计算机硬件虚拟实验室的设计与研究 王 研 （长春金融高等专科学校信息技术学院，吉林长春摘１３００２８） 要：计算机硬件虚拟实验室对开放式网络实验教学有着积极的促进作用，因此，计算机硬件虚拟实验室的设计显得更为重要。就 目前的情况来看，各教育机构都缺乏相应的硬件虚拟实验室，因此无法满足网络教学的需求。在进行计算机硬件虚拟平台的设计中， 要综合计算机硬件的特点，通过抽象元器件数据模型，从而建立起一个虚拟的元器件数据库。然后再采用Ａｃｔｉｖｅ控件技术，从而实 现虚拟实验室的建设。 关键词：计算机硬件；虚拟实验室；设计中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１６６２１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００１—０５９９．２０１７．１２Ｄ．７９ ０引言 可以随时进行操作。利用计算机硬件虚拟实验室可以准确的设 备的特征和过程，帮助学生更好的进行理论学习。而且通过这个 虚拟实验室教学，可以帮助学生近距离开叉对象，并且可以将其 计算机硬件虚拟实验系统包括设备数据库、虚拟平台和仿 真运行等３个部分。采用与平台和软件无关的组件技术，来封 装元器件股备，建立虚拟的元器件数据库。众所周知，随着技 术的不断发展，新的虚拟元件器也在增多，而这种封装技术， 叮以为数据库的不断更新提供相应的技术支持。虚拟实验室 系统的运行，就是以虚拟实验室作为其平台基础，动态引入存 进行拆分，观察其内部信息，提高学生观察分析和解决问题的能 力，并拓宽相应的知识面。 ２虚拟实验室的研究方向 目前，我国计算机硬件虚拟实验室的研究方向，主要在３个 储在虚拟数据库中的虚拟设备，并采用多线程技术来提高执 行效率。最重要的是，它可以通过引入不同的芯片来实现同一 方面，一是仿真，所谓仿真，就是在计算机系统中采用虚拟环境 的设计方式来构造虚拟实验室。学习者利用这个虚拟的实验平 实验平台的不同虚拟实验。在运行的过程中，使用连线的方式 用来进行信号的传递。虚拟实验室的设计中，为了解决现有虚 拟实验系统连线复杂的问题，在其中使用双面布线的方式，有 效的提高其交互性、易扩充，降低后期维护费用，有效的缩短 了开发周期。 １虚拟实验室概述 台进行学习，可以全面了解计算机的元器件股备的构造、特征 等，有身临其境之感，其教学成果跟真实的学习环境如出一辙。 在计算机硬件虚拟实验室平台中，采用与真实电路芯片相似外 观的元器件及设备，这样既可以让学生进一步了解计算机的硬 件结构，并且可以任意的操作，减少实验难度和设备损坏；二是 互动，虚拟实验室实际上就是一个创造和引分模拟实验的交互 环境。因此它具备较高的互动性，学生通过对虚拟对象的操作， 进行学习研究，它还可以及时的更新，加入新的实验设备和工 具，对实验室进行扩充。计算机硬件虚拟实验室决绝了以往实验 近年来，随着信息技术的快速发展，计算机网络的普及应 用，社会各界都面临改革与创新，计算机硬件虚拟实验室就是这 个背景下的创新产物。它有效地促进了教育模式的改革，推动了 科技的进步。尤其是对于理工学科来说，需要较强的实践操作能 力，因此，实验教学是教学效率提升的关键。学生只有通过大量 的实践，才能真正学好专业知识，提高其综合素养。在此基础上， 一室系统存在的诸多问题，对其交互性、扩充性和软件重用性都进 行了完善；三是适应性，虚拟实验室具备较高的适应性，只要具 备基本的计算机硬件设备，就可以进行虚拟实验操作，因此虚拟 个设备良好、管理先进的实验室是必不可少的，是学生快速学 习专业技能的重要组成部分。虚拟实验室运行人们通过网络设 实验室必须要网络技术相结合，这样才能保证使用者可以随时 随地的通过网络浏览器进行实验操作。另外系统还对系统连线 的算法进行了优化，从而改善网络布线，进一步优化了虚拟实验 修，２０１５（３）：２７—２８． ［２］李世领．影响柴油机燃烧过程的几个因素［Ｊ］＿农机使用与维修， ２０１４（１Ｏ）：４８． 备进行访问，从而使得学生不受地点、时问等外界因素的影响， ３结语 综上所所，经过上文的研究发现，影响柴油机燃烧的因素较 多，如：气缸热状态、柴油机负载、柴油机转速、燃料的性质、供油 正时、换气质量、燃油雾化质量、柴油机的温度和压缩比，针对各 个因素，要根据影响机制采取有效的措施，降低其对柴油机燃烧 的影响，提高燃烧的安全性和经济性。 参考文献 １］李宁，胡丰收．影响柴油机燃烧过程的因素研究［Ｊ］．农机使用与维 ［３］张书明．浅析影响柴油机燃烧的主要因素［Ｊ］科技资讯，２０１３（１）：８５． ［４］王威，张云飞，关立哲．柴油机燃烧过程的影响因素分析［ＪＪ＿内燃 机与配件，２０１２（６）：１—３． ［编辑凌瑞］ 四设备管理与维信２０１７№１２（下） 薹 鍪立鍪 望 重 童 一 环境。 ４．１虚拟计算机硬件实验环境的实现 虚拟元器件之间需要不同引脚的相互连接，连线就是信号 传递的媒介，主要是为元器件进行搭建“桥梁”。连线是由外观和 内部属性共同组成的实体，以ＡｉｃｔｖｅＸ控件形式存在。虚拟 元器件的连线方式也各不相同，一般分为：一对一；一对多；多对 多三种类型。其次，就是虚拟实验过程中的信号控制。在虚拟实 ３计算机硬件虚拟实验室总体设计 计算机硬件虚拟实验室由虚拟元器件股备数据库、虚拟实 验平台和虚拟实验仿真运行等３部分构成。 ３．１计算机硬件虚拟实验室系统结构 计算机硬件虚拟实验室主要是提供计算机硬件运行时所 需的虚拟环境。计算机硬件虚拟实验室主要由虚拟元件，设备 验过程中，计算机的数据处理与元器件的触发控制之间需要信 库、实验平台和仿真模块组成。实验平台和仿真模块是用户的 访问数据库。虚拟计算机硬件系统实验的本质就是通过虚拟 实验平台进行编译、设计和存储之后，然后由仿真模块完成运 号。信号作为虚拟机数据、控制信息用来控制其他虚拟元器件的 动作。信号的表现形式，也非常的简单，一般就是ｌ，０，主要是用 来表示元器件间的电路逻辑关系，虚拟连线就是承载信号的介 行和信号检测等操作。计算机硬件虚拟实验室存在多个数据 库，虚拟元器件，设备／实验室单元库。其中虚拟元器件库提供 实验所需要的元器件，如ＣＰＵ、芯片、集成电路等，而且在实际 的实验操作中，不其供应量，可以无限取用。虚拟设备数 据库提供相应的虚拟设备，比如电源、信号发生器、逻辑探测 棒、电路连接与显示、数字示波器等。虚拟实验单元库的主要作 用是保存己经定制的常用实验，学生可以按照自己的实际需要 来对其进行修改、运行。 计算机硬件虚拟实验系统的框架是采用的是Ｃ／Ｓ结构，因 为它相比于Ｂ／Ｓ来说，具备更高的安全性，交互方式丰富多样， 而且还具备计算功能，可以提高系统的工作效率。然而Ｂ／Ｓ模式 是Ｃ／Ｓ的一个扩展，具备更高的通用性，可以很好的降低软件使 用成本。因此在进行系统的开发前期，有多种开发环境可供选 择，这给系统的实现与后期的维护都提供了便利的条件，使得系 统更加灵活、方便。在进行计算机硬件实验系统的开发中，我们 使用ｗｉｎｄｏｗｓ作为基本的开发平台，客户端和服务器，都使用 Ｗｉｎｄｏｗｓ、数据库采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ，控件开发采用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｅ６．０。 ３．２计算机硬件虚拟实验室的系统功能 计算机硬件虚拟实验室的主要作用是让学生通过网络进入 实验室，按照教学大纲的内容进行实验操作。因此，系统应具备 其基本功能，包括：①一体化系统，即将设计、仿真和错错和为一 体，具备良好的人机接口，帮助学生完成一些电路设计。另外在 系统中，还提供典型的实验案例、并配置虚拟探测棒／数字示波 器等，而后具备存储设备，方便学生进行连贯操作；②自动捕获， 在进行编辑的时候，设置鼠标捕获功能，帮助学生顺利完成接线 工作；③复原与清除功能，其中复原功能可以帮助学生在实验失 误时返回到前一个状态，清除功能可以删除某些多余组件；④自 动电路侦错，可以及时的检测人为疏忽而造成的错误，当电路编 辑完毕，进行仿真测试时，系统会对完成的电路进行检查；⑤可 同时跟踪监督多个频道数字示波器。数字示波器是实验过程中 必不可少的一部分，它的主要作用是用来观察数字信号的变化。 然而，计算机虚拟实验是设计，可以同时跟踪监督２个频道的数 字示波器，及时了解信号之间的互动。更重要的是，这里的数字 示波器还具备记忆功能，方便用户后期查看记录。 ４虚拟计算机硬件实验室的构建 计算机硬件虚拟实验室由３部分构成，虚拟实验平台为其 提供交互和操作场地，而仿真模块可以充分实现虚拟实验的仿 真操作。 质。然后就是界面的设计，计算机硬件虚拟实验平台实际上就是 元器件的操作环境。主要功能有２个，一是虚拟硬件电路的设 计，二是仿真运行操作。２个实验，需要不同的界面环境，而且需 要切换。因此虚拟实验平台应具备完善的工具栏，包括常用的工 具栏，层次设置和虚拟元件操作等，并且具备完整的连线、编译 测试等。另外可以根据系统的功能需求，对对于不同的实验，使 用不同的设备类型。为了方便对其管理控制，虚拟实验平台要采 用虚拟元件无限量承载来进行统一的管理。 ４．２虚拟实验室的并行处理技术 计算机硬件虚拟实验室中使用并行处理技术，可以有效的 提高系统的交互性和运行效率。作为虚拟计算机硬件实验的实 验平台，将虚拟ＣＰＵ芯片与电路芯片组成完整的实验系统，并 仿真运行。虚拟实验平台将运行模块、信号检测、图形化编码和 信号输出模块进行切割，他们之间相互而又相互联系。在此 期间引入多想城机制，可以满足系统的并行性，解决各个模块之 间的抢占性操作问题。另外实验平台采用多线程系统结构，众所 周知，系统可以使用多个线程来完成不同的操作，为了保障线程 间的通信及时有效，线程要使用相同的地址空间。线程之间存在 不同的优先级，而操作系统将优先级作为线程调度的依据。然而 实验平台的４个模块占用地址空间的时间都不相同，因此采用 缓冲机制，设置相应的缓冲区来暂存模块处理后的数据，以此来 保障共享数据的一致性和有效性。 ５总结 随着科技的快速发展，互联网技术的深入使用，计算机教学 成为当前社会各界关注的重要问题。计算机实验教学的科学有 效关系着实验教学的发展方向，因此高交互性、高实践性的培养 使得计算机硬件虚拟实验室显得尤为重要。因为它可以有效提 高计算机实验教学成果，为进一步开发虚拟实验系统提供相应 的平台支持。 参考文献 ［１］朱晓华，冯玉田，章玉鉴．基于组件技术的虚拟仪器开发方法的研 究［Ｊ］．上海大学学报（自然科学版），１９９９，５（４）：３５７—３６１． ［２］贾朋群，张云荣，殷华梅．虚拟合作实验室一利用Ｉｎｔｅｍｅｔ开展大 气科学国际合作研究的可行之路［Ｊ］．气象，２ｏｏｏ（２６）：５３—５６． ［３］贾皓丽，宋端智，冯雪君．网络虚拟实验室应用研究ＥＪ Ｊ．计算机工 程与科学，２ｏｏ２（２）：４６—４８． ［４］吴为团，郑海燕．数字电路虚拟实验系统的研制ＥＪ］．青岛建筑工程 学院学报，２００２，２３（２）：７９—８１． ［编辑凌瑞］ 设置管理与维僚２０１７ Ｎｏ１２（Ｔ）圆
