4.3. Проектирование сапр

Поскольку САПР относятся к сложным системам высшей степени иерархии (системам метауровня), то их проектирование должно быть блочно-иерархическим. На верхнем иерархическом уровне (системном) решаются задачи описания КТС (ЭВМ, процессоры, запоминающие устройства, устройства ввода-вывода, передачи данных и т.п.) и ПМК (подсистемы программного обеспечения, например, система управления базами данных, информационно-поисковая система, диалоговая подсистема, а также отдельные программы, реализующие различные проектные процедуры и т.п.). На последующих иерархических уровнях нисходящего проектирования САПР осуществляется разработка оригинальных составных частей КТС и ПМК.

Конкретные методы моделирования объектов метауровня, к которым относятся САПР, будут рассмотрены ниже. Проектирование САПР начинается с синтеза структуры, типичная последовательность процедур которого включает шесть основных последовательно реализуемых действий.

1. Построение обобщенных маршрутов проектирования, подлежащих автоматизации. В зависимости от определенного класса проектируемых изделий строятся маршруты их проектирования, включающие в заданной последовательности этапы проектирования изделия. При большой степени детализации маршруты представляются в виде последовательности проектных процедур. Возможна еще большая детализация маршрутов с представлением проектных процедур совокупностями проектных операций.

Структуру обобщенного маршрута получают путем объединения индивидуальных маршрутов, используя, например, теорию графов. Строится граф, в котором вершины отображают проектные процедуры, а дуги - последовательность их выполнения.

2. Выбор способа выполнения проектных процедур и операций в выявленных маршрутах. Возможны следующие способы: ручной (неавтоматизированный), автоматический (на ЭВМ в пакетном режиме) и автоматизированный (на основе взаимодействия ЭВМ и проектировщика).

3. Выбор структуры КТС, сводящийся к выбору числа уровней в структуре и базовых семейств ЭВМ. Одновременно принимается решение относительно использования тех или иных ОС для выбранного семейства ЭВМ.

4. Выбор ПМК из числа доступных для приобретения и предназначенных для выполнения процедур, выделенных в п.2 в качестве объектов автоматизации. Выбор осуществляется также с учетом решений, принятых в п.3 относительно типов ЭВМ и ОС.

Наиболее типична ситуация, когда существующие ПМК можно непосредственно применить лишь для выполнения части проектных процедур, поэтому проводятся исследования, направленные на разработку недостающих компонентов матобеспечения, модернизации ПМК. Разрабатываются не только проектирующие, но и обслуживающие подсистемы программного обеспечения.

5. Распределение проектных процедур, фигурирующих в маршрутах проектирования, по уровням выбранной структуры КТС, конкретизация автоматизированного способа выполнения процедур с целью выяснения состава используемых периферийных устройств для ведения диалога и документирования результатов.

6. Назначение типов ЭВМ и автоматизированных рабочих мест в рамках выбранных семейств и определение их числа на основе ориентировочных оценок требуемой производительности технических средств.

Этим заканчивается первая итерация синтеза структуры САПР.

После синтеза структуры проводится моделирование САПР и ее анализ, целью которого является проверка соответствия результатов синтеза САПР ее назначению, выявление “узких мест”, получение информации для обоснованных корректировок в проекте САПР.

Для моделирования используются три группы данных: сведения об объектах проектирования, данные об эффективности используемого программного обеспечения и характеристики выбранного вычислительного оборудования. Моделирование включает в себя формирование сетевой имитационной модели (СИМ), представляющей САПР как систему массового обслуживания, и выполнение численных экспериментов с этой моделью. Формирование СИМ осуществляется путем отображения структур маршрутов проектирования на синтезированную структуру КТС САПР.

В СИМ САПР имеются объекты двух типов: модели ресурсов (элементы КТС и ПМК) и модели заявок - проекты, проходящие путь от ввода ТЗ до получения окончательного описания в виде комплекта КД. Для описания разрабатываемой СИМ используется один из языков имитационного моделирования, например, язык GPSS.

Вычислительный эксперимент с СИМ заключается в имитации поведения системы на заданном отрезке времени или при обслуживании заданного количества заявок. При моделировании каждого из вариантов САПР анализируются ее выходные параметры, определяющие условия ее работоспособности: коэффициент загрузки оборудования КТС, средние времена ожидания в очередях и обслуживания заявок, длины очередей, вероятность обслуживания за время, не выше заданного, производительность системы и др. При проведении нескольких итераций находится вариант САПР, полностью удовлетворяющий условиям работоспособности как по составу КТС, так и по содержанию ПМК.

В процессе имитационного моделирования САПР могут выявиться проектные процедуры, для которых ПМК могут отсутствовать или для которых существующие ПМК не обеспечивают требуемых вычислительных ресурсов. В этом случае на основе результатов имитационного моделирования формулируется ТЗ на разработку новых ПМК или их элементов.

При наличии процедур, многократно повторяющихся в различных маршрутах проектирования и вносящих заметный вклад в общие затраты вычислительных ресурсов, необходимо выбрать способ их реализации: программный или аппаратный. Аппаратный - создание спец-ЭВМ (спецпроцессора), ориентированного на выполнение одной или нескольких родственных по характеру проектных процедур. Повышение эффективности вычислений при аппаратной реализации алгоритма достигается за счет распараллеливания вычислений, присущих данному классу задач.