精品：李晓霞学年论文

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1、基于网络的计算机组成原理虚拟实验的设计与开发河西学院计算机系李晓霞摘要：本文在讨论了用熄拟现实技术搭建计算机组成原理虚拟实验nJ行性的基础上，进一步提岀了虚拟实验的设计方案及实现方法。木虚拟实验主要采用VRML和JavaScript脚本语言编程实现，并通过和网络相结合提高虚拟实验的可用性。关键词：纟R成原理；虚拟;实验；网络；VRML；虚拟仪器；1引言（1）虚拟现实技术虚拟现实（VirtualReality,简称VR）技术是20世纪90年代以来兴起的一涮噺型信息技术。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一•种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于

2、互联网的改变世界耒来的重耍技术，认为它不但将改变人类从事科学研究、技术设计和生产实践的方式，而且为促进人的认识能力的全面发展提供了新的工具。众所周知，实验技术是对科学理论的验证以及对未知领域探索的主要手段，它与科学技术的发展紧密相连。实验仪器及实验环境是实验技术得以顺利实施的必要条件，其重要性在科学研究、技术设计、生产实践和教育培训等领域得到了充分体现。从传统意义上來说，实验技术主要依靠需耗费人量物质资源的实验设备和实验坏境。随着网络的全球化以及计算机技术的进步，利川虚拟的实验设备进行实验已成为可能并可以使我们通过网络共享远程实验资源，使我们更好地利

3、用信息时代所带來的资源优势。计算机组成原理课程是计算机专业一门重要的专业基础课，它主耍学习的是计算机系统内部相应硬件间的工作原理，围绕构成计算机（单机）的基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，來论述计算机的工作原理，阐述各功能部件在整机屮的作用，rtl此使学住理解程序的白动执行过程。计算机纽成原理的实验是该课程学习的一个重要环节，可以帮助学习者体会计算机每一个算术计算的全过程，了解计算机的信息存储以及逻辑运算，掌握计算机硬件组成与设计、制造、调试和运行维护等多方面的技能。在此，我们用虚拟现实技术搭建计算机组成原理的虚拟实验，不仅可以弥

4、补教学条件的不足，避免实验仪器元器件的老化和损坏，而且通过和网络相结合，彻底打破了空间和时间的限制。（2）虚拟仪器虚拟仪器就是利用现有的计算机配上相应的侦件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有--般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器.这种技术实质上是充分利用最新的计算机技术來实现和扩展传统仪器的功能•其特点在于：（1）打破传统仪器的“万能”功能概念，将信号的分析、显示、保存、打印和其他管理集小交由计算机处理；（2）强调“软件就是仪器”的新概念，软件在仪器屮充当了以往由硬件其至整机实现的角色；⑶仪器由用户自己定义，系统的功能、规模等均可通

5、过软件修改，可方便地同外设、网络及其他应用连接；（4）鉴于虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化，用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准•可重复利用资源，缩短系统的组建时间；（5）由于实验软件的独立性，在同一台微机上可以虚拟出数十种仪器來，大人地节省了办学资金，提高了设备的使用率.(3)虚拟实验虚拟实验就是利用鼠标的单击、拖动，将微机上虚拟的各种仪器，按实验要求、过程,组装成一个完整的实验系统，同时在这个系统上完成整个实验，包括源材料的添加、实验条件的改变、数据釆集以及实验结果的模拟、分析.也就是说在计算机上通过虚拟仪器来完成实验与实验室做实

6、验给学习者的效果是一样的.如果利用目前较为先进的通讯技术、网络技术，将虚拟实验放在网络上，在WEB中创建一个可视化的三维坏境，通过鼠标的点击、拖动等操作来完成实验，这样就解决了远程教学屮的实验教学问题.同时，在网上同一个实验可以由不同地点不同机器上的多个人來共同完成.2用虚拟现实技术搭建组成原理虚拟实验的可行性既然是要模拟真实实验，那么这种实验必须有真实感和可操作性。(1)只有具有真实感，才能使人有一种身临其境的感觉，全身心地投入到实验屮去。就像在真实仪器而前一样，考虑的是根据各个元器件参数、搭配组合成所需要的效果，从而体会各个部件的功能，认识各个部

7、件，理解算术运算和逻辑运算是如何通过芯片来实现的。(2)不具备可操作性，则失去了实验的本质。仅仅以图像或动画的形式演示，学习者无法直接参与实验、获得感性认识，因而不能达到实验的冃的；另外，不能进行操作也会使人失去主动性，只能被动的接收，那仅是课堂的延续，不会提高学生的认识能力。综合以上两点，利用虚拟现实技术來搭建计算机组成原理实验是可行的，因为，虚拟现实具有两个重要的特征——沉浸感和交互性。沉浸感(Immersion)是指用户作为主角存在丁•虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使川户难以分辨真假的程度(例如町视场景应随看视点的变化而变化)；交

8、互性(Interactivity)是指用户对虚拟坏境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时