Лекция № 3-4 Состав и структура cad/cam/cae – систем Основные принципы построения cad/cam/cae – систем

Сформулируем основные принципы построения CAD/CAM/CAE – систем на всех стадиях ее жизненного цикла [12].

1. Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии САПР связи между подсистемами должны обеспечивать целостность системы.

2. Принцип развития. САПР должна создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления своих подсистем и компонентов.

3. Принцип совместимости. Языки, информационные и технические характеристики связей между подсистемами, средствами обеспечения и компонентами, должны обеспечивать совместное функционирование подсистем и открытость систем в целом.

4. Принцип стандартизации. Унификация, типизация и стандартизация подсистем и компонентов, инвариантных к объекту проектирования и отраслевой специфике, а также установление правил с целью упорядочения деятельности в области создания и развития САПР.

5. Принцип совместного использования ручных, автоматизированных и автоматических проектных процедур и операций. Наличие у проектировщика, возможностей активно вмешиваться в процесс проектирования для улучшения решений, получаемых ЭВМ.

6. Принцип накопления опыта проектирования в системе. Наличие, ведение архива проектных процедур и проектных решений.

Техническое обеспечение cad/cam/cae – систем

Техническое обеспечение (ТО) представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств (ТС), предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. В его составе выделяют следующие группы ТС [17]:

Компоненты ТО должны создаваться на базе серийных средств ВТ общего назначения и специализированных технических средств.

В своей совокупности ТО представляет собой комплекс технических средств (КТС) САПР – совокупность компонентов, объединенных в определенную структуру и обеспечивающих функционирование подсистем САПР [17]. В качестве предпочтительной структуры КТС предлагается использовать двухуровневую иерархическую структуру, которая включает в себя компоненты центрального вычислительного комплекса (ЦВК) и компоненты терминального вычислительного комплекса (ТВК).

Структура КТС в данном случае имеет вид

ЦВК строится на основе персональных ЭВМ и локальных сетей. ТВК организовывается на основе АРМов с использованием персональных ЭВМ (ПЭВМ) и различных периферийных устройств.

В данном разделе будут рассмотрены состав и функции отдельных групп технических средств и возможные варианты комплексов ТС.

Технические средства программной обработки данных в cad/cam/cae – системах

В своем развитии ЭВМ к настоящему времени прошли 4 поколения, которые разделяются по используемой элементной базе [20].

К машинам первого поколения (конец 40-х – середина 50-х гг.) относят ЭВМ, основу элементной базы которых составляли электронные схемы, построенные с использованием радиоламп. Отечественные ЭВМ первого поколения были БЭСМ-1, Стрела-1, М-20 (являлась первым автоматизированным рабочим местом (АРМом), на котором был реализован первый в мире транслятор с алгоритмического языка АЛГОЛ 60). По своему быстродействию машины 1-го поколения покрывали диапазон от нескольких сотен до 20000 оп/сек, и объемом ОЗУ (оперативного запоминающего устройства) от нескольких сот до 8000 машинных слов. К примеру, ЭВМ БЭСМ-1 насчитывала в своем составе около 7000 радиоламп и имела быстродействие 8000оп/сек., а М-20 – 20000 оп/сек.

К машинам второго поколения относят ЭВМ, основу элементной базы которых составляли полупроводниковые элементы (транзисторы и диоды). Модернизация элементной базы позволила повысить скорость выполнения операций с плавающей точкой и скорость обращения к ОЗУ, увеличились функциональные возможности, реализован многопрограммный режим. Отечественные ЭВМ 2-го поколения: БЭСМ-2, 3, 3М, 6; Минск-22, 32; машины серии Урал, М-220, Мир, Наири и др. Особое место занимает машина БЭСМ-6, в структуре которой были воплощены многие идеи, получившие широкое использование лишь в 3-ем и даже в 4-ом поколениях. Эпоха 2-го поколения продлилась с середины 50-х и до 70-х, однако, выпуск отдельных типов машин, построенных на дискретных элементах, продолжался гораздо дольше этого периода. Данный факт связан с тем, что элементной базе машин 3-го поколения долгое время не удавалось достичь тех параметров быстродействия, которые получались с использованием высокочастотных транзисторов и диодов.

К машинам третьего поколения относятся ЭВМ, построенные с использованием так называемых интегральных схем (ИС) среднего уровня интеграции. Серийный выпуск ИС можно сравнить с процессом тиражирования печатных изделий, что в конечном итоге привело к резкому удешевлению элементной базы ЭВМ. Процесс проектирования машин стал более простым и быстрым, что позволило открыть новые возможности для создания более сложных и совершенных логических узлов машин. С эпохой машин 3-го поколения связано очень важное понятие семейств программно-преемственных ЭВМ. Появились семейства, линии и ряды ЭВМ, обладающих одинаковой системой команд, одинаковым представлением типов данных и т.п.

В нашей стране идеи создания унифицированных средств вычислительной техники впервые были сформулированы и частично воплощены при разработке машин серии Урал-11, 12, 14. В наиболее четком виде эти идеи были осуществлены фирмой IBM (International Business Machine), которая в 1964 году начала выпускать в серийном производстве машины семейства IBM-360, 370. К этому времени в мире насчитывалось около 1000 типов машин, различных по системе команд, внешним устройствам и способам их подключения. По числу команд машины семейства IBM-360 намного превосходили любую другую машину. В то время около 70% мирового парка ЭВМ составляли машины фирмы IBM. Отечественными машинами 3-го поколения является серия ЕС ЭВМ ряда 1 и 2, которая программно-преемственная по отношению к соответствующим типам IBM-360, 370.

Машины четвертого поколения. (примерно с 1970 года). Это поколение часто связывают с внедрением в качестве элементной базы логических узлов - больших ИС (БИС) или ИС большой степени концентрации, электронных ОЗУ, микропроцессоров. Но все это уже применялось в машинах 3-го поколения, и наоборот, некоторые сверхбыстродействующие вычислительные системы строятся с использованием ИС средней и даже малой интеграции. В делении на 3-е и 4-ое поколения роль играет не используемая в них элементная база, а некоторые характерные черты их структурной организации. К машинам 4-го поколения относятся многомашинные, многопроцессорные системы параллельной обработки данных, персональные и бытовые компьютеры.

Многопроцессорной вычислительной системой (МПВС) называют ЭВМ с двумя или более процессорами, которые функционируют под управлением единой операционной системы (ОС) на основе совместного использования оперативной памяти и периферийных устройств [22]. Многомашинная вычислительная система (ММВС) содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою основную память, работает под управлением собственной ОС и имеет средства обмена информацией между ЭВМ.

Структура МПВС и ММВС приведена на следующих рисунках:

Несмотря на то, что МПВС относят к системам 4-го поколения, в 1996г. появилась разработанная фирмой Sequent платформа с принципиально новой архитектурой CC-NUMA. Отличительная черта этого класса архитектур – неоднородный доступ к памяти. Симметричный многопроцессорный узел содержит 22 или более одинаковых процессора, используемых равноправно. Все процессоры имеют одинаковый доступ к вычислительным ресурсам узла. По мнению специалистов, данная архитектура позволяет на порядок повысить производительность вычислений и увеличить возможности масштабирования всех ресурсов [32].

Пятое поколение развития ЭВМ происходит в настоящее время (примерно с 1996 года). Для современных ЭВМ (ПЭВМ) элементной базой являются микросхемы, изготовляемые на печатных платах. Каждая микросхема содержит до нескольких десятков тысяч радиоэлементов. Каждая печатная плата, состоящая из нескольких микросхем и радиоэлементов, отвечает за определенный участок работы компьютера.

Производством компьютеров (т.н. brand name систем) занимаются фирмы IBM, Compaq, Apple, Samsung, Vist, Rover, Toshiba, Hewlett Packard, R.&K. и др.