что такое техническое обеспечение сапр

Лекция 3. Техническое обеспечение САПР

С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.

Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.

Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:

Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:

· ввода исходных данных описания объекта проектирования;

· отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;

· преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);

· отображения итоговых и промежуточных результатов решения;

· оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

Для решения этих задач ТС должны содержать:

· внешние запоминающие устройства,

· устройства ввода- вывода информации,

· технические средства машинной графики,

· устройства оперативного общения человека с ЭВМ,

· устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.

При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.

ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.

ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.

Для использования информации отдельных ЭВМ распределенных на относительно большой территории особый эффект дает применение вычислительных сетей.

Отличительные признаки вычислительной сети состоят в следующем:

· большое число взаимодействующих друг с другом вычислительных машин, выполняющих функции сбора, хранения, передачи, обработки и выдачи информации;

· чрезвычайно большие вычислительные мощности;

· распределенная обработка информации;

· надежная и гибкая связь пользователя с вычислительными мощностями;

· возможность взаимного обмена информацией между вычислительными машинами;

· расширение до любой мощности и протяженности.

Требования к ТО САПР.Техническое обеспечение САПР включает в себя различные техниче­ские средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1. выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2. взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3. взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом. Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включе­ния в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической ин­формацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рисунок 2). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектиров­щиков, часто называемые автоматизирован­ными рабочими местами (АРМ) или рабочи­ми станциями (WS – Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), от­дельные периферийные и измерительные уст­ройства.

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из ли­ний связи и коммутационного оборудования.

Рисунок 2 – Структура технического обеспечения САПР

Типы сетей.Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мульти­плексирование (иначе разделение по времени или TDM – Time Division Method), при котором каждо­му каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM – Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

Структура ТО САПР для круп­ной организации представлена на рисунке 3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитекту­рой клиент-сервер. В сетях клиент-сервер выделяется один или несколь­ко узлов, называемых серверами, ко­торые выполняют в сети управляю­щие или общие для многих пользова­телей проектные функции, а осталь­ные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосредоточе­ны на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие сервер относится именно к узлу сети.

Рисунок 3 –Структура корпоративной сети САПР

Сети клиент-сервер различают по характеру распределения функций между серверами, другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, раз­деляемых многими пользователями, серверы баз данных автоматизированной системы, серверы при­ложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специали­зированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например, серве­ры электронной почты.

В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетью распре­деленных вычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естествен­но назвать такой сервер локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, раз­деляемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соот­ветствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети.

Наряду с архитектурой клиент-сервер применяют одноранговыесети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять как функции сервера, так и функции клиента. Ор­ганизация взаимодействия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становится чрез­мерно сложной, поэтому одноранговые сети применяют только в небольших по масштабам САПР.

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммута­цией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами A и B в сети создается физичес­кое соединение между A и B, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными воз­можны длительные паузы и канал «простаивает.» При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не создается. Сообщения раз­деляются на порции, называемые пакетами,которые передаются в разветвленной сети от А к Вили обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Та­ким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС).Для удобства модернизации сложных информационных систем их делают максимально открытыми, т.е. приспособленными для внесения изменений в некоторую часть системы при сохранении неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей реализация концепции открытости привела к появлению ЭМВОС, предложенной международной организацией стандартизации (ISO – International Standard Organiza­tion). В этой модели дано описание общих принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимо­действие информационных систем и называемых протоколами.

В ЭМВОС информационную сеть рассматривают как совокупность функций (протоколов), кото­рые подразделяют на группы, называемые уровнями. Именно разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значи­тельно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.

ЭМВОС содержит семь уровней.

На физическом (рhysical) уровне осуществляется представление информации в виде электриче­ских или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных, организуется передача информации через физические среды.

На канальном (link) уровне выполняется обмен данными между соседними узлами сети, т.е. уз­лами, непосредственно связанными физическими соединениями без других промежуточных узлов. Отметим, что пакеты канального уровня обычно называют кадрами.

На сетевом (network) уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточ­ных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и ре­ализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называют виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами.

На транспортном (transport) уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в от­личие от предыдущего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежу­точные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и де­мультиплексирование (сборка-разборка пакетов в конечных пунктах), обнаружение и устранение ошибок в переданных данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанных скорости и надежности передачи).

На сеансовом (session) уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.

На представительном (presentation) уровне реализуются функции представления данных (коди­рование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из одного кода в другой.

На прикладном (application) уровне определяются и оформляются в сообщения те данные, кото­рые подлежат передаче по сети.

В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функ­ций, тогда соответственно сеть будет содержать лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. Одновременно сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуров­ня: управление доступом к каналу (МАС – Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC – Logical Link Control). К подуровню LLC в отличие от подуровня МАС относится часть функ­ций канального уровня, не зависящих от особенностей передающей среды.

Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции-декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень. Сегментом обычно называют пакет транспортного уровня. Сетевой уровень организует передачу данных через промежуточные сети. Для этого сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т. е. происходит инкапсуляция). При передаче между узлами промежуточной ЛВС требуется инкапсуляция пакетов в кадры с возможной разбивкой пакета. Приемник декапсулирует сегменты и восстанавливает исходное сообщение.

Литература 2 осн. 36, 2 доп. 32

1. Что представляет собой САПР с точки зрения системной модели?

2. Какие задачи решают ТС в САПР?

3. Какие элементы должно содержать ТС для решения задач САПР?

4. В чем состоят отличительные признаки вычислительных сетей?

5. Что представляет собой общая структура САПР?

Источник

СТРУКТУРА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1. выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2. взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3. взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем, с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительнуюсеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 2.1). Узлами(станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими станциями (АРМ) или рабочими станциями (WS — Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

Рис 2.1.Структура технического обеспечения САПР

Средапередачиданныхпредставлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

В каждом узле можно выделить оконечноеоборудованиеданных(ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных(АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД — вставляемую в компьютер сетевую плату.

Каналпередачиданных — средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связиназывают часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении, примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

Типы сетей. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM — Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение(FDM — Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах) объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальнаявычислительнаясеть(ЛВС или LAN — Local Area Network) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 2.2) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

Рис. 2.2.Варианты топологии локальных вычислительных сетей:

а)шинная; б)кольцевая; в)звездная

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной(или транспортной), а вся сеть оказывается иерархической структуры.

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью(WAN — Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральныеканалы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линиейили соединением «последней мили».

Обычно создание выделенной магистральной сети, т.е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для нее слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т.е. организации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet.

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet.

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 2.3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях клиент-сервер выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами,в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие сервер относится именно к узлу сети.

Рис. 2.3.Структура корпоративной сети САПР

Сети клиент-сервер различают по характеру распределения функций между серверами, другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверыдля хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверыбазыданныхавтоматизированной системы, серверыприложениидля решения конкретных прикладных задач, коммутационныесерверы(называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы. для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например, серверы электронной почты.

В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетьюраспределенныхвычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естественно назвать такой сервер локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, разделяемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соответствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети (см. рис. 2.3.).

Наряду с архитектурой клиент-сервер применяют одноранговыесети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять как функции сервера, так и функции клиента. Организация взаимодействия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становятся чрезмерно сложной, поэтому одноранговые сети применяют только в небольших по масштабам САПР.

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами A и B в сети создается физическое соединение между A и B, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал “простаивает”. При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов K и I, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются в разветвленной сети от K к I или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

Источник

Основы автоматизированного проектирования

5.ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР

5.1. Требования к ТО САПР

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные техниче­ские средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно: ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1) выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2) взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3) взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода дан­ных и, прежде всего, устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 2). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто на­зываемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями (WS — Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распре­делена между различными узлами вычислительной сети.

Рис. 2. Структура технического обеспечения САПР

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

Канал передачи данных — средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия раз­деляется между несколькими каналами.

5.2. Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM — Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM — Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах) объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычисли­тельная сеть (ЛВС или LAN — Local Area Network) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений уз­лов (рис. 3.) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

В более крупных по масштабам проектных организация в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ee структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается иерархической структуры.

Рис. 3. Варианты топологии локальных вычислительных сетей:

а — шинная; б — кольцевая; в — звездная

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то кор­поративная сеть по своими масштабам становится территориальной сетью (WAN — Wide Area Network). В территориальной сети различают магист­ральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением «последней мили».

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для нее слишком дорого.

Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т. е. организации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время являет­ся применение глобальной вычислительной сети Internet.

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet являет­ся желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотруд­ников собственной организации, но и для получения других информацион­ных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, подразумевает информационные обмены через террито­риальные сети, как правило, через Internet.

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 4. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях клиент-сервер выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентиро­ванных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосре­доточены на конкретном узле вычислительной сети, то понятие сервер от­носится именно к узлу сети.

Рис. 4. Структура корпоративной сети САПР

Сети клиент-сервер различают по характеру распределения функций между серверами, другими словами, их классифицируют пo типам серве­ров. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных автоматизированной системы, серве­ры приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействуя сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например, серверы электронной почты.

В соответствии со способами коммутации различают сети с комму­тацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами А и В в сети создается физическое соединение, между А и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить те­лефонная сеть. Здесь передача информации происходит, быстро, но ка­налы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал «простаивает». При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропyская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

5.3. Вычислительные системы в САПР

В качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. Боль­шие ЭВМ, в том числе суперЭВМ, обычно не применяют, так как они до­роги и их отношение производительность-цена существенно ниже подоб­ного показателя серверов и многих рабочих станций.

На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ.

Типичный состав устройств АРМ:

— ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, внешней, оперативной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств;

— устройства ввода-вывода, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей;

— дополнительно в состав APМ могут входить принтер, сканер, плоттер (графопостроитель), дигитайзер и некоторые другие периферийные устройства.

Память ЭВМ обычно имеет иерархическую структуру. Поскольку в памяти большого объема трудно добиться высокой скорости записи и счи­тывания данных, память делят на сверхбыстродействующую кэш-память малой емкости, основную оперативную память умеренного объема и срав­нительно медленную внешнюю память большой емкости.

Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора, оперативной и кэш-памяти, видеокарты) используется системная шина с пропускной способностью до одного-двух Гбайт/с. Кроме системной шины на материнской плате компьютера имеются шина расширения для подключе­ния сетевого контроллера и быстрых внешних устройств (например, шина PCI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т. п.

Рабочие станции (workstation) по сравнению с персональными компью­терами представляют собой вычислительную систему, ориентированную на выполнение определенных функций. Специализация обеспечивается как на­бором программ, так и аппаратно за счет использования дополнительных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения, процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, па­мяти достаточно большой емкости.

В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководителя проекта и т. п. Они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.

В АРМ конструктора (графических рабочих станциях) используются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значения характери­стик мониторов находятся в следующих пределах: размер экрана по диагонали 17. 24 дюйма. Разрешающая способность монитора, т. е. число различимых пикселей (отдельных точек, из которых состоит изображение), от 800×600 до 1920×1200 и более.

Специально выпускаемые ЭВМ как серверы высокой производительности обычно имеют структуру симметричной многопроцессорной вычислительной системы. В них системная память разделяется всеми процессорами, каждый процессор может иметь свою сверхоперативную память сравнительно небольшой емкости, число процессоров невелико (единицы, редко более десяти). Например, сервер Enterprise 250 (Sun Microsystems) имеет 1. 2<процессора, его цена в зависимости от комплектации колеблется в диапазоне 24. 56 тыс. долл., а сервер Enterprise 450 с четырьмя про­цессорами стоит от 82 до 95 тыс. долл.

5.4. Периферийные устройства

Для ввода графической информации с имеющихся документов в САПР используют дигитайзеры и сканеры.

Дигитайзер применяют для ручного ввода. Он имеет вид кульмана, по его электронной доске перемещается курсор, на котором расположен визир и кнопочная панель. Курсор имеет электромагнитную связь с сеткой про­водников в электронной доске. При нажатии кнопки в некоторой позиции курсора происходит занесение в память информации о координатах этой позиции. Так можно осуществлять ручную «сколку» чертежей.

Для автоматического ввода информации с имеющихся текстовых или графических документов используют сканеры планшетного или протяжно­го типа. Способ считывания — оптический. В сканирующей головке размещаются оптоволоконные самофокусирующиеся линзы и фотоэлементы. Разрешающая способность в разных моделях составляет от 100 до 800 то­чек на дюйм (этот параметр часто обозначают dpi). Считанная информация имеет растровую форму, программное обеспечение сканера представляет ее в одном из стандартных форматов, например TIFF, GIF, PCХ, JРЕG, и для дальнейшей обработки может выполнить векторизацию — перевод графической информации в векторную форму, например, в формат DХF.

Для вывода информации применяют принтеры и плоттеры. Первые, из них ориентированы на получение документов малого формата (A3, А4); вто­рые — для вывода графической информации на широкоформатные носители.

В этих устройствах преимущественно используется растровый (т. е. построчный) способ вывода со струйной технологией печати.

Типичная разрешающая способность принтеров и плоттеров 300dpi, в
настоящее время она повышена до 720 dpi. В современных устройствах управление осуществляется встроенными микропроцессорами. Типичное время вывода монохромного изображения формата А1 находится в пределах от 2 до 7 мин, цветного — в два раза больше.

Дигитайзеры, сканеры, принтеры, плоттеры могут входить в состав АРМ или разделяться пользователями нескольких рабочих станций в соста­ве локальной вычислительной сети.

5.5. Особенности технических средств в АСУТП

Специфические требования предъявляют к вычислительной аппаратуре, работающей в составе АСУТП в цеховых условиях. Здесь используют как обычные персональные компьютеры, так и специализированные прог-раммируемые логические контроллеры (ПЛК), называемые промышленными компьютерами. Специфика ПЛК — наличие нескольких аналоговых и цифровых портов, встроенный интерпретатор специализированного язы­ка, детерминированные задержки при обработке сигналов, требующих не­замедлительного реагирования. Однако ПЛК в отличие от персональных компьютеров IBM PC рассчитаны на решение ограниченного круга задач в силу специализированности программного обеспечения.

В целом промышленные компьютеры имеют следующие особенности:

1) работа в режиме реального времени (для промышленных персональных компьютеров разработаны такие ОС реального времени, как OS-9, QNX, VRTX и др.);

2) конструкция, приспособленная для работы ЭВМ в цеховых условиях (повышенные вибрации, электромагнитные помехи, запылен­ность, перепады температур, иногда взрывоопасность);

3) возможность встраивания дополнительных блоков управляющей, регистрирующей, со­прягающей аппаратуры, что помимо специальных конструкторских реше­ний обеспечивается использованием стандартных шин и увеличением чис­ла плат расширения;

4) автоматический перезапуск компьютера в случае «зависания» программы;

5) повышенные требования к надежности функ­ционирования.

В значительной мере специализация промышленных ком­пьютеров определяется программным обеспечением. Конструктивно промышленный компьютер представляет собой корзину (крейт) с несколькими гнездами (слотами) для встраиваемых плат. Возможно использование мос­тов между крейтами. В качестве стандартных шин в настоящее время преимущественно используют шины VME-bus (Versabus Module Europe-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect).

5.6. Методы доступа в локальных вычислительных сетях

Типичная среда передачи данных в ЛВС — отрезок (сегмент) коак­сиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных под­ключаются узлы — компьютеры и, возможно, общее периферийное обору­дование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены в узлах появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.

Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к сети — это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК). Англоязычное название метода — Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD). Этот метод основан на контроле наличия электрических коле­баний (несущей) в линии передачи данных и устранении конфликтов, воз­никающих в случае попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени.

МДКН/ОК является широковещательным (broadcasting) методом. Все станции при применении МДКН/ОК равноправны по доступу к сети. Если линия передачи данных свободна, то в ней отсутствуют электрические ко­лебания, что легко распознается любой станцией, желающей начать пере­дачу. Такая станция захватывает линию. Любая другая станция, желающая начать передачу в некоторый момент времени t, если обнаруживает электрические колебания в линии, то откладывает передачу до момента t + t_d, где t_d —задержка.

Источник