Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Основы автоматизации проектирования в строительстве..pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
13.65 Mб
Скачать

Моделирование на метауровне применяется в основном к объ­ ектам, являющимся предметами исследования теории автоматиче­ ского управления, и объектам, моделируемым как системы массо­ вого обслуживания.

Только после построения ММ можно воспользоваться матема­ тическими методами для ее изучения и решения.

Применение методов зависит от свойств объектов проектиро­ вания и характера решаемых задач. С методами связаны алгоритмы решения задач (алгоритм принятия решения, алгоритм анализа, вспомогательные алгоритмы).

6. Методическое обеспечение

Методическое обеспечение - это совокупность методических материалов, документов, способствующих разработке и функцио­ нированию САПР. Прохождение проекта в САПР характеризуется логической схемой процесса автоматизированного проектирования, определяющей порядок и правила принятия проектных решений в ходе разработки нового объекта. Разработка методического обеспе­ чения должна предварять создание других компонентов обеспечи­ вающей части.

7. Организационное обеспечение

Организационное обеспечение - это совокупность средств и методов, предназначенных для проведения технико-экономического анализа существующей системы проектирования и технологии строительства. Включает положения, приказы, штатное расписание, квалификационные требования и другие документы, регламенти­ рующие задачи, организационную структуру подразделений про­ ектной организации и их взаимодействие при эксплуатации САПР, ответственность должностных лиц, порядок подготовки и перепод­ готовки пользователей.

Функции организационного обеспечения: выбор направлений совершенствования процесса проектирования; формулировка тре­ бований к комплексу технических средств; выбор и постановка задач; внедрение новых методов решения задач.

Прикладным называется программное обеспечение (ППО), предназначенное для решения определенной целевой задачи из про­ блемной области. Часто такие программы называют приложениями.

Из всего разнообразия прикладного ПО, используемого в САПР, условно можно выделить следующие группы:

-программы общего назначения;

-типовые проблемно-ориентированные пакеты;

-специализированное ПО, описывающее предметную область деятельности.

Программы общего назначения - это наиболее распространен­ ные программы, которые можно использовать в любой проблемной области. К ним можно отнести:

текстовые редакторы и процессоры (NotePad, Edit; Word', WordPad, Ami Pro, Page Maker, Ventura Publisher и др.);

табличные процессоры (SuperCalc, MS Excel, Quatro Pro, Lotus 1-2-3 и др.);

системы иллюстративной и деловой графики, графические

процессоры. Среди них можно выделить программы, работающие с растровой графикой {Paint, Faure Matiss; Adobe Photoshop, PhotoStyler, Picture Publishe, Picture It! и т.п.), и программы векторной графики {Corel Draw, Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, AutoCAD, 3d Studio Max и др.).

Растровая и векторная графика отличаются принципами форми­ рования изображения.

Основной элемент растровой графики - точка, ее цвет яркость и положение на плоскости (экране). Изображение получается путем сканирования или при использовании цифровых фото- и видеокамер. Большинство графических редакторов ориентировано не столько на создание изображения, сколько на его обработку.

Основным элементом векторной графики является линия с коор­

динатами ее концов в пространстве;

4

♦ программы-переводчики с разных языков {Styles,

Prompt 98,

Сократ и т.п.) и другие.

 

Типовые проблемно-ориентированные пакеты -

это про­

граммные комплексы, позволяющие решать типовые задачи в опре-

деленной сфере деятельности, возникающие в любой отрасли, в том числе и строительной. К ним можно отнести:

интегрированные пакеты офисной деятельности (MS Office, Borland Office, Oracle Office, Lotus SmartSuit и др);

пакеты статистической обработки данных (Statistica, StatGraphics и др);

математические пакеты (MathCAD, Maple, МатЛаб и др);

СУБД - системы управления базами данных {dBase, FoxPro,

R:Base, Oracle, Clipper, Paradox, Ingris, MS Access и др.); ♦ экспертные системы {Guru, Leonardo и др.).

Специализированное программное обеспечение - это программ­ ное обеспечение, разработанное с учетом специфики конкретной от­ расли. Оно существует в виде:

1)отдельных программ,

2)пакетов прикладных программ (ППП) без сквозной автома­ тизации,

3)автоматизированных рабочих мест (АРМ) конкретных спе­ циалистов,

4)интегрированных систем или технологических линий проек­ тирования (ТЛП).

Специализированное ПО необходимо выбирать с учетом воз­ можного усовершенствования, удобства освоения и сопровождения системы, полноты документации, получения выходной информации в соответствии с принятыми в организации стандартами, решения всех задач проектирования.

ППО для САПР объектов строительства подробно будет рас­ смотрено в разделах 10-13.

Контрольные вопросы

1.Раскройте понятие «CAD/CAM/CAE/PDM-системы».

2.Каковы тенденции и перспективы развития САПР в строи­ тельстве?

3.Перечислите основные принципы построения САПР.

4.Раскройте понятие «структура САПР». Каково основное на­ значение функциональной части САПР?

5.Какие виды обеспечения входят в состав комплекса средств ав­ томатизации (обеспечивающей части САПР) и каково их назначение?

ЛЕКЦИЯ 3

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР

§1. О б щ и е с в е д е н и я о б ЭВМ и в ы ч и с л и т е л ь н ы х

СИСТЕМАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В САЦР

Система технического обеспечения проектирующих и функ­ циональных подсистем САПР представляет собой комплекс техни­ ческих средств, предназначенный для сбора, обработки, передачи и выдачи информации, организации общения человека с ЭВМ, из­ готовления проектной документации при решении задач проекти­ рования и управления.

Основу технического обеспечения САПР составляют различ­ ные ЭВМ, оснащенные соответствующими периферийными уст­ ройствами: внешними запоминающими устройствами, устройства­ ми ввода-вывода информации, техническими средствами машинной графики, аппаратурой для связи технических средств между собой и пользователями САПР. К техническому обеспечению САПР отно­ сятся также средства организационной техники, различное измери­ тельное оборудование для получения данных, используемых при проектировании.1

1. Общие сведения об ЭВМ как средстве автоматизации проектирования

ЭВМ представляют собой технические средства (ТС) программ­ ной обработки данных, обеспечивающие разработку и эксплуатацию программного обеспечения САПР, изменение производительности труда путем замены и наращивания ЭВМ.

На первых этапах внедрения ЭВМ в деятельность человека решение задач можно было разделить на два больших класса:

1. Научные и технические расчеты, которые отличались отно­ сительно небольшим объемом входной информации (исходных данных) и выходной информации (результатов расчета) и- очень

большим количеством разнотипных вычислительных операций

впроцессе решения;

2.Планово-экономические расчеты, статистика, связанны

с вводом в машину очень большого количества (массивов) исход­ ных данных. Сама же обработка требовала сравнительно небольшо­ го числа простейших логических и арифметических операций. ЭВМ, предназначавшиеся для решения таких задач, часто называли системой автоматизированной обработки данных.

Для решения этих задач первоначально строили ЭВМ, которые различались уже на уровне аппаратного обеспечения. Однако рез­ кое расширение сферы использования ЭВМ, совершенствование аппаратного и программного обеспечения, расширение понятия на­ учно-технических расчетов привело к стиранию границ между этими двумя типами задач, а следовательно, и типами ЭВМ. В результате появились ЭВМ общего назначениятмэйнфреймы 0mainframe), на которых работали первые CAD-системы. В настоящее время в структуре КТС САПР мэйнфреймы, у нас чаще называемые супер­ ЭВМ, выполняют основной объем вычислительных работ и машин­ ной обработки информации в различных ВЦ. Правда современный мэйнфрейм существенно отличается от прежних. Он сохранил сильные стороны и поднял их на новую высоту, обогатившись средствами безопасности, надежности, гибкости и открытости для организации взаимодействия с альтернативными технологически­ ми платформами.

Современные супер-ЭВМ, на которых могут работать самые мощные САПР, обладают производительностью свыше 100 млн операций/с, емкостью оперативной памяти в сотни и тысячи мегабайт и оперируют со словами длиной не менее 64 разрядов. При этом они могут содержать по несколько десятков и даже сотен процессо­ ров, достигая при этом пиковой производительности в несколько сотен MFLOPS1 Производство дорогостоящих супер-ЭВМ во всем мире составляет в настоящее время десятки штук в год и строятся они, как правило, «под заказ». Супер-ЭВМ работают в составе вы­

Единицы измерения производительности обычно выражаются в: KOPSтысячах операций в секунду; MIPS - миллионах инструкций или команд в секунду; FLOPS - миллионах операций с плавающей запятой в секунду.

числительных центров, и доступ к ним проектировщика возможен только через терминалы. Кроме того, их архитектура, аппаратное

ипрограммное обеспечение достаточно сложны для первоначаль­ ного изучения.

Внастоящее время в проектных организациях нашей страны основным рабочим инструментом проектировщика являются пер­ сональные ЭВМ на базе микропроцессоров, поскольку непосредст­ венно участвуют в работе систем автоматизации проектирования, производственных процессов, обрабатывают данные научных экспе­ риментов, принимают и обрабатывают потоки информации в каналах связи и т.д. Поэтому в дальнейшем основное внимание будет уделено именно персональным компьютерам.

Первые микро-ЭВМ появились в 70-е годы. Они состояли из процессора, памяти, схем сопряжения с устройствами ввода/вывода

итактового генератора, размещенных в одной БИС (большой ин­ тегральной схеме) - однокристальной ЭВМ или в нескольких БИС, установленных на одной печатной плате - одноплатной ЭВМ. Совершенствование технологии, переход к интегральным схемам со сверхбольшой степенью интеграции (СБИС) позволили создать функционально законченное устройство обработки информации- микропроцессор. Появление микропроцессоров положило начало революционным преобразованиям в области аппаратного обеспече­ ния - наступила эра персональных компьютеров (ПК или ПЭВМ).

В1976 году была зарегистрирована компания Apple, которая начала выпуск первых в мире персональных компьютеров «Макинтош». Основным недостатком этих персональных компьютеров явилась невозможность их усовершенствования без участия фирмы-изго­ товителя.

Принцип открытой архитектуры2, впервые использованный фирмой «ЮМ», сделал самыми распространенными ШМ-совмес- тимые компьютеры, которые начали стремительно внедряться в раз­ личные сферы человеческой деятельности во всем мире. Представи­ тели семейства ЮМ имеют различные технические характеристики.

2

Принцип «upgrade» - расширить, обновить: возможность дополнения име­ ющихся аппаратных средств новыми компонентами без замены старых или замена старых новыми, без замены компьютера.

Эти небольшие на вид машины несут в себе огромный вычислитель­ ный потенциал. По классам их можно подразделить на офисные ком­ пьютеры, сетевые рабочие станции, графические станции, серверы приложений и баз данных.

Рынок персональных компьютеров нашел широкое применение и в системах автоматизированного проектирования. Но для трехмер­ ного проектирования мощности первых ПК не хватало. Поэтому крупные фирмы-производители ПК начали выпускать рабочие стан­ ции (PC) на базе разнообразных архитектур, ориентированные на ра­ боту с CAD-системами (например рабочая станция RS/6000). Чаще всего PC строятся на базе RISC-процессоров и работают под управ­ лением операционной системы Unix или AIX, а поставщики «серьез­ ных» средств автоматизации проектирования ориентировались на эти рабочие станции. Они были намного дешевле мэйнфреймов.

В начале 90-х годов произошел резкий скачок в развитии рос­ сийского рынка компьютерной и оргтехники, который непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм «1ВМ», «Hewlet Packard», «Apple» (США), «Siemens» (Германия) и др. Нам стали доступны последние достижения зарубежной вычислитель­ ной техникиаппаратные (hardware) и программные (software) средства разработки, а также средства Multimedia.

2. Вычислительные системы САПР

ЭВМ в совокупности с программным обеспечением составляет вычислительную систему. На основе ПЭВМ создаются программ­ но-технические комплексы автоматизированного проектирования -

автоматизированные рабочие места (АРМ), в том числе много­ терминальные, предназначенные для специалистов разных направ­ лений (архитекторов, конструкторов, сантехников, сметчиков и др ). Состав АРМ зависит от характера задач, решаемых в проектном подразделении. В АРМ входят устройства ввода и вывода инфор­ мации и другое необходимое периферийное оборудование.

Для решения простых задач автоматизированного проектиро­ вания на базе персональной ЭВМ в режиме индивидуального пользо­ вания могут создаваться рабочие места проектировщика (РМП), оснащенные недорогим периферийным оборудованием.

Вряде случаев для решения конкретных задач пользователь сам на базе микропроцессорных комплектов может создавать спе­ циализированные микроконтроллеры для управления конкретны­ ми технологическими объектами.

Внастоящее время при создании новых ЭВМ разработка аппа­ ратного и программного обеспечения производится одновременно. Во всех развитых странах ЭВМ всегда поставляется с системой про­ граммного обеспечения в такой форме и на таких носителях информа­ ции, чтобы их использование не вызывало затруднений. Программное обеспечение (ПО) - такой же вид промышленной продукции, как

исама ЭВМ, причем его стоимость зачастую дороже аппаратной час­ ти. Но постепенно по мере тиражирования стоимость ПО снижается, САПР становятся доступнее, а когда компания «Autodesk» разработала свой знаменитый пакет AutoCAD стоимостью всего в 1 тыс. долларов, он превратился в массовый продукт. Правда, в те времена ПК были 16-разрядными, и их мощности хватало лишь для двумерных по­ строений - черчения и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у пользователей.

Наиболее бурное развитие САПР происходит в 90-х годах, когда фирма Intel выпустила процессор Pentium Pro, а фирма Microsoft- операционную систему Windows NT. В настоящее время новые ЭВМ на процессоре Intel Pentium Pro обеспечивают производительность, сопоставимую с моделями рабочих станций. И если раньше многие задачи просто нельзя было решить на ПЭВМ, то с использованием новых пакетов ПО на ПК можно сделать уже почти все, что и на {/лйс-машинах (рабочих станциях).

Современные САПР очень требовательны к системным ресур­ сам: наличию процессоров с высокой тактовой частотой, высокопро­ изводительным видеокартам, большим объемам памяти и другому.

Для современного этапа развития САПР характерно создание единого информационного пространства. Поэтому естественен пе­ реход от локальных автоматизированных рабочих мест проекти­ ровщиков к автоматизации целых подразделений, т.е. к созданию сетей ЭВМ - локальных и глобальных.

Развитие рынка САПР идет двумя путямиэволюционным

иреволюционным. В свое время революционный переворот произ­ вели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас ры­

нок развивается эволюционно: расширяются функциональные воз­ можности программных продуктов, повышается производитель­ ность ЭВМ, упрощается их использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Это может произойти, когда постав­ щики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т.д.) не фай­ ловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В резуль­ тате инженерная информация станет структурированной, и управ­ лять ею будет гораздо проще, чем теперь.

§2. С о с т а в п е р с о н а л ь н о г о к о м п ь ю т е р а

Современный персональный компьютер имеет весьма сложную структуру магистралей, иерархию внутренней памяти и множество подсистем ввода-вывода различного быстродействия. Несмотря на разнообразие моделей персональных компьютеров, в их устройстве есть много общего.

Конструктивно ПК (рис. 3.1) представляет собой системный блок, состоящий из корпуса с блоком питания, в котором установ­ лены: материнская плата с процессором, оперативной памятью,

видеокартой (видеоплатой), при необходимости звуковой картой

и сетевой картой; жестким диском (винчестером); приводом для компакт-дисков; приводом для дискет. Кроме этого, в состав компь­ ютера обязательно входит монитор (дисплей), клавиатура, манипу­ лятор «мышь». Это основные устройства компьютераосновная конфигурация. Кроме них применяются периферийные устройства: принтер, плоттер, звуковые колонки, микрофон, сканер, планшет (дигитайзер), внешние накопители.

1. Элементная база ПК

Кратко рассмотрим назначение и функции основных элементов компьютера (см. рис. 3.1).

Системный блок. В системном блоке располагаются основные аппаратные компоненты ПК. На рис. 3.2 представлена схема основ­ ного комплекта устройств персонального компьютера. Это мате­ ринская плата, блок питания, устройства хранения информации,

контроллеры периферийных устройств.

Материнская плата (МП) является основной составной частью каждого PC, которая управляет внутренними связями и взаимодейст­ вует через прерывания с другими внешними устройствами. Материн­ скую плату (Motherboard) также называют главной (Mainboard) или

системной платой. МП влияет на общую производительность

компьютера. Винчестер с высокой скоростью вращения шпинделя (головки) или высокопроизводительная графическая карта не смо­ гут увеличить его производительность, если тормозится поток дан­ ных к материнской плате и от нее.

На МП расположены: микропроцессор, Chipset, внутренняя память, слоты (разъемы расширения).

Микропроцессор или главный процессор (Central Processing Unit, CPU) - стержень материнской платы. Регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс, выполняя поступающие на его вход команды. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора.

Процессоры различаются между собой разрядностью и так­ товой частотой.

Разрядность - это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое (8, 16, 32, 64). Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти, которые находятся в самом процессоре - регистрами. Процессор с регистром в 1 байт (8 бит) называют восьмиразрядным, 2 байта- 16-разрядным, 4 бай­ т а - 32-разрядным и т.д. От разрядности зависят производитель­ ность и максимальный объем внутренней памяти.

Тактовая частота (т/ч). Режим работы микропроцессора зада­ ется микросхемой, которая называется генератором тактовой часто­ ты. На выполнение процессором каждой операции отводится опре­ деленное количество тактов. Ясно, что если тактовая частота выше, то процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мега­ герцах (МГц)3

В области ПК признанным лидером на рынке считается фирма Intel, которая является (и была) «домашним» поставщиком процес­ соров (CPU) семейства IBM PC. Вся история ШМ PC связана с мик­ ропроцессором фирмы Intel, которая выпускает эти микросхемы

Частота в 1 Мгц соответствует миллиону тактов в одну секунду.

с 1970 года. Обстоятельное изложение истории и эволюции микро­ процессоров не входит в нашу задачу, поэтому мы дадим нефор­ мальную классификацию тех типов CPU, которые в настоящее время используются в нашей стране.

В России автоматизация проектирования с применением техно­ логии машинной графики началась с микропроцессоров Intel-80286, 16-разрядных, с т/ч 12-25 МГц. Чтобы работать с современным про­ граммным обеспечением (типа ОС семейства Microsoft Windows), необходимо иметь ПК с 32-разрядным микропроцессором Pentium 3 и выше, с т/ч 1000 Мгц и более. Семейство ЕВМ PC быстро развива­ ется. Продолжается соревнование фирм Intel, AMD (Advanced Micro Device), CX (Cyrix) по выпуску все более совершенных микропро­ цессоров для ПЭВМ.

Внутренняя память - это запоминающее устройство, напря­ мую связанное с процессором и предназначенное для хранения вы­ полняемых программ и данных, непосредственно используемых в вычислениях. Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы. Внутренняя память делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.

Постоянная память заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменена в обычных условиях эксплуатации. Аппаратно она представляет собой элемент памяти ROM BIOS, часто называе­ мый просто BIOS СBasic Input Output System - базовая система ввода/вывода) емкостью 64 Кб, установленный в разъем на материн­ ский плате. BIOS предоставляет операционной системе аппаратные драйверы и осуществляет сопряжение между материнской платой и остальными устройствами ПК; содержит тест проверки системы при включении ПК, программу установки параметров BIOS и ап­ паратной конфигурации, а также некоторые возможные установки

Chipset.

Оперативная память (ОП) представляет собой самую быст­ рую запоминающую среду компьютера. Принципиально имеет зна­ чение то, что информация может быть как записана в нее, так и счи­ тана. При выключении компьютера содержимое ОП в большинстве случаев теряется.

Чтобы CPU мог выполнять программы, они должны быть за­ гружены в оперативную память. CPU имеет непосредственный

доступ к данным, находящимся в ОП. С внешней памятью (гибки­ ми и жесткими дисками) процессор работает через буфер, являю­ щийся разновидностью оперативной памяти, недоступной пользо­ вателю. Только после того, как программное обеспечение будет считано в ОП с внешнего носителя данных, возможна дальнейшая работа системы в целом.

Chipset - это набор микросхем, установленных на материнской плате для обеспечения работы CPU по обмену данными с перифе­ рийными устройствами. В настоящее время именно Chipset опреде­ ляет как производительность, так и саму архитектуру материнской платы. Наиболее известные Chipset для материнских плат Pentium и Pentium Pro выпускаются фирмой Intel и имеют название Triton.

Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором ПК через специальные блоки (электронные схемы), которые называ­ ются контроллерами4 или адаптерами. Существуют контроллеры дисковода, монитора, принтера и другие. Задача контроллера - пре­ образование информации, поступающей от процессора, в соответст­ вующие сигналы, управляющие работой устройства.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с CPU и ОП через системную магистраль передачи данных, которую обычно называют шиной. Шина представляет собой совокупность линий (проводов), по которым передается информация.

В слоты (разъемы на материнской плате) вставляются все платы расширения: видеоадаптер, дисковый контроллер, звуковая и сетевая карты и другое.

2. Эксплуатационно-технические характеристики ЭВМ

Пользователю ЭВМ в общем безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, схемно или программно реализу­ ются команды и т.д. Важно другое: как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю, как связаны между собой характеристики отдельных устройств, входящих в состав ЭВМ, и какое влияние они оказывают на общие характеристики машины.

От англ, controller- контролер, управляющий.

К основным характеристикам ЭВМ относятся ее эксплуатаци­ онно-технические характеристики, такие как производительность, объем памяти, точность вычислений и другие.

Производительность ЭВМ определяется количеством эле­ ментарных операций (команд), выполняемых ЭВМ в секунду. Про­ изводительность зависит от большого числа факторов и является функцией не только параметров ЭВМ, но и класса решаемых задач, используемого программного обеспечения и особенностей обраба­ тываемой информации. Различают производительность максималь­ ную, являющуюся функцией только параметров ЭВМ, и среднюю, учитывающую и другие факторы. Для оценки скорости выполнения проектных процедур в САПР обычно используют среднюю произ­ водительность.

Российские научные учреждения оснащены вычислительными системами (ВС) производительностью не более 109оп/с. В США производительность ВС до 1012 оп/с, и начата разработка ВС, произ­ водящих 1015 оп/с. Создание и применение современных ЭВМ с вы­ сокой производительностью стало стратегическим направлением в ведущих странах мира.

Объем памяти - максимальное количество единиц информа­ ции, которые одновременно могут храниться в памяти. Обычно емкость измеряется в байтах и производных от них единицах: кило­ байтах (Кб), мегабайтах (Мб), гигабайтах (Гб).

Точность вычислений зависит от разрядности микропроцес­ сора. Современные ЭВМ комплектуются 32или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высо­ кой точности расчетов в самых разнообразных приложениях.

Система команд. На современном этапе развития вычисли­ тельной техники используются два основных подхода при форми­ ровании системы команд. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полным набором команд, - архитектура CISC (Complete Instruction Set Computer -

компьютер с полным набором команд), где одна команда выполняет­ ся за 4 такта. С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых командархитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд), где одна команда выполняется за 1-2 такта, что

позволяет существенно повысить быстродействие компьютера. Такие RISK-машины (типа HP 9000, RS 6000) обычно используются в качестве рабочих станций или серверов в локальных вычисли­ тельных сетях.

Важное значение имеют и другие характеристики ВТ, напри­ мер, надежность, стоимость, программная совместимость, габариты и др. Они принимаются во внимание при оценке конкретных сфер применения ЭВМ.

§3. П е р и ф е р и й н ы е у с т р о й с т в а ЭВМ

Периферийные устройства (ПУ) ЭВМ используются для вво­ да, вывода, подготовки данных и запоминания больших объемов информации. В процессе работы ПУ преобразуют форму представ­ ления информации, не изменяя ее содержания.

1. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)

ВЗУ позволяют увеличить объем памяти ЭВМ до десятков

исотен гигабайт, что необходимо для САПР, оперирующих с боль­ шими объемами справочной и проектной информации. Они служат для подготовки, хранения и переноса данных.

Старейшими периферийными запоминающими устройствами являются дисководы (Floppy Disk Drive, FDD) или накопители на гибких магнитных дисках (НГМД). В качестве носителя инфор­ мации в них применяются гибкие магнитные диски (ГМД) или дискеты (Floppy) диаметром 3,5” Дискета представляет собой гиб­ кий лавсановый диск, на который нанесено магнитное покрытие. Информация на дискете запоминается путем изменения ее намагни­ ченности. Дискеты обладают небольшой емкостью (1,44 Мбайта)

иявляются ненадежными устройствами хранения информации, т.к. могут быть легко повреждены.

Накопитель на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive, HDD) или «Винчестер» предназначен для стационарной установки в ПК. Обычно он извлекается из корпуса компьютера только при замене. В принципе, жесткие диски подобны дискетам. В них информация также записывается на магнитный слой диска.

Однако этот диск, в отличие от дискет, сделан из жесткого материа­ ла, чаще всего алюминия (отсюда и название Hard disk). В корпусе из прессованного алюминия объединены такие элементы винчесте­ ра, как управляющий двигатель, носитель информации - диск или пакет дисков, головки чтения/записи и электроника. Емкость вин­ честера (в настоящее время - до 200 Гбайт) во много раз превышает емкостью дискеты. Время доступа к информации для винчестеров на порядок меньше, чем для приводов дискет.

Для повышения производительности и отказоустойчивости дисковой подсистемы применяются многоядерные RAID-массивы.

Приводы компакт-дисков - CD, DVD, пришедшие из облас­ ти аудиоаппаратуры, были модифицированы для применения в ПК и в настоящее время уже уверенно вошли в стандартную комплек­ тацию современных компьютеров. Носители информации - опти­ ческие или лазерные диски, представляющие собой металлизиро­ ванный пластмассовый диск диаметром 110 мм и толщиной 1,2 мм, на верхнюю сторону которого нанесен светоотражающий алюми­ ниевый слой, покрытый защитным лаком для предотвращения по­ вреждений. По возможности и плотности записи различают следую­ щие диски:

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) - предназначен­ ный только для чтения данных. Носитель не позволяет записы­ вать информацию на него (необходим пишущий CD-W ORM - Write once-Read many);

CD-R (Compact Disk Recordable)- однократная запись с воз­ можностью дописывания;

CD-RW (Compact Disk Rewriteable) - многократная запись и уда­ ление файлов с помощью CD-ROM-Recorder.

После этого CD можно использовать в любом стандартном приводе CD-ROM. При записи компакт-диск обрабатывается лазер­ ным лучом (без механического контакта), выжигающим тот уча­ сток, который хранит логическую единицу, и оставляет нетронутым тот участок, который хранит логический нуль. В результате этого на поверхности CD образуются маленькие углубления. Практически он не изнашивается (при соответствующей эксплуатации), надежен в транспортировке. Имеет большую емкость. Объем данных дости­ гает 500-700 Мб.

Объем информации на дисках DVD - 4,7 Гб, на дисках двой­ ной плотности DVD9 —до 9,4 Гб, HD-DVD —до 50 Гб.

Кроме того, в качестве внешних запоминающих устройств при­ меняются съемные устройства типа ZIP и JAZ. Носителями инфор­ мации в них являются магнитооптические диски, основанные на за­ писи данных при помощи дополнительного магнитного поля (поля смещения) и лазерного луча. Емкость 100-1000 Мбайт.

До сих пор находят широкое применение накопители на маг­ нитных лентах (НМЛ) - стримеры, позволяющие эффективно ор­ ганизовывать процесс резервного копирования и компрессии данных. Их емкость - 800 и 3200 Мб с компрессией.

ВЗУ, как и другие устройства вычислительной техники, по­ стоянно совершенствуются и достаточно быстро меняются. Одно из последних достижений - флэш-карты или электронная память емкостью до 2 Гбайт и более, устройства MP3 и MP4, работающие с флэш-картами, и т.п.

Данные, хранящиеся в ВЗУ, непосредственно центральным про­ цессором не обрабатываются. В ходе вычислительного процесса ВЗУ осуществляют двусторонний обмен информацией с ОЗУ. Поэтому для ВЗУ используются те же принципы обмена данными, что и для других периферийных устройств. В качестве посредника между приводом и ПК используется специальный контроллер.

Время доступа к информации для ВЗУ составляет миллисекун­ ды, а для элементов ОП - наносекунды.

При правильной эксплуатации накопителей данные, которые на них размещены, будут доступны в течение длительного времени и возможен обмен данными между компьютерами.

2. Устройства ввода информации

Предназначены для преобразования вводимой информации, заданной в виде текстов, кодов, графических изображений и т.п. в электрические сигналы, поступающие через каналы в ОЗУ. К таким устройствам относятся:

Клавиатура {Keyboard), предназначена

для ручного ввода

в компьютер данных (чаще всего, текстовой

информации), коди­

руемых нажатием расположенных на ней клавиш. Различают кла­ виатуру механическую, мембранную или сенсорную.

М ышь (Mouse) - устройство управления курсором и выполне­ ния некоторых команд по редактированию информации, служит для оперативного взаимодействия человека и ЭВМ. Обычно выпуска­ ются мыши с двумя-тремя кнопками, но специальные додели имеют больше трех кнопок (например Internet mouse). Некоторые приклад­ ные программы рассчитаны только на работу с мышью, но допуска­ ют замену мыши командами, вводимыми с клавиатуры. Для опти­ мального функционирования мышь должна передвигаться по пло­ ской поверхности, для чего используются специальные коврики

(Mouse pad).

Мыши различаются по форме и по способу передачи информа­ ции. Например: оптико-механическая мышь, оптическая мышь, инфракрасная мышь, радиомышь.

Сканер - устройство, позволяющее вводить в компьютер в гра­ фическом (растровом) виде чертежи, текст, рисунки, слайды, фото­ графии и др. Сканеры бывают настольные- они обрабатывают весь лист целиком, и ручные - их надо проводить над нужным рисунком или текстом. В зависимости от типа, они могут выдавать черно-белые или цветные изображения. Сканеры отличаются друг от друга разрешающей способностью. Разрешение —от 300-400 (для цветного сканирования) до 1800 (полутоновое сканирование) точек на дюйм. Профессиональные широкоформатные сканеры фирм

Vidar, CalComp, Intergraph и Contex позволяют сканировать изо­ бражения размером до формата АО, большинство имеют функцию отсечки (фильтрации) серого фона. Кроме того, они позволяют вы­ полнять конвертацию из растровой формы в векторную при нали­ чии специального ПО.

Для связи с ПК сканеры используют USB-интерфейс. Координатные устройства ввода - планшет или дигитайзер

(обычно именуемый «сколкой») - устройство для ввода контурных изображений. Используется, как правило, в САПР для ввода черте­ жей в компьютер. Для профессиональных графических работ диги­ тайзер (со световым пером) практически является стандартным уст­ ройством, так как он с помощью соответствующих программ позво­

ляет преобразовывать передвижение руки оператора в формат век­ торной графики.

Первоначально дигитайзер был разработан именно для прило­ жений САПР, где необходимо определять и задавать точное значе­ ние координат большого количества точек. Это функциональное требование при использовании обычных устройств ввода (таких как клавиатура) затруднительно, а при использовании мыши может быть выполнено неточно. Планшет, помимо того, что является рабо­ чей («письменной») поверхностью, имеет еще и другие многочис­ ленные функции, позволяющие непосредственно управлять соответ­ ствующими программами. Собственно в качестве средства ввода ин­ формации служит или световое перо, или (чаще) круговой курсор, с помощью которого выполняется позиционирование и можно очень точно определять координаты на планшете.

Графический планшет может иметь различные размеры, для профессиональной деятельности - форматы А2 или АЗ, для более простых работ - меньшие размеры.

3. Устройства вывода информации

Предназначены для преобразования информации, выводимой из ЭВМ, в форму, пригодную для восприятия человеком.

Монитор - важнейшее устройство визуального отображения текстовой и графической информации. Может работать в двух режи­ мах: текстовом или графическом. Различают мониторы цветные

и монохромные, с электронно-лучевой трубкой (CRT) и жидкокри­ сталлические (TFT, LCD).

Сигналы, которые получает монитор (числа, символы, графиче­ скую информацию и сигналы синхронизации), формируются видео­ картой или видеоплатой. Таким образом, монитор и видеокарта представляют собой своеобразный тандем, который должен быть настроен соответствующим образом. При приобретении ПК следует обратить внимание на качество видеоплаты - низкопроизводитель­ ная видеоплата способна превратить работу в мучение. Современ­ ные САПР для ПК «хотят» уже как минимум 16 Мб видеопамяти. Чаще всего для САПР необходим цветной монитор с диагональю

17 дюймов или более (в идеале - 27 дюймов). Некоторые САПР поддерживают одновременную работу с двумя мониторами, что довольно удобно: на одном может отображаться графика, на дру­ гом - текстовые сообщения.

Принтер (печатающее устройство), предназначен для вывода информации на бумагу.

Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM PC. Чаще всего в настоящее время применя­ ют лазерные, струйные и реже - матричные принтеры.

Лазерные принтеры позволяют достигать значительно более высокого качества печати, которое приближается к фотографиче­ скому. Лазерные оборудованы большим объемом памяти, процес­ сором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере располагаются разнообразные шрифты и специальные программы, которые управляют работой.

Матричные (игольчатые) принтеры долгое время являлись стандартным устройством вывода для PC. Достоинства их опреде­ ляются низкой стоимостью и универсальностью.

Струйные принтеры, основной принцип их работы чем-то напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок здесь применяются сопла (очень маленькие отверстия), которые на­ ходятся в головке принтера. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Цветная печать с помощью струйных принтеров является достаточно качественной.

При выборе принтера следует исходить из задач, которые будут перед ним поставлены. Принтеры удобны для вывода черновиков и рабочих копий, когда качество и формат изображения не очень важны. Основные качества принтеров, определяющие их сравни­ тельные достоинства с точки зрения пользователя: качество и ско­ рость печати; надежность при печати типичных документов и при работе с имеющейся бумагой; продолжительность работы с кра­ сящим элементом; совместимость с имеющимися программами, стоимость расходных материалов.

Принтеры обычно подключаются к параллельному порту LPT или универсальному порту USB.