李曉霞學(xué)年論文

1、基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗的設(shè)計與開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗的設(shè)計與開發(fā)河西學(xué)院計算機系李曉霞摘要摘要:本文在討論了用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建計算機組成原理虛擬實驗可行性的基礎(chǔ)上進一步提出了虛擬實驗的設(shè)計方案及實現(xiàn)方法。本虛擬實驗主要采用VRML和Javript腳本語言編程實現(xiàn)并通過和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合提高虛擬實驗的可用性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:組成原理虛擬實驗網(wǎng)絡(luò)VRML；虛擬儀器1引言引言(1)(1)虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實(Vir

2、tualReality簡稱VR)技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來興起的一種新型信息技術(shù)。作為人與計算機生成的虛擬環(huán)境進行交互作用的一種手段人們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來的重要技術(shù)認(rèn)為它不但將改變?nèi)祟悘氖驴茖W(xué)研究、技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)實踐的方式而且為促進人的認(rèn)識能力的全面發(fā)展提供了新的工具。眾所周知實驗技術(shù)是對科學(xué)理論的驗證以及對未知領(lǐng)域探索的主要手段它與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展緊密相連。實驗儀器及實驗環(huán)境是實驗技術(shù)得以順利實施的必要條件其

3、重要性在科學(xué)研究、技術(shù)設(shè)計、生產(chǎn)實踐和教育培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了充分體現(xiàn)。從傳統(tǒng)意義上來說實驗技術(shù)主要依靠需耗費大量物質(zhì)資源的實驗設(shè)備和實驗環(huán)境。隨著網(wǎng)絡(luò)的全球化以及計算機技術(shù)的進步利用虛擬的實驗設(shè)備進行實驗已成為可能并可以使我們通過網(wǎng)絡(luò)共享遠程實驗資源使我們更好地利用信息時代所帶來的資源優(yōu)勢。計算機組成原理課程是計算機專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課它主要學(xué)習(xí)的是計算機系統(tǒng)內(nèi)部相應(yīng)硬件間的工作原理圍繞構(gòu)成計算機(單機)的基本部件:運算器、控制器、存

4、儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備來論述計算機的工作原理闡述各功能部件在整機中的作用由此使學(xué)生理解程序的自動執(zhí)行過程。計算機組成原理的實驗是該課程學(xué)習(xí)的一個重要環(huán)節(jié)可以幫助學(xué)習(xí)者體會計算機每一個算術(shù)計算的全過程了解計算機的信息存儲以及邏輯運算掌握計算機硬件組成與設(shè)計、制造、調(diào)試和運行維護等多方面的技能。在此我們用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建計算機組成原理的虛擬實驗不僅可以彌補教學(xué)條件的不足避免實驗儀器元器件的老化和損壞而且通過和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合徹底打破了空間和時間

5、的限制。（2）虛擬儀器）虛擬儀器虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計算機配上相應(yīng)的硬件和專用軟件形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器.這種技術(shù)實質(zhì)上是充分利用最新的計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能.其特點在于:(1)打破傳統(tǒng)儀器的“萬能”功能概念將信號的分析、顯示、保存、打印和其他管理集中交由計算機處理(2)強調(diào)“軟件就是儀器”的新概念軟件在儀器中充當(dāng)了以往由硬件甚至整機實現(xiàn)的角色(3)儀器由用戶自己定義系

6、統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過軟件修改可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用連接(4)鑒于虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化用戶可以將儀器視頻和聲音等并具有行為特征描述功能。它通過一系列交互傳感器在三維環(huán)境和用戶之間感知和交互使用戶可以根據(jù)需要感知VRML場景、改變場景中的造型狀態(tài)、觸發(fā)一個事件或開始一段動畫。它所具有的交互性使人們可以在網(wǎng)上構(gòu)造一個真實物體或環(huán)境的對應(yīng)物并通過VRML瀏覽器在這個虛擬世界中漫游和交互。4基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗的設(shè)計方案基

7、于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗的設(shè)計方案基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗的設(shè)計主要包括兩個方面:一是虛擬實驗的開發(fā)二是相關(guān)網(wǎng)站的建設(shè)前者是開發(fā)的重點和難點它主要包括虛模型和交互性設(shè)計兩部分。(1)1)虛擬模型設(shè)計方案虛擬模型設(shè)計方案設(shè)計一個VR系統(tǒng)首要的問題是創(chuàng)造一個虛擬環(huán)境這個虛擬環(huán)境包括三維模型、三維聲音等在這些要素中因為在人的感覺中視覺攝取的信息量最大反應(yīng)亦最為靈敏所以創(chuàng)造一個逼真而又合理的模型并且能夠?qū)崟r動態(tài)地顯示是最重要的。VRML本身是一

8、種造型語言又具有仿真和渲染的實時性因此可以創(chuàng)建一個實時、動態(tài)、逼真的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。對于簡單的造型圖形代碼可由人工編寫而復(fù)雜的模型則可以通過3DMAX創(chuàng)建后進行轉(zhuǎn)換。從運行速度上來說人工編寫圖形代碼生成的三維場景要快。由于組成原理實驗的芯片比較簡單且大部分芯片的外觀造型相差不多因此采用VRML生成實驗儀器的虛擬模型。(2)2)交互性設(shè)計方案交互性設(shè)計方案交互性是此實驗的重點無論正確錯誤都要與實際相符。VRML允許用戶向虛擬的世界中加入行為

9、和交互手段。VRML世界的交互模式就是一方面要確定所要進行的交互行為即以什么方式改變場景中的什么狀態(tài)另一方面就是如何實施這個交互行為既先要確定當(dāng)前場景中的狀態(tài)然后將變化傳遞到場景中去。VRML中的一個節(jié)點用來完成某一特殊功能如構(gòu)造一個幾何形體在場景中加入聲音鏈接其它場景設(shè)置燈光加入霧效放置背景圖案的節(jié)點還有感應(yīng)位置時間的傳感器節(jié)點以及確定幾何形體的位置、縮放、旋轉(zhuǎn)、進行碰撞檢測等節(jié)點。每一個節(jié)點包括一系列的域(FieldexposedF

10、ield)和事件(Event)包括EventIn和EventOut域FieldexposedField用來保存定義該功能所需要的數(shù)值例如形狀節(jié)點所包含幾何體的大小、顏色等信息有許多節(jié)點的exposedField域可以動態(tài)地改變。5基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗的實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗的實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的計算機組成原理虛擬實驗最終要達到的結(jié)果是通過打開嵌入相應(yīng)網(wǎng)頁的虛擬實驗用鼠標(biāo)點擊完成輸入、連線等操作即可觀察實驗結(jié)果。由于相