計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

劉姝虹

摘 要：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)往往會(huì)被限制在固定的時(shí)間及場(chǎng)所當(dāng)中，所需投入的資金總量大、資源利用不充分、實(shí)驗(yàn)過程缺乏靈活性，且主流遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室所提供的設(shè)備多以虛擬設(shè)備為主，缺乏真實(shí)性。而通過利用云計(jì)算技術(shù)建立起計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，則可促使用戶通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)便能夠獲取到真實(shí)的硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在提升實(shí)驗(yàn)靈活性及自主性的前提下可充分保障實(shí)驗(yàn)的真實(shí)有效性。本文就關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的幾種關(guān)鍵技術(shù)展開了研究分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 硬件 云實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0152-02

隨著近年來國(guó)內(nèi)外云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，其發(fā)展規(guī)模也得到了極大的拓展，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。但同時(shí)也應(yīng)認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式顯然已經(jīng)難以適應(yīng)于當(dāng)前高等院校的信息化建設(shè)發(fā)展需求，在這一現(xiàn)狀情況下展開計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究也便有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。這一計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)系統(tǒng)的建成將可實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件與系統(tǒng)課程的真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)，無需再額外安排工作人員，且不會(huì)受制于有限資源的約束，能夠大幅度提升設(shè)備利用效率，方便開展相關(guān)的管理工作。

1 云計(jì)算概述

云計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)資源的分享與獲取，基于云計(jì)算模式之下的資源分享內(nèi)容主要就包含了計(jì)算機(jī)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等多項(xiàng)內(nèi)容。云計(jì)算主要服務(wù)內(nèi)容自上而下可概括為三級(jí)別：（1）基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層。按照實(shí)際需求所延伸出的相關(guān)基礎(chǔ)性硬件設(shè)施服務(wù)。（2）平臺(tái)服務(wù)層。部署相關(guān)應(yīng)用程序，同時(shí)提供運(yùn)行服務(wù)。（3）軟件服務(wù)層。利用提供商提供的可用作云計(jì)算平臺(tái)內(nèi)的應(yīng)用程序。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用主要是將用戶任務(wù)分布至大量計(jì)算節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的資源池當(dāng)中，例如大規(guī)模服務(wù)器集群，以促使用戶可依據(jù)實(shí)際需求來獲得相關(guān)資源、存儲(chǔ)空間抑或信息服務(wù)。

2 計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 實(shí)驗(yàn)快照及遷移技術(shù)

計(jì)算機(jī)設(shè)備的硬件實(shí)驗(yàn)構(gòu)成主要是以計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)為主，同時(shí)還包含有數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)組成原理實(shí)驗(yàn)、微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)以及嵌入式計(jì)算等多種模式，是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程結(jié)構(gòu)內(nèi)十分關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容。隨著目前對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的應(yīng)用，以及采用超高速集成電路硬件描述語言來開展硬件設(shè)計(jì)的快速化發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列能夠?qū)崿F(xiàn)無限循環(huán)重復(fù)編程，僅需配置新bit文件，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)其邏輯功能的更新處理，并進(jìn)一步開展新的實(shí)驗(yàn)研究。此項(xiàng)技術(shù)的這一項(xiàng)特性價(jià)值也為電路設(shè)計(jì)提供了新的解決思路，一改傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)驗(yàn)電路難以改變的缺陷不足，促使現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的應(yīng)用潛力得到了充分發(fā)掘，現(xiàn)已在計(jì)算機(jī)硬件類教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的實(shí)驗(yàn)形式之下，用戶可按照實(shí)踐需求來更加便捷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)要求更新，以促使學(xué)生可更加自主地開展硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開仿真研究，實(shí)驗(yàn)過程的靈活性得到了極大的增強(qiáng)。

在計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中采用Boundary-Scan進(jìn)行測(cè)試，不僅可靠高效且簡(jiǎn)便易行。此外邊界掃描技術(shù)也是面對(duì)較為復(fù)雜的IC器件與電路板時(shí)所較常用到的一種可測(cè)性設(shè)計(jì)方法。基于Boundary-Scan測(cè)試方式下，計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)選用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，僅需將基礎(chǔ)邊界掃描引腳標(biāo)出便可開展測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)價(jià)值的高效整合，利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄實(shí)驗(yàn)服務(wù)器，借助于操作實(shí)驗(yàn)板來開展邊界掃描，并進(jìn)一步達(dá)成實(shí)驗(yàn)快照與前移技術(shù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)預(yù)約關(guān)鍵技術(shù)

如何有效預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)已成為各大實(shí)驗(yàn)室在開放應(yīng)用過程所面臨的一項(xiàng)常見難題情況。而利用B/S結(jié)構(gòu)所建立起的開放性實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)能夠直接將實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)預(yù)約信息詳細(xì)、準(zhǔn)確地呈現(xiàn)給用戶，使之能夠依據(jù)自身的時(shí)間方便程度及需求性來申請(qǐng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的使用，提高對(duì)實(shí)驗(yàn)資源的利用率。本次研究所建立起的計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)采取的是jsp設(shè)計(jì)方式，通過MYSQL進(jìn)行數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)，系統(tǒng)采用三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括了客戶端瀏覽器、web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中客戶端瀏覽器是用戶與系統(tǒng)的信息交互接口；web服務(wù)器主要是負(fù)責(zé)與用戶之間的信息交流及協(xié)同，以達(dá)到系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能價(jià)值；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室資源信息、設(shè)備信息、用戶信息存儲(chǔ)的地方。系統(tǒng)利用web技術(shù)做到了對(duì)客戶端冗余的有效精簡(jiǎn)，大幅度減小了維護(hù)成本費(fèi)用，甚至是完全無需人工維護(hù)。用戶在輸入相關(guān)驗(yàn)證登錄信息后，經(jīng)過確認(rèn)便可進(jìn)入到預(yù)約系統(tǒng)當(dāng)中查看所預(yù)約的實(shí)驗(yàn)課程，僅需選取其中任意一項(xiàng)便可進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分室當(dāng)中，針對(duì)所需預(yù)約的資源在某一時(shí)間段內(nèi)開展預(yù)約工作。并且用戶在完成預(yù)約工作后，相關(guān)的管理人員還要開展審核處理，通過審核后便可顯示預(yù)約成功。

2.3 視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

這一項(xiàng)技術(shù)即為將傳統(tǒng)的食品技術(shù)和當(dāng)代通信技術(shù)予以高效融合，當(dāng)前已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用。特別是隨著近些年計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速化發(fā)展、圖像處理技術(shù)的提升，以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的大規(guī)模普及，促使遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。而在本次研究所設(shè)計(jì)出的計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)中，作為一種完全虛擬化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上所開展的實(shí)驗(yàn)研究用戶是無法直觀地觀察到其中的真實(shí)反應(yīng)情況，而要促使用戶能夠達(dá)到身臨其境的感受，就必須要用到視頻監(jiān)控技術(shù)。

在盡量保障視聽效果的基礎(chǔ)上，最大程度降低視頻傳輸數(shù)據(jù)率是視頻壓縮所要達(dá)到的主要目標(biāo)。通常來說，壓縮好的數(shù)據(jù)量和壓縮前相對(duì)比即為視頻壓縮比。由于視頻是通過連續(xù)性的靜態(tài)圖像所結(jié)合形成的，因此靜態(tài)與動(dòng)態(tài)圖像壓縮編碼算法具有一定的相似性。在本次研究中采用MPEG-4視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)交互式繪圖應(yīng)用、數(shù)字電視、多媒體等技術(shù)的整合，促使大量的多媒體應(yīng)用可被集成在一個(gè)整體性的框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，以便為多媒體通信與應(yīng)用環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)算法與工具，并由此建立出一種可被多媒體傳輸、存儲(chǔ)及檢索等應(yīng)用所廣泛采用的統(tǒng)一化數(shù)據(jù)應(yīng)用格式。這一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和以往所采用的標(biāo)準(zhǔn)最為明顯的差異即為其主要是基于對(duì)象編碼理念之上所實(shí)現(xiàn)的，也就是在編碼的過程中將單幅景物分為多個(gè)在時(shí)間與空間上存在密切關(guān)聯(lián)性的視頻與音頻目標(biāo)，經(jīng)過編碼處理、傳輸、接收、解碼最終組合為所需應(yīng)用到的視頻及音頻。

3 結(jié)語

總而言之，由于受到近些年虛擬實(shí)驗(yàn)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步。虛擬實(shí)驗(yàn)即將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來做到充分融合，打破實(shí)驗(yàn)操作所受到的時(shí)間與空間限制，可全面提升實(shí)驗(yàn)性能，也可對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)件模式做出調(diào)整，減小對(duì)真實(shí)硬件的依賴性，有著十分良好的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。本次研究重點(diǎn)就計(jì)算機(jī)硬件云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中所應(yīng)用到的實(shí)驗(yàn)快照及遷移技術(shù)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、視頻監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)展開了深入研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供一些有價(jià)值的參考。

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