Лекция 6. Функциональная подсистема САПР (программное обеспечение).

Раздел 3. Графическое устройство

Раздел 2. Конфигурации связей вычислительного модуля с графическим устройством.

Раздел.1. Основные подсистемы САПР

САПР, как систему, обычно подразделяют на две подсистемы: функциональную и обеспечивающую (рис.1). Функциональная подсистема (на рис. 1 блок – «Программное обеспечение»)представляет собой совокупность инженерных задач, решаемых в процессе проектирования. Обеспечивающая подсистема (на рис. 1 блок – «Аппаратное обеспечение») включает в себя ЭВМ, оргтехнику, периферийные устройства ЭВМ, а также различные источники информации (каталоги, справочники) на бумажных и электронных носителях.

Основными элементами САПР являются вычислительный модуль и графическое устройство. Вычислительный модуль обычно оформляется в виде отдельного блока. Такой блок, входящий в комплект оборудования (рабочую станцию), размещаемого на рабочем месте проектировщика, часто называют «системным». Рабочие станции, однако, редко используются поодиночке. Чаще всего они объединяются в сеть того или иного рода, рассчитанную на обслуживание множества пользователей. Существует три основных варианта конфигурации такой сети.

Рис. 1. Компоненты САПР

 

В первой конфигурации к вычислительному модулю, который в этом случае в зарубежной литературе называют мэйнфрейм (mainframe), а у нас – сервер, подключают множество графических устройств (см. рис. 2), расположенных на рабочих местах. К мэйнфрейму подключаются и устройства вывода, такие как принтеры и плоттеры. На рабочих местах вычислительные модули отсутствуют.

Этот подход до сих пор используется производителями автомобилей и кораблей, у которых имеются огромные базы данных, обрабатываемые централизованно. Однако он обладает некоторыми недостатками. Он требует больших начальных вложений в аппаратное и программное обеспечение, да и обслуживание эксплуатируемой системы тоже стоит не дешево. Более того, обновление операционной системы тоже оказывается непростой задачей. Программы САПР требуют довольно частой замены в связи с выходом новых, гораздо более мощных версий и альтернатив, а также из-за ошибок при первичном выборе программного обеспечения. Программы САПР для мэйнфреймов стоят намного дороже, чем аналогичные программы для меньших компьютеров. Еще одним серьезным недостатком централизованных вычислений является длительное время реакции системы на действия проектировщика. Иногда время отклика может быть слишком большим для интерактивной работы с графикой, особенно когда другие пользователи решают сложные вычислительные задачи.

Рис. 2. Мэйнфрейм с графическими устройствами.

 

Вторая конфигурация состоит из автоматизированных рабочих мест проектировщика (АРМ) – рабочих станций, объединенных в сеть (рис. 3).

Рис. 3 Рабочие станции, объединенные в сеть.

 

К той же сети подключаются устройства вывода – плоттеры и принтеры. Рабочая станция – это графическое устройство с собственными вычислительными ресурсами. Такой подход в настоящее время используется очень широко. Пользователь может работать с любой станцией в сети, выбирая ее в соответствии со своей задачей, причем системные ресурсы не будут зависеть от задач других пользователей. Еще одно преимущество – отсутствие необходимости в крупных первичных вложениях. Количество рабочих станций и программных пакетов может увеличиваться постепенно, по мере роста потребности в ресурсах САПР.

Третья конфигурация аналогична второй за тем исключением, что вместо рабочих станций используются компьютеры с операционными системами Windows. Конфигурации на базе персональных компьютеров популярны в небольших компаниях, особенно если выпускаемые продукты состоят из небольшого количества деталей ограниченной сложности, а также в компаниях, использующих системы САПР, главным образом, для построения чертежей. По мере того как различие между персональными компьютерами и рабочими станциями сглаживаются, стирается и различие между вторым и третьим типами конфигурации.

 

Под графическим устройством понимают совокупность оборудования необходимого для взаимодействия человека и ЭВМ в процессе разработки проекта. Задача этого оборудования «переводить» информацию из формы понятной человеку в форму «понятную» машине и наоборот. Графическое устройство состоит из устройства отображения, или дисплейного устройства (называемого дисплей или монитор), одного или нескольких устройств ввода и одного или нескольких устройств вывода.

Дисплей (монитор) представляет собой экран, на который выводится графическое изображение. В САПР используют мониторы двух типов. Первый из них представлен дисплеями, экраном которых служит электроннолучевая трубка (ЭЛТ). Мониторы этого типа используются на протяжении нескольких десятков лет, практически с момента создания ЭВМ. До последнего времени их преимуществом была высокая разрешающая способность и относительная дешевизна. К недостаткам мониторов с ЭЛТ относят большие вес, габариты и энергопотребление. Разработка новых ЭЛТ-мониторов не ведется, но их выпуск и продажа пока не прекращены.

Второй тип мониторов представлен приборами, в которых экраном является жидкокристаллическая матрица (LCD или ЖК-мониторы). Эти приборы отличаются высоким контрастом изображения, малыми габаритами и энергопотреблением, плоским экраном, отсутствием геометрических искажений изображения, что особенно важно для САПР. Недостатки ранних версий ЖК-мониторов (малый угол обзора, низкая четкость изображения и высокая цена) в последних разработках в значительной мере устранены, а возможность легко размещать дисплеи с экраном 21 дюйм и более на обычном рабочем месте инженера, делает этот тип мониторов наиболее подходящим для целей САПР.

Вывод изображения на экран выполняется так называемым дисплейным процессором. Это микро ЭВМ, которая по специальной программе (ее называют драйвером монитора) преобразовывает сигналы, получаемые от вычислительного устройства, и управляет электронными системами экрана, порождая желаемое изображение.

Устройства ввода это, в первую очередь, клавиатура и мышь. Клавиатура предназначена для ввода числовой и текстовой информации и управления указателем места ввода (курсором). Мышь (рис. 4. а) также управляет курсором, однако, в отличие от клавиатуры, перемещающей его при каждом нажатии на одну букву или строку (на один шаг), мышь перемещает курсор быстро и непосредственно в нужную точку. Современные «мыши» имеют также кнопки и ролики, выполняющие некоторые дополнительные функции, облегчающие управление изображением на мониторе и вводом информации. Специфическими устройствами ввода, применяемыми в САПР, являются трекбол и спейсбол (см. рис. 4 в). Спейсбол отличается от трекбола количеством степеней свободы. У трекбола их всего две, а у спейсбола – шесть. К редко встречающимся устройствам ввода можно отнести цифровой планшет с пером и роликом (рис. 4 б). Представленные на рис. 2 устройства ввода призваны способствовать манипулированию изображениями, давая пользователю возможность вводить графические данные в компьютер непосредственно.

а б а
Рис. 4. Устройства ввода: а – мышь; б – цифровой планшет с пером; в – спейсбол.

Дисплей и устройства ввода служат для интерактивного взаимодействия проектанта с ЭВМ в процессе разработки проекта. Готовый же результат необходимо вывести на бумагу. То есть получить в виде бумажного документа или чертежа. Для этого служат устройства вывода, например, плоттер или принтер (рис. 3). Эти устройства могут использоваться несколькими графическими устройствами совместно. Устройства вывода позволяют вывести любое изображение на бумагу.

Компьютерный принтер – устройство печати цифровой информации на твердый носитель, обычно на бумагу формата А4, реже А3. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ – распечатка. Принтеры имеют преобразователь цифровой информации (текст, фото, графика), хранящейся в запоминающих устройствах компьютера в специальный машинный язык.

В настоящее время наибольшее распространение в САПР получили лазерные и струйные принтеры. Первый из них формирует изображение путем непосредственного воздействия лазерным лучом на фоточувствительные элементы принтера. Лазерные принтеры позволяют быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге, однако они относительно дороги. Особенно высока стоимость цветных лазерных принтеров. Это обуславливает широкое распространение струйных принтеров, которые значительно дешевле лазерных.

а б
Рис. 5. Устройств вывода: а – плоттер; б – цветной лазерный принтер.

Изображение на бумаге струйные принтеры формируют из точек с помощью матрицы печатающей жидкими красителями. Основным недостатком струйных принтеров является то, что при длительном простое (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Кроме того, скорость печати и разрешающая способность струйных принтеров меньше, чем лазерных.

Плоттеры, как следует из названия (plot по английсски – график, диаграмма) предназначены для печати чертежей и отличаются от принтеров, главным образом, форматом бумаги, на которой осуществляется печать и, соответственно, конструкцией механизма для ее подачи к печатающей головке. Наиболее распространенные плоттеры используют струйный принцип печати.

Цель занятия.Формирование у студентов знаний о программных пакетах, используемых в САПР, их возможностях и назначении.