Информационное обеспечение САПР
10.1. Назначение, сущность и составные части информационного обеспечения (ИО) САПР
Основное назначение ИО САПР — уменьшение объемов информации, требуемой в процессе проектирования от разработчика РЭС, и исключение дублирования данных в прикладном, программном и техническом обеспечении САПР [7].
ИО САПР состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов РЭС, комплектующих изделий и их моделей, материалов, числовых значений параметров и других данных. Эти данные в закодированной форме записываются на машинных носителях: магнитных лентах и магнитных дисках.
Кроме того, в ИО САПР входят правила и нормы проектирования, содержащиеся в соответствующей нормативно-технической документации, а также информация о правилах документирования результатов проектирования. Структура и содержание ИО САПР, а также характер его использования зависят от степени развития банка данных.
Данные ИО обычно группируются в отдельные массивы, каждый из которых относится к определенному объекту описания. Такие массивы называются файлами. Вся совокупность файлов образует базу данных, которую можно многократно использовать при проектировании различных РЭС для различных этапов и уровней.
Для создания, расширения, корректировки и коллективного использования данных создаются специальные системы управления базами данных (СУБД). Совокупность баз данных, систем управления файлами, а также относящихся к ним программных, языковых, технических и организационных средств называется банком данных. Следовательно, банки данных (БНД) являются составной частью ИО САПР и состоят из баз данных (БД) и систем управления базами данных (СУБД). БНД создаются как обслуживающие подсистемы САПР и предназначены для автоматизированного обеспечения необходимыми данными проектирующих подсистем САПР. По назначению СУБД является элементом информационного обеспечения, так как организует автоматизированное обеспечение проектировщика информацией, а по содержанию это комплекс программ, то есть элемент программного обеспечения.
Состав БД определяют с учетом характеристик объектов проектирования (технических, метрологических, эксплуатационных), характеристик процесса проектирования (типовые проектные решения, описания технологических операций с вариантами их реализации), действующих нормативных и справочных данных, ранее созданных в организации информационных массивов.
Основные требования к базам данных: установление многосторонних связей по производительности — пропускной способности; минимальная избыточность по затратам на создание и эксплуатацию БД ; целостность и возможность поиска данных; безопасность и секретность от несанкционированного доступа; связь с разработанными и проектируемыми БД ; простота; возможность настройки и перемещения данных. Последние требования составляют концепцию автоматизированных информационных систем, обладающих адаптацией СУБД к данной предметной области с учетом динамики ее развития.
База данных характеризуется двумя аспектами: информационным и манипуляционным. Первый отражает структуру данных, наиболее подходящую для данной предметной области; второй — действия над структурами данных: выборку, добавление, удаление, обновление и преобразование данных.
При построении БД должен выполняться принцип информационного единства, то есть должны применяться термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки и другие способы представления информации, принятые в САПР. В качестве основных логических структур баз данных могут использоваться: иерархическая, сетевая, реляционная, смешанная (представляющая собой различные сочетания перечисленных выше структур).
Содержание, структура и организация использования БД должны обеспечивать:
- объединение любого числа БД любого объема, допускающее совместное использование общих данных различными подсистемами САПР для разных задач;
- возможность наращивания БД, достоверность и непротиворечивость данных, минимальный объем памяти ЭВМ для их хранения;
- защиту и регулирование возможности доступа к БД ;
- многократное использование данных.
Проблема согласования программ является прежде всего проблемой выбора структур данных и массивов в памяти ЭВМ. Если программы рассчитаны на работу с общими данными, сгруппированными по-разному, то такие программы не являются информационно согласованными и не могут непосредственно войти в сочетание программ, обслуживающих некоторый маршрут проектирования. Для обеспечения взаимодействия программ в маршрутах необходимо их информационное согласование, то есть приспособление к работе с информационными массивами одинаковой структуры.
Информационная согласованность программ обеспечивается построением общей для согласуемых программ БД, то есть совокупности всех тех данных, которые обрабатываются в более чем одной программе (модуле).
В БД можно выделить части, играющие различную роль в процессе проектирования.
Первая часть — СПРАВОЧНИК — содержит справочные данные о ГОСТах, нормалях, унифицированных элементах, ранее выполненных типовых проектах. Эта часть изменяется наименее часто, характеризуется однократной записью и многократным считыванием и называется постоянной частью БД.
Вторая часть — ПРОЕКТ — содержит сведения об аппаратуре, находящейся в процессе проектирования. В нее входят результаты решения проектных задач, полученные к текущему моменту (различного типа схемы, спецификации, таблицы соединений, тесты). ПРОЕКТ пополняется или изменяется по мере завершения очередных итераций на этапах проектирования и составляет полупеременную часть БД.
Часто СПРАВОЧНИК и ПРОЕКТ объединяют под общим названием АРХИВ.
Третья часть БД содержит массивы переменных, значения которых важны только в процессе совместного решения двумя (или более) программами конкретной задачи проектирования. Это переменная часть БД.
Первый способ информационного согласования программ — построение централизованной БД, общей для всех модулей программного обеспечения ( рис. 10.1).
В соответствии с этим способом при создании САПР сначала разрабатывается БД, а затем — программное обеспечение.
Реализация централизованной БД — сложная задача, т. к. выбранная структура БД не всегда может обеспечить реализацию всех необходимых маршрутов проектирования. Например, ранее принятая структура БД может не удовлетворять требованиям новых элементов информационного и программного обеспечения.
Поэтому второй способ информационного согласования программ — построение системы, в которой несколько частных баз данных сопрягаются с помощью специального программного интерфейса, как показано на рис. 10.2.
Интерфейс представляет собой программы перекомпоновки информационных массивов из форматов и структур одной БД в форматы и структуры, принятые в другой БД.
Основные операции в БД — выборка данных прикладными программами, запись новых данных, удаление старых ненужных записей, перезапись файлов с одних машинных носителей на другие и так далее.
Для выполнения большинства из этих операций требуется специальное программное обеспечение.
Совокупность программ, обслуживающих БД, называется системой управления базой данных СУБД. БД и СУБД вместе образуют БАНК ДАННЫХ.
Логическое представление БД отображает только состав сведений и связи между элементами сведений, хранящихся в БД.
Физическое представление БД отображает способ расположения информации на машинных носителях.
Структуру БД можно представить в виде графа. Каждая вершина графа отображает группу однотипных записей (группы взаимосвязанных элементов данных), то есть каждой вершине можно поставить в соответствие таблицу, содержащую конкретные значения (экземпляры) записей.
БД, для логического представления которых используются графы, называют СЕТЕВЫМИ. Обычно в сетевых БД в графах, изображающих структуру, можно указать те или иные циклы.
В частном случае сетевых БД граф может представлять собой дерево. В частности, если устранить из БД все сведения, кроме одного номинального, то структура представляется деревом. Такую структуру называют ДРЕВОВИДНОЙ или ИЕРАРХИЧЕСКОЙ. Реализация древовидной структуры проще, чем сетевой структуры общего вида, однако чаще реальные данные имеют сложные сетевые структуры.
Наряду с сетевым подходом к представлению БД существует другой подход, основанный на операции нормализации структуры. Этот подход приводит к логическому представлению БД в виде совокупности таблиц. Такие базы данных базы данных называют РЕЛЯЦИОННЫМИБ БД.
Реляционная БД представляет собой совокупность таблиц при условии, что сведения о связях между таблицами удается включить в сами эти таблицы. Включение таких сведений обеспечивается нормализацией. Сетевые и реляционные базы данных имеют свои преимущества и недостатки. В настоящее время развиваются оба направления в логической организации БД.