В.С.Скоробогатов

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Учебное пособие

Воронеж 1999

Министерство общего и профессионального образования РФ

Воронежский государственный технический университет

В.С.Скоробогатов

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Учебное пособие

по дисциплине “Основы проектирования РЭС” для

студентов дневной и заочной формы обучения

специальности 200800 “Проектирование и технология

производства РЭС”

Воронеж 1999

Составитель канд.физ.-мат. наук В.С. Скоробогатов

УДК 681.31

Технические средства автоматизации проектирования: Учеб. пособие по дисциплине “Основы проектирования РЭС” для студентов дневного и заочного обучения специальности 200800 “Проектирование и технология производства РЭС”.

В.С.Скоробогатов. Воронеж, Изд-во ВГТУ 1999. - 106 с.

В пособии рассматриваются состав и назначение комплексов технических средств автоматизации проектирования, дается общая характеристика, классификация, принципы действия, элементная база и особенности конструкций ПЭВМ и их периферийных устройств, используемых при автоматизации проектирования, в том числе наиболее распространенных накопителей на магнитных и оптических носителях информации, а также таких современных технических средств как сканеры, струйные и лазерные принтеры.

Пособие является дополнительным материалом при изучении курса ‘’ Основы проектирования РЭС’’. Предназначено для студентов вузов дневного и заочного обучающихся специальности 200800 ‘’ Проектирование и технология производства РЭС ’’.

Ил. 21. Библиогр.: 8 назв.

Научный редактор Д-р техн. наук, профессор А.В. Муратов

Рецензенты: Д-р техн. наук, профессор С.А. Горбатенко

Научно-технический совет АО

“Газпроектинжениринг”

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Ó Скоробогатов В.С.,1999

Оформление. Издательство воронежского государственного технического университета,1999

3

Введение

Состав и назначение комплексов технических

средств автоматизации проектирования

Необходимость создания аппаратуры со все более высокими параметрами, способной работать в сложных условиях различных воздействий, привело к усложнению этой аппаратуры и увеличению сроков ее проектирования, что, в свою очередь, в современных условиях быстрого развития науки и техники часто приводит к “моральному” устареванию разработанной аппаратуры до начала ее массового выпуска. Таким образом, сокращение сроков разработки сложной аппаратуры стало важной проблемой. Попытки дробления сложной задачи, проведения параллельной разработки отдельных частей сложного изделия и увеличения штата разработчиков не обеспечивают пропорционального уменьшения сроков разработки из-за возникающих неувязок, нестыковок, согласований и трудностей управления большим коллективом. Эта проблема решается путем использования средств автоматизации проектирования, систем автоматизированного проектирования (САПР), причем решение проблемы не в ускорении расчетов до уровня, достаточного для перебора всех вариантов, а в применении статистических и вероятностных методов, в разработке методов моделирования и оптимизации, позволяющих вести направленный поиск лучшего варианта и избежать анализа всех решений.

САПР - это совокупность средств и методов для осуществления автоматизированного проектирования, состоящих из следующих видов обеспечения : технического, программного, математического, информационного, лингвистического, методического и организационного [1,4,6,8]. Базовыми средствами, с помощью которых

4

реализуются другие виды обеспечения САПР, являются технические средства, а основой технических средств является ЭВМ.

Традиционная форма использования ЭВМ, сконцентрированных в вычислительном центре и работающих в пакетном режиме, не годится для автоматизированного проектирования. ЭВМ лишь тогда станет регулярно используемым инструмен­том проектирования, когда инженер-проектировщик сможет оперативно обращаться к машине и также оперативно получать результаты решения. При этом эффективное взаимодействие инженера с ЭВМ будет обеспечено только в случае, если форма вво­димой и выводимой информации удобна для человека и не приводит к необходимости вручную выполнять обременительные и чреватые ошибками операции по кодированию или расшифровке сообщений. В зависимости от характера решаемых задач удобными формами представления информации могут быть таблицы, чертежи, графики, текстовые сообщения и т. д.

В связи с указанным, к техническому обеспечению автоматизации проектирования предъявляются следующие тре­бования: [6]

удобство использования инженерами-проектировщиками, воз­можность оперативного взаимодействия инженеров с ЭВМ;

достаточная производительность и объем оперативной памяти ЭВМ для решения задач всех этапов проектирования за приемлемое время;

возможность одновременной работы с техническими средствами необходимого числа пользователей для эффективной деятельности всего коллектива разработчиков;

открытость комплекса технических средств для расширения и модернизации системы по мере прогресса техники;

высокая надежность, приемлемая стоимость и т. д.

Удовлетворение перечисленных требований возможно только в условиях организации технического обеспечения в виде специали­зированной вычислительной системы, допускающей функциониро-

5

вание в нескольких ре­жимах. Такое техническое обеспечение называют комплексом тех­нических средств САПР.

Первое из указанных требований к техническим средствам (ТС) САПР обусловливает включение в комплекс ТС как стандартного комплекта внешних устройств ЭВМ, так и дополнительных устройств оперативного ввода-вывода информации, в том числе в графической форме. Этот комплекc внешних устройств устанавливается в помещении проектного подразделения и называ­ется автоматизированным рабочим местом (АРМ) проектировщика.

Состав АРМ зависит от характера задач, решаемых в проектном подразделении. Так, для инженеров, занятых функционально - логическим проектированием, и инженеров-конструкторов оптимальный состав внешних устройств неодинаков. Действительно, конструкторы в значительно большей мере связаны с обработкой информации в виде чертежей, для них важно наличие развитых средств машинной гра­фики.

В расширенном составе АРМ, кроме самой ЭВМ должны присутствовать следующие технические средства: устройства ввода и вывода как алфавитно-цифровой, так и графической информации; запоминающие устройства на магнитных дисках (НМД) и магнитной ленте (НМЛ); алфавитно-цифровой дисплей; графичес­кий дисплей; графопостроитель и некоторые другие по мере необходимости.

Комплекс технических средств предназначен для решения в процессе проектирования следующих задач: ввод исходной информации об объекте и необходимых процедурах проектирования, отображения, преобразования и хранения информации, создание условий для эффективного диалога пользователя системой, документирование проектных решений и некоторых других.

До недавнего времени основная масса задач автоматизации проектирования решалась на машинах класса мини-ЭВМ. Большие машины применялись заметно реже из-за снижения эффективности

6

их работы в интерактивном режиме, используемом для обеспечения диалога проектировщика с ЭВМ, а персональным ЭВМ (ПЭВМ) не хватало вычислительных ресурсов для решения таких задач [4]. Значительное увеличение вычисли­тельной мощности (быстродействия, объема памяти, снижения стоимости) персональных ЭВМ, наличие высококачественного программного обеспечения привело к резкому изменению такого положения в области технических средств САПР, то есть привело к широкому использованию ПЭВМ для автоматизации проектирования. Были разработаны и выпускаются различные периферийные устройства с высокими техническими характеристиками.

При написании пособия использовались некоторые материалы и рисунки справочника “Технические средства ПЭВМ” авторов Русака И.М. и Луговского В.П., а также других источников, указанных в списке литературы.

1. Общая характеристика пэвм и их технических средств

2. Состав пэвм

Основой комплекса технических средств автоматизации проектирования является ЭВМ. Любая ЭВМ, в том числе и ПЭВМ, представляет собой сложную систему взаимосвязанных технических средств, спо­собных принимать, хранить, перерабатывать и выдавать информа­цию с помощью вычислительных и логических операций по опре­деленному алгоритму или программе. Здесь и далее под техниче­скими средствами понимается оборудование ПЭВМ, участвующее в автоматизированной обработке данных.

7

Решение задач на ПЭВМ (вычислительный процесс) проводится по определенным правилам. Любая задача, подготавливаемая для решения на ПЭВМ, представляется в виде одной или многих ма­тематических зависимостей. Кроме исходных данных, вводимых в ПЭВМ при решении задачи, возникает необходимость в использо­вании алгоритма - совокупности точных предписаний (правил), определяющих вычислительный процесс. Программа, представляю­щая собой алгоритм решения задачи, записанный на каком-либо формализованном языке, определяет, какие действия и в какой последовательности должна выполнить машина над исходными дан­ными и промежуточными результатами. Информация обычно пред­ставляется и обрабатывается двоичными словами конечной длины - 8, 16 или 32 бит.

Для выполнения процесса вычислений в состав ПЭВМ включа­ются устройства, каждое из которых имеет вполне определенные функции, т. е. является функционально законченной частью системы технических средств (рис.1.1). Данные устройства принято разде­лять на центральные и периферийные. Процессор и основная память являются центральными устройствами ПЭВМ.

Рис.1.1. Упрощенная структурная схема ПЭВМ

Процессор - основная часть ПЭВМ, непосредственно осущест­вляющая обработку данных и управление ею. Обрабатываемые про­цессором данные и программы их обработки последовательно-

8

сти команд) хранятся в основной памяти (оперативной или постоянной).

В ПЭВМ может использоваться несколько процессоров, один из которых является центральным (ЦП).

С помощью периферийных устройств осуществляется связь цен­тральных устройств ПЭВМ с различными «поставщиками» и «по­требителями» информации. Функции периферийных устройств до­статочно сложны, однако среди них можно выделить две основные: хранение информации на различных носителях данных и преобра­зование ее согласно функциям, выполняемым устройством. В пе­риферийные устройства включают устройства ввода-вывода и внеш­нюю память.

К техническим средствам ввода информации в ПЭВМ относятся клавиатура - устройство ввода текста, чисел и управляющей ин­формации в основную память, а также устройства ввода алфавитно-цифровой, графической и речевой информации, например мани­пуляторы, планшеты, сканеры и др. К техническим средствам вывода информации из ПЭВМ относятся знакорегистрирующие и графиче­ские регистрирующие устройства - устройства печати и графопо­строители, а также устройства вывода информации в речевой форме - синтезаторы речи. Устройства отображения информации - дисплеи (видеомониторы) на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) или на других индикаторах - предназначены для отображения визуальной информации (текстов, чисел, графических изображений или других результатов работы).

Устройства внешней памяти ПЭВМ также выполняют функции двустороннего обмена информацией и служат для постоянного хра­нения программ и данных. Однако они представляют область памяти, к которой процессор непосредственно обращаться не может. Для того чтобы использовать информацию, хранящуюся во внешней памяти, ее необходимо предварительно передать в основную (внут­реннюю) память. К техническим средствам внешней памяти отно­сятся накопители на гибких (НГМД) и жестких (НЖМД) магнитных дисках, магнитных лентах (НМЛ), магнитных картах (НМК),

9

за­поминающие устройства на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) и др. Такие устройства называют также внешними (ВЗУ).

Связь всех функциональных устройств ПЭВМ определяется со­вокупностью правил и средств, устанавливающих единые принципы их взаимодействия, - интерфейсами.

Устройства объединены внутрисистемным интерфейсом и взаи­модействуют по адресному принципу: все подчиненные устройства и их составные части имеют конкретные адреса, по которым к ним обращаются устройства, выполняющие функции управлений. Для связи процессора с периферийными устройствами используются спе­циальные устройства сопряжения и обмена - адаптеры (каналы). По каналам осуществляется передача сигналов между частями ПЭВМ. Общий канал для всей ПЭВМ часто называют системной шиной, подчеркивая, что по данному каналу взаимодействуют все устройства, входящие в вычислительную систему [7].

Центральной частью ПЭВМ является системное устройство (системный блок), состоящее из центрального процессора, опера­тивной и постоянной памяти, адаптеров. Кроме него в базовый (минимальный) комплект ПЭВМ входят также периферийные уст­ройства: клавиатура, видеомонитор, накопители информации, пе­чатающее устройство. Поскольку без вышеперечисленных пери­ферийных устройств нормальное функционирование ПЭВМ невоз­можно, то эти устройства также называют системными. Более того, в большинстве конструкций ПЭВМ системное устройство реализу­ется совместно с накопителями в едином конструктивном блоке, а в некоторых случаях в состав системного блока включают также клавиатуру и дисплей.

10

В необходимых случаях, например в профессиональных ПЭВМ, рабочих станциях, комплект технических средств может быть рас­ширен путем подключения дополнительных устройств, как цент­ральных, так и периферийных. К дополнительным пери­ферийным устройствам обычно относят:

1) графические устройства ввода, включая манипуляторы раз­личных типов, обеспечивающие ввод графических координат для последующей обработки средствами машинной графики, а также графические планшеты и сканеры;

2) графопостроители, используемые для построения чертежей и других графических и текстовых документов с высокой точностью отображения;

3) устройства получения твердой копии, позволяющие получать на бумаге копии изображений (в том числе и цветных) с экрана дисплея;

4) модемы для связи ПЭВМ с линиями передачи данных;

5) контроллеры локальных сетей и др.

Современные технические сред­ства ПЭВМ позволяют создавать достаточно мощные вычислитель­ные системы самого разного назначения: автоматизированной об­работки данных, управления, автоматизации проектирования и про­изводства, обучения и т. д.