Лингвистическое обеспечение информационных систем

Введение

     Термин  «автоматизация проектирования» характеризует  любую деятельность, в рамках которой  ЭВМ находит применение для выполнения трудоемких расчетов, организации хранения и поиска информации, геометрического  моделирования и графического отображения  результатов, редактирования документации с целью разработки, анализа и видоизменения изделий и процессов. Автоматизация проектирования реализуется с помощью САПР. [2]

     Основой САПР является комплекс средств автоматического  проектирования, которые представлены совокупностью обеспечения САПР.

     Виды  обеспечения:

1. математическое;

2. лингвистическое;

3. техническое;

4. информационное;

5. программное;

6. методическое;

7. организационное.

     Лингвистическое обеспечение САПР представляет собой  совокупность представленных в заданной форме языков (включая термины, определения, правила формализации языка, а также методы сжатия и развертывания языков), необходимых для автоматизированного проектирования. Языки, которые используются в вычислительной технике, являются алгоритмическими. Они служат для задания определенных алгоритмов переработки информации и построены посредством набора символов и системы правил соответствующего языка.[2]

     В САПР применяют языки программирования и языки общения человека с  ЭВМ.

     Лингвистическое обеспечение – это языки общения человека с ЭВМ.

1. Общая характеристика

     Лингвистическое обеспечение САПР представляет собой целостную совокупность формальных языков описания информации и алгоритмов ее обработки в процессе автоматизированного проектирования.

     Формальный язык – это знаковая система для описания и обмена информацией между людьми, человеком и ЭВМ, различными автоматическими устройствами. [2]

     Лингвистическое обеспечение образуется следующими языками:

· программирования;

· управления;

· проектирования.

     Языки программирования необходимы для создания программного обеспечения при разработке САПР. К таким языкам относятся, например, Фортран, Си, Паскаль, AutoLISP, язык программирования СУБД FoxPro и др.

     Языки управления служат для управления ЭВМ, периферийными устройствами.

     Рис. 1. Преобразование информации в САПР

     Языки проектирования ориентированы на пользователей-проектировщиков и предназначены для эксплуатации САПР. Эта группа языков условно делится на входные, внутренние и выходные. Входные языки являются средством взаимодействия конечного пользователя с САПР, например, в ходе подготовки исходных данных или формулировки проблемы. Внутренние языки обычно скрыты от рядового пользователя и служат для представления информации, передаваемой между различными подсистемами САПР и ЭВМ. Выходные языки обеспечивают оформление результатов проектирования в текстовом или графическом виде. [1]

     Первичными  элементами любого языка являются знаки, символы. Заданную конечную их совокупность называют алфавитом. Символы алфавита разделяют на буквы, цифры и специальные знаки (препинания, разделительные, арифметические и логические операции и т. п.). Определенные сочетания символов алфавита образуют слова, из которых составляется словарь языка. Сочетания цифр с десятичной точкой или без нее образуют числа. Слова и числа при помощи специальных знаков объединяются в предложения, а предложения – в тексты.

     Правила построения слов называют морфологией  языка. В этих правилах предусматривается  представление слова в виде префикса, основы и постфикса. В любом языке можно выделить конечные множества определяющих элементов слова и указать конечное число правил формирования из них всего многообразия слов языка. На практике это многообразие часто становится труднообозримым, поэтому ограничиваются использованием специально построенных лексик, составленных из наиболее характерных слов словаря – лексем.

     Правила образования предложений и текстов  образуют синтаксис языка. Словообразование, морфология и синтаксис языка  составляют его грамматику. Смысловую сторону слов, предложений, текстов называют семантикой языка. Алфавит, морфология, синтаксис и семантика дают исчерпывающую характеристику любого формального языка.

     В действующих САПР находят применение формальные языки разного уровня сложности и назначения, соответственно многообразию различных задач, решаемых в проектировании. [1]

     Лингвистическое обеспечение хорошо развитых САПР можно  разделить на две относительно обособленные части – базовую и управляющую, связь между которыми осуществляется при помощи специализированных языковых процессоров-компиляторов, интерпретаторов и т. п.

     Базовое лингвистическое  обеспечение является языковой основой программного обеспечения САПР и состоит в основном из действующих языков программирования, с помощью которых в комплексе средств САПР, реализуются вычислительные и моделирующие процедуры обобщенного алгоритма проектирования, а также обеспечивается решение сервисных задач.

     Управляющее лингвистическое  обеспечение состоит из специализированных проблемно-ориентированных языков, которые описывают обобщенный алгоритм проектирования в терминах проектных операций, процедур и задач. В этих языках формируются словарь, синтаксис и семантика, существенно связанные с конкретной предметной областью проектирования. Создание и применение проблемно-ориентированных языков позволяет организовать высокоэффективный и эргономичный процесс управления автоматизированным проектированием. В частности, появляется возможность для осуществления диалогового взаимодействия проектировщика и комплекса технических средств САПР, приближенного к естественному речевому запрос-ответному режиму проектирования. [3]

     Как правило, запросы обобщенного алгоритма  проектирования, даже на уровне проектных  операций' с их промежуточными результатами, требуют комплексного осуществления разнообразных вычислительных и моделирующих процедур, т. е. системного приведения в действие целого ряда элементов и фрагментов базового лингвистического и программного обеспечения САПР. Таким образом, языкам управляющей части лингвистического обеспечения должна соответствовать определенная система агрегирования элементов базового обеспечения. Только при согласовании словарных составов и грамматик управляющих и базовых языков возможна исполнение в системе проблемно-ориентированных заданий.

     Для осуществления такого рода связи (перевода директив проектирования с одних  языков на другие) приходится создавать  специализированные программные комплексы  – языковые процессоры.

     Управляющее лингвистическое обеспечение и  языковые процессоры обычно реализуются в САПР в составе управляющих мониторов, через которые проектировщик и комплекс средств САПР осуществляют свое взаимодействие в процессе проектирования. Работа мониторов обеспечивается, в основном, обычными языками программирования. Она ложится дополнительной нагрузкой на располагаемые вычислительные и иные возможности комплекса средств САПР. Однако при хорошей организации проблемно-ориентированных языков и их трансляции, достигаемые положительные эффекты значительно превосходят потери.

     Необходимо  отметить, что в хорошо развитых САПР базовое лингвистическое и программное обеспечение относительно инвариантно к типу и классу проектируемого объекта: настолько велики его возможности решения разнообразных типовых задач обобщенного алгоритма проектирования. Управляющее лингвистическое обеспечение и языковые процессоры находятся в большой зависимости от предметной области проектирования. Задачи их создания каждый раз приходится решать в поиске компромисса между преимуществами специализации и широты применения искомых решений. Как управляющее, так и базовое лингвистическое обеспечения допускают различные формы и содержание своей организации. Рассмотрим их подробнее.

2. Управляющее лингвистическое  обеспечение

     Управляющее лингвистическое обеспечение САПР, описывая обобщенный алгоритм проектирования, предоставляет словарный состав, синтаксис и семантику языковых средств основных операций той или иной типовой проектной процедуры. [3]

     Можно говорить о языковых средствах описания целей проектирования, исходных данных, описания объектов, моделей их функционирования, алгоритмов поиска проектных решений и формирования выходных документов. Состав и содержание этих средств определяются в процессе типизации и унификации всего многообразия проектной информации и алгоритмов ее обработки в проблемной области автоматизированного проектирования. Типизация и унификация позволяют выделить конечные множества элементарных данных и операций проектирования с их наименованиями и смысловыми значениями, а также синтаксические и семантические правила описания структурных данных и операций проектирования. В связи с этим в управляющем лингвистическом обеспечении различают языковые средства описания данных, объекта проектирования и задания на проектирование. Для сложных объектов и процессов эти средства могут быть оформлены в виде соответствующих языков.

     Язык  описания объекта служит для задания свойств проектируемого объекта. С его помощью предусматривается описание таких характеристик, как числовые параметры объекта проектирования; содержание составных частей в подсистемах, а последних – в системах; процессы, протекающие в объекте проектирования и т. п.

     Язык  описания задания предназначен для указания упорядоченной последовательности действий, направленных на решение задач проектирования. С его помощью осуществляются моделирование функционирования объекта проектирования; поиск оптимальных проектных решений; формирование этих решений в требуемом виде.

     Языки описания объекта проектирования и  задания на проектирование отражают специфику проблемной области САПР, особенности исторически сложившихся обозначений параметров, операций, процедур и т. д.

     При этом управляющее лингвистическое  обеспечение должно удовлетворять  требованиям полноты описания основных проектных операций и процедур; удобства и выразительности восприятия языковых средств проектировщиком для минимизации затрат времени на их изучение и практическое использование; лаконичности языка для сокращения времени ввода информации в систему и переработки ее в системе; развития и расширения языка по мере накопления опыта проектирования.

     В зависимости от степени формализации тех или иных задач обобщенного  алгоритма проектирования удовлетворение указанных требований осуществляется в условиях пакетного или диалогового  режимов функционирования комплекса средств САПР.

     Языки пакетного режима (или пассивные языки) ориентированы на автоматическое решение полностью формализованных задач проектирования. В состав этих языков включаются средства формулирования задач проектирования, достаточные для их однозначного решения в приемлемое время.

     Если  задачи тех или иных фрагментов обобщенного  алгоритма проектирования не поддаются  полной формализации, то используются языки диалогового режима (или  диалоговые языки). Они относятся  к числу основных в САПР, позволяя проектировщику принимать и сообщать системе решения по отработке неформализуемых участков алгоритма проектирования. Состав языковых средств диалогового взаимодействия существенно зависит от принятой стратегии распределения функций управления проектированием между человеком и комплексом средств САПР.