硬件虛擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房中的應(yīng)用介紹
教學(xué)一般都是理論與實(shí)踐相結(jié)合的，對(duì)于計(jì)算機(jī)的教學(xué)也不例外，在掌握扎實(shí)的理論知識(shí)之后，進(jìn)行不斷的實(shí)踐，才能夠獲得更多的經(jīng)驗(yàn)。在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房中，硬件虛擬技術(shù)不僅滿足了各位學(xué)生對(duì)儀器使用的需求，同時(shí)也對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)有了一定的技術(shù)支撐。同時(shí)增加了實(shí)踐的操作環(huán)節(jié)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，為學(xué)生構(gòu)建全新的學(xué)習(xí)虛擬平臺(tái)，促進(jìn)了學(xué)生的全方面發(fā)展。
1 計(jì)算機(jī)硬件虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房中硬件虛擬技術(shù)為學(xué)生仿真學(xué)習(xí)提供了虛擬的環(huán)境，整個(gè)系統(tǒng)包括三個(gè)方面：虛擬元器件庫、設(shè)備庫、實(shí)驗(yàn)單元和管理維護(hù)模塊。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要作用是為用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問的服務(wù)，因此，學(xué)生在進(jìn)行硬件虛擬實(shí)踐的時(shí)候就是通過這個(gè)平臺(tái)進(jìn)入程序，然后進(jìn)行編輯、設(shè)計(jì)等等操作。
1.2 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)
其主要的類別有：
(1)虛擬器件類。想要對(duì)IC 元件的主要功能進(jìn)行有效的模擬，需要通過虛擬器件來完成。
(2)虛擬儀表類。仿真模擬的對(duì)象主要是虛擬實(shí)驗(yàn)中的儀器和儀表燈等，例如探測(cè)器等。
(3)虛擬面包板類。模擬面包板的各種功能，面包板上的數(shù)據(jù)連接和信號(hào)傳播主要是通過虛擬引腳來實(shí)現(xiàn)的。
(4)虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)類。對(duì)虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的作用主要是管理各種儀表和虛擬系統(tǒng)。
1.3 系統(tǒng)功能
計(jì)算機(jī)虛擬硬件實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)用戶虛擬的網(wǎng)絡(luò)操作，系統(tǒng)主要的功能有：
(1)將電路進(jìn)行仿真性的設(shè)計(jì)。CHSVL上的人際接口為計(jì)算機(jī)的模擬提供了實(shí)驗(yàn)教材，可以讓計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)中的數(shù)字示波器和探測(cè)棒等等可以接觸一些錯(cuò)誤操作，為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的人員提供了良好的配備。
(2)自動(dòng)捕獲能力。系統(tǒng)中，為鼠標(biāo)設(shè)計(jì)的捕獲功能在編譯的時(shí)候，能夠讓實(shí)驗(yàn)者的連線工作更加的便捷。比如在選擇IC 芯片時(shí)，將鼠標(biāo)移動(dòng)在所在的位置，然后在系統(tǒng)的自動(dòng)操作下將IC 芯片自動(dòng)調(diào)到背景網(wǎng)格中，位置對(duì)準(zhǔn)后，就能夠獲得正確的地址。
(3)復(fù)原與清除功能。復(fù)原功能是讓錯(cuò)誤的操作恢復(fù)到上面一部程序;而清除的主要功能是利用鼠標(biāo)對(duì)錯(cuò)誤的工作組建進(jìn)行刪除和銷毀。
2 硬件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛擬計(jì)算機(jī)
2.1 元器件之間的連接
在虛擬元器件中不同器件之間是需要進(jìn)行連接的，而這個(gè)工作主要是通過引腳來完成的，連線工作的存在是獨(dú)立的，而且是一個(gè)整體，形式主要是Active 控件，在虛擬實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)的傳遞也是依賴于連線工作，而它又受制于連線的點(diǎn)和線，這樣才能實(shí)現(xiàn)連線工作的有效運(yùn)行。對(duì)于一對(duì)一的連線形式，在Sender函數(shù)的作用下，能夠控制信號(hào)的接收和發(fā)送，整個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的沖突。但是對(duì)接的連線有很多種類型，每一種類型所發(fā)出的信號(hào)也都不一樣，而系統(tǒng)的抗干擾能力又非常的有限，因此，在傳送信號(hào)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生沖突。虛擬實(shí)驗(yàn)可以對(duì)各種不同的信號(hào)以及信號(hào)源之間進(jìn)行對(duì)應(yīng)的邏輯處理，將多種對(duì)接類型的連線轉(zhuǎn)化為一一對(duì)接的類型。
2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)過程中信號(hào)的控制
數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)硬件虛擬實(shí)驗(yàn)電路中，被視為一般的數(shù)據(jù)處理對(duì)象，然后對(duì)虛擬元件和電路關(guān)系進(jìn)行分析。在虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，虛擬連線是信號(hào)傳遞的介質(zhì)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電路觸發(fā)，它的表現(xiàn)為虛擬元件內(nèi)部的關(guān)系產(chǎn)生變化，導(dǎo)致引腳值隨之改變，從而最終引起信號(hào)的連接值發(fā)生改變，這一過程主要是通過Sender 的`方式來完成。
3 虛擬實(shí)驗(yàn)室的并行處理技術(shù)
3.1 CHSVL仿真運(yùn)行模塊
虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)是CHSBL，同時(shí)它由四個(gè)模塊組成，有虛擬機(jī)仿真運(yùn)行模塊、編譯模塊、信號(hào)輸出模塊和引腳模塊。虛擬機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行仿真運(yùn)行，需要靠這四個(gè)模塊的相互作用才能完成。而想要保證虛擬實(shí)驗(yàn)正常運(yùn)行不受環(huán)境的影響，需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、編譯和輸出的共同操作。
3.2 多緩沖區(qū)、多線程技術(shù)
虛擬機(jī)可以利用數(shù)據(jù)緩沖對(duì)不同的模塊進(jìn)行同時(shí)控制，讓每個(gè)不同的模塊同步運(yùn)行，系統(tǒng)中占用時(shí)間最長(zhǎng)的是虛擬機(jī)仿真運(yùn)行模塊。但是虛擬機(jī)中運(yùn)用了緩存機(jī)制，四個(gè)模塊都進(jìn)入到同一個(gè)緩存區(qū)進(jìn)行緩存，從而實(shí)現(xiàn)了不同模塊的同步運(yùn)行，也實(shí)現(xiàn)了線程對(duì)四個(gè)模塊的同步控制。
4 結(jié)束語
計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房中硬件虛擬技術(shù)能夠讓多個(gè)平臺(tái)完成的應(yīng)用在同一個(gè)平臺(tái)中運(yùn)行，而且沒有任何的沖突，同時(shí)在虛擬設(shè)計(jì)中，也不需要擔(dān)心由于系統(tǒng)崩潰引起的數(shù)據(jù)丟失問題，學(xué)員們可以更加大膽放心的進(jìn)行各種的操作，達(dá)成更好的實(shí)踐效果。
計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房服務(wù)器端的整合，將使用率低、數(shù)據(jù)量小的多個(gè)服務(wù)器整合為一個(gè)物理服務(wù)器，能夠減少計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房采購服務(wù)器的數(shù)量，降低采購成本。服務(wù)器數(shù)量的減少，也降低了相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)成本和能源消耗，減少了對(duì)環(huán)境的污染。通過虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，可以使實(shí)驗(yàn)機(jī)房管理人員對(duì)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有更深刻的認(rèn)識(shí)，提高相應(yīng)的技術(shù)水平和管理水平，并能及時(shí)保證服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)的提供、恢復(fù)，有效保證了高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序進(jìn)行。
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