1.4. Специализированные сопроцессоры

Для решения задач САПР применяют специализированные ЭВМ. Создание таких СВС оправдано, если достигаемый с их помощью экономический эффект превышает затраты на разработку и эксплуатацию. Целью создания специализированных ЭВМ является повышение производительности труда проектировщика.

Основная идея создания заключается в аппаратной реализации типовых методов решения задач проектирования (замена программ схемами). Частые обращения к программам приводят к большим затратам машинного времени, а при замене схемами имеют большой выигрыш во времени. Другой путь повышения производительности связан с применением параллельной обработки информации.

Способы реализации специализированных ЭВМ:

1. расширение системы команд универсальных ЭВМ путем включения команд вычисления часто встречающихся функций (например, у = sin X, у = lnX);

2. разработка периферийных процессоров (приставок), подключаемых к универсальной ЭВМ для реализации специализированных вычислительных процедур (например, трассировки печатной платы) или операций;

3. создание специализированных ЭВМ или сопроцессора, структура которого ориентирована на решение узкого класса задач большой сложности.

По функциональному назначению специализированные ЭВМ разделяются на группы:

1. ЭВМ и процессоры для решения частных простых задач проектирования;

2. ЭВМ и СВС для выполнения отдельных проектных процедур;

3. ЭВМ и процессоры для обеспечения удобного взаимодействия с проектировщиком (например, графический процессор);

4. процессоры для обеспечения отладки задач проектирования (эмулятор системы команд ЭВМ для отладки программ на уровне АРМ);

5. ЭВМ и процессоры для решения задач структурной организации КТС САПР (ЭВМ-СУБД, ЭВМ-шлюзы для связи локальных и глобальных ВС).

1.5. Речевые устройства для оперативной связи проектировщика

Средства речевого ввода недостаточно совершенны, но постоянно модернизируются. Активный речевой терминал (типа MIKE) применяется для оперативного сообщения об аварийных ситуациях, а также для указания пароля при входе в систему. Пассивный речевой терминал (типа LISA) выделяют из информационного потока адресованные им речевые команды и данные, не мешая обычной работе за дисплеем. Включается синтезатор речи обычно между дисплеем и центральным процессором. Для генерации фразы он использует специальный словарь (несколько сот слов или фраз). Чтобы устройство не мешало работе других проектировщиков, предусмотрен головной телефон (наушники).

1.6. Вычислительные сети сапр

Локальную вычислительную сеть (ЛВС) объединяют в единую информационную систему АРМ, ЭВМ, графопостроители, терминальные станции и другую специализированную аппаратуру. ЛВС имеют открытую архитектуру, обеспечивающую возможность подключения к сети любых других ЛВС. Основное достоинство — низкая стоимость системы передачи данных. ЛВС САПР обеспечивают:

1. использование режимов пакетной и диалоговой обработки, разделения времени, виртуальной памяти;

2. экономичную обработку информации по принципу «наиболее важные процессы САПР выполняются КТС с высокой производительностью, меньше всего на дешевых ЭВМ»;

3. высокую надежность и достоверность функционирования, высокую производительность;

4. применение разнообразного проблемно-ориентированного ПО, централизованных и локальных БД;

5. работу с АРМ различного назначения;

6. Централизованную и децентрализованную обработку информации.

Использование ЛВС позволяет создать САПР нового поколения, объединяющие контрольно-измерительные комплексы и места сбора информации с АРМ конструкторов, механиков и т. д. Основное назначение ЛВС — распределение ресурсов ЭВМ (программ, периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач САПР. ЛВС должна иметь надежную, быструю и дешевую систему передачи данных (СПД). Для достижения этого ЛВС выполняется на основе следующих принципов.

7. Принцип единых протоколов. Протоколы межмашинной связи в ЛВС предназначены для организации обмена информацией между компонентами сети. Протоколы сети определяют форму сообщения или пакета сообщений (длину, заголовок, знак окончания, дополнительную информацию для повышения достоверности передачи информации и др.). Все процедуры управления и соответствующие им протоколы едины для всей сети и не зависят ни от типа ЭВМ, ни от происходящих в них процессов.

8. Принцип единой передающей среды. При построении СПД для ЛВС используют активную или пассивную структуру передающей среды. Активная структура выполняется на основе распределенных усилителей и преобразователей, обеспечивающих передачу информации в параллельном и последовательном кодах. Пассивная структура выполняется на основе пассивного носителя (коаксиального либо плоского кабеля) и использует преобразователи-усилители одного типа, обеспечивающие возможность работы либо в параллельном, либо в последовательном коде.

Структура передающей среды реализована с применением либо моноканала, либо многопроводной связи. Более дешевой является структура с моноканалами, так как снижаются издержки на эксплуатацию и прокладку соединений. Моноканалами являются физическая среда, аппаратные и программные средства, предназначенные для параллельной передачи одновременно всем абонентским системам. Моноканал предназначен для коллективного использования большим числом абонентских систем (с высокой пропускной способностью передачи информации). Физическая среда моноканала реализуется посредством волоконно-оптических линий связи, коаксиальных или плоских кабелей, скрученных пар проводов и т. д.

9. Принцип единого метода управления. Протоколы ЛВС применяют централизованные и децентрализованные формы управления одноузловой структурой моноканала. Принцип единого метода управления проявляется в выборе одной из этих форм, обеспечивающей достаточную надежность работы СПД и максимальную загрузку каналов связи. При этом для определения метода управления следует учитывать структуру соединений, их длину, число абонентов и сложность обработки информации с помощью ресурсов ЛВС.

Для централизованных форм управления характерны обилие служебной информации и приоритетность подключаемых к моноканалу станций. Защита от конфликтов в моноканале реализуется центральной управляющей вычислительной машиной. В децентрализованных формах управления, допускающих одинаковый приоритет всех станций, подключаемых к моноканалу, применяют многоступенчатые тракты защиты от конфликтов, учитывающие противоречивые требования надежности и максимальной загрузки моноканала. При использовании в ЛВС нескольких методов управления средой передачи данных существенно увеличивается сложность схемных решений контроллеров, с помощью которых станции ЛВС подключаются к СПД.

10. Принцип информационной и программной совместимости предусматривает совместимость операционных систем, программ и систем управления базами данных, рассредоточенных в рамках ЛВС (возможность адаптации процессов к пересылаемой информации и применения единых систем кодирования и контроля информации).

11. Принцип гибкой модульной организации предусматривает проектирование СПД ЛВС на основе набора гибких конструктивно законченных модулей. ЛВС классифицируются (рис. 1.4):

• по топологическим признакам — иерархической, кольцевой и звездообразной конфигурации, конфигурации типа «общая шина»;

• по методам управления ресурсами СПД, т. е. с детерминированным и случайным доступом к моноканалу;

• по программному обеспечению — с единой операционной поддержкой и едиными методами теледоступа, ориентированными на конкретную ЛВС и ЛВС с наборами компонентов поддержки;

• по методу передачи данных — сети с коммутацией каналов, с комму­тацией сообщений и коммутацией пакетов, при чем в современных ЛВС характерно использование коммутации пакетов;

• по техническому обеспечению — гомогенные (применение в станциях однотипного оборудования), и гетерогенные (подключение любых абонентских комплексов) ЛВС.

Рис. 1.4 – Классификация ЛВС

Анализируя способы реализации технического обеспечения САПР на базе стандартных многоуровневых структур вычислительных систем коллективного пользования и на базе ЛВС, можно сделать следующие выводы. Сетевая архитектура по сравнению со стандартной многоуровневой имеет ряд преимуществ:

1. возможность взаимодействия с одного и того же терминала с ресурсами всех рабочих и терминальных машин ЛВС;

2. обеспечение высокой надежности обработки путем замены вышедшей из строя рабочей машины резервной;

3. повышение эффективности функционирования ЭВМ за счет их специализации на выполнение определенных функций хранения и управления данными, геометрического моделирования, подготовки управляющей информации для программного управляемого оборудования.