Лекции по "Технические средства САПР"

Технические средства САПР   Лекция 01             Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич

Раздел 1. Основы организации технических средств  САПР

МЕСТО ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СРЕДИ ДРУГИХ ВИДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР

Автоматизация проектирования представляет собой 7  видов обеспечения:

- Математическое обеспечение – включает математические методы, модели и алгоритмы проектирования;

- Программное обеспечение – представляет совокупность машинных программ, состоящих из программ управления проектированием и программ управления проектными процедурами;

- Информационное обеспечение – представляет совокупность банков данных состоящих из баз данных и системы управления базами данных. В информационное обеспечение входят нормативно-справочные документы, типовые проектные решения, типовые модели проектирования, системы документации типа ЕСКД;

- Лингвистическое обеспечение – представляет совокупность языков программирования, включая термины, определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для автоматизации проектирования;

- Методическое обеспечение -  представляет совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизации проектирования;

- Организационное обеспечение – представляет совокупность  документов, устанавливающих состав  проектной организации и её подразделений, связь между ними, их функции, а так же форму представления результата проектирования и порядок рассмотрения проектных документов;

- Техническое обеспечение – представляет совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Техническое обеспечение вместе с  общесистемным программным обеспечением (ПО) образуют физическую среду, в которой реализуется вся перечисленная  совокупность видов обеспечения САПР.

Техническое обеспечение (ТО) и общесистемное ПО в процессе автоматизированного проектирования выполняют различные, но взаимосвязанные по  преобразованию и передаче информации функции.

Техническое обеспечение позволяет:

- задавать и передавать исходные данные описания объекта проектирования;

- отобразить процесс проектирования с целью контроля и корректировки;

- преобразовать информацию из одной формы представления в другую;

- сохранить промежуточную и итоговую информацию.

Общесистемное ПО предназначено для:

- организации вычислительного процесса;

- рационального распределения вычислительного ресурса;

- предоставления пользователям многочисленных сервисных возможностей.

 

 

КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

При автоматизации проектирования используются как распространённые универсальные вычислительные средства, так и специализированные. Проблемная ориентация технических средств осуществляется при объединении различных технических средств в комплексы технических средств (КТС).

Выбор КТС обуславливают  требования  по производительности, по времени реакции системы на запросы, по графическим возможностям, по открытости для реконфигурации и дальнейшего развития.

Поскольку  КТС используется многими пользователями  и проектными подразделениями, решающими различные по сложности задачи, а так же и территориально удаленными друг от друга, то КТС имеет иерархическую структуру, включающую в себя 2 и более уровней.

На верхнем уровне применяются  вычислители большой производительности, предназначенные для решения сложных задач с большими затратами машинного времени и памяти.

На нижнем уровне располагаются  вычислители меньшей производительности, но с широким набором периферийных устройств:

- автоматизированные рабочие места (АРМ);

- инженерные рабочие станции (ИРС);

- рабочие места проектировщика (РМП).

 

Пример КТС для автоматизации проектирования радио – электронной аппаратуры (РЭА).

 

 

 

 

 

 

 

Состав и  назначение КТС

 

В КТС большую долю занимают аппаратные средства вычислительных систем. Все аппаратные средства  можно разделить на центральные и периферийные.

Центральные  устройства  объединяет то, что все они осуществляют непосредственную обработку данных.

Для периферийных устройств общим является то,  что они преобразуют данные из одной формы в другую, не изменяя их содержания.

 

Классификация КТС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 2. Основы организации компонент вычислительной системы

АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. СЕМЕЙСТВО

Вычислительная система (ВС) включает в себя ЭВМ (центральное вычислительное устройство + запоминающее устройство (ЗУ)), а так же дополнительные технические средства – периферийные устройства.

Под архитектурой ВС, наиболее часто, понимают функциональную организацию ВС и принцип её работы. Основными элементами архитектуры являются:

- методы представления  данных;

- состав, назначение  и принципы взаимодействия технических и программных средств.

Архитектуры ВС считаются одинаковыми, если последние способны выполнять одни и те же программы. Реализации архитектур могут отличаться на уровне физических компонентов аппаратных средств. Например, персональные компьютеры  одного класса  изготовленные различными фирмами имеют одну архитектуру, однако, физически реализованы по-разному.

Группу близких по архитектуре  ВС называют семейством, если обеспечивается их совместимость, т.е. возможность использования  аппаратных  и программных средств, разработанных для любой модели семейства на всех остальных с учётом некоторых ограничений. Обычно  ВС совместимы снизу вверх, от младших моделей к старшим.

Основные технические  характеристики  ВС.

1. Быстродействие – скорость обработки информации. Быстродействие ВС характеризуется либо временем выполнения одной операции, либо числом операций в секунду, либо тактовой частотой процессора.

2. Производительность -  это комплекс показателей эффективности ВС, определяемый средним числом задач, обрабатываемых за единицу времени. Производительность ВС зависит  от архитектуры ВС, иерархии ЗУ, быстродействия, пропускной способности интерфейса, набора периферийных устройств, программного обеспечения. В общем случае различают 4 вида производительности:

- пиковая – это производительность процессора без учёта  времени обращения к памяти. Определяется как число операций типа «регистр-регистр» в секунду;

- номинальная – это производительность системы «процессор - оперативная память». Определяется как среднее число команд в секунду при их равномерном выборе, т.к. разные команды имеют разное время выполнения. Есть специальные алгоритмы, использующие, например, смеси Гиббсона для оценки номинальной производительности для различных архитектур;

- системная – это производительность базового комплекта технических и программных средств.  Определяется  с помощью типовых оценочных программ на языках высокого уровня, так называемых «бечмарков». Результаты проверки приводятся относительно базового образца семейства. Широко распространены программы оценки Whetstone и Dhrystone;

- эксплуатационная – это производительность на реальной рабочей нагрузке. Определяется при выполнении тестовых пакетов прикладных программ.

3. Система команд – это совокупность всех команд  реализованных в процессоре, включая команды передачи данных, преобразования данных, управление программой и управления состоянием. Различают ВС с расширенным CISC (Complex Instruction Set Computer) и сокращённым RISC (Reduced Instruction Set Computer) набором команд.

         4. Система адресации – это совокупность способов указания адреса ячеек памяти или регистров, с которыми оперирует команда. Наиболее распространены прямая, косвенная, непосредственная, регистровая и стековая адресация.

5. Разрядность машинного слова – это число одновременно обрабатываемых битов информации. Она влияет на производительность ВС и точность арифметических операций.

6. Объем оперативной памяти – определяет длину сегментов программ и объем информации, с которой оперативно может работать ВС.

7. Надежность – это вероятностная характеристика, которую можно оценить рядом показателей:

- вероятность  безотказной работы ВС  в течение заданного интервала времени;

- наработка на отказ, определяемая  временем безотказной работы  ВС;

- среднее время восстановления  работоспособности.

8. Пропускная способность – определяет возможности вычислительной системы при обмене информацией с различными периферийными устройствами и другими ВС. Измеряется в ботах (бит/сек)

9. Стоимость – для оценки эффективности ВС используют отношение производительность к стоимости.