计算机硬件虚拟实验室的设计与分析

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1、tp南大学硕士睡文能强大的虚拟实验室。传统的用于教学的计算机硬件实验室通常是以某种类型的微型计算机(如：单板机、单片机)为基础，结合其他的接口电路所构成的简单实验系统。实验室蔓要配备有丽包扳、集成电路芯片、电线、探测棒、信号发生器、数字示波器、七段显示器几ED、开关等设备和工具。当学生从事硬件电路实验时，将微型机电路、外接电路、所需的测试设备川电线连接起来，当电路设计完成后，便可以将l也路的脉冲信哆的接入端接至信号发生器，并调整旋钮米获得所需要脉冲信钒或者输入微型机机器指令程序，直接把该实验．H_】微型机系统与显

2、示器棚接进行系统性的实验，通过LED／七段显示器观察电路的动作情形，或者通过数字示波器观察所产生波形的正确性。上述的传统实验方式虽然非常适合初学者，但仍有下列几项的缺点：1仪器殴备费用商，因此学，I必须在设备完善的实验室中从事整个实验，难以利用垛余对婀进行。2．集成电路芯片IC元件取得不易，而f1零件的好坏乜必须借助TC测试器来检查，无法以肉眼辨识故障与否。因此当电路有问题时，很难判断是接线闷题或是圮组件的闷题，造成使用者胞学习障碍。3．计算机硬件实验不象一般数字电路实验，通过简单的I乜路连接也可进行相应的实验，

3、必须把计算机与外接电路相连构成完整的计算机系统才能完成实验，蹶此具有一定连贯性，不同的学生建立不同的实验对象FL具有不同的实验进程，实验对象需要专人专用。4．实验电路是用电线和插座连接的，容易发生短路或接触不良等状况，因而造成实验上舸团扰。5．·乜路较复杂时，除错是一件非常小易的事情，一般都是用数字示波器进行侦错，通常学生没有这些的设备，大多数采用重接方式处理。6突发式阿题．如接也路时不小心造成短路而不知．或是也源接错。造成元件损坏甚至爆裂等。以上这些闷题严重影响学生对计算机原理的深入理解和学生动手能力的培养，而

4、使用虚拟实验室完成实验，壤软件仿真实验系统环境。将给计算机硬件实验教学环境与实验过程带来全新的方法与手段。中南大学颁士沦文纵观虚拟实验窀的解决方法利用虚拟实验室来进行教学的情况【14

5、f”j，它们有的足魁1二IU路’jf【l了技术的仿真软仆⋯，需要长时问f内练爿／j’能熟能小巧117l㈣；有些虚拟实验室是以文字及少诈的蚓案为接口，Ⅱ采用被动仿真式的学习I”}【2“，Ⅱ口学习者在此环境下类似背诵答案，仿真画而出现图文要求时，学习者即按下几个控制键来反应，缺乏随机应变能力及临场感．一旦缸：实际操作时．若出现错误时便不

6、知所措。而且它们不具有开放性，只能在这些软件自身的环境进行，无法实现仿真技术与多媒体技术的有机结介，较难川于计算机硬件及各种接LJ实验，因此近年米虚拟实验室的研究‘j开发已经朝着以虚拟环境(vinualEnvironment)为基础，提供给学习者最接近真实情况学习环境f211122l的方向发展。计算机硬什实验的特点是：实验I【!．路连线复杂、涉及的元器什多、实验的操作过程繁杂、计算机硬件实验多与接【：】一起操作等。针对这些特点，有必要研制一套结合虚拟技术、仿真技术乖J网络技术的计算机硬什实验教学系统，模拟实际实验

7、环境利内容，川虚拟技术构建“虚拟计算机硬件实验窒”，实现以“软”代“硬”12”，使计算机硬什深程的实验可以在一般微哩机J：完成，为此我们研究开发了计算机硬件虚拟实验室cHsvL(computerHaTdwaresystemVircualLaboraIory)，以提供学生从事计算机硬件实验的刁i受时空限制的实验环境。1．2研究内容H前有关计算机硬件虚拟实验室的研究主要涉及三个方面的内容：仿真、，i动和适应性。CIIsvL就魁提供集仿真(Realis“c)⋯

8、：25l、互动(【几Ieractive)㈣、适应性(Irl

9、exiblel”7J三者于一体的计算机硬仆实验环境。(1)仿真：在计算机系统r

10、l采刚虚拟环境的设计方式米构造虚拟实验室耻”，使学习存在虚拟吱验家巾如l}i}i其境，融入整个计算机硬什实验教学课程111，可以取得在真实环境；{t所取得的学习或训练效果。cHsvL直接采J_}j5j集成IU路芯片柏仿的外观元器件及与计算机硬件实验室所使用的设备棚似的外观没备，这样既可以【I：使J1j者。设计计算机硬什结构，利J

11、1】各种“虚拟芯片”任意搭按IU蹄，也可以实时的仿真验证刚刚所设计的IU4南大学颂j：论文路，实时得到仿真

12、绵果，减少真正从事实验的困难度。(2)互动：虚拟实验室跫一个创造和弓f导模拟实验的交互环境，即实验场所，虑提供高度互动能力，使学生对虚拟对象进行操作与控制练习。它m实验所依赖的仿真程序、实验、工具和参考资料组成。用，、可以通过增加新的实验元件与实验设备、建立新的实验T具来扩充实验室。cHsvL需要解决以往虚拟实验室系统庄交互性、扩充性和软件重用性方而所存存的不足，如用户不