Технические средства САПР и их развитие (окончание)

7.2. Машинная графика в САПР РЭС

Машинная графика — это совокупность технических, математических и программных средств и приемов, позволяющих осуществить ввод и вывод из ЭВМ графической информации без ручного преобразования информации в числовую или графическую форму. Графическое изображение позволяет сконцентрировать в одном небольшом фрагменте информацию, содержащуюся в нескольких сотнях строк цифрового материала. Поэтому развитие средств машинной графики, соответствующего аппаратного и математического обеспечения, систем ввода и вывода, создание банков и баз данных графической информации имеют решающее значение при разработке современных САПР РЭС.

Приведем основные понятия и определения машинной графики.

Область машинной графики включает в себя решение следующих трех основных задач:

• ввод графической информации в ЭВМ;
• выполнение графических преобразований, поиск и хранение графических данных;
• вывод графической информации (отображение, документирование).

В машинной графике, как и при решении любых задач на ЭВМ, существует два направления: режим пакетной обработки и интерактивная машинная графика.

При пакетной обработке графической информации система машинной графики обеспечивает выдачу графической информации на экран дисплея без участия пользователя. Эту выдачу обеспечивают графопостроитель, устройство микрофильмирования и другие устройства, которые позволяют получать графические документы.

Интерактивная машинная графика позволяет использовать средства вычислительной техники для организации оперативного, в основном диалогового взаимодействия пользователя с ЭВМ. В этой системе применяются графические дисплеи, оснащенные "мышью", световым пером, функциональной клавиатурой, кодирующим планшетом и другими устройствами обратной связи разработчика с ЭВМ, позволяющими ему в диалоге изменять графическое изображение, выводимое на экран дисплея.

Графическая система — это система программных и технических средств, автоматизирующая решение графических и геометрических задач. Графические системы делятся на системы общего назначения и специализированные графические системы.

В графических системах общего назначения реализуются процедуры обработки графической информации различного типа: для машиностроения, архитектуры, разработки РЭС. Пользователь этих систем — прикладной программист. К таким системам относятся ГРАФОР (графическое расширение Фортрана), базовые графические системы (например, GKS).

Специализированные графические системы предназначены для реализации процессов обработки графической информации о некоторой специальной области. Существуют отличия систем в зависимости от области применения программ: в САПР РЭС — графические зависимости, характеристики, схемы, конструкции; в САПР СБИС — плоские изображения; в САПР авиа- и судостроения — объемные аналитические поверхности. Пользователь специализированных графических систем — непосредственный разработчик устройств, изделий, аппаратуры.

К основным объектам машинной графики при проектировании РЭС относятся:

• объект проектирования — любое изделие, устройство, детали, комплексы;
• техническая документация — совокупность описания изделия и его характеристик, а также устройств, с помощью которых оно может быть изготовлено;
• конструкторская документация — графические и текстовые документы, различные чертежи, принципиальные схемы, спецификации; это часто является конечным продуктом САПР;
• геометрический объект — описание некоторого изделия в виде математической модели в двумерном или трехмерном пространстве;
• графическое изображение — проекции геометрического объекта на плоскость, специальные сечения, изометрические, перспективные проекции;
• описание объекта на входном языке — однозначное представление для ввода его в ЭВМ, позволяющее производить необходимые изменения, управлять процессом вывода графических изображений.

Все средства машинной графики делят на технические средства (ЭВМ, терминалы, устройства ввода и вывода графической информации) и программное обеспечение машинной графики. Последнее базируется на математическом описании графических объектов, в основе которого лежат формализация интуитивных представлений разработчика предполагаемого объекта и автоматизация вывода разработанного объекта в виде, удобном для пользователя.

7.3. Компьютерные сети

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение — СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ — и специальное программное обеспечение — СЕТЕВЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА.

Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данных называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе WINDOWS 98, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных.

Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем — Model of Open System Interconneсtions). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели ISO/OSI, архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях. Общее число уровней — до семи ( рис. 7.1).

Самый верхний уровень — прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень — физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами.

Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы ) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы ).

Физические функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства — интерфейсы — и программные средства — ПРОГРАММЫ ПОДДЕРЖКИ ПРОТОКОЛОВ.

Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют ПРОТОКОЛАМИ.

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем физическом уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. д.).

Рис. 7.1. Простейшая модель обмена данными в компьютерной сети

На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты.

Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например, для Windows 98 — это стандартная программа "Прямое кабельное соединение".

Компьютеры ЛОКАЛЬНОЙ сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений.

Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

• определением совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
• определением совместного доступа к ресурсам данных. Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати — сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера — файлового сервера.

Это же относится как к программному, так и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером.

Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на "равных правах" (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных). При соблюдении специальных условий для этой цели могут быть использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как программными, так и аппаратными. Например, это может быть специальный компьютер ( шлюзовой сервер ), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетями устанавливают так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Контрольные вопросы и упражнения

1. На какие группы делится периферийное оборудование (ПО)?
2. Какие существуют критерии оценки ПО?
3. На какие классы делятся периферийные устройства по программному обслуживанию?
4. Что характерно для растровых устройств?
5. Какие виды изображений существуют в современных САПР?
6. Что называют графическим процессором?
7. Что входит в состав графической рабочей станции?
8. Что представляют собой устройства графического вывода?
9. Как подразделяются печатающие устройства?
10. Как работают термопечатающие устройства?
11. Как работают струйные печатающие устройства?
12. Что характерно для лазерной печати?
13. Поясните основное назначение устройств ввода.
14. Какие основные операции осуществляют устройства ввода?
15. Что входит в машинную графику?
16. Что представляют собой компьютерные сети?
17. Как происходит обмен данными в компьютерной сети?