Архитектура технических средств интегрированной САПР

Интегрированная САПР - это система, автоматизирующая все этапы научно-технической подготовки производства (НТПП) как совокупности поисковых и прикладных исследований, а также конструкторских и технологических работ, которые обеспечивают проектирование новых изделий и подготавливают их серийное производство. Типовые задачи НТПП ИЭТ могут быть разбиты на три основных класса, обобщенная характеристика которых представлена в табл. 1.

Анализ данных таблицы позволяет сделать следующие выводы:

- если в качестве основной цели использования САПР принять уменьшение сроков и трудоемкости реализации возможно большего числа задач НТПП невысокого уровня сложности, то в первую очередь необходимо разрабатывать и внедрять методологические, программные и информационные средства интегрированной САПР ИЭТ, ориентированные на задачи класса "А".

Соответственно, необходимо приобретать, осваивать и вводить в действие определенное количество пространственно распределенных локальных неспециализированных "Рабочих станций", построенных на базе ЭВМ типа "Электроника 100-25", СМ-4 и т.п.;

- если в качестве основной цели использования САПР принять сокращение всего срока НТПП, а также технической подготовки серийного производства (за счет повышения качества производственно-технической документации, уменьшения трудоемкости и времени ее изготовления), то необходимо приобретать, осваивать и вводить в действие специализированные "Рабочие станции" (подобные ИГС "Кулон"), ориентированные на специфику графических и текстовых работ (задачи класса "Б") и оснащенные необходимым набором высокопроизводительных графопостроителей, графических дисплеев, печатающих устройств и, самое главное, специализированным программным и лингвистическим обеспечением;

- если в качестве основной цели использования САПР принять расширение класса проектируемых объектов, а также повышение эффективности проектных решений (приводящее к улучшению потребительских и производственно-технических свойств ИЭТ), то в первую очередь необходимо создавать (заимствовать) и осваивать средства интегрированной САПР, ориентированные на задачи класса "В". Соответственно, необходимо приобретать, осваивать и вводить в действие сосредоточенные информационно-вычислительные ресурсы большой мощности (на базе ЭВМ типа ЕС-1060).

Сложность задачи формирования типовой архитектуры технических средств САПР обусловлена следующими обстоятельствами:

- при построении целевых моделей САПР большинства областей техники (в том числе интегрированной САПР ИЭТ) предполагается достижение определенного набора целей, ни одной из которых в общем случае пренебречь нельзя;

- эффективное достижение различных целей САПР предполагает использование как многих локальных процессоров умеренной мощности для распределенной (параллельной) обработки потока задач невысокой сложности, так и одного процессора большой мощности для централизованной (последовательной) обработки сложных задач;

- в общем случае возникает необходимость обеспечения многозадачного, многоабонементского режима решения задач НТПП при удаленном доступе и коллективном использовании вычислительных и информационных ресурсов САПР.

Противоречивые требования к техническим средствам САПР представляется возможным удовлетворить, используя архитектуру локальных вычислительных сетей с маршрутизацией информации, а также набор сетевых протоколов. Вариант архитектуры технических средств САПР в форме специализированной локальной вычислительной сети представлен на рисунке и в табл. 2, перечень необходимых сетевых протоколов - в табл. 3.

Рис. Специализированная локальная вычислительная система САПР

Топология сети, функциональная специализация абонентских системна также режимы взаимодействия последних разработаны, исходя из специфических особенностей технологии автоматизированного проектирования и структуры САПР. Центральному процессору САПР на реализацию направляются те транзакции, осуществление которых требует значительных вычислительных ресурсов и которые не под силу процессорам

рабочих станций. В транспортной сети (специализированной локальной сети передачи данных), предназначенной для обеспечения интерфейса многопортового обслуживания компонентов САПР, должны использоваться распределенное управление и детерминированный (с эстафетной передачей полномочий) метод доступа к физическим средствам соединения.

Локальная сеть передачи данных САПР в некоторых своих сегментах (станция центрального процессора - станция баз данных) должна быть преимущественно ориентирована на работу в режиме транспортирования виртуальных файлов (блоков данных и текстов программ), а в других, предназначенных для обслуживания интенсивно работающих терминальных систем (плотный диалоговый трафик) - на обработку транзакций.

В предлагаемой сети средства прикладного программного обеспечения всех подсистем САПР, а также информационные ресурсы, организуемые подсистемой "Информационное обеспечение", фиксируются, пополняются, обновляются, хранятся и предоставляются другим компонентам сети для использования "станцией процессора баз данных" (ЭВМ типа СМ-1420).

Процессор баз данных обеспечивает предоставление процессорам каждой данной рабочей станции на один или большее число сеансов запрошенных программных средств подсистем САПР, а "Администраторам сеансов", активизированным процессорами рабочих станций или центральным процессором, - данных, отображающих состояния моделей объектов проектирования (ОП), соответствующих началу очередной транзакции.

Многопортовый процессор баз данных как узел специализированной станции локальной сети обеспечивает коллективный доступ активизированных "Администраторов сеансов” ко всем видам данных, организуемых базами данных САПР, архивами и т.п., а также к программным средствам всех подсистем САПР.

Специализированные (графические и текстовые) рабочие станции локальной вычислительной сети САПР должны постоянно содержать в своих устройствах внешней памяти актуальные версии соответствующих разделов программных средств подсистемы документирования и визуализации.

Основная часть программных средств подсистемы организации и управления САПР постоянно находится в процессоре баз данных. Администратор ресурсов виртуальной машины автоматического проектирования (ВМАП), а также основные средства управления локальной сетью передачи данных постоянно размещены в процессоре "Администратора САПР".

Процессоры рабочих станций заимствуют по мере необходимости на один или большее число сеансов у процессора баз данных такие компоненты мониторной системы ВМ АП, как реализаторы взаимодействия "субъекты проектирования - ВМ АП"; администратор сеанса; копия администратора ЗП; трансляторы внешних языков, генераторы сообщений и яр., а также средства "диагноста-нейтрализатора".

Центральный процессор САПР оснащается только базовой ОС. Разработанный вариант архитектуры специализированной локальной вычислительной сети САПР позволяет:

- эффективно использовать как собственные ресурсы процессоров и периферийных устройств рабочих станций, так и ресурсы центрального процессора, а также процессора баз данных;

- выполнять одновременное и (или) параллельное решение задач проектирования, взаимозависимых по данным;

- осуществлять поэтапное построение, а также развитие функциональных возможностей, модернизацию, избирательное наращивание мощностей абонентских систем сети с минимальным влиянием на работу других систем;

- повысить отказоустойчивость САПР и ремонтонезависимость отдельных станций, подсистем, компонентов;

- разгрузить центральный процессор и процессор баз данных от рутинной работы;
- реализовать в CAIP услуги "электронной почты".

Состав и количество рабочих станций (неспециализированных и специализированных) в локальной вычислительной сети САПР зависят от специфики предметной области и объектов проектирования, этапов цикла НГПП, реализация которых обеспечивается соответствующими автоматизированными системами (АСНИ, САПР, АСТПП), а также степени развитости последних.

Неспециализированные рабочие станции могут для каждого сеанса изменять состав средств взаимодействия "субъекты - ВМ АП", а также средств прикладного программного обеспечения, получая их от процессора баз данных.

Ресурсы центрального процессора могут быть использованы через интерфейсные системы локальной сети САПР и для решения задач других сетей и систем, но контроль, распределение, управление этими ресурсами должны оставаться за "Администратором САПР”.

Интерфейс локальной сети САПР с измерительными (испытательными) системами должен удовлетворять требованиям стандартов КАМАК.

Необходимо отметить следующие важные особенности предлагаемой архитектуры технических средств САПР:

- число реальных (физических) процессоров САПР может находиться в любом соотношении с числом функционально-ориентированных логических (виртуальных) процессоров, соответствовать им или превышать их (при использовании в качестве центрального или других процессоров многопроцессорных систем), быть меньше (при совмещении функций процессоров разных узлов, например центрального процессора и процессора баз данных) и в предельном случае - быть равным единице (один мощный процессор предоставляет последовательно или параллельно свои ресурсы каждому из процессоров узлов станций);

- для обеспечения высокой отказоустойчивости САПР достаточно резервировать только два функционально-ориентированных процессора — администратора САПР и баз данных.