Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - САПР - файл 1.doc


Лекции - САПР
скачать (572.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc573kb.25.11.2011 22:54скачать

1.doc

1 Системы автоматизированного проектирования (САПР). Общие понятия и принципы

1.1 Цели создания САПР


При создании САПР различают два существенно разных подхода:

  • с одной стороны - создание САПР в крупных, ведущих проектных и конструкторских организациях,

  • с другой стороны - широкое распространение типовых расчетов, алгоритмов и программ в средних проектно-конструкторских организациях.


Возможность широко распространять в проектных организациях наиболее прогрессивные, а также типовые и стандартные методы расчетов, различные нормативные и справочные данные предопределяют высокую эффективность САПР. Даже небольшая проектная организация получает возможность применять самые современные и эффективные методы инженерных расчетов, заимствуя их у организаций-разработчиков САПР.

Как и другие типы автоматизированных систем, САПР является развивающейся системой. Технический прогресс в соответствующей отрасли должен сопровождаться непрерывным обновлением в САПР математических моделей, нормативов, данных о материалах комплектующих изделий.

САПР создается и функционирует в проектной организации как самостоятельная система. Она может быть связана с подсистемами и банками данных других автоматизированных систем. Системы автоматизированного проектирования имеют свои специфические особенности, принципы создания и развития.
САПР создаются в проектных, конструкторских, технологических организациях в целях:

  • повышения качества и технико-экономического уровня проектируемой и выпускаемой продукции

  • повышения эффективности и надежности объектов проектирования, уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию

  • сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и повышения качества проектной документации.

Достижение целей создания САПР обеспечивается путем:

  • совершенствования систематизации и унификации процессов проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники

  • комплексной автоматизации проектных работ в проектной организации с необходимой перестройкой ее структуры и кадрового состава

  • повышения качества управления проектированием

  • применения эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов

  • использования методов многовариантного проектирования и оптимизации

  • автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ

  • замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.


1.2 Общесистемные принципы САПР

При создании и развитии САПР рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

  • принцип включения;

  • принцип системного единства;

  • принцип развития;

  • принцип комплексности;

  • принцип информативного единства;

  • принцип совместимости;

  • принцип инвариантности.

Принцип включения предполагает, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной, включающей в себя САПР системы, - отрасли и проектной организации.

^ Принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития САПР целостность системы должна обеспечиваться связями между подсистемами САПР, а также функционированием подсистемы управления САПР.

^ Принцип развития требует, чтобы САПР разрабатывалась и функционировала как развивающаяся система. Для этого в САПР должно предусматриваться наращивание и совершенствование компонентов и связей между ними, как в любой системе с переменной структурой.

^ Принцип комплексности требует, чтобы в САПР обеспечивалась связность проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования. Для этого в подсистемах должны предусматриваться компоненты САПР, осуществляющие комплексное согласование и контроль характеристик элементов и объекта в целом.

^ Принцип информационного единства состоит в том, что в подсистемах, средствах обеспечения и компонентах САПР должны использоваться термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, установленные в отраслях соответствующими нормативными документами.

^ Принцип совместимости состоит в том, что языки, символы, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами, средствами обеспечения и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечивалось совместное функционирование всех подсистем и сохранилась открытая структура системы в целом.

^ Принцип инвариантности предопределяет, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике.
Применение указанных принципов в разработках конкретных САПР должно быть логически непротиворечивым, не допускающим возникновения абсурдных локальных решений, ведущих к сбоям и распаду системы в целом.

С развитием САПР существенно улучшается качество проектов, проектировщик получает возможность использовать эффективные математические модели, методы моделирования и оптимизации на всех основных стадиях проектирования.

2 Стадии создания и технологический процесс проектирования САПР
^

2.1 Стадии создания САПР, подсистем и компонентов САПР


Создание и развитие САПР ведется очередями. Каждая из очередей САПР является расширением предыдущей, что достигается путем внедрения новых подсистем и компонентов САПР.

Дальнейшее развитие САПР осуществляется путем совершенствования имеющихся подсистем и компонентов САПР, их связей между собой и с подразделениями проектной организации.

Стадии:

  • предпроектные исследования

  • техническое задание

  • техническое предложение

  • технический проект

  • рабочий проект

  • ввод в действие

Цель работ на стадии предпроектного исследования – изучение существующих в проектной организации процессов проектирования, закономерностей совершенствования объектов проектирования, оценка технико-экономической целесообразности создания САПР и формирования совокупности исходных требований к функциям и структуре САПР.


^ Разработка технического задания проводится на основании результатов предпроектных исследований, а также обобщения опыта работ в области САПР. Техническое задание после согласования и утверждения является основным документом, регламентирующим проведение работ на последующих стадиях создания САПР, подсистемы или компонента САПР.

Цель работ на стадии технического предложения – детальное технико-экономическое обоснование целесообразности создания САПР с функциями и характеристиками, обусловленными в техническом задании. При разработке технического предложения проводится сравнительный анализ ряда вариантов системы, выбор рационального варианта САПР и уточняются требования к содержанию работ на последующих стадиях создания САПР.


^ Целью работ на стадии технического проекта является разработка окончательных технических решений, дающих полное представление о создаваемых САПР или подсистем САПР с заданными функциями и техническими характеристиками. В техническом проекте устанавливается структура системы, состав подсистем и компонентов САПР и связей между ними; составляются технические задания на создание или адаптацию компонентов технического, программного и информационного обеспечения.

^ Целью работ на стадии рабочего проекта является разработка рабочей документации, достаточной для изготовления (монтажа), наладки и испытания компонентов САПР и ввода в действие подсистем САПР и соответственно очереди САПР в целом. На стадии рабочего проекта должны быть изготовлены (смонтированы), отлажены и испытаны компоненты программного, технического и информационного обеспечения, необходимого для ввода подсистемы или очереди САПР в опытную эксплуатацию. Допускается проводить доработку документации рабочего проекта по результатам испытаний и опытной эксплуатации. Такая доработка может планироваться как отдельный этап работ по созданию САПР.

^ Стадия ввода в действие включает опытную эксплуатацию и приёмочные испытания подсистем и компонентов САПР.

Ввод в действие последующей очереди САПР осуществляется путём ввода в действие новых или модифицированных подсистем САПР.
При создании САПР стадия технического предложения не является обязательной, а входящие в неё результаты выполняются на стадии технического проекта.

При создании подсистем САПР стадии предпроектных исследований и технического предложения не являются обязательными.

При создании компонентов САПР стадии предпроектных исследований, технического предложения и технического проекта не являются обязательными.

^

2.2 Общие сведения о проектировании


Проектирование - это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта. Выделим три основных способа реализации проектирования:

  • Если весь процесс проектирования осуществляется человеком, то проектирование называют неавтоматизированным;

  • Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ называется автоматизированным. Автоматизированное проектирование, как правило, осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на основе применения специальных языков общения с ЭВМ;

  • проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и алгоритма его функционирования осуществляется без участия человека называется автоматическим.

Совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем, в котором представлен результат проектирования, называется проектом.

^ Система автоматизированного проектирования (САПР) - организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), взаимосвязанного с необходимыми подразделениям проектной организации (П1, П2,... , Пn) или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

КСАП - это совокупность различных видов обеспечения автоматизированного проектирования (АП), необходимых для выполнения АП.

3 Виды обеспечения САПР

^ 3.1 Виды обеспечения САПР

Математическое обеспечение (МО) автоматизированного проектирования (АП) - это совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме.

^ Техническое обеспечение (ТО) АП - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения АП.

Технические средства (ТС) представляют собой компоненты ТО. Различают следующие группы ТС:

  • подготовка и ввод данных

  • передача данных

  • программная обработка данных

  • отображение и документирование данных

  • архив проектных решений.

Программное обеспечение (ПО) АП - совокупность машинных программ, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме.

Совокупность машинных программ (МП), необходимых для выполнения какой-либо проектной процедуры и представленных в заданной форме, называют пакетом прикладных программ (ППП). ПО разделяют на общесистемное и прикладное.

Информационное обеспечение (ИО) АП - это совокупность сведений, необходимых для выполнения АП. Основной частью ИО являются автоматизированные банки данных, которые состоят из баз данных (БД САПР) и систем управления базами данных (СУБД). В ИО входят нормативно справочные документы, задания государственных планов, прогнозы технического развития, типовые проектные решения, системы классификации и кодирования технико-экономической информации системы документации типа ЕСКД, ЕСТД, файлы, блоки данных на машинных носителях, фонды нормативные, плановые, прогнозные, типовых решений, алгоритмов и программ и т.п. При создании автоматизированных банков данных одним из основных является принцип информативного единства, заключающегося в использовании единой терминологии, условных обозначений, символов, единых проблемно-ориентированных языков, способов представления информации, единой размерности данных физических величин, хранящиеся в БД. База данных составляется с учетом характеристик объектов проектирования, процесса проектирования, действующих нормативов и справочных данных.

^ Лингвистическое обеспечение (ЛО) АП - совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме.

^ Методическое обеспечение (МТО) - совокупность документов устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения АП, необходимых для выполнения АП.

^ Организационное обеспечение (ОО) АП - совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результата проектирования и порядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполнения АП. Компонентами ОО САПР являются методические и руководящие материалы, положения, инструкции, приказы и другие документы обеспечивающие взаимодействие подразделений проектной организации при создании и эксплуатации САПР.
^ 3.2 Классификация САПР

Классификация фиксирует место объекта в системе, которое указывает на его необходимые свойства или определяется свойствами. В связи с этим она служит средством хранения и поиска информации, содержащейся в ней самой. Классификация создает условия для разработки технически обоснованных норм обеспечения процесса создания, функционирования и стандартизации в области САПР.

Под организационной системой понимают совокупность, состоящую из коллектива специалистов и комплекса средств, взаимодействий и взаимосвязей между ними и с внешней средой и алгоритма процесса проектирования, необходимого для выполнения АП.
По количеству выпускаемых проектных документов:

  • текстовые: выполняют только текстовые документы на бумажной ленте или листе;

  • текстовые и графические: текстовые и графические документы на бумажной ленте или листе

  • на электронных носителях: документы на магнитных, лазерных дисках, флэш-носителях;

  • на фото носителях: документы на микрофильмах, фотошаблонах и т. п.

  • на 2-х типах носителей

  • на всех типах носителей.


Классификация САПР по сложности объекта.

  • одноуровневая: построена на основе компьютера среднего или высокого класса со штатным набором периферийных устройств, который может быть дополнен средствами обработки графической информации.

  • двухуровневая: построена на основе компьютера среднего или высокого класса и одного или нескольких АРМ, включающих мини-ЭВМ

  • трехуровневая: построена на основе ЭВМ высокого класса, автоматизированного рабочего места (АРМ) и периферийного программно-управляемого оборудования


Теория автоматизации проектирования непрерывно развивается. Появляются новые технические и программные средства, комплексные САПР, поэтому существующие схемы классификаций САПР будут видоизменяться и совершенствоваться.
^ 3.3 Общие требования, предъявляемые к комплексу технических средств (КТС) САПР

Комплекс технических средств (КТС) САПР - это некоторое структурное единство компонентов технического обеспечения (ТО), обеспечивающих функционирование подсистем САПР.

Требование к КТС САПР:

  • системные,

  • функциональные,

  • технические,

  • организационно – эксплуатационные.
^

Системные требования:


  • эффективность - КТС должен обеспечивать эффективное выполнение всей совокупности функций АП с целью получения достаточно качественных решений и проектной документации в приемлемые сроки;

  • универсальность - обеспечение выполнения всего процесса проектирования без перестройки КТС;

  • совместимость - средства входящие в КТС САПР, должны быть технически, информационно, программно и эксплуатационно совместимы;

  • гибкость и открытость - т. е. допускать перестройку КТС в достаточно широких пределах и позволять замену устаревших средств, модернизацию и расширение состава;

  • надежность - необходима для нормального функционирования в течении всего цикла проектирования;

  • точность (достоверность) - КТС должен обеспечить требуемый уровень точности (достоверности) принимаемых решений и данных. Точность зависит от точности ТС (методов округления, разрядности), сбоев в оборудовании, защищенности от внешних воздействий

  • защищенность - КТС САПР должен быть защищен от внешних воздействий (помех, сбоев в системе питания, некомпетентного и несанкционированного вмешательства)

  • возможность одновременной работы достаточно широкого круга пользователей - КТС д. п. реализовать САПР, являющуюся системой коллективного пользования для достаточно большого количества специалистов (разработчиков САПР, проектировщиков и т. д.)

  • приемлемая стоимость - стоимость КТС должна быть такая, чтобы созданная на его базе САПР обеспечила приемлемый экономический эффект


Функциональные требования:

  • реализация математических моделей, задач принятия решений и проектных процедур, архивов, библиотек проектных решений и типовых элементов;

  • системы поиска данных;

  • обеспечение наглядности информации работы с графическим изображением;

  • возможность работы как в пакетном, так и в диалоговом режиме;

  • документирование результатов проектирования;

  • выдача результатов на технологическое оборудование.


Технические требования закладываются на этапе разработки ТС. Выражаются в виде количественных, качественных и номенклатурных значений характеристик и параметров работы компьютера:

  • производительность;

  • быстродействие;

  • пропускная способность;

  • разрядность;

  • система кодирования информации;

  • емкость оперативной памяти;

  • виды носителей данных.


Организационно-эксплуатационные требования предъявляются к КТС, вспомогательному оборудованию, рабочим местам, помещениям, персоналу с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации и обслуживания САПР.

  • эргономика и техническая эстетика;

  • безопасность персонала при эксплуатации (требования электробезопасности и пожарной безопасности);

  • подготовка персонала (уровень обученности и квалификации персонала);

  • централизованное техническое обслуживание;

  • климатические условия помещений (температура влажность, атмосферное давление);

  • звукоизоляция.

4 Классификация технических средств (ТС) САПР
Классификация ТС САПР производится по двум признакам:

  • по функциональному признаку;

  • по структурному признаку.



^

4.1 Классификация ТС САПР по функциональному признаку

По функциональному признаку выделяются следующие технические средства:


  • подготовки и ввода данных;

  • передачи данных;

  • программной обработки данных;

  • отображения и документирования данных;

  • архива проектных решений;

  • организационной техники.
^

Группа ТС подготовки и ввода данных

Назначение – автоматизация подготовки, ввода, первичной обработки и редактирования исходных и нормативно-справочных данных для АП, а также для ввода запросов и директив САПР.

^

ТС подготовки и ввода данных должны обеспечивать кодирование информации, нанесение данных на машинные носители и визуальный контроль и редактирование данных.


Устройства:

  • подготовки данных (на носителях информации);

  • ввода данных;

  • вывода графической информации (мониторы, принтеры)



^

Группа ТС передачи данных

Назначение: обеспечение дистанционной связи средств САПР по каналам связи.

Обеспечивают: передачу данных между удаленными компонентами САПР по различным каналам связи.


Устройства: модемы, сетевые адаптеры, коммутаторы, маршрутизаторы, устройства беспроводной передачи данных.
^

Группа ТС программной обработки данных


Назначение: обеспечение приема данных, их программной обработки, накопления и вывода на носители информации, устройства отображения и каналы связи.

Обеспечивают: разработку и эксплуатацию программного обеспечения САПР.

Устройства: компьютеры общего и специального назначения.

^

Группы ТС отображения и документирования данных


Назначение: оперативное представление проектных решений и запрашиваемых данных, вывода проектной документации.

Обеспечивают: выпуск документов на печатающих и графических устройствах.

Выделяют следующие типы устройств:

  • визуального отображения информации (мониторы, мультимедиа-проекторы);

  • вывода на носители информации (магнитные, лазерные диски, флэш-носители и др);

  • устройства печати;

  • вывода информации на микрофильмы и микрофиши, вывода специального назначения (фотонаборные устройства) – в настоящее время практически не используются.
^

Группа ТС архива проектных решений


Назначение: обеспечение хранения, контроля, восстановления и копирования данных о проектных решениях САПР, а также справочных данных (в том числе нормативно-справочной документации).

Устройства: носители информации.
^

Группа ТС оргтехники и оформления документации


Назначение: рационализация труда проектировщиков.

Устройства:

  • шкафы, стеллажи, столы и т.д.

  • копировально-множительное, переплетно-брошюровочное оборудование и т.д.
^

4.2 Классификация ТС САПР по структурному признаку


ТС САПР по структурному признаку классифицируются на комплексы средств.

Под комплексом средств понимают совокупность компонентов и комплексов средств, предназначенную для тиражирования и ориентированную на проектирование объектов определенного класса или выполнение унифицированных процедур, используемую в соответствующих проектных или обслуживающих подсистемах САПР.

^ Программно-методические комплексы (ПМК) включают компоненты методического (в том числе, при необходимости, математического и лингвистического), информационного и программного обеспечения и предназначены для реализации проектных, управляющих и вспомогательных процедур САПР на базе определенной совокупности ТС в составе комплексов средств САПР.

^ Программно-технические комплексы (ПТК) представляют собой взаимосвязанную совокупность ПМК с комплексами и компонентами ТО.
ПТК содержит компоненты:

  • центрального вычислительного комплекса (ЦВК);

  • автоматизированные рабочие места (АРМ).


ЦВК представляет собой ПТК, предназначенный для объединения действий совокупности АРМ в единый процесс проектирования, хранения и предоставления общесистемной информации, а также для дополнения вычислительных мощностей отдельных АРМ.
АРМ представляет собой ПТК, предназначенные для выполнения следующих функций:

  • оперативного ввода, вывода, отображения, редактирования и преобразования текстовой и графической информации;

  • настройки, редактирования, контроля и исполнения программ пользователей в диалоговом режиме;

  • формирование архива проектных решений и библиотеки стандартных элементов и процедур (меню);

  • осуществление взаимодействия с другими АРМ и, при необходимости, с ЦВК;

  • дополнения проектных структур;


По принципу взаимодействия между собой различают:

5 Архитектура персонального компьютера

5.1 Архитектуры вычислительных систем

Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т.д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов. Для луч­шего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в це­лом вводится понятие уровней представления компьютера.

^ Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов.

Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регист­ры различного назначения, устройство обработки поступающих ко­манд, устройство преобразования данных, устройство управления.

^ Командный уровень набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня.

Архитектура командного уровня называется обычно компьютер­ной архитектурой или компьютерной организацией.

Компьютеры первого и второго поколения имели архитектуру зак­рытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования. Та­кая архитектура характерна для компьютеров, базовая система логи­ческих элементов которых построена на дискретных электронных компонентах (электронных лампах, транзисторах). Введение любого дополнительного функционального блока в такие архитектуры был сопряжен с увеличением потребляемой мощности, занимаемой пло­щади и резко увеличивал стоимость всей системы. Поэтому компь­ютер, выполненный по этой архитектуре, не имел возможности под­ключения дополнительных устройств, не предусмотренных раз­работчиком.

В начале 70-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был предложен компьютер совершенно иной архитектуры. Эта архитек­тура позволяла свободно подключать любые периферийные устрой­ства, что сразу же заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивало свобод­ное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполни­тельных механизмов. Главным нововведением являлось подключение всех устройств, независимо от их назначения, к общей шине переда­чи информации. Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии со стандартом шины. Стандарт шины являлся свобод­но распространяемым документом, что позволяло фирмам – произ­водителям периферийного оборудования разрабатывать контроллеры для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использо­вании общей шины, приведена на рис. 5.1.


Рис. 5.1. Архитектура компьютера открытого типа
Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информаци­ей. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигна­лов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых от­личаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через спе­циальное устройство – контроллер. Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от центрального процессора. Контроллер подключается к шине специальными устройствами — портами ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер, и обраще­ние к нему процессора происходит, также как и к ячейке памяти, по этому номеру. Процессор имеет специальные линии управления, сигнал на которых определяет, обращается ли процессор к ячейке па­мяти или к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства.

Несмотря на преимущества, предоставляемые архитектурой с общей шиной, она имеет и серьезный недостаток, который прояв­лялся все больше при повышении производительности внешних ус­тройств и возрастании потоков обмена информацией между ними. К общей шине подключены устройства с разными объемами и ско­ростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности ком­пьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины, к которой подключались «быстрые» устройства. Архитектура компь­ютера с общей и локальной шинами приведена на рис. 5.2.


Рис. 5.2. Архитектура компьютера с общей и локальной шиной
Контроллер шины анализирует адреса портов, передаваемые про­цессором, и передает их контроллеру, подключенному к общей или локальной шине.

Конструктивно контроллер каждого устройства размещается на общей плате с центральным процессором и запоминающим устрой­ством или, если устройство не является стандартно входящим в состав компьютера, на специальной плате, вставляемой в специальные разъемы на общей плате – слоты расширения. Дальнейшее развитие микроэлектроники позволило размещать несколько функциональных узлов компьютера и контроллеры стандартных устройств в одной микросхеме СБИС. Это сократило количество микросхем на общей плате и дало возможность ввести две дополнительные локальные шины для подключения запоминающего устройства и устройства отображения, которые имеют наибольший объем обмена с централь­ным процессором и между собой. Хотя архитектура компьютера ос­талась прежней, структура современного персонального компьютера имеет вид, представленный на рис. 5.3.


Рис. 5.3. Структура персонального компьютера
Центральный контроллер играет роль коммутатора, распре­деляющего потоки информации между процессором, памятью, устрой­ством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в состав микросхемы центрального контроллера включены устрой­ства, которые поддерживают работу компьютера. К ним относятся системный таймер; устройство прямого доступа к памяти, которое обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и па­мятью в периоды, когда это не требуется процессору; устройство обработки прерываний, которое обеспечивает быструю реакцию про­цессора на запросы внешних устройств, имеющих данные для пере­дачи.

^ Функциональный контроллер – это СБИС, которая содержит кон­троллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д. Часто в состав этого контроллера входит такое устройство, как аудиокарта, позволяющая получить на внешних динамиках высококачественный звук при про­слушивании музыкальных и речевых файлов.

Для подключения специфических устройств часть общей шины, соединяющая центральный и функциональный контроллеры, имеет слоты расширения для установки плат контроллеров, представленная в современных компьютерах большей частью шиной PCI (Peripheral Component Interconnectсоединение периферийных элементов),. Для обмена информацией с видеоконтроллером была разработана более быстрая, чем PCI, специальная шина AGP (Advanced Graphics Port – ускоренный графический порт), позже была введена и сейчас используется PCI-express.

Наиболее распространенная шина в настоящее время – шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Исходя из названия, на подключение по USB рассчитаны многие современные принтеры, сканеры, фотоаппараты, внешние носители информации и др.
^ 5.2 Состав типового персонального компьютера

Персональный компьютер представляет собой компьютер с открытой архитектурой, ориентированный на неспециалиста в вычислительной технике.

Типовой персональный компьютер снаружи выглядит очень просто: системный блок, монитор, клавиатура и мышь.


Если же разобрать компьютер по компонентам, то перед нами окажется, как минимум, девять элементов:

  • процессор с системой охлаждения;

  • системная (материнская) плата;

  • модуль оперативной памяти;

  • жесткий диск;

  • дисковод гибких дисков;

  • дисковод лазерных дисков;

  • корпус с блоком питания;

  • монитор;

  • клавиатура;

  • мышь.

Этот комплект называют минимальной конфигурацией. Он содержит все необходимые и достаточные элементы. В нем нет отдельной видеокарты и звуковой карты. Подразумевается, что видеоядро и средства работы со звуком интегрированы на материнской плате.

Конфигурация компьютера с большей производительностью отличается наличием видеокарты в списке комплектующих изделий. Такую карту имеет смысл приобретать, если она однозначно превосходит по характеристикам графическое ядро, встроенное в чипсет системной платы. Таким образом, конфигурация продвинутого муль­тимедийного компьютера объединяет десять компонентов.

Список дополнительного оборудования, расширяющего функ­циональные возможности компьютера, может насчитывать сотни позиций. Для примера можно назвать некоторые популярные компоненты: звуковые карты, модемы, сетевые (в т.ч. беспроводные) адаптеры, струйные и лазерные принтеры, сканеры, телевизионные тюнеры, джойстики, графические планшеты, карты видеозахвата.

Коротко разберем функции отдельных компонентов в компью­терной системе. В скобках укажем их обозначения, обычно применяемые продавцами комплектующих в прайс-листах.
1. Процессор (центральный процессор, CPU) выполняет вычис­лительные операции, исполняя код программ. Процессор состоит из ядра, объединяющего арифметико-логические устройства и буферную двухуровневую память (кэш-память первого и второго уровня), а также блоков ввода-вывода. Системной шиной процессор соединен с чипсетом материн­ской платы. Процессоры классифицируют по архитектуре ядра, рабочей частоте, тактовой частоте системной шины, объему кэш-памяти первого и второго уровней. Эти пара­метры определяют производительность (вычислительную мощность) процессора. Наиболее распространены процессоры фирмы Intel – Pentium и Celeron, фирмы AMD – Athlon, Duron, Sempron.

^ Система охлаждения (вентилятор, Cooler) служит неотъем­лемым элементом современного процессора. Высокие рабо­чие частоты обусловливают высокую тепловую мощность, которую призвана рассеивать система охлаждения. Как правило, в настольных компьютерах используют воздуш­ные системы охлаждения, состоящие из радиатора, уста­навливаемого на корпусе процессора, и вентилятора для прокачки воздуха. Параметрами системы охлаждения являются тепловое сопротивление радиатора, производи­тельность и шумность.


2. ^ Системная плата (материнская плата, Motherboard, MB) служит, образно говоря, стапелем для конфигурирования компьютера. Ее возможности практически на сто процен­тов определяют, какие интерфейсы будут доступны для под­соединения остальных компонентов, и во многом влияют на эффективность компьютерной системы в целом. Сердцем материнской платы является набор микросхем системной логики, обычно называемый чипсетом. Чипсет состоит из двух микросхем (иногда одной), поддерживающих различ­ные интерфейсы: процессора, памяти, видеокарты, жестких и других дисков, шин расширения и прочие. Важней­шим элементом материнской платы является базовая сис­тема ввода-вывода (BIOS), организующая тестирование компонентов и начальную загрузку минимально необходи­мых программ из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) при включении компьютера. Основные параметры системной платы: форм-фактор, используемый чипсет, тип процессорного разъема, тип поддерживаемой оперативной памяти, функциональность (тип и количество поддержи­ваемых интерфейсов), число слотов расширения (шина PCI).


3. ^ Модули оперативной памяти (память, ОЗУ, SIMM/DIMM) предназначены для временного (на период работы компью­тера) хранения команд и данных. Оперативную память классифицируют по типу организации ячеек, устройству микросхем, техническому исполнению модулей (поддержи­ваемому интерфейсу – SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM), объему и скорости работы (тактовой частоте системной шины). Модули памяти соединены с чипсетом материнской платы шиной памяти.


4. Монитор (Monitor) служит устройством отображения визу­альной информации. Пользователь получает представление о текущем состоянии компьютерной системы именно через монитор.

В настоящее время широкое распространение получили жидкокристаллические (ЖК) мониторы (на рисунке справа), до недавнего времени в основном использовались мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Параметры монитора (размер по диагонали в дюймах – 17, 19, 21 и выше; разре­шение – 1024 на 768, 1280 на 1024 пикселей и др.; поддерживаемые цвета – 2, 4, 16, 256 цветов, 16 бит (65536 цветов), 32 бит (более 4 млрд)) решающим образом влияют на удобство и эффективность работы с компьютером.



5. ^ Жесткий диск (винчестер, HDD) является основным уст­ройством для долговременного хранения программ и данных. Загрузка полноценной версии операционной системы, скон­фигурированной пользователем, происходит с жесткого диска. Главными параметрами жесткого диска служат объем и скорость передачи данных. Жесткий диск соеди­нен с чипсетом специальной шиной (IDE, Serial ATASATA, SCSI).


6. Дисковод гибких дисков (FDDFloppy Disk Drive) предназначен для считывания информации с магнитных дисков (дискет) форм-фактора 3,5 дюйма. В настоящее время дискеты используются не всегда повсеместно.


7. ^ Дисковод лазерных дисков (CD-ROM, СD-RW, DVD-ROM, DVD±RW и др.) предназначен для считывания информации с лазерных компакт-дисков, как правило форм-фактора 5,25 дюйма. Дисковод соединен с чипсетом материнской платы такой же шиной, что и жест­кий диск - IDE. Современные BIOS системной платы поддержи­вают загрузку операционной системы (в минимальной кон­фигурации) с дисководов лазерных дисков. Основными параметрами таких дисководов считаются скорость передачи данных и шумность.


8. Корпус (Case) служит для монтажа компонентов компью­терной системы, их питания, обеспечения условий охлаж­дения, снижения уровня электромагнитных излучений. Неотъемлемой частью корпуса считается блок питания. Основные параметры корпуса: мощность блока питания, форм-фактор, размер. В настоящее время повсеместно используются корпуса форм-фактора ATX.


9. Клавиатура (Keyboard, KB) предназначена для ввода симво­лов, управления курсором и выполнения некоторых служеб­ных операций. Параметры клавиатуры: интерфейс связи с системной платой, раскладка и тип механизма клавиш.





10. Мышь (Mouse) является устройством управления актив­ными элементами графического интерфейса пользователя, присущего современным операционным системам. Пара­метрами мыши являются: тип механизма, интерфейс связи с компьютером, точность позиционирования, количество элементов управления (кнопок, колесиков, трекболов). В настоящее время распространены оптические мыши.


11. Видеокарта (Video Card, SVGA) выполняет обработку графи­ческих данных и передает результат на монитор через буфер кадра. Современные видеокарты имеют собственный графи­ческий процессор и локальную видеопамять для временного хранения обрабатываемых данных. До недавнего времени видеокарта была соединена с чипсетом системной платы специализированной шиной AGP, однако в последнее время производят видеокарты на основе шины PCI-express. Основные параметры видеокарты: используемый чип­сет, объем и тип локальной видеопамяти, интерфейс, под­держиваемые шины вывода.



^ 6 Вывод на печать решения «автоматизированного проектирования»

Рассмотрим основные вопросы, связанные с периферийной аппа­ратурой, используемой в системах автоматизированного проектиро­вания геоинформационных системах. К таким устройствам, в первую очередь, относятся: плоттеры (широкоформатные принтеры), промыш­ленные сканеры и дигитайзеры.
^ 6.1 Классификация плоттеров

На рынке оборудования для широкоформатной печати лидирую­щее положение занимает следующая группа фирм: Encad, Xerox, Осе, Hewlett Packard, Selex и Mutoh.

Каждая из этих компаний предлагает свои решения в области со­здания плоттеров, ориентированных на САПР и ГИС (геоинформационные системы).

Геоинформационные системы - системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации географических данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах.

Классификация

Плоттеры могут быть классифицированы по нескольким призна­кам. Приведем некоторые из возможных классификаций.

^ По области применения

♦ САПР

♦ ГИС

♦ Реклама

По способу вывода изображения

♦ Перьевые

♦ Струйные

♦ Лазерные

♦ Сублимационные

♦ Электростатические

^ По возможности воспроизведения цвета

♦ Цветные

♦ Монохромные (цветные изображения воспроизводятся оттенками серого)

♦ С возможностью цветной печати — плоттеры, ориентированные на монохромную печать, но способные (в небольшом объеме) выводить и цветные отпечатки

^ По максимальному формату выводимого изображения

♦ Плоттеры формата АО

♦ Плоттеры формата А1

♦ Плоттеры «рекламных форматов (42" — 107 см, 50" — 127 см, 60"— 152 см)

^ По производительности

♦ До 20 м2 в сутки (начальный уровень)

♦ От 20 м2до 50 м2 в сутки (средний уровень)

♦ Более 50 м2 в сутки (высокий уровень)

Следует отметить, что производительность фактически определя­ет и ценовую категорию, в которую попадает плоттер. Так в группу на­чального уровня попадают устройства стоимостью от $1.500 до $5.000, среднего уровня — от $5.000 до $10.000 и, наконец, устройства высокого уровня попадают в ценовую категорию свыше $10.000.
^ 6.2 Принципы действия

При печати цветных изображений все струйные плоттеры исполь­зуют четыре стандартные краски CMYK — Cyan (голубая), Magenta (пур­пурная), Yellow (желтая), Black (черная), все остальные цвета получают­ся смешением этих четырех основных красок. При печати краска из чернильных картриджей подается в печатающую головку, которая, соб­ственно, и осуществляет перенос чернил на носитель. Конструктивно в некоторых плоттерах печатающая головка совмещена с картриджем в пластиковом корпусе (как у принтеров АЗ-А4), если закончатся чернила в картридже, он вместе с печатающей головкой заменяется на новый.

Встречаются печатающие головки двух типов: головки для пу­зырьковой печати и пьезоэлектрические головки. При пузырьковой печати (bubble jet) капля чернил выстреливается из сопла печатающей го­ловки на носитель в результате мгновенного нагревания. В пьезоэлект­рической головке, как следует из ее названия, для выстреливания капли чернил используется пьезоэлемент.

На некоторых плоттерах (как правило, ориентированных на про­изводство рекламных материалов) установлена система подачи чернил из емкостей большого объема, например, по 500 мл для каждого цвета. В этом случае чернила подаются либо в картридж, либо непосредственно в печатающую головку. Применение такой системы значительно снижает себестоимость печати за счет уменьшения количества брака, вызванного преждевременным окончанием чернил. Кроме того, чернила приобрета­ются отдельно (без картриджа и печатающей головки), что также снижа­ет себестоимость печати.

Одним из важнейших факторов, влияющих на производитель­ность работы с плоттером, является наличие у него рулонной подачи — устройства, позволяющего плоттеру работать с рулонными носителями. Ввиду того, что заправка листовой бумаги в плоттер процесс достаточно длительный, применение рулонных носителей в высшей степени целесо­образно, ибо помогает экономить до 50% времени, затрачиваемого на пе­чать. В нижеследующем описании плоттеров приводятся показатели скорости печати для каждой из моделей (например, 5 мин/монохромное изображение формата АО в черновом режиме). Этот показатель следует воспринимать критически, т.к. он декларируется фирмой производите­лем плоттера и, как правило, несколько завышен.

Кроме того, на реальную производительность плоттера серьезно влияет время подготовки файла драйвером плоттера, которое даже может превышать время печати.

С форматом плоттера связана одна особенность, которую также хотелось бы здесь отметить. Практически все модели плоттеров, пред­лагаемые производителями для САПР/ГИС, выпускаются в двух моди­фикациях — плоттеры формата А0 и плоттеры формата А1. Формат плоттера определяет максимальную ширину носителя, с которым мо­жет работать плоттер. Для устройств формата А1 эта ширина приблизи­тельно равна 640 мм, для А0 — 910 мм. Следует отметить, что макси­мальная ширина носителя никогда не равна ширине области печати, последняя всегда несколько меньше. Эта разница, как правило, не пре­вышает 2 см и обуславливается конструкцией плоттера. Еще одна осо­бенность плоттеров, связанная с их форматом, — это отличие западных стандартов форматов конструкторской документации (КД) от россий­ских. При выборе плоттера следует особое внимание обратить на то, можно ли на нем печатать заданный формат без потерь, связанных с уменьшением размера области печати или отличием западных стандар­тов от российских.


Скачать файл (572.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации