Общие сведения о скп
2.1 Требования к скп
Система компьютерного проектирования (СКП) - это совокупность средств и методов для автоматизации проектирования технических устройств и систем.
Основой СКП является комплекс технических средств (КТС), представляющий некоторое структурное единство компонентов технического обеспечения (ТО), обеспечивающих функционирование подсистем СКП.
Требования к КТС подразделяют на системные, функциональные , технические и организационно-эксплуатационные.
К системным требованиям относят:
1) эффективность - КТС должен обеспечивать эффективное выполнение всей совокупности функций автоматизированного проектирования с целью получения достаточно качественных решений и проектной документации в приемлемые сроки;
2) универсальность - обеспечение выполнения всего процесса проектирования без перестройки КТС;
3) совместимость - средства входящие в КТС СКП, должны быть технически, информационно, программно и эксплуатационно совместимы;
4) гибкость и открытость - т. е. допускать перестройку КТС в достаточно широких пределах и позволять замену устаревших средств, модернизацию и расширение состава;
5) надежность - необходима для нормального функционирования в течении всего цикла проектирования;
6) точность (достоверность) - КТС должен обеспечить требуемый уровень точности (достоверности) принимаемых решений и данных. Точность зависит от точности ТС (методов округления, разрядности), сбоев в оборудовании, защищенности от внешних воздействий;
7) защищенность - КТС СКП должен быть защищен от внешних воздействий (помех, сбоев в системе питания, некомпетентного и несанкционированного вмешательства);
8) возможность одновременной работы достаточно широкого круга пользователей (разработчиков СКП, проектировщиков и т. д.);
9) приемлемая стоимость - стоимость КТС должна быть такая, чтобы созданная на его базе СКП обеспечила приемлемый экономический эффект.
Функциональные требования к КТС включают:
1) реализацию математических моделей;
2) задачи и алгоритмы принятия решений и проектных процедур;
3) архивы, библиотеки проектных решений и типовых элементов;
4) системы поиска данных;
5) обеспечение наглядности информации;
6) работы с графическим изображением;
7) документирование результатов проектирования;
8) выдача результатов на технологическое оборудование.
Технические требования выражаются в виде количественных, качественных и номенклатурных значений следующих характеристик и параметров:
1) производительность;
2) быстродействие ;
3) пропускная способность;
4) разрядность ;
5) система кодирования информации;
6) емкость ОЗУ ;
7) виды носителей данных.
Организационно-эксплуатационные требования предъявляются к КТС, вспомогательному оборудованию, рабочим местам, помещениям, персоналу с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации и обслуживания СКП:
1) эргономика и техническая эстетика ;
2) безопасность персонала при эксплуатации (требования электробезопасности и пожарной безопасности) ;
3) условия труда персонала (температура, влажность, атмосферное давление, уровень шума в помещениях) ;
4)подготовка персонала ( уровень обученности и квалификации персонала) .
2.2 Виды обеспечения СКП
Современная СКП - сложный комплекс математических, программных, технических и других средств. Принято выделять в составе СКП следующие основные части:
математическое обеспечение;
лингвистическое обеспечение;
информационное обеспечение;
программное обеспечение;
техническое обеспечение;
организационное обеспечение;
методическое обеспечение.
2.3 Математическое обеспечение СКП
Элементы математического моделирования СКП чрезвычайно разнообразны. К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума и т.д. Специфика предметных областей проявляется прежде всего в математических моделях проектируемых объектов, она заметна и в способах решения задач структурного синтеза.
Основными компонентами математического обеспечения СКП являются теория и методы решения задач, способы и алгоритмы для организации вычислений, а также математические модели (рисунок 2.1).
Точного в математическом смысле определения алгоритма в общем случае не существует. Обычно под алгоритмом понимают набор точных предписаний, однозначно задающих содержание и последовательность действий (шагов) для решения определенного класса задач.
В СКП используются следующие основные виды алгоритмов.
1) алгоритмы решения общих задач вычислительной математики: решение конечных уравнений F(x)=0, линейных уравнений Ax=0, цифрового интегрирования и т.д.
2) алгоритмы поиска и упорядочения информации: поиска информации, сортировки информации и редактирования информации.
3) алгоритмы проблемной ориентации: решение задач, связанных общей научной тематикой, например, алгоритмы решения статистических задач (построение гистограмм, вычисление статистических характеристик и т.д.).
4) алгоритмы предметной ориентации: формирование и расчет математических моделей объектов определенного типа, например, аналоговых электронных устройств, цифровых схем, схем СВЧ и т.д. Эта группа алгоритмов - основная в СКП.
5) алгоритмы обеспечения системных задач ЭВМ: организация работы операционных систем, управление программами, данными и т.д.
Математическая модель - совокупность математических объектов (переменных, констант, векторов, множеств, ...) и соотношений между ними, которые отражают свойства проектируемого объекта, интересующие разработчика.
Основными характеристиками модели являются тип рабочего сигнала, способ представления, характер зависимостей и т.д. Классификация моделей по этим признакам приведена на рисунке 2.2.
В зависимости от уровня проектирования различаются и виды моделей:
1) при структурном проектировании модели компонентов представляются идеальными в смысле выполняемой функции;
2) при функциональном проектировании модели компонентов - это функции или алгоритмы, позволяющие по заданной форме входного сигнала найти форму выходного сигнала;
3) при схемотехническом проектировании модели компонентов в общем случае представляются в виде обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих компонент его схемой замещения.
По способу представления различают модели аналитические, алгоритмические, табличные, графические, схемы замещения. Следует отметить аналитические модели как наиболее простые, алгоритмические модели, как наиболее точные и универсальные, табличные модели, как наиболее быстрые в смысле затрат машинного времени на обработку, но требующие больших объемов памяти.
По характеру зависимости выделяют модели линейные, нелинейные, кусочные, непрерывные, дискретные.
К основным требованиям, предъявляемым к математическим моделям, относятся следующие:
1) универсальность: модель, разработанная для определенного класса устройств, должна быть справедливой для различных устройств данного класса;
2) точность модели: модель должна адекватно описывать свойства реального объекта;
3) экономичность модели: минимальный требуемый объем памяти машины и минимальное время для вычисления параметров модели.
Точность модели оценивается с помощью погрешности. Абсолютная погрешность определяется как
= yм(t) - y(t), (2.1)
где yм(t) и y(t) - выходные сигналы модели и реального блока соответственно при одинаковых сигналах xм(t)=x(t) на их входах.
Более наглядное представление о точности моделей дает относительная погрешность, которая определяется по формуле
= / y(t). (2.2)