Лекция 3. 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.

Для использования информации отдельных ЭВМ распределенных на относительно большой территории особый эффект дает применение вычислительных сетей.

Отличительные признаки вычислительной сети состоят в следующем:

· большое число взаимодействующих друг с другом вычислительных машин, выполняющих функции сбора, хранения, передачи, обработки и выдачи информации;

· чрезвычайно большие вычислительные мощности;

· распределенная обработка информации;

· надежная и гибкая связь пользователя с вычислительными мощностями;

· возможность взаимного обмена информацией между вычислительными машинами;

· расширение до любой мощности и протяженности.

Требования к ТО САПР. Техническое обеспечение САПР включает в себя различные техниче­ские средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1. выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2. взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3. взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу 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 (рисунок 2). 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.

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

Рисунок 2 – Структура технического обеспечения САПР

 

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.

Структура ТО САПР для круп­ной организации представлена на рисунке 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.

Рисунок 3 –Структура корпоративной сети САПР

 

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 автоматизированной системы, 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.

В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетью распре­деленных вычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естествен­но назвать такой сервер локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, раз­деляемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соот­ветствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети.

Наряду с архитектурой клиент-сервер применяют одноранговыесети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять как функции сервера, так и функции клиента. Ор­ганизация взаимодействия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становится чрез­мерно сложной, поэтому одноранговые сети применяют только 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 A и B в сети создается физичес­кое соединение между A и B, 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 Вили 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.

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). Для удобства модернизации сложных информационных систем их делают максимально открытыми, т.е. приспособленными для внесения изменений в некоторую часть системы при сохранении неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей реализация концепции открытости привела к появлению ЭМВОС, предложенной международной организацией стандартизации (ISO – International Standard Organiza­tion). В этой модели дано описание общих принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимо­действие информационных систем и называемых протоколами.

В ЭМВОС информационную сеть рассматривают как совокупность функций (протоколов), кото­рые подразделяют на группы, называемые уровнями. Именно разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значи­тельно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.

ЭМВОС содержит семь уровней.

На физическом (рhysical) уровне осуществляется представление информации в виде электриче­ских или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных, организуется передача информации через физические среды.

На канальном (link) уровне выполняется обмен данными между соседними узлами сети, т.е. уз­лами, непосредственно связанными физическими соединениями без других промежуточных узлов. Отметим, что пакеты канального уровня обычно называют кадрами.

На сетевом (network) уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточ­ных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и ре­ализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называют виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами.

На транспортном (transport) уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в от­личие от предыдущего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежу­точные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и де­мультиплексирование (сборка-разборка пакетов в конечных пунктах), обнаружение и устранение ошибок в переданных данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанных скорости и надежности передачи).

На сеансовом (session) уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.

На представительном (presentation) уровне реализуются функции представления данных (коди­рование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из одного кода в другой.

На прикладном (application) уровне определяются и оформляются в сообщения те данные, кото­рые подлежат передаче по сети.

В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функ­ций, тогда соответственно сеть будет содержать лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. Одновременно сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуров­ня: управление доступом к каналу (МАС – Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC – Logical Link Control). К подуровню LLC в отличие от подуровня МАС относится часть функ­ций канального уровня, не зависящих от особенностей передающей среды.

Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции-декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень. Сегментом обычно называют пакет транспортного уровня. Сетевой уровень организует передачу данных через промежуточные сети. Для этого сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т. е. происходит инкапсуляция). При передаче между узлами промежуточной ЛВС требуется инкапсуляция пакетов в кадры с возможной разбивкой пакета. Приемник декапсулирует сегменты и восстанавливает исходное сообщение.

Литература 2 осн. [34-52], 2 доп. [29-33]

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой САПР с точки зрения системной модели?

2. Какие задачи решают ТС в САПР?

3. Какие элементы должно содержать ТС для решения задач САПР?

4. В чем состоят отличительные признаки вычислительных сетей?

5. Что представляет собой общая структура САПР?

6. Какие уровни содержит ЭМВОС?