嵌入式系统[1]是以应用为核心，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能严格要求的专用计算机系统。它是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。随着网络技术的发展，企业对生产过程的控制提出了更高的要求，使得企业管理者、工程师需要获得更多现场的信息，从而实现从现场控制到监控、管理、决策等多个层面上的信息交换与集成。这就要求嵌入式工业现场控制设备与Internet管理信息系统融为一体，本文基于桌面总线为基础构建了一个嵌入式系统的框架，并以此框架为基础，实现了嵌入式设备的Internet网络化，使分布式监控系统的开发转向一个以Internet为基础、易操作的环境中来。
2基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式设备结构
2.1嵌入式设备的结构
嵌入式设备是嵌入式系统的核心部件，在生产现场，需要根据具体对象采用模块化的方法来开发嵌入式设备，其基本思想是将复杂控制系统转化成一个个具有独立功能的简单模块。这些简单的模块都有通用的接口，它们可根据需要不加改造通过总线接口模块与桌面总线相连，从而实现与嵌入式系统的无缝连接。不同的嵌入式设备结构不尽相同，但一般都包含五个部分，如图1所示。（1）输入设备：完成用户对数据的输入。（2）输出设备：将信息处理CPU处理好的信号通过用户界面显示给用户。（3）数据存储器：保存信息处理CPU处理结果。（4）数据采集CPU：完成信号的采集、预处理，并将处理信号提交给信息处理CPU。（5）信息处理CPU：接收用户输入信号和数据采集CPU提交信号，对信息进行处理，同时把处理结果提交给用户界面并做好存储工作。
2.2总线接口模块的结构
由底层到高层依次有：（1）物理层：是最底层，是设备之间的物理接口，数据通过该接口从一台设备传送给另一台设备。（2）数据链路层：完成用户信息的处理，确保网络之间数据帖可靠地传输。（3）应用层接口：是最高层，提供计算机网络与最终用户界面。
3基于桌面总线的嵌入式系统桌面总线的拓扑结构
对于不同的生产需求，桌面总结的拓扑结构不尽相同，图2是一种常见的嵌入式设备桌面总线的拓扑结构。（1）各嵌入式设备通过总线接口模块与桌面总线连接。（2）中继器：算一个嵌入式设备，单段总线传输距离有限，中继器可扩展桌面总线连接嵌入式设备的台数。（3）总线终端：总线终端有一个网络终结器，用于消除信号传输时的反射。（4）嵌入式处理器：是桌面总线的主站，并提供与桌面计算机的接口。
4基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式Internet服务器体系结构
4.1嵌入式Internet服务器体系结构
Internet通信技术，具有开放性的互联标准，能够提供强大的通信能力，但嵌入式处理器通常只支持8位并行数据处理，而建立在Internet基础上的各种通信协议对于计算机内存储器的容量、计算机CPU的运行速度都有较高的要求。[3]本文将桌面计算机（高端机）与嵌入式处理器（低端机）作为服务器，如图3所示。两个嵌入式处理器通过P1口实现数据通信，嵌入式处理器二通过桌面总线、嵌入式接口模块（图1）与接入的各嵌入式设备实现通信处理及协议转换，嵌入式处理器一负责与桌面计算机交换数据。两个嵌入式处理器都具有独立处理信息的能力，并能各自独立完成不同的信息处理功能，对高速运行的桌面计算机与低速运行的嵌入式处理器速度不匹配问题起到了一个缓冲的作用。Key是键盘输入功能。LED显示器接口：通用的计算机主要显示设备是CRT显示器。但是在专用的计算机系统中，特别是在多数微型计算机控制系统和测量系统中，往往有了数字显示功能就可以了。在这种情况下，使用LED数码管来构成数字显示器则非常适用，这种显示器价格低廉、体积小、功耗低，而且可靠性很好。
4.2嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信
嵌入式处理器二作为底层桌面总线的中心控制点，通过桌面总线与各嵌入式设备相连，实时监控各嵌入式设备的当前工作状态，采用并行处理的工作方式与各嵌入式设备通信，同时，也使用并行的工作方式与嵌入式处理器一通信。嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信编程语言一般使用汇编语言或C语言。使用C语言能够使软件开发的时间缩短，开发过程加快，所以目前获得广泛的应用。使用汇编语言在开发编程和调试阶段要花费较多的时间，但是与等效的C语言相比，具有执行速度快，占用内在少，并且只有汇编语言与机器硬件紧密相连。为了扬长避短，有时在一个程序中，对执行速度或实时性要求较高的部分使用汇编语言，而其余部分则使用C语言编写[4]。
4.3桌面计算机与嵌入式处理器之间通信
桌面计算机主要接受来自嵌入式处理器的实时数据，根据定义的数据访问协议和处理规则，对实时数据进行分析、显示、存储等功能，同时将相关的控制命令发送给嵌入式处理器。桌面计算机与嵌入式处理器之间的通信方式有串行传输和并行传输两种传输方式。并行传输通常使用8根或更多根导线来传输数据，并行传输的特点是同时可以传输多个二进制位，传输速度快，但是传输线路结构较复杂、传输距离有限。而串行传输一次仅能传输一个二进制位，多个二进制位“鱼贯而入”，传输速度慢，但传输线路结构简单、传输距离远。目前，计算机的并行口已经从基本的SPP（Standard-ParallelPort）类型并行口发展到EPP（EnhancedParallelPort）增强式并行口，EPP并行口可以直接进行8位数据的读写操作，其读写操作可以在一个总线周期内完成。总线周期：通常把CPU通过总线对其外部进行一次访问所需要的时间称为总线周期。一个总线周期一般包含4个时钟周期，时钟周期又称节拍周期，是微处理器处理操作的最基本时间单位[4]。
4.4桌面计算机与互联网之间通信
桌面计算机通过路由器（HUB）与互联网（Internet）相连，借助TCP/IP（TrasmissionControlProtocol/Internetprotocol，传输控制协议/网间协议）协议和HTTP（HyperTextTransmis-sionprotocol，超文本传输协议）协议实现与互联网之间通信。同时，桌面计算机还能过TCP/IP协议、ADO（ActiveX-DataObjects）组件（访问数据库的模型）、数据库提供的中间软件（SQLServer，Oracle）实现对数据库服务器的访问。
5结束语
关键词：数字信号；信号处理；DSP
1．数字信号处理的概念
数字信号处理是用数字计算机对离散信号或将模拟信号离散化后进行处理的现代信号处理技术，自身有其独特的计算方法和理论。数字信号处理是当前发展相当迅速的一种技术，无线通讯，多媒体技术，网络等都是基于数字信号处理算法的。
数字信号处理器(DSP)是为进行数字信号处理而设计的微处理器。数字信号处理器是同数字信号处理技术一同发展起来的。它针对数字信号处理的应用采用了专用的硬件设计结构。
微处理器的发展经历了单板计算机、单片计算机的历程，DSP则是一种高性能的片上微计算机系统。它除了利用大量的新技术、新结构来大幅度改善芯片性能外，还把内存、接口、外设、事件管理器等集成在一个芯片上，成为一个功能强大的片上系统（SOC）。DSP的产生和发展，得益于数字信号处理理论及计算机、电子技术的飞速进步。
2．数字信号处理器模拟的实现
计算机系统本身是一个非常复杂的系统，要使用软件来模拟每个晶体管或每个门电路各个方面的行为特征几乎是不可能的。人们简化系统复杂程度的常用办法是对系统按层次进行抽象，体系结构就是对计算机系统在结构层次上的简化。然而，体系结构层次上的计算机系统依然很复杂，开发其软件模拟器也因此而十分困难。通常的做法是，在已存在的模拟器基础上进行二次开发或改进，使其适应自己的要求。
在任何数字信号处理中，当涉及硬件实现时，都会遇到一个很普遍的问题：一般要处理的原始信号序列长度是非常长的，但受物理设备条件所限，每次(比如一个时钟周期内)输入给数字信号处理相关硬件(如DSP)的必定是有限长度的采样后的数字序列，也就是说要对原有长序列进行一次截断。显然，截断后的短序列相比于原有未截断的长序列的信号属性必然要发生变化。比如截取高斯白噪声的一段，其截断后的序列的均值和方差等统计特性相对于原有白噪声序列肯定会有变化。这种由于截断而引起的序列性能下降显然会导致后续的DSP等硬件设备中数字信号处理性能的下降。
3．DSP硬件结构分析
在当前信息化、数字化进程中，信号作为信息的传输和处理对象，逐渐由模拟信号变成数字信号。信息化的基础是数字化，而数字化的核心技术之一就是数字信号处理。数字信号处理技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术。DSP作为一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，凭借其独特的硬件结构和出色的数字信号处理能力，广泛应用于通讯、语言识别、图像处理、自动控制等领域。
3.1 DSP的主要特点及其硬件要求
数字信号处理是指将模拟信号通过采样进行数字化后的信号进行分析、处理、它侧重于理论、算法及软件实现。数字信号处理算法具有如下一些主要的特点：信号处理算法运算量大，要求速度快；信号处理算法通常需要执行大量的乘累加运算；信号处理算法常具有某些特定模式；信号处理算法大部分处理时间花在执行相对小循环的操作上；信号处理要求专门的接口。
从一开始，DSP的结构就是针对DSP算法模型进行构造的，几乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，数字信号处理的上述特点要求DSP必须是专门设计的。
3.2多总线，多处理单元结构
DSP芯片采用了哈佛结构，它分别设置程序存储和数据存储空间，使用专用的程序总线和地址总线。CPU可以同时访问程序和数据，大大提高了处理速度。所谓的改进哈佛结构，体现在如下几点：
1）允许数据存放在程序存储器中，并可以被算术指令直接使用。但程序和数据不能同时读取，多数访问存储器的指令需要两个执行周期。
2）将指令存储在高速缓存中，无须从数据/程序存储器读取，可以节约一个指令周期。
3）改进存储器块结构，允许在一个周期内同时读取一条指令和两个操作数。
使用两类（程序总线、数据总线）六组总线。包括程序地址总线、程序读总线、数据写地址总线、数据读地址总线、数据写总线、数据读总线。配合哈佛机构，大大提高了系统速度。
DSP内部一般都包括多个处理单元，如ALU、乘法器、辅助算术单元等。它们都可在单独的一个指令周期内执行完计算和操作任务，而且往往同时完成。这种结构特别适合于滤波器的设计，如FIR和IIR。这种多处理单元结构还表现为在将一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻转寻址和流水FIR滤波算法的循环寻址等。而且大部分DSP具有零消耗循环控制的专门硬件，使得处理器不用花时间测试循环计数器的值就能执行一组指令的循环，硬件完成循环跳转和循环计数器的衰减。
3.4 DSP结构改进
过去的DSP结构设计主要是面向计算密集型的应用，而对控制密集型支持得不够。而现实应用中很多场合需要信号处理和精确控制的有效结合，如数字蜂窝电话，它要有监控和语言音处理的工作。现代的DSP将采用DSP／MCU的混合结构，在保证计算能力优先的前提下，通过快速的现场切换、多执行部件并行执行等方式，加强控制类操作的处理能力。将MCU核集成到DSP核中，或者从整体上对DSP进行重新设计，使之兼有DSP和MCU的功能。
另外，为解决速度、功耗、可编程之间的矛盾，我们提出了一种新型的计算方式，它结合了现有微处理器和DSP的时间计算方式以及ASIC、FPGA解决方案的空间计算方式。这种可重构DSP处理器的关键是它能同时进行时间和空间计算。它由一个计算元件互相连接的二维阵列构成，每个阵列都有各自的逻辑单元和本地寄存器。连接这些计算元件的可编程连线借以对阵列的数据流架构动态重构，从而可根据运行的具体任务而对其进行优化。
参考文献：
关键词：计算机组成原理；设计性环节；教学实践
中图分类号：G642文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）08-0003-03
1 引言
“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门承前启后、承上启下的核心专业基础课，由于涉及知识面广、内容多、更新快，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象、难于理解。为了最大限度发挥学生自主学习的能力，使学生对计算机基本原理和设计方法有一个清楚的了解，我们开设了配套的设计性实验环节。通过亲自设计计算机的各个关键部分，学生可以进一步融会贯通理论教学内容，提高其综合运用知识的能力。同时，设计性环节也为后续课程“计算机组成原理课程设计”的开设打下良好基础，将理论课和实验课的教学内容更好的衔接，对培养学生的主动性、协作精神和创新能力具有积极的作用。
本文主要介绍在“计算机组成原理”课程中设计性环节的教学实践工作，希望能对同行有一定的借鉴作用。
2 设计性环节的内容
通过对“计算机组成原理”教学内容的分析，并结合后续课程“计算机组成原理课程设计”的教学需要，我们设置了三个部分的设计内容，每个部分都有明确的教学目标。第一部分为指令系统的设计；第二部分为控制单元的设计；第三部分为简单计算机体系结构的设计。并要求每两名学生为一组，共同完成各个部分的设计任务。
2.1 指令系统的设计
指令系统的设计内容主要安排在“计算机组成原理”课程讲授指令系统的过程中。这样可以让学生带着问题和任务更主动地学习指令系统的基础理论知识，充分地理论联系实际，根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计，并可以在“计算机组成原理课程设计”实验过程中进行完善。教学实践表明，将计算机指令系统的设计任务安排在“计算机组成原理”讲授指令系统的过程中，可以让学生在理论和实践相结合的基础上更深入地理解机器指令和指令系统之间的关系，掌握指令系统的分析和设计方法，还有利于对“计算机组成原理”后续知识点的理解。
2.1.1 设计要求
要求为一个八位字长的计算机设计指令系统。该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他的必要部件。设计的指令系统要求必须包含如下指令和寻址方式：
（1）数据传送指令：包括取数、存数，寄存器之间传送数据等指令。取数、存数应具有立即数、存储器立即寻址、寄存器立即寻址等方式。
（2）运算指令：包括加法、减法、自加1、移位、取反等算术运算指令。
（3）转移指令：无条件转移指令、条件转移指令。
（4）停机指令。
2.1.2 确定指令系统及指令编码
由于设计的是八位计算机的指令系统，可以采用单字长和双字长指令。例如，八位计算机的指令格式可以为：
一个完备的指令系统必须包括数据传送、算术逻辑运算、程序控制等指令，能够实现约20~30条指令和常用的寻址方式，例如：
（1）取指令 （双字长指令）
MOV AC, Mi Mi-->AC （AC为累加器，Mi为存储器地址）
（2）加法运算指令（单字长指令）
ADD AC，Ri AC＋Ri-->AC （AC为累加器，Ri为通用寄存器i）
根据设计要求，表1给出了设计指令系统的一种方案。
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一台真实的计算机通常是非常复杂的，学生不可能在有限时间中设计出来。我们要求学生设计的计算机功能较简单，基本指令简单、典型，学生容易掌握，也有利于后续计算机系统设计的开展。
2.2 控制单元的设计
控制单元的设计是计算机系统设计的重点和难点。基本控制单元的设计问题包括如何形成和连接受控部件的控制信号，以及在何时使这些控制信号有效。学生独立地设计控制单元，不仅可以使学生剖析和体验设计的基本思路和方法，为今后设计计算机打下初步基础，而且可以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生有更多的想象空间和发挥空间。
2.2.1 设计要求
控制单元的设计有组合逻辑和微程序控制两种方法，我们要求用组合逻辑来产生控制指令执行的控制信号序列。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
2.2.2 组合逻辑控制单元的设计
根据指令系统的设计，对每一条指令进行细化，对指令执行过程进行分析，确定执行每一条指令所需的微操作数及节拍数、确定系统时钟节拍数、以及确定每个节拍对应的微操作，形成每条指令的微操作时间序列表。并根据微操作时间序列表，在节拍信号和指令译码信号的作用下，得到所有微操作的控制信号以及使该控制信号有效的条件，形成每个微操作对应的逻辑表达式。根据逻辑表达式及其对应的控制信号产生电路，就可以完成具有整个指令系统的控制单元的设计。
控制单元的设计内容我们有意识地安排在“计算机组成原理”课程讲授控制器的过程中。学生们对于课堂上讲授的有关控制单元的原理、概念和设计方法并没有直观的印象，单纯的理论学习难免枯燥，难以提起学生们的兴趣。教学实践证明，在“计算机组成原理”讲授控制单元的过程中，学生们对自己在第一阶段设计的指令系统中的每一条指令执行过程进行分析，对八位字长计算机的控制单元进行初步设计，可以把控制单元中的各个知识点串起来，可以有效加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，进一步弄清计算机内部结构的时空关系，并极大地调动了学生们的学习兴趣。
2.3 体系结构的设计
在计算机系统设计和实现阶段，根据自顶向下的设计方法，首先设计整个计算机的大体框架，即总体结构图，以求有一个大体的框架，对以后的设计工作起到指导作用。再依据自顶向下的设计思想，把整个计算机划分为多个模块，对各个模块进行设计，然后综合，完成整个计算机的设计。
2.3.1 设计要求
要求设计一个八位字长的计算机的体系结构，该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求该计算机能够完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位除以8位除法等多种基本运算。要求设计的计算机系统能完成指定的功能，功能较强而又简洁。
2.3.2 总体设计
按照学生所设计的指令系统的要求，参考一般计算机的数据通路结构，图2给出了八位计算机总体结构框图的一种设计方案，规定了各功能部件的功能和各功能部件之间数据通路的走向。
在图2中，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，AC为累加器，GR为通用寄存器组，ALU为算术逻辑运算单元。C标志寄存器用来寄存进位C标志，Z标志寄存器用来寄存结果为零的Z标志。另外在图2中还有两个四选一开关和一个二选一开关，其中的一个四选一开关是用于形成C标志的输入，另一个四选一开关用于控制数据总线，二选一开关用于控制地址总线。
2.3.3 功能部件的设计
基于所设计的计算机总体结构，确定每一个功能部件的功能、功能部件与外部的连接端口信号、各功能部件与数据总线连接方案。
（1）运算器的设计
运算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及数据选择开关等组成，具有进位（C）、结果为0（Z）等状态标志位。
能实现最常用的算术运算（加、进位加、减、借位减、自加1、自减1等）、逻辑运算（逻辑与、或、非）及移位、数据传送等功能。
（2）控制器的设计
控制器包括脉冲源、启动电路、节拍发生器、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信号产生部件。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
（3）数据总线
数据总线的数据源较多，在设计过程中要注意各个数据源在数据总线上是否冲突。
简单计算机体系结构和各个功能模块的设计环节，有助于学生在理论和实践相结合的基础上，深入了解计算机系统各部分的工作原理及相互联系，加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，加深整机概念，进一步弄清计算机内部结构的关系。
3 结论
“计算机组成原理”是学习计算机系统的关键课程，在完成基本原理知识学习的同时，必须加强对学生的创新意识、实践能力和设计能力的培养。正是基于此点，根据从事计算机组成原理的教学经验，我校在理论教学过程中引入了设计性环节，充分重视培养学生分析问题和解决问题的能力。不仅活跃了课堂气氛、拓展了师生沟通的渠道，而且便于在教学中及时发现学生存在的问题，达到教学相长的目的。对提高教学质量、加深学生对所学计算机组成原理知识的理解、增强学生开创能力是非常有益的，符合新时期人才培养的需要。
在“计算机组成原理”设计性环节的教学实践中，我们发现不同的设计方案越来越丰富，反映出学生的求知欲望是很强的，而且富有创新精神。设计性环节的教学实践使我们深深体会到，除理论教学外，设计性实验也是一个非常重要的环节。通过学生自己动手提高其综合运用知识的能力，是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径，无疑将对学生能力的培养起到积极作用。
参考文献：
[1] 王保恒,肖晓强.计算机原理与设计.高等教育出版社，2005，(1).
[2] 刘芳,王志英,戴葵,陆洪毅,王进.“计算机组成原理课程设计”的教学实践[J]. 第一届中国计算机教育与发展学术研讨会，2006，(8).
[3] 赵硕,杨欣宇. 计算机组成原理课程的设计性实验[J]. 高师理科学刊，2005，(5).
[4] 徐爱萍等.计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).
收稿日期：2007-1-18
作者简介：刘芳（1971-），女，博士，国防科技大学计算机学院讲师。主讲“计算机原理”与“计算机原理课程设计”两门主干课。研究方向为计算机体系结构和信息安全。
通信地址：湖南长沙 国防科技大学计算机学院601教研室
邮编：410073
关键词： 催化器总成； 热分析； Abaqus
中图分类号： U464.134.4；TB115.1文献标志码： B
引言
三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置之一，它可将汽车尾气排出的一氧化碳（CO），碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等有害气体通过氧化和还原作用，转变为无害的二氧化碳、水和氮气.
催化器进气法兰直接与发动机出气孔相连，出气法兰又与排气管道相连，发动机的高温高压废气
直接进入催化器，并通到尾部的排气管道.在此期间，温度和压力都发生巨大的变化，对催化器法兰、进气歧管和端锥等会产生巨大的压力和温度冲击作用.
通过有限元分析，计算出法兰、歧管和支架等关键部件处的热应力，以及热载荷循环后的塑性应变，以评价结构安全性，为优化设计提供指导.[1]催化器总成示意见图1.图 1催化器总成示意1有限元模型与边界
1.1条件热分析
计算热应力前，首先要精确计算出结构的温度场分布状况.一般，三维问题温度场变量Φ（x，y，z）应满足的微分方程见式（1）.式中：为材料密度；k为材料导热系数；Q为内部热源密度；Φ=为Г1边界上给定温度；h为对流换热系数.通过式（1）可求得稳态温度场分布Φ.[2]
1.2有限元模型
有限元分析网格模型见图2.本文模型包括进气法兰、进气管、端锥、支架和出气法兰等，材料为409和439不锈钢，包含104 309个单元和87 502个节点，使用C3D8I六面体单元[3].
图 2有限元分析网格模型
1.3边界条件
温度边界条件包括进气管内部和端锥内部等强制边界条件，催化器热源温度和外表面对流边界条件等.[4]热力耦合边界条件包括进气法兰和支架处螺栓孔的固定边界条件.
1.4计算工况
（1）稳态热分析，计算催化器总成温度场.（2）加载温度场，计算热应力.
2计算结果和分析
2.1热分析结果
催化器总成温度场分析示意见图3.
图 3催化器总成温度场分析示意
2.2热应力计算结果
在热循环分析中，顺序依次循环加载3次温度场，然后恢复至室温，得到热应力结果.催化器总成变形位移示意见图4.
图 4催化器总成变形位移示意
催化器总成热应力示意见图5，催化器总成塑性应变示意见图6，进气法兰一节点塑性应变历程示意见图7.
图 5催化器总成热应力示意
图 6催化器总成塑性应变示意
图 7进气法兰某节点塑性应变历程示意通过上述分析可知，进气法兰、进气管和支架处以及加强筋处产生较大的热应力.在进气法兰热应力较大处某节点，提取塑性应变PEEQ历程数据，该值在1%以内即可接受；否则，较大的塑性应变可导致材料发生疲劳.[5]
根据以上结果，可对进气法兰、进气管热应力较大位置进行结构优化，如优化加强筋、翻边等，以提高结构的安全性.
3结论
介绍利用Abaqus分析催化器总成温度场分布，以及在此温度场下循环温度载荷作用下的热应力，得到以下结论.
（1）通过对催化器总成的温度场分析，可以了解法兰、端锥内外表面的温度场分布，再根据高温试验进行对比验证.
（2）在此温度场下进行循环热载荷分析，得到催化器总成热应力分布和塑性应变分布，再根据热冲击试验，可知进气法兰处相同位置产生微裂纹，与计算结果一致.参考文献：
[1]曹金凤， 石亦平. Abaqus有限元分析常见问题解答[M]. 北京： 机械工业出版社， 2009： 170172.
[2]王勖成. 有限单元法[M]. 北京： 清华大学出版社， 2003： 89.
[3]石亦平， 周玉蓉. Abaqus有限元分析实例详解[M]. 北京： 机械工业出版社， 2007： 23.
对比求解，激发计算思维意识
培养学生的计算思维首先在于激发其计算思维意识。因此在教学中，我们应有意引导学生用计算思维的方式求解问题，使其体会计算思维的优势，从而激发他们主动利用计算思维去解决问题的意识。
例如，《赛车抢分》这节课的教学要求是：在沿着赛道行驶的过程中，被限制大小的机器人小车尽可能地获取路边的得分物。一开始，学生没有系统思考如何获取路边的得分物，他们看到机器人小车在行驶过程中，靠自身结构获取路边的得分物，就一直在想如何加宽机器人小车车身，结果机器人小车重心不稳，行驶状态很不稳定，有时还会遗漏得分物，严重影响后来的成绩。因此，我展示了一个方案：给机器人安装两只手臂，这样它在沿着赛道行走的同时，能直接获取一路上的得分物。学生对此方案感到很惊奇，我便借机引导他们用计算思维的方式去思考如何完成任务。
首先，将这个任务分解成若干子问题：如何判别机器人到达得分物附近？机器人如何获取路边的得分物？机器人在获取路边得分物的过程中，是否会影响到行驶状态？影响机器人行驶状态的因素有哪些？
其次，寻求这些子问题的解决方案。在这个过程中，应力求在众多方案中选择最优的解决方法。
最后，合并所有子问题的解决方法并加以完善，得到整个问题的求解方案。这里需要关注的是不同的子问题的解决方法之间是否有冲突，能不能并行处理，如何协调它们才是最佳。
经过对比实验，不少学生探索出自己的最佳方案：有的利用两个伺服，在机器人左右两侧各安装一只活动手臂，当红外传感器检测到某一侧存在得分物，那一侧就挥动手臂；有的利用一个伺服在机器人前方安装一只活动手臂，当红外传感器检测到某一侧存在得分物，就向那一侧挥动手臂；等等。在这个过程中，学生普遍感觉探索得到的方案在空间、时间上的操作步骤更协调、效率更高，也深刻体会到如果利用计算思维解决问题，能迅速提高研究、分析、解决复杂问题的能力，大大提高完成任务的效率。这样就有效激发了学生利用计算思维的主动意识。
设解问题，培养计算思维能力
具备计算思维能力的表现还体现在求解问题的过程中，发现其中的问题，并选择最优的解决方案。因此，教师应创造机会引导学生利用计算思维解决机器人运行的实际问题，从而培养他们计算思维的实践能力。具体做法如下。
1.精心设计问题
教师可以循序渐进地提出适宜的机器人项目问题，这些问题应满足如下要求：①要有适当难度，具有层次性和启发性。②要在教和学方面富有探索性，能充分挖掘与培养计算思维能力。③要能训练学生的问题求解能力。④要有利于启发学生自己发现问题，独立解决问题，使他们逐步养成独立获取知识和创造性地运用知识的思维习惯。
例如，在讲授《小车进加油站》一课时，当学生完成“机器人小车直接进入加油站”的基本问题后，我提出新问题：当高速行驶时，机器人小车容易越过加油站，让机器人小车倒车进入加油站（车头朝外）成为必然，那么如何控制机器人小车倒车进入加油站呢？这个问题有一定难度，足以引导学生去探索如何控制机器人的转弯幅度。同时，它还涉及机器人转弯幅度的空间复杂性和时间复杂性。
2.实践求解问题
在机器人教学过程中，学生会遇到各种实际问题，因此，我鼓励学生针对这些问题练习，利用计算思维去寻求最优方案。
例如，在《机器人小车走中线》项目训练时，小车转弯速度取固定值，易导致小车不能高速行驶，影响到达终点的成功率。最初，学生采用的是分段给机器人小车赋予不同的速度值，但效果不是很理想。于是，我引导学生对不同的路段进行实践研究，利用计算思维方式解决机器人运行的实际问题，最终将控制机器人小车转弯行驶部分修改成动态转弯，如左边电机速度=基准速度-（左测距-右测距）/转换比例，右边电机速度=基准速度+（左测距-右测距）/转换比例。
其中，小车在不同路段时的基准速度（左测距=右测距时，往前跑的速度）是不同的；转换比例，即将小车与两侧栏杆的距离之差转换为速度之差的比例，一般为100（根据机器人的结构，转换比例越小，转弯幅度越大）。
通过这样有针对性的利用计算思维去求解问题，学生能主动使用相关方法，不断归纳总结，逐步系统地培养计算思维的实践能力。
归纳总结，提升计算思维广度和精度
1.个人总结反思
每次训练后，学生针对某些问题或多或少会有一些解决思路，于是我及时组织学生撰写有针对性的总结反思，记载问题求解过程中的一些实践思路及有待解决的疑难杂症。学生一方面可以及时总结经验，厘清思路，回忆训练过程，加深印象；另一方面可以总结训练中的教训，反思改进操作的方式、方法，提高自己的问题求解水平。例如，在《机器人小车走中线》项目训练中，通过反复实验，学生们自己总结出：左前方和右前方两个距离传感器的旋转角度设置与道路弯曲程度有一定关系，当道路弯曲程度较小时，两个距离传感器略微向正前方旋转，旋转角度设置为40，这样机器人能提前检测到道路的弯曲状态，就会自动将基准速度提到70以上。
关键词： 模式 分布式计算 人力资源管理
引言
分布式计算是近年提出的一种新的计算方式。所谓分布式计算是一门计算科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分布式计算比起其它算法具有以下几个优点：
1． 稀有资源可以共享。
2． 通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载。
3． 可以把程序放在最适合运行的计算机上。
人力资源管理采用分布式计算模式，有利用于提高工作效率，保证数据的准确性。充分发挥各部门的作用。
一、分布式事务管理
分布式事务管理是指一个事务可能涉及多个数据库操作，分布式事务管理的关键是必须有一种方法可以知道任务在任何地方所做的所有的动作，提交或回滚事务的决定必须产生统一的结果（全部提交或全部回滚）。
二、分布式计算模式的人力资源管理的网络结构
人力资源管理系统是融合了人力资源管理理念，将与人有关的相关数据以一种相容的、一致的、共享的和检取的方式集中存储在统一的数据库，进行统一管理，形成了集成的信息源。
分布式计算模式的人力资源管理系统就是根据分布式计算和分布式事务管理的原理， 各企业在各自独立的局域网内部署并运行人力资源管理系统，并定期将必要数据传递到上级企业或集团的数据库中。与分布式管理模式对应，把信息系统的网络结构分为三层：
第三层：三级企业。需处理的数据即是该公司自身产生的数据。根据其规模大小，可选择 MS ACCESS。三级企业的数据库服务器与应用服务器可在同一台服务器上运行。
第二层：二级企业。需处理本公司数据及其下属公司上报的数据。因公司规模较大，数据量亦较大，对数据处理的可靠性、稳定性、安全 性等要求亦随之而增加，故可选择 MS SQL SERVER 企业版数据库，以满足上述要求。二级企业由于数据处理比较频繁，建议数据库服务器与应用服务器分开运行。
第一层：集团总部。需处理的数据包括集团总部本身的数据及二级企业及直属子公司上报的数据。因集团总部实际是可直接或间接处理集 团所有员工的信息，故数据量很大，对数据库的可靠性、稳定性、并发处理能力、安全性等亦已达到了很高的程度，因此宜选择MS SQL SERVER 企业版数据库或同等规模的其他关系型数据库管理系统。集团总部因承担了海量的数据处理任务，故数据库服务器与应用服务器分开运行，并使用专门的内部网 Web 服务器，以实现网上信息查询与网上流程自助服务。
三、分布式计算模式在企业集团人力资源管理中的具体运用分析
在集团内部网上，各级企业的数据处理与传递方式为：
1、在局域网内部：各客户端可根据权限直接访问、修改相应信息； 所有修改结果及时反映到本地数据库中。
2、在广域网上：当下属企业数据处理完成后，及时将处理结果"上报"到其上级公司，存入其上级公司的数据库中，以备集中处理时用。根 据数据传输量的大小，三级企业到二级企业采用拨号服务器的方式进行连接，二级企业及直属企业与集团总部采用 VPN（虚拟专网）方式连接。移动用户也可以在异地通过 VPN 方式与总部连接。
结合上述所分析的xx公司的组织结构,xx公司需要在总部建立人力资源信息管理的数据库应用系统（服务器端）。该系统数据库在局域网的数据库服务器上，供数据库管理员、数据源点操作员、服务器管理员应用。服务器端安装程序包括设置服务、文件传输、系统维护管理。在所属各单位安装客户端，安装程序包括报表管理、数据复制、数据录入。各数据源点数据操作员利用这些程序对数据库服务器的数据进行操作。
总之，随着科学的发展，把这种廉价的、高效的、维护方便的计算方法应用到人力资源管理中去，有效地提高了人力资源管理系统的实用性。
作者单位：井冈山学院
参考文献：
[1] 黄梯云，李一军.管理信息系统.[J].北京：高等教育出版社，1996 45-47.
一、银行贷款的有关计算
银行住房贷款年利率B，贷款A元，C个月，按月复利计算，分期还款方式有两种，一种是等额本息，一种是等额本金。
（1）等额本息分期偿还。等额本息还款是每一期还款额X都是一样的，计算如下:A元，C个月，年利率B，月还款额X元， 总的还款额M，总还利息款Y:
B=6.55%， A=1000000元，C=240个月，应用计算器计算月还款额X，总的还款额M，总还利息款Y：Shift 9(Clr) 1(setup) =(yes)Shift 9(Clr) 2(memory) =(yes)1000000 Shift rcl(sto) (-)(A)0.0655 Shift rcl(sto) ，(B)
240 Shift rcl(sto) hyp(C)Shift rcl(sto)(X) 240X Shift rcl(sto) M+(M) 240X-1000000 Shift rcl(sto) sd(Y) alpha (X)= 7485.2 (元)
alpha M+(M)= 1796447.27 (元)alpha sd(Y)= 796447.27 (元)
（2）等额本金还款是不等息还款。每个月偿还本金相同，利息递减. 贷款A元，C个月， 年利率B，期数n，月还款额X元， 总的还款额M，总还利息款Y:
第n期还款额X=
B=6.55%， A=1000000元，C=240个月，应用计算器计算月还款额X，总的还款额M，总还利息款Y.
第1个月还款X:Shift 9(Clr) 2(memory) =(yes)1000000 Shift rcl(sto) (-)(A) 0.0655 Shift rcl(sto) ，(B)240 Shift rcl(sto) hyp(C) Shift rcl(sto) )(X) alpha )(X)=9625 (元)
第个240月还款X:Shift rcl(sto)(X)alpha (X)=4189.41 (元) 总的还款额M :Shift rcl(sto) M+(M)M-AShift rcl(sto) sd(Y)alpha M+(M)=1657729.17 (元) 总还利息:alpha sd(Y)=657729.17 (元)
二、利用计算器的统计分析功能对抽样调查的数据进行分析，帮助人们得出科学的结论
杂交稻专家袁隆平院士为了考察甲、乙两种水稻，从甲、乙两块实验田中，各任意抽取了10株水稻，测得株高（单位：cm）如下：哪种水稻长得比较好？
甲：78、79、89、82、79、9l、89、82、85、86
乙：76、90、86、87、82、83、85、86、81、84
要考察哪种水稻长得比较好，显然平均数不能反映，需要考察的应是两组数据的离散程度，故需要求标准差。因为S甲⊱S乙，所以乙种水稻长得比较整齐。
应用计算器计算:Shift 9(Clr) 1(setup) =(yes) mode 2 1甲样本：mode 2输入数据 ac shift 1(stat) 4 2 = 显示：x-=84ac shift 1(stat) 4 4 = 显示:Sx=4.69乙样本：mode 2 1输入数据 ac shift 1(stat) 4 2 =显示：x-=84 ac shift 1(stat) 4 4 =显示：Sx=3.82
三、利用计算器的统计计算功能对数据进行回归分析，帮助人们进行科学的预测
以下是某地区不同身高的未成年男性的体重平均值表：
身高cm 60 70 80 90 100 110
体重kg 6.13 7.90 9.99 12.15 15.02 17.50
身高cm 120 130 140 150 160 170
体重kg 20.92 26.86 31.11 38.85 47.25 55.05
根据上表中各组对应的数据，能否找到一种函数，使它比较近似的反应该地区未成年男性体重y关于身高x的函数关系，并预测该地区某校一男生身高175cm，体重是多少？
（1）线性回归y=A +Bx：A=62.9 B=-4037.4 r=-0.8582 预测y(x=175)=39.89
Shift 9(Clr) 1(setup) =(yes) Shift 9(Clr) 2(memory) =(yes) Mode
（2）输入数据。ac shift 151= ac shift 152= ac shift 153= ac 2008 shift 155=
（3）指数回归。y=ABxA=2 B=1.02 r=0.9990 预测y(175)=63.09
acshift 116 ac shift 151= ac shift 152= ac shift 153= ac175 shift 155=
（4）乘方回归：y=AxB A=9.95×10-4B=2.1r=0.9932
预测y(175)=51.85
ac shift117 ac shift151= ac shift 152= ac shift 153= ac 175 shift 155=
根据相关系数的值，显然指数回归y=ABx反应了该地区未成年男性体重y关于身高x的函数关系。该地区未成年男性身高175cm时，体重约为63.1kg。
社会的发展不仅需要数学家，更需要大批能够应用数学工具的工程技术人员，每一个公民在日常工作和社会生活会经常遇到需要数据处理的数学问题，便携式计算器就能够把我们从复杂的数据处理中解放出来，大大提高工作效率。利用不同型号的便携式计算器还可以解决很多实际的问题，需要我们不断探索整合，引导学生根据自身情况和实际的需要去探究。
关键词：非对称管壳式换热器 结构分析 改进 问题研究
换热器广泛应用于我国工农业的各个领域中，在化工装置、炼油装置中，换热器的投资占到设备总投资的40%左右。管壳式换热器的结构坚固，适应性大，可靠性高，稳定性强，而且其材料的适应范围较广，正是由于这些优点的存在，进一步推进了管壳式换热器的推广与应用。
一、非对称管壳式换热器结构设计
非对称管壳式换热器的结构形式是多种多样，如浮头式、固定管板式、釜式等等，在这些多样化的结构形式中，以管壳式换热器的应用最为广泛，这是因为应结构形式通过对管板与壳体的直接焊接，不仅简单，而且紧凑，同时，有利于管子之间的相互支撑，强化整体的可靠性。其壳层介质不易结垢，有时虽然也会存在一些结垢，但是其主要应用于化学清洗的场合，以下针对非对称管壳式换热器结构设计进行具体的分析：
1.基本结构
通常情况下，一套完整的换热器由很多部件构成，如管板、壳体、法兰、换热管束、前端管箱、后端结构等，下面我们以典型的非对称管壳式换热器结构示意图进行具体的分析：结构中，管板是其中不可缺少的一个重要元件，承受着来自于壳程压力、管程压力以及温度载荷的所引起的热膨胀，同时，换热管束、壳体、管箱也与管板相互连接，并由管板承受着来源于三部件的载荷。因此，对于整个结构设计，管板不仅决定联结构设计的强度是否符合设计要求，而且对制造成本的控制、金属材料的节约以及换热器的安全运行都有着密切的关系。在设计中，大部分的管板都是采用的圆形平板设计，并且在板上设计着诸多管孔，每一个管孔与换热管固定连接。
另外，关于材料方面的设计，通常采用普通钢板、低炭钢、或者是锻造管板来制造，避免换热介质的腐蚀，若是管板较厚，则可以采用复合管板，也有时为了适应高温高压下的机械应力增加以及热应力增加，选用薄管板，如碟形管板、椭圆管板等。同时，要求管板与管子处重要构件的连接，具体的连接形式有三种，即焊接、胀接、胀焊，从而保证其良好的坚固强度与密封性能。
2.管板强度计算
在实际使用换热器中，经常会遇到法兰与管板部分发生泄漏。为此，对于管板的应力计算就显得尤为重要，这就涉及到一个关于管板强度计算的问题，根据上面的基本力学议程，结合弹性空间问题，建立起一套可以承受横向荷载的有效的板弯曲近似理论，从而推导出挠度弯曲理论。在实际的处理时，由于不同的方法其差异性较大，为此可以通过对弹性模量与松泊比的值来分析，从而获得更为准确的强度值。某固定管板的管壳式换热器，其管板上的管束非轴对称布置，不能用规范中的计算公式进行强度校核。同时，由于仅壳程的上半部有换热管束，高温物料流入壳程后，引起管板和壳体之间较大的温度差，进而会产生温差应力，规范中的公式也无法计算。同时，考虑到结构的形状和受力都较复杂，而规 范中的计算公式对这些因素进行了简化处理，在这种情况下，采用有限元数值计算是较好的办法。
二、非对称管壳式换热器结构改进
为了更好地提升非对称管壳式换热器的工作性能，需要对结构设计进行进一步的改进处理，根据以上分析我们知道，换热器结构中管板作为其中不可缺少的一个重要元件，一方面，承受着来自于壳程压力、管程压力以及温度载荷的所引起的热膨胀，另一方面还承受着来源于换热管束、壳体、管箱也与管板相互连接所产生的载荷。因此，在结构改进设计时，需要从以下几点入手：
首先要根据设计准则，准确计算出管板中的弹性应力，采用结构力学中的“力法”强化管板强度分析，将各个部件之间的基本未知量列出来，给出每个部件之间内力素关系式，充分考虑其变形协调条件，组成一个变形协调方程组，进行就可以准确地得到管板内的应力，同时，根据计算结果，优化材料方面的设计，如经常所用到的普通钢板、低炭钢、或者是锻造管板来制造，在实际选择时，一定要根据相关要求，选择最为合理的材料，避免换热介质的腐蚀，并且满足机械应力增加以及热应力增加的需求，保证其良好的坚固强度与稳定性能。
其次是有限元件分析，由于管板与壳体相连接，所以必须要进行管板强度计算，将所有的元件作为一个整体，进行具体的分析，计算出垫片力与螺栓力，避免法兰与管板部分发生泄漏，使得管板的应力计算更为精确，优化管板强度计算，并且以弹性力学的经典理论为参照，计算出开孔区的当量压力。另外，对于折流板间距的控制，要求其间距小，使得通道面积减小，从而加快流速，强化换热效果，提高传热效果；要根据设计要求，增加管程数，提高对管程介质的换热，确定合理的壳体分程，确保档管或档板等防短路结构的科学设置，针对不同介质及换热工况，还可采用特殊换热管，采用合适的导流形式避免死角，提高换热效果，优化使壳体介质的流动效果。
此外，要通过对正常工作情况下的所有载荷的分析，确定合理的结构应力，综合比较各项内部的有限元件，应用结构内力计算方法，结合科学的强度校核方式，改进换热器的设计，提高设备的稳定性，满足生产工艺的要求和强度要求。
通过以上改进措施，优化整个非对称管壳式换热器结构设计，使结构设计的强度符合设计要求，而且可以加强制造成本的控制，确保金属材料的节约，换热器的安全运行。
三、总结
总而言之，非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究，根据蒸汽参数，进行热平衡计算，计算制水量、造水比、设定顶温和末效凝结温度，合理设定效数和预设换热系数，同时，根据热平衡计算，设计结构，并预定所有结构参数，与此同时，还要通过热力计算，准确分析换热器的结构应力，修改并确定所有计算参数和结构参数，使其成功应于工程实际中，以便取得良好的经济效益。
参考文献
[1]刘天丰. 非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究[D].浙江大学，2005.
[2]刘天丰，陈建良，林兴华. 非对称管壳式换热器的三维有限元结构分析[J]. 压力容器，2009，（08）：27-31.
[3]胡玉红. 管壳式换热器弹塑性有限元分析若干问题研究[D].大庆石油学院，2010.
