Эффективность САПР

Информационное обеспечение САПР. Организация информационного фонда.
Совокупность данных используемых всеми компонентами САПР составляет информационный фонд САПР. Назначение информационного обеспечения (ИО) САПР – реализация информационных потребностей всех составных компонентов САПАР. Основная функция ИО САПР –
ведение информационного фонда, т. е. обеспечение создания поддержки и организации доступа
к данным информационное обеспечение САПР есть совокупность информационного фонда и
средств его ведения.
Состав информационного фонда САПР.
1.
2.
3.
4.
5.
программные модули хранятся в виде совокупности символических и объектных текстов.
Эти данные мало изменяются в течении жизненного цикла САПР, имеют фиксированные
размеры и появляются на этапе создания информационного фонда САПР.
Исходные и результирующие данные необходимые при использовании программных модулей в процессе преобразования
Нормативно-справочные проектная документация включает в себя справочные данные о
материалах, элементах схем дифференцированных узлах и конструкциях (ГОСТы, ОСТы,
РМ и т. п.)
Содержание экранов дисплеев представляет собой связанную совокупность данных задающих фактуру кадра и, следовательно, позволяющих отобразить на экран дисплея информацию с целью организации диалогового взаимодействия в ходе проектирования
Текущая проектная организация отражает состояние и ход выполнения проекта.
Способы ведения информационного фонда САПР.
Проблему организации и ведения информационного фонда можно рассматривать в содержательном и организационном аспектах.
С точки зрения содержания содержательный аспект информации, используемый при проектировании полностью определяется принятой методикой проектирования разработанными алгоритмами решения частных задач.
С организационной точки зрения важно сформулировать принципы и определить средства ведения информационного фонда, структурирования данных, выбрать способы управления массивами данных. Различают следующие способы ведения информационного фонда САПР:
1. Использование файловой системы
2. Построение библиотек
3. Использование банков данных
4. Создание информационных программ адаптеров
Способы 1 и 2. Эти способы широко распространены в организации информационного обеспечения вычислительных систем, поскольку поддерживаются средствами ОС. В приложении к
САПР они применяются при хранении программных модулей в символических и объектных
кодах, диалоговых сценариях поддержки проектирования начального ввода круглых массивов
исходных данных, хранения текстовых документов.
Способ 3. Этот способ позволяет: 1) централизовать информационный фонд САПР, 2) произвести структурирование в удобном виде для проектировщика, 3) обеспечить поиск информативно-справочной и проектной документации, 4) упростить организацию межмодульного интерфейса путем унификации промежуточных данных.
Способ 4. По этому способу строят специализированные системы, ориентированные на построение крупных программных комплексов из готовых модулей. В этой системе промежуточные данные унифицируются с их мощью единого процессора и построение специализированных межмодульных и информационных программ – адаптеров.
Принципы построения банков данных. Общие сведения.
Синонимом понятия «данные» служат термины «информация» и «сведения». Как показал
опыт разработки и эксплуатации систем обработки информации способы хранения и обработка
данных оказывают решающие влияние на функционирование системы в целом, ее практическую эффективность.
Банк данных (БНД) – совокупность базы данных и системы управления базами данных. Систематическая организация данных и система их обработки.
База данных (БД) – структурированная совокупность данных.
Наименьшая единица описания данных называется элементом описания. Совокупность элементов, описания объединенных отношением принадлежностью к одному описанному объекту
называется записью.
Система управления базами данных (СУБД) состоит из языковых и программных средств,
предназначенных для создания и использования базы данных прикладными программами, а
также непосредственно пользователя-непрограммиста.
Как правило, банк данных работает в многопользовательском режиме, с его помощью осуществляется информационный интерфейс (взаимодействие) различных подсистем САПР. Построение банков данных САПР - сложная задача, что обусловлено следующими особенностями
САПР.
1. Разнообразие проектных данных, фигурирующих в процессах обмена как по своей семантике (многоаспектность), так и по формам представления. В частности, значительна доля
графических данных.
2. Нередко обмены должны производиться с высокой частотой, что предъявляет жесткие
требования к быстродействию средств обмена (полагают, что СУБД должна работать со скоростью обработки тысяч сущностей в секунду).
3. В САПР проблема целостности данных оказывается более трудной для решения, чем в
большинстве других систем, поскольку проектирование является процессом взаимодействия
многих проектировщиков, которые не только считывают данные, но и изменяют их, причем в
значительной мере работают параллельно. Из этого факта вытекают следствия: во-первых, итерационный характер проектирования обычно приводит к наличию по каждой части проекта нескольких версий, любая из них может быть принята в дальнейшем в качестве основной, поэтому
нужно хранить все версии с возможностью возврата к любой из них; во-вторых, нельзя допускать использования неутвержденных данных, поэтому проектировщики должны иметь свое рабочее пространство в памяти и работать в нем автономно, а моменты внесения изменений в общую БД должны быть согласованными и не порождать для других пользователей неопределенности данных.
4. Транзакции могут быть длительными и трудоемкими. Транзакцией называют последовательность операций по удовлетворению запроса. В САПР внесение изменений в некоторую
часть проекта может вызвать довольно длинную и разветвленную сеть изменений в других его
частях из-за существенной взаимозависимости компонентов проекта (многошаговость реализации запросов). В частности, транзакции могут включать в себя такие трудоемкие операции, как
верификация проектного решения с помощью математического моделирования. В результате
транзакции могут длиться даже несколько часов и более. Одна из трудностей заключается в
отображении взаимозависимости (ассоциативности) данных. При хранении компонентов проекта во внешней памяти затраты времени на обработку запросов оказываются значительно выше,
чем в большинстве других автоматизированных систем, с менее выраженными взаимозависимостями данных.
5. Иерархическая структура проектных данных и, следовательно, отражение наследования
в целях сокращения объема базы данных.
В определенной мере названные особенности учитываются в СУБД третьего поколения, в
которых стали применяться черты объектно-ориентированных (объектных) СУБД. В них наборы данных, характеризующих состояние предметной области (состояние проекта в случае
САПР), помещаются в отдельные файлы. Интерпретация семантики данных осуществляется с
помощью специальных процедур (методов), сопровождающих наборы. Наследование свойств
объектов предметной области выражается с помощью введения категорий класса, надкласса,
подкласса
Применение БНК позволяет решить следующие проблемы организации и ведения больших
массивов информации: 1) сокращение избыточности; 2) обеспечение целостности; 3) разграничение доступа; 4) обеспечение независимости предоставления данных.
Избыточностью называется наличие различных форм представления одних и тех же данных
размножением части данных для дальнейшего использования прикладными программами повторными записями одинаковых данных на различных физических носителях информации.
Целостностью называется свойство БД в любой момент времени содержать лишь достоверные
данные наличие избыточных противоречивых и неверно составленных данных нарушает целостность БД.
Процесс объединения данных используемых различными пользователями в одну общую БД
называется интеграцией БД.
Разграничение доступа означает что каждый конкретный пользователь должен получить доступ лишь к некоторому подмножеству данных из БД, необходимых для выполнения своих прикладных программ. Одновременно с этим обеспечивается режим секретности и повышается
степень защищенности данных от несанкционированного доступа.
Обеспечение независимости представления данных в прикладных программах достигается
построением двух уровней представления данных: логического и физического.
На логическом уровне данные представляются в виде удобном для использования в прикладных программах или непосредственно проектировщиками.
Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с
учетом их расположения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ.
Важнейшим понятием в БНД является модель данных – формализованное описание отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. Модели данных классифицируются по ряду признаков в зависимости от объема описываемой информации на логическом
уровне различают внешнюю и внутреннюю модель данных.
Внешняя модель данных (логическая подсхема) описывает структуру информации относящейся к некоторой конкретной процедуре или к группе родственных проектных процедур.
Внутренняя модель данных (логическая схема) объединяет все подсхемы БД. По способам
ограничения связей между данными на логическом уровне различают модели – иерархическую,
сетевую и реляционную. Модель называется сетевой, если данные и их связи имеют структуру
графа. Если структура отражаемых связей представляется в виде древа, то модель называется
иерархической. Представление данных в форме таблиц соответствует реляционной модели данных.
Задание модели данных в БД осуществляется на специальном языке описания данных (ЯБД).
Язык описания данных представляет собой совокупность директив, построенных в соответствии с выбранной моделью данных.
Прикладные программы, использующие БНД, записываются на некотором алгоритмическом
языке (например, Фортран, ПЛ/1, Паскаль), называемом включающим языком.
Для обеспечения взаимодействия с БНД в эти программы должны быть введены операторы
обращения к СУБД.
Совокупность операторов обращения к СУБД из прикладной программы составляет язык манипулирования данными (ЯМД).
Основные операции с данными, выполняемыми ЯМД, следующие:
1. Поиск информации по заданным поисковым признакам в БД
2. Включение в БД новых записей
3. Удаление из БД лишних или ненужных в дальнейшем записей
4. Изменение значений элементов данных в записях
Как правило операторы ЯМД реализуются во включающем языке с помощью оператора CALL
и выполняют обращение к необходимым подпрограммам СУБД.
Банк данных –сложная информационно-программная система, функционирование которой
невозможно выполнить полностью в автоматическом режиме. Контроль за ее состоянием и
управление режимами осуществляется человеком либо группой лиц, называемом администратором банка данных.
Администратор прежде всего составляет внешние и внутренние модели данных, управляет
размещением информации на физических носителях. Второй важнейшей его обязанностью является поддержание целостности БНД. Для этого администратор выполняет восстановление БД
после сбоев аппаратуры, запись и хранение копий ведения системного журнала, где фиксируются все изменения, вносимые в БД, устранение избыточности данных и др.
Схема взаимосвязи СУБД с прикладными программами:
ППа
ППб
РОа
РОб
ВШа
ВШб
ВН
СУБД
ОС
БД
СБ
Прикладные программы ППа и ППб пользователей а и б обращаются с запросами к СУБД, которые пользуясь информацией о конкретной внешней модели и основываясь на описании логической схемы БД формируют обращение к программным средствам того или иного метода доступа в составе ОС. Полученные данные поступают в начале в системный буфер, а затем помещаются в доступную пользователю рабочую область. Совокупность моделей данных и операций, определенных над данными, называется подходом. В соответствии с моделями данных
различают реляционный, сетевой и иерархический подходы. Т. к. подход лежит в основе построения СУБД различают реляционные, сетевые и иерархические СУБД.
Тип организации СУБД определяется степенью структурированности записей в составе БД.
Сильноструктурированная запись – запись построенная в соответствии с фиксированным заранее определенным форматом всех элементов описания. К таким данным относятся, например
сведения о микросхемах.
Фактографические СУБД – СУБД, предназначенные для хранения сильно структурированных
записей.
Слабоструктурированная запись – запись в которую выделены лишь элементы, соответствующие заголовку, году издания, организации – разработчику и всему остальному тексту, содержащему информацию символьного типа переменной длины.
Документальными или информационно-поисковыми (ИПС) СУБД называются СУБД, предназначенные для хранения слабоструктурированных записей. В САПР находят применение СУБД
обоих типов.
Организация технического обеспечения САПР оказывает включение на структуру ИО и в
первую очередь без данных. Если БД сконцентрирована в одном узле вычислительной сети, то
она называется сосредоточенной, в противном случае – распределенной.
Если информационное обслуживание с помощью БД относится ко всей САПР, то БД называют общей (интегрированной или центральной), а если к отдельному пакету прикладных программ, то локальной.
Реляционный подход.
Реляционные модели данных в последнее время получили широкое распространение вследствие простой формы представления данных, а также благодаря развитому теоретическому аппарату, позволяющему описывать различные преобразования реляционных данных. Основу реляционной модели данных составляет совокупность данных, сформулированных в виде таблицы. Такая форма представления данных привычна для специалиста пользующегося различной
справочной литературой. Из теории множеств известно, что формальным аналогом таблицы
выступает отношение. Пусть дана совокупность множествD1, D2, …, Dn. Отношением R называется некоторое подмножество декартова произведения этих множеств:
R  D1 x D2 x … x Dn
А1
А2
а1
b3
а2
b1
а2
b3
а3
b1
а3
b3
Запись вида Q(A1A2) называется схемой отношения Q. Совокупность схем отношений составляет схему реляционной БД.
Иерархический и сетевой подходы.
При реляционном подходе полностью отсутствуют указания на то, каким образом производить поиск необходимых данных. Оперирование отношениями (таблицами) предполагает просмотр всех записей. Когда БД велика, а этот случай типичен для САПР, то невозможно производить полный просмотр всех ее записей. Поэтому необходимо предварительное упорядочение
в группы записей по признакам поиска. Для организации поиска нужных записей используются
понятия ключа и связи.
Ключ – уникальное имя записи в качестве которого может выступать как элемент какого атрибута в записи – простой ключ, как и совокупность элементов нескольких атрибутов – составной ключ. В качестве ключа БД могут выступать код способа сварки. Упорядочение по ключу
может быть прямым либо выполнено с помощью хеш-функции.
Прямое упорядочение предполагает лексикографическое расположение записей. Записи могут
быть записаны либо в порядке увеличения значения ключа (при этом можно рассматривать простой ключ как некоторое число), либо в алфавитном порядке.
Хеш-функция производит пересчет ключа в адрес записи ключа на файле. Эта операция выполняется СУБД всякий раз при поиске нужной записи по ключу.
Однотипные записи группируются в сегменты (типы записей).
Графически при описании базы данных разным типам связей соответствуют обозначения в
виде различных стрелок: “” – связь с одной записью; “↠” – cвязь с несколькими записями.
Взаимные связи имеют следующие названия: “↔” – «один к одному»; “←↠” – «один ко многим»; “↞↠” – «многие ко многим».
Типы и обозначения связей.
…
А
…
В
а)
А
…
В
б)
А
…
В
в)
А
…
В
…
г)
На рисунке записи изображены в виде прямоугольников, сегменты представлены кружками,
например обозначение, приведенное на рис. «в» следует понимать так: каждая запись сегмента
связана с некоторой группой записей сегмента В, а с одной записью сегмента А.
С помощью указанных обозначений отражается граф логической схемы, вершины которого –
сегменты, а другие – обозначения типов связей между сегментами.
Пример логической схемы базы данных.
А
В
С
(1)
Е
G
А
Иерархические БД имеют графическую схему в виде дерева, а тип связи соответствует рисунку (1).
А
В
D
С
E
F
G
H
Пример логической схемы иерархической БД.
В иерархической БД связи направлены только от верхних сегментов к нижним, обратные указатели отсутствуют. Это объясняется принципиальным свойством представления данных: каждая запись приобретает смысл тогда, когда она рассматривается в своем контексте, т. е. любая
запись не может существовать без предшествующей ей записи иерархии. При поиске в иерархической БД необходимо указывать значение ключа на каждом уровне иерархии. Так, для доступа
к записи из множества G должны быть последовательно указаны ключи записей из множеств А,
С и G.
Лингвистическое обеспечение САПР.
Языки программирования.
Языки программирования – языки, предназначенные для написания программного обеспечения. Эти языки – средство разработчика САПР.
К языкам программирования предъявляют требования удобства использования, универсальности и эффективности объектных программ. Удобство использования выражается в затратах
времени программиста на освоение языка и главным образом на написании программ на этом
языке. Универсальность определяется возможностями языка для описания разнообразных алгоритмов, характерных для программного обеспечения САПР, а эффективность объектных программ – свойствами используемого транслятора, которые, в свою очередь, зависят от свойств
языка. Эффективность оценивается затратами машинного времени и памяти на исполнение программ.
Классификация языков САПР.
Языки САПР
программирования
выходные
промежуточные
проектирования
входные
Описания объектов
схемные
внутренние
сопровождения
Описания заданий
графические
моделирования
Языки проектирования.
Языки проектирования – языки, предназначенные для описания информации об объектах и
задачах проектирования. Большинство этих языков относится к средствам пользователя САПР.
Входные языки служат для задания исходной информации об объектах и задачах проектирования и включают в себя языки описания объектов и языки описания заданий. Первые служат
для описания свойств проектируемых объектов, а вторые – для описания заданий на выполнение проектных операций и процедур.
Выходные языки используются для выражения результатов выполнения проектных процедур
на ЭВМ.
Языки сопровождения применяются для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур.
Языки управления служат для представления управляющей информации для программноуправляемого оборудования, например, устройств документирования и технологических автоматов.
Промежуточные и внутренние языки предназначены для представления информации на определенных стадиях ее переработки в ЭВМ.
Описание
на
входном языке
А
Конвертор А
Описание
на
входном языке
В
Конвертор В
Описание на
промежуточном языке
Транслятор
Рабочая
программа
Языки процедурные и непроцедурные.
Языки проектирования, предназначенные для описания развивающихся во времени процессов
называются процедурными языками.
Языки проектирования, предназначенные для описания структур проектируемых объектов,
называются непроцедурными языками.
Диалоговые языки.
В пассивном диалоговом режиме инициатива диалога принадлежит ЭВМ. Обращение ЭВМ к
пользователю могут быть следующих типов: запрос, информационное сообщение, подсказка.
Запросы предусматривают в тех случаях, когда от человека требуется либо задание исходных
данных, либо выбор между ограниченным множеством возможных продолжений проектирования. При запросе исходных данных ЭВМ высвечивает на экране дисплея шаблон, состоящий из
вопроса и пустых позиций, в которые нужно поместить ответ.
При запросе варианта дальнейшего проектирования на экране высвечивается меню – вопросы
и несколько поименованных вариантов ответа. Пользователю достаточно указать имя выбранного из меню ответа.
Информационные сообщения используются для передачи пользователю промежуточных и
окончательных результатов решения, а также сведений о состоянии его задания. На эти сообщения не требуется реакция пользователя.
Подсказки применяются в тех случаях когда действия пользователя ошибочны, например,
нарушаются формальные правила языка.
В активном диалоговом режиме инициатива начала диалога может быть двусторонней – возможности прерываний вычислительного процесса имеются и у ЭВМ, и у пользователя.
Для активного диалога требуется существенно более сложное программное обеспечение, чем
для пассивного.
В лингвистическом обеспечении САПР наблюдаются тенденции создания диалоговых языков,
их приближения к естественному языку.
Язык – ЯСМ (язык спецификации моделей)
З 10’AB’BX’ОП’ЕСЛИ’LAG>0’,TO ВЫЧ’DMR’=’DMC’иначе ВЫЧ’DMR’=’DMB’…-если
З 15’ОБ’O’0823-59’H’,ОБРАЗИВНО-ОТРЕЗНОЙ’при усл ‘DMR’<=40
З 20’ОБ’O’0865-59’H’ФРЕЗЕРНО-ОТРЕЗНОЙ при усл ’DMR’>0
З 30’ТР’ЕСЛИ’LAA<=100’то ВЫЧ’LR=LAA+2’ИНАЧЕ ВЫЧ’LR’=’LAA+4’КОН-ЕСЛИ
З 40’ПЕ2’H’ОТРЕЗАТЬ ОТ ПРУТКА, ЗАГОТОВКУ ДЛИНОЙ #…LR…#MM’BX’ОП’