探析计算机实验室管理系统设计应用

2024-03-28洪毅英

信息记录材料 2024年2期

洪毅英

（漳州职业技术学院福建漳州 363000）

0 引言

近几年，在教育事业深化改革的背景下，信息技术已经成为各阶段教学关注的重点。特别是在各高校的发展过程中，信息技术应用已经深入到实际工作中。许多学校纷纷建立了电脑实验室，以提高信息技术融合的有效性，从而进一步提高教育教学质量。然而，在实际建设和应用过程中，一些问题逐渐显现出来。这些问题不仅会影响信息技术融合的效果，还会直接影响教育教学引导工作的开展。因此，需要在实际工作中对这些问题进行处理和优化。本文对计算机系统的网络设计关键系统结构进行研究，以期在发展过程中进一步提高计算机实验室的应用有效性。

1 计算机实验室管理系统中的网络设计

本文基于客户端／服务器体系结构（client／server，C／S）原理，利用传输控制协议（ transmission control protocol， TCP）和SOCKET 技术，构建了一个计算机实验室管理系统。这一章重点介绍SOCKET 的工作原理，并在此基础上进行设计［1］。

利用SOCKET 编辑理论实现互联网通信，在网络环境内部建立一个虚拟的信息基站，采用SOCKET 编辑理论创建数据模型，以此来实现面对面连接，同样也可以选择无连接。 SOCKET 编辑理论在实际操作时可以选择数据传输、字节流和无连接。 SOCKET 接口模型采用打开、读写、关闭的方式，因此必须建立一个关于SOCKET 程序的互联网网络端口，实现网络的面向连接。可以通过连接与数据程序来选择是否关闭连接口。每建立一个SOCKET 端口时，必须遵守理论本身的特性，并使用应用程序编程接口（application programming interface， API）函数提供一个数据标识［2］。

2 计算机实验室管理系统的设计关键

计算机实验室管理系统主要应用于院校计算机实验室和网吧，旨在实现计算机管理系统的应用管理化和满足实验管理的互联网需求。实验室信息管理系统必须严格遵守相关规定，并制定安全、可靠、稳定的管理原则，以满足现代科技发展的需要，适应未来发展方向。为了使得系统更加完善和贴合实验室计算机发展的需求，根据数据分析系统的研发力度和后期的可调控力度的研究，必须考虑以下关键问题［3］。

2.1 实验室管理系统设计原则

2.1.1 模块化

在设计实验室管理系统时，应遵循模块化的原则，即系统模块化、数据模块化、管理模块化等。采用模块化的设计理念，使整个管理体系更具科学性、统一性、易用性和易维护性，有利于系统的更新与管理。模块化的设计原则被扩展到了与实验室管理系统有关的所有领域。采用模块化的装配方式可以使实验系统的控制更加明晰，并且便于对实验系统进行修改和升级［4］。这种方式对用户的查询和信息的确认也起到了很大的作用。

2.1.2 低耦合

在设计实验室管理系统时，应遵循低耦合原则。所谓“低耦合法”，就是将系统与数据的关联度降低到最低程度，使系统中某一部件对其他部件的影响降到最低。该模型对于系统的改造与维护有重要的指导意义。

2.1.3 高内聚

高内聚性主要是指对操作系统进行统一管理，这样可以使管理系统具有很强的一致性，便于对数据进行管理和存储。

在构建实验室管理体系时，整体设计思想对其实现起着至关重要的作用。本文通过对国内外有关文献的梳理发现，虽然对其功能、组成及关键技术的论述较多，但是对其整体架构的探讨较少。实践证明，虽然其整体构架并没有体现出实验室的特性与功能，但是对于其适用性与舒适度都有很大的影响［5］。目前，高校实验室的软硬件及基本应用的特点与类型错综复杂。因此，如何有效地整合已有的资源，以适应目前的需要是十分重要的。根据计算机实验室管理系统的组成分析，本文将面向服务架构（serviceoriented architecture， SOA）设计理念引入计算机实验室系统的设计和开发中，这样既可以在一定程度上提升管理人员的工作效率，又可以推动计算机实验室资源的扩展，未来可以在整合数字校园应用程序方面发挥很好的作用。

2.1.4 网络延时

在计算机实验室的运行中，管理员对机房进行远程控制，即利用计算机和控制器在各个地点通过某种电子通信方式进行控制和接收信息的传递。网络远程监控以网络为基础，以满足用户对信息资源的要求。强调了信息传达的精确度和所传达的信息量的可操作性。由于无法确保远程监控系统的准确性和实时性，因此在传输过程中可能会出现一定的网络延迟，从而增加了对信息采集和控制的困难。为解决此问题，本文提出了一种基于时滞的新方法——基于时滞的计算机仿真软件。

2.2 数据库的合理设计

在开发计算机管理软件时，需要解决的问题有两个：网络化和数据库化。数据库作为存储信息的重要工具，其设计的好坏将直接关系到系统的软件性能和使用效率。数据库的合理设计涉及：

（1）资料的连贯性。工作代码是通过应用来生成的，为了使各种工作正常进行，工作的代码都是不同的，代码是唯一的。

（2）合理的重复。在数据冗余程度较小的情况下，可以很好地确保资料的完整性。然而，为了提高系统的响应速度，适当的数据冗余量是必要的。通过增加数据冗余量，可以减少对数据的频繁访问和查询，从而提高系统的性能。此外，还可以采用表格连续式的查询方式，进一步提高查询效率。

（3）资料的正确选取。由于不同的资料类型占用的内存和电脑的运算速率不同，因此如何正确地选取资料类型，直接关系到资料库的效能与运作。

（4）标准化的资料。将存储数据标准化，不仅可以培养出一个好的数据库系统，还可以大大地改善计算速度和性能，为今后的数据库维护工作带来许多益处。

（5）对过程进行统一。为了确保用户的数据的正常利用，在用户进入时，需要采用进程同步技术来确保登录信息得到正确的认证。

2.3 C／S 体系结构

该模式可以分成传统C／S 模式和三级C／S 模式。C／S 的传统架构是两级C／S 架构，其本质是将一个集合的程序分成两个功能各异的模块，并在各自的电脑上运行。在这两个部分中，一个用于对服务器程序进行回应并提供静态服务；其他客户端用来向服务器提出请求并提出特定的服务。在体系中，服务端是一个服务程序。

三级C／S 架构也被称为多层次分布的应用系统，即在用户级和数据库级间增加一个中间级应用服务器（application server， AS）。它主要用于C／S 模式下对不同的业务规则进行处理。客户端的应用程序只需向应用程序服务器发送一个简单的指令，即可将用户的要求提交给服务器进行处理。加入中间层后，整个体系的运行效率大幅提升。该体系的体系结构与三级C／S 体系结构相似，在C／S 架构中，服务器组件起到了对客户端模块的中介作用，C／S 模式的特征如下：

（1）工作能力很好。在C／S 模型中，客户端拥有一个完整的应用程序，因此在错误提示、在线帮助等方面具有很好的性能，并且可以在不同的子程序之间进行转换。

（2）拥有强大的数据操作和交易处理功能。

（3）对资料的安全和完整性进行严格限制。

（4）访问方式更加可靠。

（5）减少网络通信流量。

（6）可以在较短的时间内实现高速的控制。

3 计算机实验室管理系统的模块化设计

实验室管理系统由四大模块组成，即用户模块、实验教学模块、实验室管理模块和辅助功能模块。这些模块共同构成了一个互相依赖、互相关联的体系，并由管理员进行维护。不同的模块与角色具有不同的存取权限与功能。

3.1 用户模块

用户管理模块主要负责对用户进行添加和信息修改。当添加新用户时，需要先验证用户的身份，再修改用户的ID、编号及口令，并验证口令。所有操作都成功执行后，才会显示“添加成功”的提示，否则，会出现“无法添加”的错误信息。

3.2 实验教学模块

在设计实验教学模块时需要考虑以下几个方面：

（1）“学科管理”模块的主要功能是对实验任务进行组织，并按照计划完成实验计划、课题、课程大纲等。然后，在综合情况下，系统会自动生成教材，并依据教材的内容来进行选课。同时，该模块还对实验教学人员提出了更高的要求，即实验教学人员应为本系各学科的老师，以适应学生的需要。

（2）实验教学与科研可以适当地结合起来。在明确实验计划、课题及政策的基础上，对实验教学与科研工作进行配套，并对实验教学进行指导。

（3）实验室的管理程序应该包含实验的时间、地点、项目、消耗品以及实验过程。这些模块的工作是由系统的管理员来完成的。根据校务处的要求，结合实验室的具体条件，将同学们分成几个小组，分别为同学们制定实验计划，并给予他们学习上的指导。最后，管理员还会对物品、学生分数等进行记录。

（4）时间表应是直观而简明的。在该系统中，老师可以输入精确的课表，学生可以查询课表。

（5）需要在系统设计中添加在线问答模块，以促进学生和教师之间的沟通。问答模块可分为公共和个人平台，向所有教师和学生开放，以实现最有效的问题解决。个人平台维护个人调查模块。

（6）选修科目采用开放式选课模式，学生可依据自己的喜好选修科目。

3.3 实验室管理模块

实验室管理是实验室建设与运行中的一个关键环节。

（1）基本资料：包括各实验室的构成、布局、规模等资料，以及能够进行详细检索的资料。基础信息主要是从各个行业中收集到的信息，如学生信息、职业发展情况等。

（2）管理团队的子模块主要用于记录实验室数据和评估实验室水平。学校的规章制度被记录下来，并提供了一个目录以便查询。

（3）学生的资料被输入到学校的管理系统后，学生会被分成不同的班级或小组，并且当他们的学分和学习需求被满足时，这些资料会被自动更新。奖励与惩罚信息是为了贯彻实施实验室管理规定而制定的，该系统能够及时地对各个实验室及个体的奖励与惩罚信息进行更新。

3.4 辅助功能模块

其附属功能主要包括3 大部分：日常工作、实验室评估和系统维护。日常工作包括：系统维护、系统资源管理、系统评价等。实验室评估包括：建立评估准则、确定评估主题和开展实验室自评。系统维护包括：存取管理、数据汇报和参数维护。

4 数据库设计

系统实现的核心是系统数据库设计与计算机实验室管理系统设计相结合。经过对前期设计的计算机实验室管理系统的分析，发现大多数系统数据库都采用了集中式存储方式，即将所有相关内容数据存储在可通过局域网访问的同一数据库服务器上，成功地解决了实验室管理问题。然而，当多台计算机终端同时使用服务器时，这种数据库管理模式会导致流量突然增加，无法满足多级管理的需要。因此，系统数据库设计采用SOA 架构，该架构充分利用现有服务器和网络，并在实验室之间传播统一管理所需的信息。

4.1 数据库概念结构

概念模型是数据库设计的核心。数据库的设计分为5 个部分，对应5 个实体：实验室、学生、讲师、教授和实验。分析不同实体的相应属性，以满足系统日常运行的需要，并设计了系统的概念模型。

4.2 物理结构

创建一个结构化查询语言（structured query language，SQL）数据库来存储相关数据。使用该数据库，并基于数据库表创建类似的文件。例如，内存空间映射文件具有相应的类名和数据库表，类ID 属性映射在学生表ID 列中。数据库表应包含相应的稳定性类别，以确保数据库表中每个字段的稳定性。系统设计使用SQL 来管理多个数据库表。基于数据库设计范式，分别规划了管理员列表、教师列表、实验室列表、计算机列表和课程表。作为实验的一个例子，数据库表如表1 所示。

表1 实验数据库表

5 系统测试

5.1 测试环境

目前常用的系统软件开发和操作工具是Microsoft Visual Basic，这是一种功能强大且相对简单的整体设计工具。事件驱动的编程机制支持动态数据交换、链接库和嵌入技术，以及对数据库系统的访问。它具有广泛的在线帮助功能，目前被广泛用作数据库。这种类型的多处理器架构具有全面的安全和容错功能，便于系统维护。在Windows 10 上，Eclipse 作为Tomcat 的附加软件，具有2.4 GHz 的硬件处理器和4 GB 的内存。机房管理系统开发完成后，有必要对系统测试进行详细设计，以确保系统的所有功能符合预期。

5.2 测试结果

用户模块允许系统测试运行，并根据用户权限为用户账户输入密码。功能模块已成功进入其访问权限。在成功完成设备的调试模块后，管理人员将有机会搜索和导出最新数据，但不能使用不属于其访问权限的其他功能。实验结果如表2 所示。在特定的测试用例中运行用户控制测试。如果用户添加成功，系统将提示“添加成功”。添加成功后，可以从数据库表的用户表中检索相关数据。测试用例的结果表明，用户管理功能基本满足系统要求，未发现明显缺陷。