及环境温度和湿度，最后应该注意电脑的软硬件配置和系统资源的使用情况等。
3.3 排除外设故障。计算机外设故障出现的部件主要有显示器、鼠标键盘、UPS电源以及打印机等。显示器的故障多数是因为长时间开机，散热不畅，致使显示主板元件烧坏引起的，也使显示元件受到不同程度地损坏；鼠标键盘故障主要因为过多使用造成UPS故障常见的是无法给电脑正常供电，主要是红灯长亮，蜂鸣器长鸣或电压不稳，最终造成UPS损坏打印机故障主要是因长时间使用造成的打印头自然耗损或墨粉不足等原因引起的。
4 计算机硬件的维护处理
4.1 设备的维护与管理创新。对于计算机设备主要侧重于维护方面，重点放在计算机显示器的维护和管理上，这样可以很好的避免显示器的使用功能受损。主要需要注意的点是不要经常地打开和关闭显示器，并且避免灰尘和潮湿性物质落入，并用专用的清洁剂和抹布进行清洁处理。对于显示器中的灰尘，应该使用毛刷进行处理。使用鼠标时避免用力点击鼠标，免损坏鼠标的弹性开关。尽量减少鼠标的磨损，可以垫上鼠标垫。对于键盘的管理，最好使用键盘垫，并且注意不要将液体洒在键盘上，否则会引起键盘短路。同时注意在更换键盘的同时要关闭计算机，避免计算机的其他部位因此产生故障。
4.2 主机内部器件的维护与管理创新。（1）计算机CPU。对于计算机内部器件的维护主要是包括对CPU的保护和对内存与硬盘的维护与管理。在计算机系统及其设备正常运行的过程中，要保证好计算机CPU良好的散热性以及保证主机正常运行的条件，散热条件不合格不仅会影响计算机系统的正常运行，甚至会造成重新启动甚至是死机的状况。在进行CPU的维护过程中，还应该主义对于CI刀的通风散热装置做好灰尘清洁工作，避免由此造成的通风散热问题。最后还要保证CI刀的运行频率，从而确保CI刀的工作运行频率正常，避免折损CI刀的使用寿命和计算机系统的正常运行。（2）计算机内存与硬盘。计算机内存和硬盘的管理，首先应该注意在计算机内存条升级使用时，选择与原来的内存条相同品牌的使用，同时也要保证升级之后的内存条与原配的使用频率相同，以免影响计算机系统的正常运行及其稳定性。在更换计算机内存条的同时，应该注意保证所更换的内存条的工作电压与计算机系统正常运行时的电压一致。其次对于以及氧化的内存条可以用橡皮擦去氧化层从而正常使用。对于计算机硬件的管理，首先应该注意的一点是在硬盘读写时不能断电，以免损坏硬盘。其次是要做好硬盘的防震工作，避免在硬盘的使用过程中有所震动。除了避免硬盘受到震动之外，还可以使用海绵或泡沫作为硬盘的保护层。最后，在日常生活中应该避免将硬盘放在磁场干扰强烈的地方，诸如手机、音箱附近等。
5 总结
随着科技的发展和人们生活水平的提高，计算机已经成为人们日常工作与学习不可或缺的一部分，而对于计算机硬件的研究以及故障分析和维护管理，对提高计算机的使用效率有重大意义，而且也深刻影响着人们的生活，所以我们应该在整体和系统的方法论之下，加大对计算机硬件的认识和研究，以更好地利用计算机这一有利资源。
参考文献：
[1]陈珊珊.计算机硬件维护与故障分析[J].电脑学习，2009，2：115-116.
[2]齐志亚.计算机硬件日常维护与故障排除[J].硅谷，2010，5：107.
关键词：计算机；硬件储存设备；网络储存
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.140
1 引言
信息技术不断发展，使得计算机在我们生活中的地位越来越重要，人们的生产和生活方式也发生了变化，其中，在不断发展的硬件技术上，对于计算机的硬件储存来说，也是开辟了新的路径和方向。我国现代化步伐加快，计算机在硬件储存上的技术也不断发展创新，目前我国使用最多最广的技术是云储存，它是我国发展了五十年的成果。所以，在今后的发展过程中，要对现存的或者已经落后的储存技术中吸取经验和教训，不断进行改革创新，促进我国计算机领域的发展和不断前进。
2 我国传统硬件储存设备的现状分析
计算机的硬件储存设备近几年也一直在发展，硬件储存设备有很多，例如硬盘、软盘、光盘、磁带和u盘等。站在环保低碳的层次来看这些硬件的类型，其主流地位不会被其它类型的硬盘所取代的。现在也有一种比较先进的硬盘，是固态硬盘，固态电子存储芯片组成了固态硬盘，它与普通硬盘的外形尺寸都相同，它的定义、各种功能还有原理方法都跟其它普通的硬盘差不多，只是固态硬盘在抗震功能上较强，发生机械故障的频率低，数量少，在坑强冲撞能力方面也比普通硬盘要强。然后，这种硬盘没有什么杂音，几乎是静音模式的，更适合生活中使用这种硬盘，对生活不会产生过多的噪音。这种硬盘产生的热量也很低，对能源有着跨时代的意义，减少了消耗，它在使用过程中无需风扇，是因为使用过程中的静音模式，没有任何噪音。最后，它的体积比其它硬盘都要小，适用于比较小的主机或其它空间。它与普通的硬盘比较，也有着自身的确定，比如说没有移动的部件。这种固态硬件的应用范围广，在军事、航天等领域都有所涉及。它的成本也比普通的硬件要高，不过，处于人们需求的改变，也逐渐被人们接受并加以应用。
虽然固态硬盘的发展已经有一定的市场，但是我国计算机的储存硬件还是以普通的硬盘为主要的储存设备，普通的硬盘多数是由铝制的和玻璃制成的碟片，他们的外表都有铁磁性的材料覆盖着。目前使用的硬盘也大多是固定的，在硬盘驱动器里面密封着，就是所谓的机械硬盘。现今社会的发展中，可以移动的储存设备也随之出现，种类也由简单的几种发展为各种各样的。计算机硬件的升级，使得硬件的储存一直在改变。之前的硬盘容量，大多数都是以GB为计量单位的，而现在，很多生产硬件的厂商也制造出了以TB为计量单位的硬盘，由此可以观察出，硬盘在市场上的发展十分迅速，现在的硬件制造厂商推出的储存设备，除了大容量的硬盘之外，还出现了很多大容量的可移动储存设备。
3 网络储存形式的发展
网络储存一开始的时候并没有云储存，而是邮箱，但是这种邮箱储存的只是内存比较小的图片或文档文件，比较方便。之后网络技术随着时代的发展也不断更新，在发展中产生了网盘，是一种在线的储存服务功能，它是邮箱储存之后发展的一种新的网络储存技术，功能更全面，可以分享、备份、储存文件，目前，在很多资料的传播和共享上被各个媒介所广泛应用着。
储存技术不能仅仅局限于现在的技术，网盘技术在推出时，受到各个媒体媒介的欢迎，而现在，已经被人们所淡忘，其中的弊端也逐渐暴露，它的传播速度较慢、被盗事件时有发生、数据不能及时恢复、成本高、人性化服务欠缺等，都是经过企业和个人的使用反馈出来的各种问题和困扰。
4 网络储存设备在今后的发展方向
现在的市场竞争中，网盘的竞争也越来越激烈，传统的技术已经满足不了使用者的需求，而且伴随着新网盘技术的出现，传统的网盘技术更显得落后。目前，最新的云储存，在网盘的发展中是一项重大的突破，它将取代传统网盘。这在传统的网盘行业中是一个很大的冲击，云储存的出现以及使用，将会取代传统的网盘。换句话来说，云储存对于别人已经上传过的资源，会在上传前在整个系统里进行对比，如果别人上传过，传输速度就会很快，从而实现对已传资料的一种共享。它的核心是数据的储存和管理，而普通的网络硬盘只是对资料进行简单的储存而已。相信云储存会越来越多的出现在未来网络硬盘技术发展之中。
5 结语
在我国，计算机技术也一直不断发展进步，现存的储存设备已经满足不了人们的需求，社会很多行业和领域的工作模式都向着信息化发展，需要进行储存的信息也有所增加，所以，企业和个人的利益在储存中也会受到影响。这就要求网络储存在具备高速安全性的同时也要具备超大的容量和速度。网络储存在未来发展中，要向着高容量、高速度和高质量发展，也要具备一定的自我恢复和管理功能，网络的发展本来就是朝着开放和共享的方向，能够给人们的使用和生活带来极大的方便，所以，网络的硬件储存也应该具备开放和共享性。在今后发展中，硬件的储存不会是一帆风顺的，发展过程中也会出现各种各样的问题，我们需要做的，就是在这些问题中，不断的吸取经验和教训，对未来的技术发展进行不断完善和探究，提高实用性和安全性，真正为人们所用，促进发展的进程和市场地位的稳定性。
参考文献：
1计算机硬件安全概述
计算机硬件主要包括主板、CPU、内存、输入及输出设备等，若计算机硬件安全等级不够，极易导致计算机存在安全隐患，计算机硬件设备遭受病毒程序侵袭，导致计算机系统崩溃。计算机信息安全体系主要由保密、集成及实用组成。计算机信息系统安全性指的是计算机硬件、软件及通信的安全。当前主要从物理、个人及组织三个层面确定计算机信息安全标准。计算机硬件安全设计目的在于使计算机用户正确使用安全产品，保证计算机信息安全。计算机硬件安全是计算机系统正常运行的重要保障，因此需要对计算机硬件及其处理器进行安全设计，为计算机系统构建安全的信息平台。
2计算机硬件设计安全发展过程
计算机应用技术对计算机硬件发展具有重要影响。在20世纪70年代，由于硅片成本较高，因此人们更重视将硅片进行简化，实现计算机硬件的共享。直到20世纪80年代，人们开始重视提高芯片运行速度，直至90年代，人们开始追求计算机硬件电力减耗工作。当前对于计算机硬件的安全研究不仅包括对计算机数据、通信及存储的安全，还重视对计算机信任、数字版权及用户隐私的安全管理。计算机芯片是计算机硬件系统的重要组成部分，如果芯片受到网络攻击，如拒绝服务、非授权拷贝及篡改等，会导致计算机硬件出现极大的损伤。非授权拷贝攻击方式主要通过对芯片信息进行复制，从而获取芯片副本，篡改则指的是改变芯片等软件程序代码，出现计算机系统敏感数据被窃取及系统故障等问题。当前计算机数据中心、移动通信、嵌入式设备等计算机硬件仍受到物理或软件的攻击，因此需要采用新型数据加密技术，加强计算机硬件安全性。
3计算机硬件安全设计方案
3.1计算机硬件设计安全
当前对计算机硬件安全研究主要包括硬件木马检测、基于不可信工具的可信综合型技术、新型安全原语设置、通过安全原语构建芯片及单元的综合技术、版权集成电路构建及计算机硬件安全协议等内容。硬件木马对计算机硬件安全性具有极大影响，通过对计算机芯片进行恶意更改，使计算机芯片产生极大的损害。硬件木马发生作用主要通过第三方在计算机原有电路中加入多种门电路，使得计算机常规检测无法有效识别此类攻击。芯片内在变异会导致计算机系统对硬件木马的检测难度加大，若木马存在于电路支路中，使得计算机结构测试无法最大程度上发挥作用。物理不可复制技术（PUF）是针对芯片变异的重要技术9见图1），通过在芯片中形成完整的输入及输出映射，作为一种基于硬件变异的安全原语，无法通过数学或统计方法实现逆向工程，使得芯片映射存在一定的不确定性。当前各种PUF设计方案具有一定限制，其芯片结构线性特征、非线性特征不足，且对统计及逆向工程攻击具有较强的灵敏性，使得PUF技术安全等级无法满足人们对计算机硬件安全的要求。
3.2计算机硬件设计方案
3.2.1计算机硬件内置安全确认
在计算机芯片制造过程中，利用EPIC技术，采用电路加设密钥、激活及电路总线加置加锁、解锁的方式实现对计算机硬件IP的有效保护。本文结合EPIC技术，采用PUF技术，设计出计算机硬件内置安全设计方案。方案设计原理为：将HDL、C格式的IC原始设计通过EDA工具进行编译，获取IC物理版图，并采用PUF技术改变IC原始设计芯片，获取PUFID，并将其与IC所有者的版权信息进行结合，采用AES等加密算法获得IC产品的密钥。IC物理版图中的关键部位经过密钥形成需验证模块，实现对IC版图的保护。
3.2.2计算机外置辅安全检测
计算机外置辅安全检测通常采用RAS机制，通过可信任的密钥管理中心形成私人密钥与公共密钥。在公共密钥中设置加密型芯片，将芯片信息存储到集成电路中，形成信息回路。计算机外置辅安全检测设备主要包括安全验证芯片与密钥存储器，保证私人密钥的安全性。在计算机外置辅检测设备运行时，需要利用RFID获取芯片内部电路信息，由安全验证芯片对芯片进行检测，保证芯片硬件的安全性。
4结语
当前我国计算机硬件安全系统仍处于发展早期，对计算机硬件安全性的研究已取得一些成果，但由于计算机硬件安全性受到硬件木马等威胁，仍需要加强对影响计算机硬件安全性因素的研究。计算机硬件安全是计算机信息系统正常运行的重要保障，我们需要重视计算机安全检测设备的研究，从计算机内置安全管理及外置辅安全检测方面，制定合理有效的计算机硬件检测方案，不断提升计算机安全性能，推动我国计算机信息安全系统的发展。
参考文献：
[1]聂廷远,贾萧,周立俭等.计算机硬件设计安全问题研究[J].信息网络安全,2012,10:17-19.
[2]陈兴欣.计算机硬件设计安全问题分析[J].电子技术与软件工程,2015,06:232.
关键词：计算机硬件；未来发展；发展状况；发展趋势
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.137
如今，我国已步入“互联网 +”时代，计算机和信息技术日益深度融入生产、生活中，并成为重要的生产力。在计算机的结构组成中，硬件系统不仅是其核心的组成部分，同时也是软件运行的重要基础，从本质上来说，其主要包括计算机系统中各种电子、光电原件以及机械等。在计算机结构中，硬件的地位与作用仅次于CPU，衡量计算机的性能需要对其硬件进行评价。如今，在经历半个多世纪发展滞后，计算机硬件规模不断缩小，功能逐渐强大。
1 当前计算机硬件发展状况
依据计算机元器件电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路等来划分，可将计算机硬件发展史划分为四代：第一代计算机（20世纪40-50年代）。简单来说，第一代计算机所运用的都是电子管基础，其不仅体积较大，且耗电量也相对较大，就是那几的运行速度比较慢，主要以1946年ENIAC的研制成功为标志。第二代计算机（1959-1964）。第二代计算机开始使用晶体管，晶体管的应用，使得计算机的寿命延长，重量减轻，体积变小，同时，运行速度也大大提高。以50年代末美国菲尔克公司研制成功的第一台大型通用晶体管计算机为标志。第三代计算机（1965-1970）。从根本上来讲，第三代计算机所运用的并不是电子管与晶体管，其所运用的主要是集成电路的形式，以IBM公司研制成功的360系列计算机为代表。第四代计算机（1971-至今）。简单来说，在第四代计算机中，所具有的一个显著特征，就是其对于大规模集成电路和超大规模继承电路的运用，运算速度与效率都有了跨越式的进步，其主要是以英特尔公司研制的第一代微处理器英特尔4004为代表的。
事实上，自从计算机出现之后，就始终以非常快速的节奏不断的发展种，并为人们的日常生活与生产提供了非常大的便利。自从1970年开始，计算机的硬件实现了非常快速的发展与完善，起不仅使得计算机的成本实现了进一步的降低，同时也在很大程度上缩小了计算机的体积，提高了计算机的存储功能。
2 计算机硬件未来发展趋势
2.1 计算机硬件未来发展特点
首先，是硬件性能与材料的发展特点。根据相关研究我们可以得出，就针对于计算机的硬件质量与性能而言，其所应用的材料能够起着决定性的影响作用。所以说，在日后的研究过程中，相关研究工作人员，将会进一步强化对计算机硬件材料的研究工作，并通过引进一些高新材料，来促进计算机硬件性能的提升。在实际的运行过程中，现代计算机技术所面临的一个最主要的问题，就是对硬件性能的优化问题。因此，在未来的研究过程中，研究人员会加大对此问题的关注，并探寻到有效解决方案，例如，通过研发分子计算机、量子计算机等，来解决此问题。
第二，中央处理器CPU的未来发展。中央处理器CPU是计算机硬件技术进步的重要指标。1970年到2005年为单核时代，在此时期，从根本上来讲，CPU所具有的最明显的特征，就是唯主频论。自2006年开始，计算机CPU进入全新的多核时代，这也标志着以主频论英雄的时代正式结束。在那之后，CPU将会进一步开启双核以及多核的新纪元。从本质上来说，多核设计所具有的优点主要在于以下几个方面：第一，其能够为计算机的运行提供更加强大的并行处理能力。第二，其能够提供更快的计算速度，第三，其能够形成更低的时钟频率，第四，其可以在很大程度上降低计算机的散热与功耗。而就针对于计算机硬件系统的发展来说，双核与多核处理器的出现存在一定的必然性。因此，从某种意义上来说，在未来的市场中，双核将是中央处理器的一个重要的主流发展趋势。
第三，存ζ鞯奈蠢捶⒄埂0凑沾娲⑵鞯哪J嚼捶郑计算机硬件存储器组要分为以下三种模式：DAS模式、NAS模式和SAN模式。DAS模式的主要优点是操作简单、成本较低而且性能高，但是安全性和扩展性不够。NAS模式的特点独立PC服务器，扩展性好，但是数据传输速度不高。SAN模式作为一种存储网络模式，能够通过运用光纤，来将全部的存储设备连接起来，并配备交换机，显而易见其优点是数据传输速度快，扩展性强。但是SAN模式也有个明显的缺点，即技术相对复杂，成本比较高。存储器的发展有个特点，存储空间更大，体积更小，功耗更低的发展趋势。这种趋势尤其在Flash Memory表现的尤为突出。大小低的发展趋势也符合科技发展的潮流，另外也促进了便携产品的发展。
2.2 计算机硬件未来发展趋势研究
计算机硬件在计算机结构中，占据非常关键的核心地位，对于计算机的性能有较大影响。随着科学技术的不断发展，计算机硬件设备也处于不断的发展之中。总的来说，计算机的发展趋势是向巨型、微型化、网络化和智能化方向发展。计算机的中央处理器处于不断减小的趋势，使用更小的硬件，可以实现更强大的功能和更全面的信息处理。而现阶段，在长期的信息科技与计算机技术发展过程中，已经有更多的高科技技术被运用到了计算机的硬件发展中。因此，从本质上来说，计算机的硬件发展与科学技术之间，存在着本质的联系。只有确保科学技术的发展与进步，才能更好的实现计算机硬件系统的优化与创新。在绿色、环保理念日益深入人心的背景下，计算机硬件将会更多地融入环保、节能及高效理念，运行与维护速度与效率也会不断提高。
3 结语
综上所述，计算机硬件系统是计算机的各种物理装置，由各种器件所组成，其是计算机运行与工作的基础和前提，对于计算机的运行速度与运行状况，都具有至关重要的影响。相信随着现代科技信息的不断发展，计算机硬件发展水平也会不断得到提升，而且，其体积将会越来越趋向微型化，功能越来越趋向智能化，对人们的生产、生活的助益也将越来越大。
参考文献：
关键词：计算机；硬件设计；安全问题
中图分类号：TP309文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）01-0171-02
作者简介：王慧（1992-），女，辽宁朝阳人，研究方向为信息管理与信息系统
0引言
在信息技术飞快发展，计算机被广泛应用的背景下，其系统安全问题始终是人们关注的话题。而相关安全系统设计及研究人员会在降低成本的基础上，首先升级计算机软件，促使其从内部加大防御力度，而计算机硬件安全问题被放在次要位置。在提高计算机安全性的过程中，为防止信息泄露，通常会对数据进行加密，或者将其隐写，然而攻击者还是能够通过各种方式突破这一防线。新时期单纯依靠软件设计提升计算机使用安全性是远远不够的，只有在此基础上充分结合计算机硬件安全设计才能够提升整体安全性。
1计算机硬件安全发展现状
丰富的范围是计算机硬件的主要特点，而通常状况下在对其进行研究的过程中主要是针对其输入、出设施及芯片的研究。同时集成、保密和使用是信息安全的主要特点，而信息安全主要体现在软件、硬件及通信三点当中。加强硬件、软件及使用者三方面建设是加强计算机安全建设主要途径。在这三点内容当中，无法实现有效规范用户行为这一目标，因此就需要从其他两点入手。现阶段，各国在加强计算机安全设计的过程中，对软件安全的开发已经达到了一定程度，这一方面不仅有效较深奥的理论知识做依据，同时其操作性也较高。因此，现阶段在加强计算机安全建设的过程中，重点落在了其硬件设计当中。安全问题体现在计算机硬件设施当中主要有三个内容，首先，安全问题发生于输入设施当中。这一安全问题指的是一定的安全隐患存在于属于的信息当中，和非法实行输入操作等。前者指的是木马等病毒存在于输入信息当中，导致这部分数据一旦录入计算机将促使内部数据受到干扰、产生变化及泄露等；其次，安全问题存在应储存介质当中。现阶段相关的数据安全屏障没有针对储存介质进行设计，导致计算机在使用过程中无法有效抵抗相关恶意攻击和非法拷贝现象，最终导致重要信息的泄露；最后，安全问题存在于输出设备当中。现阶段一定的记忆功能存在于被应用的输出设备当中，因此能够有效记忆使用者的操作程序及所应用的数据等，因此在提取信息过程中可以直接进行重复操作，这种做法极大的危害了计算机内部的信息安全。总而言之，现阶段计算机在使用过程中其硬件安全问题值得引起人们的注意，同时这一安全问题能够通过多种形式展示出来，相关部门及研究机构应当及时增加研究力度。
2加强计算机硬件设计安全的措施
2.1加强硬件内置安全
内置硬件的安全提升是促使计算机整体安全性提升的重要措施之一，具体步骤如下，首先，制造芯片过程中，有效结合PUE和EPIC两种技术，从而促使健全的保护体现在IP当中。该项技术在提出之初是建立在IC传统设计思想之上的，物理图版的获得以EDA工具为主；其次，对PUE技术进行充分利用，从而产生的PUFIC是传统芯片的变异。接下来，检测密钥产生于IC管理员被加密的基础之上，将PUFIC通气进行结合。经过以上步骤所产生的验证模块是经过加密的，能够有效保护IC版图，从而能够更好地保护传统模块，也就能够有效保护计算机硬件安全[5]。制作并测试芯片的过程中，需要建立在EPIC技术基础之上，从而进行有效的密钥设置，并激活电路，将“加锁/解锁”应用于总线当中，以上手段的实施能够对IP这一硬件进行充分的安全保护。同时，在该技术有效应用的过程中，还可以将其同PUF技术进行紧密结合，从而构建内置安全确认措施。HDL和C是IC最初的设计，物理版图在EDA工具编译有效进行下产生，PUFID是芯片的变异形式，产生于PUF技术基础上，有IC制作厂进行制作，IC持有人版权信息被加密以后需要同PUFID进行结合，促使针对IC的校验密码得以产生。重点逻辑区域的预先选择需要建立在IC物理版图基础之上，加密工作需要建立在教研密钥基础之上，从而促使验证模块得以产生，在此基础上对传统模块进行有效应用，促使IC版图得以有效保护，并将其应用于制作产品的过程当中。加密过程中，相关算法需要拥有较高的安全性，如AES等。
2.2加强检验硬件外置的辅助安全测验
测验外置辅助安全性的过程中，RAS技术是关键，在应用过程中，需要将私钥和公钥在密钥管理中心进行精细制作，不同的信息在芯片当中是需要一定程度的保护的，这就要对公钥进行充分利用，而外置辅助安全验证设备的构建需要将安全芯片验证同密钥储存器进行充分的结合。在应用过程中，储存保护私钥的设备为密钥储存器，RFID应当被应用于检测实施过程中，促使电路信息数据在芯片内部得到有效读取，同时实现安全验证芯片，从而实现对数据信息的有效保护。有效设计外置辅助安全测验设施对于提升计算机整体硬件安全具有重要意义，能够促使密钥管理功能得到最大程度的发挥。RAS机制是外置辅助安全测验实施过程中的主要机制，在应用过程中，首先，密钥管理中心应当生成一对可信度较高的密钥，分为公开和私用两种。ASIC和FPGA又公开密钥进行加密，芯片标签电力用于集成储存信息。该设备在应用过程中的构成由两部分组成，即密钥储存器和安全验证芯片。
2.3将安全设计融入到硬件研发过程当中
技术是加强计算机安全的基础，针对计算机硬件设施而言，应当从内置和外置两方面入手。然而值得注意的是，在加强计算机硬件安全性的过程中，单纯依靠技术是远远不够的，在进行硬件设计的过程中就应当积极融入安全理念，这就要求设计人员能够始终保持清醒的头脑，对传统计算机硬件当中的安全漏洞及时进行分析和研究。首先，提高设计人员安全意识。现阶段相关工作人员在对计算机硬件设施进行设计的过程中，都将重点放在了其性能及质量方面，工作人员意识相对较弱。产生这种现象的主要原因还同计算机使用者忽视计算机硬件设施的安全性有很大关联。新时期，计算机使用者应当提高硬件设施安全建设意识，监督并促使设计人员能够在设计过程中融入安全理念，提升硬件设置质量及安全性。其次，设计过程中侧重计算机硬件的安全性能。研发计算机硬件时，单纯的以提升其质量及性能为目的是远远不够的。新时期应当在要求其质量和性能的基础上对其安全性进行侧重。促使使用者在感受到良好的使用感的同时能够更加安心地使用其进行数据的保存等。设计过程中，工作人员应当内外兼顾，对每一个可能产生安全威胁的部件进行加强设计。最后，加强评估计算机硬件安全性能。在对计算机硬件设备进行设计的过程中，单纯的提升其使用性能是远远不够的，在积极加强其安全性能的过程中，对其安全性做好的检验就是评估的加强。这一过程中应当分为三个方面进行，即输入、储存及输出设备，变传统的被动设计为主动，积极主动地挖掘计算机硬件设备中的安全威胁因素，并寻找有效措施对其进行弥补。
2.4硬件安全设计技术的创新
近年来，计算机硬件安全问题的爆发越来越频繁，主要原因不仅包含相关设计人员对其安全问题的忽视，同时也包含提升安全性技术发展过于缓慢等原因，也就是说发生于计算机硬件当中的安全问题远远快于技术的研发速度。在这种情况下，相关设计人员应当在建立有效的安全意识基础之上，积极进行技术的创新及研发，并加强对每一个环节的研究。首先，对现有技术进行完善。在完善该技术的过程中，应对现阶段产生的计算机硬件漏洞进行充分的研究，并有针对性的进行改进，同时成立专项小组，提升专项硬件设施安全性能。只有这样才能够在促使硬件设施安全课题得到长久研究，并逐渐提升计算机整体安全性。其次，完善计算机硬件安全技术体系的构建。由以上分析可知，计算机在使用过程中其硬件设施种类较多，在提升整体硬件安全性的过程中，应针对不同硬件设施的功能、特点及产生漏洞的原因进行全面分析，并在此基础上将各个部件之间的联系进行整理，从而形成整体的计算机硬件安全技术体系。值得注意的是，该体系所包含的所有部件都应当展现出不同的安全威胁特点及解决方法，在这种情况下对其进行有机联系，能够促使各项技术在应用过程中得到强化和交互。
3结语
在进行计算机硬件设计安全问题研究的过程中，由于其拥有较多的硬件设施，外部和内部包含了多种类型的安全威胁，因此现阶段应当实施加大研究力度，通过加强硬件内置安全、加强检验硬件外置的辅助安全测验并将安全设计融入到硬件研发过程当中等措施，提升计算机在使用过程中的硬件保护，充分结合硬件安全设计与软件安全设计，从整体上提升计算机的使用安全，促使其为人类的发展及经济建设作出更大贡献。
参考文献：
[1]陈光武.轨道交通安全计算机系统及安全控制机制关键技术研究[D].兰州交通大学,2014
[2]赵国冬.安全嵌入式系统体系结构研究与设计[D].哈尔滨工程大学,2006
关键词： 《计算机组成原理》 硬件实践教学 课程体系 教学方法 工程化实践教学
在我国大多数高校的计算机课程教学中，《计算机组成原理》作为一门重要的理论和硬件基础课程，其中的实践环节（硬件实践实验）占较大的比重。目前，不少高校的计算机专业在《计算机组成原理》的理论教学和实践实验中普遍存在“重软轻硬”现象[1]，使得学生对计算机组成的理论和硬件的结合理解流于表面，特别是在理论和硬件实践教学中，教学内容和硬件实验设备严重落后于当前工业界的最新技术发展，使得培养出的学生严重不符合社会企业的需求，即无论是在理论理解方面，还是在硬件实践方面，都不足以承担计算机硬件方面的设计与开发工作。因此，如何适应工业界对毕业生理论和实践能力不断增强的需求，改革《计算机组成原理》及相关课程体系，提高计算机理论和硬件教学水平，提高学生对理论的理解和实践动手能力已成为当前高校计算机专业教学面临的重要课题。
1.当前《计算机组成原理》课程教学存在的主要问题
当前，我校在计算机类、电子类、物联网类、软件工程类专业均开设了《计算机组成原理》课程，理论教学内容、目标基本一致，但硬件实践教学存在问题，主要表现在以下三个方面：
（1）偏重理论教学，忽视或轻视硬件实践教学，硬件实践课时被迫删减。
在《计算机组成原理》课程中，理论是基础，但是要深入理解计算机基本原理及体系结构等理论必须结合硬件实践[1]。但是硬件实践实验教学由于培养目标、培养方案、教学大纲及硬件实践教学设备等，很多高校普遍在计算机专业的教学中轻视硬件实践教学的建设，理论教学占很大比重，总学时确定后，硬件实践教学课时只能被迫删减，以至于无法保证硬件实践教学的质量，导致学生学习硬件知识和动手实践的积极性不高，最终的结果就是理论和实践相分离，理论知识没有深入的理解，实践能力没有得到很好的培养。
（2）理论和实践教学内容陈旧，课程计划没有与时俱进。
当前，大多数国内高校的计算机类专业，硬件系列课程均包含如下课程：《数字逻辑电路》、《计算机组成原理》（《计算机组成与结构》）、《微机原理及接口技术》、《计算机体系结构》等。这些课程开设选用的教材大多内容相近，部分理论仍停留在5年甚至10年以前，知识陈旧，与当前工业界的实际应用脱节，和现代快速发展的计算机硬件研究和开发技术形成明显的差距。比如有的硬件课程教学中以74181等淘汰的部件芯片为教学模型，即使学会也只能在课堂上用到，对将来的工作没有什么作用，直接导致对学生缺少吸引力，教学效果不甚理想。另外，这一系列硬件相关课程之间重复的知识点较多，在课程系列安排计划上缺乏统一性和合理性。
（3）硬件实践教学环节不够重视，缺少工程化设计和开发能力及创新能力的培养。
现代计算机硬件设计和研发均已采用软件和硬件设计相结合的方式，并大量使用优秀的工具软件进行开发和仿真，以及使用硬件开发板进行验证和优化。在实际教学中，由于硬件实践教学比理论和软件仿真实验教学要复杂得多，因此很多教师在教学过程中仍沿用过时的软件仿真和硬件实验方法，并且学生在学习过程中除了进实验室外，在日常学习中无法进行硬件实验或为硬件实验做足够的准备。另外，目前大多数高校计算机专业的硬件实验设备仍停留在“插线板”时代，只能让学生手动连接铜线进行简单的验证性和基础性实验，如要进行相关创新能力培养的实验，其复杂度过高，绝大多数学生无法完成。
2.《计算机组成原理》课程建设和改革的具体措施
（1）引进计算机硬件的现代设计和研发技术，培养学生的工程化研发能力。
《计算机组成原理》课程一大部分教学内容围绕CPU的各个部件展开，但现有的教学内容严重落后于现代工业芯片研发技术。为跟上时代的步伐，我们引进当下大多数企业采用芯片研发流程和设计语言和工具。具体而言，针对CPU的各个部件教学，我们引进Logisim[2]和Verilog[3]教学，以仿真的方式向学生展示如何设计选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件，以及这些部件间如何组合及连接。在此基础上，我们进一步加入单周期MIPS[4]CPU工程化设计方法的教学，介绍如何组合选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件以构成简单但功能完善即能完成基本加减、移位、分支、跳转等功能的单周期CPU。
为进一步提高学生的工程化硬件实践能力，还引进Xilinx公司的FPGA开发板，加入如何使用FPGA开发板的实验教学内容，并指导学生把已完成的MIPSCPU设计下载到FPGA上，以真实的硬件实验验证自己的设计，并对现有的设计做相应的优化。
（2）加强理论和硬件实践教学的结合，提高学生对理论的理解和对硬件实践的能力。
在《计算机组成原理》课程教学中，理论和硬件知识是相辅相成的，但目前计算机教学中普遍偏重理论讲解，硬件实践仅仅是验证性实验，其对理论的深入理解并无多大帮助。特别是理论知识对学生来说是一个个单独的知识点，彼此之间不能够贯通起来加深对计算机整体硬件系统的理解[5]。比如，学生学习了选择器、寄存器、加法器、存储器等理论知识，但不知道如何使用Verilog等硬件编程语言在FPGA等开发板上实现这些部件。另外，学生在学习CPU控制部件理论后，无法用现有的老旧芯片如74181等把CPU各个部件组合起来，只能依赖现成的已把CPU各个部件组合连接好的硬件开发板，不了解如何用Verilog等硬件编程语言直接把CPU的各个部件组合以构成完整可运行的CPU。因此，在《计算机组成原理》教学中应注意理论和硬件实践开发间的结合，使学生掌握更完整的理论知识和硬件实践能力，通过硬件实践提高其对理论的理解，通过理论学习指导硬件实践实验，提高其计算机系统理论和硬件协同能力。
（3）调整计算机硬件系列课程的教学内容，优化课程体系和课程间的衔接。
为适应新加入的Logisim、Verilog、XilinxFPGA开发板等教学内容，我们适当调整计算机硬件系列课程之间的教学内容。比如对《数字电子技术基础》课程，经过学院硬件教学团队的协商沟通，适当加入Logisim，Verilog等硬件编程语言的教学内容，并在部分实验中加入Logisim和Verilog语言实现部分电路。在《汇编语言程序设计》课程教学中，针对MIPSCPU设计，加入MIPS汇编语言的学习。在实验安排中，加入适当的MIPS汇编练习。总而言之，为了适应新的教学内容和方法，加强硬件系列课程体系结构建设，完善教学计划，对硬件系列课程如《数字电子技术基础》、《计算机组成原理》、《微机原理及应用》和《汇编语言程序设计》等课程进行融合、优化，既避免知识点的重复教学，又加强课程间教学内容的衔接，保证计算机硬件教学的连续性和完整性[6]。
（4）探索硬件系列课程教学方法，提高教师团队的整体教学水平。
为加强计算机硬件系列课程教师团队的协调沟通和建设，使相互关联课程的授课教师有更多的合作和协作，定期开展硬件系列课程的教研活动，从整体上协商计算机硬件系列课程的教学，逐步形成一支由具有较高教学科研水平的教授领衔，并搭配有一定数量的副教授和讲师的计算机硬件系列课程教学团队[5]，从而保证计算机硬件系列课程建设的连续性。
为了充分发挥青年教师的主观能动性，我们积极改革传统的教学方法，借助扬州大学的网络教学平台，积极探索研究性教学，利用“任务驱动”的教学方法，将实际教学内容分成一个个具体的任务，并引导学生在网络教学平台上参与讨论和解决任务，使得学生在讨论和交流中解决问题，并逐步引导学生深入理解和掌握教学内容。该教学方法可以大大提高大部分学生的主动性、积极性及团体合作能力。此外，在网络教学中注重和学生的在线交流和互动，通过论坛交流和答疑、在线任务测试等多种手段，促进学生的彼此交流和学习，提高课堂教学效率。
（5）丰富教学资源建设，引进企业培训和提高教师实践教学能力。
在引进新的教学内容的同时，依托扬州大学网络教学平台，对《计算机组成原理》课程的教学资源如Logsim、Verilog参考资料、教学课件、教学视频、硬件实践实验指导资料、习题等全部加入网络教学平台，构建丰富的网络教学资源[6-7]，使得学生的学习不受时间和空间的限制，在课堂教学以外的时间根据自己的实际情况合理安排课程学习。
另外，围绕课程建设和教学内容的改革，我们积极联系相关硬件研发企业，邀请其到学校直接对学生进行指导。例如Verilog硬件编程语言学习和使用经验分享、XilinxFPGA开发板的使用讲解和现场指导，并且根据企业实际研发需求，向学生进行针对性的授课和指导。
3.结语
《计算机组成原理》课程具有很强的理论性、实践性和实用性，其中CPU相关的知识涉及本科和研究生各个层次，如何让该课程不再仅仅停留在理论知识的学习是该课程建设和改革必须解决的问题。通过引进符合工业界当前流行技术的教学内容和方法，积极引导学生通过自学和合作，接触当前最新的硬件编程语言、硬件设计软件和FPGA开发技术，并尝试调动学生学习的主动性，培养实践动手能力，让学生更好地协作、沟通，从而提高学生对理论知识的理解和硬件实践的能力。另外，近几年我院通过对计算机专业硬件系列课程进行优化和改革，解决硬件系列课程之间缺乏沟通、相互独立、知识点重复或者缺乏衔接等一系列问题[4]，加强硬件系列课程间的联系，保证计算机硬件系列课程间的连续性和完整性。
参考文献：
[1]陈辉，李敬兆，等.计算机专业硬件课程教学改革探索[J].计算机教育，2014（5），39-42.
[2]Logisim.https：///wiki/Logisim.
[3]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.北京航空航天大学出版社，2008.
[4]斯威特曼.MIPS体系结构透视.机械工业出版社，2007.
[5]刘昌华，管庶安，等.基于CC2005的计算学科硬件类课程教学改革探索[J].计算机教育.计算机教育，2009（10）.
[6]黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011（5）：36-37.
[7]葛桂萍，李云，等.《微机原理及应用》精品课程建设的探索与研究[J].科技创新导报，2014（30）：151-152.
基金项目：
国家自然科学基金青年基金（编号：61502412），项目负责人，01/2016-12/2018。
江苏省自然科学基金青年基金（编号：BK20150459），项目负责人，07/2015-06/2018。
[关键词]计算机硬件；安全性；设计
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0125-01
1 计算机硬件
计算机硬件通常来讲，主要是指计算机系统中的各类由电子、机械和关电元件组成的物理部分。这些物理部分按照一定的功能要求，组合成为了一个具备一定能力的基础部件。而这些基础部件通过有机统一的整合，就成为了计算机。从部件基本构成来看，计算机一般由主机和为外部设备组成。主机包含了内存、主板、光驱、cup、扩展卡和连接线等部分，外部设备主要包括了键盘、鼠标以及其他配件。
2 探究计算机硬件设计安全的发展过程
计算机应用技术对计算机硬件发展具有重要影响。在20世纪70年代，由于硅片成本较高，因此人们更重视将硅片进行简化，实现计算机硬件的共享。直到20世纪80年代，人们开始重视提高芯片运行速度，直至90年代，人们开始追求计算机硬件电力减耗工作。当前对于计算机硬件的安全研究不仅包括对计算机数据、通信及存储的安全，还重视对计算机信任、数字版权及用户隐私的安全管理。计算机芯片是计算机硬件系统的重要组成部分，如果芯片受到网络攻击，如拒绝服务、非授权拷贝及篡改等，会导致计算机硬件出现极大的损伤。非授权拷贝攻击方式主要通过对芯片信息进行复制，从而获取芯片副本，篡改则指的是改变芯片等软件程序代码，出现计算机系统敏感数据被窃取及系统故障等问题。当前计算机数据中心、移动通信、嵌入式设备等计算机硬件仍受到物理或软件的攻击，因此需要采用新型数据加密技术，加强计算机硬件安全性。
3 分析计算机硬件的设计安全
计算机硬件安全的性能基本决定于设计阶段，目前多样化设计和工程变异等安全方案是提升计算机安全性的主要策略，其最大的特征就是能耗小成本低。工程变异的方向是解决c1时序和芯片老化，其不仅包括了传统的cMoS技术，还计算机硬件的设计安全探究
潘 雄
（武汉市建设工程设计审查办公室 湖北 武汉 430023）
[摘 要]随着科学技术的发展，计算机不断发展，计算机硬件安全性是计算机信息安全系统的重要内容。本文简要介绍了计算机硬件及计算机硬件设计安全的发展过程，分析了计算机硬件的设计安全与计算机硬件O计安全的措施。
[关键词]计算机硬件；安全性；设计
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0125-01包括了纳米技术、光纤技术和等离子技术等新兴技术。所以，工程变异在计算机设计安全中得到了十分高效的应用。但是，其也会给计算机恶意攻击检测以及一些其他工作带来较高的难度。目前，检测木马、设置全新的安全原语和集成现有芯片已经逐渐成为计算机硬件设计安全的主要研究对象。就目前计算机硬件设计安全工作来讲，对硬件木马的处理成为了重点工作。硬件木马主要针对一些原始芯片，发动嵌人式或修改式的恶意攻击行为，给计算机内部的数据信息造成泄露或损坏的风险。在另外一个方面，不可复制技术也是加强计算机硬件设计安全的有效措施。其基于工程变异，能够为计算机硬件安全保护提供优良的保障。总的来说，计算机硬件的设计安全程度直接决定了其在使用过程中的安全性能，对其整体安全性做出了硬性的限制。
4 计算机硬件设计安全的措施
4.1 做好内置安全确认工作
内置安全确认，主要是在计算机芯片的测试和制造过程中运用PUF（Physical Unclonable Functions）技术和EPIC（Ending Piracyof Integrated Circuits）技术通过电路设计方式来保护硬件IP。计算机硬件内置保护的流程工作大体如下：原始设计好的IC在IC制造厂采用PUF技术后得到芯片变异了的PUFID，经过EDA工具编译后得到物理版图，先前得到的PUFID与加密后的IC数据信息合成得到校验密钥，接着可以在IC的物理版图中预先选择关键区域，将校验密钥加密后的验证模块附加在原始设计好生成保护的IC版图，最终用于IC产品制造。这样在充分了解内置保护工作之后，相关的工作人员可以做好确认内置安全工作，保证计算机硬件的设计安全性。
4.2 做好外置辅助安全的检测工作
目前外置辅助安全的监测工作主要采用RAS技术进行，依靠可信的密钥管理部产生公开密钥和私用密钥。公开密钥主要是加密芯片的数据信息并将其集成储存到标签电路中，私用密钥主要储存在密钥储存器里，而密钥储存器主要用于外置辅助安全的检测。此外，安全验证芯片也是用于检测外置辅助安全的。检测时，密钥储存器主要经RFID读取芯片上集成的标签电路的数据信息，进而通过安全验证芯片的检测来检测芯片。
4.3 研发计算机硬件时重视安全设计
在计算机硬件的安全设计过程中，不单单要注意技术层面的保护检测，更要注意其他方面的问题，比如设计理念、工作侧重点和设计人员等。在计算机硬件的研发进行时，质量和性能得到保障的前提下需要注意加强设计研发人员对计算机硬件的认识，加强对计算机硬件安全性能的注重，从内置和外置入手，做好安全设计，形成计算机硬件安全性评估机制，做好对硬件安全性能的评估，同时从输入、存储和输出设备三个方面进行评估，及时发现安全风险解决隐患。
4.4 在计算机硬件设计安全中重视创新技术
计算机硬件的安全设计之所以会出现较多的问题，是由于计算机硬件的安全设计技术发展滞后，适应不了时代的发展。因此，需要注重创新技术，完善并发展现有计算机硬件的安全设计技术，结合实际情况和实践经验，及时完善不足之处。同时，建立起完整的计算机硬件安全技术系统，做好计算机硬件各部分的有机结合，加强各技术的协助。此外，还需要开展新型的计算机硬件安全技术，可以将微生物理论、光学理论和量子理论应用到计算机硬件安全技术中，这样才能实现计算机硬件安全性能的快速提升。
5 结语
计算机硬件安全是计算机信息系统正常运行的重要保障，我们需要重视计算机安全检测设备的研究，从计算机内置安全管理及外置辅安全检测方面，制定合理有效的计算机硬件检测方案，不断提升计算机安全性能，推动我国计算机信息安全系统的发展。
参考文献
[1] 郭传宝.计算机硬件的设计安全探究[J].工程技术：文摘版，2016（10）：00109.
