基于JAVA的组成原理虚拟实验系统的研究

第２２卷第６期　齐齐哈尔大学学报　Ｖｏ１．２２．Ｎｏ．６　２００６年１　１月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｑｉｈａｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎｏｖ．，２００６　基于ＪＡＶＡ的组成原理虚拟实验系统的研究　杨欣宇’，郭江鸿！　（１．齐齐哈尔大学计算机吲空制　Ｉ＿＝程学院，黑龙江齐齐哈尔１６１００６；２．哈尔滨］　程大学计算机学院，哈尔滨１５０００１）　摘要：介绍了组成原理虚拟实验系统的设计和实现方法。组成原理虚拟实验系统基于Ｂｏｒｌａｎｄ公司的ＪＢ１｜ｉ】ｄｅｒ２０ｏ６　开发ｒ具开发，充分利用ＪＡＶＡ的可封装性、继承性和可移植性，按照真正实验系统的原理以及而向对象程序没　汁方法进行实验仪器和内容的仿真，并能与关系数据库ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ２０００连接，完成数据的实时传输。　关键词：虚拟实验系统；组成原理；ＪＡＶＡ；ＪＢｕｉｌｄｅｒ２００６；ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ　２０００　中图分类号：Ｔ３９１．９　文献标识码：　Ａ　文章编号：１００７—９８４Ｘ（２００６）０６－００４７—０３　当今，网络时代信息化社会化的到来正不断地推动着高等教育的改革，电子教室、电子黑板等新型教　学手段的产生，正在改变着原有的教育模式。而虚拟实验系统的出现和发展则是对传统教学仪器产生的历　史性变革。运用虚拟实验系统建立全方位、多层次、多模式的实践教学环境，将会使学生的实践操作技能　和技术应用技能得到全面的提高。　组成原理虚拟实验系统的研究，就是采用软件方式对伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验仪的功能　进行模拟和仿真：使实验者可以不受实验资源的限制，像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，　所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。　１　伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验仪简介　组成原理虚拟实验系统是以伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验仪为仿真对象开发的。该实验仪各单　元部件都以计算机结构模型布局，清晰明了，实验系统各部件通过Ｊ１、　Ｊ２、Ｊ３座之间不同的连线组合，可　进行各部件独立的实验，也可进行各部件组合实验，再通过与控制线的组合，就可构造出不同结构及复杂　程度的原理性计算机。运算器、控制器及微指令的格式及定义都可进行修改和重新设计。系统提供两种控　制器方式，即微程序控制器和组合逻辑控制器，且都有流水和非流水两种方案。　本实验系统有三种＿Ｔ作方式：１）手动方式一不连Ｐｃ机，通过ＣＯＰ２０００实验仪的键盘输入程序、微程　序，用ＬＣＤ及各部件的８个状态ＬＥＤ，两个方向ＬＥＤ观察运行状态和结果；２）联机方式一连Ｐｃ机，通过　ＷＩＮＤ０ＷＳ调试环境及图形方式进行更为直观的实验；３）模拟方式一不需实验仪，仅需计算机即可进行实　验。　２系统操作界面的设计　为能更真实、直观地对组成原理实验仪进行仿真，本系统采用图形用户界面。图形用户界面和字符　界面相比，画面更为美观、操作更加简单，使用户无需很高的技术水平就可以使用大部分的应用软件，　大大缩短了应用程序和普通用户之间的距离。　系统界面采用数码相机拍摄的伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验仪的面板图片，然后在ＡＣＤＳｅｅ　中对面板上的各个元器件进行裁切，并把最原始的被裁切后的镂空图片也保存起来。在ＪＢｕｉｌｄｅｒ中，将　裁切后的镂空的图片设置为背景，将裁切下来的各元器件的图片设定为按钮。按钮分为两类，一类是集　成电路，这类按钮事件在设置时在项目窗格中添加新的窗体作为点击按钮时弹出的对话框，并在这个新　收稿日期：２００６—０７—１５　。　作者简介：杨欣字（１９７１一）．女（满族ｊ，黑龙江齐齐略尔人，｜井师，在谈硕一ｆ：研究生，研究方向‘：计葬机网络与应用，Ｅｍａｌｌ：ｙａｎｇｘｉｎｙ¨ｑｑ＠．￣ｈｕ　ｍ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・４８・　齐齐哈尔大学学报　２０Ｏ６：年　的窗体中添加面板容器且在上面加载与按钮相应的元件的原理图，因此在点击这类按钮时就会弹出相应　的原理图。另一类是控制开关，这些开关分别对应不同的微操作控制信号，点击这些按钮可相当于将不　同的命令送到了组成原理实验仪，实验仪界面上即可显示相应的运行结果。　因为仿真系统只是对实验过程的模拟，不需打开、保存等功能，因此在菜单中只设置了退出和帮助　功能。　３仿真功能的设计与实现　、　组成原理虚拟实验系统研究的核心部分为控制器的研究，其设计目标是对计算机组成原理实验仪在　计算机上进行功能仿真，即通过微机模拟实现组成原理实验仪的所有功能。本系统在设计中充分利用　ＪＡＶＡ的可封装性、继承性和可移植性，按照真正实验系统的原理以及面向对象程序设计方法，对于各　个模块建立逻辑模型，每个模块内部再建立若干子类，用若干自定义类型来对各个模块中的电路以及其　它逻辑元件进行仿真，然后通过消息传递完成各种功能的有机组合。　～　控制器的研究分为组合逻辑控制器和微程序控制器两种形式，组合逻辑控制器是采用实验仪面板上　的各个开关作为微操作控制信号，通过各种信号的不同组合形式来实现不同的指令。在计算机组成原理　实验中，可以通过逐一设置微操作控制信号来分步实现计算机各部分的工作过程。这项＿Ｔ作是实验系统　中必不可少的一部分。在本系统中，将实验箱上的２４个拨动开关分别定义为不同的微操作控制信号，在、　父类ｘｉｔｏｎｇｅｌａｓｓ的基础上创建一个新类ｋｏｎｇｚｈｉ，然后在类ｋｏｎｇｚｈｉ中按照逻辑需要定义不同的子类和方。　法对应各个按钮，点击它们即可实现微命令的设置。　另外．伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验仪上还有三个插座Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３，它们之间不同的连线方　法对应于实验仪的两种不同的－Ｉ＝作方式。为实现这项功能，本系统设计了一个数组Ｃ【４】，分别用Ｃ【０】、Ｃ【１Ｊ、　ｃ［２］做Ｊ１、Ｊ３、Ｊ２的标志位，ｃ【３］为他们的和，如ｃ【３］等于６时为Ｊ１和Ｊ３相连，ｃ【３］等于３时为　Ｊ２和　Ｊ３相连　・　‘　若采用微程序方式进行实验，可将微程序从面板上的小键盘输入，然后通过对各条微指令的分析来　完成各项功能。输人微程序的过程同样可通过鼠标点击实现，用鼠标点击实验仪界面上的数字按钮，　即　可实现微指令的输入＿丁作。每条微指令定义为６位十六进制数，共代表２４项微操作　所有微操作均采用，　直接控制方式，通过对每条微指令的各位值的分析即可确定本条微指令所要完成的各项微操作。系统对　输入的微程序逐条微指令进行分析处理，就相当实验仪完成了各项微操作，且各步的执行结果均可在面　板Ｅ显示。　‘　，　－　’　・　‘　４一数据库的设计　由于本系统最终要应用在局域网上，需在服务器和客户机之间传输大量的数据，另外还要频繁的调　用一些指令和微指令．因此需要建立一个数据库。本系统建立了与ＳＱＬ数据库的连接，用于保存各项实　验数据。通过对系统功能和操作特点的分析，系统ＥＲ图如图１和图２所示。　．．　网ｌ组合逻辑ＥＩＩ网　网２微程序ＥＰ，网　针对本系统的特点，在对所搜集的数据进行规范化之后，字段定义如表１至表４所示。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　基于ＪＡＶＡ的组成原理虚拟实验系统的研究　・４９・　表Ｉ数据表　表４微指令集　字段名称　数据类型　说明　表２控制表　表３指令集　５结束语　组成原理虚拟实验系统经过测试，能够完全采用软件方式模拟伟福ＣＯＰ２０００型计算机组成原理实验　仪的实验过程，运行过程真实、直观，具有很高的实用价值。在本系统的基础上进一步开发，还可以扩　大到校园网甚至互联网上实现远程实验教学以及推广到其它学科和研究领域应用，具有很好的发展前景。　参考文献　『ｌ】辛运帏，饶一梅．Ｊａｖａ程序设计『Ｍ１．北京：清华大学出版社，２００３：１４—１５１．　ｆ２】王碧波．ＪＢｕｉｌｄｅｒｌ０入门与提高［Ｍ１．北京：清华大学出版社，２００５：１－１５４，２５６—２８５．　ｆ３】刘启芬顾扁芳．ＳＱＬ　ＳＥＶＥＲ实用教程ｆＭ１．北京：电子工业出版社，２００５：１９—２０９．　、　，　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＪＡＶＡ　ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ－ｙｕ’，ＧＵＯ　Ｊｉａｎｇ－ｈｏｎｇ　（１．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＱｉｉｇｈａｒ　１６１００６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｈｅｉｌｏｎｇｌｉａｎｇ　Ｈａｒｂｉｎ　１　５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｈｔｅｏｒｙ．　Ｖｉｒｔｕａｌ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＪＢｕｉｌｄｅｒ　２００６　ｏｆ　Ｂｏｒｌａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，　ｍａｋｅｓ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｎｃｌｏｓｅｄ　ｎａｔｕｒｅ，ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ＪＡＶＡ，ａｎｄ　ｆｏｌｌｏｗｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｌｅａｌ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ，ｏｎ　ｈｔｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｓｔｕｒｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｈｔ　ＳＱＬ　ＳＥＶＥＲ　２０００　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｔａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ　ｌａｈｏｒａｔｏｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ；ＪＡＶＡ；ＪＢｕｉｌｄｅｒ２００６；ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ　２０００