Меньков А.В., Острейковский В.А. Теоретические основы автоматизированного управления

Подождите немного. Документ загружается.

400

ляет собой систем равнений, описывающих либо элетричес-

ие, тепловые, механичесие процессы, либо процессы преобра-

зования информации.

В то же время в процедрах, относящихся. онстрторсо-

м аспет проетирования, преобладает использование матема-

тичесих моделей, отражающих тольо стртрные свойства

объета, например е о еометричесю форм, размеры, взаим-

ное расположение элементов в пространстве. Таие модели на-

зывают стртрными. Стртрные модели чаще все о пред-

ставляются в виде рафов, матриц инциденций и смежности,

списов и т. п.

Ка правило, фнциональные модели более сложные, пос-

оль в них отражаются таже сведения о стртре объетов.

Однао при решении мно их задач онстрирования использова-

ние сложных фнциональных моделей не оправдано, та а

нжные резльтаты мо т быть полчены на основе более про-

стых стртрных моделей. Фнциональные модели применяют

преимщественно на завершающих этапах верифиации описа-

ний объетов, предварительно синтезированных с помощью

стртрных моделей.

Иерархия математичесих моделей в САПР. Блочно-иерархи-

чесий подход  проетированию радиоэлетронной аппаратры

(РЭА) влючает в ачестве своей основы иерархию математичес-

их моделей. Деление моделей по иерархичесим ровням (ров-

ням абстра ирования) происходит по степени детализации опи-

сываемых свойств и процессов, протеающих в объете. При

этом на аждом иерархичесом ровне использют свои понятия

«система» и «элементы». Та, система k-то о ровня рассматрива-

ется а элемент на соседнем более высоом (k—1)-м ровне абс-

тра ирования.

Представим стртр неоторо о объета множества эле-

ментов (рис. 8.30) и связей межд ними. Выделим в соответствии

с блочно-иерархичесим подходом в стртре объета неото-

рые подмножества элементов и назовем их блоами (на рисне

поазаны штриховыми линиями). Псть состояние аждой связи

харатеризется одной фазовой переменной v

, z

или u

. Здесь v

относится  внтренним связям межд элементами данно о бло-

а, z

, u

относятся  выходам и входам блоа соответственно. Те-

перь поясним важные для фнциональных моделей понятия

полной модели и маромоделей.

Полная модель блоа есть модель, составленная из моделей

элементов c четом межэлементных связей, т. е. модель, описы-

вающая а состояние выходов, та и состояние аждо о из эле-

401

ментов блоа. Моделями элементов блоа А являются равнения,

связывающие входные и выходные переменные:

(8.1)

Полная модель блоа есть система равнений

F(V, U) = 0, Z = ψ(V, U), (8.2)

де V, Z и U — веторы внтренних, выходных и входных фазовых

переменных блоа.

При большом оличестве элементов размерность ветора V и

порядо системы равнений (8.2) становятся чрезмерно больши-

ми и требют прощения.

При переходе  более высоом иерархичесом ровню п-

рощения основаны на ислючении из модели ветора внтрен-

них переменных V. Полченная модель представляет собой сис-

тем равнений

ϕ(Z, U) = 0 (8.3)

сщественно меньшей размерности, чем полная модель (8.2), и

называется маромоделью. Следовательно, маромодель же не

описывает процессы внтри блоа, а харатеризет тольо про-

2 31

5 64

8 97

Рис. 8.30. Представление стртры объета

, u

) = 0;

, u

) = 0;

, u

, v

) = 0;

. . . . . . . . . . . . . .

, u

, z

) = 0.

402

цессы взаимодействия данно о блоа с др ими в составе систе-

мы блоов.

Модели (8.2) и (8.3) относятся др  др  а полная модель

и маромодель на n-м ровне иерархии. На более высоом (n—1)-м

ровне бло А рассматривается а элемент и маромодель (8.3)

становится моделью элемента А. Следовательно, модели (8.1) и

(8.3) относятся др  др  а модели элементов соседних ие-

рархичесих ровней. Из моделей типа (8.3) может быть состав-

лена полная модель системы на (n—1)-м ровне.

Миро-, маро- и метаровни. В зависимости от сложности

объета при е о проетировании использют большее или мень-

шее число ровней абстрации. Объединение ровней, родствен-

ных по харатер использемо о математичесо о аппарата, при-

водит  образованию трех рпненных ровней — миро-, ма-

ро- и метаровня — в иерархии фнциональных моделей для

большинства проетиремых сложных объетов.

На мироровне использют математичесие модели, описы-

вающие физичесое состояние и процессы в сплошных средах.

Для моделирования применяют аппарат равнений математичес-

ой физии. Примерами таих равнений слжат дифференци-

альные равнения в частных производных—равнения элетро-

динамии, теплопроводности, пр ости, азовой динамии. Эти

равнения описывают поля элетричесо о потенциала и темпе-

ратры в полпроводниовых ристаллах инте ральных схем, на-

пряженно-деформированное состояние деталей механичесих

онстрций и т. п. К типичным фазовым переменным на ми-

роровне относятся элетричесие потенциалы, давления, тем-

ператры, онцентрации частиц, плотности тоов, механичесие

напряжения и деформации. Независимыми переменными явля-

ются время и пространственные оординаты. В ачестве опера-

торов F и ψ в равнениях (8.2) фи рирют дифференциальные и

инте ральные операторы. Уравнения (8.2), дополненные раевы-

ми словиями, составляют ММ объетов на мироровне. Анализ

таих моделей сводится  решению раевых задач математичес-

ой физии.

На мароровне производится дисретизация пространств с

выделением в ачестве элементов отдельных деталей, дисретных

элетрорадиоэлементов, частов полпроводниовых ристал-

лов. При этом из числа независимых переменных ислючают

пространственные оординаты. Фнциональные модели на

мароровне представляют собой системы ал ебраичесих или

обыновенных дифференциальных равнений, для их полчения

и решения использют соответствющие численные методы.

403

В ачестве фазовых переменных фи рирют элетричесие на-

пряжения, тои, силы, сорости, температры, расходы и т. д.

Они харатеризют проявления внешних свойств элементов при

их взаимодействии межд собой и внешней средой в элетрон-

ных схемах или механичесих онстрциях.

На метаровне с помощью дальнейше о абстра ирования от

харатера физичесих процессов дается полчить приемлемое

по сложности описание информационных процессов, протеаю-

щих в проетиремых объетах. На метаровне для моделирова-

ния анало овой РЭА широо применяют аппарат анализа систем

автоматичесо о правления, а для моделирования цифровой

РЭА — математичесю ло и, теорию онечных автоматов, те-

орию массово о обслживания. Математичесие модели на мета-

ровне — системы обыновенных дифференциальных равне-

ний, системы ло ичесих равнений, имитационные модели сис-

тем массово о обслживания.

Формы представления моделей. Для представления моделей ис-

пользют следющие основные формы:

— инвариантная форма — запись соотношений модели с по-

мощью традиционно о математичесо о языа безотноси-

тельно  метод решения равнений модели;

— алоритмичесая форма — запись соотношений модели и вы-

бранно о численно о метода решения в форме ал оритма;

— аналитичесая форма — запись модели в виде резльтата

аналитичесо о решения исходных равнений модели;

обычно модели в аналитичесой форме представляют со-

бой явные выражения выходных параметров а фнций

внтренних и внешних параметров;

— схемная форма, называемая таже рафичесой формой, —

представление модели на неотором рафичесом язые,

например на язые рафов, эвивалентных схем, диа рамм и

т. п. Графичесие формы добны для восприятия человеом.

Использование таих форм возможно при наличии правил

однозначно о истолования элементов чертежей и их пере-

вода на язы инвариантных или ал оритмичесих форм.

Модели в ал оритмичесой и аналитичесой формах называ-

ют соответственно алоритмичесими и аналитичесими. Среди ал-

оритмичесих моделей важный ласс составляют имитационные

модели, предназначенные для имитации физичесих или инфор-

мационных процессов в объете при задании различных зависи-

мостей входных воздействий от времени. Собственно имитацию

названных процессов называют имитационным моделированием.

Резльтат имитационно о моделирования — зависимости фазо-

402

цессы взаимодействия данно о блоа с др ими в составе систе-

мы блоов.

Модели (8.2) и (8.3) относятся др  др  а полная модель

и маромодель на n-м ровне иерархии. На более высоом (n—1)-м

ровне бло А рассматривается а элемент и маромодель (8.3)

становится моделью элемента А. Следовательно, модели (8.1) и

(8.3) относятся др  др  а модели элементов соседних ие-

рархичесих ровней. Из моделей типа (8.3) может быть состав-

лена полная модель системы на (n—1)-м ровне.

Миро-, маро- и метаровни. В зависимости от сложности

объета при е о проетировании использют большее или мень-

шее число ровней абстрации. Объединение ровней, родствен-

ных по харатер использемо о математичесо о аппарата, при-

водит  образованию трех рпненных ровней — миро-, ма-

ро- и метаровня — в иерархии фнциональных моделей для

большинства проетиремых сложных объетов.

На мироровне использют математичесие модели, описы-

вающие физичесое состояние и процессы в сплошных средах.

Для моделирования применяют аппарат равнений математичес-

ой физии. Примерами таих равнений слжат дифференци-

альные равнения в частных производных—равнения элетро-

динамии, теплопроводности, пр ости, азовой динамии. Эти

равнения описывают поля элетричесо о потенциала и темпе-

ратры в полпроводниовых ристаллах инте ральных схем, на-

пряженно-деформированное состояние деталей механичесих

онстрций и т. п. К типичным фазовым переменным на ми-

роровне относятся элетричесие потенциалы, давления, тем-

ператры, онцентрации частиц, плотности тоов, механичесие

напряжения и деформации. Независимыми переменными явля-

ются время и пространственные оординаты. В ачестве опера-

торов F и ψ в равнениях (8.2) фи рирют дифференциальные и

инте ральные операторы. Уравнения (8.2), дополненные раевы-

ми словиями, составляют ММ объетов на мироровне. Анализ

таих моделей сводится  решению раевых задач математичес-

ой физии.

На мароровне производится дисретизация пространств с

выделением в ачестве элементов отдельных деталей, дисретных

элетрорадиоэлементов, частов полпроводниовых ристал-

лов. При этом из числа независимых переменных ислючают

пространственные оординаты. Фнциональные модели на

мароровне представляют собой системы ал ебраичесих или

обыновенных дифференциальных равнений, для их полчения

и решения использют соответствющие численные методы.

403

В ачестве фазовых переменных фи рирют элетричесие на-

пряжения, тои, силы, сорости, температры, расходы и т. д.

Они харатеризют проявления внешних свойств элементов при

их взаимодействии межд собой и внешней средой в элетрон-

ных схемах или механичесих онстрциях.

На метаровне с помощью дальнейше о абстра ирования от

харатера физичесих процессов дается полчить приемлемое

по сложности описание информационных процессов, протеаю-

щих в проетиремых объетах. На метаровне для моделирова-

ния анало овой РЭА широо применяют аппарат анализа систем

автоматичесо о правления, а для моделирования цифровой

РЭА — математичесю ло и, теорию онечных автоматов, те-

орию массово о обслживания. Математичесие модели на мета-

ровне — системы обыновенных дифференциальных равне-

ний, системы ло ичесих равнений, имитационные модели сис-

тем массово о обслживания.

Формы представления моделей. Для представления моделей ис-

пользют следющие основные формы:

— инвариантная форма — запись соотношений модели с по-

мощью традиционно о математичесо о языа безотноси-

тельно  метод решения равнений модели;

— алоритмичесая форма — запись соотношений модели и вы-

бранно о численно о метода решения в форме ал оритма;

— аналитичесая форма — запись модели в виде резльтата

аналитичесо о решения исходных равнений модели;

обычно модели в аналитичесой форме представляют со-

бой явные выражения выходных параметров а фнций

внтренних и внешних параметров;

— схемная форма, называемая таже рафичесой формой, —

представление модели на неотором рафичесом язые,

например на язые рафов, эвивалентных схем, диа рамм и

т. п. Графичесие формы добны для восприятия человеом.

Использование таих форм возможно при наличии правил

однозначно о истолования элементов чертежей и их пере-

вода на язы инвариантных или ал оритмичесих форм.

Модели в ал оритмичесой и аналитичесой формах называ-

ют соответственно алоритмичесими и аналитичесими. Среди ал-

оритмичесих моделей важный ласс составляют имитационные

модели, предназначенные для имитации физичесих или инфор-

мационных процессов в объете при задании различных зависи-

мостей входных воздействий от времени. Собственно имитацию

названных процессов называют имитационным моделированием.

Резльтат имитационно о моделирования — зависимости фазо-

404

вых переменных в избранных элементах системы от времени.

Примерами имитационных моделей являются модели элетрон-

ных схем в виде систем обыновенных дифференциальных равне-

ний или модели систем массово о обслживания, предназначенные

для имитации процессов прохождения заяво через систем.

Требования  математичесим моделям. Основными требова-

ниями, предъявляемыми  математичесим моделям, являются

адеватность, ниверсальность и эономичность.

Адеватность. Модель считается адеватной, если отражает

заданные свойства объета с приемлемой точностью. Точность

определяется а степень совпадения значений выходных пара-

метров модели и объета. Псть ε

— относительная по решность

модели по j-том выходном параметр:

= ( – y

)/y

де — j-тый выходной параметр, рассчитанный с помощью мо-

дели; 

— тот же выходной параметр, имеющий место в модели-

ремом объете.

По решность модели ε

по совопности читываемых вы-

ходных параметров оценивается одной из норм ветора ε = (ε

, ..., ε

), например

= |ε

|илиε

= .

Точность модели различна в разных словиях фнциониро-

вания объета. Эти словия харатеризются внешними парамет-

рами. Если задаться предельной допстимой по решностью ε

пред

то можно в пространстве внешних параметров выделить область,

в оторой выполняется словие

< ε

пред

Эт область называют областью адеватности (ОА) модели.

Возможно введение индивидальных предельных значений ε

пред j

для аждо о выходно о параметра и определение ОА а области, в

оторой одновременно выполняются все m словий вида |ε

| m ε

пред j

Определение областей адеватности для онретных моде-

лей — сложная процедра, требющая больших вычислительных

затрат. Эти затраты и трдности представления ОА быстро растт

с величением размерности пространства внешних параметров.

Определение ОА — более трдная задача, чем, например, задача

max

j = 1,m

i 1=

∑

405

параметричесой оптимизации, поэтом для моделей вновь про-

етиремых объетов ОА не рассчитывают.

Однао для моделей нифицированных элементов расчет об-

ластей адеватности становится оправданным в связи с одно-

ратностью определения ОА и мно оратностью их использова-

ния при проетировании различных систем. Знание ОА позво-

ляет правильно выбирать модели элементов из числа имеющихся

и тем самым повышать достоверность резльтатов машинных

расчетов.

В общем слчае ОА может иметь

произвольню форм, сведения о о-

торой выражаются ромоздо, и не-

добна в использовании, поэтом на

пратие вместо истинных ОА при-

меняют те или иные их аппросима-

ции. На рис. 8.31 дано рафичесое

представление области адеватности

и аппросимирюще о ее иперпа-

раллелепипеда. Таое представление

добно для двмерных слчаев.

Возможно использование и др-

их аппросимаций ОА, например

областей с линеаризованными раницами в виде частов ипер-

плосостей, областей в форме иперсфер и т. п.

Универсальность. При определении ОА необходимо выбрать

совопность внешних параметров и совопность выходных па-

раметров 

, отражающих читываемые в модели свойства. Типич-

ными внешними параметрами при этом являются параметры на-

рзи и внешних воздействий (элетричесих, механичесих, теп-

ловых, радиационных и т. п.). Увеличение числа читываемых

внешних фаторов расширяет применимость модели, но сщест-

венно дорожает работ по определению ОА. Выбор совопности

выходных параметров таже неоднозначен, однао для большинс-

тва объетов число и перечень читываемых свойств и соответств-

ющих им выходных параметров сравнительно невелии, достаточ-

но стабильны и составляют типовой набор выходных параметров.

Например, для маромоделей ло ичесих элементов БИС таими

выходными параметрами являются ровни выходно о напряжения

в состояниях ло ичесих «0» и «1», запасы помехостойчивости,

задержа распространения си нала, рассеиваемая мощность.

Если адеватность харатеризется положением и размерами

ОА, то ниверсальность модели определяется числом и составом

читываемых в модели внешних и выходных параметров.

′′

′

q ″

′

Рис. 8.31. Пример области

адеватности

404

вых переменных в избранных элементах системы от времени.

Примерами имитационных моделей являются модели элетрон-

ных схем в виде систем обыновенных дифференциальных равне-

ний или модели систем массово о обслживания, предназначенные

для имитации процессов прохождения заяво через систем.

Требования  математичесим моделям. Основными требова-

ниями, предъявляемыми  математичесим моделям, являются

адеватность, ниверсальность и эономичность.

Адеватность. Модель считается адеватной, если отражает

заданные свойства объета с приемлемой точностью. Точность

определяется а степень совпадения значений выходных пара-

метров модели и объета. Псть ε

— относительная по решность

модели по j-том выходном параметр:

= ( – y

)/y

де — j-тый выходной параметр, рассчитанный с помощью мо-

дели; 

— тот же выходной параметр, имеющий место в модели-

ремом объете.

По решность модели ε

по совопности читываемых вы-

ходных параметров оценивается одной из норм ветора ε = (ε

, ..., ε

), например

= |ε

|илиε

= .

Точность модели различна в разных словиях фнциониро-

вания объета. Эти словия харатеризются внешними парамет-

рами. Если задаться предельной допстимой по решностью ε

пред

то можно в пространстве внешних параметров выделить область,

в оторой выполняется словие

< ε

пред

Эт область называют областью адеватности (ОА) модели.

Возможно введение индивидальных предельных значений ε

пред j

для аждо о выходно о параметра и определение ОА а области, в

оторой одновременно выполняются все m словий вида |ε

| m ε

пред j

Определение областей адеватности для онретных моде-

лей — сложная процедра, требющая больших вычислительных

затрат. Эти затраты и трдности представления ОА быстро растт

с величением размерности пространства внешних параметров.

Определение ОА — более трдная задача, чем, например, задача

max

j = 1,m

i 1=

∑

405

параметричесой оптимизации, поэтом для моделей вновь про-

етиремых объетов ОА не рассчитывают.

Однао для моделей нифицированных элементов расчет об-

ластей адеватности становится оправданным в связи с одно-

ратностью определения ОА и мно оратностью их использова-

ния при проетировании различных систем. Знание ОА позво-

ляет правильно выбирать модели элементов из числа имеющихся

и тем самым повышать достоверность резльтатов машинных

расчетов.

В общем слчае ОА может иметь

произвольню форм, сведения о о-

торой выражаются ромоздо, и не-

добна в использовании, поэтом на

пратие вместо истинных ОА при-

меняют те или иные их аппросима-

ции. На рис. 8.31 дано рафичесое

представление области адеватности

и аппросимирюще о ее иперпа-

раллелепипеда. Таое представление

добно для двмерных слчаев.

Возможно использование и др-

их аппросимаций ОА, например

областей с линеаризованными раницами в виде частов ипер-

плосостей, областей в форме иперсфер и т. п.

Универсальность. При определении ОА необходимо выбрать

совопность внешних параметров и совопность выходных па-

раметров 

, отражающих читываемые в модели свойства. Типич-

ными внешними параметрами при этом являются параметры на-

рзи и внешних воздействий (элетричесих, механичесих, теп-

ловых, радиационных и т. п.). Увеличение числа читываемых

внешних фаторов расширяет применимость модели, но сщест-

венно дорожает работ по определению ОА. Выбор совопности

выходных параметров таже неоднозначен, однао для большинс-

тва объетов число и перечень читываемых свойств и соответств-

ющих им выходных параметров сравнительно невелии, достаточ-

но стабильны и составляют типовой набор выходных параметров.

Например, для маромоделей ло ичесих элементов БИС таими

выходными параметрами являются ровни выходно о напряжения

в состояниях ло ичесих «0» и «1», запасы помехостойчивости,

задержа распространения си нала, рассеиваемая мощность.

Если адеватность харатеризется положением и размерами

ОА, то ниверсальность модели определяется числом и составом

читываемых в модели внешних и выходных параметров.

′′

′

q ″

′

Рис. 8.31. Пример области

адеватности

406

Эономичность. Эономичность модели харатеризется за-

тратами вычислительных ресрсов для ее реализации, а именно

затратами машинно о времени Т

и памяти П

. Общие затраты

и П

на выполнение в САПР аой-либо проетной процед-

ры зависят а от особенностей выбранных моделей, та и от ме-

тодов решения.

В большинстве слчаев при реализации численно о метода

происходят мно оратные обращения  модели элемента, входя-

ще о в состав моделиремо о объета. То да добно эономич-

ность модели элемента харатеризовать затратами машинно о

времени, полчающимися при обращении  модели, а число об-

ращений  модели должно читываться при оцене эономич-

ности метода решения.

Эономичность модели по затратам памяти оценивается объ-

емом оперативной памяти, необходимой для реализации модели.

Требования широих областей адеватности, высоой степе-

ни ниверсальности, с одной стороны, и высоой эономичности,

с др ой, являются противоречивыми. Наилчшее омпромиссное

довлетворение этих требований оазывается неодинаовым в раз-

личных применениях. Это обстоятельство обсловливает исполь-

зование в САПР мно их моделей для объетов одно о и то о же

типа — различно о рода маромоделей, мно оровневых, сме-

шанных моделей и т. п.

Методы полчения моделей элементов. Полчение моделей

элементов (моделирование элементов) в общем слчае — проце-

дра неформализованная. Основные решения, асающиеся вы-

бора вида математичесих соотношений, харатера использе-

мых переменных и параметров, принимает проетировщи. В то

же время таие операции, а расчет численных значений пара-

метров модели, определение областей адеватности и др ие, ал-

оритмизированы и решаются на ЭВМ. Поэтом моделирование

элементов обычно выполняется специалистами онретных тех-

ничесих областей с помощью традиционных средств эспери-

ментальных исследований и средств САПР.

Методы полчения фнциональных моделей элементов де-

лят на теоретичесие и эспериментальные. Теоретичесие мето-

ды основаны на изчении физичесих заономерностей протеа-

ющих в объете процессов, определении соответствюще о этим

заономерностям математичесо о описания, обосновании и

принятии прощающих предположений, выполнении необходи-

мых выладо и приведении резльтата  принятой форме пред-

ставления модели. Эспериментальные методы основаны на ис-

пользовании внешних проявлений свойств объета, фисире-

407

мых во время эсплатации однотипных объетов или при

проведении целенаправленных эспериментов.

Несмотря на эвристичесий харатер мно их операций моде-

лирования, имеется ряд положений и приемов, общих для пол-

чения моделей различных объетов. Достаточно общий харатер

имеют методиа маромоделирования, математичесие методы

планирования эспериментов, а таже ал оритмы формализе-

мых операций расчета численных значений параметров и опреде-

ления областей адеватности.

8.3.6. Информационное обеспечение САПР

Основные понятия и определения. Основ информационно о

обеспечения подсистем САПР составляет совопность данных,

оторые необходимы для выполнения процесса проетирования.

Совопность омпонентов ИО образет информационню баз,

называемю базой данных (БД) САПР.

Данные — это сведения о неоторых фатах, позволяющие де-

лать определенные выводы. Взаимосвязанные данные часто на-

зывают системой данных, и хранимые данные называют инфор-

мационным фондом. Основное назначение информационно о

обеспечения — предоставлять пользователям САПР достоверню

информацию в определенном виде.

Объетом считают любой предмет, событие, понятие и т. п., о

оторых приводятся данные. Все объеты харатеризются атри-

бтами. Например, объет ЭВМ можно харатеризовать таими

атрибтами: соростью вычислений, объемом оперативной памя-

ти, числом элементарных операций, числом процессоров, аба-

ритами, оличеством мльтиплесных аналов и т. п. Сведения,

содержащиеся в аждом атрибте, называют значениями данных.

Атрибты, по значениям оторых определяют значения др-

их атрибтов, называют идентифиаторами объета или люче-

выми элементами данных. Отметим, что один и тот же объет мо-

т идентифицировать несольо элементов данных. Их то да

считают андидатами в идентифиаторы. Проблем выбора

идентифиатора из несольих андидатов решает пользователь

САПР.

Объединение значений связанных атрибтов называют запи-

сью данных. Упорядоченню совопность записей данных назы-

вают файлом данных или набором данных. В настоящее время раз-

работаны ниверсальные подпро раммы, реализющие методы

достпа  файлам, их обработ и обслживание.

Эти подпро-

раммы являются частью ОС ЭВМ. На рис. 8.32, а поазано вза-

406

Эономичность. Эономичность модели харатеризется за-

тратами вычислительных ресрсов для ее реализации, а именно

затратами машинно о времени Т

и памяти П

. Общие затраты

и П

на выполнение в САПР аой-либо проетной процед-

ры зависят а от особенностей выбранных моделей, та и от ме-

тодов решения.

В большинстве слчаев при реализации численно о метода

происходят мно оратные обращения  модели элемента, входя-

ще о в состав моделиремо о объета. То да добно эономич-

ность модели элемента харатеризовать затратами машинно о

времени, полчающимися при обращении  модели, а число об-

ращений  модели должно читываться при оцене эономич-

ности метода решения.

Эономичность модели по затратам памяти оценивается объ-

емом оперативной памяти, необходимой для реализации модели.

Требования широих областей адеватности, высоой степе-

ни ниверсальности, с одной стороны, и высоой эономичности,

с др ой, являются противоречивыми. Наилчшее омпромиссное

довлетворение этих требований оазывается неодинаовым в раз-

личных применениях. Это обстоятельство обсловливает исполь-

зование в САПР мно их моделей для объетов одно о и то о же

типа — различно о рода маромоделей, мно оровневых, сме-

шанных моделей и т. п.

Методы полчения моделей элементов. Полчение моделей

элементов (моделирование элементов) в общем слчае — проце-

дра неформализованная. Основные решения, асающиеся вы-

бора вида математичесих соотношений, харатера использе-

мых переменных и параметров, принимает проетировщи. В то

же время таие операции, а расчет численных значений пара-

метров модели, определение областей адеватности и др ие, ал-

оритмизированы и решаются на ЭВМ. Поэтом моделирование

элементов обычно выполняется специалистами онретных тех-

ничесих областей с помощью традиционных средств эспери-

ментальных исследований и средств САПР.

Методы полчения фнциональных моделей элементов де-

лят на теоретичесие и эспериментальные. Теоретичесие мето-

ды основаны на изчении физичесих заономерностей протеа-

ющих в объете процессов, определении соответствюще о этим

заономерностям математичесо о описания, обосновании и

принятии прощающих предположений, выполнении необходи-

мых выладо и приведении резльтата  принятой форме пред-

ставления модели. Эспериментальные методы основаны на ис-

пользовании внешних проявлений свойств объета, фисире-

407

мых во время эсплатации однотипных объетов или при

проведении целенаправленных эспериментов.

Несмотря на эвристичесий харатер мно их операций моде-

лирования, имеется ряд положений и приемов, общих для пол-

чения моделей различных объетов. Достаточно общий харатер

имеют методиа маромоделирования, математичесие методы

планирования эспериментов, а таже ал оритмы формализе-

мых операций расчета численных значений параметров и опреде-

ления областей адеватности.

8.3.6. Информационное обеспечение САПР

Основные понятия и определения. Основ информационно о

обеспечения подсистем САПР составляет совопность данных,

оторые необходимы для выполнения процесса проетирования.

Совопность омпонентов ИО образет информационню баз,

называемю базой данных (БД) САПР.

Данные — это сведения о неоторых фатах, позволяющие де-

лать определенные выводы. Взаимосвязанные данные часто на-

зывают системой данных, и хранимые данные называют инфор-

мационным фондом. Основное назначение информационно о

обеспечения — предоставлять пользователям САПР достоверню

информацию в определенном виде.

Объетом считают любой предмет, событие, понятие и т. п., о

оторых приводятся данные. Все объеты харатеризются атри-

бтами. Например, объет ЭВМ можно харатеризовать таими

атрибтами: соростью вычислений, объемом оперативной памя-

ти, числом элементарных операций, числом процессоров, аба-

ритами, оличеством мльтиплесных аналов и т. п. Сведения,

содержащиеся в аждом атрибте, называют значениями данных.

Атрибты, по значениям оторых определяют значения др-

их атрибтов, называют идентифиаторами объета или люче-

выми элементами данных. Отметим, что один и тот же объет мо-

т идентифицировать несольо элементов данных. Их то да

считают андидатами в идентифиаторы. Проблем выбора

идентифиатора из несольих андидатов решает пользователь

САПР.

Объединение значений связанных атрибтов называют запи-

сью данных. Упорядоченню совопность записей данных назы-

вают файлом данных или набором данных. В настоящее время раз-

работаны ниверсальные подпро раммы, реализющие методы

достпа  файлам, их обработ и обслживание.

Эти подпро-

раммы являются частью ОС ЭВМ. На рис. 8.32, а поазано вза-

408

Приладная

прорамма

стртрноо

проетирования

Рис. 8.32. Взаимнооднозначное соответствие межд приладными

прораммами и файлом данных (а) и пример использования ниверсальных

методов достпа (б)

Приладная

прорамма

лоичесоо

проетирования

Приладная

прорамма

онстрторсоо

проетирования

Приладная

прорамма

технолоичесоо

проетирования

Файл данных

стртрноо

проетирования

Файл данных

лоичесоо

проетирования

Файл данных

онстрторсоо

проетирования

Файл данных

технолоичесоо

проетирования

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Приладная

прорамма

стртрноо

проетирования

Приладная

прорамма

лоичесоо

проетирования

Приладная

прорамма

онстрторсоо

проетирования

Приладная

прорамма

технолоичесоо

проетирования

Файл данных

стртрноо

проетирования

Файл данных

лоичесоо

проетирования

Файл данных

онстрторсоо

проетирования

Файл данных

технолоичесоо

проетирования

Универсальные

методы достпа

б)

409

имнооднозначное соответствие межд приладными про рамма-

ми и файлами данных в САПР печатных плат. На рис. 8.32, б по-

азано использование ниверсальных методов достпа вместо

единичных подпро рамм обслживания файлов данных.

При обработе данных с расположением одних и тех же эле-

ментов данных в несольих файлах возниают трдности, свя-

занные с избыточностью данных, что требет несольих проце-

др ввода, обновления и формирования; опасностью наршения

непротиворечивости данных, что связано с хранением одной и

той же информации в несольих местах; о раниченностью раз-

деления данных; о раничениями по достпности данных; не иб-

остью  изменениям; сложностью правления процессом реше-

ния задачи.

Сществет мно о адеватных и в то же время неформальных

определений базы данных. Приведем те из них, оторые полчи-

ли наибольшее распространение.

База данных — это совопность специально ор анизованных

данных, рассчитанных на применение в большом оличестве

приладных про рамм. База данных — это набор файлов, работа

с оторыми обеспечивается специальным паетом приладных

про рамм — системой правления базой данных — с целью созда-

ния массивов данных, их обновления и полчения справо. База

данных — это совопность данных, отображающая состояние

объетов и их отношений в рассматриваемой предметной облас-

ти. База данных — совопность всех тех данных, оторые обра-

батываются более чем в одной про рамме (модле).

Приведем основное различие межд БД и файлом данных.

Файл данных имеет несольо назначений, но соответствет од-

ном представлению хранимых данных. База данных имеет таже

несольо назначений, но соответствет различным представле-

ниям о хранимых данных.

Сформлирем основные требования  БД:

1. Целостность данных — их непротиворечивость и достовер-

ность.

2. Ор анизация БД должна обеспечивать со ласование време-

ни выбори данных приладными про раммами с частотами их

использования приладными про раммами САПР.

3. Универсальность, т. е. наличие в БД всех необходимых дан-

ных и возможности достпа  ним в процессе решения проетной

задачи.

4. Отрытость БД для внесения в нее новой информации.

5. Наличие языов высоо о ровня взаимодействия пользо-

вателей с БД.

408

Приладная

прорамма

стртрноо

проетирования

Рис. 8.32. Взаимнооднозначное соответствие межд приладными

прораммами и файлом данных (а) и пример использования ниверсальных

методов достпа (б)

Приладная

прорамма

лоичесоо

проетирования

Приладная

прорамма

онстрторсоо

проетирования

Приладная

прорамма

технолоичесоо

проетирования

Файл данных

стртрноо

проетирования

Файл данных

лоичесоо

проетирования

Файл данных

онстрторсоо

проетирования

Файл данных

технолоичесоо

проетирования

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Прорамма

обслживаний

Приладная

прорамма

стртрноо

проетирования

Приладная

прорамма

лоичесоо

проетирования

Приладная

прорамма

онстрторсоо

проетирования

Приладная

прорамма

технолоичесоо

проетирования

Файл данных

стртрноо

проетирования

Файл данных

лоичесоо

проетирования

Файл данных

онстрторсоо

проетирования

Файл данных

технолоичесоо

проетирования

Универсальные

методы достпа

б)

409

имнооднозначное соответствие межд приладными про рамма-

ми и файлами данных в САПР печатных плат. На рис. 8.32, б по-

азано использование ниверсальных методов достпа вместо

единичных подпро рамм обслживания файлов данных.

При обработе данных с расположением одних и тех же эле-

ментов данных в несольих файлах возниают трдности, свя-

занные с избыточностью данных, что требет несольих проце-

др ввода, обновления и формирования; опасностью наршения

непротиворечивости данных, что связано с хранением одной и

той же информации в несольих местах; о раниченностью раз-

деления данных; о раничениями по достпности данных; не иб-

остью  изменениям; сложностью правления процессом реше-

ния задачи.

Сществет мно о адеватных и в то же время неформальных

определений базы данных. Приведем те из них, оторые полчи-

ли наибольшее распространение.

База данных — это совопность специально ор анизованных

данных, рассчитанных на применение в большом оличестве

приладных про рамм. База данных — это набор файлов, работа

с оторыми обеспечивается специальным паетом приладных

про рамм — системой правления базой данных — с целью созда-

ния массивов данных, их обновления и полчения справо. База

данных — это совопность данных, отображающая состояние

объетов и их отношений в рассматриваемой предметной облас-

ти. База данных — совопность всех тех данных, оторые обра-

батываются более чем в одной про рамме (модле).

Приведем основное различие межд БД и файлом данных.

Файл данных имеет несольо назначений, но соответствет од-

ном представлению хранимых данных. База данных имеет таже

несольо назначений, но соответствет различным представле-

ниям о хранимых данных.

Сформлирем основные требования  БД:

1. Целостность данных — их непротиворечивость и достовер-

ность.

2. Ор анизация БД должна обеспечивать со ласование време-

ни выбори данных приладными про раммами с частотами их

использования приладными про раммами САПР.

3. Универсальность, т. е. наличие в БД всех необходимых дан-

ных и возможности достпа  ним в процессе решения проетной

задачи.

4. Отрытость БД для внесения в нее новой информации.

5. Наличие языов высоо о ровня взаимодействия пользо-

вателей с БД.

410

6. Серетность, т. е. невозможность несанционированно о

достпа  информации и ее изменений.

7. Оптимизация ор анизации БД — минимизация избыточ-

ности данных.

Одним из принципов построения САПР является информаци-

онная со ласованность частей ее про раммно о обеспечения, т. е.

при одность резльтатов выполнения одной проетной процед-

ры для использования др ой проетной процедрой без их тр-

доемо о рчно о преобразования пользователем. Отсюда выте-

ают следющие словия информационной со ласованности:

— использование про раммами одной и той же подсистемы

САПР единой БД;

— использование едино о внтренне о языа для представле-

ния данных.

Комплесная автоматизация процесса проетирования объ-

ета предпола ает информационню со ласованность не тольо

отдельных про рамм подсистем САПР, но и самих подсистем

межд собой. Способом достижения этой со ласованности явля-

ется единство информационно о обеспечения.

Основные способы информационно о со ласования подсис-

тем САПР дости аются либо созданием единой БД, либо сопря-

жением несольих БД с помощью специальных про рамм, ото-

рые переодирют информацию, приводя ее  требемом вид.

8.3.7. Прораммное обеспечение САПР

Про раммное обеспечение (ПО) совместно с информацион-

ным являются звеньями, связывающими все виды обеспечения

САПР в единю систем проетирования.

К про раммном обеспечению САПР предъявляется ряд сис-

темных требований, от степени довлетворения оторых в значи-

тельной мере зависит эффетивность всей системы автоматизи-

рованно о проетирования, а именно требование эффетивной

про раммной реализации ал оритмов, требование информаци-

онной со ласованности про рамм др с др ом и с системой п-

равления базы данных, требование модльности и наращивае-

мости ПО САПР.

Про раммное обеспечение САПР состоит из двх состав-

ных частей — обще о и специально о ПО. Общее ПО предна-

значено для планирования и ор анизации процесса выполне-

ния приладных про рамм и определяется сществющей но-

менлатрой операционных систем и омплесов про рамм

техничесо о обслживания. Специальное ПО представляет

411

собой паеты приладных про рамм, реализющих ал оритмы

выполнения проетных операций и процедр. Эти приладные

про раммы необходимы рппе пользователей, занимающихся

автоматизированным проетированием в онретной про-

блемной области.

Фнции и состав общео прораммноо обеспечения. Под опе-

рационной системой (ОС) ЭВМ понимают омплет системных

про рамм, правляющих всеми ресрсами системы: оператив-

ной памятью, временем работы процессора, аналами обмена

данными и периферийными стройствами, про раммными мо-

длями и др. Рассмотрим фнции и состав ОС ЭВМ. ОС ЭВМ

предназначена для автоматизации обработи данных в вычис-

лительных системах, построенных на основе моделей ЭВМ.

ЭВМ величивает пропсню способность вычислительной

системы; меньшает время реации системы и повышает на-

дежность ее фнционирования. Это дости ается бла одаря не-

прерывной обработе потоов заданий, их размещению в сис-

темных очередях, предварительном планированию и иниции-

рованию выполнения очередных заданий.

Основными омпонентами ОС ЭВМ являются правляющие

и обрабатывающие про раммы.

Управляющие прораммы ОС ЭВМ. Управляют вычислитель-

ным процессом, реализют фнции правления задачами, зада-

ниями и данными следят за выполнением обрабатывающих про-

рамм и приладных про рамм, составленных пользователем.

Про рамма правления, задачами (спервизор) правляет

всем ходом вычислительно о процесса в ЭВМ и предназначена

для наблюдения и правления всеми задачами в системе. Спер-

визор выделяет задачам необходимые ресрсы для их решения в

одно- или мльтипро раммном режиме.

В однопро раммном режиме образется тольо одна задача, в

рамах оторой выполняются а про раммы ОС, та и про рам-

мы пользователей, при этом все техничесие средства ЭВМ нахо-

дятся в распоряжении этой задачи.

При необходимости одновременно о решения несольих не

зависящих др от др а задач спервизор реализет либо мльти-

про раммный режим, либо режим разделения времени. В этом

слчае спервизор производит перелючение с решения одной

задачи на решение др ой, осществляет динамичесое распреде-

ление памяти и др их ресрсов ЭВМ, обрабатывает через систе-

м прерываний постпающие запросы.

Одновременное выполнение несольих задач в мльтипро-

раммном режиме дости ается бла одаря том, что при их выпол-