[科普中国]-交互式计算机系统

简介

交互式计算机系统与操作人员以人机对话的方式一问一答，直至获得最后处理结果。采用这种方式，程序设计人员可以边设计，边调整，边修改，使错误和不足之处及时得到改正和补充。特别对于非专业的操作人员，系统能提供提示信息,逐步引导操作者完成所需的操作,得出处理结果。

交互式计算机图文系统概述计算机技术的发展，特别是记录媒介更是向多煤体介质技术的方向发展，在国外，八十年代后期产生了一种新型实用技术，IV(InteractiveVideoSystem)交互式视频系统，它是由个人计算机和视频技术组成的一种新型实用技术。

ICY(InteractiveComputerandVideoSystem，交互式计算机图文系统)最基本的特点是计算机操作并管理视图录像机．它提供了一种智能的．新的．对用户透明的人机图文对话系统，ICY系绕利用了计算机辅助教学中的人机对话优点来弥补了视频录像片教学重放的单向性．又充分利用了录像设备如视额录像系绕(Video)或Lasermax所具有的高密度储存图像文字的优点．从而弥补了计算机大容量储存图像困难的缺点。1

系统设计ICV系统的有机结合，关键在于解决计算机与录像机之间接口的控制。录像片绝对地址寻址问题及相应的软件配套等工作。录像机编辑机一般是用微处理器和相应的固定程序来组合，形成一套控制录像机进行编辑处理工作的程序。

ICV系统之所以能控制录像机进行绝对地址寻址，实现自动编辑控制，先决条件是通过设计一个接口，对录像机进行控制，其原理采用仿真控制工作方式，原理如图所示。

交互式计算机考试系统建立计算机考试系统是传统考试方式改革的需要。传统的手工组卷方式，速度慢、效率低，容易出错，在反映学生学习掌握程度方面不够客观，而考试是对一所学校办学质量、教学模式等的一种客观评价，考试试卷的质量直接反映着教学的成果和学生的学习程度，因此设计一套能准确把握试卷的考试知识点、数量和难易度，科学合理组卷的计算机考试系统很有必要。

基于WEB的交互式计算机考试系统是利用ASP（动态服务器页面）与VB.NET技术和ADO数据库访问技术开发设计的。通过提供大量的试题库、网上模拟练习、网上答题、阅卷等功能，能够改革高校的教学手段，提高教学质量，方便教师了解学生的学习动态，并能收集学生的反馈信息;益于指导学生充分利用校园网络资源。

实践证明交互式计算机考试系统试题库构造合理、系统资源占用相对较少，出题速度快，准确率高，是一个网络学习与考试的平台，支持多种题型，试题导入导出方便，具有灵活智能的组卷算法，严密的数据安全措施，系统性能整体优化。

系统构架整个系统分为两大部分，后端管理系统采用C/S模式，前端应用系统采用B/S模式，具体系统构架如图。

在后端的C/S模式中，服务器用来管理数据库，客户机执行应用程序，并将客户的应用请求通过网络传给服务器，服务器接到请求对其进行处理，再将结果通过网络传给用户。C/S模式易于实现数据库与应用程序的集成，能够减少网络信息量，具有较高的安全保密性。该模式的这种特性结合后台管理系统中本身的安全功能模块及动态授权机制，从系统本身保证了数据的安全与可靠。

前端应用系统采用B/S模式。在这种模式下，客户端通过浏览器向服务器发出请求，不限制客户平台，也不必为客户端开发特定的软件，它采用的是开放标准，只需要较低的开发和维护成本，使用简单，具有友好的界面和高度的灵活性。2

系统功能系统的主要功能分为后端管理系统与前端应用系统两大部分。

1、后端管理系统

1)用户管理该模块能够为系统的三大类用户:系统管理员、考试管理员和考试用户设置账号、密码，冻结由于某种原因不允许登录的用户。

2)试题库管理对各类试题库的建立、加密保护、归类、查询、导入导出等进行统一管理。

3)试卷管理试卷的定义、自动生成、自动阅卷、手动阅卷、成绩提交等。

4)考试管理有关考试信息的管理:考生信息录入、考场编排、开考及结束时间的设定、网上试卷的收发，学生成绩的查询

5)统计分析主要用于对学生答卷结果进行分析:

分别用精确的数字和直观图来实现对不同班级成绩

统计、不同教师的学生成绩统计、成绩分段统计、每种

题型得分统计、每道试题得分统计。

2、前端应用系统

1)用户管理在该模块中对用户的登录信息进行管理，并由后台管理模块记录相关的登录信息，以便在系统被破坏时查找原因，保护系统安全。同时也为学生提供了不同测试点的部分或全部试卷，并在试卷提交后为学生提供错误习题的正确答案，也可查阅每一习题的正确答案及分析。

2)考试管理该模块主要实现了相关考生、考场信息的管理，以及考试时对考场情况的实时监控。

计算机考试系统的主要功能划分如图所示。2

系统环境1、系统硬件环境

1)数据库/WEB服务器。整个系统的运行性能决定于网络服务器，它是整个系统的核心，推荐使用原装专用服务器，如HP公司的NetSeverLH3000。

2)客户端。机器性能要求低于服务器的，推荐使用P4，另外由于后端管理系统采用的是基于C/S模式的局域网结构，所以还需要与服务器的网络连接设备如100M的网卡。

2、系统软件环境

数据库/WEB服务器。从性能、安全性、配套软件是否丰富等几个因素来考虑可选用目前比较流行且易于管理的WindowsNT作为网络操作系统。在数据库方面，由于系统规模不大，所以选择了与之相适应、数据处理功能强大、价格便宜的MicrosoftSQLServer作为数据库引擎。

客户端选用与服务器端所选用软件配合较理想的Windows/98/NT/2000/Me/XP中文版操作系统。2

系统性能优化系统的性能优化包括数据库和应用程序的优化。数据库是应用程序处理的基础，数据库中逻辑结构和物理结构的优化直接影响着系统的性能优化。在基于WEB的计算机考试系统中，通过对数据库初始容量、增长幅度及最大值的设定，使得数据库的动态存储和物理增长达到了平衡，减少了对物理结构不必要的扩充，从一定程度上实现了数据库的物理结构优化;并通过对库中每个表建立合理的索引、触发器和存储过程等实现了数据库逻辑结构的优化，从而实现了系统的整体优化。

由于在客户端采用的是B/S模式，多用户并发访问的情况较多，为了防止当有较多用户访问服务器时给服务器增加负担，系统首先采用了模块划分策略，并利用浏览器动态下载的特性避免了第一次下载时间太长，又利用浏览器的记录特性，实现了客户再次下载这一部分内容时，直接从本地硬盘调入内存，从而优化了系统，提高了系统运行效率。2

交互式仿真计算机系统国内外研究表明，仿真应用需求从过去的设备仿真、单系统仿真，发展到今天的多系统仿真和复杂系统联合仿真;计算机仿真技术也从单一的纯数字仿真、半实物仿真、人回路仿真发展到集面向对象、客户/服务器、分布计算、多媒体、专家系统及虚拟现实等多种仿真手段为一体的综合仿真系统，其特点主要表现为分布性、异构性、互操作性/可重用性、强实时性和可交互性。

系统设计问题主要包括底层通信网络、运行支持系统(RTI)、仿真应用对象模型(OM)和联邦总管(FMgr)。

底层通信网络HLA并未具体规定RTI的底层支持，可以基于CORBA标准实现其功能，也可以在网络协议和标准基础上实现具有特定性能要求的RTI，这在很大程度上取决于应用领域的需求。根据仿真任务要求的高速度、大容量、强实时的特点，设计了紧密耦合的多机系统将各仿真计算机结点组织起来，整个系统结构如图所示。图中，各结点机组成一个三元二维TORUS网络，每个结点都是一个功能独立的仿真机，它们各自担负的仿真任务不同，但结构却是类似的，一般都由仿真主机、网络接口NI、网络路由器NR等组成，主机与NI通过PCI总线相连，NR相互连接成TORUS网。3

运行支持系统RTIHLA的一个重要特征是将仿真应用与底层的通信功能相分离, 由RTI提供的服务来实现底层的通信和基本功能。RT I相当于一个分布式操作系统,是联邦运行的核心。RTI 提供的运行时服务包括联邦管理( FM)、声明管理( DM)、对象管理( OM)、所有权管理( OWM)、时间管理( TM)和数据分布管理( DDM)。通讯功能主要通过时间管理和数据分布管理来实现。

1、时间管理

RTI通过时间管理支持实时时钟和逻辑时钟的推进, 协调各成员之间的同步, 可以采取时间步进和事件驱动两种仿真推进方式。时间管理包括:

①时间获取。包括请求获取联邦时间、成员时间、最小下一事件时间和LBTS, 其中LBTS ( low erbound o n th e time stamp, 简称LBTS) 表示时戳顺序信息的低限, 小于LBTS的时戳信息不需要获得许可即可由RTI传送给成员。

②设置与获得成员的时间推进量。如果成员的当前时间为T, 时间推进量为L, 则成员产生的未来事件的时间不能小于T+ L。

③成员推进仿真时间。通常成员推进时间要受到其它成员的约束, RTI接受请求后将处理这种约束, 保证各成员的时间能协调推进。

2、数据分布

数据分布的目的是限制联邦中成员接受的信息范围, 这样一方面可以减少成员处理的数据量, 另一方面可减少网络上传输的数据量。实现数据分布的框架如图所示。HLA中支持数据分布的基本概念是路径空间。路径空间是一个多维的关键空间, 联邦成员可以用它来描述其希望接受与发送的数据。路径空间的子集称为区域( region)。联邦成员可以指定一个订购区域( subscriptio n reg ion) , 这意味着通知RTI只有落入该区域的数据才发送给它。联邦成员也可以为一个对象指定一个更新区域( update region)。这表示成员将保证当它更新对象属性时, 如属性值进入了更新区域, 则将更新的属性值发出。3

HLA对象模型( OM)开发仿真系统的一个关键步骤是设计与建立仿真应用的对象模型OM。HLA OM的主要目的是描述联邦与成员中对象间的关系。对象属于某个类, 类描述了对象的共同特性, 所以对象间的关系可以归结为类之间的关系。HLA中有两种类: 对象类和交互类,它们分别用于刻画系统的元素与元素间的关系。

联邦总管( FMgr)RTI集成了多种仿真成员。对于如此规模的分布仿真, 需要强有力的管理机制, 联邦总管( federatio n manag er) 就是管理功能的具体执行者。联邦总管是HLA /RTI系统中一个特殊的成员,与一般的成员有相似的数据交换机制,主要区别在于联邦总管定购和公布的内容有所不同, 以能够控制、协调各个联邦成员的仿真行为为目的。一般来说, 联邦总管根据用户需求动态监控各仿真实体的态势, 并依据相应的策略进行调度控制, 满足整个仿真系统的任务时限、负载均衡和通信开销等要求, 很好地体现了分布计算、集中控制的思想。联邦总管负责整个系统从仿真前的规划准备, 到初始化过程, 到运行阶段的管理和控制, 直至事后的分析与重演。具体包括:

①任务规划: 仿真环境规划, 实体规划, 记录规划, 时钟同步规划, 剧情生成。

②初始化设置: 分解剧情, 格式转换, 加载, 初始化实体, 时钟同步, 启动仿真。

③管理与控制: 实时数据记录, 实时数据监控, 实时态势控制, 应变分析。

④分析与重演: 演练重演, 分析记录数据, 评价。3