互動式計算機系統:基本信息,圖文系統,考試系統,系統構架,系統功能,系統環境,系統

互動式計算機系統與操作人員以人機對話的方式一問一答，直至獲得最後處理結果。採用這種方式，程式設計人員可以邊設計，邊調整，邊修改，使錯誤和不足之處及時得到改正和補充。特別對於非專業的操作人員，系統能提供提示信息,逐步引導操作者完成所需的操作,得出處理結果。

基本介紹

中文名：互動式計算機系統
外文名：interactive computer system
優點：靈活、直觀、便於控制
系統功能：計算;存儲;對話;輸入;輸出
套用：計算機考試、仿真網路、繪圖等
套用學科：計算機科學、教育學、通信工程

基本信息,圖文系統,考試系統,系統構架,系統功能,系統環境,系統性能最佳化,仿真系統,

基本信息

圖文系統

概述

計算機技術的發展，特別是記錄媒介更是向多煤體介質技術的方向發展，在國外，八十年代後期產生了一種新型實用技術，IV(InteractiveVideoSystem)互動式視頻系統，它是由個人計算機和視頻技術組成的一種新型實用技術。

ICY(InteractiveComputerandVideoSystem，互動式計算機圖文系統)最基本的特點是計算機操作並管理視圖錄像機．它提供了一種智慧型的．新的．對用戶透明的人機圖文對話系統，ICY系繞利用了計算機輔助教學中的人機對話優點來彌補了視頻錄像片教學重放的單向性．又充分利用了錄像設備如視額錄像系繞(Video)或Lasermax所具有的高密度儲存圖像文字的優點．從而彌補了計算機大容量儲存圖像困難的缺點。

系統設計

ICV系統的有機結合，關鍵在於解決計算機與錄像機之間接口的控制。錄像片絕對地址定址問題及相應的軟體配套等工作。錄像機編輯機一般是用微處理器和相應的固定程式來組合，形成一套控制錄像機進行編輯處理工作的程式。

ICV系統之所以能控制錄像機進行絕對地址定址，實現自動編輯控制，先決條件是通過設計一個接口，對錄像機進行控制，其原理採用仿真控制工作方式，原理如圖所示。

考試系統

建立計算機考試系統是傳統考試方式改革的需要。傳統的手工組卷方式，速度慢、效率低，容易出錯，在反映學生學習掌握程度方面不夠客觀，而考試是對一所學校辦學質量、教學模式等的一種客觀評價，考試試卷的質量直接反映著教學的成果和學生的學習程度，因此設計一套能準確把握試卷的考試知識點、數量和難易度，科學合理組卷的計算機考試系統很有必要。

基於WEB的互動式計算機考試系統是利用ASP（動態伺服器頁面）與VB.NET技術和ADO資料庫訪問技術開發設計的。通過提供大量的試題庫、網上模擬練習、網上答題、閱卷等功能，能夠改革高校的教學手段，提高教學質量，方便教師了解學生的學習動態，並能收集學生的反饋信息;益於指導學生充分利用校園網路資源。

實踐證明互動式計算機考試系統試題庫構造合理、系統資源占用相對較少，出題速度快，準確率高，是一個網路學習與考試的平台，支持多種題型，試題導入導出方便，具有靈活智慧型的組卷算法，嚴密的數據安全措施，系統性能整體最佳化。

系統構架

整個系統分為兩大部分，後端管理系統採用C/S模式，前端套用系統採用B/S模式，具體系統構架如圖。

在後端的C/S模式中，伺服器用來管理資料庫，客戶機執行應用程式，並將客戶的套用請求通過網路傳給伺服器，伺服器接到請求對其進行處理，再將結果通過網路傳給用戶。C/S模式易於實現資料庫與應用程式的集成，能夠減少網路信息量，具有較高的安全保密性。該模式的這種特性結合後台管理系統中本身的安全功能模組及動態授權機制，從系統本身保證了數據的安全與可靠。

前端套用系統採用B/S模式。在這種模式下，客戶端通過瀏覽器向伺服器發出請求，不限制客戶平台，也不必為客戶端開發特定的軟體，它採用的是開放標準，只需要較低的開發和維護成本，使用簡單，具有友好的界面和高度的靈活性。

系統功能

系統的主要功能分為後端管理系統與前端套用系統兩大部分。

1、後端管理系統

1)用戶管理該模組能夠為系統的三大類用戶:系統管理員、考試管理員和考試用戶設定賬號、密碼，凍結由於某種原因不允許登錄的用戶。

2)試題庫管理對各類試題庫的建立、加密保護、歸類、查詢、導入導出等進行統一管理。

3)試卷管理試卷的定義、自動生成、自動閱卷、手動閱卷、成績提交等。

4)考試管理有關考試信息的管理:考生信息錄入、考場編排、開考及結束時間的設定、網上試卷的收發，學生成績的查詢

5)統計分析主要用於對學生答卷結果進行分析:

分別用精確的數字和直觀圖來實現對不同班級成績

統計、不同教師的學生成績統計、成績分段統計、每種

題型得分統計、每道試題得分統計。

2、前端套用系統

1)用戶管理在該模組中對用戶的登錄信息進行管理，並由後台管理模組記錄相關的登錄信息，以便在系統被破壞時查找原因，保護系統安全。同時也為學生提供了不同測試點的部分或全部試卷，並在試卷提交後為學生提供錯誤習題的正確答案，也可查閱每一習題的正確答案及分析。

2)考試管理該模組主要實現了相關考生、考場信息的管理，以及考試時對考場情況的實時監控。

計算機考試系統的主要功能劃分如圖所示。

系統環境

1、系統硬體環境

1)資料庫/WEB伺服器。整個系統的運行性能決定於網路伺服器，它是整個系統的核心，推薦使用原裝專用伺服器，如HP公司的NetSeverLH3000。

2)客戶端。機器性能要求低於伺服器的，推薦使用P4，另外由於後端管理系統採用的是基於C/S模式的區域網路結構，所以還需要與伺服器的網路連線設備如100M的網卡。

2、系統軟體環境

資料庫/WEB伺服器。從性能、安全性、配套軟體是否豐富等幾個因素來考慮可選用目前比較流行且易於管理的WindowsNT作為網路作業系統。在資料庫方面，由於系統規模不大，所以選擇了與之相適應、數據處理功能強大、價格便宜的MicrosoftSQLServer作為資料庫引擎。

客戶端選用與伺服器端所選用軟體配合較理想的Windows/98/NT/2000/Me/XP中文版作業系統。

系統性能最佳化

系統的性能最佳化包括資料庫和應用程式的最佳化。資料庫是應用程式處理的基礎，資料庫中邏輯結構和物理結構的最佳化直接影響著系統的性能最佳化。在基於WEB的計算機考試系統中，通過對資料庫初始容量、增長幅度及最大值的設定，使得資料庫的動態存儲和物理增長達到了平衡，減少了對物理結構不必要的擴充，從一定程度上實現了資料庫的物理結構最佳化;並通過對庫中每個表建立合理的索引、觸發器和存儲過程等實現了資料庫邏輯結構的最佳化，從而實現了系統的整體最佳化。

由於在客戶端採用的是B/S模式，多用戶並發訪問的情況較多，為了防止當有較多用戶訪問伺服器時給伺服器增加負擔，系統首先採用了模組劃分策略，並利用瀏覽器動態下載的特性避免了第一次下載時間太長，又利用瀏覽器的記錄特性，實現了客戶再次下載這一部分內容時，直接從本地硬碟調入記憶體，從而最佳化了系統，提高了系統運行效率。

仿真系統

國內外研究表明，仿真套用需求從過去的設備仿真、單系統仿真，發展到今天的多系統仿真和複雜系統聯合仿真;計算機仿真技術也從單一的純數字仿真、半實物仿真、人迴路仿真發展到集面向對象、客戶/伺服器、分布計算、多媒體、專家系統及虛擬現實等多種仿真手段為一體的綜合仿真系統，其特點主要表現為分布性、異構性、互操作性/可重用性、強實時性和可互動性。

系統設計問題主要包括底層通信網路、運行支持系統(RTI)、仿真套用對象模型(OM)和聯邦總管(FMgr)。

底層通信網路

HLA並未具體規定RTI的底層支持，可以基於CORBA標準實現其功能，也可以在網路協定和標準基礎上實現具有特定性能要求的RTI，這在很大程度上取決於套用領域的需求。根據仿真任務要求的高速度、大容量、強實時的特點，設計了緊密耦合的多機系統將各仿真計算機結點組織起來，整個系統結構如圖所示。圖中，各結點機組成一個三元二維TORUS網路，每個結點都是一個功能獨立的仿真機，它們各自擔負的仿真任務不同，但結構卻是類似的，一般都由仿真主機、網路接口NI、網路路由器NR等組成，主機與NI通過PCI匯流排相連，NR相互連線成TORUS網。

運行支持系統RTI

HLA的一個重要特徵是將仿真套用與底層的通信功能相分離, 由RTI提供的服務來實現底層的通信和基本功能。RT I相當於一個分散式作業系統,是聯邦運行的核心。RTI 提供的運行時服務包括聯邦管理( FM)、聲明管理( DM)、對象管理( OM)、所有權管理( OWM)、時間管理( TM)和數據分布管理( DDM)。通訊功能主要通過時間管理和數據分布管理來實現。

1、時間管理

RTI通過時間管理支持實時時鐘和邏輯時鐘的推進, 協調各成員之間的同步, 可以採取時間步進和事件驅動兩種仿真推進方式。時間管理包括:

①時間獲取。包括請求獲取聯邦時間、成員時間、最小下一事件時間和LBTS, 其中LBTS ( low erbound o n th e time stamp, 簡稱LBTS) 表示時戳順序信息的低限, 小於LBTS的時戳信息不需要獲得許可即可由RTI傳送給成員。

②設定與獲得成員的時間推進量。如果成員的當前時間為T, 時間推進量為L, 則成員產生的未來事件的時間不能小於T+ L。

③成員推進仿真時間。通常成員推進時間要受到其它成員的約束, RTI接受請求後將處理這種約束, 保證各成員的時間能協調推進。

2、數據分布

數據分布的目的是限制聯邦中成員接受的信息範圍, 這樣一方面可以減少成員處理的數據量, 另一方面可減少網路上傳輸的數據量。實現數據分布的框架如圖所示。HLA中支持數據分布的基本概念是路徑空間。路徑空間是一個多維的關鍵空間, 聯邦成員可以用它來描述其希望接受與傳送的數據。路徑空間的子集稱為區域( region)。聯邦成員可以指定一個訂購區域( subscriptio n reg ion) , 這意味著通知RTI只有落入該區域的數據才傳送給它。聯邦成員也可以為一個對象指定一個更新區域( update region)。這表示成員將保證當它更新對象屬性時, 如屬性值進入了更新區域, 則將更新的屬性值發出。

HLA對象模型( OM)

開發仿真系統的一個關鍵步驟是設計與建立仿真套用的對象模型OM。HLA OM的主要目的是描述聯邦與成員中對象間的關係。對象屬於某個類, 類描述了對象的共同特性, 所以對象間的關係可以歸結為類之間的關係。HLA中有兩種類: 對象類和互動類,它們分別用於刻畫系統的元素與元素間的關係。

聯邦總管( FMgr)

RTI集成了多種仿真成員。對於如此規模的分布仿真, 需要強有力的管理機制, 聯邦總管( federatio n manag er) 就是管理功能的具體執行者。聯邦總管是HLA /RTI系統中一個特殊的成員,與一般的成員有相似的數據交換機制,主要區別在於聯邦總管定購和公布的內容有所不同, 以能夠控制、協調各個聯邦成員的仿真行為為目的。一般來說, 聯邦總管根據用戶需求動態監控各仿真實體的態勢, 並依據相應的策略進行調度控制, 滿足整個仿真系統的任務時限、負載均衡和通信開銷等要求, 很好地體現了分布計算、集中控制的思想。聯邦總管負責整個系統從仿真前的規劃準備, 到初始化過程, 到運行階段的管理和控制, 直至事後的分析與重演。具體包括:

①任務規劃: 仿真環境規劃, 實體規劃, 記錄規劃, 時鐘同步規劃, 劇情生成。

②初始化設定: 分解劇情, 格式轉換, 載入, 初始化實體, 時鐘同步, 啟動仿真。

③管理與控制: 實時數據記錄, 實時數據監控, 實時態勢控制, 應變分析。

④分析與重演: 演練重演, 分析記錄數據, 評價。

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