探析計算機實驗室管理系統設計應用

洪毅英

（漳州職業技術學院 福建 漳州 363000）

0 引言

近幾年，在教育事業深化改革的背景下，信息技術已經成為各階段教學關注的重點。 特別是在各高校的發展過程中，信息技術應用已經深入到實際工作中。 許多學校紛紛建立了電腦實驗室，以提高信息技術融合的有效性，從而進一步提高教育教學質量。 然而，在實際建設和應用過程中，一些問題逐漸顯現出來。 這些問題不僅會影響信息技術融合的效果，還會直接影響教育教學引導工作的開展。 因此，需要在實際工作中對這些問題進行處理和優化。 本文對計算機系統的網絡設計關鍵系統結構進行研究，以期在發展過程中進一步提高計算機實驗室的應用有效性。

1 計算機實驗室管理系統中的網絡設計

本文基于客戶端／服務器體系結構（client／server，C／S）原理， 利用傳輸控制協議（ transmission control protocol， TCP）和SOCKET 技術，構建了一個計算機實驗室管理系統。 這一章重點介紹SOCKET 的工作原理，并在此基礎上進行設計［1］。

利用SOCKET 編輯理論實現互聯網通信，在網絡環境內部建立一個虛擬的信息基站，采用SOCKET 編輯理論創建數據模型，以此來實現面對面連接，同樣也可以選擇無連接。 SOCKET 編輯理論在實際操作時可以選擇數據傳輸、字節流和無連接。 SOCKET 接口模型采用打開、讀寫、關閉的方式，因此必須建立一個關于SOCKET 程序的互聯網網絡端口，實現網絡的面向連接。 可以通過連接與數據程序來選擇是否關閉連接口。 每建立一個SOCKET 端口時，必須遵守理論本身的特性，并使用應用程序編程接口（application programming interface， API）函數提供一個數據標識［2］。

2 計算機實驗室管理系統的設計關鍵

計算機實驗室管理系統主要應用于院校計算機實驗室和網吧，旨在實現計算機管理系統的應用管理化和滿足實驗管理的互聯網需求。 實驗室信息管理系統必須嚴格遵守相關規定，并制定安全、可靠、穩定的管理原則，以滿足現代科技發展的需要，適應未來發展方向。 為了使得系統更加完善和貼合實驗室計算機發展的需求，根據數據分析系統的研發力度和后期的可調控力度的研究，必須考慮以下關鍵問題［3］。

2.1 實驗室管理系統設計原則

2.1.1 模塊化

在設計實驗室管理系統時，應遵循模塊化的原則，即系統模塊化、數據模塊化、管理模塊化等。 采用模塊化的設計理念，使整個管理體系更具科學性、統一性、易用性和易維護性，有利于系統的更新與管理。 模塊化的設計原則被擴展到了與實驗室管理系統有關的所有領域。 采用模塊化的裝配方式可以使實驗系統的控制更加明晰，并且便于對實驗系統進行修改和升級［4］。 這種方式對用戶的查詢和信息的確認也起到了很大的作用。

2.1.2 低耦合

在設計實驗室管理系統時，應遵循低耦合原則。 所謂“低耦合法”，就是將系統與數據的關聯度降低到最低程度，使系統中某一部件對其他部件的影響降到最低。 該模型對于系統的改造與維護有重要的指導意義。

2.1.3 高內聚

高內聚性主要是指對操作系統進行統一管理，這樣可以使管理系統具有很強的一致性，便于對數據進行管理和存儲。

在構建實驗室管理體系時，整體設計思想對其實現起著至關重要的作用。 本文通過對國內外有關文獻的梳理發現，雖然對其功能、組成及關鍵技術的論述較多，但是對其整體架構的探討較少。 實踐證明，雖然其整體構架并沒有體現出實驗室的特性與功能，但是對于其適用性與舒適度都有很大的影響［5］。 目前，高校實驗室的軟硬件及基本應用的特點與類型錯綜復雜。 因此，如何有效地整合已有的資源，以適應目前的需要是十分重要的。 根據計算機實驗室管理系統的組成分析，本文將面向服務架構（serviceoriented architecture， SOA）設計理念引入計算機實驗室系統的設計和開發中，這樣既可以在一定程度上提升管理人員的工作效率，又可以推動計算機實驗室資源的擴展，未來可以在整合數字校園應用程序方面發揮很好的作用。

2.1.4 網絡延時

在計算機實驗室的運行中，管理員對機房進行遠程控制，即利用計算機和控制器在各個地點通過某種電子通信方式進行控制和接收信息的傳遞。 網絡遠程監控以網絡為基礎，以滿足用戶對信息資源的要求。 強調了信息傳達的精確度和所傳達的信息量的可操作性。 由于無法確保遠程監控系統的準確性和實時性，因此在傳輸過程中可能會出現一定的網絡延遲，從而增加了對信息采集和控制的困難。 為解決此問題，本文提出了一種基于時滯的新方法——基于時滯的計算機仿真軟件。

2.2 數據庫的合理設計

在開發計算機管理軟件時，需要解決的問題有兩個：網絡化和數據庫化。 數據庫作為存儲信息的重要工具，其設計的好壞將直接關系到系統的軟件性能和使用效率。數據庫的合理設計涉及：

（1）資料的連貫性。 工作代碼是通過應用來生成的，為了使各種工作正常進行，工作的代碼都是不同的，代碼是唯一的。

（2）合理的重復。 在數據冗余程度較小的情況下，可以很好地確保資料的完整性。 然而，為了提高系統的響應速度，適當的數據冗余量是必要的。 通過增加數據冗余量，可以減少對數據的頻繁訪問和查詢，從而提高系統的性能。 此外，還可以采用表格連續式的查詢方式，進一步提高查詢效率。

（3）資料的正確選取。 由于不同的資料類型占用的內存和電腦的運算速率不同，因此如何正確地選取資料類型，直接關系到資料庫的效能與運作。

（4）標準化的資料。 將存儲數據標準化，不僅可以培養出一個好的數據庫系統，還可以大大地改善計算速度和性能，為今后的數據庫維護工作帶來許多益處。

（5）對過程進行統一。 為了確保用戶的數據的正常利用，在用戶進入時，需要采用進程同步技術來確保登錄信息得到正確的認證。

2.3 C／S 體系結構

該模式可以分成傳統C／S 模式和三級C／S 模式。C／S 的傳統架構是兩級C／S 架構，其本質是將一個集合的程序分成兩個功能各異的模塊，并在各自的電腦上運行。在這兩個部分中，一個用于對服務器程序進行回應并提供靜態服務；其他客戶端用來向服務器提出請求并提出特定的服務。 在體系中，服務端是一個服務程序。

三級C／S 架構也被稱為多層次分布的應用系統，即在用戶級和數據庫級間增加一個中間級應用服務器（application server， AS）。 它主要用于C／S 模式下對不同的業務規則進行處理。 客戶端的應用程序只需向應用程序服務器發送一個簡單的指令，即可將用戶的要求提交給服務器進行處理。 加入中間層后，整個體系的運行效率大幅提升。 該體系的體系結構與三級C／S 體系結構相似，在C／S 架構中，服務器組件起到了對客戶端模塊的中介作用，C／S 模式的特征如下：

（1）工作能力很好。 在C／S 模型中，客戶端擁有一個完整的應用程序，因此在錯誤提示、在線幫助等方面具有很好的性能，并且可以在不同的子程序之間進行轉換。

（2）擁有強大的數據操作和交易處理功能。

（3）對資料的安全和完整性進行嚴格限制。

（4）訪問方式更加可靠。

（5）減少網絡通信流量。

（6）可以在較短的時間內實現高速的控制。

3 計算機實驗室管理系統的模塊化設計

實驗室管理系統由四大模塊組成，即用戶模塊、實驗教學模塊、實驗室管理模塊和輔助功能模塊。 這些模塊共同構成了一個互相依賴、互相關聯的體系，并由管理員進行維護。 不同的模塊與角色具有不同的存取權限與功能。

3.1 用戶模塊

用戶管理模塊主要負責對用戶進行添加和信息修改。當添加新用戶時，需要先驗證用戶的身份，再修改用戶的ID、編號及口令，并驗證口令。 所有操作都成功執行后，才會顯示“添加成功”的提示，否則，會出現“無法添加”的錯誤信息。

3.2 實驗教學模塊

在設計實驗教學模塊時需要考慮以下幾個方面：

（1）“學科管理”模塊的主要功能是對實驗任務進行組織，并按照計劃完成實驗計劃、課題、課程大綱等。 然后，在綜合情況下，系統會自動生成教材，并依據教材的內容來進行選課。 同時，該模塊還對實驗教學人員提出了更高的要求，即實驗教學人員應為本系各學科的老師，以適應學生的需要。

（2）實驗教學與科研可以適當地結合起來。 在明確實驗計劃、課題及政策的基礎上，對實驗教學與科研工作進行配套，并對實驗教學進行指導。

（3）實驗室的管理程序應該包含實驗的時間、地點、項目、消耗品以及實驗過程。 這些模塊的工作是由系統的管理員來完成的。 根據校務處的要求，結合實驗室的具體條件，將同學們分成幾個小組，分別為同學們制定實驗計劃，并給予他們學習上的指導。 最后，管理員還會對物品、學生分數等進行記錄。

（4）時間表應是直觀而簡明的。 在該系統中，老師可以輸入精確的課表，學生可以查詢課表。

（5）需要在系統設計中添加在線問答模塊，以促進學生和教師之間的溝通。 問答模塊可分為公共和個人平臺，向所有教師和學生開放，以實現最有效的問題解決。 個人平臺維護個人調查模塊。

（6）選修科目采用開放式選課模式，學生可依據自己的喜好選修科目。

3.3 實驗室管理模塊

實驗室管理是實驗室建設與運行中的一個關鍵環節。

（1）基本資料：包括各實驗室的構成、布局、規模等資料，以及能夠進行詳細檢索的資料。 基礎信息主要是從各個行業中收集到的信息，如學生信息、職業發展情況等。

（2）管理團隊的子模塊主要用于記錄實驗室數據和評估實驗室水平。 學校的規章制度被記錄下來，并提供了一個目錄以便查詢。

（3）學生的資料被輸入到學校的管理系統后，學生會被分成不同的班級或小組，并且當他們的學分和學習需求被滿足時，這些資料會被自動更新。 獎勵與懲罰信息是為了貫徹實施實驗室管理規定而制定的，該系統能夠及時地對各個實驗室及個體的獎勵與懲罰信息進行更新。

3.4 輔助功能模塊

其附屬功能主要包括3 大部分：日常工作、實驗室評估和系統維護。 日常工作包括：系統維護、系統資源管理、系統評價等。 實驗室評估包括：建立評估準則、確定評估主題和開展實驗室自評。 系統維護包括：存取管理、數據匯報和參數維護。

4 數據庫設計

系統實現的核心是系統數據庫設計與計算機實驗室管理系統設計相結合。 經過對前期設計的計算機實驗室管理系統的分析，發現大多數系統數據庫都采用了集中式存儲方式，即將所有相關內容數據存儲在可通過局域網訪問的同一數據庫服務器上，成功地解決了實驗室管理問題。 然而，當多臺計算機終端同時使用服務器時，這種數據庫管理模式會導致流量突然增加，無法滿足多級管理的需要。 因此，系統數據庫設計采用SOA 架構，該架構充分利用現有服務器和網絡，并在實驗室之間傳播統一管理所需的信息。

4.1 數據庫概念結構

概念模型是數據庫設計的核心。 數據庫的設計分為5 個部分，對應5 個實體：實驗室、學生、講師、教授和實驗。 分析不同實體的相應屬性，以滿足系統日常運行的需要，并設計了系統的概念模型。

4.2 物理結構

創建一個結構化查詢語言（structured query language，SQL）數據庫來存儲相關數據。 使用該數據庫，并基于數據庫表創建類似的文件。 例如，內存空間映射文件具有相應的類名和數據庫表，類ID 屬性映射在學生表ID 列中。數據庫表應包含相應的穩定性類別，以確保數據庫表中每個字段的穩定性。 系統設計使用SQL 來管理多個數據庫表。 基于數據庫設計范式，分別規劃了管理員列表、教師列表、實驗室列表、計算機列表和課程表。 作為實驗的一個例子，數據庫表如表1 所示。

表1 實驗數據庫表

5 系統測試

5.1 測試環境

目前常用的系統軟件開發和操作工具是Microsoft Visual Basic，這是一種功能強大且相對簡單的整體設計工具。 事件驅動的編程機制支持動態數據交換、鏈接庫和嵌入技術，以及對數據庫系統的訪問。 它具有廣泛的在線幫助功能，目前被廣泛用作數據庫。 這種類型的多處理器架構具有全面的安全和容錯功能，便于系統維護。 在Windows 10 上，Eclipse 作為Tomcat 的附加軟件，具有2.4 GHz 的硬件處理器和4 GB 的內存。 機房管理系統開發完成后，有必要對系統測試進行詳細設計，以確保系統的所有功能符合預期。

5.2 測試結果

用戶模塊允許系統測試運行，并根據用戶權限為用戶賬戶輸入密碼。 功能模塊已成功進入其訪問權限。 在成功完成設備的調試模塊后，管理人員將有機會搜索和導出最新數據，但不能使用不屬于其訪問權限的其他功能。 實驗結果如表2 所示。 在特定的測試用例中運行用戶控制測試。 如果用戶添加成功，系統將提示“添加成功”。 添加成功后，可以從數據庫表的用戶表中檢索相關數據。 測試用例的結果表明，用戶管理功能基本滿足系統要求，未發現明顯缺陷。

表2 用戶管理功能測試結果

6 結語

綜上所述，本文選取了計算機實驗室的計算機管理作為主題進行了探討，旨在使機房管理自動化，降低勞動強度，提高工作效率。 在分析機房管理的要求和方式的基礎上，以互聯網通信技術和數據庫訪問技術為手段提出了用多層C／S 結構來實現機房計算機管理的模型。 根據該模型，設計出一套切實可行的軟件系統。