虚拟实验室是现代教育系统中一种重要的实验教学资源,为接受教育的学生提供了一种不受时间、地点、实验设备限制的实验环境,对实现教学改革,提高教学质量有很好的意义。 本文在分析虚拟实验室发展、现状的基础上,针对大学实验教学的要求和现有虚拟实验室的不足,提出了“计算机硬件虚拟实验室”(简称CHSVL)的系统设计方案,进行了具体的研究和开发。 本文实现了计算机硬件虚拟实验室中虚拟实验平台的设计。该平台以虚拟面包板为中心,搭配虚拟元器件库、虚拟仪器仪表库及虚拟电路板制作工具,供学生进行计算机硬件实验的设计。文章具体介绍了虚拟实验平台的用户操作界面和基本功能设计,并且给出了虚拟实验平台中主要使用的几种类的详细描述。 同时,本文还介绍了如何采用面向对象的建模方式建立虚拟元件模型,并使用组件进行封装和构造,使得虚拟元件具有良好的独立性、扩充性、可重用性和可维护性,也利于多平台的运行。在此基础上,软件设计人员可以自行设计实验用虚拟元器件和虚拟设备,并将其添加到库中以扩充相关的实验设备,为进行计算机硬件虚拟实验提供基础。 在虚拟实验平台的运行控制中,本文深入探讨了如何有效解决虚拟信号在虚拟元器件间传递的问题,并提出了一种新的信号扩散算法。该算法计算出各器件的信号处理代价,并使用优先级队列调度器件的启动顺序,从而动态规划信号的扩散次序。时间复杂度理论分析及对比实验均证明,该算法有效减少了信号在器件中的无效重复扩散,降低了器件工作函数的启动次数,从而大幅提高了实验的响应速度并降低了对系统资源的占用。