Операционные системы ЭВМ (ОС)

Основные функции ОС состоят в автоматическом управлении вычислительным процессом; обеспечении повышения эффективности ЭВМ; обеспечении контроля работы ЭВМ; обеспечении удобного обращения между ЭВМ и пользователем; сокращении времени, требуемого для подготовки задачи к решению на ЭВМ; распределении всех ресурсов ЭВМ.

Для выполнения этих функций ОС включает следующие программы:

· управления данными, хранящимися в определенной памяти ЭВМ;

· управления и планирования заданий и их подготовка для исполнения с учетом необходимой последовательности их реализации или с учетом их приоритетов;

· управления всем ходом вычислительного процесса;

· динамического распределения каналов передачи данных и ВЗУ между одновременно решаемыми задачами.

Кроме названных управляющих программ операционная система включает также:

· программу-транслятор, предназначенную для перевода текста исходных программ на машинный язык данной ЭВМ;

· обрабатывающие программы, служащие для подготовки прикладных программ к реализации на ЭВМ. Подготовка прикладных программ к исполнению включает трансляцию исходной программы, ее редактирование и загрузку.

Операционная система имеет модульную структуру, что позволяет легко приспосабливать систему к конкретным конфигурациям используемых в САПР технических средств.

Таким образом, управляющие программы ОС помогают пользователю преодолеть трудности управления аппаратными средствами вычислительной системы и освобождают его от необходимости знать свойства каждого технического устройства. Программы распределения ресурсов ЭВМ освобождают пользователя от необходимости при решении своей задачи заботиться о распределении памяти в ОЗУ и ВЗУ, а также позволяют общаться с ЭВМ одновременно нескольким пользователям.

В ОС входит также инструментальная подсистема, предназначенная для облегчения и ускорения разработки, модификации и сопровождения ПО САПР. В ее состав могут входить средства отладки программ, оформления и редактирования проектной документации и др.

С помощью средств операционной системы ЭВМ и мониторной системы САПР на основе соответствующего языка управления заданиями осуществляется объединение нужных программ для реализации маршрутного проектирования в соответствии с заданной последовательностью выполнения проектных процедур.

Маршрутное проектирование осуществляется с помощью определенной последовательности взаимодействующих программ, называемых маршрутами или цепочкой программ. На рисунке 4.2 представлен пример взаимодействия равноправных и равноуровневых программ.

 

В этом случае взаимодействие программ в маршрутах предполагает, что переход от одной программы к другой программе производится по командам, содержащимся в предыдущих программах. При взаимодействии программных модулей разных уровней (рисунок 4.3) программа 3 вложена в программу 2,
а программа 2 вложена в программу 1.

Рисунок 4.3 – Взаимодействие программных модулей разных уровней

 

Независимо от выполненных функций операционные системы должны удовлетворять определенным эксплуатационным требованиям, а именно:

1 Надежностью. Система должна быть, по меньшей мере, также надежна, как и аппаратура, с которой она работает. В случае ошибки в программном или аппаратном оборудовании ОС должна обнаружить ошибку или устранить ее, либо свести к минимуму ее последствия для пользователя.

2 Защитой. Система должна защищать пользователя, как от воздействия чужих ошибок, так и от попыток злонамеренного вмешательства.

3 Эффективностью. Система должна таким образом управлять ресурсами ЭВМ, чтобы свести к минимуму время простоя пользователя, а также затраты машинного времени и памяти.

4 Предсказуемостью. Оно связано с тем, что для пользователя желательно, чтобы при работе с данной ЭВМ время исполнения отдельных программ и проектных операций было предсказуемо и не очень менялось в течение продолжительного времени.

 

 

Диалоговые подсистемы САПР

Диалоговая подсистема САПР обеспечивает прямое (интерактивное) взаимодействие пользователя с техническими и программными средствами САПР в реальном масштабе времени.

В состав диалоговой подсистемы входят:

· технические средства-процессоры ЭВМ, устройства ввода-вывода данных на дисплеи, устройства обмена данных;

· программное обеспечение, имеющее программы диалогового ввода и вывода данных; управление процессом диалога (они определяют формат выходного сообщения на экране дисплея, обеспечивают выбор элемента сообщения, прерывают при необходимости вычислительный процесс); программы-интерпретаторы языка диалогового взаимодействия; программы взаимодействия с другими обслуживающими системами САПР; программы регистрации процесса диалога и выдачи пользователю справок, инструкций, сообщений об ошибках;

· информационное обеспечение, в которое входят базы данных БД процесса диалога, БД для регистрации и корректировки результатов проектирования; библиотека типовых графических элементов и библиотека технических характеристик и параметров типовых элементов проектирования.

Операции проектирования, составляющие проектные процедуры при диалоге пользователя с ЭВМ по большей части носят технологический характер, например – ввод и корректировка текстов программ моделей и документов; ввод и корректировка исходных данных; просмотр промежуточных и конечного результатов решения задачи; получение подсказки или необходимой справки; просмотр каталога проектных решений и документов и т.д. Средства диалога, используемые при реализации проектных операций, позволяют пользователю оперативно изменять свои представления о проектируемом объекте, менять математическую модель объекта ил исходные данные, получать дополнительную информацию об объекте и т. п.

Взаимодействие пользователя с программно-техническими средствами САПР происходит в режимах пассивного и активного диалога. В первом случае инициатива принадлежит ЭВМ, во втором случае инициатива диалога принадлежит пользователю (проектировщику).

Обращение ЭВМ к пользователю при пассивном диалоге может происходить в форме запроса, информационного сообщения, подсказки.

Запросы предусматриваются в случаях, когда от пользователя требуется получить задание данных (или недостающие данные), указания об ограничениях на решение задачи, когда из множества возможных путей дальнейшего решения задачи нужно выбрать путь, приемлемый для пользователя.

При запросе исходных данных ЭВМ высвечивает на экране дисплея шаблон, состоящий из вопроса и пустых позиций, в которые следует поместить ответ, что делает пользователь с помощью клавиатуры дисплея. При запросе варианта дальнейшего проектирования на экране высвечивается вопрос и несколько возможных вариантов ответа. Пользователь в свою очередь указывает выбранный им вариант ответа.

Информационные сообщения используются для передачи пользователю промежуточных или окончательных вариантов решения или информации о состоянии его задания. На эти сообщения ответ пользователя не требуется.

Подсказки со стороны ЭВМ появляются на экране дисплея в тех случаях, когда в действиях пользователя возникают те или иные ошибки, например, нарушаются формальные правила языка.

В активном диалоговом режиме инициатива диалога, как отмечалось, принадлежит пользователю, но может быть и двусторонней, когда возможности прервать вычислительный процесс имеются и у пользователя и у ЭВМ.

Активные диалоговые языки могут быть близкими к языку человека, но с ограниченным числом возможных слов и фраз.

Для активного диалога требуется существенно более сложное программное обеспечение, чем для пассивного диалога.

Общение пользователя с ЭВМ через дисплейные устройства может быть недостаточным, если результаты обработки данных нужно иметь в виде документа на бумаге, который может храниться некоторое время. Для получения копии таких результатов применяются устройства вывода на печать текстовой и графической информации на бумагу - графопостроители (плоттеры), алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).

Взаимодействуя в режиме диалога с программно-техническими средствами САПР, проектировщик в процессе проектирования выполняет следующие действия:

     1 Формирует исходные данные оптимизационной задачи, включающие: наименования переменных проектирования с указанием границ изменения непрерывных величин и конкретных значений дискретных величин; перечень параметров, значения которых не зависят от результатов выполнения других проектных операций, и параметры, значения которых должны быть согласованы с результатами других проектных процедур; описание ограничений, накладываемых на переменные проектирования.

     2 Задает критерий, по которому должны оцениваться проектные решения. Если проектировщик задает один критерий, оптимизационная задача относится к классу задач скалярной оптимизации; если вводятся два или более критерия, то решается задача векторной оптимизации.

3 Формирует или выбирает методику решения задачи (метод оптимизации). Формирование методики включает построение диалоговых процедур, учитывающих математическую постановку и алгоритм решения задачи и ее статус (расчетный, оптимизационный), а также характер участия проектировщика в процедурах, связанных с решением задачи.

     4 Формирует взаимодействие с другими подсистемами САПР, участвующими в решении проектной задачи (подзадач), и считывает информацию, подготовленную другими проектировщиками.

     5 Задает точность решения задачи и частоту выдачи информации на экран дисплея.

Осуществляя указанные действия, проектировщик должен убедитьсяв том, что для выполнения текущей проектной процедуры им сформирован вариант данных, имеющихся в ОБД (оперативной базе данных) и достаточных для решения поставленной задачи. При решении оптимизационных задач проектировщик должен также знать, имеются ли в таблице методов оптимизации нужные ему методы и алгоритмы решения задачи. Наконец, проектировщик должен знать информацию об изменениях, которые могут быть внесены в статус задачи, методы ее решения, в значения параметров проектируемого объекта (общее программное обеспечение диалоговых средств передает такую информацию на экран дисплея в виде соответствующих поясняющих текстов). Иногда возникает необходимость проанализировать, как изменение значений переменных проектирования влияет на множество допустимых проектных решений. При этом проектировщик не ставит задачу сравнения и оценки проектных решений по какому-то принятому критерию, т. е. не решает оптимизационную задачу, а в режиме параметрического анализа исследует, как изменяются отдельные переменные при полном или частичном изменении исходных данных и каким получается окончательное решение задачи.

Графические подсистемы САПР

Графические подсистемы САПР выполняют функции создания и модификации графических моделей объектов проектирования, формирование данных, их поиск, хранение и представление этих данных на графических устройствах.

В графических подсистемах можно выделить две компоненты - базовую и прикладную. Первая реализует интерфейс (взаимодействие) между прикладными программами и графическими устройствами, обеспечивает инвариантность прикладных программных средств по отношению к графическим устройствам, что позволяет достичь независимости прикладного программного обеспечения САПР по отношению к различным типам графических устройств. Базовая компонента графической подсистемы реализует также набор стандартных графических функций, обеспечивает ввод-вывод и необходимые преобразования графической информации, обеспечивает графический диалог с пользователем, отображает промежуточные результаты в графической форме.

Вторая – прикладная - компонента графической подсистемы ориентирована на решение конкретных графических и геометрических задач. С помощью прикладных графических программ решаются, например, задачи конструирования форм проектируемого объекта, получение его проекций и сечений или нанесение размерных линий.

Взаимодействуя с графической подсистемой САПР, пользователь может производить различные манипуляции с объектом, представляемом в двух- или трехмерном изображении, выводимом на экран дисплея.

В состав графической подсистемы САПР помимо базовых и прикладных графических программ входят программы-трансляторы, преобразующие геометрическое описание объектов проектирования, заданное на входных языках, в форму, понятную для ЭВМ. Графические входные языки составляют основу лингвистического обеспечения в подсистемах геометрического моделирования и машинной графики.

На рисунке 4.4 представлена общая схема программных модулей графической подсистемы САПР.

Рисунок 4.4 - Общая схема программных модулей графической

подсистемы САПР

 

 

Контрольные вопросы

1. Классификация основных подсистем САПР. Укажите, какие функции выполняют проектирующие и обслуживающие подсистемы.

2. Укажите, в чем различие объектных и инвариантных подсистем?

3. Укажите, какие функции выполняют проектирующие и обслуживающие подсистемы

4. Укажите, в чем различие объектных и инвариантных подсистем.

5. Укажите, какие функции выполняют мониторная система САПР и операционная система ЭВМ.

6. Назовите состав диалоговой подсистемы САПР и укажите, какие функции она выполняет

7. Укажите основные функции ОС.

8. Укажите эксплуатационные требования операционных систем.

9. Охарактеризуйте действия пользователя и функции ЭВМ в режиме взаимодействия пользователя с программно-техническим средствами САПР.

10. Охарактеризуйте графические подсистемы САПР.

Библиографический список

1. Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования [Текст] / И. П. Норенков.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.- 430 с.

2. Малюх, В. Н. Введение в современные САПР: Курс лекций[Текст] /  В. Н.Малюх.— М.: ДМК Пресс, 2010. — 192 с.

3. Ушаков, Д.М. Введение в математические основы САПР: курс лекций [Текст] / Д.М. Ушаков. — М.: ДМК Пресс, 2011. — 208 с.

4. Латышев П.Н. Каталог САПР. Программы и производители: Каталожное издание. — М.: ИД СОЛОН-ПРЕСС, 2011. —736 с.

5. Информационные технологии в проектировании радиоэлектронных средств: учеб. пособие для студ. высш. учебн. заведений [Текст] /         Ю. Л. Муромцев [и др.].— М.: Издательский центр "Академия", 2010. – 384 с.

6. Компьютерный инжиниринг. Аналитический обзор: учеб. пособие [Текст] / А.И.Боровков [и др.]. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 93 с.

 

 

Приложение А

(справочное)

Перечень ключевых слов

 

Абонентская линия

Автоматизация проектирования

Алгоритмист

Анализ данных

Аппаратные средства САПР

АРМ

База данных

Блок

Ввод текста

Внешние ссылки

Входные языки

Выборка

Выделенная магистральная сеть

Графические подсистемы САПР

Диалоговое взаимодействие

Диалоговые подсистемы САПР

Дигитайзер

Документ (создание, сохранение и открытие)

Запись

Интеграция

Информационно-поисковые системы (ИПС)

Информационный фонд

Канал передачи данных

Клиент-сервер

Комплекс средств

Константа

Магистральная сеть общего пользования

Массив

Мониторная система

Набор объектов

Обеспечение САПР

Объект

Операционная система

Организационное обеспечение

Пакет анализа

Переменная

Периферийные устройства

Подсистемы САПР

Подсистемы   (проектирующие, обслуживающие)

Поиск решений

Поиск файлов

Пользователи САПР.

Пользователь

Прогнозирование

Программа

Программист

Программное обеспечение

Программно-методические комплексы машинной графики

Программно-методический комплекс

Программно-технический комплекс

Проектирование

САПР

Сервер

Сеть

Система

Системы автоматизированного проектирования

Системы управления базами данных (СУБД)

Сканер

Файл-сервер

ЭВМ

Языки программирования

Языки проектирования

 

 

Учебное издание

 

АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ АТАМАНОВ

ЛЮБОВЬ НИКОЛАЕВНА ГРОШАК

 

ОСНОВЫ САПР

Часть 1

Структура САПР

Учебное пособие

 

 

Отв. редактор канд. техн. наук, доцент О.П. Жукова

Редактор РИЦ Т.А. Полуэктоваорина                                               

Т.П. Попова                

________________________________________________________________

Подписано в печать 5.05.2006.Сдано в производство2.11.04.

Формат 60×84 1/16.Усл. печ. л.

Уч.-изд. л. 12,5. Тираж 100 экз. Изд. № 5/16. Заказ №

. 16.01.2002 г. 20.01.1997 г.

________________________________________________________________

Редакционно-издательский центр СибГТУ

660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82

т. [phone]

ф. [phone]