Програмне та інформаційне забезпечення САПР

Програмне забезпечення САПР являє собою сукупність всіх програм та експлуатаційної документації до них, необхідних для автоматизованого проектування.

Фізично до складу ПЗ входять:• документи з текстами програм;• програми, записані на машинних носіях

інформації;• експлуатаційні документи.

ПЗ конкретної САПР включає в себе програми і документацію для всіх типів ЕОМ, використовуваних в даній САПР. Складові програмного забезпечення САПР, а також вимоги до його розробки та документування встановлені державними стандартами.

Загальносистемне ПЗ

Містить набір програмних засобів , які призначені для підвищення ефективності використання обчислювальних комплексів САПР і продуктивності праці персоналу, що обслуговує ці комплекси .

До функцій загальносистемного ПЗ відносяться:

• управління процесом обчислень;• введення, висновок і частково обробка інформації ;• діалогова взаємозв'язок з користувачем в процесі

проектування ;• рішення общематематических завдань ;• зберігання, пошук , сортування , модифікація даних ,

необхідних при проектуванні , захист їх цілісності та захист від несанкціонованого доступу;

• контроль і діагностика роботи обчислювального комплексу .

Спеціалізоване ПЗ

Включає в себе прикладні програми та пакети прикладних програм ( ППП) , основною функцією яких є отримання проектних рішень.Операційні системи включають в себе програми двох груп:

• обробні програми , складові підсистему підготовки програм користувача (зовнішнє програмне забезпечення) ;

• керуючі програми , що утворюють групу виконання програм користувача (внутрішнє програмне забезпечення).

Структура загальносистемного програмного забезпечення САПР

Операційна система

Оброблюючі програми

Транслятори

Обслуговуючі програми

Бібліотеки

Управляючі програми

Супервізор

Управління даними

Управління завданнями

Прикладне програмне забезпечення

Являє собою пакети прикладних програм (ППП ) для виконання різних проектних процедур. Вони розробляються на основі єдиного внутрішнього представлення графічної і текстової інформації , єдиного вхідного мови , будуються за модульним принципом і орієнтовані на використання непрограмістів - проектувальником.

Пакети прикладних програм простої структури характеризуються наявністю тільки обробної частини - набору функціональних програм (модулів) , кожна з яких призначена для виконання тільки одного проектної процедури. Об'єднання потрібних модулів здійснюється засобами операційної системи ЕОМ.

Керуюча частина програмного забезпечення має ієрархічну організацію , і в загальному випадку в ній можна виділити різні рівні : рівень операційних систем обчислювальної мережі , операційних систем окремих ЕОМ , моніторних систем САПР і моніторів окремих ППП.Основні

функції керуючої частини:

зв'язок з користувачем в режимі

діалогу

планування обчислювал

ьного процесу

розподіл обчислювал

ьних ресурсів

динамічний розподіл пам'яті та інші

Спеціалізоване ПЗ САПРСтворюється з урахуванням організації і можливостей загальносистемного програмного забезпечення. В цілому склад і структура ПО визначаються складом і структурою САПР та її підсистем . Можливості, що надаються сучасними обчислювальними комплексами , більшою мірою визначаються їх операційними системами (ОС) , ніж технічними пристроями.

Операційні системи організують одночасне вирішення різних завдань на ВТ , динамічний розподіл каналів передачі даних і зовнішніх пристроїв між завданнями , планування потоків завдань і послідовності їх вирішення з урахуванням встановлених пріоритетів , динамічний розподіл пам'яті обчислювального комплексу , забезпечують роботу в різних режимах (з фіксованим і змінним числом задач в інтерактивному режимі).

Системне програмне забезпечення

Включає в себе програми, що здійснюють управління, контроль і планування обчислювального процесу, розподіл ресурсів , введення / виведення даних та інші операції в підсистемах САПР. Його поділяють на дві частини.

• Перша частина - загальносистемне ПЗ , яке представлене операційними системами. Вони використовуються в САПР.

• Інша частина - базове програмне забезпечення, що включає програми обслуговування підсистем САПР ( моніторні системи , СУБД , графічні і текстові редактори ) .

До програмного забезпечення пред'являються такі вимоги:

• економічність (ефективність за швидкодією і витратам пам'яті);

• зручність використання, застосування простих проблемно- орієнтованих мов;

• наявність засобів діагностики помилок користувача ;

• надійність і правильність отримання результатів проектування;

• універсальність по відношенню до тих чи іншим обмеженням вирішуваних завдань ;

• відкритість ( адаптованість) щодо внесення змін в процесі експлуатації програм;

• сопровождаемость , що характеризує працездатність програм при внесенні змін до них ;

• мобільність при перебудові програм з ЕОМ одного типу на ЕОМ іншого типу.

Інформаційне забезпечення САПРОсновне призначення ІЗ САПР - зменшення обсягів інформації, необхідної в процесі проектування від розробника, і виключення дублювання даних в прикладному, програмному та технічному забезпеченні САПР.

ІЗ САПР складається з опису стандартних проектних процедур, типових проектних рішень, типових елементів, комплектуючих виробів і їх моделей, матеріалів, числових значень параметрів і інших даних. Ці дані в закодованій формі записуються на машинних носіях: магнітних стрічках і магнітних дисках.

Структура та зміст ІЗ САПР, а також характер його використання залежать від ступеня розвитку банку даних. Дані ІЗ зазвичай групуються в окремі масиви, кожен з яких відноситься до певного об'єкту опису. Такі масиви називаються файлами. Вся сукупність файлів утворює базу даних, яку можна багаторазово використовувати при проектуванні.

Для створення, розширення, коригування і колективного використання даних створюються спеціальні системи управління базами даних (СУБД). Сукупність баз даних, систем управління файлами, а також належних до них програмних, мовних, технічних та організаційних засобів називається банком даних. Отже, банки даних (БНД) є складовою частиною ІЗ САПР і складаються з баз даних (БД) і систем управління базами даних (СКБД). БНД створюються як обслуговуючі підсистеми САПР і призначені для автоматизованого забезпечення необхідними даними проектуючих підсистем САПР.

За призначенням СУБД є елементом інформаційного забезпечення, так як організує автоматизоване забезпечення проектувальника інформацією, а за змістом це комплекс програм, тобто елемент програмного забезпечення.Склад БД визначають з урахуванням

характеристик об'єктів проектування

(технічних, метрологічних,

експлуатаційних)

характеристик процесу

проектування (типові проектні рішення

опису технологічних операцій (з

варіантами їх реалізації)

чинних нормативних та довідкових даних, раніше створених в

організації інформаційних масивів.

Основні вимоги до баз даних:• встановлення багатосторонніх зв'язків по

продуктивності - пропускної спроможності; • мінімальна надмірність за витратами на створення і

експлуатацію БД; • цілісність і можливість пошуку даних; • безпеку і секретність від несанкціонованого доступу; • зв'язок з розробленими і проектованими БД; • простота; • можливість налаштування і переміщення даних.

Останні вимоги складають концепцію автоматизованих інформаційних систем, що володіють адаптацією СУБД до даної предметної області з урахуванням динаміки її розвитку.

База даних характеризується двома аспектами: • інформаційним;• маніпуляційним. Перший відображає структуру даних, найбільш підходящу для даної предметної області; другий - дії над структурами даних: • вибірку, • додавання, • видалення, • оновлення та • перетворення даних. При побудові БД повинен виконуватися принцип інформаційного єдності, тобто повинні застосовуватися терміни, символи, умовні позначення, проблемно-орієнтовані мови та інші способи подання інформації, прийняті в САПР.

В якості основних логічних структур баз даних можуть використовуватися: • ієрархічна, • мережева, • реляційна, • змішана.

Зміст, структура та організація використання БД повинні забезпечувати: • об'єднання будь-якого числа БД будь-якого обсягу, що

допускає спільне використання загальних даних різними підсистемами САПР для різних завдань;

• можливість нарощування БД, достовірність і несуперечність даних, мінімальний обсяг пам'яті ЕОМ для їх зберігання;

• захист і регулювання можливості доступу до БД; • багаторазове використання даних.

В БД можна виділити частини, що грають різну роль у процесі проектування.• Перша частина - довідник - містить довідкові дані про

ГОСТах, нормативах, уніфікованих елементах, раніше виконаних типових проектах. Ця частина змінюється найменш часто, характеризується одноразовим записом і багаторазовим зчитуванням і називається постійною частиною БД.

• Друга частина - проект - містить відомості про апаратуру, що знаходиться в процесі проектування. У неї входять результати вирішення проектних завдань, отримані до поточного моменту (різного типу схеми, специфікації, таблиці з'єднань, тести). Проект поповнюється або змінюється в міру завершення чергових ітерацій на етапах проектування і становить напівзмінні частина БД.

• Третя частина БД містить масиви змінних, значення яких важливі тільки в процесі спільного вирішення двома (або більше) програмами конкретної задачі проектування. Це змінна частина БД.

Перший спосіб інформаційного узгодження програм - побудова централізованої БД, загальною для всіх модулів програмного забезпечення.

У відповідності з цим способом при створенні САПР спочатку розробляється БД, а потім - програмне забезпечення. Реалізація централізованої БД - складна задача, т. к. обрана структура БД не завжди може забезпечити реалізацію всіх необхідних маршрутів проектування.

Програма А

Центральна база даних

Програма В

Програма С

Програма Д

Другий спосіб інформаційного узгодження програм - побудова системи, в якій кілька частинних баз даних сполучаються за допомогою спеціального програмного інтерфейсу.

Програма А Програма В

База даних 1

Спряження

Спряження

База даних 3 Програма Д

База даних 2 Спряження

Програма С

Інтерфейс являє собою програми перекомпонування інформаційних масивів з форматів і структур однієї БД в формати і структури, прийняті в інший БД.

Основні операції в БД:

вибірка даних прикладними програмами

запис нових даних, видалення

старих непотрібних

записів

перезапис файлів з одних

машинних носіїв на інші і так далі

Для виконання більшості з цих операцій потрібне спеціальне програмне забезпечення.• Логічне уявлення БД відображає тільки склад

відомостей і зв'язки між елементами відомостей, що зберігаються в БД.

• Фізичне представлення БД відображає спосіб розташування інформації на машинних носіях.

Структуру БД можна представити у вигляді графа. Кожна вершина графа відображає групу однотипних записів (групи взаємопов'язаних елементів даних), тобто кожній вершині можна поставити у відповідність таблицю, що містить конкретні значення (екземпляри) записів.

• БД, для логічного представлення яких використовуються графи, називаються мережними. Зазвичай в мережевих БД в графах, що зображують структуру, можна вказати ті чи інші цикли. В окремому випадку мережевих БД граф може являти собою дерево. Зокрема, якщо усунути з БД всі відомості, крім одного номінального, то структура представляється деревом. Таку структуру називають деревовидною або ієрархічною.

• Поряд з мережевим підходом до подання БД існує інший підхід, заснований на операції нормалізації структури. Цей підхід призводить до логічного поданням БД у вигляді сукупності таблиць. Такі бази даних бази даних називають реляційними БД. Реляційна БД являє собою сукупність таблиць за умови, що відомості про зв'язки між таблицями вдається включити в самі ці таблиці. Включення таких відомостей забезпечується нормалізацією.

Рівні представлення данихІснує три рівні представлення даних: рівень користувача (предметна область), логічний і фізичний.Кожен об'єкт предметної області характеризується своїми атрибутами, кожний атрибут має ім'я і значення.

• Логічний (концептуальний) рівень - це абстрактне уявлення (абстрактний рівень) даних, незалежне від подання в ЕОМ.

• Фізичний рівень - це практична реалізація бази даних на тому чи іншому носієві в ЕОМ. Сюди входять і програмні засоби управління цими носіями.

Сукупність файлів на логічному рівні називають бібліотекою, відповідної конкретної розглянутої предметної області. На фізичному рівні бібліотеці відповідає база даних. На логічному рівні дані можуть бути представлені трьома способами.

В даний час існує три моделі даних: реляційна, мережева та ієрархічна.

• В основу реляційної моделі покладено поняття теоретико-множинного відношення (реляції), яке представляється у вигляді таблиці.

• Ієрархічна модель даних - це деяка їх сукупність, що складається з окремих дерев, в яких всі зв'язки спрямовані від одного сегмента, званого вихідним, до декількох породженим, тобто реалізуються зв'язку типу "один до багатьох".

• Мережева модель даних є більш загальною структурою у порівнянні з ієрархічною. Кожен окремий сегмент (осередок) може мати довільне число безпосередніх вихідних (старших) сегментів, а також і довільне число породжених (молодших).

Проектування бази данихПроцес розробки структури БД на підставі вимог користувача називають проектуванням БД (ПБД). Результатами ПБД є структура БД, що складається з логічних і фізичних компонент, і керівництво для прикладних програмістів.

Розвиток системи БД в часі називають життєвим циклом. Останній ділиться на стадії аналізу, проектування і експлуатації.

• Перша стадія включає в себе етапи формулювання й аналізу вимог, концептуального проектування, проектування реалізації, фізичного проектування.

• Друга стадія складається з етапів реалізації БД, аналізу функціонування та підтримки, модифікації та адаптації.

• Концептуальне проектування забезпечує вибір структури організації інформації на основі об'єднання інформаційних вимог користувачів.

• Проектування реалізації (логічне проектування) поділяють на дві частини: проектування бази даних та проектування програм.

Результатом першої частини є логічна структура БД. Результатом другої частини вважають функціональні описи програмних модулів та набори запитів до БД.

• Фізичне проектування поділяють також на дві частини: 1) вибір фізичної структури БД;2) налагодження програмних модулів, отриманих при

проектуванні програм.

Результатом етапу є підготовка до експлуатації БД. На етапі реалізації БД ставиться завдання розробки програм доступу до БД.

Рівні абстракції для опису даних

концептуальний

(з позиції адміністратор

а)

опис об'єктів,

атрибутів та значень

даних

реалізації (з позиції

прикладного програміста і користувача)тут мають

справу із записами, елементами даних і зв'язками

між записами

фізичний (з позиції

системного програміста)оперують

блоками, покажчик

ами, даними

переповнення,

угрупованням даних

При роботі з БД використовуються декілька типів мов:• маніпулювання даними; • програмування;• опису фізичної організації даних. Процес проектування БД починають з побудови концептуальної моделі (КМ). КМ складається з опису об'єктів і їх взаємозв'язків без вказівки способів фізичного зберігання. Побудова КМ починається з аналізу даних про об'єкти і зв'язки між ними, збору інформації про дані в існуючих і можливих прикладних програмах. Іншими словами, КМ - це модель предметної області. Версія КМ, забезпечувана БД, називається логічною моделлю (ЛМ). Підмножини ЛМ, які виділяються для користувачів, називаються зовнішніми моделями. Логічна модель відображається у фізичну, яка відображає розміщення даних і методи доступу. Фізичну модель називають ще внутрішньою. Зовнішні моделі не пов'язані з використовуваними ТЗ та методами доступу до БД.