Программное обеспечение вычислительных сетей

Представляет собой совокупность программных средств, реализующих основные функции сети – обслуживающую, коммуникационную, терминальную, информационную и управления. Программное обеспечение вычислительных сетей должно иметь многоуровневую иерархическую структуру. Это обусловлено:

1. Необходимостью минимизации затрат на изменение сетевого программного обеспечения в случае изменения оборудования.

2. Требованием независимости прикладных программ пользователей от изменения программного обеспечения сети.

Следовательно, программные средства, обеспечивающие взаимодействие прикладных программ с сетью, относят к высшему уровню, а программные средства, управляющие аппаратурой передачи данных, образуют самый низший уровень.

Правила взаимодействия программ различных уровней одного узла называют интерфейсами взаимодействия, а правила взаимодействия программ одного уровня разных узлов – протоколами.

 

Системы программирования

Включают в себя трансляторы с языков программирования высокого уровня на язык машины. Существует два вида трансляторов: компиляторы и интерпретаторы.Компилятор осуществляет перевод всей исходной программы на язык машины и создаёт объектный модуль, который после компоновки с другими программами вызывается на выполнение. Интерпретатор последовательно анализирует и транслирует отдельно каждое предложение исходной программы и сразу выполняет полученные машинные команды. Достоинство интерпретаторов – простота, малый объем требуемой памяти. Достоинство компиляторов – высокая скорость выполнения предварительно компилированных программ, гораздо большая гибкость и мощность языков программирования. Компиляторы выполняют: анализ текста программы с целью выявления синтаксических ошибок, генерацию машинных кодов, оформление объектного модуля.

 

Исполняющие системы

Это совокупность программ и данных, включенных в программу пользователя на языке высокого уровня, и предназначенные для поддержания среды этого языка при выполнении данной программы. Исполняющие системы содержат программу ввода/вывода, обработки ошибок, стандартные математические функции, различные вспомогательные программы.

 

 

Обрабатывающие программы

Обеспечивают основной набор операций над программами и данными пользователей. Основные обрабатывающие программы – это программы связи с оператором, текстовые редакторы, компоновщики, загрузчики, программы отладки, обслуживающие программы.

Программы связи с оператором обрабатывают команды, поступающие от оператора.

Текстовые редакторы предназначены для ввода и корректировки исходных текстов программ и данных различного типа. Все текстовые редакторы можно разделить на строковые и экранные. В строковых пользователю в каждый момент времени доступна одна строка, а в экранных – весь экран дисплея.

Функцией компоновщиков является объединение несколько отдельно оттранслированных программ в одну готовую к выполнению программу. Использование компоновщиков позволяет во-первых разбивать одну большую программу на несколько мелких, которые отлаживаются и транслируются параллельно; во-вторых, подключать к программе стандартные программы.

Загрузчики служат для физической записи скомпонованной программы в основную память ЭВМ.

Программы отладки используются для выявления и удаления ошибок в прикладных программах.

Обслуживающие программы выполняют разнообразные вспомогательные действия над данными: перезапись с магнитного диска на дискету или лазерный диск, с дискеты на магнитный диск, копирование, восстановление дисков, сбор статистики о работе системы, регистрация ошибок в работе системы и т.д.

 

Пакеты программ общего назначения

Это наборы законченных программ, предназначенных для решения отдельных задач из некоторой проблемной области. Например, программы по решению дифференциальных уравнений или алгебраических уравнений.

 

 

Специальное программное обеспечение САПР

Операционные системы САПР

ОС САПР – это созданные на базе универсальных операционных систем специализированные ОС, ориентированные на решение задач САПР определенного класса. Они являются связующим звеном между универсальной ОС и программами автоматизированного проектирования.

Например специализированная ОС автоматизированного рабочего места (АРМ) состоит из:

- стандартной версии ОС;

- драйверов графических устройств;

- базового программного обеспечения;

- системы интерактивной графики.

Драйверы графических устройств обеспечивают работу графических дисплеев и графопостроителей по вводу-выводу графической информации, по преобразованию её из одного вида в другой, обеспечивает контроль работы графических устройств.

Базовое программное обеспечение предназначено для подготовки и выполнения прикладных программ, автоматизации чертежных работ, автоматизации ввода и редактирования графической и текстовой информации.

Система интерактивной графики представляет собой комплекс программ, состоящий из пакета подпрограмм машинной графики и диалоговой программы. Программы пакета машинной графики позволяют генерировать изображение графических элементов на экране дисплея и т. д. А диалоговая программа позволяет строить и корректировать изображение на дисплее с помощью светового пера, клавиатуры, и «мыши».

 

Пакеты прикладных программ САПР

 

ППП – является основой специального ПО САПР. Эти пакеты должны обеспечивать эффективную программную реализацию алгоритмов решения проектных задач, простоту в эксплуатации пользователями - непрограммистами, открытость для модернизации и развития с минимальными затратами времени.

ППП САПР могут работать в диалоговом и в пакетном режимах.

 

 

Интерактивные графические системы

Эта система позволяет проектировщику вносить изменения в изображение непосредственно во время его воспроизведения при обмене графической информацией, решение геометрических задач, формирования изображений и автоматическое изготовление графической документации.

Диалоговые системы коллективного пользования САПР

Для организации коллективного проектирования используется комплекс технических средств в виде вычислительной сети. Условно диалоговые системы коллективного пользования можно разделить на информационные и функциональные. Первые предназначены для работы совокупности пользователей с банком данных САПР. Вторые – для коллективного формирования, анализа и принятия проектных решений.

 

Лингвистическое обеспечение (ЛО) САПР

Общая характеристика

Это целостная совокупность формальных языков описания информации и алгоритмов, их обработки в процессе автоматизированного проектирования. Формальный язык- знаковая система для описания и обмена информацией между людьми, человеком и ЭВМ и различными автоматическими устройствами.

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

Лингвистическое обеспечения САПР

Управляющее ЛО Проблемно – ориентированные языки проектирования

«Ведущая - ЭВМ» запрос – ответные язы- ки: - «Выбор из меню»; - «Заполни пустые мес та»

«Ведущий - проектировщик» -директивные языки -графические языки -технологические языки

«Равные партнеры» -комбинированные языки

Языковые процессоры

Базовое ЛО (языки программирования)
Машинные языки	Машинно-ориентированные языки - ассемблер	Процедурно-ориентированные языки: фотран, ПЛ1, бейсик, паскаль и др.

Управляющее ЛО

Включает в себя языковые средства описания целей проектирования, исходных данных, описание объектов проектирования, моделей их функционирования, алгоритмов поиска проектных решений и формирования выходных документов. Эти средства оформлены в виде соответствующих языков.

1. Входные языки:

Языки описания объекта служат для задания свойств проектируемого объекта. С их помощью задаются параметры объекта, процессы, протекающие в объекте и т.д. Они делятся на языки: схемные, графические и моделирования.

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

Схемные языки широко применяют при описании принципиальных электрических схем, функциональных схем. Графические языки являются основой ЛО в подсистемах геометрического моделирования и машинной графики. Языки моделирования широко используются в подсистемах имитационного моделирования систем массового обслуживания.

2. Выходные языки используются для выражения результатов выполнения проектных процедур на ЭВМ.

3. Языки сопровождения применяются для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур.

4. Языки управления служат для представления управляющей информации для программно-управляемого исполнительного оборудования, например устройств документирования и технологических автоматов.

5. Промежуточные внутренние языки предназначены для представления информации на определенных стадиях ее переработки в ЭВМ.

В зависимости от степени формализации тех или иных задач обобщенного алгоритма проектирования используются языки:

1) языки пакетного режима (пассивные) ориентированны на автоматическое решение полностью формализованных задач.

2) языки диалогового режима. Позволяют проектировщику принимать и сообщать системе решения по обработке неформализуемых участков алгоритма проектирования.

При этом состав языковых средств зависит от того, как распределены функции управления проектированием между человеком и комплексом средств САПР.

Различают.три основных вида человеко-машинного общения:

- «Ведущая ЭВМ». Здесь система посредством специальных сообщений запрашивает необходимое описание объекта проектирования, либо указывает возможные пути решения задачи и требует от проектировщика конкретизации задания. Эти сообщения на языке пользователя.

- «Ведущий проектировщик». Проектировщик на специальном языке задает для ЭВМ последовательность операций и процедур обработки указанной информации. Этот вид общения требует от проектировщика четкого знания алгоритма проектирования и возможностей использования комплекса САПР.

- «Равные партнеры». Реализуется двухстороннее управление алгоритмом проектирования, в котором, в зависимости от ситуации, принятие решения о дальнейшем ходе проектирования осуществляется либо человеком, либо ЭВМ.

Диалоговые языки, ориентированные на взаимодействие по принципу «Ведущая ЭВМ», наибольшее распространение получили так называемые запрос - ответных языках. Это языки «Выбор из меню» и «Заполни пустые места».

Более широкими возможностями организации диалога обладают директивные языки реализующие взаимодействие по принципу «Ведущий проектировщик». Основной синтаксической единицей этих языков является директива, которая представляет собой управляющее предложение фиксированной структуры. Каждая директива позволяет задать определенное действие по управлению процессом проектирования.

Развитие преимуществ запрос - ответных и директивных языков осуществляется в комбинированных языках, поддерживающих диалоговое взаимодействие по принципу «Равные партнеры». Отличительная особенность этих языков – естественность для пользователей. Эти языки приближены к тем языковым средствам, с помощью которых привыкли оперировать проектировщики в процессе решения профессиональных задач.

 

Базовое ЛО

 

Базовое ЛО, являясь языковой основой программного обеспечения, содержит иерархию языков программирования. На эффективность реализации проектирования существенное влияние оказывает свойство выбранного языка программирования. Удачный выбор языка позволяет быстро создать качественный программный продукт.

К языкам программирования предъявляют требования:

а) удобства использования;

б) универсальности;

в) эффективности объектных программ (программ, полученных после трансляции на машинный язык).

Удобство использования выражается в затратах времени программиста на освоения языка и главным образом на написание программ на этом языке. Универсальность определяется возможностями языка для описания разнообразных алгоритмов, а эффективность оценивается затратами машинного времени и памяти на исполнение программ.

Языки программирования делятся на кодовые (машинные), языки низкого и высокого уровня.

Машинные языки. Алфавит – только цифры (двоичные, восьмиричные, шестнадцатиричные), с помощью которых кодируются команды машины и данные, над которыми эти команды выполняются.

Языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные языки). В этих языках каждая машинная команда записывается в виде мнемонического кода операции и операнда. Например: операция сложения может иметь мнемокод СЛЖ и т.д.. Мнемоническое обозначение операнда – произвольная последовательность символов, выражающая, либо наименование, либо значение константы, участвующей в операции.

Языки программирования высокого уровня. Отличие – машинная независимость. Программы написанные на этих языках могут выполнятся на любых ЭВМ, снабженные соответствующими языковыми процессорами.

С позиции универсальности и эффективности объектных программ наилучшими свойствами обладают машинно-ориентированные языки: языки ассемблера или автокода. Однако они не удобны для человека, т.к. их применение снижает производительность труда программистов. Они применяются для разработки лишь тех модулей по САПР, которые требуют для своего исполнения больших вычислительных ресурсов, существенно влияющих на общие затраты машинного времени и памяти. В остальных случаях используют один из языков высокого уровня, наиболее подходящий для решения конкретной задачи. Например для написания программ по решению задач численного анализа высоко эффективным является язык Fortran.

 

Языковые процессоры

Для того, что бы выполнение обобщенного алгоритма проектирования происходило в соответствии с требованиями проектировщика, ЭВМ должна «понимать» язык проблемно - ориентированных заданий и правильно формировать ответные сообщения. Это достигается с помощью специализированных языковых процессоров, выполняющих три основные функции:

а) распознавание вводимого текста и выявление отдельных составляющих его конструкции (символов, слов, предложений);

б) распознавание смысловой информации, которую несет в себе текст;

в) интерпретация смыслового знания введенного текста и выдача проектировщику ответного сообщения.

Языковые процессоры бывают:

а) интерпретирующего типа;

б) компилирующего типа.

Достоинства интерпретатора – получение требуемых результатов на каждом шаге алгоритма проектирования.

Недостатки: значительные затраты машинного времени при циклическом повторении некоторой последовательности шагов, т.к. при каждом повторении требуется повторять синтаксическое и семантическое распознавание текста

Достоинства компиляторов: однократный анализ текста и создание рабочей программы, которую можно многократно использовать

Недостатки: необходимость значительного времени и памяти ЭВМ для сбора и хранения рабочей программы проектирования.

Промежуточное положение между компиляторами и интерпретаторами занимают языковые процессоры: компиляторы интерпретирующего типа и шаговые компиляторы.