計(jì)算機(jī)硬件功能精選(五篇)

發(fā)布時間：2023-11-22 11:00:49

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇計(jì)算機(jī)硬件功能，期待它們能激發(fā)您的靈感。

計(jì)算機(jī)硬件功能

篇1

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)；網(wǎng)站互動功能；網(wǎng)絡(luò)課件

作者簡介：程啟明（1965-），男，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院自動化工程學(xué)院，教授；黃云峰（1971-），男，浙江紹興人，上海電力學(xué)院自動化工程學(xué)院，講師。（上海 200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目、上海高等教育“085”工程建設(shè)項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）13-0097-02

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”是大學(xué)理工科的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程任務(wù)是使學(xué)生了解微型計(jì)算機(jī)的基本原理及組成，掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，掌握存儲器擴(kuò)展技術(shù)、中斷系統(tǒng)原理和I/O接口的應(yīng)用，為計(jì)算機(jī)接口的實(shí)際應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。[1]

由于本課程具有概念抽象、知識點(diǎn)多、涉及的知識面廣、技術(shù)更新快、實(shí)踐性強(qiáng)，理論與實(shí)踐、硬件與軟件相結(jié)合等特點(diǎn)，加上課堂教學(xué)方式簡單、枯燥，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)等弊病，使學(xué)生難以掌握該課程內(nèi)容，甚至?xí)a(chǎn)生厭煩情緒。因此，本課程的教與學(xué)都有一定的難度。[2-3]

為了促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，我們開發(fā)建立了本課程的教學(xué)網(wǎng)站。該網(wǎng)站包括新聞中心、課程資源、教師隊(duì)伍、學(xué)習(xí)園地、實(shí)驗(yàn)平臺、課程建設(shè)、在線交流、學(xué)生作品等欄目，其功能包括課前預(yù)習(xí)、課上教學(xué)、課后復(fù)習(xí)、課內(nèi)實(shí)踐等整個教學(xué)過程的各環(huán)節(jié)。課程網(wǎng)站教學(xué)不受時間與空間的限制，增大了課堂教學(xué)信息量，增加了學(xué)生自主學(xué)習(xí)功能，實(shí)現(xiàn)了師生在線討論和交流，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。通過對本課程網(wǎng)絡(luò)功能的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用，探索了新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[4-5]和新的師生交互方式，[6]取得了良好的教學(xué)效果。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)與應(yīng)用

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程，可加深對所學(xué)理論知識的理解，提高實(shí)際動手操作能力和分析、解決問題的能力，并且可以開拓學(xué)生思維，培養(yǎng)應(yīng)用及創(chuàng)新能力。

1.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法

目前該課程的普遍現(xiàn)狀是：課時安排上重理論、輕實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容上重軟件、輕硬件。其根本原因還是實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限、維護(hù)困難。目前本課程的實(shí)驗(yàn)主要是通過硬件實(shí)驗(yàn)箱來完成，此方式的缺點(diǎn)有：靈活性差，實(shí)驗(yàn)箱的線路、芯片多已固定，學(xué)生只能按照固定步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能靈活自由地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新性差，實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容難以擴(kuò)展，實(shí)驗(yàn)個數(shù)有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定，難以跟隨技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行更新的創(chuàng)新；開放性差，由于實(shí)驗(yàn)箱少和維護(hù)難，實(shí)驗(yàn)課一般需分組進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)保障困難，實(shí)驗(yàn)室的開放性受到限制；經(jīng)濟(jì)性差，實(shí)驗(yàn)箱的價(jià)格較貴，且易受損壞，維護(hù)較困難，需專人管理。此外，實(shí)驗(yàn)還需專門的場地，并且?guī)熒瑫r、同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效率和設(shè)備利用率低，設(shè)備的維護(hù)和管理成本高。

2.網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的概念

隨著Internet及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逐漸由傳統(tǒng)的集中模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放性、交互性、共享性、分散性、擴(kuò)展性、重復(fù)性、安全性的（網(wǎng)絡(luò)）虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能較圓滿地解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的問題。虛擬實(shí)驗(yàn)是指可在Internet/Intranet互聯(lián)網(wǎng)上通過軟件模擬技術(shù)對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)，它利用圖像/聲音、軟件仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建出可輔助、部分或全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)硬、軟件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣從異地計(jì)算機(jī)設(shè)備上完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所得到的結(jié)果與本地得到的數(shù)據(jù)結(jié)果完全等價(jià)，如同現(xiàn)場操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備一樣。虛擬實(shí)驗(yàn)采用軟件開發(fā)工具開發(fā)一系列虛擬實(shí)驗(yàn)課件來全真模擬實(shí)驗(yàn)過程，以交互式教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的教學(xué)，學(xué)生可利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并同時查詢相關(guān)資料，接受老師的網(wǎng)上答疑輔導(dǎo)，參與討論實(shí)驗(yàn)相關(guān)專題等，明顯地提高了實(shí)驗(yàn)效率，并減少了不必要的實(shí)驗(yàn)損失。

3.網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)有：避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的各種危險(xiǎn)；降低實(shí)驗(yàn)成本、維護(hù)及管理成本；組建系統(tǒng)的效率高；具有豐富的媒體表現(xiàn)及交互形式；無時間和空間的限制，可在任何網(wǎng)絡(luò)終端上進(jìn)行；容易協(xié)同和共享；易激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣；利于加強(qiáng)對學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)；具有靈活性，可因材施教，便于實(shí)行個性化教學(xué)，對學(xué)生實(shí)施多目標(biāo)、分層次管理。但虛擬實(shí)驗(yàn)也有一些缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感不夠；不能體會在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的多種誤差；難以體會在實(shí)際工程中可能出現(xiàn)的多種故障現(xiàn)象；降低了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。實(shí)際上，虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該側(cè)重于基本概念、工作原理以及解決問題的方法與能力，而對于行為技能的訓(xùn)練則差一些，真正的技能與動手能力還必須在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)情形下才能獲得。因此，如果過分地依賴虛擬實(shí)驗(yàn)，將對培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力產(chǎn)生一定的影響。

4.網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段，它不應(yīng)該也不可能代替真正實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可采用實(shí)際實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的分級教學(xué)模式。這種模式將兩種實(shí)驗(yàn)方式有機(jī)結(jié)合在一起，并互為補(bǔ)充，創(chuàng)造了適合于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的氣氛和訓(xùn)練機(jī)會，提高了實(shí)驗(yàn)的效果，從而充分培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

5.本課程虛擬實(shí)驗(yàn)所需的軟件環(huán)境

虛擬實(shí)驗(yàn)常采用兩種方式。一種為硬軟結(jié)合的虛擬實(shí)驗(yàn)。它通過客戶端的操作，借助網(wǎng)絡(luò)控制真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并通過網(wǎng)絡(luò)反饋給用戶結(jié)果信息，但由于網(wǎng)絡(luò)的延遲性，該方法多用于局域網(wǎng)。另一種是基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)。它通過直接利用Java虛擬機(jī)及對I/O端口讀寫的捕獲技術(shù)或編寫仿真匯編解釋器，再借助Web來實(shí)現(xiàn)全軟虛擬實(shí)驗(yàn)。

Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款仿真平臺，可以進(jìn)行實(shí)物仿真和印制電路板設(shè)計(jì)。Proteus軟件可以對8086CPU或MCS-51單片機(jī)及相關(guān)接口芯片提供支持，還提供了示波器、信號發(fā)生器等虛擬儀表，支持匯編語言，是一個全開放性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，相當(dāng)于一個設(shè)備齊全的綜合性實(shí)驗(yàn)室。因此，可借助于Proteus仿真軟件構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室。Proteus有單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版兩種選擇，采用網(wǎng)絡(luò)版配置，將只有一個USB加密狗安裝在服務(wù)器上，并鎖定相應(yīng)的用戶數(shù)，在校園網(wǎng)范圍內(nèi)的PC機(jī)都可以得到授權(quán)并進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，但同時在線的客戶端總數(shù)不能超過已購買的總授權(quán)用戶數(shù)。采用網(wǎng)絡(luò)版的Proteus，可真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化以及實(shí)驗(yàn)室的開放。

本文采用網(wǎng)絡(luò)版的Proteus構(gòu)建了“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含下面模塊功能：實(shí)驗(yàn)選擇系統(tǒng)，學(xué)生可根據(jù)需要選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)操作的環(huán)境；報(bào)告生成系統(tǒng)，用來生成并存儲學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；教師批閱系統(tǒng)，教師可批閱學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并生成學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績；幫助系統(tǒng)。

二、網(wǎng)站師生互動功能的開發(fā)與應(yīng)用

師生之間的交流是教學(xué)過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，也是改善教學(xué)效果的有效手段。只有通過師生之間的交流，教師才能結(jié)合學(xué)生的反應(yīng)來進(jìn)行有針對性的教學(xué)。同樣，學(xué)生也要通過與教師和其他學(xué)生的交流幫助自己更好地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。

1.傳統(tǒng)的交流方式

傳統(tǒng)的交流方式一般常采用課堂上提問和課下交流手段。由于課堂教學(xué)時間有限，不可能在課堂上進(jìn)行充分交流，同時，由于我國長期以來實(shí)行灌輸式教育，學(xué)生又不愿意在課堂上主動提問與交流；他們一般更愿意在課下發(fā)表自己的看法，教師可在輕松的氛圍下解答學(xué)生的疑惑，了解他們的意見。然而，隨著學(xué)生招生人數(shù)的大量增加及學(xué)分制選課制度的普遍實(shí)施，此答疑方式受學(xué)生人數(shù)、時間和地點(diǎn)的制約嚴(yán)重，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)需求。

2.網(wǎng)上互動交流方式的特點(diǎn)與技術(shù)

利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的便捷、實(shí)時、共享等特點(diǎn)，可構(gòu)建出本課程的網(wǎng)上答疑系統(tǒng)。此答疑方式的優(yōu)點(diǎn)有：提出問題和解答問題不受時間和空間的限制，具有很強(qiáng)的實(shí)時性和靈活性，并且對相同的問題不必做重復(fù)解答，從而降低勞動強(qiáng)度，提高教學(xué)效率。

目前課程網(wǎng)站一般都采用E-mail、QQ、BBS、專門開發(fā)的交互軟件等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上答疑系統(tǒng)，這些實(shí)現(xiàn)技術(shù)還不能很好地解決師生互動問題。其中：采用電子郵件E-mail的缺點(diǎn)是實(shí)時性差；采用QQ等即時通訊軟件ICQ的缺點(diǎn)是信息有限且私密性差；采用電子公告板BBS的缺點(diǎn)是傳遞文字信息有限且實(shí)時差；采用IT公司專門開發(fā)的交互軟件的缺點(diǎn)是開發(fā)成本高且維護(hù)成本也高。博客和微博是近年來新出現(xiàn)的交流方式，它們?yōu)閹熒犹峁┝朔浅：玫慕涣髌脚_，便于在課程教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行交互討論，且不受時空限制。因此，近年來，博客和微博被引入到課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)交互平臺上來。其中：博客（blog）是一種通常由個人管理、不定期張貼新的文章的網(wǎng)站，典型的博客結(jié)合了文字、圖像、其他博客或網(wǎng)站的鏈接，能夠讓讀者以互動的方式留下意見；微博（Micro Blog，即微博客）可理解為“微型博客”或者“一句話博客”，它是一個基于用戶關(guān)系的信息分享、傳播以及獲取平臺，用戶可以通過WEB、WAP以及各種客戶端組建個人社區(qū)，以140字左右的文字更新信息，并實(shí)現(xiàn)即時分享。兩者的差異在于：博客一般主要在電腦上公開發(fā)表網(wǎng)絡(luò)的、供人閱讀的日記，它可寫得很長，字?jǐn)?shù)沒有限制，主要適合闡述一些東西；微博一般主要是在手機(jī)極為簡短的網(wǎng)絡(luò)日記，它主要是抒發(fā)一些心情，還有寫一些格言警句，寫一些自己的動態(tài)，一條微博最多只能寫140字。

3.本課程的網(wǎng)上互動交流功能開發(fā)

可把博客和微博引入到本課程的網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)中，借助博客和微博的互動就可把教師網(wǎng)上答疑指導(dǎo)、師生交流、生生交流、人機(jī)交流有效地整合起來，增進(jìn)師生之間的感情，達(dá)到更好地輔助課堂教學(xué)的效果。本課程的網(wǎng)上互動交流功能有：

（1）交流討論區(qū)。教師通過微博或博客制作一個課程專題討論區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，并可在討論中引入適當(dāng)?shù)母偁帣C(jī)制，鼓勵學(xué)生參與和投入。答疑討論區(qū)可采用一對一、一對多、集體討論等多種討論方式，針對學(xué)生提出的問題，教師應(yīng)提供具體、及時、具有啟發(fā)性的反饋意見，并對討論的問題進(jìn)行歸納總結(jié)和分類管理，以便學(xué)生查閱。討論區(qū)可分為普通討論區(qū)和專題討論區(qū)。其中：普通討論區(qū)主要用于生生之間、師生之間，并就相關(guān)知識點(diǎn)或者相關(guān)領(lǐng)域的話題進(jìn)行討論，一些討論內(nèi)容還可由教師或管理員整理，將較為典型、關(guān)注度高和投票數(shù)高的發(fā)言列入精華版，并在網(wǎng)站的首頁顯示；專題討論區(qū)主要是把學(xué)生的反饋意見、作業(yè)和考試中出現(xiàn)的代表性問題或者本學(xué)科中前瞻性的問題等提出來，來讓大家一起來討論。

（2）作業(yè)提交與在線學(xué)習(xí)。作業(yè)提交模塊可以上傳學(xué)生的文檔作業(yè)，教師可以批量下載作業(yè)，并在評分后再將成績上傳供學(xué)生查看。在線學(xué)習(xí)模塊可記錄學(xué)生學(xué)過的知識、作業(yè)完成狀況、考試狀況、互動討論中的發(fā)言狀況及其認(rèn)可度等學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生可隨時隨地查獲自己學(xué)習(xí)效果，這非常有利于學(xué)生調(diào)整自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)，隨時向其他學(xué)生或教師尋求幫助。

（3）資源共享。資源共享模塊包含主站資源模塊和論壇資源模塊兩部分。其中：主站資源模塊僅管理員有權(quán)限在此資源，它主要一些PPT和Word文件；所有注冊用戶均可通過論壇資源模塊上傳附件，通過附件上傳功能可共享學(xué)習(xí)資源，上傳可采用flash 機(jī)制，并支持批量上傳。學(xué)生可在資源庫中獲取其感興趣的資料，并可把資源上傳，實(shí)現(xiàn)資源共享。

（4）教學(xué)評價(jià)。教學(xué)評價(jià)應(yīng)是雙向的，它包括教師對學(xué)生學(xué)習(xí)的評價(jià)和學(xué)生對教師教學(xué)的評價(jià)。通過對教學(xué)形式、教學(xué)效果、教學(xué)設(shè)計(jì)等教學(xué)多環(huán)節(jié)的網(wǎng)上問卷調(diào)查，積極鼓勵學(xué)生多提意見和建設(shè)，參與到本課程建設(shè)中來，教師根據(jù)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)反饋意見，對課程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，并持續(xù)地對教改效果進(jìn)行跟蹤，從而不斷豐富教改的成果。

三、結(jié)束語

本文開發(fā)建立了“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)網(wǎng)站，探索了新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和師生交互方式，取得了良好的教學(xué)效果。課程改革是一個循序漸進(jìn)、永無止境的過程，應(yīng)不斷更新和完善教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，將教學(xué)改革推向一個新的臺階。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)軟件；功能；應(yīng)用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.06.103

[中圖分類號]TP393.09 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）06-0-01

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件

1.1 網(wǎng)絡(luò)軟件

網(wǎng)絡(luò)軟件是指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)通信和各種網(wǎng)絡(luò)活動的軟件，通常為網(wǎng)絡(luò)操作系y、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和應(yīng)用級的提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的專用軟件。連入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，通常根據(jù)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)、能力和服務(wù)對象，配置不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。通常人們把網(wǎng)絡(luò)軟件分為通信軟件、協(xié)議軟件與應(yīng)用軟件。其目的是為了本機(jī)用戶共享網(wǎng)中其他系統(tǒng)的資源，合理地調(diào)度、分配、控制網(wǎng)絡(luò)資源。為此，每個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都制訂一套全網(wǎng)共同遵守的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并要求網(wǎng)中每個主機(jī)系統(tǒng)配置相應(yīng)的協(xié)議軟件，以確保網(wǎng)中不同系統(tǒng)之間能夠可靠、有效地相互通信和合作。

1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的功能

通常把網(wǎng)絡(luò)軟件分為通信、協(xié)議與應(yīng)用軟件，它們功能的體現(xiàn)關(guān)乎計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，因此筆者將對這幾類主要的軟件功能進(jìn)行著重探討。

1.2.1 通信軟件

通信軟件是監(jiān)督和控制通信工作的軟件。通信軟件通常由線路緩沖區(qū)管理程序、線路控制程序及報(bào)文管理程序組成。它除了作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的基礎(chǔ)組成部分外，還可用作計(jì)算機(jī)與自帶終端或附屬計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信的軟件。它是一個終端服務(wù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)滿足多人之間進(jìn)行各種形式信息的傳遞，且從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型不難看出，通信軟件和各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件是這些網(wǎng)絡(luò)軟件的基礎(chǔ)和主體。

1.2.2 協(xié)議軟件

協(xié)議軟件的實(shí)質(zhì)是共同守則，是網(wǎng)絡(luò)軟件的重要組成部分，也是保證軟件制作方權(quán)益的重要措施。其按網(wǎng)絡(luò)所采用的協(xié)議層次模型組織而成，除物理層外，其余各層協(xié)議大都由軟件實(shí)現(xiàn)。每層協(xié)議軟件通常由一個或多個進(jìn)程組成，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)層協(xié)議所規(guī)定的功能，以及為上、下層提供可靠、安全的接口功能。

1.2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

企業(yè)應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組建目的和業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，研制、開發(fā)或購置應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃所規(guī)定的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和資源共享。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)有通用和專用之分。通用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)適用于較廣泛的領(lǐng)域和行業(yè)，如數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)等。專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)只適用于特定的行業(yè)和領(lǐng)域，如銀行核算、鐵路控制、軍事指揮等。

1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的應(yīng)用

1.3.1 在高新產(chǎn)業(yè)、科研中的應(yīng)用

第一臺計(jì)算機(jī)的誕生就已經(jīng)奠定了信息時代必定到來的局面?，F(xiàn)如今一個國家計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)達(dá)與否是民族綜合實(shí)力評判的重要標(biāo)準(zhǔn)。在科研領(lǐng)域，選擇需要、圖像識別、結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算評定等大都是人為所不能的，而人工智能的精確與細(xì)致剛好能代替人工來滿足數(shù)據(jù)計(jì)算的需要，越來越智能的設(shè)備的面世給科研帶來了極大的方便。

1.3.2 在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件除了在家庭、辦公場所應(yīng)用外，目前，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的支付寶、銀聯(lián)等聯(lián)機(jī)消費(fèi)也逐漸占領(lǐng)潮流。圖書館、名勝古跡景區(qū)也應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件管理消費(fèi)者等的票據(jù)收支。此外，智能電器也在人們生活中普及開來。

1.3.3 在生活衍生產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件最為普遍的便是電影電視媒體產(chǎn)業(yè)與電子游戲產(chǎn)業(yè)了，它們都是為大眾所熟悉的生活衍生產(chǎn)業(yè)。從3D到現(xiàn)在的6D的極致觀影體驗(yàn)，最貼近電影本身的心理身體雙層感受都受益于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的應(yīng)用。這一點(diǎn)從好萊塢大制作電影中就可一覽無余。而電影電視為了追求更加恢弘的場面，細(xì)致入微的背景處理，精彩絕倫的場面，光人力或者現(xiàn)有條件是不行的，必須得經(jīng)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)；而對于游戲玩家來說，三維圖像、游戲器具的智能，仿佛真的使游戲玩家進(jìn)入了“真實(shí)”的游戲世界，得到身臨其境的游戲體驗(yàn)，這些都依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的發(fā)展。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件發(fā)展的必要性與重要性

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時代的到來，中國要想在經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下，在越來越激烈的世貿(mào)競爭下站穩(wěn)腳跟，不僅要保持現(xiàn)如今飛速平穩(wěn)的發(fā)展趨勢，更要積極促進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的發(fā)展。這就要求計(jì)算機(jī)工作者們花費(fèi)更多的精力心血去消除軟件本身的弊端，提高軟件質(zhì)量；由于軟件在研發(fā)過程中所投入的人力、物力是十分巨大的，因此相關(guān)部門要嚴(yán)厲打擊非法復(fù)制的問題，軟件復(fù)制不僅會給企業(yè)帶來極大的損失，還對于軟件的發(fā)展造成極其惡劣的影響。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已滲透到國家、企業(yè)、人民生活的方方面面，所以大力發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件是極為重要的。

3 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今社會中應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)揮著巨大的作用。筆者希望我國的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)者們能夠致力于軟件的開發(fā)與完善，開拓更多軟件的功能，并能在實(shí)踐中獲得良好的效果。

主要參考文獻(xiàn)

[1]喬素艷.淺析軟件安全中的反跟蹤技術(shù)[J].無線互聯(lián)科技，2012（2）.

篇3

1.1針對性，服務(wù)性，人性化網(wǎng)絡(luò)軟件根據(jù)各個階層，各個工作性質(zhì)才從不同層次滿足人們的需求，通過制定程序化語言，使得系統(tǒng)有條不紊執(zhí)行指令。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件具有針對性特點(diǎn)，如針對學(xué)生課本中數(shù)學(xué)方程制定執(zhí)行口令，解決數(shù)學(xué)問題，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)；網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)性強(qiáng)，整個系統(tǒng)嚴(yán)密有條理，能夠考慮到各個方面問題，更好為人民群眾服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)的制定的目的在于解決人們工作生活遇到的問題，人性化色彩濃厚。

1.2系統(tǒng)軟件功能系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)必不可少的軟件程序，用來實(shí)施計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)軟件通過編譯口令，制定程序步驟來完成對整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的整理功能，操作程序是系統(tǒng)軟件之一，編制程序的目的在于實(shí)現(xiàn)操作便利。

2計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用功能

計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用功能，以其強(qiáng)大的優(yōu)勢占領(lǐng)市場，各行各業(yè)都對計(jì)算機(jī)軟件功能產(chǎn)生依賴性，應(yīng)用領(lǐng)域波及廣，影響力大，服務(wù)性強(qiáng)，以一定優(yōu)勢占據(jù)重要地位。

2.1經(jīng)濟(jì)功能隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。更多的商家看到了網(wǎng)絡(luò)帶來的商機(jī)，網(wǎng)上購物開始席卷購物商場，淘寶，天貓，京東，等眾多購物平臺的出現(xiàn)給商家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)額，針對網(wǎng)上消費(fèi)的需要，計(jì)算機(jī)軟件制定相應(yīng)的程序，給整個購物帶來便利，確保購物環(huán)境的安全。除了網(wǎng)上購物，計(jì)算機(jī)軟件在商場購物有著廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)軟件通過錄入產(chǎn)品信息，數(shù)量，特點(diǎn)，確保了運(yùn)營環(huán)境正常進(jìn)行。服務(wù)員通過信息查詢得知產(chǎn)品所剩數(shù)量，根據(jù)銷售額，尋找消費(fèi)者喜好，更好的為人民服務(wù)。軟件系統(tǒng)能夠保證消費(fèi)者的合法權(quán)益，掃碼，購物小票，給了消費(fèi)者消費(fèi)憑證，從一定程度維護(hù)了消費(fèi)者合法權(quán)益。此外購物小票是商家依法進(jìn)行納稅的標(biāo)志，保障了國家的經(jīng)濟(jì)利益。

2.2管理功能管理者能夠確保一個公司體制的正常運(yùn)行，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件中有專門為網(wǎng)絡(luò)管理者設(shè)計(jì)的管理軟件，起著統(tǒng)籌的作用。管理者通過自身掌握的程序?qū)W(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行維護(hù)，以減少在系統(tǒng)應(yīng)用中給使用者帶來的不便，清理障礙，確保整個網(wǎng)絡(luò)程序的正常進(jìn)行。管理軟件以自身的優(yōu)勢深入到社會的各個階層，銀行，煤礦，電信，為各個階層帶來了便利。

3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件功能的不足之處

部分網(wǎng)絡(luò)軟件不夠完善，程序設(shè)計(jì)存在漏洞，使得不法分子有機(jī)可乘，他們利用軟件設(shè)計(jì)中忽視的細(xì)節(jié)，使用一些不法工具盜取使用者的用戶信息，導(dǎo)致個人信息外漏，財(cái)產(chǎn)安全受到侵害。加強(qiáng)軟件的嚴(yán)密性，是研發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件工作者需要特別注意的問題。安全問題得不到切實(shí)的保證，會最終導(dǎo)致軟件的研發(fā)失去本身的意義。程序設(shè)計(jì)中的非復(fù)制，是確保軟件安全的有效途徑之一。注重對信息的非復(fù)制性研制，能夠有效確保用戶信息安全。

4結(jié)語

篇4

關(guān)鍵詞: 隧道; 遺傳算法; BP網(wǎng)絡(luò); 施工監(jiān)控; 監(jiān)測

中圖分類號: TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1009-8631(2010)03-0079-02

智能計(jì)算理論也稱為軟計(jì)算(Soft Computing),是新發(fā)展起來的一門十分活躍和具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域,其主要研究對象可以歸納為:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯、概率理論、混沌理論等。軟計(jì)算與傳統(tǒng)的“硬計(jì)算”有本質(zhì)的不同,其目的在于適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界普遍的不精確性,其指導(dǎo)原則是開拓對不精確性、不確定性和部分真實(shí)性的容忍,以達(dá)到可處理性、魯棒性、低成本性求解,土木工程面對的是工程巖土體,具有很大的隨機(jī)性、模糊性、信息不完整,因而土木工程特別是特長隧道的許多問題通常具有復(fù)雜性、動態(tài)性和不可重復(fù)的高度非線性特點(diǎn),問題涉及的變量多,且有噪聲,傳統(tǒng)分析方法常常面臨著困難,而智能計(jì)算在處理這些問題方面具有優(yōu)勢。

一、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及遺傳算法[1, 2]

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能計(jì)算的一個重要組成部分,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性映射和自適應(yīng)訓(xùn)練功能,特別是BP 網(wǎng)絡(luò)近年來廣泛應(yīng)用于預(yù)測評估、模式識別等領(lǐng)域并取得良好效果。

BP網(wǎng)絡(luò)模型處理信息的基本原理是:輸入Xi通過隱層節(jié)點(diǎn)作用于輸出節(jié)點(diǎn),經(jīng)過非線形映射,產(chǎn)生輸出Yk,網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本包括輸入向量X和期望輸出量t,網(wǎng)絡(luò)輸出值Y與期望輸出值t之間的偏差,通過調(diào)整輸入節(jié)點(diǎn)與隱層節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接強(qiáng)度取值Wij和隱層節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)接強(qiáng)度Tjk以及閾值,使誤差沿梯度方向下降,經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練,確定與最小誤差相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(權(quán)值和閾值),訓(xùn)練即停止。經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即能對類似樣本的輸入信息,自行處理輸出誤差最小的經(jīng)過非線形映射的信息。當(dāng)隱層神經(jīng)元足夠多時,這種結(jié)構(gòu)可以保證網(wǎng)絡(luò)以任意精度逼近任意的非線性函數(shù)。

遺傳算法(genetic algorithm)是一種模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法,具有群體尋優(yōu)的增強(qiáng)式學(xué)習(xí)能力及全局性、并行性、快速性和自適應(yīng)性。遺傳算法的出現(xiàn)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練有了一個嶄新的面貌,目標(biāo)函數(shù)既不要求連續(xù),也不要求可導(dǎo),僅要求該問題可計(jì)算,而且它的搜索遍及整個解空間,容易得到全局最優(yōu)解?？衫眠z傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(一)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的確定

1. 輸入和輸出神經(jīng)元的確定。可利用多種方法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)進(jìn)行分析,確定無相關(guān)性或相關(guān)性較弱的輸入?yún)?shù)(節(jié)點(diǎn)),使之盡可能得少,以降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度,減少網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時間。

2. 隱層單元的數(shù)量對網(wǎng)絡(luò)影響較大,選擇隱含層的單元數(shù)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最困難的部分之一。若隱層單元數(shù)過少,則網(wǎng)絡(luò)的泛化能力較差;若隱層單元數(shù)過多,又使得訓(xùn)練時間增加,訓(xùn)練誤差也不一定最佳。隱層單元數(shù)的選取目前尚無公認(rèn)的理論來指導(dǎo),一般采用試算法和經(jīng)驗(yàn)性的公式來確定。最佳層隱節(jié)點(diǎn)數(shù)L可參考下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[1],本文用遺傳算法來優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

其中m為輸入節(jié)點(diǎn)數(shù);n為輸出節(jié)點(diǎn)數(shù);c介于1～10的常數(shù)。Berk和Hajela建議[3]:隱含層單元數(shù)應(yīng)在(k+i)/2與k+i之間隨機(jī)選取。其中k為輸入單元個數(shù);i為輸出單元個數(shù)。

3. 選擇訓(xùn)練樣本,訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

對系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,作為訓(xùn)練樣本,訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。訓(xùn)練樣本應(yīng)盡可能地反映各種狀態(tài)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程,即根據(jù)訓(xùn)練樣本,對網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接權(quán)值和誤差進(jìn)行反復(fù)修正的過程。

4. 確定傳遞函數(shù),一般選擇非線形S型函數(shù)等。

二、應(yīng)用實(shí)例

工程概況:橫山特長隧道位于陜北黃土高原梁峁區(qū),溝壑縱橫、地形起伏、沖溝發(fā)育。隧道起迄里程為DK333+265～DK344+713,全線長11448m,設(shè)計(jì)為雙線隧道。隧道最大埋深為283.68m,主洞開挖面積最大177.4m2,最小120.53m2,隧道通過的圍巖主要為新黃土、老黃土、泥巖、砂巖以及砂泥巖互層。

工程地質(zhì)特點(diǎn),目前主要以泥巖、砂巖以及砂泥巖互層為主,層理較發(fā)育,基巖裂隙水,部分段落滲水呈泉眼股狀流出、拱部滴水呈線。洞內(nèi)砂巖呈黃褐色薄～厚層狀與泥巖不等厚互層,細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu),泥質(zhì)膠結(jié);泥巖呈灰黑色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),含煤線或薄煤層,自穩(wěn)能力差,強(qiáng)度較低,遇水易軟化,薄層泥巖或薄層砂巖出現(xiàn)在洞室起拱線以上時容易產(chǎn)生掉頂、滑層、剝落、塌方等現(xiàn)象。

從以上可以看出,橫山隧道地質(zhì)情況復(fù)雜。在開挖之前的原始土體處于平衡穩(wěn)定的彈性階段。由于開挖成洞后圍巖原有各質(zhì)點(diǎn)間的應(yīng)力平衡狀態(tài),受到擾動破壞,應(yīng)力軌跡發(fā)生變化,產(chǎn)生相對位移與調(diào)整。巖性軟弱、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖性風(fēng)化及地下水作用,使隧道開挖后,原有的應(yīng)力場平衡狀態(tài)遭到破壞,引發(fā)應(yīng)力重分布;若再迭加其它不利因素,例如不利結(jié)構(gòu)面組合、膨脹、崩解等物理化學(xué)作用,將出現(xiàn)塌方。所以必須強(qiáng)化施工過程中的監(jiān)測。圍巖變形時間序列數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著系統(tǒng)演化的信息。在施工條件、施工方法不變的情況下,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的非線性映射能力,對隧道實(shí)測位移變形值直接建模,以獲得高度復(fù)雜和非線性的內(nèi)在變形規(guī)律。本文采用上述遺傳算法來優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),稱為遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),利用MATLAB7自帶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱和英國Sheffield大學(xué)的遺傳算法工具箱,結(jié)合橫山特長隧道施工的實(shí)例進(jìn)行研究。

(一)頂拱下沉的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測步驟

1. 樣本的處理

樣本的處理,一般隧道施工頂拱下沉變形有這樣的特點(diǎn):前期部分位移值變化較大,后期位移值變化較小。據(jù)此,筆者將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到(0.1,0.9)區(qū)間。

1. 訓(xùn)練及測試樣本

本文所采用數(shù)據(jù)為2007年10月11日至10月30日時間段,DK333+610斷面,開挖的頂拱下沉位移監(jiān)測數(shù)據(jù),開挖時即埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測期內(nèi)施工穩(wěn)步進(jìn)行,循環(huán)周期穩(wěn)定,位移預(yù)測受意外因素干擾少,有利于直接以實(shí)測位移建模的可靠性。本文用前15天的相對位移值作為訓(xùn)練樣本,見表一,用后四天的監(jiān)測值作為測試樣本,見表二。

(二)預(yù)測結(jié)果及誤差分析

從測試樣本的結(jié)果來看,其誤差比較小,是相當(dāng)成功的,最大的誤差僅為1.15%,這在工廠上已經(jīng)是相當(dāng)不錯,但這只是一個斷面的拱頂沉降的預(yù)測。

三、結(jié)語

本文利用遺傳算法的全局搜索特性,對變形預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)搜索,從而獲得具有最優(yōu)預(yù)測效果的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。采用遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對隧洞施工頂拱變形的動態(tài)過程進(jìn)行預(yù)測,解決了在常規(guī)采用的回歸曲線預(yù)測法效果誤差較大的問題,解決了在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和試算法確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)參數(shù)的困難,從而減少結(jié)構(gòu)選擇的盲目性。從以上數(shù)據(jù)表明遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更佳的預(yù)測效果,對于圍巖變形監(jiān)測中異常情況可提前預(yù)報(bào),提高預(yù)測的準(zhǔn)確性,從而為變更設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)、調(diào)整施工工藝贏得寶貴的時間。

不足之處及后續(xù)要進(jìn)行的工作,隧道是個三維空間結(jié)構(gòu),目前的施工監(jiān)測的斷面還屬于二維空間的范疇,尚有許多工作要做;另外隧道地質(zhì)情況復(fù)雜,各個斷面上的地質(zhì)條件有許多的差異,智能計(jì)算或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解決方案還有許多不足之處,尚需不然改進(jìn)完善。

參考文獻(xiàn):

[1] 飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與MATLAB7實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

篇5

關(guān)鍵詞：模冪運(yùn)算；蒙哥馬利算法；FPGA；DSP

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)33-1322-04

Research and Application of a Kind of High Performance Public Key Cryptography Computing Component

YANG Xuan1, HUANG Bin2

(1.International College, Central South University of Forestry and Technology; Changsha 410004,China;2.College of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

Abstract: On the basis of analysis on various accelerated algorithm of public key cryptography arithmetic, Cryptography component is designed in this paper by the way of pipeline and non-pipeline on Xilinx Virtex V600FG680-6 FPGA separately as well as on TI corporation’s high performance DSP of TMS320C5402 and TMS320C6201 series. Meanwhile, an analysis of specific application background of different projects in the application area of Campus Card through the comparison to those four projects was proposed in this paper. And a desired outcome is achieved.

Key words: modular exponentiation; montgomery arithmetic; FPGA; DSP

1 引言

PKI的是實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)代電子政（商）務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中對使用者的身份認(rèn)證和信息的完整性、不可否認(rèn)性認(rèn)證的的關(guān)鍵技術(shù)，而公鑰密碼是PKI體系中公鑰加密和數(shù)字簽名最常采用的加密算法。以公鑰密碼公鑰算法[1]為基礎(chǔ)，來設(shè)計(jì)具有獨(dú)立功能的硬件芯片的公鑰密碼計(jì)算構(gòu)件，以其高速的性能和硬件本身特有的安全優(yōu)勢得到了廣泛的關(guān)注與巨大的投入，國內(nèi)外對此都做了大量的研究[2-3] 。同時，國內(nèi)外眾多學(xué)者對公鑰密碼及其相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)研究也取得了不錯的進(jìn)展。

目前，僅具安全存儲功能的射頻IC卡在學(xué)校已經(jīng)形成了龐大的用戶群體，為了實(shí)現(xiàn)校園卡與主機(jī)的互操作與數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等安全計(jì)算的功能，可以在校園卡互操作性框架[4]的讀寫設(shè)備中配置公鑰密碼密碼計(jì)算構(gòu)件?；谶@種需求，針對不同的應(yīng)用背景，我們設(shè)計(jì)了相應(yīng)的公鑰密碼密碼計(jì)算構(gòu)件實(shí)現(xiàn)方案。

2 公鑰加/解密算法介紹

由Rivest，Shamir和Adleman在1978年設(shè)計(jì)并公布的公鑰算法是最具有代表性的公開密鑰密碼體制，它是一個能同時用于加解密和數(shù)字簽名的算法。也是研究得最深入的公鑰算法。它從提出到現(xiàn)在的二十多年中，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸被人們所接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。

公鑰密碼加/解密算法公式表述如下：

加密過程：c=md mod n

解密過程：m=ce mod n

其中，m是明文，d是加密密鑰（或公鑰），e是解密密鑰（或私鑰），n是模數(shù)，c是密文，mod是取模函數(shù)。

公鑰密碼算法主要難點(diǎn)在于大數(shù)的模冪乘運(yùn)算效率較低。所以，提高大數(shù)模冪乘的效率一直都是提高公鑰密碼算法速度的一個非常重要的課題。

3 模冪加速算法的研究

3.1 長整數(shù)模冪乘運(yùn)算

模冪乘運(yùn)算me mod n不能先計(jì)算me然后再求模，這樣me的結(jié)果會占用巨大的存儲空間而無法實(shí)現(xiàn)必須對me的中間結(jié)果進(jìn)行求模運(yùn)算，使結(jié)果二進(jìn)制位數(shù)始終保持在一定范圍內(nèi)。計(jì)算me mod n最簡單的方法是重復(fù)進(jìn)行c=c*m mod n模乘運(yùn)算，直到求出me mod n為止，這種方法需要e-1次乘法運(yùn)算。例如計(jì)算m15 mod n需要計(jì)算mm2m3m4…m15，其需要14次乘法；而采用mm2m3m6m7m14m15 其需則僅需六次乘法運(yùn)算。這種平方―乘冪方法也稱之為二進(jìn)制法。在硬件實(shí)現(xiàn)上較為常用的方法是二進(jìn)制位掃描法，分為從左到右和從右到左兩種。在從左向右掃描法中，主要是面積可以得到優(yōu)化，而在從右向左掃描法中，主要是速度得到了優(yōu)化。

在從左到右掃描法中，指數(shù)e的位被從最高有效位掃描到最低位，對于每一位要作一次平方求模，如果e的位值是1，還需要做一次模乘；從右到左掃描法則是最低有效位掃描到最高位，需要用中間變量保存中間值。

3.2 用Montgomery算法加速公鑰密碼算法

Montgomery算法是將部分積對任意的n取模轉(zhuǎn)化為對基數(shù)r取模，簡化了計(jì)算過程，提高了加解密的速度。這一有效的模約化方法是P. Montgomery1985年在文獻(xiàn)[5]中發(fā)表的，并在此后找到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

原始的Montgomery算法如下：

選擇與（模數(shù)）n互素的基數(shù)r，為計(jì)算方便，它通常是機(jī)器字長的整數(shù)的倍數(shù)；并且選擇r-1及n’，滿足0< 日r-1< n，0< n’< r，使得，r r-1- n n’=1。

Montgomery乘積的計(jì)算按以下算法產(chǎn)生。

在R(r,n)中Montgomery乘積mont(a,b)的計(jì)算

S1. 置t = a*b;

S2. 置m = t*n' mod r;

S3. 置u = (t+m*n)/r （商取整數(shù)）;

S4. 若u≥n，輸出u-n，否則輸出u.

3.3 用中國剩余定理（Chinese Remainder Theorem, CRT）加速公鑰密碼算法