关键词：电子技术;教学方式;学习兴趣
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）41-0187-03
一、引言
“电子技术”课程是高等学校工科非电类专业的一门技术基础课程，它是研究电子技术的基本理论、基本知识和应用的技术基础课程。电子技术是飞速发展的学科，它有着完整的体系，而且有着非常强的实践性，应用非常广泛，并迅速地渗透到了各个领域。因此，“电子技术”课程是高等学校工科非电类专业的一门重要课程，是非电专业一切电类后续课程（计算机原理、自动控制等）的基础，学时少、内容多，不能轻视，否则，对以后的学习将会造成很大影响;非电类专业学生学习电子技术重在应用，他们应具有将电子技术应用于本专业和发展本专业的能力，为此“电子技术”课程内容就要理论联系实际，要重视实验技能的训练，所以我们除了课堂上的理论课程之外，还开设了相应的实验课程。
二、教学方式的具体实施及效果
1.理论课采用多媒体教学方式。多媒体教学是近几年呈现出的一种崭新的教学手段，多媒体课件由于具有交互性强、表现形式丰富、信息量大等优点，已经广泛应用于各种课程的教学中。随着计算机技术的发展和现代教育技术手段的应用，多媒体辅助“电子技术”课堂教学的应用也越来越普及[1]。多媒体的运用有助于教学效率的提高，这是传统教学方式不可比拟的[2]。但是要注意研究多媒体教学规律，运用多媒体教学手段仍要保证教学效果。针对一堂课内容很多、信息量大、进度过快、学生来不及看清楚、笔记也不易记录的问题，我们在课堂上的重点处多重复几遍且讲解透彻，从概念理解、基本组成、分析方法等问题上循序渐进地讲解。另外，我们将多媒体课件上传到网上，供学生下载，使学生不需要记课件上的内容，只需把上课的重点难点记住，做适当的笔记。同时，我们在准备课程课件内容时，对比较抽象且难理解的内容运用了动画表现手法，还准备了一些与课堂内容相关的视频资料作为补充。例如在讲解PN结的形成时，我们同时播放描述内部载流子运动情况的动画短片;在讲解晶体管电流放大作用时，课件内容上加入模拟载流子运动的动画，来演示内部载流子通过两个PN结时的主要运动过程，这样更容易看出晶体管电流放大作用其实是“以小控大”的实质。通过这样生动直观的教学表现方法，可以对所学知识加深印象，并且扩大学生的知识面，效果很好。
2.注重第一堂课的课程概述，最大限度地吸引学生的兴趣。“电子技术”包含了模拟电路和数字电路两部分，具有很强的实践性和应用性。第一堂课在引入新课时从“电子技术发展史”开始介绍，在讲述历史过程的时候逐渐让学生了解到这门课程所包含的知识内容，并引导学生思考他们需要学什么，同时教师在此基础上考虑“讲哪些内容”和“怎样讲授这些内容”。然后介绍电子设备的构成、模拟电路与数字电路的区别和优缺点、课程的学习要点等。举例生活中的电子设备例如收音机、计算机，介绍设备的构成，即哪部分是模拟电路，哪部分是数字电路，它们怎样有机的结合在一起等。实践证明此方法能激发学生积极探究电子设备内部结构原理的欲望，为课程的开展打下坚实的基础。为了帮助学生更好地学习该门课程，第一堂课我们就告诉学生，在学习“电子技术”课程的过程中，模拟电路内容较为抽象，较难理解，入门比较难，所以遇到问题要及时答疑，以便更容易把握课程思路;不过即使模拟电路学得不太好，数字电路也可以学好，二者并无太多联系。这样学生既明确了“电子技术”两部分内容的关系，又不会因在模拟电路学习中遇到困难而影响到数字电路的学习。另外，我们还介绍“电子技术”课程的重要性和学习该课程的意义，以及学习过程中需要注意的关键点，以便让学生重视并能尽快适应该门课程的学习。
3.教师在教学过程中，对一些易出错的问题请学生通过分析得出正确结果，从而逐渐培养锻炼学生的思维能力。由于模拟电子线路中几乎都是交直流共存于同一电路中，它们既相互关联（直流是交流的基础），又相互区别（不同通路的信号不同）。所以针对这种复杂情况的电路，就有其特有的基本分析方法，即对不同的通路分别进行分析（静态分析和动态分析）。而初学电子技术时，经常有学生概念不清，会出现把静态和动态混淆起来的问题，这样就会分不清楚哪些是直流参数，哪些是交流参数。比如在讲到基本放大电路的分析方法时，在讲解了基本放大电路的一般分析方法之后，列出几个有这类错误的等式让学生进行纠正。例如让学生来说明等式“I■=■=■”中错在哪里以及出现错误的原因，学生通过思考，回答出等式中出错的地方是将静态参数和动态参数列在一起了，原因就是混淆了静态和动态的概念。这样在改正错误等式的过程中，学生即理解了基本概念，又避免了以后犯同样的错误。
此外，对学生作业中出现的一些常见错误，在课堂上着重分析出错的原因以及如何改正，尤其对一些关键的地方突出讲解。以“基本放大电路”这章的习题为例，学生在电路求解过程中常常会出现参考方向不标注或标的有误、电路结构不熟悉等问题，导致求解错误。在课堂教学时，我们将易出错点着重圈出来，从求解该类问题的思维方式及基本思路讲起，深入剖析出现这些错误的原因（如微变等效电路中“等效”概念的理解、电路结构的判断与分析等）并加以纠正，这样不仅有利于加深学生对知识点的理解，而且有助于学生在以后的解题过程中避免出现类似的错误。
4.开设实验课，加强实践环节。“电子技术”具有非常强的实践性，所以我们为“电子技术”课程开设相配合的实验课。理论课教学与实验课是相辅相成的，前者强调理论性，后者强调实践性，两者缺一不可。通过实验课，可使非电专业的学生掌握电子技术的基本实验技能（如常用电子仪器的工作原理和使用方法，利用常用电子仪器测量某些电量参数的方法），增强其实践能力，加深其对理论的理解，提高其分析问题和解决问题的能力，培养学生实事求是的工作作风，树立严谨的科学作风[3]。所以说，必要的实践既有利于激发学生的学习热情，又有利于学生用理论指导实践，并反过来通过实践掌握理论，巩固理论，让学生经过从理性认识到感性认识再到理性认识这样一个过程，从而达到更好地掌握知识的目的[4]。实践证明，在学生掌握了基本理论知识之后，适当增加一些实际应用的内容，有利于理论教学和实践融为一体，以及学生素质和能力的培养。以“四人优先判决电路”实验为例，此电路是用来判断哪一个预定状态优先发生的电路，如同判断赛跑者谁先到达终点或者用于智力竞赛中的抢答者等。通过对实验电路工作原理的分析，使学生更容易理解时序逻辑电路的特性。同时，通过接线、测试、排除故障等实验环节，使学生的动手及独立思考能力也得到了进一步的提高。
5.在课程进行中，介绍一些当前流行的相关模拟软件，加深学生对基础知识的掌握，提高学习兴趣。引入具有分析、仿真电路功能的仿真软件，可较好地解决这一问题。此外，仿真软件的应用学生可以在课下自己完成，这也是很好的拓展环节，对“电子技术”课程教学起到一定的补充作用。“电子技术”课程中贯穿很多实用的电路，例如放大器、振荡器、译码器、计数器等电路。在教学中介绍EWB、Multisim等软件，并选择典型例子进行仿真演示。例如在讲解如何利用中规模组合逻辑电路设计一般组合逻辑电路时，先介绍一般组合逻辑电路的设计方法和步骤，并以设计监测交通信号灯工作状态电路为例，按照设计步骤将逻辑电路设计出来，最后采用EWB软件对所设计出的逻辑电路进行仿真，同时将仿真结果在课堂上演示出来。仿真结果分别显示了交通信号灯工作状态正常时故障报警指示灯不亮，以及交通信号灯出现故障状态时故障报警指示灯亮的逻辑电路工作情况。这样学生在课堂上学完理论知识以后，通过看仿真演示加深了对理论知识的理解，并且能直观地观察各种输入状态下的输出情况。同时在课下学生也可以利用软件模拟这些功能电路，通过波形、显示器等观察分析模拟结果。实践证明当所学理论和观察到的模拟结果一致时，学生不但对所学知识有了深刻的理解，而且有一种极大的成就感。
6.课程结课时，鼓励学生在生活中利用相关知识提出问题、解决问题。只有当学生清楚了所学内容能解决什么问题时，才会产生兴趣，自觉参与教学活动，并从中体验收获的快乐。在教学实践中，鼓励指导学生准备工具和电子元件，通过所学的电子技术原理，设计简单的实用电路。而学生在参与过程中主动获取知识，就更容易记住和理解[5]。之前有材料系的一名男生利用所学“电子技术”知识，设计了一个摇号和显示系统的电路，并用仿真软件将电路搭建出来，得到了理想的结果。他的仿真演示获得了满堂彩，极大地激发了学生的创造、研究欲望，开启从学习到研究、创新的旅程。此外，实验教材中也增加了自主设计型综合实验（例如实用智能照明控制电路、电子拔河比赛等）供学有余力的学生自学完成。通过综合性实验可提高学生的综合设计能力和实际动手能力，真正体会并感受到理论与实践的差别、如何将理论知识与实践相结合，进一步加深对基础知识的理解，以及知识间的相互关联、渗透、融合，同时还可以拓展学生的知识面。
“电子技术”是一门发展很快、应用很广、实践性很强的技术科学，着眼于解决错综复杂的实际问题，有与其相配套的系统的方法与概念，例如由线性器件到非线性器件的转变、合理近似的应用、工程实践性等。在近几年的教学实践中，我们努力优化教学内容，突出重点，将传统的单一、单向、细节式教学方式向多样、互动、平台式教学方式转变，通过多种途径培养学生分析问题和解决问题的能力，让学生在兴趣中学习，在学习中创新。
参考文献：
[1]侯俊勇.电子技术课堂多媒体辅助教学评价体系与模糊综合评价[J].电气电子教学学报，2001，23（5）：76-78.
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[3]韩守梅，刘蕴络.电工电子技术实验教程[M].北京：兵器工业出版社，2009：1.
[4]王文涛.浅谈电子技术教学应关注的几个方面[J].科技致富向导，2011，（6）：84.
[5]郭亚宏.电子技术教学研究[J].湖南农机，2011，38（1）：194.
1文字加工作者的来稿
中文字方面的问题是最常见的。对文字性问题的加工，一要按照国家的标准，使改动之处符合标准化和规范化，二要注意文稿内容表达的准确性，使改动之处符合作者的原意。在编辑实践中，发现稿件中用字不规范的现象不少，主要有：
1．1形似字和同意字容易混淆致误
如，天－夭、千－干、磷－鳞、酯－脂，出错原因可能是作者在电脑上输入错误造成的。
1．2义近字
容易混淆致误，如，作－做、练－炼，因这些字含义接近，作者容易把两者混淆而出错。
1．3错用简化字
如，副－付、龄－令，实际上他们不是繁体字与简化字的关系，而各自都是规范字，各有各的适用场合。出错可能是作者书写时习惯用后者代替前者，而根本未注意到它们之间用法上的区别。作者稿件中文字出错的情况还有很多，作为编辑，应该把好语言文字关，加强语言文字修养，从识字质量上下功夫，弄清字的含义，掌握字的读音，进而了解形、音、义的内在联系，正确地使用语言文字。
2语句加工农业科技期刊的语言文字表述
最基本的要求是准确、简明。用词不当、文理不通就不能把所要表述的科学内容恰如其分地表述出来。农业科技期刊中使用的名词术语要统一、规范。作物名称最好用学名，地方语言应改为专业用语。语法常见的错误有成份残缺、搭配不当、词序混乱、结构混乱等。编辑必须用心查出并修改这类错误。阅读时出声朗读是查出这类问题的途径之一。发现了问题，可以对句子做直接成分分析与句法成分分析。通过句法成分分析可以凸显成分残缺和主谓宾搭配不当的错误以便改正，直接成分分析可凸显定中、状中关系中的搭配不当、词序混乱、结构混乱等错误以便改正。
3数字加工农业科技期刊的数字用法
应严格执行《出版物上数字用法的规定》。凡是可以使用阿拉伯数字的地方，均应该使用阿拉伯数字。应使用阿拉伯数字的有两种情况：一是公历世纪、年代、年、月、日和时刻；二是记数与计量。应使用汉字的有两种情况：一是数字作为词数构成定型词、词组、惯用语、缩略语时，二是邻近的两个数字并列使用连用，表示概数时，且连用的两个数字之间不应用顿号隔开，如二三米、七八月等。
4标点符号加工作者
在使用标点符号过程中最易出错的是当断不断，一逗到底，顿号、逗号常错用。有的作者将中、英文标点符号混用。编辑在加工过程中应根据作者写作意图正确使用标点符号，以帮助读者弄清句子的结构，辨明语气，正确理解文字的含义。表示数值（量值）起止范围的符号必须使用浪纹线“～”，不用一字线“—”，以避免与文中或公式中的减号“-”混淆。
5计量单位加工
农业科技期刊应严格执行有关量和单位的国家标准和规定，全书必须加以统一，不允许汉字与符号混用。农业科普类期刊可以用汉字表示法定计量单位，但技术类期刊在表达量值时，无论是在公式中，还是在图表及文字叙述中，都应一律使用单位的国际符号。法定计量单位应该用小写正体书写，但是L（升）是例外，要用大写正体字母书写。
6层级标题加工
内文的层级标题是文章的纲领，也是作者行文思路完整表达的体现，是导引和促使读者阅读全文的动力，一定要简洁、醒目，尽量避免转行和标点符号频频出现。文章的标题应注意前后照应，保持全书统一，标题层次应清晰，编号不应混乱。科技论文的标题一般不超过4级。同一级标题应反映同一层次的内容，其结构相同，意义相关，语气一致。
关键词：编辑加工；内容加工；文字加工；技术加工
中图分类号：G222.1 文献标识码：A 文章编号：1672-8122（2011）07-0125-02
21世纪新使命使院校期刊的地位作用更加突显，对期刊编辑的能力素质也提出了更高的要求。当稿件来到编辑部后，它们只是孤立存在的，再优秀的文章都不可能自动成为一本期刊，而必须经过编辑们的精心审读、加工、按照一定的构思把它们编辑起来，才能成为一本优秀的期刊。可以说期刊是作者和编辑双重劳动的共同结晶。期刊编辑工作纷繁芜杂，涉及到各个方面，其工作流程见图1。
从期刊编辑工作的系统流程来看，编辑加工是审稿工作的细化和延续，也是后续工作顺利完成的前提和保障。编辑加工，也称加工整理，是指编辑对通过审查的拟出版稿件，按照正规出版物的规范要求，进行检查、修改、润色和整理，消除其内容和形式上可能存在的各种差错。[1]经过审稿决定采用的稿件，在内容、体例、引用材料、语言文字、逻辑推理等方面难免存在一些问题，需要进行加工整理，使内容更完善，体例更严谨，材料更准确，语言文字更通达，逻辑更严密，消除一般技术性、常识性差错，防止出现原则性错误，并符合排版和校对要求。
从信息传播的角度来看，编辑加工是对大众传播信息的一种把关，是编辑的神圣职责，有利于提高作者的水平，满足读者的需要。因此，应深入具体，仔细推敲，规避信息传播过程中的“噪音”，确保所传播信息的质量。
编辑加工的具体内容，因对稿件的分类视角的不同而不尽相同。大约可归纳为三个方面：内容加工、文字加工和技术加工。
（一）内容加工
稿件的内容加工主要包括对稿件的政治性、科学性、事实性等方面的加工。
1.政治性加工
政治性方面的加工主要是把好政治观，杜绝政治性的差错。稿件内容上的政治性加工，重点要关注敏感地区、敏感领域、敏感群体、敏感问题。常见的敏感题材包括：涉及党和国家领导人的报道、照片、题词、言论；涉及少数民族及宗教问题的人物和事件；涉及港、澳、台的人物和事件；涉及军队和国防问题；涉及保密问题；涉及批评性稿件和评论，等等。
例如：“‘’、‘’、‘东突’，以及‘’组织等敌对势力”改为“分裂分子”，“我军是党领导下的人民军队”改为“我军是党绝对领导下的人民军队”。编辑加工时，要注意稿件中的观点、议论、提法是否符合党和国家的路线、方针和政策，稿件的舆论导向是否正确，稿件的情调是否健康。
2.科学性和事实性加工
这两方面的加工主要是注意稿件的准确性和真实性。稿件涉及的概念、定义、原理、公式等，表述要正确。稿件涉及的数据、人物、事实、时间、地点、度量单位和引文注释等，要客观真实，不能主观想象，违反常识，或言过其实，前后矛盾。
（二）文字加工
编辑人员对采用的稿件所做的篇章结构的审视和调整，病句的修改，错别字的纠正，以及标点符号的订正等一系列工作，叫作语言文字的加工，简称文字加工。[1]如稿件中出现的错字、别字、漏字、不规范的简称、外文字母，词、句子不规范或不合语法，标点符号使用不当，标题外延过大或过小，这些问题都需要编辑进行修改、润色。例如：“我们沿着建设有中国特色社会主义方向阔步前进”，其中“沿着……方向”搭配不当，应该为“朝着……方向”。又如：“参加这次慰问演出的，有作家、诗人、戏剧、电影、音乐、美术工作者。”其中“作家、诗人、工作者”是两个层次，用顿号分隔，关系就混淆不清，“作家”和“诗人”后面的顿号应该为逗号。文字加工常常是在原稿的基础上进行再创造，使表达更严谨、更准确、更精练、更完美，从而增强稿件的表达效果，保证稿件的科学性，提高稿件的可读性。
（三）技术加工
技术加工是编辑为使原稿符合出版要求和读者需要而进行的技术规格方面的加工。[1]一般不改动原稿的内容，主要包括统一规范、加标注和核查等工作。
统一规范，即统一稿件的体例，书写格式和版式，统一插图、表格、公式、计量单位、人名、地名、数字、术语、注释和参考文献等的格式，使之符合一定的标准。这些标准有：《中文书刊名称汉语拼音拼写法》（GB 3259―1992），《中国人名汉语拼音字母拼写法》，《中国地名汉语拼音字母拼写规则》（汉语地名部分），《数值修约规则与极限数值的表示和判定》（GB/T 8170―2008），《标点符号用法》（GB/T 15834―1995），《出版物上数字用法的规定》（GB/T 15835―1995），《有关量、单位和符号的一般原则》（GB 3101―1993），《文后参考文献著录规则》（GB/T 7714―2005），《图书书页名》（GB/T 12450―2001）等。
例如：《国家标准》指出年份一般不用简写。“1990年不应简作‘九年’或‘90年’”。[2]《国家标准》还指出，含有月日简称表示事件、节日和其他意义的短语要使用汉字，如果涉及一月、十一月、十二月，应用间隔号“•”将表示月和日的数字隔开，并外加引号，避免歧义。涉及其他月份时不用间隔号，是否使用引号，视事件的知名度而定。如：“一•二八”事件（1月28日）。[2]
加标注，即责任编辑对稿件中的特殊字体、外文符号的大小写、正斜体，上下角码、公式，单词转行、版面缩行、转页、图表处理等，批注清楚，以利排版、校对。
核查，是以原稿为基础，比照相关文献、资料等，对出版稿件中的人名、地名、年代、数字、日期、史实，以及外文、译文、引文、注释、参考文献、索引等进行核对，核查其是否正确。
编辑加工时应共同遵守的原则是：尊重作者原作，可改者改，不可改者不改。稿件是著作者辛勤劳动的成果，受到知识产权的保护。编辑在加工整理时，应尊重其劳动，尊重其作品的内容和风格，有原则地改，不能胡乱删改。可以改的内容，主要指稿件内容和形式上出现的用词不当、语法不通、事实有误等问题，以及技术性加工中发现的不利于排版、校对的问题。不可改的内容，主要指作者的观点、思路和论据，或是作者明确表示不同意改的内容。总之，没有错误的，就不要改，错了的，才去改，尽可能让作者自己去改，编辑如有实质性改动，要经过作者同意或过目。
编辑加工的方法有多种，具体运用什么方法，要根据稿件的性质、特点等具体情况具体对待。常见的方法有：改错，即改正不当提法和错别字等；修饰，即对文字做修改润色，使表达更完美；校订，即根据可靠资料，订正引文、事实、数据等方面的差错；增删，即经作者授权做少量的内容增删；整理，指为使书稿符合排版要求而进行的技术性加工，包括统一体例、书写格式、标注说明有关事项等；写辅文，如内容提要、出版说明、编者按语等；改写，是在原内容基础上改变行文的方式、结构和用语。
对文章进行修改，是一种艰苦的劳动，是一种再创作，这种再创作并不比创作容易。刘勰在《文心雕龙》中说：“改章难于造篇”。这是有道理的，因为“改章”要求“更上一层楼”。修改自己的文章难，修改别人的文章更难，因为修改的人缺少作者的具体感受，而且改动原文的同时又必须尊重原文。只有懂得这种难处，又不畏惧这种难处，并积极去克服这种难处的编辑，才能取得修改好文章的主动权。
参考文献：
摘要：针对分布式容错技术的研究，提出了两点关键要求：降低冗余开销、提高节点修复效率。分析目前主流的容错策略： 复制、纠删码、再生码、基于局部可修复码，并认为这些容错策略存在不同程度的缺陷，因此设计出容错能力、计算效率及存储利用率更高的容错策略，仍是未来很长一段时间内值得深入研究的问题。
关键词： 大数据；可靠性；分布式存储；容错技术
Abstract： Two key requirements of fault tolerance technology are proposed in this paper： minimal storage overhead and maximum node recovery performance. Four main strategies for fault tolerance are analyzed： replication， erasure codes， regenerating codes and locally repairable codes. It is considered that these fault tolerance strategies have different defects. Designing a fault tolerance strategy with higher fault tolerance， better computational efficiency and memory utilization will still be a problem needs to be solved in the future.
Key words： big data； reliability； distributed storage； fault tolerance technolog
随着经济全球化的发展和科技改革的推进，网络覆盖面积不断加大，信息交互随之增强，全球数据正在以爆炸式的速度增长。国际数据公司（IDC）报告指出，从2010―2020年全球数据量将有50倍的增长，预测达到40 ZB数量级[1]。同时海量数据对存储系统提出了巨大的挑战，根据统计，数据存储的需求每年的增速在50%～62%之间。大规模分布式存储系统以其海量存储能力、高吞吐量、高可用性和低成本的突出优势成为存储海量数据的有效系统并被广泛使用。当前最主流的分布式系统是开源的Hadoop分布式文件系统（HDFS）[2]，作为GFS[3]的一个开源实现，它被应用于众多大型企业，如Yahoo、Amazon、Facebook、eBay等。
随着分布式存储系统的规模越来越大，为节省成本，存储节点大多采用廉价、可靠性差的设备，这直接导致节点故障越来越频繁。图1给出了Facebook部署的Hadoop集群的日节点失效数。集群共3 000个节点，涉及45 PB数据，平均每天有22个节点失效，最高的日节点失效超过100个[4]。如何有效保障数据可靠性成为了当前分布式存储系统首要关注的问题。
为了提供可靠的存储服务，分布式存储系统通过引入冗余信息来提高系统的容错能力。这种冗余存储的方式能够使系统容忍一定数量的节点故障[5-6]，同时系统还需要一个良好的节点修复机制，在发生故障时能快速有效地修复失效数据，维持系统冗余度。
1 基于复制的容错技术
复制策略是引入冗余最简单的方法，其基本思想是为系统中的每一个数据对象都建立若干个相同的副本，并把这些副本分散存储在不同的节点上，当遇到某个数据损坏或失效而无法正常使用时，可通过访问最近的存储节点来获取与原件完全一致的数据备份，这样只要数据对象还有一个存活副本，分布式存储系统就可以一直正常运行。修复过程也十分简单高效，只要向所有存储副本的节点中最近的节点发出请求、下载并重新存储，即可恢复系统冗余度。复制策略存储方式简单，易于实现，故障修复容易，并且便于扩展。此外，存储的多个副本也可以均摊读文件时的负载，如通过为热点文件配置更高的副本数来支持高效的并发读操作。
但是在节点数量庞大，存储结构复杂的大规模分布式系统中，要实现快速高效的容错技术，必须解决3个问题：副本数量的设置、副本的放置方式和副本的修复策略。
1.1 副本数量设置
设置副本数量一般有两种方式： 一是静态设置，主流的分布式文件系统如HDFS[2]和GFS[3]都是采用3副本固定机制，这种方法操作简单，但灵活性差；二是动态设置副本数量，亚马逊分布式存储系统S3提供用户可以自行设定副本数的功能。另外，文献[7]提出一种动态的容错机制，系统根据数据的访问频率、出错概率、网络状况以及存储时间等动态因素决定副本数，同时动态地删除或添加副本，这种动态机制能大大增加存储空间的利用率、提高数据的获取性能，但动态决策方式会加大系统的处理开销。
1.2 副本放置策略
副本的放置策略不但影响分布式存储系统的容错性能，还关系到副本的存储效率和访问效率。HDFS采用的3副本放置策略，如图2所示[2]。3副本放置策略为：本地放一份，同机架内其他任一节点放一份，不同机架的任一节点放一份。同机架内存放两个副本，可减少机架间的数据传输，方便本地节点对于数据需求时的读取。若本地数据损坏，节点可以从同一机架内的相邻节点获取数据，读取速率快。而数据块存放在两个不同的机架中能避免机架故障导致的数据不可用。同时，为了降低整体的带宽消耗和读取延时，HDFS会尽量让读取程序读取离它最近的副本。如果在读取程序的同一个机架上有一个副本，那么就读取该副本。如果一个HDFS集群跨越多个数据中心，那么客户端也将首先读本地数据中心的副本。
1.3 副本修复策略
容错技术的修复过程事实上就是恢复系统的冗余度，保证其在一定的可接受范围内。实际的存储系统采用的修复策略有两种：一种是“主动”修复策略[8]，一旦检测到一个副本失效立刻创建一个新副本；另一种是基于阈值的“惰性”修复策略，这种策略只有当备份数量小于某个阈值才进行修复，如Total Recall[9]。根据资源的访问频率，可以分为热门资源和冷门资源，热门资源一般采用主动修复，而访问量小的冷门资源则可以采用惰性修复策略，减少修复临时失效等不必要的开销。
2 基于纠删码的容错技术
纠删码起源于通信传输领域，由于其数学特性，被逐渐应用于大规模存储系统中，特别是分布式存储环境，实现数据的冗余保护。相较于复制策略，纠删码技术在相同可靠性条件下可以最小化冗余存储，学术界和工业界已将纠删码广泛应用于分布式文件系统。例如卡耐基梅隆大学研究的DiskReduce[10]、Facebook的HDFS-RAID[11]、谷歌的Colossus[12]、微软的Azure[13]存储系统均采用了纠删码并实现了更经济的可靠性。
2.1 纠删码基本原理
纠删码的基本原理如图3所示，存储原始文件O，首先将其切分成k个数据块，记为O1， O2， …， Ok，然后编码生成n个编码块，记为B1， B2， …， Bn，n>k，最后将这n个编码块按照一定的放置规则分别存储在不同的节点上。编码过程中生成了冗余数据，当系统中有存储节点失效时，只要留下足够的编码块就可以利用这些剩余的编码块恢复出丢失的数据，维持系统的冗余度。若n个编码块中任意k个块即可重构原始文件O，则这种纠删码满足最大距离可分特性（MDS）[14]，在可靠性和冗余的权衡上达到最优，最常用的编码方法是RS码[15]。
2.2基于纠删码的分布式存储模型
在分布式存储系统中，数据分布在多个相互关联的存储节点上，通常情况下，映射生成的编码块需要存储在不同的节点上。图4给出了一种基于纠删码的分布式存储模型[16]，假设系统中含有n个存储节点，其中k个是数据节点，m个是编码节点，即满足n = k + m。k个数据节点存储原始数据块，标记为D0， D1，…， Dk-1；m个编码节点存储编码数据块，标记为C0， C1， …， Cm-1。纠删码算法需要将原始文件切割成k等份后依次存储在k个数据节点中，并将编码生成的m份放入m个编码节点。当存储大文件时，需要对原始文件进行二次切割，即每次从文件中读取指定大小的数据量进行编码，我们将一次编码过程中涉及的原始数据和编码数据称为一个stripe[16]。一个stripe独立地构成一个编码的信息集合，不同stripe之间相互无关。但是，逻辑上的stripe与实际物理节点的对应关系并不是恒定不变的，可以通过stripe的轮转实现数据存储负载均衡。
与复制策略相比，纠删码策略可以有效地降低维持可靠性所需的存储开销，提供令人满意的存储效率[5]。
2.3纠删码技术的缺陷
然而，基于纠删码的容错技术未能在实际的大规模分布式存储系统中真正应用，除了其结构较复制策略复杂外，纠删码本身在数据恢复时存在致命的缺陷。在基于纠删码的分布式存储系统中，当一个节点失效时，为维持系统冗余度，新节点需要首先从k个节点中下载全部数据恢复出原始文件，再重新编码生成失效的数据，这个过程中传输的数据量是失效数据的k倍。当节点在网络中分布较分散时，节点的修复需要消耗大量的网络带宽。这一缺陷在普通分布式系统中已有制约，在大数据环境下，数据量和存储节点在成倍甚至几何级增长时更为明显。同时，需要的下载量太大势必会导致节点修复过程变慢，对于不断发生故障的分布式存储系统来说，节点的修复速率直接影响到系统可靠性。如果修复速率过慢，甚至赶不上节点发生故障的速度，那么系统将无法维持其可靠性。据Facebook在HotStorage’13上的论文指出，纠删码的低效修复已经成为限制其广泛应用的瓶颈所在[4]。
针对纠删码的修复问题，Rodrigues提出了一种混合策略[5]：采用纠删码的同时维护一个副本，从而有效减少修复带宽。然而，这种混合策略节省带宽有限，但存储开销大，同时使得系统设计复杂化。Dimakis创造性地将网络编码应用于分布式存储，提出再生码的概念[17]，显著降低了修复带宽。
3 基于再生码的容错技术
3.1再生码的基本原理
再生码的描述如下：将原始文件编码后存储到n个节点中，每个节点存储大小为α。当一个节点失效时，新节点连接剩余n-1个节点中的d个节点（k≤d≤n-1），从每个节点下载大小为β（β≤α） 的数据进行修复，即修复带宽为γ=d×β。再生码的参数集可表示为{n， k， d， α， β， B}，其平均修复带宽γ小于文件大小B。再生码的编码、再生及重构过程如图5所示。
随着每个节点的存储量的提高，节点修复时需要下载的数据量将降低，通过在信息流图上求最小割界的方法，给出了节点修复带宽消耗的下界曲线，而再生码正是在存储开销α和修复带宽γ的最优曲线上。如图6所示，最优曲线上存在两个极值点，分别代表最优存储效应和最小修复带宽效应，达到这两个极值点的编码称为最小存储再生码（MSR）和最小带宽再生码（MBR），已有一些明确的编码实现[18]。理论上，当d=n-1时，再生码的修复带宽达到最小值。
3.2再生码技术的瓶颈及前景
虽然理论上再生码可以达到最优的存储开销和修复带宽，但由于它依赖于复杂的参数和晦涩难懂的数学理论，其实现方式非常复杂。现有的再生码大多在有限域GF（2w）上进行域元素的多项式运算[18]。计算机处理中，加法较为简单，但乘法和除法却非常复杂，甚至需要借助离散对数运算和查表才能实现。这使得再生码的编解码计算开销大，无法适应存储系统对计算效率的要求。很多研究都表明，设计一种结构简单、计算复杂度低的策略至关重要。文献[19]中分析了3种再生码：随机线性网络码（RL）[20]、精确线性码（EL）[21]和生成矩阵码（PM）[22]。其中，PM码利用一种紧凑的表示方式和高效的编解码算法大大提高了编解码速率，然而与纠删码相比，PM码仍需要更长的计算时间。
再生码作为对纠删码的改进，具有很好的理论支撑。但目前提出的大多数再生码、编解码复杂度较高且码率较底。如何提出码率较高并且复杂度低的编码策略就很有意义。深圳市融合网络技术实验室在该领域进行了深入研究，并取得了一定的研究成果：1）提出BASIC[23]编码框架，利用一种新颖的卷积形式来表示编码运算过程，可以将有限域运算转化为GF（2）内简单的移位和异或操作；2）提出一种改进的Zig-Zag编码[24]，采用移位和异或的Zig-Zag解码算法，避免解码时所需要的复杂计算，达到了最低的编解码复杂度。这些编码都可以应用在再生码的构造上，以更好地实现码率较高并且复杂度低的编码。
对于再生码编码策略的未来研究方向，应结合安全问题、网络拓扑和磁盘输入输出（I/O）复杂度进行设计，从而使再生码更为实用。
4 基于局部可修复码的容错
技术
除再生码外，局部可修复码技术（LRC）[25]可以通过增加本地数据实现修复带宽的降低。文献[25]给出了修复局部性r、编码距离d、每个节点的存储大小α以及存储编码长度n之间的权衡。Facebook在HDFS中实现了LRC技术[4]，微软也在Azure上添加了LRC技术[26]。
文献[4]给出了LRC技术的一种实现：如图7，原始文件被等分成10个数据块，通过RS编码生成4个冗余块，图中显示为4个绿色方框。为降低修复带宽，在RS码基础上进行二次编码产生3个额外的冗余块，标记为S1，S2和S3，图中显示为3个橙色的方框。S1是由前5个数据块编码产生，S2是由后5个数据块编码产生，这两个由局部原始数据块编码产生的冗余块称为本地校验块。而S3则是由4个冗余校验块编码产生，称为隐式校验块。实际存储中，我们将10个原始数据块标记为c1，c2，...，c10，将7个冗余块标记为c1’，c2’，...，c7’，存放在7个不同的节点。当1个数据块丢失时，只需要1个额外的冗余块和4个数据块即可修复失效数据，与传统纠删码相比，修复带宽降低了大概一半。
从图7可以看出LRC技术以额外的14%存储开销为代价，降低RS码的修复带宽。但其编码方式仍是RS码，因此编码效率没有提高。另外，LRC编码不满足MDS特性，系统还需要增加额外信息标示二次编码数据。当修复一个节点故障时，LRC具有很好的修复局部性，但修复两个或两个以上的节点故障时就需要连接k个节点，修复带宽与纠删码相同，仍是失效数据的k倍。随着存储系统规模变得越来越大，出现两个或者多个故障的几率也随之增大。
除此之外，针对大数据存储系统中的容错修复问题，我们不断对存储编码的构造方式进行改进[27-28]，以获得更低的冗余开销和更高效的修复性能。
5 结束语
介绍了大数据环境下的可靠存储技术，并针对分布式存储系统，介绍多种容错策略及相关技术。基于复制的容错技术冗余度大，性能提升艰难，很多研究者将目光聚集于基于纠删码的容错技术。而再生码和局部可修复码通过适量增加存储开销，有效降低了纠删码的修复带宽。
这些容错策略在容错能力、计算效率、存储利用率等方面都存在不同程度的缺陷，如何平衡这些影响系统可靠性的因素，设计出容错能力、计算效率及存储利用率更高的容错策略，仍是未来很长一段时间内值得不断深入研究的问题。
关键词：微课；基础会计；教学改革；设计；运用
“基础会计”课程是五年制高职会计专业基础课程，知识点包含了会计的基本理论、基本方法和基本技能，是高职会计专业学生学习的“垫脚石”，能为学生后续课程的学习打下坚实的基础。随着信息技术的完善，在高职学校教学过程中也引入了“微课”技术。本文主要研究微课在高职“基础会计”课程中的运用与设计。
一、基础会计课程运用微课的必要性分析
1.五年制高职学生状况分析从初中到高职学校生活学习，这个跨度使得基础知识不牢固、学习能力较弱的学生感到些许不适应。微课将现代教学手段与网络技术相结合，具有短小、精悍、生动、有趣等特点，符合高职学生的学情。微课可以有效帮助学生突破教学重点，化解教学难点，是课堂的延伸与补充，突破了课堂时间、空间的限制。2.基础会计课程分析近年来，为了提高“基础会计”课程教学效果，对苏州大学出版社出版的《基础会计》进行了一些改革：一是教材中引入了更多的案例，二是利用会计软件实训平台等现代化教学操作工具，三是对学生的学习成果进行相应的考查。本文以问卷调查的形式对南京财经高等职业技术学校财经类16级学生为调查对象，统计数据显示：有2.85%的学生对基础会计重难点知识完全掌握，23.65%对基础会计重难点基本掌握，有40.36%的学生对基础会计重难点不够理解。统计调查显示，完全掌握和基本掌握的学生人数仅有26.5%，几乎有一半的学生对“基础会计”的重难点不够理解，基本不懂和完全不理解的学生有30.15%。通过对一部分学生进行交谈，了解到多数学生认为“基础会计”教学改革虽然使他们的学习积极性有一定的提高，但也不排除以下问题的存在：一方面，“基础会计”存在一些难以记忆与理解的专业术语。比如，会计六大要素的概念、会计科目的记忆、会计恒等式的利用、税的计算与缴纳，都是抽象的概念与内容。课堂上教师讲清楚了，学生听进去了，但是不代表学生可以灵活运用。遗忘曲线表明，没有经过反复的复习，学生往往学后忘前，难以达到融会贯通的效果。另一方面，课后复习时遇到的问题不能及时得到解决。一堂课的时间难以让学生做到对知识点的融会贯通，如果不能及时复习和回忆，知识点很快就会被遗忘。统计调查显示，大部分课后复习做得不到位的学生是由于课堂没有对知识点做到基本理解的程度。
二、基础会计微课设计过程
1.课程内容的选取一堂出彩的、优秀的“微课”选题非常关键。“微课”的选题以教学内容的重、难点为宜，过于简单或过于复杂的教学内容都不适合作为“微课”的主题。例如，“错账更正法”是“基础会计”课程中的一个重难点，它能改正账簿登记时出现的错误，保证账簿的正确性。教师可以从该知识点出发，进行微课设计，原因在于错账更正法是“基础会计”课程的一个重点，也是难点，学生学习起来有难度，容易遗忘。所以，“微课”选择其为主题就比较合适。2.基础会计微课的设计与制作（1）切入主题迅速。微课时间较短，在十分钟左右，因此教师要迅速切入教学主题，运用一些能快速抓住学生兴趣所在的方法。如“错账更正法”的微课设计中，教师可采用展示错误账簿的方法作为导入，向学生展示企业错误的账页，将三种不同的错误账簿登记巧妙地设计在同一张账簿图上。一是账页图直观简单；二是通账页的展示，使理论与实际相结合；三是利用最短的时间，让学生迅速知晓“微课”所要解决的问题，目的明确。（2）精心设计。“微课”包含一个完整的教学过程，条理清晰、主题突出，是“微课”设计的主要要求。“微课”是一个精简的视频短片，因此尽量要突出该课程的特色。（3）教师语言要精练。说普通话、语言简洁、仪态大方，是教师的基本素质。在“微课”教学设计中，教师需提前准备课上讲稿，这样微课录制过程会比较流畅。3.微课的制作拍摄方法制作与摄制方法需根据“微课”的主题而定，可根据学校的软硬件配备情况及教师技术掌握和容易上手的要求，采用摄像机拍摄法、录屏软件+PPT制作法等。同时，根据一线教师和学校实际情况及“微课”的选题，宜采用适当的拍摄方法。
三、基础会计中微课的运用
利用“微课”进行辅助的环节有：课前预习、课堂知识讲授、课后复习、课外延伸。本文以“错账更正法”为例，讲述“微课”在课堂教学中的运用。1.导入微课，引发兴趣学生在学习错账更正法之前，已掌握了账簿登记的技能，但如何掌握画线更正法、红字更正法、补充登记法，仅靠教师讲述他们很难有兴趣继续听下去，若在课程中穿插“微课”，则可以将复杂问题简单化。在复习总账与明细账登记方法的基础上，教师可让学生思考账簿中出现的错误如何改正之后，引出更正方法，什么是画线更正，如何进行处理等。在好奇心的驱动下，学生的注意力会高度集中，很快就掌握更正方法。2.化解重点，突破难点学生观看微课视频后，在提高他们兴趣的同时，教师可让他们分小组讨论老师所给的问题，一是红字更正及补充登记的含义，二是两种更正方法的使用条件。同时，教师在课堂上采用小组讨论法，对学生回答情况采用结合微课进行点评。3.案例分析，实际演练学生理解掌握了错账更正的三种方法，紧接着进入实训练习部分。教师可给出一家公司一个月的经济业务，要求各小组根据案例资料指出账簿中存在的错误并更正。各小组成员要岗位明确，每人负责一个星期的业务量，小组讨论，完成错账更正。4.展示成果、拓展训练各小组完成账簿更正后，教师可先让各小组选派出代表，讲述账簿中存在的错误并说明更正方法及过程。接着教师引导学生深入分析，如何检验账簿登记是否规范、完整、正确，从而得出需要对账与结账的结论，继而为下节课做好准备。最后教师对各小组任务完成过程进行评价，并对完成任务最佳的小组给予表扬，给小组成员进行加分。为了巩固三种错账更正法，教师还应要求学生完成与“基础会计”课程配套的练习册中的相关习题并按时上交，同时完成会计软件操作中关于错账更正的实务操作。
四、结束语
“微课”以学生为主体，教师是课程的引导者，这与新课程改革的理念相符合，能把教师的基本素养与教学技巧展现出来。同时，微课是一种教师与学生进行互动的教学模式，只有以学生的实际需求为出发点利用好微课，才能有高质量的教学效果。在当今的信息化时代和新课程改革的大环境之下，信息化教学设计、资源整合、教学模式转变是当代教师基本技能。因此，教师应深入研究微课的设计及其与课堂教学的结合，联系本专业知识进行突破，努力促使本专业知识与“微课”的融合，为学生学习质量的提高贡献力量，为国家培养德才兼备的优秀人才。
参考文献：
[1]Shieh,David.Theselecturesaregonein60seconds[J].ChronicleofHigherEducation,2009(26).
[2]胡铁生,周晓清.高校微课建设的现状分析与发展与对策研究[J].现代教育技术,2014(02).
[3]李娇娇,汤才梅,陈倩.微课程的设计与制作及其发展趋势[J].资源建设,2014(03).
关键词：防错技术；汽车制造；错装；漏装；应用
1.引言
随着社会的迅猛发展，汽车制造业的生产也变得越来越复杂，尤其是近几年来，汽车的低端化、多样化的发展，是汽车制造业开始出现小批量、多品种、换代快的柔性化生产，各个类型的汽车零部件配置差异也越来越明显，所以在汽车的生产和装配时需要频繁的切换，从而导致车间的重复性操作出现大量的错装、漏装以及混装等质量问题，给企业造成了很大的损失。
防错技术在汽车制造中的应用目的不是为了找出错误，二是为了降低错误出现的可能性，即企业通过相应的管理措施和技术对可能出现的错误进行预防，以减少事后修改的风险和重大的经济损失。本文从汽车零部件的设计防错和工装防错两个方面对防错技术在汽车制造中的具体应用进行详细的论述。
2.防错技术在汽车制造中的应用
2.1零部件设计防错技术的在汽车中应用
在汽车的零部件设计过程中，要考虑到汽车的对称零件以及高相似度的零件防错问题，针对容易安装出错的零部件采取一定的方法进行防错。根据实际生产调研可知，最常出现错误的零部件有两种：一是左右相似的零件。此类零件左右对称，相似度极高，在物流配送、搬运、装配、焊接等过程中都有可能发生混淆，从而造成左右安装颠倒的情况。对于这类零件常用的防错设计有三种：①在零件上刻上明显的L/R的标识，是使工作人员在搬运、使用此零件时很容易的辨认出零件；②将零件设计更改的不对称，如改变定位孔的位置，这样使左件无法安装到右件的位置，右件无法安装在左件的位置，从而使零件安装不会出现错误，但不能因更改设计降低产品质量或较大的增加成本；③将零件设计成左右完全一样，可以互相使用，不区分左右件的样式，这样既不担心安装出错，还能有效降低成本；二是自对称零部件。汽车的这种零部件很多，如地板横梁、加强板等，它们的主要特点是左右或前后接近对称，局部有一些区别，但不太明显，旋转半圈或正反面颠倒后于设计形态相似，员工很难区分正确的安装方法，导致错装的概率很高，这种零件的防错方式通常有两种：①将零件的安装定位孔设置成不对称结构这样员工将零件旋转后无法安装，安装孔设置成沉头孔，便于区分正反面；②将零件的定位孔设置成直径大小不同的孔，使安装人员安装错误后无法装入。
在汽车零件的设计过程中要遵循以下的防错设计原则：①优先考虑零部件的功能、性能，不能因为防错而降低零部件的性能；②加工成型容易，在进行防错设计时要考虑到加工成本的问题，不能因为防错增加工艺实现难度；③实现较简单，如果有些零部件的防错方案有很多个，要优先选择加工最简单、成本最低的设计方案。
2.2工装防错技术在汽车中的应用
在汽车零部件的防错设计中，有些零部件无法在设计时进行防错或者防错成本太高，就需要通过后期的工装防错装置进行防错。在实际的生产中常用的防错工装有机械式、电子感应式、气动式等。下面对这些工装进行具体论述：①机械式防错工装。在汽车焊接生产线上常见的焊接工装上增加挡块和销轴，对零件的错装或钣金件漏冲孔等缺陷进行检测，以防止零部件出现漏冲孔、小零件的左右错装等，这种防错措施实现容易，对保养要求低；②电子感应式防错工装。在待检测部位安全传感器，当零件靠近传感器时，传感器感应到零件，控制系统得到信号才能将工装夹具闭合，如果零件在上一工序中漏装，传感器检测不到零件，工装夹具无法闭合，系统就会报警，这种检测方式精度较高，检测准确，但对安装和使用环境要求较高，保养也较繁琐，只能在紧要位置使用；③气动防错工装。在实际生产中，通过控制工装气动回路的通/断进行零件的防错，当零件正确安装时，行程开关打开，工装的单向阀打开，气路通畅，气缸控制夹具闭合夹紧，如果零件漏装，行程开关无法打开，与之相连的单向阀处于闭合状态，气缸不畅通，无法控制工件夹具夹紧，从而达到防错的目的。
在设计工装防错时，要注意以下两个原则：①操作简单。防错装置要尽可能的实现机械化、程序化，便于工人操作，即使是新进工人也应该通过简单学习就可以准确操作；②安全可靠。防错装置操作时要达到防错效果，同时不能对操作者产生危险。
3.结论
防错技术是一种通过系统方法对可能出现的错误进行预防的技术，目前在汽车制造中已经有了较大规模的使用，包括自动化操作、工艺整合、电磁感应、限位控制等。防错技术不仅在生产上使用，还在设计阶段使用，为提高汽车生产的效率和质量提供了有效的支撑。
参考文献：
[1]王军，王日梅，张雷.焊接生产线防错技术的应用[J]汽车工程师，2010，（5）：57-59.
关键词：机电一体化仿真容错纠错
一、引言
现代机电产品正朝着集成化、自动化、智能化的方向发展，有的机电产品对人的依赖性越来越小，发生故障根本不可能由人去维修，有的机电产品形成大系统，一旦发生故障可能导致重大事故，并造成巨大经济损失。例如：美国发射的“勇气”号火星车和“机遇”号火星车，在太空飞行半年之久，一旦有了故障靠人去诊断和维修是根本不可能的；2008年8月巴西一枚VLS-3型卫星运载火箭，在接受最后检测时突然爆炸，导致现场21人被炸死，另有20多人身受重伤。
这些集成化、自动化、智能化的机电系统发生故障的随机性很强，往往难以预料，但工程实践表明除了少数突发故障以外，大多数故障是一个渐进的过程。如果早期发现，及时采取恰当的措施是完全可以防止的，机电产品容错纠错设计与仿真技术研究以及容错技术的应用正是顺应了这种需求。
容错技术为提高系统的可靠性开辟了一条新的途径。虽然人们无法保证所设计的系统各个构成环节的绝对可靠，但若把容错的概念引入到机电产品，可以使各个故障因素对产品性能的影响被显著削弱，这就意味着间接地提高了产品的可靠性。研究和应用容错技术，对于保障机电系统运行的连续性和安全性，减少安全事故，提高现代机电产品的经济效益和社会效益，具有非常重要的意义。
二、仿生硬件容错研究现状
随着电路系统功能的复杂化，传统的硬件容错技术越来越不能满足日益庞大的电路系统要求。为了提高系统可靠性，人们提出了动态地对故障进行自检测、自修复的要求，并努力寻找新的容错设计方法。早在20世纪50年代末，计算机之父冯•诺依曼就提出了研制具有自繁殖与自修复能力通用机器的伟大构想。
研究人员从自然界得到灵感，将自然计算(如进化计算，胚胎理论等)引入到硬件设计中从而形成仿生硬件(Bio-inspiredHardware，BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦工学院于1992年提出的，虽然历史不长，但其发展非常迅速，现在已经成为国际上的研究热点之一。仿生硬件早期也称为进化硬件(EvolvableHardware，EHW)。A.Thompson等人较早提出了EHW应用于容错方面的想法。仿生硬件是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路，它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性。采用仿生硬件实现的容错，不需要显式冗余，而是利用进化本身固有容错的特性，这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的。
三、仿生硬件的容错技术新思路
基于仿生硬件的容错研究，对建立借鉴生物进化机制的硬件容错新理论、新模型和新方法，提高硬件系统的可靠性，具有至关重要的意义。
(一)胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理
仿生硬件可以分为进化型和胚胎型，其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统，是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件。
胚胎型仿生硬件的容错体系结构，主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成。开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合，控制线轨内各线段的使用。胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、直接连线、可编程连线、控制模块等。存储器用于保存配置数据位串，并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果，从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置。坐标发生器根据每个细胞最近两侧(左侧和下侧)邻居细胞的坐标为其分配坐标。I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号。功能单元用于实现一个n输入的布尔函数，用于实现所需的细胞功能。直接连线负责功能单元之间的相互通信。可编程连线传递控制信号控制开关阵。控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换。
(二)胚胎型仿生硬件实现容错的策略
为了实现对故障细胞的容错，常用的容错策略有两种：行(列)取消和细胞取消策略，通过记录有错的单元位置，重新布线，用其他备用的单元来代替。
但是对于连线资源故障，这些策略并未给出相应的对策。在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上，本文提出一种针对线轨故障的容错策略。
1.行(列)取消策略。在行(列)取消中，若一个细胞出错，则它所在行(列)的所有细胞都将被取消，而该行(列)细胞的功能将被其上一行(右一列)的细胞所代替，即当一个细胞出错时，细胞所在行(列)上移(右移)到一个备用行(备用列)来代替它当前的工作。
2.细胞取消策略。在细胞取消中，用备用细胞代替故障细胞分两个阶段。当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时，整行被取消，行细胞上移，用备用行取代出错行的功能。
(三)胚胎型仿生硬件实现容错的流程
胚胎型仿生硬件容错的流程为：
(1)根据设计需求选择器件，确定硬件设计方案；
(2)以电路结构及有关参数等作为染色体进行编码，按照进化算法的进化模式对系统进行进化操作；
(3)一般以电路的功能与预期结果的符合程度作为个体的适应度。根据给定的输入条件或测试集，通过基于电路模型的仿真测试或实测计算群体中的每个个体的适应度；
(四)胚胎型仿生硬件内部错误检测机制
错误检测是胚胎型仿生硬件实现容错的前提，本文在此着重研究针对细胞故障的错误检测机制。
基于细胞功能单元的三模冗余与多数表决器电路实现是硬件容错常用的冗余容错策略。
多数表决器判断输出多数细胞模块的信号，但并不能判断出具体哪个细胞出现了错误，也就没法启动对出错细胞的重启动或重构来修复该细胞。为了能检测出错细胞的具置，从而修复该细胞，进一步提高三模冗余的可靠性，需要设计相应的差错检测器。
参考文献：
[1]高金吉，装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学，2009(5).
关键词:机电一体化仿真容错纠错
一、引言
现代机电产品正朝着集成化、自动化、智能化的方向发展,有的机电产品对人的依赖性越来越小,发生故障根本不可能由人去维修,有的机电产品形成大系统,一旦发生故障可能导致重大事故,并造成巨大经济损失。例如:美国发射的“勇气”号火星车和“机遇”号火星车,在太空飞行半年之久,一旦有了故障靠人去诊断和维修是根本不可能的;2008年8月巴西一枚VLS-3型卫星运载火箭,在接受最后检测时突然爆炸,导致现场21人被炸死,另有20多人身受重伤。
这些集成化、自动化、智能化的机电系统发生故障的随机性很强,往往难以预料,但工程实践表明除了少数突发故障以外,大多数故障是一个渐进的过程。如果早期发现,及时采取恰当的措施是完全可以防止的,机电产品容错纠错设计与仿真技术研究以及容错技术的应用正是顺应了这种需求。
容错技术为提高系统的可靠性开辟了一条新的途径。虽然人们无法保证所设计的系统各个构成环节的绝对可靠,但若把容错的概念引入到机电产品,可以使各个故障因素对产品性能的影响被显著削弱,这就意味着间接地提高了产品的可靠性。研究和应用容错技术,对于保障机电系统运行的连续性和安全性,减少安全事故,提高现代机电产品的经济效益和社会效益,具有非常重要的意义。
二、仿生硬件容错研究现状
随着电路系统功能的复杂化,传统的硬件容错技术越来越不能满足日益庞大的电路系统要求。为了提高系统可靠性,人们提出了动态地对故障进行自检测、自修复的要求,并努力寻找新的容错设计方法。早在20世纪50年代末,计算机之父冯•诺依曼就提出了研制具有自繁殖与自修复能力通用机器的伟大构想。
研究人员从自然界得到灵感,将自然计算(如进化计算,胚胎理论等)引入到硬件设计中从而形成仿生硬件(Bio-inspired Hardware,BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦工学院于1992年提出的,虽然历史不长,但其发展非常迅速,现在已经成为国际上的研究热点之一。仿生硬件早期也称为进化硬件(Evolvable Hardware,EHW)。A.Thompson等人较早提出了EHW应用于容错方面的想法。仿生硬件是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路,它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性。采用仿生硬件实现的容错,不需要显式冗余,而是利用进化本身固有容错的特性,这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的。
三、仿生硬件的容错技术新思路
基于仿生硬件的容错研究,对建立借鉴生物进化机制的硬件容错新理论、新模型和新方法,提高硬件系统的可靠性,具有至关重要的意义。
(一)胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理
仿生硬件可以分为进化型和胚胎型,其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统,是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件。
胚胎型仿生硬件的容错体系结构,主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成。开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合,控制线轨内各线段的使用。胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、直接连线、可编程连线、控制模块等。存储器用于保存配置数据位串,并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果,从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置。坐标发生器根据每个细胞最近两侧(左侧和下侧)邻居细胞的坐标为其分配坐标。I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号。功能单元用于实现一个n输入的布尔函数,用于实现所需的细胞功能。直接连线负责功能单元之间的相互通信。可编程连线传递控制信号控制开关阵。控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换。
(二)胚胎型仿生硬件实现容错的策略
为了实现对故障细胞的容错,常用的容错策略有两种:行(列)取消和细胞取消策略,通过记录有错的单元位置,重新布线,用其他备用的单元来代替。
但是对于连线资源故障,这些策略并未给出相应的对策。在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上,本文提出一种针对线轨故障的容错策略。
1. 行(列)取消策略。在行(列)取消中,若一个细胞出错,则它所在行(列)的所有细胞都将被取消,而该行(列)细胞的功能将被其上一行(右一列)的细胞所代替,即当一个细胞出错时,细胞所在行(列)上移(右移)到一个备用行(备用列)来代替它当前的工作。
2. 细胞取消策略。在细胞取消中,用备用细胞代替故障细胞分两个阶段。当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时,整行被取消,行细胞上移,用备用行取代出错行的功能。
(三)胚胎型仿生硬件实现容错的流程
胚胎型仿生硬件容错的流程为:
(1)根据设计需求选择器件,确定硬件设计方案;
(2)以电路结构及有关参数等作为染色体进行编码,按照进化算法的进化模式对系统进行进化操作;
(3)一般以电路的功能与预期结果的符合程度作为个体的适应度。根据给定的输入条件或测试集,通过基于电路模型的仿真测试或实测计算群体中的每个个体的适应度;
(四)胚胎型仿生硬件内部错误检测机制
错误检测是胚胎型仿生硬件实现容错的前提,本文在此着重研究针对细胞故障的错误检测机制。
基于细胞功能单元的三模冗余与多数表决器电路实现是硬件容错常用的冗余容错策略。
多数表决器判断输出多数细胞模块的信号,但并不能判断出具体哪个细胞出现了错误,也就没法启动对出错细胞的重启动或重构来修复该细胞。为了能检测出错细胞的具体位置,从而修复该细胞,进一步提高三模冗余的可靠性,需要设计相应的差错检测器。
参考文献:
[1]高金吉,装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学,2009(5).
关键词:机电一体化仿真容错
一、引言
现代机电产品正朝着集成化、自动化、智能化的方向发展，有的机电产品对人的依赖性越来越小，发生故障根本不可能由人去维修，有的机电产品形成大系统，一旦发生故障可能导致重大事故，并造成巨大经济损失。例如:美国发射的“勇气”号火星车和“机遇”号火星车，在太空飞行半年之久，一旦有了故障靠人去诊断和维修是根本不可能的;2008年8月巴西一枚VLS-3型卫星运载火箭，在接受最后检测时突然爆炸，导致现场21人被炸死，另有20多人身受重伤。
这些集成化、自动化、智能化的机电系统发生故障的随机性很强，往往难以预料，但工程实践表明除了少数突发故障以外，大多数故障是一个渐进的过程。如果早期发现，及时采取恰当的措施是完全可以防止的，机电产品容错设计与仿真技术研究以及容错技术的应用正是顺应了这种需求。
容错技术为提高系统的可靠性开辟了一条新的途径。虽然人们无法保证所设计的系统各个构成环节的绝对可靠，但若把容错的概念引入到机电产品，可以使各个故障因素对产品性能的影响被显着削弱，这就意味着间接地提高了产品的可靠性。研究和应用容错技术，对于保障机电系统运行的连续性和安全性，减少安全事故，提高现代机电产品的经济效益和社会效益，具有非常重要的意义。
二、仿生硬件容错研究现状
随着电路系统功能的复杂化，传统的硬件容错技术越来越不能满足日益庞大的电路系统要求。为了提高系统可靠性，人们提出了动态地对故障进行自检测、自修复的要求，并努力寻找新的容错设计方法。早在20世纪50年代末，计算机之父冯诺依曼就提出了研制具有自繁殖与自修复能力通用机器的伟大构想。
研究人员从自然界得到灵感，将自然计算(如进化计算，胚胎理论等)引入到硬件设计中从而形成仿生硬件(Bio-inspired Hardware，BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦工学院于1992年提出的，虽然历史不长，但其发展非常迅速，现在已经成为国际上的研究热点之一。仿生硬件早期也称为进化硬件(Evolvable Hardware，EHW)。A.Thompson等人较早提出了EHW应用于容错方面的想法。仿生硬件是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路，它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性。采用仿生硬件实现的容错，不需要显式冗余，而是利用进化本身固有容错的特性，这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的。
三、仿生硬件的容错技术新思路
基于仿生硬件的容错研究，对建立借鉴生物进化机制的硬件容错新理论、新模型和新方法，提高硬件系统的可靠性，具有至关重要的意义。
(一)胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理
仿生硬件可以分为进化型和胚胎型，其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统，是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件。
胚胎型仿生硬件的容错体系结构，主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成。开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合，控制线轨内各线段的使用。胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、直接连线、可编程连线、控制模块等。存储器用于保存配置数据位串，并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果，从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置。坐标发生器根据每个细胞最近两侧(左侧和下侧)邻居细胞的坐标为其分配坐标。I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号。功能单元用于实现一个n输入的布尔函数，用于实现所需的细胞功能。直接连线负责功能单元之间的相互通信。可编程连线传递控制信号控制开关阵。控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换。
(二)胚胎型仿生硬件实现容错的策略
为了实现对故障细胞的容错，常用的容错策略有两种:行(列)取消和细胞取消策略，通过记录有错的单元位置，重新布线，用其他备用的单元来代替。
但是对于连线资源故障，这些策略并未给出相应的对策。在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上，本文提出一种针对线轨故障的容错策略。
1. 行(列)取消策略。在行(列)取消中，若一个细胞出错，则它所在行(列)的所有细胞都将被取消，而该行(列)细胞的功能将被其上一行(右一列)的细胞所代替，即当一个细胞出错时，细胞所在行(列)上移(右移)到一个备用行(备用列)来代替它当前的工作。
2. 细胞取消策略。在细胞取消中，用备用细胞代替故障细胞分两个阶段。当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时，整行被取消，行细胞上移，用备用行取代出错行的功能。
(三)胚胎型仿生硬件实现容错的流程
胚胎型仿生硬件容错的流程为:
(1)根据设计需求选择器件，确定硬件设计方案;
(2)以电路结构及有关参数等作为染色体进行编码，按照进化算法的进化模式对系统进行进化操作;
(3)一般以电路的功能与预期结果的符合程度作为个体的适应度。根据给定的输入条件或测试集，通过基于电路模型的仿真测试或实测计算群体中的每个个体的适应度;
(四)胚胎型仿生硬件内部错误检测机制
错误检测是胚胎型仿生硬件实现容错的前提，本文在此着重研究针对细胞故障的错误检测机制。
基于细胞功能单元的三模冗余与多数表决器电路实现是硬件容错常用的冗余容错策略。
多数表决器判断输出多数细胞模块的信号，但并不能判断出具体哪个细胞出现了错误，也就没法启动对出错细胞的重启动或重构来修复该细胞。为了能检测出错细胞的具体位置，从而修复该细胞，进一步提高三模冗余的可靠性，需要设计相应的差错检测器。
参考文献
[1]高金吉，装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学，2009(5).
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