Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

машини. Вважається, що при необхідності до САПР можуть бути залучені

спеціалізовані ЕОМ та мікропроцесорна техніка.

Технічні засоби програмної обробки даних повинні забезпечувати:

розробку і експлуатацію ПЗ САПР; підтримку мультипрограмного режиму

роботи; модернізацію шляхом заміни чи нарощування компонентів.

Група технічних засобів підготовки і введення даних призначена для

автоматизованого введення та первинної обробки

початкових і норматив-

но-довідкових даних. Ці засоби повинні забезпечувати кодування інфор-

мації і її введення в ЕОМ. Для виконання вказаних функцій використову-

ють: пристрої введення даних з машинних носіїв та клавіатури, пристрої

введення графічної інформації, інші пристрої введення.

Група технічних засобів передачі даних служать для дистанційного

зв’язку між

засобами САПР по каналах такого зв’язку. Пристрої цієї групи

повинні забезпечувати передачу даних між віддаленими компонентами по

телефонним та спеціальним лініям. До пристроїв цієї групи відносять апа-

ратуру передачі даних та засоби сполучення пристроїв. Найбільшої ефек-

тивності передачі даних досягають при використанні спеціально виділених

ліній (каналів).

Група технічних засобів відображення

і документування даних при-

значена для оперативного подання даних, що запитуються, виведення про-

ектних рішень і проектної документації. До технічних засобів цієї групи

відносять пристрої візуального відображення інформації (дисплеї), при-

строї виведення інформації на папір (принтери, плоттери); пристрої виве-

дення інформації на машинні носії, пристрої спеціального призначення.

Група технічних засобів

архіву проектних рішень призначена для за-

безпечення зберігання, контролю, оновлення, тиражування проектних рі-

шень та нормативної документації САПР. Функції архіву проектних рі-

шень реалізують з використанням сукупності поданих вище технічних за-

собів.

Структурну єдність компонентів технічного забезпечення складає

комплекс технічних засобів (КТЗ) САПР. Вказаний комплекс формують на

основі використання наступних головних

частин технічного забезпечення

САПР:

9 центрального пристрою;

9 зовнішньої пам’яті;

250

9 пристроїв введення даних;

9 пристроїв виведення даних;

9 пристроїв передачі даних.

Тут уся апаратура, що не входить до центрального пристрою, відно-

ситься до периферійного обладнання.

Зрозуміло, що до різних функціональних груп технічних засобів за-

лучають різні компоненти КТЗ.

Склад функціональних груп технічних засобів САПР визначається в

процесі розробки методичного, програмного

, лінгвістичного та інформа-

ційного забезпечення, тобто зовнішніми та внутрішніми зв’язками підсис-

тем САПР, вимогами програм до засобів обробки даних, використанням

дружнього інтерфейсу, об’ємами баз даних, способами організації АБД

тощо. На основі цієї інформації формулюють склад КТЗ САПР.

Загальний склад комплексу технічних засобів для обробки даних в

САПР подано

на рис.6.1.

У процесі розробки КТЗ САПР формують вимоги щодо технічного

забезпечення. Вказані вимоги подають у вигляді кількісних, якісних та но-

менклатурних показників технічних пристроїв.

До основних характеристик технічних пристроїв відносять:

• швидкодію, продуктивність, пропускну спроможність обладнання;

• розрядність пристроїв (кількість розрядів регістрів для подання

даних);

• об’єми постійної та

оперативної пам’яті центральних пристроїв,

об’єми зовнішньої пам’яті;

• види носіїв даних;

• характеристики якості відображення даних;

• типи інтерфейсів для сполучення обладнання;

• інші характеристики.

КТЗ САПР в цілому повинен відповідати наступним загальним ви-

могам:

¾ мати достатню продуктивність ОТ і об’єми оперативної пам’яті

ЕОМ

для розв’язання задач, що стоять на всіх етапах проектування;

¾ забезпечувати високу точність розрахунків, що досягається вико-

ристанням 32-разрядних, 64-разрядних (і вище) процесорів;

¾ забезпечувати можливість оперативної і ефективної взаємодії про-

251

ектувальників з ЕОМ за рахунок використання розвинутого периферійного

обладнання;

¾ мати можливість одночасної роботи з системою необхідної кіль-

кості користувачів САПР;

¾ забезпечувати розширення і модернізацію системи;

¾ мати високу надійність.

При необхідності використання спеціальних технічних засобів для

них розробляються специфічні вимоги. В САПР ДВЗ спеціалізовані засоби

в основному знаходять застосування

в функціональній підсистемі АСКВД.

Передавальний

пристрій (пристрої)

Джерело, приймач

інформації

Центральний

пристрій

Блок

керування

Блок

пам’яті

Блок

арифметики

Зовнішня

пам’ять

Жорсткі

магнітні

диски

Гнучкі

магнітні

диски

Оптичні

диски

Пристрої

введення

Алфавітно-

цифрова,

функціональна

клавіатури

Маніпулятори

керування

курсором

Планшет

Дисплей зі

світловим

пером

Графо-

считувальні

пристрої

Вимірювальні

пристрої

Пристрої

виведення

Пристрої

відображення

алфавитно-

цифрової та

графічної

інформації

Плоттери

Джерела

вихідних

сигналів

Пристрої

друку

Пульт

керування

исунок 6.1 – Загальний склад комплексу технічних засоб

для оброб

ів

ки даних

252

6.1.2. Основні типи ЕОМ та їх використання в САПР

До САПР залучаються обчислювальні машини різних типів і продук-

тивності. Використання конкретних ЕОМ тут залежить від складності

об’єкта проектування, ступеня інтегрованості САПР, складності програм-

них засобів, розмірів БД, кількості користувачів системи тощо. При цьому

обчислювальну техніку поділяють на декілька типів. Основними

з них є:

 великі ЕОМ;

 супер-ЕОМ;

 міні-ЕОМ;

 мікро-ЕОМ (ПК).

Важливо, що при незмінності такої класифікації основні кількісні ха-

рактеристик комп’ютерів змінюються надзвичайно швидко. Наприклад,

продуктивність процесорів ЕОМ подвоюється кожні півтора роки. Іншим

прикладом є дані щодо зростання об’ємів оперативної пам’яті ПК

, які по-

дано на рис.6.2. Видно, що це зростання здійснюється за експоненціальним

законом.

Наведемо ще такі важливі дані. За класифікацією німецьких спеціа-

лістів, яку було подано в 1990 р., великі ЕОМ мали наступні параметри:

Щільність

запису

інформації

в ОП,

біт на

мікросхему

Роки

2000

1990

1980

1970

исунок 6.2 – Зростання об’ємів оперативної пам’яті ПК в часі

 швидкодія – від 1 до 30 млн. операцій в секунду;

 оперативна пам’ять – від 4 до 64 мегабайт;

 зовнішня

пам’ять – 300 мегабайт і більше.

253

Порівняємо ці дані з еволюцією параметрів кращих персональних

комп’ютерів за період з 1994 по 2003 рр., що подані в табл.6.1. Видно, що

коли дотримуватись вказаної класифікації, то сучасні персональні

комп’ютери слід вважати великими ЕОМ.

Таблиця 6.1 – Зростання технічних параметрів ПК за період

з 1994 по 2003 рр.

Рік

Центральний процесор

Об’єм

оперативної

пам’яті, Мб

Об’єм

зовнішньої

пам’яті, Гб

Об’єм

відеопам’яті,

Мб

1994 Pentium/100 МГц 32 1 4

1995 Pentium/133 МГц 32 1,6 4

1996 Pentium Pro/200 МГц 32 4 6

1998 Pentium II/400 МГц 128 28 16

1999

Pentium III, Athlon/

550 МГц

128 25 32

2000

Pentium III, Athlon/

Понад 1 ГГц

256 30 64

2001

Pentium IV/1,7 ГГц,

Athlon/1,4 ГГц

512 74 128

2003 Pentium IV/3,06 ГГц 1014 120 256

Водночас надамо довідку щодо найпотужніших комп’ютерів остан-

нього часу. З табл.6.2 видно, що за період з 1999 по 2002 рр. максимально

досягнута продуктивність таких комп’ютерів зросла в 15 разів. При цьому

за цей час комп’ютер ASCІ RED (рис.6.3, 9632 процесори Pentium Pro,

600 Гб оперативної пам’яті) перемістився з першого місця на п’ятнадцяте.

Таблиця 6.2 – Максимально досягнута ефективність

комп’ютерів в 1999-2002 рр.

Рік появи

комп’ютера

1999 2000 2002

Тип найпотужнішого комп’ютера

вказаного року

ASCI RED ASCI Write

Earth-

Simulator

Фірма-виробник Intel IBM NEC

Продуктивність,

млн. операцій у секунду

2379,00 7226,00 35860,00

Кількість процесорів 9636 8192 5120

Місце комп’ютера в списку найпотуж-

ніших комп’ютерів на кінець 2002 р.

15 4 1

254

Таким чином, основ-

ні компоненти технічного

забезпечення САПР так

швидко змінюють друг

друга, що тільки-но

з’явившись на ринку, вони

стають морально застарі-

лими. При цьому слід ро-

зуміти, що поява більш по-

тужної техніки дозволяє

вирішувати більш складні

задачі певного призначен-

ня. Наприклад, метод скін-

чених елементів набув

практичного

використання для розв’язання задач температурного і напру-

жено-деформованого стану деталей складної конфігурації в 70-ті роки ХХ-

го століття. Сьогодні в практиці ДВЗ такі задачі розв’язують в нестаціона-

рній постановці (див рис.1.8).

исунок 6.3 – Суперкомп’ютер ASCI RED

фірми Intel в залі площею 8000 м

Такий самий прогрес маємо при моделюванні робочого процесу (див.

рис.1.7, 3.44, 3.67, 3.68). А в найближчий перспективі стоїть задача

оптимі-

зації конструкцій і процесів з комплексним урахуванням параметрів екс-

плуатаційної економічності, токсичності двигуна та забезпечення заданого

ресурсу. Тому ЕОМ кваліфікують не за їх характеристиками, а за призна-

ченням в процесі проектування.

Великі ЕОМ – це комп’ютери, що створені для обробки великих

об’ємів інформації. Найбільш потужний їх виробник – фірма ІВМ

. Такі

ЕОМ відрізняються високою швидкодією та надійністю, значно великою

пропускною здатністю каналів введення-виведення. До великих ЕОМ мо-

жуть приєднуватись тисячі терміналів (дисплеїв з клавіатурою) або персо-

нальних комп’ютерів. Більшість великих корпорацій обробляють інформа-

цію на великих ЕОМ.

Великі ЕОМ коштують мільйони доларів США, але попит на них не

зменшується – централізоване зберігання і обробка даних тут є дешевшою

ніж обслуговування розподілених систем.

255

Супер-ЕОМ – це комп’ютери, що призначені для розрахункових за-

дач. Потужні високорозвинені САПР базуються на супер-ЕОМ. Ці

комп’ютери розробляють лише декілька фірм – ІВМ, NEC, Hewlett-

Packard, Linux NetworX, Tera.

Міні-ЕОМ займають проміжне положення між великими ЕОМ і ПК.

Їх застосовують практично всі фірми середнього розміру. Міні-ЕОМ вико-

ристовують як для розв’

язання задач, потужності ПК для яких не вистачає,

так і для забезпечення централізованого зберігання і обробки даних. Най-

частіше до міні-ЕОМ підключають десятки і сотні терміналів і ПК.

Основні виробники міні-ЕОМ – фірми DEC, Sun, Hewlett-Packard,

IBM, Silicon Graphics.

Мікро-ЕОМ, або персональні комп’ютери, є найбільш поширеним

типом обчислювальної техніки. Сфера їх застосування постійно

зростає. Ці

ЕОМ дозволяють поєднуватись в мережі, завдяки чого десятки і сотні ко-

ристувачів можуть обмінюватись інформацією та отримувати доступ до

спільних БД.

В цілому перехід до використання більш потужної ОТ здійсню-

ють тоді, коли застосування молодших типів комп’ютерів

стає невиправданим.

Структура КТЗ САПР в класичному варіанті може бути однорівне-

вою, дворівневою та багаторівневою.

Однорівнева система технічних засобів передбачає використання од-

нієї великої або супер-ЕОМ з необхідною кількістю терміналів. Дворівнева

система вимагає використання на верхньому рівні ЕОМ великої потужнос-

ті, а на нижньому – персональних комп’ютерів. Багаторівнева система КТЗ

САПР передбачає

використання наступної ієрархії. На верхньому рівні

знаходиться велика або супер-ЕОМ, на середньому – міні-ЕОМ, на ниж-

ньому – ПК. Останній варіант конфігурації засобів САПР дозволяє здійс-

нювати найбільш оптимальне навантаження програмно-інформаційного

комплексу з обробки даних.

З урахуванням принципу розвитку САПР найбільш доцільними для

використання в САПР ДВЗ слід вважати

дворівневі та багаторівневі систе-

ми технічних засобів.

256

6.1.3 Периферійне обладнання ПК

До периферійного обладнання ПК відносять зовнішню пам’ять, при-

строї введення і виведення даних, передавальні пристрої.

Зовнішня пам’ять, а особливо жорсткий магнітний диск – вінчес-

тер (рис.6.4, а), в суттєвому ступені визначає ефективність комп’ютера.

исунок 6.4 – Зовнішній вигляд

вінчестера ПК (а), зовнішнього

вінчестера (б) та зовнішнього

накопичувача даних типу

“брелок” (в)

Співвідношення між продуктивністю процесора, оперативною та зо-

внішньою пам’яттю ПК

можна оцінити з табл.6.1. Значний вплив на швид-

кість обміну інформацією тут визначає частота обертання дисків вінчесте-

ра та об’єм його буферної пам’яті. Для ЕОМ на базі Pentium IV ці показни-

ки відповідно дорівнюють 7200 – 10000 хв

-1

і 2 – 8 Мб.

При використанні ПК в загальному випадку для обміну даними з ін-

шими користувачами в комп’ютер встановлюють 3,5-дюймовий накопичу-

вач на гнучких магнітних дисках ємністю 120 або 200 Мб. Цей пристрій

також працює з традиційними дискетами на 1,44 Мб. Для читання і запису

даних на оптичних носіях інформації може бути використано CD-RW-

привод або комбінований пристрій DVD/CD-RW. Ємність оптичних дисків

– 700 – 800 Мб. Яка додаткові пристрої може бути використано зовнішній

вінчестер (40 Гб), або пристрій типу “брелок” (512 Мб), див. рис.6.4, б, в.

257

Зрозуміло, що існують і інші пристрої зовнішньої пам’яті, але водночас

слід вказати, що при використанні ПК в локальній мережі САПР вимоги до

них не є критичними. Принципово тут можуть існувати і існують робочі

місця проектувальників, що не мають інших пристроїв зовнішньої пам’яті,

окрім вбудованого в ЕОМ вінчестера.

Пристрої введення

забезпечують повноту принципу оптимальності

зв’язків проектувальника з ЕОМ та є засобами реалізації вхідних мов прое-

ктування.

Основними пристроями введення виступають алфавітно-цифрова

та функціональна клавіатури. Найчастіше ці засоби КТЗ поєднуються в

одному пристрої. З точки зору ефективної роботи проектувальника в пер-

шу чергу тут звертають увагу на ергономічність клавіатури

. Приклади ер-

гономічних клавіатур було розглянуто на рис.1.10.

До маніпуляторів керування курсором

відносять мишу, шариковий маніпулятор

(трекбол), джойстик та інші прилади. Основ-

ним маніпулятором керування курсором в

САПР вважається миша, до якої також в пер-

шу чергу пред’являють вимоги ергономічнос-

ті. Додаткові можливості, окрім кнопок іден-

тифікації об’єктів

та ініціалізації виконання

команд, тут надає колесо для скролінга тексту

та управління графічними зображеннями. По-

легшує роботу користувача робота з оптич-

ною мишею без килимка та миша, що керу-

ється по радіоканалу (рис.6.5). Існують також

миші з вбудованими телефоном, калькулято-

ром тощо.

Більшість електронних командних

планшетів (дигітайзерів) мають двоцільове

призначення – вони поєднують використання планшетного меню та засобів

керування курсором. Приклад меню командного планшета було подано на

рис.4.21. Вибір команд з меню тут здійснюється за допомогою електронно-

го пера або візірки (рис.6.6). Вільне поле планшета, яке не ідентифікується

для введення команд, може бути відведено під область оцифровки. Коли

исунок 6.5 – Ергономічні

оптична миша (а) та

безпровідна миша,

що управляється по

адіоканалу (б)

258

перо або візірка потрап-

ляють в цю область, то

вони стають пристроями

керування курсором.

Світлове перо до-

зволяє здійснювати безпо-

середній контакт користу-

вача з даними на екрані

монітора. Будова і моди-

фікація гра ого елеме-

нта здійснюються торкан-

ням пером певної позиції екрана при натиснутій кнопці пера. Слід вказати,

що при

тривалій роботі з пером рука користувача втомлюється. Це зводить

до мінімуму всі переваги прямої взаємодії проектувальника з графічним

зображенням.

исунок 6.6 – Електронний планшет з пером (1)

та визіркою (2) для введення інформації

фічн

Основними графосчитувальними пристроями в САПР є сканери. За

допомогою лінійки фотоелементів графічне зображення зчитується з папе-

рового носія та перетворюється в сукупність електронних сигналів, які об-

робляються відповідним ПЗ. Такий підхід

утворює електронну графічну

копію документа.

Сканери розподіляють на ручні, планшетні, протяжні. Ручні сканери

користувач сам переміщує по поверхні документа. Їх рекомендують вико-

ристовувати для сканування невеликих зображень. Ширина лінійки фото-

елементів в них не перевищує 10 см. В планшетних сканерах аркуш із зо-

браженням вкладається на спеціальну поверхню, після чого здійснюється

автоматичне

переміщення лінійки і сканування графічної інформації. Така

конструкція сканера дозволяє вводити в ЕОМ дані зі зброшурованих звітів,

журналів тощо. В деяких планшетних сканерах існує можливість автома-

тичного подавання окремих аркушів паперу. Останнє забезпечує введення

даних без постійного втручання користувача. В протяжних сканерах папір

протягається крізь сканер. Такий сканер дозволяє працювати

тільки з

окремими листами.

Найбільшого розповсюдження в САПР ДВЗ набули планшетні та

протяжні сканери. Загальний вигляд планшетних та протяжних сканерів

подано на рис.6.7.

259