Вимоги до технічних засобів сапр. Структура технічного забезпечення сапр

Технічному забезпеченні (ТО) САПР включає в себе обчислювальний комплекс (ВК) на базі високопродуктивної обчислювальної техніки з великим об'ємом оперативної і зовнішньої пам'яті, широким набором периферійних пристроїв для забезпечення діалогового режиму роботи, випуску текстової та креслярської документації і створення повноцінних баз даних.

Доцільно створювати комплексні САПР на основі дворівневої ієрархічної структури з ЕОМ середньої і великої продуктивності на верхньому рівні і мережею термінальних станцій на нижньому рівні.

Вибір типового ВК для верхнього рівня проводиться в залежності від складності об'єкта проектування, який визначають згідно з державними стандартами по числу складових частин.

Для верхнього рівня САПР передбачено випуск різних модифікацій ВК з єдиними версіями операційних систем (ОС). До складу типових ВК повинні входити ОС для обробки графічної інформації, спеціальні графічні процесори, графічні периферійні пристрої.

За десятиліття свого розвитку технічні засоби САПР пройшли кілька етапів, в значній мірі пов'язаних зі зміною поколінь ЕОМ і вдосконаленням периферійних пристроїв. Базові ЕОМ перших поколінь САПР РЕЗ - автоматизоване робоче місце (АРМ) - на основі універсальних ЕОМ середнього класу і міні-ЕОМ з розширеним набором периферійних пристроїв введення / виводу графічної інформації (АРМ на базі ЕОМ IBM-360 і PDP-11 за кордоном, АРМ на базі БЕСМ-6, МИР, ЄС ЕОМ , СМ ЕОМ, "Електроніка" у нас в країні).

Характерною рисою розвитку технічних засобів цих поколінь було прагнення максимально наблизити АРМ до проектувальника РЕМ за допомогою САПР. Виник при цьому протиріччя між вимогою щодо низької вартості, габаритів і потребою збереження високих технічних параметрів базових ЕОМ через складність вирішуваних завдань САПР призвело до створення потужних децентралізованих систем ЕОМ, об'єднаних локальними обчислювальними мережами (ЛОМ).

До теперішнього часу склався стійко зростаючий ринок збуту апаратних і програмних засобів в області САПР, який виробив власні вимоги до базових ЕОМ, периферійних пристроїв і ЛВС. В якості еталонних базових ЕОМ, що знаходяться безпосередньо на столах проектувальників РЕМ, виступають протягом вже тривалого часу робочі станції (РС), пов'язані ЛВС між собою та іншими ЕОМ.

РС мають суттєві відмінності від персональних комп'ютерів (ПК), оскільки вимоги до РС формуються ринком в області САПР, а вимоги до ПК - в значній мірі ринком в області офісного обладнання, побутової техніки, засобів зв'язку і комунікацій. РС розвивалися незалежно від ПК, однак здешевлення елементної бази РС і підвищення вимог до технічних характеристик ПК привели до того, що найбільш потужні моделі ПК проникли на ринок засобів САПР, конкуруючи з недорогими РС.

Особливості архітектури та технічних характеристик РС з точки зору їх застосування в якості базових обчислювальних систем в області САПР РЕЗ найбільш ясно проявляються при порівнянні з ПК.

1. Обчислювальним ядром більшості РС є RISC-процесор, тобто процесор з скороченим набором команд і підвищеною швидкодією - більшість його команд виконується за один період тактового генератора частоти, синхронизирующего роботу такого мікропроцесора (МП). Більшість ПК має в якості обчислювального ядра МП зі складним набором команд (CISC-процесор), у якого кожна команда виконується в кілька тактів генератора частоти. При цьому порівняно більш низька продуктивність ПК компенсується більш простим програмним забезпеченням і сумісністю з більш ранніми моделями ПК.

2. Всі сучасні PC мають великий обсяг оперативного пам'яті (ОЗУ) і працюють під управлінням складних багатозадачних операційних систем з відповідними апаратними засобами підтримки. Велика частина ПК має дещо менший обсяг ОЗУ і працює під управлінням більш простих однозадачних ОС типу MS-DOS, хоча і має кошти апаратної підтримки багатозадачності ОС. Ця особливість PC обумовлена \u200b\u200bскладністю завдань і ієрархічністю пакетів САПР.

3. Наявність в PC потужних графічних процесорів з підтримкою якісно та графіки з роздільною здатністю не менше 1000x1000 і палітрою кольорів до 1,5 млн колірних відтінків. У більшості ПК використовується менш високоякісна графіка стандарту VGA, SVGA. Ця особливість PC обумовлена \u200b\u200bтим, що більшість завдань САПР вимагає високоякісного графічного введення / виведення інформації.

4. У базовий комплект PC обов'язково вбудовується апаратура високошвидкісного зв'язку зі стандартною ЛВС - мережевий адаптер. У базовому комплекті ПК зазвичай не передбачено наявність мережевого адаптера. Така особливість PC обумовлена \u200b\u200bтим, що PC не може працювати ефективно в автономному режимі, Без взаємодії з іншими PC і типами ЕОМ через ЛВС. ПК спроектований як автономний пристрій, тому навіть при об'єднанні ПК в локальну мережу більшість операцій з інформацією ПК проводить автономно. Структурна схема типової РС з підключеними до неї периферійними пристроями показана на рис. 5.4.

Мал. 5.4. Архітектура робочої станції

базовий набір компонентів PC складають:

o системна плата, яка містить RISC-процесор з апаратно реалізованим співпроцесором арифметики з плаваючою точкою (САПТ), оперативне і постійне запам'ятовуючі пристрої (ОЗУ і ПЗУ) і, як правило, графічний адаптер з підключеним до нього монітором;

o плати сполучення з периферійними пристроями, що утворюють підсистему введення / виводу з клавіатурою, маніпулятором типу "миша", іноді з автоматичним сканером, графопостроителем або лазерним друком;

o плати сполучення з зовнішніми пристроями, що запам'ятовують (ВЗУ), плата мережевого адаптера

5. Основою системної плати є базовий МП, який здійснює арифметичні і логічні операції, а також управління PC. На одному кристалі сучасного RISC-МП розташований цілочисельний процесор, часто співпроцесор арифметики з плаваючою точкою, а іноді і графічний процесор обробки зображень (від сотень тисяч до мільйонів транзисторів на одному кристалі). У деяких недорогих варіантах базових ЕОМ САПР на основі ПК використовуються МП зі складним набором команд.

PC і ПК є нижнім рівнем технічних засобів САПР, безпосередньо доступним проектувальникам РЕМ за допомогою САПР. Частина завдань в САПР вимагає більш високої продуктивності, що досягається використанням ЕОМ інших класів і їх комплексуванням разом з PC і ПК на базі ЛВС.

Контрольні питання і вправи

1. Які вимоги пред'являються до технічного забезпечення САПР?

2. Що таке "мейнфрейм"?

3. Як видається середовище передачі даних?

4. Що являє собою канал передачі даних?

5. Назвіть методи поділу лінії передачі даних.

6. Назвіть варіанти топології локальних обчислювальних мереж.

7. Що називається сервером?

8. Назвіть різновиди серверів.

9. Як здійснюється передача інформації в мережах з комутацією каналів і комутацією пакетів?

10. Що являє собою еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем (ЕМВОС)?

11. Розкажіть про рівні ЕМВОС.

12. Що називають локальною обчислювальною мережею (ЛОМ)?

13. Що являє собою робоча станція (РС)?

14. Чим відрізняється РС від персонального комп'ютера?

15. Що входить в архітектуру РС?

6. Лекція: Технічні засоби САПР і їх розвиток (продовження)

Наводяться високопродуктивні технічні засоби САПР. Розглядаються архітектури ЕОМ в залежності від послідовності обробки даних. Представляються класи ЕОМ залежно від множинності / одиничності потоків команд і даних (ОКОД, ОКМД, МКМД). Основне призначення лекції - дати більш глибокі знання з технічного забезпечення САПР: архітектури ЕОМ в залежності від послідовності обробки даних і класи ЕОМ залежно від множинності / одиничності потоків команд і даних

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

оперативний пам'ять персональний комп'ютер

Вступ

2.1 Персональні комп'ютери

2.2 Робочі станції

2.3 Сервери

2.4 Мейнфрейми

2.5 Кластер

2.6 Суперкомп'ютери

висновок

Список літератури

Вступ

Традиційна форма використання ЕОМ, сконцентрованих в обчислювальному центрі і працюють тільки в пакетному режимі, Не годиться для сучасних САПР. ЕОМ лише тоді стане ефективним регулярно використовуваним інструментом проектування, коли інженер зможе оперативно звертатися до машини і так само оперативно отримувати результати рішення. Тому в комплексі ТС повинна бути розвинена група зовнішніх пристроїв введення-виведення інформації. При цьому ефективну взаємодію інженера з ЕОМ буде забезпечено тільки в тому випадку, якщо форма вводиться і виводиться інформації зручна для людини і не призводить до необхідності вручну виконувати обтяжливі і чреваті помилками операції з кодування або розшифровці повідомлень. Залежно від характеру вирішуваних завдань зручними формами подання інформації можуть бути таблиці, креслення, графіки, текстові повідомлення і т.п.

Таким чином, перше з вказаних на початку глави вимог до технічних засобів САПР обумовлює включення в комплекс ТС як стандартного комплекту зовнішніх пристроїв ЕОМ, так і додаткових пристроїв оперативного введення-виведення інформації, в тому числі в графічній формі. Цей комплект зовнішніх пристроїв встановлюється в приміщенні проектного підрозділу і називається автоматизованим робочим місцем (АРМ) проектувальника

Склад АРМ залежить від характеру завдань, що вирішуються в проектному підрозділі. В АРМ входять пристрої введення і виведення інформації на перфоленте; пристрою автономного введення інформації з перфокарт або перфострічок; пристрій клавіатури для обміну інформацією між оператором і ЕОМ короткими повідомленнями; запам'ятовуючі пристрої на магнітних дисках (НМД) і магнітній стрічці (НМЛ); відеомонітор або графічний дисплей; графічний пристрій (плоттер); кодировщик графічної інформації (зчитувач координат) або сканер; принтер, модем або факс-модем. Наявність в одній САПР багатьох АРМ, можливості одночасної роботи на апаратурі АРМ декількох користувачів і розміщення АРМ на територіях проектних підрозділів диктують необхідність ієрархічної побудови комплексу ТС з виділенням у ньому, по крайней мере, двох рівнів ЕОМ. На вищому рівні знаходиться одна або кілька ЕОМ великої продуктивності. Ці ЕОМ складають центральний обчислювальний комплекс (ЦВК), призначений для вирішення складних завдань проектування, що вимагають великих витрат машинних часу і пам'яті. На нижчому рівні знаходяться входять в АРМ міні-ЕОМ (термінальні ЕОМ). Міні-ПЕОМ в АРМ управляє роботою комплекту зовнішніх пристроїв, обміном інформацією між АРМ і ЦВК; вирішує порівняно нескладні за витратами машинних часу і пам'яті проектні завдання.

1. Основні вимоги до технічних засобів САПР

До технічного забезпечення САПР ставляться такі вимоги:

зручність використання інженерами-проектувальниками, можливість оперативного взаємодії інженерів з ЕОМ;

достатня продуктивність і обсяг оперативної пам'яті ЕОМ для вирішення завдань всіх етапів проектування за прийнятний час;

можливість одночасної роботи з технічними засобами необхідного числа користувачів для ефективної діяльності всього колективу розробників;

відкритість комплексу технічних засобів для розширення і модернізації системи паралельно з удосконаленням і розвитку техніки;

висока надійність, прийнятна вартість і т.д.

Задоволення перерахованих вимог можливо тільки в умовах організації технічного забезпечення у вигляді спеціалізованої ВС, що допускає функціонування в декількох режимах. Таке технічне забезпечення називають комплексом технічних засобів САПР (комплексом ТС).

2. Типи обчислювальних машин і систем

Комп'ютери (ЕОМ) і обчислювальні системи (ВС) прийнято класифікувати по ряду ознак. Залежно від продуктивності і вартості обчислювального обладнання виділяють кілька типів ЕОМ і ЗС, причому різні покоління обчислювальної техніки мали свою шкалу типів. Так, до середини 80-х років минулого століття ЕОМ ділили на мікро-ЕОМ, міні-ЕОМ, великі ЕОМ (ЕОМ високої продуктивності) і супер-ЕОМ. В даний час ЕОМ і ЗС поділяють на персональні комп'ютери, робочі станції, сервери, мейнфрейми, кластери і суперкомп'ютери.

Найбільшого поширення в САПР отримали персональні комп'ютери (ПК), робочі станції і сервери.

2.1 Персональні комп'ютери

Перші персональні комп'ютери з'явилися на початку 80-х років минулого століття в результаті трансформації міні-ЕОМ в порівняно дешеві настільні системи для індивідуального використання, завдяки розвитку елементної бази обчислювальної техніки, який призвів до створення великих (ВІС) і надвеликих (НВІС) інтегральних схем.

Конструктивно персональний комп'ютер (ПК) складається з корпусу, в якому розміщені материнська плата; відеоадаптер (відеокарта); дисководи - CD ROM, накопичувачі на жорстких (вінчестер) і гнучких (НГМД) магнітних дисках; блок живлення; динамік. У ПК є резервні слоти (слоти розширення) для можливого розміщення друкованих плат (карт) розширення - мережевого контролера, Модему, інших додаткових пристроїв. До складу ПК входять також зовнішні (по відношенню до корпусу ПК) пристрої. Як правило, в їх число входять клавіатура, миша, монітор. На рис. 1 представлена \u200b\u200bтипова структурна схема ПК.

Малюнок 1. Спрощена типова структурна схема персонального комп'ютера

Материнську плату називають також системною платою. Материнські плати справляють велике число компаній. на материнської плати є роз'єми для вставки процесора і модулів оперативної пам'яті. Інтерфейс між процесором та іншими пристроями здійснюється з помощьюшін і чіпсета (Chipset) - набору встановлюються на материнську плату спеціальних мікросхем, так званих північного і південного мостів. Для підключення ЦПУ до північного мосту (системному контролеру) використовують системну шину (FSB - Frontsidebus). Системна шина здійснює обміни даними між процесором і кеш-пам'яттю другого рівня і через північний міст з оперативною пам'яттю. Як шини для підключення графічного контролера на сучасних материнських платах використовується шина PCI Express.

Південний міст (периферійний контролер) містить контролери периферійних пристроїв (жорсткого диска, Ethernet, аудіо), контролери шин PCI, PCI-ExpressіUSB для підключення периферійних пристроїв, а також контролери шин, до яких підключаються пристрої, які не потребують високої пропускної здатності. Інтерфейс з зовнішніми накопичувачами (вінчестер, магнітні диски, CD-ROM) виконується через контролери накопичувачів. Зазвичай контролери вбудовані в одну з мікросхем і розміщені на материнській платі, а самі дисководи підключаються до плати за допомогою наявних на ній роз'ємів. В даний час використовують контролери типів IDE (IntegratedDriveElectronics) або EIDE (Enhanced IDE), допускають підключення до одного контролера до чотирьох пристроїв. При необхідності збільшення швидкості передачі даних (наприклад, при використанні ПК як файловий сервер) застосовують інтерфейс SCSI (SmallComputerSystemInterface). Він допускає підключення до одного контролера до восьми пристроїв, швидкість передачі даних доходить до 80 Мбайт / с. Для підключення шини SCSI до PCI потрібен спеціальний адаптер SCSI.

Відеокарта включає відеопам'ять і відеопроцесор, який використовується для розвантаження центрального процесора при виконанні певних графічних операцій і декодування даних, наприклад, при введенні з відеокамери. На материнській платі розміщується також блок BIOS (BasicInput / OutputSystem). Цей блок виконує функції зберігання параметрів конфігурації ПК, апаратних драйверів і програми POST, яка при включенні комп'ютера перевіряє працездатність його пристроїв.

2.2 Робочі станції

Робочі станції є обчислювальні системи, орієнтовані на рішення задач в певних програмах, перш за все в автоматизованих системах проектування (САПР). Комп'ютери в САПР орієнтовані на вирішення складних проектних завдань, що обумовлює підвищені швидкодію й обсяг пам'яті, а також розширені можливості обробки і візуалізації графічної інформації робочих станцій в порівнянні з персональними комп'ютерами. Тому зазвичай робочі станції мають більш складну структуру і більш дорогі пристрої, ніж ПК.

Структура робочої станції:

Системна плата - саме в ній і розміщений процесор, чіпи з пам'яттю, контролери і шини даних.

Центральний процесор - від нього залежить загальну швидкодію всіх процесів. Потужність цього пристрою визначається завдяки його тактильної частоті, чим вона вища - тим пристрій швидше. Процесор є головним елементом у всіх процесах, які відбуваються між робочими станціями в комп'ютерної мережі. Підключаючи кілька пристроїв, бажано, щоб у них були процесори однакової потужності, інакше на більш потужних комп'ютерах швидкість роботи знизитися за рахунок слабких ПК.

Пам'ять - для нормального функціонування локальної мережі у серверів і робочих станцій повинен бути великий запас пам'яті. Для того, щоб зберігати дані, обмінюватися ними і вмістити в себе програмне забезпечення, необхідне для мережі, робочі станції мають, як правило, кілька джерел пам'яті. Багато сучасних ПК, при заповненій оперативної пам'яті, звертаються до віртуальної підкачування. Довго користуватися віртуальною пам'яттю на офісних робочих станціях не радиться, за допомогою обслуговування мереж збільште обсяги оперативних запасів пам'яті.

Мережевий адаптер - підключити комп'ютери до локальної мережі без мережевого адаптера неможливо, саме він дозволяє перетворити комп'ютер зі звичайного пристрою в робочу станцію. Обслуговування мереж дозволяє підключити за допомогою мережевого адаптера в один ланцюг більше сотні ПК. Це мініпроцессор, який відкриває комп'ютерів робочої групи доступ до загальної бази даних.

Відмінності персональних комп'ютерів від робочої станції:

Ціна - більшість ПК для бізнесу коштують дешевше робочої станції.

Продуктивність - ПК має достатню потужність для вирішення більшості завдань, таких як електронна пошта, веб-серфінг і обробки текстів. У той час як робоча станція має велику потужність - вона може працювати з CAD-системами, програмами для створення анімації, аналізу даних і фотореалістичних візуалізацій, створення і обробки відео та аудіо.

Надійність - вимоги до роботи складових частин робочої станції набагато вище, ніж ПК. Кожна частина (материнська плата, процесор, оперативна пам'ять, диски, відеокарти, і т.д.) зроблена з розумінням того, що вона буде працювати протягом всього дня. У багатьох випадках робочі станції залишаються включеними і працюють над проектами навіть тоді, коли всі люди розходяться по домівках. Вони залишають їх працювати на ніч для обробки великих баз даних, створення анімації тощо.

2.3 Сервери

В обчислювальних мережах виконання функцій, пов'язаних з обслуговуванням всіх вузлів мережі, покладається на сервери. Сервер - це комп'ютер, який призначений для вирішення певних завдань з виконання програмних кодів, зберігання інформації, обслуговування користувачів і баз даних. Сервер забезпечує максимальну захищеність і безпеку виконуваних завдань, а також їх збереження. Використовується сервер для зберігання файлів і веб-сайтів користувачів Інтернету (хостинг), відповіді на запити та видачі інформації, яка запитується, обробки і виконання скриптів на веб-сайтах, роботи з базою даних і великою кількістю користувачів. Контроль над роботою сервера покладається на системного адміністратора.

Сервер не обов'язково повинен призначатися для роботи з Інтернетом. Найчастіше він використовується в компаніях для забезпечення локальної мережі та зберігання баз даних про клієнтів, працівників, товари, а також для доступу в Інтернет. Системний адміністратор за допомогою сервера може отримати інформацію про всі комп'ютерах локальної мережі, заборонити або дозволити доступ. У більшості випадків сервер не є звичайним персональним комп'ютером. Як правило, це робоча станція, виконана у вигляді міні-вежі, хоча існують різні конфігурації в залежності від спеціалізації. Сервери містять один або кілька високопродуктивних процесорів, великий обсяг оперативної пам'яті, RAID-масиви жорстких дисків, блоки живлення з можливістю автономного функціонування в разі збою електроенергії. Корпус серверів має підвищений захист від пилу і потужну систему охолодження, а також захист від випадкового виключення.

За функціональним призначенням розрізняють сервери файлові, баз даних, комутаційні, прикладні, поштові тощо Сервери, як правило, повинні мати більшу швидкодію, надійністю і в багатьох випадках збільшеною ємністю пам'яті в порівнянні з комп'ютерами в клієнтських вузлах.

2.4 Мейнфрейми

Мейнфреймами називають великі ЕОМ. Висока продуктивність і велика ємність пам'яті забезпечують вирішення складних проблем, дозволяють використовувати такі комп'ютери в якості центрального вузла ВС, який керує роботою багатьох простих терміналів. В архітектурному планемейнфрейми представляють собою багатопроцесорні системи, що містять один або кілька центральних і периферійних процесорів із загальною пам'яттю, пов'язаних між собою високошвидкісними магістралями передачі даних. При цьому основна обчислювальна навантаження лягає на центральні процесори, А периферійні процесори забезпечують роботу з широкою номенклатурою периферійних устройств.Компанія IBM активно підтримує перехід в великих корпоративних інформаційних системах на використання мейнфремов в качествсе центрів обробки даних замість великої кількості розподілених серверів.

2.5 Кластер

Кластер це розподілена система комп'ютерів, яка функціонує як єдина система з загальними ресурсами. Основна мета, що зумовила появу кластерів, - збереження працездатності ВС шляхом перерозподілу навантаження при виході з ладу частини ресурсів. Крім того, кластеризація - один із шляхів підвищення продуктивності ЗС за рахунок спільного використання багатьох комп'ютерів. Кластери дозволяють нарощувати обчислювальну потужність, оскільки легко масштабуються.

Зазвичай розрізняють наступні основні види кластерів:

відмовостійкі кластери (High-availabilityclusters, HA, кластери високої доступності),

кластери з балансуванням навантаження (Loadbalancingclusters),

обчислювальні кластери (High performance computing clusters, HPC),

системи розподілених обчислень.

2.6 Суперкомп'ютери

Комп'ютери, що характеризуються найбільшими значеннями продуктивності і ціни серед інших типів ЕОМ і ЗС, відносять до категорії суперкомп'ютерів. Вважається, що супер-ЕОМ - це комп'ютери з максимальною продуктивністю. Однак швидкий розвиток комп'ютерної індустрії робить це поняття дуже і дуже відносним: то, що десять років тому можна було назвати суперкомп'ютером, сьогодні під це визначення вже не підпадає. Продуктивність перших супер-ЕОМ початку 70-х років була порівнянна з продуктивністю сучасних ПК на базі традиційних процесорів Pentium. За сьогоднішніми мірками ні ті, ні інші до суперкомп'ютерів, звичайно ж, не належать. У будь-якому комп'ютері всі основні параметри взаємопов'язані. Важко собі уявити універсальний комп'ютер, який має високу швидкодію і мізерну оперативну пам'ять або величезну оперативну пам'ять і невеликий обсяг дисків. Звідси простий висновок: супер-ЕОМ - це комп'ютер, що має не тільки максимальну продуктивність, а й максимальний обсяг оперативної і дискової пам'яті в сукупності зі спеціалізованим програмним забезпеченням, за допомогою якого цим монстром можна ефективно користуватися. Як правило, сучасні суперкомп'ютери є велике число високопродуктивних серверних комп'ютерів, з'єднаних один з одним локальної високошвидкісною магістраллю для досягнення максимальної продуктивності в рамках підходу розпаралелювання обчислювальної задачі.

Cray-1 - це перший суперкомп'ютер, створений в 1976 р компанією Cray Research, заснованої «батьком суперкомп'ютерів» - Сеймуром Креем, після його відходу з компанії CDC. Пікова продуктивність Cray-1 становила 133 Мфлопс. Для порівняння - нинішній номер 1 в рейтингу ТОП500 суперкомп'ютерів, Тяньхе-2, має обчислювальною потужністю в 33,86 Пфлопс. Комп'ютер був куплений національною метеослужбою (Так що жителі США зобов'язані прогнозом погоди з 1977 по 1989 роки саме цю машину).

Два рази на рік фахівці з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі і Університету Теннессі публікують Top-500, в якому пропонують список найбільш продуктивних суперкомп'ютерів світу.

10. Cray CS-Storm

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 3,57петафлопс

Теоретичний максимум продуктивності: 6,13 петафлопс.

Потужність: 1,4 МВт.

9. Vulcan - Blue Gene / Q.

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 4,29 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 5,03 петафлопс.

Потужність: 1,9МВ.

8. Juqueen - Blue Gene / Q.

Місцезнаходження: Німеччина

Продуктивність: 5петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 5,87 петафлопс.

Потужність: 2,3 МВт.

7. Stampede - PowerEdge C8220.

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 5,16 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 8,52 петафлопс.

Потужність: 4,5 МВт.

6. Piz Daint - Cray XC30.

Місцезнаходження: Швейцарія.

Продуктивність: 6,27 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 7,78 петафлопс.

Потужність: 2,3 МВт.

5. Mira - Blue Gene / Q.

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 8,56 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 10,06 петафлопс.

Потужність: 3,9 МВт.

Місцезнаходження: Японія.

Продуктивність: 10,51 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 11,28 петафлопс.

Потужність: 12,6 МВт.

3. Sequoia - Blue Gene / Q.

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 17,17 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 20,13 петафлопс.

Потужність: 7,8МВт.

2. Titan - Cray XK7.

Місцезнаходження: США.

Продуктивність: 17,59 петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 27,11 петафлопс.

Потужність: 8,2 МВт.

1. Tianhe-2 / Чумацький шлях-2.

Місцезнаходження: Китай.

Продуктивність: 33,86петафлопс.

Теоретичний максимум продуктивності: 54,9 петафлопс.

Потужність: 17,6 МВт.

3. Архітектура обчислювальних систем

Основною відмінністю ВС від комп'ютерів є наявність в їх структурах декількох обчислювачів (комп'ютерів або процесорів). Тому вони здатні виконувати паралельні обчислення. Оскільки ВС з'явилися як паралельні системи, то розглянемо класифікацію архітектур c цієї точки зору. Така класифікація архітектур була запропонована М. Флінном на початку 60-х років. В її основу закладено два можливих види паралелізму: незалежність потоків завдань (команд), які існують в системі, і незалежність (незв'язаність) даних, які обробляються в кожному потоці. Згідно з цією класифікацією існує чотири основних архітектури ВС:

одиночний потік команд - одиночний потік даних (ОКОД), в англійській абревіатурі SingleInstructionSingleData, SISD - одиночний потік інструкцій - одиночний потік даних;

одиночний потік команд - множинний потік даних (ОКМД), або SingleInstructionMultipleData, SIMD - одиночний потік інструкцій - одиночний потік даних;

множинний потік команд - одиночний потік даних (МКОД), або MultipleInstructionSingleData, MISD - множинний потік інструкцій - множинний потік даних;

множинний потік команд - множинний потік даних (МКМД), або MultipleInstructionMultipleData, MIMD -множественний потік інструкцій - множинний потік даних.

Архітектура ОКОД охоплює всі однопроцесорні і одномашінние варіанти систем, тобто системи з одним обчислювачем. Всі ЕОМ класичної структури потрапляють в цей клас. Тут паралелізм обчислень забезпечується шляхом поєднання виконання операцій окремими блоками АЛУ, а також паралельною роботою пристроїв введення-виведення інформації та процесора. Закономірності організації обчислювального процесу в цих структурах досить добре вивчені. Архітектура ОКМД передбачає створення структур векторної або матричної обробки. Системи цього типу зазвичай будуються як однорідні: процесорні елементи, що входять в систему, ідентичні, і всі вони підкоряються одній і тій же послідовності команд. Однак кожен процесор обробляє свій потік даних. Під цю схему добре підходять завдання обробки матриць або векторів (масивів), завдання вирішення систем лінійних і нелінійних, алгебраїчних і диференціальних рівнянь, задачі теорії поля і ін. В структурах даної архітектури бажано забезпечувати з'єднання між процесорами, відповідні реалізованим математичним залежностям. Як правило, ці зв'язки нагадують матрицю, в якій кожен процесорний елемент пов'язаний з сусідніми. Векторний або матричний тип обчислень є необхідним атрибутом будь-супер-ЕОМ.

висновок

Обчислювальні системи, як потужні засоби обробки завдань користувачів, широко використовуються не тільки автономно, але і в мережах ЕОМ в якості серверів. Зі збільшенням розмірів мереж і їх розвитком зростають щільності інформаційних потоків, навантаження на засоби доступу до мережевих ресурсів і на засоби обробки завдань. Коло завдань, що вирішується серверами, постійно розширюється, стає різноманітним і складним. Чим вище ранг мережі, тим більше спеціалізованими вони стають. Адміністратори мереж повинні постійно нарощувати їх міць і кількість, оптимізуючи характеристики мережі під зростаючі запити користувачів.

Управління обчислювальними процесами в ЗС здійснюють операційні системи, які є частиною загального програмного забезпечення. До складу ОС включають як програми централізованого управління ресурсами системи, так і програми автономного використання обчислювальних модулів. Остання умова необхідна, оскільки в ВС зазвичай передбачається більш висока надійність функціонування, наприклад вимога збереження працездатності при наявності в ній хоча б одного справного модуля.

Вимога збільшення продуктивності також передбачає можливість паралельної і навіть автономної роботи модулів при обробці окремих завдань або пакетів завдань. Залежно від структурної організації ВС можна виявити деякі особливості побудови їх операційних систем. Операційні системи багатомашинних ВС є більш простими. Зазвичай вони створюються як надбудова автономних ОС окремих ЕОМ, оскільки тут кожна ЕОМ має велику автономію у використанні ресурсів (своя оперативна і зовнішня пам'ять, свій окремий склад зовнішніх пристроїв і т.д.). У них широко використовуються програмні методи локального (в межах обчислювального центру) і дистанційного (мережева обробка) комплексування.

Сучасні персональні IВМ РС-сумісні комп'ютери є найбільш широко використовуваним видом комп'ютерів, їх потужність постійно збільшується, а область застосування розширюється. Ці комп'ютери можуть об'єднуватися в мережі, що дозволяє десяткам і сотням користувачів легко обмінюватися інформацією і водночас отримувати доступ до загальних баз даних. Засоби електронної пошти дозволяють користувачам комп'ютерів з допомогою звичайного телефонного мережі посилати текстові і факсимільні повідомлення в інші міста і країни і отримувати інформацію з великих банків даних. Глобальна система електронного зв'язку Intеrnеt забезпечує за вкрай низьку ціну можливість оперативного отримання інформації з усіх куточків земної кулі, надає можливості голосового та факсимільного зв'язку, полегшує створення всередині корпоративних мереж передачі інформації для фірм, що мають відділення в різних містах і країнах.

Однак можливості IВМ РС-сумісних персональних комп'ютерів по обробці інформації все ж обмежені, і не у всіх ситуаціях їх застосування виправдане.

Список літератури

1. В.Н. Дацюк, А.А. Букатов, А.І. Жегулев. Методичний посібник по курсу "Багатопроцесорні системи та паралельне програмування" / Південний федеральний університет. Центр високопродуктивних обчислень.

2. Типи обчислювальних машин і систем / Біґор.

3. Автоматизація проектування систем і засобів управління / Московський державний університет друку.

4. Технічне забезпечення автоматизованих систем / Біґор.

Розміщено на Allbest.ru

...

подібні документи

Характеристика систем технічного та профілактичного обслуговування засобів обчислювальної техніки. Діагностичні програми операційних систем. Взаємозв'язок систем автоматизованого контролю. Захист комп'ютера від зовнішніх несприятливих впливів.

реферат, доданий 25.03.2015


Класифікація електронно-обчислювальних машин за часом створення і призначенням. Принципи "фон Неймана". Апаратна реалізація персонального комп'ютера: процесор, внутрішня і зовнішня пам'ять, материнська плата. Основні периферійні пристрої.

реферат, доданий 24.05.2009


Вимоги, що пред'являються до технічного забезпечення систем автоматизованого проектування. Обчислювальні мережі; еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем. Мережеве обладнання робочих місць в САПР. Методи доступу в локальних обчислювальних мережах.

презентація, доданий 26.12.2013


курсова робота, доданий 22.11.2009


Історія розвитку інформатики та обчислювальної техніки. Загальні принципи архітектури ПЕОМ, її внутрішні інтерфейси. Базова система введення-виведення. Материнська плата. Технології відображення і пристрої зберігання інформації. Об'єм оперативної пам'яті.

презентація, доданий 26.10.2013


Структури обчислювальних машин і систем. Фон-неймановская архітектура, перспективні напрямки досліджень. Аналогові обчислювальні машини: наявність і функціональні можливості програмного забезпечення. Сукупність властивостей систем для користувача.

курсова робота, доданий 05.11.2011


Архітектури обчислювальних систем зосередженої обробки інформації. Архітектури багатопроцесорних обчислювальних систем. Класифікація та різновиди комп'ютерів за сферами застосування. Особливості функціональної організації персонального комп'ютера.

контрольна робота, доданий 11.11.2010


Підбірка комплектуючих для офісного комп'ютера; їх технічні характеристики. Установка материнської плати, системи охолодження, оперативної пам'яті, жорсткого диска, а також оптичного приводу. Розрахунок вартості модернізації комп'ютерного обладнання.

курсова робота, доданий 30.04.2014


Визначення перспектив, напрямків і тенденцій розвитку обчислювальних систем як сукупності техніки і програмних засобів обробки інформації. Розвиток спеціалізації обчислювальних систем і проблема сфер застосування. Тенденції розвитку інформатики.

реферат, доданий 17.03.2011


Характеристика пристроїв базовій конфігурації персонального комп'ютера: комп'ютерний блок живлення, материнська плата, процесор, звукова карта, жорсткий диск. Додаткові зовнішні накопичувачі. Принципи роботи і функції лазерних дисководів і дисків.

Технічне забезпечення САПР включає в себе різні технічні засоби (hardware), які використовуються для виконання автоматизованого проектування, а саме ЕОМ, периферійні пристрої, мережеве обладнання, а також обладнання деяких допоміжних систем (наприклад, вимірювальних), що підтримують проектування.

Використовувані в САПР технічні засоби повинні забезпечувати:

1. виконання всіх необхідних проектних процедур, для яких є відповідне ПЗ;

2. взаємодія між проектувальниками і ЕОМ, підтримку інтерактивного режиму роботи;

3. взаємодія між членами колективу, які виконують роботу над спільним проектом.

Перше з цих вимог виконується при наявності в САПР обчислювальних машин і систем з достатніми продуктивністю і ємністю пам'яті.

Друга вимога відноситься до призначеного для користувача інтерфейсу і виконується за рахунок включення в САПР зручних засобів введення-виведення даних і перш за все пристроїв обміну графічною інформацією.

Третя вимога обумовлює об'єднання апаратних засобів САПР в обчислювальну мережу. В результаті загальна структура ТО САПР представляє собою мережу вузлів, пов'язаних між собою середовищем передачі даних (рис.3). Вузлами (станціями даних) є робочі місця проектувальників, часто звані автоматизованими робочими місцями (АРМ) або робочі станції (WS - Workstation), ними можуть бути також великі ЕОМ (мейнфрейми), окремі периферійні і вимірювальні пристрої. Саме в АРМ повинні бути кошти для інтерфейсу проектувальника з ЕОМ. Що стосується обчислювальної потужності, то вона може бути розподілена між різними вузлами обчислювальної мережі.

Мал. 3 Структура технічного забезпечення САПР

Середовище передачі даних представлена \u200b\u200bканалами передачі даних, що складаються з ліній зв'язку та комутаційного обладнання.

У кожному вузлі можна виділити кінцеве обладнання даних (ООД), яке виконує певну роботу з проектування, і апаратуру закінчення каналу даних (АКД), призначену для зв'язку ООД із середовищем передачі даних. Наприклад, в якості ООД можна розглядати персональний комп'ютер, а в якості АКД - вставляється в комп'ютер мережеву плату.

Канал передачі даних - засіб двостороннього обміну даними, що включає в себе АКД і лінію зв'язку. Лінією связіназивают частина фізичної середовища, використовувану для поширення сигналів в певному напрямку, прикладами ліній зв'язку можуть служити коаксіальний кабель, Кручена пара проводів, волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ). Близьким є поняття каналу (каналу зв'язку), під яким розуміють засіб односторонньої передачі даних. Прикладом каналу зв'язку може бути смуга частот, виділена одному передавача при радіозв'язку. В деякій лінії можна утворити кілька каналів зв'язку, по кожному з яких передається своя інформація. При цьому говорять, що лінія розділяється між декількома каналами.

В САПР невеликих проектних організацій, які налічують не більше одиниць-десятків комп'ютерів, які розміщені на малих відстанях один від іншого (наприклад, в одній або декількох сусідніх кімнатах) об'єднує комп'ютери мережу є локальною. Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ або LAN - Local Area Network) має лінію зв'язку, до якої підключаються всі вузли мережі. При цьому топологія з'єднань вузлів (рис. 4) може бути шинна (bus), кільцева (ring), зоряна (star). Протяжність лінії і число підключаються вузлів в ЛВС обмежені.

Мал. 4 Варіанти топології локальних обчислювальних мереж:

а) шинна; б) кільцева; в) зіркова

У більших за масштабами проектних організаціях в мережу включені десятки-сотні і більше комп'ютерів, що належать до різних проектних і управлінських підрозділів і розміщених в приміщеннях одного або декількох будівель. Таку мережу називають корпоративної. В її структурі можна виділити ряд ЛВС, званих подсетями, і засоби зв'язку ЛВС між собою. В ці кошти входять комутаційні сервери (блоки взаємодії підмереж). Якщо комутаційні сервери об'єднані відділеними від ЛВС підрозділів каналами передачі даних, то вони утворюють нову підмережу, звану опорної (або транспортної), а вся мережа виявляється ієрархічної структури.

Якщо будівлі проектної організації віддалені один від одного на значні відстані (аж до їх розташування в різних містах), то корпоративна мережа за своїми масштабами стає територіальної мережею (WAN - Wide Area Network). В територіальної мережі розрізняють магістральні канали передачі даних (магістральну мережу), що мають значну протяжність, і канали передачі даних, що зв'язують ЛВС (або сукупність ЛВС окремої будівлі або кампуса) з магістральною мережею і звані абонентською лінією або сполученням «останньої милі».

Зазвичай створення виділеної магістральної мережі, тобто мережі, яка обслуговує єдину організацію, обходиться для неї занадто дорого. Тому частіше вдаються до послуг провайдера, тобто організації, що надає телекомунікаційні послуги багатьом користувачам. В цьому випадку всередині корпоративної мережі зв'язок на значних відстанях здійснюється через магістральну мережу загального користування. В якості такої мережі можна використовувати, наприклад, міську чи міжміську телефонну мережу або територіальні мережі передачі даних. Найбільш поширеною формою доступу до цих мереж у даний час є звернення до глобальної обчислювальної мережі Internet.

Для багатьох корпоративних мереж можливість виходу в Internet є бажаною не тільки для забезпечення взаємозв'язку віддалених співробітників власної організації, а й для отримання інших інформаційних послуг. Розвиток віртуальних підприємств, що працюють на основі CALS-технологій, з необхідністю передбачає інформаційні обміни через територіальні мережі, як правило, через Internet.

Як засоби обробки даних в сучасних САПР широко використовують робочі станції, сервери, персональні комп'ютери. Великі ЕОМ і в тому числі суперЕОМ зазвичай не застосовують, так як вони дороги і їх відношення продуктивність / ціна істотно нижче аналогічного показника серверів і багатьох робочих станцій.

На базі робочих станцій або персональних комп'ютерів створюють АРМ. Типовий склад пристроїв АРМ: ЕОМ з одним або декількома мікропроцесорами, оперативної та кеш-пам'яттю і шинами, що служать для взаємного зв'язку пристроїв; пристрої введення-виведення, що включають в себе, як мінімум, клавіатуру, миша, дисплей; додатково до складу АРМ можуть входити принтер, сканер, плоттер (графічний пристрій), дігітайзер і деякі інші периферійні пристрої.

Пам'ять ЕОМ зазвичай має ієрархічну структуру. Оскільки в пам'яті великого обсягу важко домогтися одночасно високій швидкості запису і зчитування даних, пам'ять ділять на надшвидкодіючих кеш-пам'ять малої місткості, основну оперативну пам'ять помірного обсягу і порівняно повільну зовнішню пам'ять великої ємності, Причому, в свою чергу, кеш-пам'ять часто поділяють на кеш першого і другого рівнів.

Для зв'язку найбільш швидкодіючих пристроїв (процесора, оперативної та кеш-пам'яті, відеокарти) використовується системна шина з пропускною спроможністю до одного-двох Гбайт / с. Крім системної шини на материнській платі комп'ютера є шина розширення для підключення мережного контролера і швидких зовнішніх пристроїв (наприклад, шина PCI з пропускною спроможністю 133 Мбайт / с) і шина повільних зовнішніх пристроїв, таких як клавіатура, миша, принтер і т.п.

Робочі станції (workstation) в порівнянні з персональними комп'ютерами є обчислювальну систему, спеціалізовану на виконання певних функцій. Спеціалізація забезпечується як набором програм, так і апаратно за рахунок використання додаткових спеціалізованих процесорів. Так, в САПР для машинобудування переважно застосовують графічні робочі станції для виконання процедур геометричного моделювання та машинної графіки. Ця спрямованість вимагає потужного процесора, Високошвидкісної шини, пам'яті досить великої ємності.

Висока продуктивність процесора необхідна з тієї причини, що графічні операції (наприклад, переміщення зображень, їх повороти, видалення прихованих ліній і ін.) Часто виконуються по відношенню до всіх елементів зображення. Такими елементами в тривимірній 3D-графіку при апроксимації поверхонь полігональними сітками є багатокутники, їх число може перевищувати 104. З іншого боку, для зручності роботи проектувальника в інтерактивному режимі затримка при виконанні команд зазначених вище операцій не повинна перевищувати декількох секунд. Але оскільки кожна така операція по відношенню до кожного багатокутника реалізується великим числом машинних команд необхідну швидкодію становить десятки мільйонів машинних операцій в секунду. Таке швидкодію при прийнятною ціною досягається застосуванням поряд з основним універсальним процесором також додаткових спеціалізованих (графічних) процесорів, в яких певні графічні операції реалізуються апаратно. У найбільш потужних робочих станціях в якості основних зазвичай використовують високо продуктивні мікропроцесори з скороченою системою команд (з RISC-архітектурою), що працюють під управлінням однієї з різновидів операційної системи Unix. У менш потужних все частіше використовують технологію Wintel (тобто мікропроцесори Intel і операційні системи Windows). графічні процесори виконують такі операції, як, наприклад, растеризация - представлення зображення в растровій формі для її візуалізації, переміщення, обертання, масштабування, видалення прихованих ліній і т.п.

Типові характеристики робочих станцій: кілька процесорів, десятки-сотні мегабайт оперативної і тисячі мегабайт зовнішньої пам'яті, наявність кеш-пам'яті, системна шина зі швидкостями від сотень Мбайт / с до 1-2 Гбайт / с.

Залежно від призначення існують АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ керівника проекту і т.п. Вони можуть відрізнятися складом периферійних пристроїв, характеристиками ЕОМ.

Контрольні питання

1. Що повинні забезпечувати технічні засоби САПР?

2. Що називають каналом передачі даних?

3. Які розрізняють варіанти топології локальних обчислювальних мереж?

4. У чому відмінність локальної мережі від територіальної?

5. чому обумовлюється завдання збільшення продуктивності процесора?

З початку 80-х років 20 століття, в зв'язку з масовим виробництвом і впровадженням персональних комп'ютерів (ПК), ідея системної автоматизації процесу проектірованіястановітся практично здійсненною для проектних організацій будь-якого масштабу: від великого інституту до приватного бюро. Поняття САПР, з одного боку, спростилося і часто асоціюється з тією чи іншою комп'ютерною програмою. З іншого боку, проектування складних технічних об'єктів можливе лише в рамках САПР як організаційно-технічної системи, в основі якої - весь потенціал інформаційних технологій.

Засоби забезпечення САПР класифікують як єдність таких компонентів: технічне, програмне, математичне, методичне, інформаційне та організаційне.

2.1. Технічне і програмне забезпечення

Технічне забезпечення - це комплекс технічних засобів, за допомогою якого здійснюють збір, обробку, зберігання, перетворення і передачу даних, пов'язаних з об'єктом проектування.

Основу технічного забезпечення складають кошти обчислювальної техніки і, в першу чергу, це - персональний комп'ютер.

Стандартна конфігурація комп'ютера загальновідома (див. Рис. 2.1):

· системний блок, що складається з процесора, оперативної пам'яті, блоку живлення, вінчестера, другіхнакопітелей даних, портовподключенія периферійних пристроїв;

· клавіатура для введення інформації;

· монітор для відображення інформації;

· миша для зручності діалогу "людина-комп'ютер".

Мал. 2.1. Персональний комп'ютер стандартної конфігурації

Поняття периферійних пристроїв включає широкий перелік технічних засобів. В першу чергу, це кошти збору і обробки даних для проектування. До них можна віднести електронне геодезичне обладнання (тахеометри, системи супутникової навігації, Лазерні сканери та ін.), Яке або працює безпосередньо під управлінням комп'ютерів, або передає дані ізмеренійв вигляді комп'ютерних файлів. Більш детальна інформація про технічні засоби інженерних вишукувань викладена в гл. 4.

Якщо вихідна інформація про проектованої дорозі представлена \u200b\u200bу вигляді планшетів топографічних планів, то для перетворення інформації з паперового виду в електронний застосовують сканери(Див. Рис.2.2, а) . Сканери бувають рулонні або планшетні. Точність сканування останніх істотно вище і може досягати 12000 dpi (dots per inch - точок на дюйм). Коли мова йде про проектування складних технічних об'єктів, то застосовують інженерні сканери великого формату A 0 (A 1).

вихідну графічну інформацію про об'єкт проектування (креслення) друкують на плоттерах також великого формату. За способом подачі паперу плоттерияк і сканери, бувають рулонні (рис.2.2, б) або планшетні. За способом нанесення барвника - лазерні або струменеві. Питання про те, яким повинен бути інженерне креслення, чорно-білим або кольоровим, останнім часом однозначно вирішується на користь кольорового. По-перше, на увазі істотного прогресу в області кольорового друку, яка стала трохи дорожче чорно-білої. По-друге, колір несе додаткову інформацію про проектований об'єкт і сприяє підвищенню ефективності зорового аналізу таких креслень.

SHAPE \\ * MERGEFORMAT

Мал. 2.2. а) Сканер рулонний; б) Плоттеррулонний

До периферійних пристроїв комп'ютера також можна віднести апарати цифрового фото і відео, які в даний час широко застосовуються при зборі вихідних даних для проектування доріг.

Для організації колективної роботи над проектом і оперативного обміну інформацією комп'ютери об'єднують в локальні (інтранет) і глобальні (інтернет) мережі, технічними компонентами яких є сервери, мережеві плата, модеми, оптоволоконні мережі та ін.

Програмне забезпечення САПР поділяють на общесистемное і прикладне.

До загальносистемного програмному забезпеченню відносять, в першу чергу, операційні системи (ОС), які керують усіма процесами, що відбуваються в комп'ютерах. Поява і еволюція ОС відбувалася паралельно з розвитком самих комп'ютерів. Якщо створення першого персонального комп'ютера асоціюють з фірмою IBM(www. ibm. com ), То перша масова ОС з'явилася для цього комп'ютера від фірми Microsoft( www. microsoft. com) і називалася MS- DOS.

14-річний шлях еволюції (з 1981 по 1995 р.р.) MS- DOS версій 1.0-7.0 сприяв впровадженню комп'ютерів від решеніяузкіх інженерних задач до повсюдного їх застосування у всіх сферах життя.

З початку 90-х років на зміну MS- DOS приходить Windows (Від англ. - вікна) також від фірми Microsoft, яка дозволяє одночасно працювати з декількома програмами (вікнами), з легкістю перемикаючись між ними без необхідності закривати і перезапускати окремі програми. На початковому етапі розвитку Windows виконувала роль графічного інтерфейсу для MS- DOS.

З виходом Windows 3.1 (1992) ця операційна система асоціюється як самостійна, здатна працювати з оперативною пам'яттю понад 640 кб, з масштабованими шрифтами TrueType.

Випуск в 1993 р WindowsNT (Скорочення від New Technology - нова технологія) Був добре прийнятий розроблювачами завдяки її підвищеній захищеності, стабільності і розвиненому API-Інтерфейс Win32 , Що спрощує складання могутніх програм.

У 1995 р виходить Windows95 - сама дружня користувачу версія Windows, Для інсталяції якої не потрібно попередньо встановлювати DOS; її поява робить ПК більш доступним масовому споживачеві. У Windows 95 є вбудований набір протоколів TCP/ IP і допускається використання довгих імен файлів.

Windows 98 (1998 г.) - остання версія Windows на базі старого ядра, функціонуючого на фундаменті DOS. система Windows 98 інтегрована з браузером InternetExplorer 4 і сумісна з численними новими апаратними стандартами, в тому числі USB-портами. наступні версії Windows розроблялися на базі ядра NT.

В даний час (з 2001 р) більшість прикладних програм, в тому числі САПР, функціонує під управлінням операційної системи MSWindowsXP (Від англ. EXPerience - досвід).

Новий проблемно-орієнтований інтерфейс MSWindowsXP дозволяє в найкоротші терміни освоїти принципи роботи з операційною системою навіть тим користувачам, які раніше ніколи не стикалися з системами сімейства Windows. застосовувані в WindowsXP розширені web-технології відкривають можливість обміну текстовими і голосовими повідомленнями, Створення web-проектів різного рівня складності і спільного використання додатків не тільки в локальній мережі, але і в Інтернеті.

До умовно загальносистемного програмного забезпечення можна віднести MSOffice, Ряд додатків якого ( текстовий редактор Word, Електронні таблиці Excel) Стали де-факто стандартів в своєму класі програм. Практично всі САПР, що формують як вихідних даних текстові документи, здійснюють це в середовищі MSWord, а табличні форми - у середовищі MSExcel.

До прикладних програм, крім самих САПР, можна віднести: векторизатор; програми обробки геодезичних даних, даних дистанційного зондування; системи управліннями базами даних (СКБД); системи управління проектно-конструкторської документації (СУПКД) і ін.

Останні з перерахованих (СУПКД) є виключно важливими в роботі проектних організацій, оскільки в значній мірі забезпечують функціонування систем контролю якості при виробництві проектної продукції.

З безлічі програм цього класу найбільш повнофункціональної системою є PartyPLUS (Розробник - компанія Лоція Софт, Москва, www. lotsia. com ).

PartyPLUS є професійною системою, побудованої в архітектурі "клієнт-сервер" на базі СУБД типу Oracle, MSSQL- Server, Sybase і відрізняється надійністю, продуктивність, масштабованість і захищеністю.

Мал. 2.3. Система управління документацією Party PLUS

Система містить захищений архів документів, а також вбудовані засоби вільної і визначеною маршрутизації документів, робіт і управління бізнес-процесами. Система підтримує режим паралельної колективної роботи різних груп користувачів і забезпечує управління всією відноситься до проекту інформацією, що дозволяє співробітникам проектної організації не тільки отримувати доступ до опису проекту, а й управляти інформацією про цей проект.

Якщо на підприємстві кілька територіально розподілених проектних відділів, то за допомогою PartyPLUS можна організувати налагоджене взаємодія віддалених підрозділів при роботі над кількома проектами.

PartyPLUS має функцію ведення історії всіх інженерних змін в структурі проекту, можливістю порівняння поточного стану зі станом на будь-яку дату. Є кошти підтримки різноманітного проектування зі зберіганням варіантів, що не увійшли в основний проект, кошти підтримки роботи з версіями документів. Є можливість задавати для елемента проекту аналоги або родинні елементи, групувати елементи за різними критеріями.

система PartyPLUS універсальна, максимально гнучка для вирішення завдань в різних галузях інженерної діяльності, включаючи дорожню галузь, і орієнтована на рівноправну роботу з різними САПР.

2.2. Математичне і методичне забезпечення

математичне забезпечення - це сукупність аналітичних і чисельних методів, математичних моделейі алгоритмів виконання проектних процедур. Застосування тих чи інших методів залежить від рівня розвитку САПР, властивостей об'єктів проектування і характеру вирішуваних завдань.

На початковому етапі розвитку САПР здійснювалася алгоритмизация ручних методів проектування. Це сприяло скороченню часу проектування, але якість проектних рішень при цьому практично не поліпшувався.

Перші роботи в області оптимізації проектних рішень почалися в 70-і роки і були пов'язані, в першу чергу, з проектуванням поздовжнього профілю. Роботи Е.Л.Фільштейна і його метод "граничних ітерацій", В.І.Струченкова і його метод "проекції градієнта" встановлювали положення проектної лінії поздовжнього профілю з урахуванням мінімізації обсягів земляних робіт. Уже на цьому етапі довелося відмовитися від уявлення проектної лінії у вигляді послідовності прямих і дуг кіл, а перейтіна модель проектної лінії у вигляді ламаної (лінійного сплайна). Однак етіметоди не зачіпали загальних (базових) принципів досліджень і проектування автомобільних доріг.

Перехід в 90-е Година системну автоматизацію дорожнього проектування на основі цифрових моделей місцевості привів до істотної зміни всієї технології проектно-вишукувальних робіт.

В період "ручного" проектування автомобільних доріг геодезичні дослідження виконувалися "пікетні" методом. Суть цього методу полягає в наступних етапах робіт:

· Польове трасування автомобільної дороги. При цьому тангенціальний хід траси є одночасно і магістральним ходом для всіх наступних розбивочних робіт, як на стадії пошуків, так і на стадії будівництва.

· Планово-висотну закріплення траси притрасові реперами і кутовими стовпами.

· Розбивка пікетажу по трасі. Розбиваються і закріплюються не тільки пікетні точки, але і плюсові (характерні) точки, пов'язані з зламами рельєфу, перетином водних потоків, інженерних комунікацій і доріг.

· Подвійне поздовжнє геометричне нівелювання траси по прийнятому пікетажу.

· Зйомка поперечників. При розбивці пікетажу по трасі одночасно здійснюють розбивку діаметрів на всіх пікетних і плюсових точках. На прямолінійних ділянках траси поперечники розбивають перпендикулярно до осі дороги, а на криволінійних ділянках - перпендикулярно дотичній до траси. Довжину діаметра приймають такий, щоб його межах розмістилися земляне полотно з усіма його конструктивними елементами.

Зйомку діаметрів здійснюють для побудови поздовжнього і поперечних профілів за прийнятою трасі для подальшого проектування земляного полотна, організації системи поверхневого водовідведення, підрахунку обсягів земляних робіт і підготовки проектної документації.

Як випливає з вищенаведеного, при "пікетні" методі досліджень зміна положення траси і, отже, всіх інших проекцій на проектній стадії неможливо. Таким чином, творче начало проектної діяльності при цьому методі обмежена через зумовленості положення траси дороги, що істотно позначається на якості кінцевих проектних рішень. Зауважимо також, що в польових умовах трасування, в відсутності комп'ютерної техніки, Інженер-дослідник обмежувався елементарної схемою заокруглення траси типу "клотоіда- кругова крива-клотоїда", розбивку которойможно було зробити за відповідними Базисом таблицями.

Зовсім іншу перспективу відкриває "беспікетний" метод пошуків доріг, пріоритетне застосування якого стало можливим завдяки досягненням електронної тахеометрії і обчислювальної техніки.

Вишукування за цим методом полягають у наступному:

· У смузі можливих проектних рішень, визначеної на передпроектної стадії, закладається і закріплюється магістральний хід (мережу ходів).

· Здійснюється тахеометрическая зйомка смуги варіювання. При цьому забезпечується висока продуктивність робіт, посколькувсе вимірювання, необхідні для визначення просторових координат знімальних точок місцевості, виконують комплексно з використанням одного геодезичного приладу - тахеометра.

· З електронного тахеометра в комп'ютер зчитується цифрова модель місцевості, яка є основою для всіх наступних проектних процедур.

Зауважимо, що при "беспікетном" методі досліджень розташування траси визначається ні на стадії пошуків, а на стадії проектування (в камеральних умовах). Це дає можливість варіювати розташування траси практично на будь-якому етапі проектування, застосовувати для встановлення місця розташування траси і її опісаніясамие сучасні математичні методи, в тому числі і оптимізаційні.

З огляду на тривимірну природу ЦММ і породжуваних нею поверхонь, з'являється унікальна можливість просторового трасування доріг. В даний час методологія та алгоритми просторового трасування успішно розробляються в рамках САПР і скоро повинні поповнити арсенал передових технологій для дорожньої проектної практики.

З безлічі методів обчислювальної математики, що стали доступними в умовах системної автоматизації проектних робіт, зупинимося на сплайнах і кривих Безьє, що застосовуються при автоматизованому трасуванні доріг у плані і поздовжньому профілі.

Інтерполяційні сплайни.Як відомо, термін "сплайн" походить від назви креслярського інструменту - тонкої металевої або дерев'яної лінійки, яка згинається так, щоб проходити через задані точки ( x i, y i= f(x i)).

Тоді сплайн в положенні рівноваги приймає форму, яка мінімізує його потенційну енергію. І в теорії балок встановлено, що ця енергія пропорційна інтегралу по довжині дуги від квадрата кривизни сплайна:

за умов S(x i) = y i.

Мал. 2.4. Обриси сплайна як математичного аналога лінійки

Сплайни можна визначити 2-ма способами: виходячи з взаємного узгодження простих функцій і з рішення задачі мінімізації.

До сплайнів, що визначається за першим способом, можна віднести інтерполяційні сплайни, які необхідні для аналітичного подання дискретно заданої інформації.

Згладжують сплайни визначають найчастіше на основі 2-го способу. Саме згладжують сплайни повинні знайти найширше застосування для оптимізації тих проектних рішень, які на початковій стадії розгляду носять, як правило, наближений характер.

В проектній практиці застосовують, як правило, сплайни 1-й і 3-го ступеня. Сплайни 1-го ступеня (лінійні) служать, по-перше, хорошою і доступною ілюстрацією до розуміння процесів побудови сплайнів алгоритмів, по-друге, достатні для опису геометричних елементів доріг, які подаються у вигляді ламаних ліній (магістральні та тангенціальні ходи, поздовжні і поперечні профілі землі і т.д.).

Сплайни 1-го ступеня. Сплайни 1-го ступеня (ламані) досить прості для розуміння і, в той же, час, відображають основні властивості сплайн-функцій. З математичної точки зору, сплайн 1-го ступеня - це кусково-неперервна функція, на кожному відрізку описувана рівнянням виду:

y= a i+ b i x, (2.2)

де i - номер розглянутого інтервалу між вузлами інтерполяціїx i і x i + 1 .

Як видно з формули (2.2), на елементарномінтервале вид рівняння не відрізняється від загальноприйнятого вираження прямої. В цілому, рівняння ламаної (сплайна 1-го ступеня) в матричної формі можна записати як:

(2.3)

Ця система лінійних рівнянь не вимагає спільного вирішення і розпадається на рішення кожного рівняння окремо. Сплайн, рішення якого пов'язано з обчисленням підсистем невеликий розмірності, в даному випадку - рівнянь першого порядку, будемо називати локальним.

Інтерполяційний сплайн 1-го ступеня - це ламана, що проходить через точки (X i, y i). для сукупності x i(i \u003d0, 1,… , n) В інтервалі [ a, b] При цьому повинна виконуватися умова x i 1.

Використовуючи поліном Лагранжа, можна побудувати сплайн для інтервалу i -(i +1):

(2.4)

позначення S 1 (x) будемо розуміти як сплайн-функцію першого ступеня. Інакше рівняння (2.4) можна записати:

(2.5)

Якщо прийняти про форма рівнянь (2.2) і (2.5) збігається. Для побудови алгоритму і складання процедури побудови і обчислення сплайна необхідно пам'ятати всього лише 2 n+2 числа.

Сплайни 3-го ступеня.Сплайни 3-го ступеня (кубічні) - це кусково-неперервна (безперервність 1-й і 2-й похідних) функція, що складається з відрізків кубічних парабол.

В даний час існує безліч алгоритмів побудови і розрахунку на ЕОМ кубічних сплайнів, що обумовлено широким їх використанням в рішенні технічних завдань, пов'язаних сінтерполяціей кривих і поверхонь.

При вирішенні поставленого завдання між n вузлами знаходяться n-1 фрагментів кубічних кривих, а кубічна крива, в свою чергу, визначається 4-ма параметрами. Оскільки значення функції і 1-й, 2-й похідних ( X s, X¢ s, X² s) Неперервні в усіх ( n-2) -х внутрішніх вузлах, то маємо 3 ( n-2) умов. У вузлах X si= X i накладаються ще n умов на X s. Звідси отримуємо 4 n-6 умов. Для однозначного визначення сплайна необхідно ще дві умови, які зазвичай пов'язуються з так званими крайовими (граничними) умовами. Наприклад, часто приймається просто. В цьому випадку отримуємо необхідну кількість умов для визначення природного сплайна у вигляді:

Недоліком цього сплайна є те, що у нього немає можливості зміни форми на ділянці між двома жорстко закріпленими інтерполяційними точками. Лише переміщенням однієї з точок інтерполяції можна домогтися деякого зміни форми сплайн-кривої. При цьому, в силу того, що кубічний інтерполяційний сплайн відноситься до нелокальним методам апроксимації, його значення в точках, які не збігаються з вузлами сітки Δ: a= x 0 x N \u003d b, Залежать від всієї сукупності величин f i = f(x i), i= 0, 1 ,…, N, І ще від значень крайових умов в точках a, b; отже, бажаний ефект зміни форми сплайн-кривої в одному місці інтервалу інтерполяції може перекриватися небажаними змінами на всьому іншому відрізку.

Однак методи боротьби з цим неприємним явищем відомі. Це, по-перше, застосування локальних інтерполяцій ермітовим типу, для яких значення сплайна на проміжку між вузлами сітки залежить від значень функції і її похідних тільки з деякою околиці цього проміжку.

По-друге, інтерполяція на основі раціональних сплайнів. Зберігаючи одне з найважливіших властивостей кубічної сплайн-інтерполяції - простоту і ефективність реалізації на ЕОМ - раціональні сплайни мають можливість наближення функцій з великими градієнтами або точками зламу, при цьому усуваючи осциляції, властиві звичайному кубічному сплайну.

Раціональної сплайн-функцією називають функцію S(x), Яка на кожному проміжку інтерполяції [ x i, x i +1] записується у вигляді

(2.7)

де t \u003d(x-x i)/ H i, h i \u003d x i + 1 - x i,p i,q i - задані числа, -1 p i,q i і при цьому безперервна разом зі своїми першої і другої похідними.

З виразу (2.7) видно, що при p i \u003d q i \u003d0, i \u003d0, 1,…, N-1, раціональний сплайн перетворюється в звичайний кубічний сплайн. Крім того, можна вважати, що сплайн першого ступеня також є окремим випадком кубічного сплайна, оскільки при всіх p i, q i -\u003e ∞,i \u003d0, 1,…, N–1, справедливо S(x)–> f i(1– t)+ f i +1 t,xÎ [x i,x i +1 ].

Таким чином, можна очікувати, що при використанні раціональних сплайнів шляхом належного вибору вільних параметрів p i, q i досягається висока точність наближення на ділянках достатньої гладкості інтерпольованої функції, а на ділянках з великими градієнтами задовольняються вимоги якісного характеру - опуклості і монотонності.

Використання раціональної сплайн-функції дозволяє описати однакової залежністю трасу з максимальним наближенням до траси, заданої традиційними елементами. Варіюючи значеннями коефіцієнтів p i і q i, є можливість повної імітації сплайн-функцією традиційних елементів плану траси (прямий, кругової кривої, клотоїди).

"Слабким" місцем в обгрунтуванні інтерполяційних сплайнів як універсального математичного апарату при трасуванні автомобільних доріг є допущення (умова), що вузли інтерполяції призначені проектувальником вірно і при обчисленні значень самого сплайна коригуванню не підлягають.

Проаналізуємо, як на практиці призначають розташування вузлів?

Якщо трасування виконується на основі карти або топографічного плану, то проводиться ескізна лінія дороги, яка, на думку проектувальника, є найбільш доцільною при заданих умовах, "від руки" або за допомогою механічних пристроїв. Далі на ескізної лінії фіксуються вузли інтерполяції і заміряються їх координати. При цьому не існує строго формалізованих алгоритмів призначення місця розташування вузлів, є лише ряд практичних порад. Зокрема: часте розташування вузлів призводить до осциляції кривизни такого сплайна через неминучою помилки знімання координат вузлів інтерполяції; рідкісне їх розташування викликає суттєві відхилення сплайн-траси від породжує її ескізної лінії.

Якщо трасування виконується за матеріалами польових досліджень, то вузлами сплайн-інтерполяції, в цьому випадку, є знімальні точки цифрової моделі местностии похибка у встановленні їх координат ще більш очевидна зважаючи на наявність помилок випадкового і систематичного характеру.

Гарного наближення сплайн-траси до ескізного варіанту і, в той же час, достатній її гладкості (плавності) можна домогтися, як правило, лише при багаторазовій інтуїтивної коригування проектувальником вузлів інтерполяції.

Звідси випливає, що інтерполяційні сплайни не є математичним апаратом оптимального трасування, а лише зручним і в багатьох задачах надзвичайно ефективним інструментарієм комп'ютерної обробки ескізно призначених проектних рішень. Якість таких рішень суттєво залежить від кваліфікації проектувальника.

З вищенаведених міркувань випливає, що постановка задачі трасування на основі сплайнів повинна припускати наступне: вузли інтерполяції ескізної траси, а в разі реконструкції - вихідної траси, призначаються наближено (з допуском) і точне їх місце розташування обчислюється за певними закономірностями, що враховує ряд основоположних цільових установок самого процесу трасування. У математичної термінології це завдання можна віднести до завдань генерації геометричних форм по їх грубим (наближеним) описами або завданням згладжування.

Згладжують сплайни. Як математичного апарату для розв'язання задачі трасування доріг застосовують згладжують сплайни, які мінімізують функціонал виду:

при обмеженнях, наприклад,

У записі функціоналу q \u003d1, 2; S(x i) - сплайн; r i - вe совою коефіцієнт вузла інтерполяції; f 0 (x i) - функція початкового наближення.

Обмеження можуть бути самими різними і в разі трасування доріг це: обмеження по допустимому радіусу, напрямку траси плані іуклону в поздовжньому профілі і т. П. При цьому для сплайнів третього ступеня повинні бути додані так звані "крайові умови" в точках x 0 = a,x n \u003db, Що забезпечують єдиність побудови сплайна. Наприклад, це можуть бути умови заданого початкового і кінцевого напрямку проектованої ділянки траси S¢ (x a), S¢ (x b).

З форми записи спільних умов (2.8) - (2.10) випливає, що це - завдання умовної оптимізації.

Умова (2.9) дозволяє зміщувати вузли інтерполяції в установленому коридорі варіювання за заданим алгоритмом. Ознакою завершення ітераційного процесу оптимізації служить виконання умови (2.10) і означає, що на кожному подальшому ітераційне кроці зрушення будь-якого з вузлів не перевищить величини d.

Якщо в умові (2.9) e i \u003d 0, то знову приходимо до поняття інтерполяційних сплайнів. Звідси стає очевидним, що інтерполяційні сплайни є всього лише окремим випадком згладжують сплайнів.

Вибір згладжують сплайнів для подальшого детального розгляду тільки у вигляді алгебраїчних поліномів і тільки 1-й і 3-го ступеня з усього різноманіття обумовлений тим, що це найбільш прості в комп'ютерній реалізації сплайни і, в той же час, мають достатні Апроксимативні властивості для описів обрисів траси і її диференціального аналізу. У разі сплайнів 1-го ступеня цей аналіз (1-єї 2-е похідні) можна виконати у вигляді розділених різниць, а для сплайнів 3-го ступеня - безпосереднім диференціюванням функції.

Функціонал (2.8) добре моделює задачу трасування доріг при їх реконструкції, яка полягає в тому, щоб домогтися мінімального відхилення проектованої траси від існуючої, при одночасному умови по ухилу і кривизні в поздовжньому профілі, і по кривизні і швидкості наростання кривизни в плані відповідно до вимог СНиП для даної категорії дороги. Мінімальне відхилення досягається за рахунок другого доданка, а умови по кривизні і ухилу - першого доданка функціоналу (2.8).

При спільній мінімізації двох доданків співвідношення між ними регулюється ваговими коефіцієнтами r i, які повинні бути певним чином нормовані.

Розглянемо оптимізаційні можливості функціоналу (2.8) в порядку зростання його складності.

Другий доданок функціоналу

відомо як метод найменших квадратів, і воно являє собою функцію n+ 1-ої змінної S(x i), i \u003d0, 1,…, n. Мінімізація останньої розпадається в даному випадку на мінімізацію окремих доданків незалежно по кожній змінній.

У разі застосування сплайнів 1-й ступінь першого слагаемоефункціонала (2.8) буде записано, як

.(2.12)

Розглянемо лінійне наближення функціоналу довжини дуги кривої

(Тут мається на увазі, що | S`(x) | мало). Очевидно, що рішення задачі про мінімізації функціоналу (2.13) збігається з рішенням линеаризованной завдання про відшукання елемента мінімальної довжини. Отримане рішення часто називають сплайном в опуклому безлічі.

Після підстановки першої похідної сплайна, що збігається в даному випадку з розділеною різницею, набуде вигляду

(2.14)

де h i= x i +1 –x i.

Продифференцируем по змінної S(x i) І складемо два послідовних доданків рівняння, що містять цю невідому:

Прирівнявши отриману суму нулю і висловивши невідоме S(x i), Отримаємо

Тут знак "\u003d" є оператором присвоювання. Якщо прийняти крок інтерполяції рівномірним, тобто h i \u003dconst, То процес оптимізації (покрокових ітерацій) в графічній інтерпретації буде цілком зрозумілий (рис. 3. 10).

Швидка збіжність ітераційного процесу дозволяє рекомендувати цей метод для попередньої вироблення проектних рішень по проектної лінії поздовжнього профілю. У цьому випадку радіус кривизни і ухил проектної лінії можна контролювати за допомогою побудови перших і других розділених різниць.

Мал. 2.5. Графічна інтерпретація згладжування лінійного сплайна

Спільне розгляд суми функціоналів (2.12) і (2.14) дає нам рекуррентную формулу для оптимізації:

Збіжність ітераційного процесу тут, в порівнянні з формулою (2.17), нижче і істотно залежить від величини r i. ваговий коефіцієнт r i дозволяє уповільнювати або прискорювати ітераційний процес в окремих точках (вузлах) і може, наприклад для проектної лінії, служити засобом обліку обсягу або вартості зведення земляного полотна (дорожніх робіт) на ділянці одиничної довжини.

Розглянемо перший доданок функціоналу (2.8) стосовно кубічним сплайнів:

Аналогічно, рішення задачі про сплайне в опуклому безлічі описує (в линеаризованной постановці) становище, займане пружною рейкою в коридорі обмежень. При заміні другої похідної другої розділеної різницею даний функціонал набуде вигляду:

де S¢ (x a), S¢ (x b) - одні з можливих крайових умов кубічного сплайна. Стосовно до проектної лінії - це ухил в початковій ( x a) І кінцевої ( x b) Точках проектованої ділянки дороги.

Диференціювання і підсумовування рівнянь дасть нам відповідні рекурентні формули, які докладно наведені в спеціальній літературі.

Проектування заокруглень дороги в плані за класичною схемою "клотоїда - кругова крива - клотоїда" досить обґрунтовано з теоретичних позицій, але на практиці така схема має безліч вад і незручностей. Не вдаючись в їх суть, зауважимо, що якщо застосувати будь-яку функцію, яка могла б одна в якійсь мірі моделювати класичну схему (складову криву), то з позицій зручності алгоритмізації і організації діалогу "інженер-комп'ютер" це було б досить ефективно.

Криві Безьє. У 1970р. П'єр Безьє (французький математик) підібрав складові параметричного кубічного многочлена таким чином, що їх фізичний зміст став дуже наочним і дуже підходящим для вирішення багатьох прикладних задач, в тому числі і для цілей проектування доріг за принципом "тангенціального трасування".

Формула Безьє для кубічного многочлена ( n\u003d 3) має такий вигляд.

нехай r i = , i= 0, 1, 2, 3, тоді для 0 ≤ t ≤1:

або в матричної формі:

матриця M називається базисної матрицею кубічної кривої Безьє.

Крива, представлена \u200b\u200bу формі Безьє, проходить через точки r 0 і r 3, має дотичну в точці r 0, спрямовану від r 0 до r 1, і дотичну в точці r 3, спрямовану від r 2 до r 3 .

прямі Р 0 Р 1 , Р 1 Р 2 і Р 2 Р 3 утворюють фігуру, яка називається характеристичною (визначальною) ламаної, яка і визначає обриси кривої Безьє (рис. 2.6).

Щоб побудувати криву, задають точки Р 0 і Р 3, через які повинна проходити крива, потім на бажаних дотичних до цієї кривої в точках Р 0 і Р 3 задають точки Р 1 і Р 2. Змінюючи довжини відрізків Р 0 Р 1 і Р 2 Р 3 варіюють обрисами кривої, надаючи їй бажану форму.

Мал. 2.6. Сегмент кубічної кривої Безьє

Головною контрольованої величиною при проектуванні кривих в плані є радіус кривизни. Для того, щоб обчислювати радіус кривизни в кожній точці кривої, необхідно знати значення першої і другої похідних радіуса-вектора точки. Для кубічної кривої Безьє перша і друга похідні обчислюють за нижченаведеними формулами:

Тоді кривизна (величина, зворотна радіусу кривизни) обчислюється за формулою:

Крім кривої Безьє 3-го порядку (кубічної) для цілей трасування доріг можливе застосування також кривих Безьє 2-го, 4-го і 5-го порядків. Відповідні формули для обчислення радіусів-векторів (і їх похідних) для цих кривих наведені нижче.

Крива Безьє 2-го порядку:

Крива Безьє 4-го порядку:

Крива Безьє 5-го порядку:

Об'єднанням елементарних кривих Безьє γ (1), γ (2), ..., γ ( l), У яких кінцева точка кривої γ ( i) , i= 1, 2,…, l -1, збігається з початковою точкою кривої γ ( i +1), виходить складова крива Безьє. Якщо кожна крива γ ( i) Задається параметричним рівнянням виду

r = r ( i) (t), 0 ≤ t≤ 1,

то ця умова записується так:

r ( i) (1) = r ( i +1) (0), i= 1, 2,…, l–1.

Зокрема, для того, щоб дотична складеної кривої Безьє, яка визначається набором точок P 0 , P 1 , …, P m , Змінювалася безперервно вздовж цієї кривої, необхідно, щоб трійки вершин P 3 i -1 , P 3 i, P 3 i +1 (i ≥ 1) були колінеарними, тобто лежали на одній прямій (див. Рис. 2.7).

Мал. 2.7. Складова кубічна крива Безьє

Просторові криві Безьє. Вище, в міркуваннях про Безьє-кривих розумілося плоске розташування опорних точок траси і, відповідно, розглядалося подання тільки плоских кривих. Загалом случаеопорние точки характеристичної ламаної Безьє задаються точками тривимірного простору P i(x i, y i, z i), i= 0, 1 ,…, m.

Тоді просторова крива Безьє ступеня m визначається рівнянням, що має такий вигляд:

де - многочлени Бернштейна.

Матрична запис параметричних рівнянь, що описують просторову криву Безьє, має вигляд:

0≤ t ≤ 1,

Більш докладний виклад просторового трасування доріг приведено в гл. 5.

методичне забезпечення - сукупність методичних матеріалів, що сприяють функціонуванню САПР.

Професійні САПР мають, як правило, методичний супровід у вигляді " довідкових посібників"В паперовому вигляді. Головне меню таких систем також містить розділ Довідка (Допомога), в якому представлено опис основних проектних процедур.

В процесі експлуатації САПР накопичується досвід раціональної вироблення проектних рішень на основі всієї сукупності інструментальних засобів системи. Цей досвід, як правило, викладається у формі "Практичних настанов (посібників)" і сприяє підвищенню ефективності та якості інженерної праці.

2.3. Інформаційне та організаційне забезпечення

Інформаційне забезпечення - це сукупність засобів і методів побудови інформаційної бази для цілей проектування.

До складу інформаційного забезпечення входять: державні стандарти (ГОСТ), будівельні норми (СН), будівельні норми і правила (СНиП), відомчі будівельні норми (ВСН), типові проектні рішення по спорудах і елементах автомобільних доріг. Всі перераховані вище нормативно-інформаційні матеріали існують в паперовому вигляді або у вигляді електронних аналогів.

Інша частина інформаційного забезпечення існує тільки в електронному вигляді та є невід'ємною частиною САПР. Це бібліотеки умовних знаків (див. Рис.2.8), класифікатори та коди, шаблони типових елементів в складі графічних алгоритмів.

Мал. 2.8. Бібліотечний умовний знак для топографічного плану

В процесі проектірованіяіспользуется також інформація регіонального характеру. До неї відносяться сведеніяметеорологіческого і екологічного характеру, дані про рельєф і геологічну будову місцевості, відомості про місцезнаходження кар'єрів грунтів і кам'яних матеріалів і ін.

За іншою класифікацією інформацію можна поділити на вхідну, проміжну і вихідну. Вхідні - сукупність вихідних даних, необхідних для прийняття проектного рішення. Проміжна -одержання раніше в результаті рішення одних завдань і використовувана для вирішення інших, але не остаточні результати вирішення завдань. Вихідна - отримана як результат рішення задач і призначена для безпосереднього використання в проектуванні.

організаційне забезпечення являє собою сукупність організаційних і технічних заходів, спрямованих на підвищення ефективності функціонування САПР. До них відносяться: зміна організаційної структури проектної організації, її відділів і підрозділів; перерозподіл функцій між відділами; зміна технології проектно-вишукувальних робіт та кадрів складу співробітників, підвищення кваліфікації проектіровщіковв сфері САПР, організація і функціонування систем управління якістю проектнойпродукціі на основі міжнародних стандартів ISO 9001: 2000.

• назад
• вперед

проектних процедур, Для яких є відповідне програмне забезпечення;

взаємодія між проектувальниками і ЕОМ, підтримку інтерактивного режиму роботи;

взаємодія між членами колективу, які працюють над спільним проектом.

Перше з цих вимог виконується при наявності в САПР обчислювальних машин і систем з достатніми продуктивністю і ємністю пам'яті.

Друга вимога відноситься до призначеного для користувача інтерфейсу і виконується за рахунок включення в САПР зручних засобів вводу / виводу даних і, перш за все, пристроїв обміну графічною інформацією.

Третя вимога обумовлює об'єднання апаратних засобів САПР в обчислювальну мережу.

В результаті загальна структура ТО САПР представляє собою мережу вузлів, пов'язаних між собою середовищем передачі даних (Рис. 5.1). Вузлами (станціями даних) є робочі місця проектувальників, часто звані автоматизованими робочими місцями (АРМ), або робочими станціями (WS - Workstation) ; ними можуть бути також великі ЕОМ (мейнфрейми), окремі периферійні і вимірювальні пристрої.

Саме в АРМ повинні існувати засоби для інтерфейсу проектувальника з ЕОМ. Що стосується обчислювальної потужності, то вона може бути розподілена між різними вузлами обчислювальної мережі.

Середовище передачі даних представлена \u200b\u200bканалами передачі даних, що складаються з ліній зв'язку та комутаційного обладнання.

У кожному вузлі можна виділити кінцеве обладнання даних (ООД), Яке виконує певну роботу з проектування, і апаратуру закінчення каналу даних (АКД), Призначену для зв'язку ООД зі середовищем передачі даних. Наприклад, в якості ООД можна розглядати персональний комп'ютер, А в якості АКД - вставляється в комп'ютер мережеву плату.

Канал передачі даних - засіб двостороннього обміну даними, що включає в себе АКД і лінію зв'язку. лінією зв'язку називають частину фізичної середовища, використовувану для поширення сигналів в певному напрямку; прикладами ліній зв'язку можуть служити коаксіальний кабель, кручена пара проводів, волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ).

Близьким є поняття каналу ( каналу зв'язку), Під яким розуміють засіб односторонньої передачі даних. Прикладом каналу зв'язку може бути смуга частот, виділена одному передавача при радіозв'язку.

Мал. 5.1.

В деякій лінії можна утворити кілька каналів зв'язку, по кожному з яких передається своя інформація. При цьому говорять, що лінія розділяється між декількома каналами.

5.2. типи мереж

Існують два методу поділу лінії передачі даних: тимчасове мультиплексування (Інакше - поділ за часом, або TDM - Time Division Method), При якому кожному каналу виділяється деякий квант часу, і частотне розділення (FDM - Frequency Division Method), При якому каналу виділяється деяка смуга частот.

В САПР невеликих проектних організацій, Які налічують не більше одиниць-десятків комп'ютерів, які розміщені на малих відстанях один від іншого (наприклад, в одній або декількох сусідніх кімнатах), яка об'єднує комп'ютери мережу є локальною. Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ), або LAN (Local Area Network), Має лінію зв'язку, до якої підключаються всі вузли мережі. При цьому топологія з'єднань вузлів (рис. 5.2) може бути шинна (bus), кільцева (ring), зоряна (star). Протяжність лінії і число підключаються вузлів в ЛВС обмежені.

Мал. 5.2.

У більших за масштабами проектних організаціях в мережу включені десятки-сотні і більше комп'ютерів, що належать до різних проектних і управлінських підрозділів і розміщених в приміщеннях одного або декількох будівель. Таку мережу називають корпоративної. В її структурі можна виділити ряд ЛВС, званих подсетями, І засоби зв'язку ЛВС між собою. В ці кошти входять комутаційні сервери (блоки взаємодії підмереж). Якщо комутаційні сервери об'єднані відділеними від ЛВС підрозділів каналами передачі даних, то вони утворюють нову підмережу, звану опорної (Або транспортної), а вся мережа виявляється частиною ієрархічної структури.

Якщо будівлі проектної організації віддалені один від одного на значні відстані (аж до їх розташування в різних містах), то корпоративна мережа за своїми масштабами стає територіальної мережею (WAN - Wide Area Network). В територіальної мережі розрізняють магістральні канали передачі даних (магістральну мережу), що мають значну протяжність, і канали передачі даних, Що зв'язують ЛВС (або сукупність ЛВС окремої будівлі або кампуса) з магістральною мережею і звані абонентською лінією або з'єднанням "Останньої милі".

Зазвичай створення виділеної магістральної мережі, т. Е. Мережі, яка обслуговує єдину організацію, обходиться для цієї організації дуже дорого. Тому частіше вдаються до послуг провайдера, Т. Е. Фірми, що надає телекомунікаційні послуги багатьом користувачам. В цьому випадку всередині корпоративної мережі зв'язок на значних відстанях здійснюється через магістральну мережу загального користування. В якості такої мережі можна використовувати, наприклад, міську чи міжміську телефонну мережу або територіальні мережі передачі даних. Найбільш поширеною формою доступу до цих мереж у даний час є звернення до глобальної обчислювальної мережі Internet.

Для багатьох корпоративних мереж можливість виходу в Internet є бажаною не тільки для забезпечення взаємозв'язку віддалених співробітників власної організації, а й для отримання інших інформаційних послуг. Розвиток віртуальних підприємств, що працюють на основі CALS-технологій, з необхідністю передбачає інформаційні обміни через територіальні мережі, як правило, через Internet. Потрібно, однак, відзначити, що використання мереж загального користування істотно ускладнює завдання забезпечення інформаційної безпеки.

Структура ТО САПР для великої організації представлена \u200b\u200bна рис. 5.3. Тут показана типова структура великих корпоративних мереж САПР, звана архітектурою клієнт-сервер. У мережах " клієнт-сервер "Виділяється один або декілька вузлів, які називаються серверами, Які виконують в мережі керуючі або загальні для багатьох користувачів проектні функції, а інші вузли (робочі місця) є термінальними - їх називають клієнтами, в них працюють користувачі. У загальному випадку сервером називають сукупність програмних засобів, орієнтованих на виконання певних функцій. Але якщо ці кошти зосереджені на конкретному вузлі обчислювальної мережі, то тоді поняття "сервер" відноситься саме до вузла мережі.

Мережі "клієнт- однорангові мережі знайшли переважне поширення в невеликих за масштабами САПР.

У відповідності зі способами комутації розрізняють мережі з комутацією каналів і комутацією пакетів. У першому випадку при обміні даними між вузлами А і В мережі створюється фізичне з'єднання між А і В, яке під час сеансу зв'язку використовується тільки цими абонентами. Прикладом мережі з комутацією каналів може служити телефонна мережа . Тут передача інформації відбувається швидко, але канали зв'язку використовуються неефективно, тому що при обміні даними можливі тривалі паузи і канал "простоює". При комутації пакетів фізичного з'єднання, яке в кожен момент сеансу зв'язку єднало б абонентів А і В, Не створюється. Повідомлення поділяються на порції, звані пакетами, Які передаються в розгалуженої мережі від А до В або назад через проміжні вузли з можливою буферизацією (тимчасовим запам'ятовуванням) в них. Таким чином, будь-яка лінія може розділятися багатьма повідомленнями, поперемінно пропускаючи при цьому пакети різних повідомлень з максимальним заповненням згаданих пауз.