Структура технического обеспечения сапр. Состав технического обеспечения сапр Техническое обеспечение автоматизированного проектирования

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

оперативный память персональный компьютер

Введение

2.1 Персональные компьютеры

2.2 Рабочие станции

2.3 Серверы

2.4 Мейнфреймы

2.5 Кластер

2.6 Суперкомпьютеры

Заключение

Список литературы

Введение

Традиционная форма использования ЭВМ, сконцентрированных в вычислительном центре и работающих только в пакетном режиме, не годится для современных САПР. ЭВМ лишь тогда станет эффективным регулярно используемым инструментом проектирования, когда инженер сможет оперативно обращаться к машине и так же оперативно получать результаты решения. Поэтому в комплексе ТС должна быть развита группа внешних устройств ввода-вывода информации. При этом эффективное взаимодействие инженера с ЭВМ будет обеспечено только в том случае, если форма вводимой и выводимой информации удобна для человека и не приводит к необходимости вручную выполнять обременительные и чреватые ошибками операции по кодированию или расшифровке сообщений. В зависимости от характера решаемых задач удобными формами представления информации могут быть таблицы, чертежи, графики, текстовые сообщения и т.п.

Таким образом, первое из указанных в начале главы требований к техническим средствам САПР обусловливает включение в комплекс ТС как стандартного комплекта внешних устройств ЭВМ, так и дополнительных устройств оперативного ввода-вывода информации, в том числе в графической форме. Этот комплект внешних устройств устанавливается в помещении проектного подразделения и называется автоматизированным рабочим местом (АРМ) проектировщика

Состав АРМ зависит от характера задач, решаемых в проектном подразделении. В АРМ входят устройства ввода и вывода информации на перфоленте; устройства автономного ввода информации с перфокарт или перфолент; устройство клавиатуры для обмена информацией между оператором и ЭВМ короткими сообщениями; запоминающие устройства на магнитных дисках (НМД) и магнитной ленте (НМЛ); видеомонитор или графический дисплей; графопостроитель (плоттер); кодировщик графической информации (считыватель координат) или сканер; принтер, модем или факс-модем. Наличие в одной САПР многих АРМ, возможности одновременной работы на аппаратуре АРМ нескольких пользователей и размещения АРМ на территориях проектных подразделений диктуют необходимость иерархического построения комплекса ТС с выделением в нем, по крайней мере, двух уровней ЭВМ. На высшем уровне находится одна или несколько ЭВМ большой производительности. Эти ЭВМ составляют центральный вычислительный комплекс (ЦВК), предназначенный для решения сложных задач проектирования, требующих больших затрат машинных времени и памяти. На низшем уровне находятся входящие в АРМ мини-эвм (терминальные ЭВМ). Мини-Эвм в АРМ управляет работой комплекта внешних устройств, обменом информацией между АРМ и ЦВК; решает сравнительно несложные по затратам машинных времени и памяти проектные задачи.

1. Основные требования к техническим средствам САПР

К техническому обеспечению САПР предъявляются следующие требования:

удобство использования инженерами-проектировщиками, возможность оперативного взаимодействия инженеров с ЭВМ;

достаточная производительность и объем оперативной памяти ЭВМ для решения задач всех этапов проектирования за приемлемое время;

возможность одновременной работы с техническими средствами необходимого числа пользователей для эффективной деятельности всего коллектива разработчиков;

открытость комплекса технических средств для расширения и модернизации системы по мере совершенствования и развития техники;

высокая надежность, приемлемая стоимость и т.д.

Удовлетворение перечисленных требований возможно только в условиях организации технического обеспечения в виде специализированной ВС, допускающей функционирование в нескольких режимах. Такое техническое обеспечение называют комплексом технических средств САПР (комплексом ТС).

2. Типы вычислительных машин и систем

Компьютеры (ЭВМ) и вычислительные системы (ВС) принято классифицировать по ряду признаков. В зависимости от производительности и стоимости вычислительного оборудования выделяют несколько типов ЭВМ и ВС, причем разные поколения вычислительной техники имели свою шкалу типов. Так, до середины 80-х годов прошлого века ЭВМ делили на микро-ЭВМ, мини-эвм, большие ЭВМ (ЭВМ высокой производительности) и супер-эвм. В настоящее время ЭВМ и ВС подразделяют на персональные компьютеры, рабочие станции, серверы, мэйнфреймы, кластеры и суперкомпьютеры.

Наибольшее распространение в САПР получили персональные компьютеры (ПК), рабочие станции и серверы.

2.1 Персональные компьютеры

Первые персональные компьютеры появились в начале 80-х годов прошлого века в результате трансформации мини-эвм в сравнительно дешевые настольные системы для индивидуального использования, благодаря развитию элементной базы вычислительной техники, приведшему к созданию больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Конструктивно персональный компьютер (ПК) состоит из корпуса, в котором размещены материнская плата; видеоадаптер (видеокарта); дисководы -- CD ROM, накопители на жестких (винчестер) и гибких (НГМД) магнитных дисках; блок питания; динамик. В ПК имеются резервные слоты (слоты расширения) для возможного размещения печатных плат (карт) расширения -- сетевого контроллера, модема, других дополнительных устройств. В состав ПК входят также внешние (по отношению к корпусу ПК) устройства. Как правило, в их число входят клавиатура, мышь, монитор. На рис. 1 представлена типичная структурная схема ПК.

Рисунок 1. Упрощенная типичная структурная схема персонального компьютера

Материнскую плату называют также системной платой. Материнские платы производят большое число компаний. На материнской плате имеются разъемы для вставки процессора и модулей оперативной памяти. Интерфейс между процессором и другими устройствами осуществляется с помощьюшин и чипсета (Chipset) -- набора устанавливаемых на материнской плате специальных микросхем, так называемых северного и южного мостов. Для подключения ЦПУ к северному мосту (системному контроллеру) используют системную шину (FSB -- Frontsidebus). Системная шина осуществляет обмены данными между процессором и кэш-памятью второго уровня и через северный мост с оперативной памятью. В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется шина PCI Express.

Южный мост (периферийный контроллер) содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин PCI, PCI-ExpressиUSB для подключения периферийных устройств, а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности. Интерфейс с внешними накопителями (винчестер, магнитные диски, CD-ROM) выполняется через контроллеры накопителей. Обычно контроллеры встроены в одну из микросхем и размещены на материнской плате, а сами дисководы подключаются к плате с помощью имеющихся на ней разъемов. В настоящее время используют контроллеры типов IDE (IntegratedDriveElectronics) или EIDE (Enhanced IDE), допускающие подключение к одному контроллеру до четырех устройств. При необходимости увеличения скорости передачи данных (например, при использовании ПК в качестве файлового сервера) применяют интерфейс SCSI (SmallComputerSystemInterface). Он допускает подключение к одному контроллеру до восьми устройств, скорость передачи данных доходит до 80 Мбайт/с. Для подключения шины SCSI к PCI требуется специальный адаптер SCSI.

Видеокарта включает видеопамять и видеопроцессор, используемый для разгрузки центрального процессора при выполнении определенных графических операций и декодирования данных, например, при вводе из видеокамеры. На материнской плате размещается также блок BIOS (BasicInput/OutputSystem). Этот блок выполняет функции хранения параметров конфигурации ПК, аппаратных драйверов и программы POST, которая при включении компьютера проверяет работоспособность его устройств.

2.2 Рабочие станции

Рабочие станции представляют собой вычислительные системы, ориентированные на решение задач в определенных приложениях, прежде всего в автоматизированных системах проектирования (САПР). Компьютеры в САПР ориентированы на решение сложных проектных задач, что обусловливает повышенные быстродействие и объем памяти, а также расширенные возможности обработки и визуализации графической информации рабочих станций по сравнению с персональными компьютерами. Поэтому обычно рабочие станции имеют более сложную структуру и более дорогие устройства, чем ПК.

Структура рабочей станции:

Системная плата - именно в ней и размещен процессор, чипы с памятью, контроллеры и шины данных.

Центральный процессор - от него зависит общее быстродействие всех процессов. Мощность этого устройства определяется благодаря его тактильной частоте, чем она выше - тем устройство быстрее. Процессор является главным элементом во всех процессах, которые происходят между рабочими станциями в компьютерной сети. Подключая несколько устройств, желательно, чтобы в них были процессоры одинаковой мощности, иначе на более мощных компьютерах скорость работы снизиться за счет слабых ПК.

Память - для нормального функционирования локальной сети у серверов и рабочих станций должен быть большой запас памяти. Для того, чтобы хранить данные, обмениваться ими и вместить в себя программное обеспечение, необходимое для сети, рабочие станции имеют, как правило, несколько источников памяти. Многие современные ПК, при заполненной оперативной памяти, обращаются к виртуальной подкачке. Долго пользоваться виртуальной памятью на офисных рабочих станциях не советуется, с помощью обслуживания сетей увеличьте объемы оперативных запасов памяти.

Сетевой адаптер - подключить компьютеры к локальной сети без сетевого адаптера невозможно, именно он позволяет превратить компьютер из обычного устройства в рабочую станцию. Обслуживание сетей позволяет подключить с помощью сетевого адаптера в одну цепь более сотни ПК. Это минипроцессор, который открывает компьютерам рабочей группы доступ к общей базе данных.

Отличия персональных компьютеров от рабочей станции:

Цена - большинство ПК для бизнеса стоят дешевле рабочей станции.

Производительность - ПК обладает достаточной мощностью для решения большинства задач, таких как электронная почта, веб-серфинг и обработки текстов. В то время как рабочая станция имеет большую мощность - она может работать с CAD-системами, программами для создания анимации, анализа данных и фотореалистичных визуализаций, создания и обработки видео и аудио.

Надёжность - требования к работе составных частей рабочей станции гораздо выше, чем ПК. Каждая часть (материнская плата, процессор, оперативная память, диски, видеокарты, и т.д.) сделана с пониманием того, что она будет работать в течение всего дня. Во многих случаях рабочие станции остаются включенными и работают над проектами даже тогда, когда все люди расходятся по домам. Они оставляют их работать на ночь для обработки больших баз данных, создания анимации пр.

2.3 Серверы

В вычислительных сетях выполнение функций, связанных с обслуживанием всех узлов сети, возлагается на серверы. Сервер - это компьютер, который предназначен для решения определенных задач по выполнению программных кодов, хранению информации, обслуживанию пользователей и баз данных. Сервер обеспечивает максимальную защищенность и безопасность выполняемых задач, а также их сохранность. Используется сервер для хранения файлов и веб-сайтов пользователей Интернета (хостинг), ответа на запросы и выдачи запрашиваемой информации, обработки и выполнения скриптов на веб-сайтах, работы с базой данных и большим количеством пользователей. Контроль над работой сервера возлагается на системного администратора.

Сервер не обязательно должен предназначаться для работы с Интернетом. Чаще всего он используется в компаниях для обеспечения локальной сети и хранения баз данных о клиентах, работниках, товарах, а также для доступа в Интернет. Системный администратор при помощи сервера может получить информацию обо всех компьютерах локальной сети, запретить или разрешить доступ. В большинстве случаев сервер не является обычным персональным компьютером. Как правило, это рабочая станция, выполненная в виде мини-башни, хотя существуют различные конфигурации в зависимости от специализации. Серверы содержат один или несколько высокопроизводительных процессоров, большой объем оперативной памяти, RAID-массивы жестких дисков, блоки питания с возможностью автономного функционирования в случае сбоя электроэнергии. Корпус серверов имеет повышенную защиту от пыли и мощную систему охлаждения, а также защиту от случайного выключения.

По функциональному назначению различают серверы файловые, баз данных, коммутационные, прикладные, почтовые и т.п. Серверы, как правило, должны обладать большим быстродействием, надежностью и во многих случаях увеличенной емкостью памяти по сравнению с компьютерами в клиентских узлах.

2.4 Мейнфреймы

Мейнфреймами называют большие ЭВМ. Высокая производительность и большая емкость памяти обеспечивают решение сложных проблем, позволяют использовать такие компьютеры в качестве центрального узла ВС, управляющего работой многих простых терминалов. В архитектурном планемейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.Компания IBM активно поддерживает переход в крупных корпоративных информационных системах на использование мэйнфремов в качествсе центров обработки данных вместо большого числа распределенных серверов.

2.5 Кластер

Кластер это распределенная система компьютеров, функционирующая как единая система с общими ресурсами. Основная цель, обусловившая появление кластеров, -- сохранение работоспособности ВС путем перераспределения нагрузки при выходе из строя части ресурсов. Кроме того, кластеризация -- один из путей повышения производительности ВС за счет совместного использования многих компьютеров. Кластеры позволяют наращивать вычислительную мощность, поскольку легко масштабируются.

Обычно различают следующие основные виды кластеров:

отказоустойчивые кластеры (High-availabilityclusters, HA, кластеры высокой доступности),

кластеры с балансировкой нагрузки (Loadbalancingclusters),

вычислительные кластеры (High performance computing clusters, HPC),

системы распределенных вычислений.

2.6 Суперкомпьютеры

Компьютеры, характеризуемые наибольшими значениями производительности и цены среди других типов ЭВМ и ВС, относят к категории суперкомпьютеров. Считается, что супер-эвм - это компьютеры с максимальной производительностью. Однако быстрое развитие компьютерной индустрии делает это понятие весьма и весьма относительным: то, что десять лет назад можно было назвать суперкомпьютером, сегодня под это определение уже не подпадает. Производительность первых супер-эвм начала 70-х годов была сравнима с производительностью современных ПК на базе традиционных процессоров Pentium. По сегодняшним меркам ни те, ни другие к суперкомпьютерам, конечно же, не относятся. В любом компьютере все основные параметры взаимосвязаны. Трудно себе представить универсальный компьютер, имеющий высокое быстродействие и мизерную оперативную память либо огромную оперативную память и небольшой объем дисков. Отсюда простой вывод: супер-эвм - это компьютер, имеющий не только максимальную производительность, но и максимальный объем оперативной и дисковой памяти в совокупности со специализированным программным обеспечением, с помощью которого этим монстром можно эффективно пользоваться. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.

Cray-1 -- это первый суперкомпьютер, созданный в 1976г компанией Cray Research, основанной «отцом суперкомпьютеров» -- Сеймуром Крэем, после его ухода из компании CDC. Пиковая производительность Cray-1 составляла 133 Мфлопса. Для сравнения -- нынешний номер 1 в рейтинге ТОП500 суперкомпьютеров, Тяньхэ-2, обладает вычислительной мощностью в 33,86 Пфлопс. Компьютер был куплен национальной метеослужбой (Так что жители США обязаны прогнозом погоды с 1977 по 1989 годы именно этой машине).

Два раза в год специалисты из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Университета Теннесси публикуют Top-500, в котором предлагают список самых производительных суперкомпьютеров мира.

10. Cray CS-Storm

Местоположение:США.

Производительность:3,57петафлопс

Теоретический максимум производительности: 6,13 петафлопс.

Мощность: 1,4 МВт.

9. Vulcan - Blue Gene/Q.

Местоположение: США.

Производительность: 4,29 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 5,03 петафлопс.

Мощность:1,9МВ.

8. Juqueen - Blue Gene/Q.

Местоположение: Германия

Производительность:5петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 5,87 петафлопс.

Мощность: 2,3 МВт.

7. Stampede - PowerEdge C8220.

Местоположение: США.

Производительность: 5,16 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 8,52 петафлопс.

Мощность: 4,5 МВт.

6. Piz Daint - Cray XC30.

Местоположение: Швейцария.

Производительность: 6,27 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 7,78 петафлопс.

Мощность: 2,3 МВт.

5. Mira - Blue Gene/Q.

Местоположение: США.

Производительность: 8,56 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 10,06 петафлопс.

Мощность: 3,9 МВт.

Местоположение: Япония.

Производительность: 10,51 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 11,28 петафлопс.

Мощность: 12,6 МВт.

3. Sequoia - Blue Gene/Q.

Местоположение: США.

Производительность: 17,17 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 20,13 петафлопс.

Мощность:7,8МВт.

2. Titan - Cray XK7.

Местоположение: США.

Производительность: 17,59 петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 27,11 петафлопс.

Мощность: 8,2 МВт.

1. Tianhe-2 / Млечный путь-2.

Местоположение: Китай.

Производительность:33,86петафлопс.

Теоретический максимум производительности: 54,9 петафлопс.

Мощность: 17,6 МВт.

3. Архитектура вычислительных систем

Основным отличием ВС от компьютеров является наличие в их структурах нескольких вычислителей (компьютеров или процессоров). Поэтому они способны выполнять параллельные вычисления. Поскольку ВС появились как параллельные системы, то рассмотрим классификацию архитектур c этой точки зрения. Такая классификация архитектур была предложена М. Флинном в начале 60-х годов. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры ВС:

одиночный поток команд - одиночный поток данных (ОКОД), в английской аббревиатуре SingleInstructionSingleData, SISD - одиночный поток инструкций - одиночный поток данных;

одиночный поток команд - множественный поток данных (ОКМД), или SingleInstructionMultipleData, SIMD - одиночный поток инструкций - одиночный поток данных;

множественный поток команд - одиночный поток данных (МКОД), или MultipleInstructionSingleData, MISD - множественный поток инструкций - множественный поток данных;

множественный поток команд - множественный поток данных (МКМД), или MultipleInstructionMultipleData, MIMD -множественный поток инструкций - множественный поток данных.

Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, то есть системы с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены. Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные: процессорные элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними. Векторный или матричный тип вычислений является необходимым атрибутом любой супер-эвм.

Заключение

Вычислительные системы, как мощные средства обработки заданий пользователей, широко используются не только автономно, но и в сетях ЭВМ в качестве серверов. С увеличением размеров сетей и их развитием возрастают плотности информационных потоков, нагрузка на средства доступа к сетевым ресурсам и на средства обработки заданий. Круг задач, решаемый серверами, постоянно расширяется, становится многообразным и сложным. Чем выше ранг сети, тем более специализированными они становятся. Администраторы сетей должны постоянно наращивать их мощь и количество, оптимизируя характеристики сети под возрастающие запросы пользователей.

Управление вычислительными процессами в ВС осуществляют операционные системы, которые являются частью общего программного обеспечения. В состав ОС включают как программы централизованного управления ресурсами системы, так и программы автономного использования вычислительных модулей. Последнее условие необходимо, поскольку в ВС обычно предусматривается более высокая надежность функционирования, например требование сохранения работоспособности при наличии в ней хотя бы одного исправного модуля.

Требование увеличения производительности также предполагает возможность параллельной и даже автономной работы модулей при обработке отдельных заданий или пакетов заданий. В зависимости от структурной организации ВС можно выявить некоторые особенности построения их операционных систем. Операционные системы многомашинных ВС являются более простыми. Обычно они создаются как надстройка автономных ОС отдельных ЭВМ, поскольку здесь каждая ЭВМ имеет большую автономию в использовании ресурсов (своя оперативная и внешняя память, свой обособленный состав внешних устройств и т.д.). В них широко используются программные методы локального (в пределах вычислительного центра) и дистанционного (сетевая обработка) комплексирования.

Современные персональные IВМ РС-совместимые компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобальная система электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имеющих отделения в разных городах и странах.

Однако возможности IВМ РС-совместимых персональных компьютеров по обработке информации все же ограничены, и не во всех ситуациях их применение оправдано.

Список литературы

1. В.Н. Дацюк, А.А. Букатов, А.И. Жегуло. Методическое пособие по курсу "Многопроцессорные системы и параллельное программирование"/ Южный федеральный университет. Центр высокопроизводительных вычислений.

2. Типы вычислительных машин и систем / Бигор.

3. Автоматизация проектирования систем и средств управления /Московский государственный университет печати.

4. Техническое обеспечение автоматизированных систем / Бигор.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Характеристика систем технического и профилактического обслуживания средств вычислительной техники. Диагностические программы операционных систем. Взаимосвязь систем автоматизированного контроля. Защита компьютера от внешних неблагоприятных воздействий.

реферат , добавлен 25.03.2015


Классификация электронно-вычислительных машин по времени создания и назначению. Принципы "фон Неймана". Аппаратная реализация персонального компьютера: процессор, внутренняя и внешняя память, материнская плата. Основные периферийные устройства.

реферат , добавлен 24.05.2009


Требования, предъявляемые к техническому обеспечению систем автоматизированного проектирования. Вычислительные сети; эталонная модель взаимосвязи открытых систем. Сетевое оборудование рабочих мест в САПР. Методы доступа в локальных вычислительных сетях.

презентация , добавлен 26.12.2013


курсовая работа , добавлен 22.11.2009


История развития информатики и вычислительной техники. Общие принципы архитектуры ПЭВМ, ее внутренние интерфейсы. Базовая система ввода-вывода. Материнская плата. Технологии отображения и устройства хранения информации. Объем оперативной памяти.

презентация , добавлен 26.10.2013


Структуры вычислительных машин и систем. Фон-неймановская архитектура, перспективные направления исследований. Аналоговые вычислительные машины: наличие и функциональные возможности программного обеспечения. Совокупность свойств систем для пользователя.

курсовая работа , добавлен 05.11.2011


Архитектуры вычислительных систем сосредоточенной обработки информации. Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем. Классификация и разновидности компьютеров по сферам применения. Особенности функциональной организации персонального компьютера.

контрольная работа , добавлен 11.11.2010


Подборка комплектующих для офисного компьютера; их технические характеристики. Установка материнской платы, системы охлаждения, оперативной памяти, жесткого диска, а также оптического привода. Расчет стоимости модернизации компьютерного оборудования.

курсовая работа , добавлен 30.04.2014


Определение перспектив, направлений и тенденций развития вычислительных систем как совокупности техники и программных средств обработки информации. Развитие специализации вычислительных систем и проблема сфер применения. Тенденции развития информатики.

реферат , добавлен 17.03.2011


Характеристика устройств базовой конфигурации персонального компьютера: компьютерный блок питания, материнская плата, процессор, звуковая карта, жесткий диск. Дополнительные внешние накопители. Принципы работы и функции лазерных дисководов и дисков.

проектных процедур , для которых имеется соответствующее программное обеспечение;

взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода/вывода данных и, прежде всего, устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть .

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных ( рис. 5.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) , или рабочими станциями (WS - Workstation) ; ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы ), отдельные периферийные и измерительные устройства.

Именно в АРМ должны существовать средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД) , выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД) , предназначенную для связи ООД со средой передачи данных . Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер , а в качестве АКД - вставляемую в компьютер сетевую плату.

Канал передачи данных - средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи . Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель , витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС).

Близким является понятие канала ( канала связи ), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи.

Рис. 5.1.

В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация . При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

5.2. Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе - разделение по времени , или TDM - Time Division Method ), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method) , при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

В САПР небольших проектных организаций , насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) , или LAN (Local Area Network) , имеет линию связи , к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов ( рис. 5.2) может быть шинная ( bus ), кольцевая (ring), звездная ( star ). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

Рис. 5.2.

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной . В ее структуре можно выделить ряд ЛВС , называемых подсетями , и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть , называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается частью иерархической структуры.

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN - Wide Area Network) . В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть ), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных , связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением "последней мили" .

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для этой организации слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера , т. е. фирмы, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования . В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных . Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet .

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий , с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet . Нужно, однако, отметить, что использование сетей общего пользования существенно усложняет задачу обеспечения информационной безопасности.

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 5.3 . Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР , называемая архитектурой клиент-сервер . В сетях "клиент- сервер " выделяется один или несколько узлов, называемых серверами , которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными - их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций . Но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие " сервер " относится именно к узлу сети.

Сети "клиент- одноранговые сети нашли преимущественное распространение в небольших по масштабам САПР .

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов . В первом случае при обмене данными между узлами А и В сети создается физическое соединение между А и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть . Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал "простаивает". При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В , не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами , которые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

2.1. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению

2.3. Периферийные устройства

2.5. Технические средства сбора полевых данных

2.6. Приборы, используемые при проведении инженерно-геологических изысканий

2.1. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению

Техническое обеспечение САПР – совокупность технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

· выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее программное обеспечение ;

· взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

· взаимодействие между членами коллектива , работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточной производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода/вывода данных и, прежде всего, устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение технических средств САПР в вычислительную сеть.

2.2. Техническое обеспечение САПР

Основные функции технического обеспечения:

· Вычислительные и логические операции,

· Выдача текстовой, табличной и графической документации.

Техническое обеспечение ПК - физические составные части вычислительной машины. Основными блоками современного персонального компьютера являются системный блок, клавиатура и монитор .

Системный блок содержит электронные схемы для управления работой компьютера (микропроцессор, оперативную память и т. д.), блок питания и накопители информации (внешнюю память). Он является главным, в нем располагаются основные узлы ПК:

1. Электронные схемы, управляющие работой ПК: микропроцессор (схема, выполняющая все вычисления и обработку информации), оперативная память (из нее процессор берет программы и данные, в нее же помещает результаты, там находится программа, которая выполняется в данный момент) и контроллеры устройств (адаптеры – схемы, управляющие работой внешних устройств).

2. Блок питания – преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы.

3. Накопители для гибких дисков (дискет).

4. Накопитель на жестком магнитном диске (Винчестер).

Основные характеристики микропроцессора – тип или модель, определяющие производительность (Intel-8088, 80286, 80386, 80486, Pentium), тактовая частота, которая определяет, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду (измеряется в мегагерцах).

Клавиатура используется для ввода информации (чисел, текста, программ, команд) в компьютер.

Монитор (дисплей) служит для отображения вводимой информации и результатов расчета в текстовом или графическом виде.

К основному блоку ПК могут быть подключены различные периферийные устройства ввода-вывода, которые значительно расширяют его функциональные возможности.

2.3. Периферийные устройства

Периферийное оборудование включает в себя три группы устройств:

· устройства ввода и вывода информации, объединенные или связанные каналами связи с центральным процессором; мониторы; плоттеры; принтеры; сканеры; манипуляторы и т. д.

· устройства сбора, регистрации и обработки данных, не связанные с центральным процессором или периодически подключаемые к нему; аэро - и наземное стереосъемочное, стереофотограмметрическое оборудование; геодезическое оборудование для сбора топографической или других видов информации о местности (электронные теодолиты, электронные и компьютерные тахеометры, нивелиры, лазерные дальномеры, наземные устройства систем спутниковой связи GPS, геодезические лазерные сканеры и т. д.); инженерно-геологическое и геофизическое оборудование для инженерно-геологической разведки и т. д.;

· обслуживающие устройства: хранилища, бумагорезательные, копировальные машины, переплетные мастерские и т. д.

Принтер - устройство для вывода информации на бумажные носители. В настоящее время используются следующие типы принтеров: матричные, струйные и лазерные.

В матричных принтерах используется ударная техника печати за счет прижатия к бумаге красящей ленты. В струйных принтерах изображение формируется струйками чернил, подающихся через форсунку. В лазерных принтерах используется принцип ксерографии. Изображение переносится на бумагу с помощью специального барабана, к которому притягиваются частицы красящего порошка. Барабан электризуется лучом лазера по команде компьютера.

Печатающая головка матричного принтера представляет собой матрицу или вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Каждая иголка управляется отдельно и движется самостоятельно. Головка движется вдоль строки, и иголки ударяют по бумаге через красящую ленту. Так формируется изображение, которое представляет матрицу точек. Матричные принтеры дают возможность печатать графики, чертежи, схемы, рисунки, символы и буквы различных начертаний. Разрешающая способность принтера определяется числом иголок в матрице. Существуют 9-, 18-, 24- и 48-игольные модели принтеров. Чаще всего используются 9-игольные, они наиболее дешевые. Для повышения качества печати задают несколько проходов печатающей головки по одной строке. Скорость печати от 100 до 500 символов в секунду.

Струйные принтеры работают за счет распыления на бумагу чернил специального состава и работают практически бесшумно. Качество печати приближается к типографскому, скорость печати как у матричных принтеров. Периодически производится замена баллончика с чернилами.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image005_15.jpg" align="left" width="133" height="151">Принтеры дают возможность выводить на печать графики, чертежи, схемы, символы и буквы различных начертаний, что позволяет представлять в полном объеме результаты автоматизированного проектирования в удобной для восприятия форме, а также оформлять все виды пояснительных записок, отчетов.

Манипулятор мышь (координатный манипулятор)- является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь является основным инструментом управления программой.

По принципу действия мыши делятся на механические, оптико-механические и оптические.

Подавляющее число компьютерных мышек используют оптико-механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Датчики, представляющие собой оптопары (светодиод-фотодиод), располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов - скорость. Хороший механический контакт с поверхностью обеспечивает специальный коврик.

Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая мышь. Для нее используется специальный коврик, на поверхности которого нанесена мельчайшая сетка из перпендикулярных друг другу темных и светлых полос. Расположенные в нижней части мыши две оптопары освещают коврик и по числу пересеченных при движении линий определяют величину и скорость перемещения. Оптические мыши не имеют движущихся частей и лишены такого присущего оптико-механическим мышам недостатка, как перемещение курсора мыши рывками из-за загрязнения шарика. Разрешающая способность применяемого в мыши устройства считывания координат составляет 400 dpi (Dot per Inch точек на дюйм) и выше, превосходя аналогичные значения для механических устройств.

Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по ровной поверхности. Лучше всего подходят специальные коврики (Mouse Pad). Указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по коврику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши).

К основным тенденциям развития современных мышей можно отнести постепенный переход на шину USB, а также поиски в области эргономических усовершенствований. К ним можно отнести беспроводные (Cordless) мыши, работающие в радио - или инфракрасном диапазоне волн, а также мыши с дополнительными кнопками. Наиболее удачными решениями являются наличие между двумя стандартными кнопками колесика (мышь Microsoft IntelliMouse) или качающейся средней кнопки (мыши Genius NetMouse NetMouse Pro), которые используются для быстрой прокрутки документа под Windows.

Графопостроители (плоттеры) - устройства, обеспечивающие графическое представление результатов проектирования в виде чертежей и схем. Необходимость использования этого устройства возникает при вычерчивании схем и чертежей больших форматов (перспективные изображения, результаты решения геодезических задач и т. д.).

Графопостроители (плоттеры) обеспечивают высококачественное графическое представление информации на бумаге, кальке, пленке. Графопостроители – механические чертежные программно-управляемые устройства, снабженные подвижной кареткой с закрепленными на ней специальными пишущими перьями. Пишущие элементы – фитильные (фломастеры), шариковые или иконографические (трубчатые рейсфедеры, заправленные специальной тушью) элементы. Многоперьевые графопостроители могут автоматически менять рабочее перо, что позволяет получать многоцветные изображения. Устройства дорогие, но дешевле, чем цветные принтеры.

Конструктивно графопостроители делят на два класса – планшетные и рулонные.

В планшетных бумага закреплена неподвижно на плоской поверхности, перо перемещается в двух направлениях. В рулонных графопостроителях бумага перемещается в продольном направлении (на барабане), а перо движется в одном (поперечном) направлении.

Плоттеры второго класса более компактные и дешевые. Стандарт в области плоттеров задает фирма Hewlett-Packard. Этой фирмой разработан графический язык HPGL.

Наименее качественные чертежи получаются при работе с шариковыми узлами, более качественное изображение дают фитильные перья и трубчатые (керамические) пишущие узлы обеспечивают самое высокое качество чертежей.

Для подключения плоттера к ПК необходим специальный кабель, а в состав программного обеспечения ПК должна быть включена программа-драйвер языка HPGL. В настоящее время существует большое число графических пакетов, которые могут использовать плоттер.

Сканер - устройство для считывания с листа-оригинала текстов, графических изображений. Программное обеспечение, ориентированное на работу со сканерами, преобразовывает считанную информацию к виду, пригодному для использования в текстовых редакторах или издательских системах.

Принцип действия устройства состоит в следующем: сканер освещает оригинал, светочувствительный датчик делает замеры интенсивности отраженного света с определенной частотой (сканирует изображение). Чем выше частота замеров, тем выше разрешающая способность сканера. Значение интенсивности отраженного света преобразуется в двоичный код, который и используется компьютером при последующей обработке.

Чем выше разрешающая способность сканера, тем большие ресурсы ПК требуются для работы с ним. В настоящее время на мировом рынке представлено не менее 150 видов сканеров производства фирм Европы, США, Японии и большой выбор программного обеспечения к ним.

В соответствии с функциональными возможностями и устройством сканеры можно разделить на настольные и портативные (ручные). Они могут быть черно-белые и цветные.

По внешнему виду ручной сканер напоминает увеличенный манипулятор мышь. Сканирование осуществляется путем перемещения вручную сканера по поверхности оригинала. Качество изображения зависит от опыта оператора. Ширина полосы сканирования от 100 до 150 мм, программное обеспечение дает возможность «Склеивать» общее изображение из отдельных полос.

Настольные сканеры – устройства, которые позволяют считывать в автоматическом режиме стандартную страницу (формат А4) информации. Конструктивно они выполнены в виде планшета, похожего на множительный аппарат. Планшетные сканеры получили более широкое распространение.

Программное обеспечение позволяет распознавать символы, шрифты, обрабатывать тексты и графические изображения. При приобретении программного обеспечения необходимо обращать внимание на совместимость форматов хранения информации, чтобы сканированное изображение можно было использовать для работы с текстовым и графическим редакторами.

Средства связи – это устройства, обеспечивающие связь между компьютерами, а также между компьютерами и периферийными устройствами, телефонная, радио - и другие виды связи между пользователями и компьютерами, электронная почта и т. д.

При проведении поисковых исследований, анализе научно-технической информации, для проектирования дорог и обмена результатами работы используются модемы и телефаксы . Эти устройства позволяют передавать информацию на большие расстояния от одного компьютера к другому.

Модем предназначен для передачи информации на большие расстояния от одного компьютера к другому. Слово модем происходит от двух слов: модуляция / демодуляция.

Принцип работы устройства заключается в следующем: модем принимает данные от ПК, разделяет их на команды и информацию. Команды выполняются, а информация преобразуется в сигнал и поступает в канал связи. На противоположном конце линии данные поступают из канала связи на другой модем, демодулируются в цифровой сигнал и пересылаются в ПК.

Скорость передачи информации измеряется в Бодах (бит в секунду) и для различных моделей составляет от 300 до 9600 бод. Правила обмена информацией называются протоколом обмена. Пользователь их знать не обязан, их знают те, кто устанавливает аппаратуру. Принимающий и передающий модемы должны быть совместимы по протоколу обмена.

Телефакс используется для передачи копий документов. Устройство представляет собой блок, в который входят сканер (для считывания документов), передающий и принимающий модемы, принтер для распечатки бумажных копий документов. Для компьютерной телефаксной системы в состав устройства кроме вышеназванных компонентов входи и ПК.

Источники бесперебойного питания . На надежность работы ПК влияет стабильность сети электропитания. Сбои в сети приводят к сбоям в работе ПК, потере информации, выходу ПК из строя. Для этого ПК необходимо комплектовать стабилизаторами типа UPS (Uninterruptible Power Source). Он защищает от сбоев электропитания и позволяет закончить работу при внезапном полном отключении питания (до 15 мин после выключения).

Открытая архитектура персонального компьютера в принципе позволяет подключать к нему всевозможные приборы, используемые при проведении научных исследований и экспериментов для ввода результатов измерения в специальные файлы в памяти компьютера. Однако, это далеко не простая задача. Она может стать отдельным этапом экспериментальных исследований, на котором необходимо решить задачу кодировки поступающих сигналов, преобразования их в двоичный код, а также разработать программное обеспечение, позволяющее переводить эту информацию в форму, пригодную для ее обработки с помощью выбранных программных средств

2.4. Локальные вычислительные сети

В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС), или LAN (Local Area Network), имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети.

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается частью иерархической структуры.

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN - Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением "последней мили".

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для этой организации слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т. е. фирмы, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet.

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet. Нужно, однако, отметить, что использование сетей общего пользования существенно усложняет задачу обеспечения информационной безопасности .

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях "клиент-сервер" выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными - их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций. Но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие "сервер" относится именно к узлу сети.

Сети "клиент-сервер" различают по характеру распределения функций между серверами, - другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных АС, серверы приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например серверы электронной почты.

Локальные ВС имеют открытую архитектуру, обеспечивающую возможность подключения к сети любых других ЛВС, в том числе и крупных сетей ЭВМ. Основное достоинство ЛВС - низкая стоимость системы передачи данных.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image013_6.jpg" width="479" height="320 src=">

Локальные вычислительные сети САПР должны обеспечивать: использование режимов пакетной и диалоговой обработки, разделения времени, виртуальной памяти; экономичную обработку информации по принципу "наиболее важные процессы САПР выполняются техническими средствами с развитым программным обеспечением и высокой производительностью, наименее ответственные - на дешевых мини - и микро-ЭВМ"; высокую надежность и достоверность функционирования, высокую производительность; применение разнообразного проблемно-ориентированного ПО, централизованных и локальных БД с необходимым объемом памяти; работу с автоматизированными рабочими местами различного назначения и с другим специализированным оборудованием; централизованную и децентрализованную обработку информации.

Использование ЛВС позволяет создать САПР нового поколения, объединяющие контрольно-измерительные комплексы и места сбора информации с автоматизированными рабочими местами проектировщиков и т. д.

Основное назначение ЛВС - распределение ресурсов ЭВМ (программ, совокупности периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач автоматизированного проектирования.

Локальные вычислительные сети классифицируют:

· по топологическим признакам: иерархической, кольцевой и звездообразной конфигурации, конфигурации типа "общая шина";

Принцип работы: измерение времени прохождения лазерного луча от излучателя до отражающей поверхности и обратно до приемника. Путем деления скорости прохождения лазерного луча на время прохождения лазерного луча определяется расстояние до объекта.

В зависимости от модели тахеометра также могут использоваться отражающие поверхности: поверхность белого цвета или отражающая пленка. Также работа прибора может вестись по призмам.

Дальность измерений:

На отражающую поверхность (в зависимости от модели) м;

По призмам до 7 км.

Точность измерения углов – до 1 сек.

На Российском рынке широко представлены приборы фирм Trimble, Nikon, Sokkia.

Нивелирование на основе лазерных построителей плоскостей

Среди существующего в настоящее время многообразия лазерной геодезической техники наиболее эффективно применение для изысканий дорог лазерных построителей плоскостей.

Опыт этого вида изысканий накоплен в научно-исследовательском институте проблем дорожного транспортного комплекса РГСУ. Компьютерная лазерная система позволяет с геодезической точностью определять отметки точек поперечных сечений с шагом 10 см. Прибор оснащен специальной тележкой со встроенным счетчиком пути и имеет электронные сегменты с матричной схемой расположения фотодиодов. Отдельно располагаемый излучатель генерирует луч в видимом спектре, который, попадая на определенный сегмент и фотодиод прибора, вызывает срабатывание соответствующей цепи электронной схемы и записывается в оперативную память. Частота регистрируемых точек регулируется и составляет 100-300 точек на поперечник, обуславливая отображение фактической поверхности в виде плотной последовательности точек (земляного полотна).

После конвертации полученной информации в цифровую модель системы автоматизированного проектирования можно приступать к процессу проектирования на основе полной информации об очертаниях существующей поверхности ремонтируемой (модернизируемой) автомобильной дороги.

Лазерные сканеры

Назначение: создание сети опорных пунктов, 3D-сканирование, 3D-моделирование, поиск пересечений и проведение измерений.

Область применения: промышленное и гражданское строительство , маркшейдерское обеспечение горных работ.

Принцип работы: аналогичен принципу работы безотражательного тахеометра.

Работа лазерного сканера основана на измерении наклонной дальности D от источника измерения (лазера) до наземного объекта (дороги), являющегося препятствием на пути распространения лазерного луча. Такое препятствие вызовет появление отраженного импульса, который будет зарегистрирован приемником, а по времени задержки от момента излучения зондирующего импульса до регистрации отраженного импульса можно определить дальность D.

Одновременно определяются координаты пространственного положения носителя X, Y,Z за счет использования системы спутниковой навигации, а также углы ориентации зондирующего луча.

Знание этих 6-ти параметров внешнего ориентирования позволяет математически перейти к координатам точки, вызвавшей отражение. Основным результатом работы лазерного локатора является получение лазерно-локационного изображения или «облака» лазерных точек. Отметим важную деталь – лазерно-локационное изображение всегда дискретно.

Преимущества: лазерное сканирование может применяться там, где невозможна тахеометрическая съемка и безопасность измерений.

Результаты: получение в кратчайшие сроки полноценных сведений о происходящих деформациях зданий и сооружений, земной коры и кровли подземных выработок, информации о смещении оползней и обрушений.

Измерения проводятся в той же системе координат, в которой ведется документация, но может быть произведено и преобразование координат.

Лазерное сканирование в архитектуре: фасадные съемки, трехмерные модели зданий и внутренних помещений.

Виды лазерного сканирования:

1. Наземное лазерное сканирование.

Технология наземного лазерного сканирования: измерение расстояний до большого количества точек, расположенных на снимаемом объекте. Необходима прямая видимость. Данные сканирования с разных точек сводятся в единое трехмерное “облако точек”. По результатам сканирования составляется трехмерная модель, конвертируемая в CAD и ГИС-приложения.

Использование модели: создание любых сечений, измерение геометрических параметров, создание моделей отдельных элементов.

Существует несколько моделей лазерного сканирования наземного базирования. Для съемки с больших расстояний (до 76 м) крупных объектов и поверхностей и при отрицательных температурах подходит сканер ILRIS-3D Канадской фирмы Optech. Он применялся при съемке храма в Москве, Съемке горных склонов в Башкортостане и на Кольском полуострове, при работах на Норильский никель, при фасадных съемках в Самаре и Калининграде.

2. Подземное лазерное сканирование

Cavity Monitoring System (система мониторинга полостей) (той же фирмы).

Назначение: съемка недоступных полостей (очистных камер, рудоспусков).

GPS -съемка (системы спутниковой навигации (позиционирования)). Этот вид съемки, в последнее время, достаточно массово применяется при изысканиях автомобильных дорог. Однако, в виду того, что прибор (режим «кинематика ») устанавливается на автомобиль (подрессоренная часть), точность таких измерений остается низкой. В режимах «статика» и «stop and go» GPS является достойной альтернативой тахеометрической съемке.

Существенным недостатком этого метода является и то, что в закрытой местности (залесенность, застройка, тоннели) показания GPS могут давать сбои и отказы. Избежать этого можно совместным применением спутниковых и гироскопических систем.

Информационно-вычислительные центры" href="/text/category/informatcionno_vichislitelmznie_tcentri/" rel="bookmark">вычислительным центром и станции загрузки данных на борт спутников.

Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная на станциях слежения информация об орбитах спутников используется для прогнозирования точного положения спутников на орбите. Вся совокупность сведений о траекториях всех спутников называется альманахом и загружается на все спутники сразу.

В спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС имеется по 24 основных работающих и несколько резервных спутников (рис. 3.73), которые равномерно распределены в околоземном пространстве на высотах около 20 тыс. км в 6 и 3 орбитальных плоскостях соответственно (рис. 3.74). В системе Galileo будет 27 основных и 3 резервных спутника, расположенных на высоте 23 200 км.

Область применения GPS-приемников: геодезия, геодинамика, земельный кадастр , землеустройство, управление транспортом.

Назначение: проведение топографической съемки, сбор данных для ГИС приложений, создание опорных геодезических сетей.

Способ работы: пользователи ГНСС с помощью GPS-приемников принимают сигналы от навигационных космических аппаратов и определяют собственное местоположение. При проведении геодезических изысканий они используются обычно только для съемки отдельных ключевых точек на местности, например, тех, где устанавливаются тахеометры. Это связано с низкой скоростью работы спутниковых приемников и их невысокой точностью.

Приемники бывают кодовыми и кодово-фазовыми. Первые из них являются очень компактными (умещаются на ладони) и совмещают в одном корпусе приемник, антенну и источник питания. Такие приемники часто называют навигационными, т. к. они выдают относительно неточные координаты. В целом эти приемники достаточно дешевы и потому доступны для массового применения.

Фазово-кодовые приемники позволяют достигать гораздо большей точности координат. Они также являются очень компактными, но с отдельной выносной антенной; часто имеют внешние аккумуляторы и отдельные клавиатуру и дисплей. В случае, когда фазово-кодовые приемники работают в паре со вторым приемником в так называемом дифференциальном режиме, то возможно достижение точности до 1-2 сантиметров.

В силу определенных особенностей определения координат приемники глобальных систем позиционирования могут измерять координаты одной точки достаточно долго. Чем больше времени отводится на съемку, тем точнее результат. В навигационных приемниках определение координат выполняется достаточно быстро (секунды), однако точность составляет метры и даже десятки метров. В геодезических приемниках время установления координат может составлять от 5 минут до одного часа. Причем время и точность съемки существенно зависит от количества доступных на небосводе спутников.

Одно из применений навигационных приемников – это съемка осей автомобильных дорог для нанесения на мелкомасштабные карты. Одним из недостатков работы GPS-приемников в движении является снижение точности измерений и возможная временная потеря видимости некоторых спутников, например, при проезде автомобиля с GPS-приемником через густой лес, в низине или в тоннеле.

GPS-приемники бывают:

1) одночастотный (точность до 1 см/км);

2) двухчастотный (точность до 1 мм/км).

GPS-приемники снабжаются контроллерами – прочными карманными компьютерами (накопителями данных) для работы в полевых условиях. Для них разрабатывается специальное программное обеспечение, работающее в OS Windows.

Наиболее распространены GPS-приемники фирмы Trimble, но также существуют и отечественные приборы.

Спутниковые снимки

Для решения задач проектирования могут быть использованы спутниковые снимки. Они могут быть в разных вариантах: черно-белые, цветные и т. д.

Виды изображений:

1) базовое – для выполнения фотограмметрических процессов: ортоисправления и трехмерного моделирования;

2) стандартное – для визуального анализа, классификации объектов , основы для ГИС и картографических приложений;

3) ортоисправленное – подготовленное для ГИС и картографических приложений, с высокой степенью геометрической точности.

Применение: картографирование, землепользование , сельское и лесное хозяйство , мониторинг окружающей среды / стихийные бедствия.

2.6. Приборы, используемые при проведении инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания должны выполняться с применением прогрессивных методов работ, современных приборов и оборудования, обеспечивающих повышение производительности труда, улучшение качества и сокращение продолжительности изысканий.

Основной объем изыскательских работ для построения геолого-литологических разрезов, отбора образцов грунта, изучения их свойств, изучения гидрогеологических условий выполняется бурением скважин .

Кроме буровых и шурфовочных работ, для изучения инженерно-геологических условий проложения проектируемой дороги, применяют геофизические методы и георадарные технологии.

Георадар – цифровой, портативный, геофизический прибор , предназначенный для решения широкого спектра геотехнических , геологических, экологических, инженерных и других задач, где есть необходимость оперативного мониторинга среды, получения разрезов грунта, не требующих бурения или раскопок.

Работа георадара основана на проникновении электромагнитной волны короткой продолжительности в многослойные среды, приеме и преобразовании отраженного сигнала.

По результатам георадарного сканирования получается непрерывная волновая картинка (радарограмма), которая по специальной программе обрабатывается и интерпретируется в разрез среды.

Преимущество: непрерывный разрез, неразрушающий и экологически чистый метод.

Область применения:

1) Инженерно-геологические изыскания.

2) Разведка и оценка запасов строительных материалов в карьерах.

3) Обследование автомобильных дорог:

Толщины слоев дорожной одежды;

Мощность и типы грунтов земляного полотна и подстилающего основания;

Однородность материалов дорожной одежды и грунта земляного полотна;

Локальные ослабления;

Участки инфильтрации поверхностных и подземных вод;

Пространственное геометрическое очертание водоупоров;

Положение подземных коммуникаций;

Глубина промерзания и оттаивания грунтов;

Местоположение кривой скольжения на оползневых участках;

Положение уровня грунтовых вод.

4) Контроль качества выполненных работ на автодороге: состояние земляного полотна, толщины слоев дорожной одежды.

5) Обследование плотин и гидроузлов.

6) Обследование взлетно-посадочных полос и перронов аэродромов.

7) Обследование зданий.

Георадары работают при температурах от -40˚С до +40˚С. Приборы компактные (массой 1,5-15 кг).

Высокая производительность в полевых условиях (от 5 до 30 км за смену), однако, в камеральных условиях – м разреза.

При использовании георадаров необходимы контрольные буровые работы или шурфование. С 2003 года георадары используются в ГП РосдорНИИ.

Для обработки и интерпретации данных георадиолокации (георадара) специально предназначена пограмма RadExplorer. Оптимизированный для георадиолокации набор возможностей, удобный и понятный русскоязычный интерфейс позволяют проводить обработку георадарных данных быстро, просто и эффективно.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image026_3.jpg" width="500" height="342 src=">

Материал из ПИЭ.Wiki

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.

Введение в САПР

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования - синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.

Основные принципы построения САПР

Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные принципы построения САПР.

1. САПР - человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек - инженер, разрабатывающий проект технического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирования. Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования - один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР - иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования лишь на одном из уровней оказывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР, разделяемых на центральный вычислительный комплекс и авто­матизированные рабочие места проектировщиков.

3. САПР - совокупность информационно-согласованных подсистем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информа­ционно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то программы информационно не согласованы. Ручная перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижается качество проектных решений.

4. САПР - открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономи­чески выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства использования новых методов и средств.

5. САПР - специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе макси­мального использования унифицированных составных частей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР.

Системный подход к проектированию

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.

Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Виды обеспечения САПР

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

• техническое (ТО) , включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
• математическое (МО) , объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
• программное (ПО) , представляемое компьютерными программами САПР;
• информационное (ИО) , состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
• лингвистическое (ЛО) , выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
• методическое (МетО) , включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
• организационное (ОО) , представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.

Разновидности САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

• САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
• САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
• САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

Техническое обеспечение САПР

С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.

Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.

Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:

• эффективность;
• универсальность;
• совместимость;
• надежность.

Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:

• ввода исходных данных описания объекта проектирования;
• отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
• преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);
• хранения информации;
• отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
• оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

Для решения этих задач ТС должны содержать:

• процессоры,
• оперативную память,
• внешние запоминающие устройства,
• устройства ввода- вывода информации,
• технические средства машинной графики,
• устройства оперативного общения человека с ЭВМ,
• устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.

При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.

ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.

ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.

Развитие САПР предполагает расширение набора терминальных устройств, представление каждому проектировщику возможности взаимодействия с ЭВМ, обработку технической информации непосредственно на рабочих местах. С этой целью терминальные устройства снабжаются мини - и микроЭВМ, имеющими специальное математическое обеспечение интеллектуальные терминалы. Они соединяются с ЭВМ высокой производительностью с помощью специальных или обычных телефонных каналов.

»

Техническое обеспечение представляет совокупность устройств вычислительной и организационной техники, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Технические средства решают следующие основные задачи: ввод исходных данных описания объекта проектирования, отображение информации с целью ее контроля и редактирования, оперативное взаимодействие проектировщика с системой в процессе решения задач, хранение информации. Комплекс технических средств САПР включает следующие основные устройства ЭВМ: аппаратные средства, внешние запоминающие устройства, технические средства теледоступа и сетей ЭВМ, устройства ввода-вывода информации, устройства документирования информации.

ЭВМ включает следующие основные аппаратные средства : центральный процессор (процессоры), специализированные процессоры, оперативную память, процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения интерфейсов. Центральный процессор предназначен для преобразования информации в соответствии с выполняемой программой, а также управления вычислительным процессом и устройствами, работающими совместно с процессором. Для увеличения производительности ЭВМ иногда используют несколько процессоров, работающих параллельно или подключают специализированные процессоры, предназначенные для выполнения специализированных задач. Оперативная память , функции которой выполняет оперативное запоминающее устройство, представляет собой часть памяти ЭВМ, предназначенной для временного хранения программ, данных, промежуточных и окончательных результатов решения активных задач. Для увеличения быстродействия ЭВМ используется так называемая сверхоперативная память (кэш-память ), где хранятся копии наиболее часто используемых команд и данных из основного запоминающего устройства. Процессоры ввода-вывода предназначены для управления обменом информацией между оперативным запоминающим устройством и периферийными устройствами без участия центрального процессора. Устройства сопряжения интерфейсов обеспечивают согласование работы каналов ввода-вывода с устройствами управления периферийными устройствами. Внешние запоминающие устройства предназначены для хранения больших объемов информации, используемых в САПР. В настоящее время используется, в основном, следующие типы внешних запоминающих устройств: накопители на магнитных дисках (НМД), накопители на магнитных лентах (НМЛ), накопители на оптических дисках. Технические средства теледоступа и сетей ЭВМ предназначены для осуществления возможности оперативного использования различными пользователями информации, необходимой при проектировании в САПР. Существует 2 основных метода коллективного доступа: средства коллективного использования периферийных устройств (так называемая многотерминальная система ) и сети ЭВМ . В первом случае центральная ЭВМ (управляющий вычислительный комплекс) одновременно обслуживает несколько терминалов (рабочих мест пользователей. В настоящее время чаще всего используются сети ЭВМ , которые могут объединять достаточно большое количество независимых вычислительных средств, связанных специальным каналом передачи данных. Сетевая структура обеспечивает коллективное использование всех аппаратных, программных и информационных ресурсов сети. Сети принято подразделять на глобальные и локальные. Глобальные вычислительные сети объединяют ЭВМ в пределах больших географических регионов (например, сеть "Интернет"). Локальные вычислительные сети используются обычно в пределах отдельных предприятий, с расстояниями между входящими в них ЭВМ (узлами сети) до 2-3 км. Устройства ввода информации преобразуют вводимую информацию, заданную в той или иной форме (текстов, графических изображений и др.) в электрические сигналы, поступающие в ЭВМ. Устройства вывода информации осуществляют преобразование информации, выводимой из ЭВМ, в форму, пригодную для восприятия человеком. В качестве устройств ввода информации в настоящее время используют: алфавитно-цифровую клавиатуру, манипуляторы “мышь”, полуавтоматы кодирования графической информации (дигитайзеры) и сканеры. Дигитайзер - это специальное устройство, предназначенное для преобразования чертежей на бумаге в цифровое (компьютерное) представление. Такое изображение является векторным и его можно редактировать с помощью графических редакторов. Сканер также предназначен для преобразования чертежей в цифровое представление. Однако такое представление является растровым и его невозможно редактировать с помощью графических редакторов, используемых в САПР. Для преобразования чертежа из растрового в векторное изображение используются специальные программы - распознаватели (так называемые, векторизаторы). Дисплеи обеспечивают вывод информации и возможность общения человека-проектировщика с САПР. Документирование полученной информации осуществляется с помощью принтеров и графопостроителей .