Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

Рис. 17. Структура системы автоматизации проектирования

63

2. Более сложные программы, позволяющие оптимизировать

некоторые решения.

3. Комплексы программ для частичной автоматизации проек­

тирования.

4. Системы программ, позволяющие полностью автоматизиро­ вать проектирование несложных элементов конструкций блоков устройств II т. и.

5.Средние человеко-машинные системы проектирования с про­ стейшими внешними устройствами.

6.Большие человеко-машинные системы проектирования со

значительным числом внешних устройств.

За рубежом работы по автоматизации проектно-конструк­ торских работ и технологической подготовке производства по­ лучили широкое развитие. Так, все фирмы США, производящие ЭВМ, имеют в составе их математического обеспечения специаль­ ные программы и системы, ориентированные на решение задач автоматизации проектирования в различных областях. ‘ Общий объем капиталовложений в разработку систем автоматизации проектирования в США в последние годы составлял около 15— 20 млн. долл, в год. Большое распространение в этой стране полу­ чили ЭВМ с развитой системой оконечных устройств, причем ши­ роко распространена практика сдачи их в аренду отдельным по­ требителям. Стоимость аренды терминала составляет от 100 до 6000 долл, в месяц, стоимость времени, в течение которого оконеч­ ное устройство соединено с ЭВМ, и стоимость использования про­ цессора при выполнении работ — от 3 до 40 центов в секунду, стоимость использования памяти — от 50 центов до 2 долл, за тысячу знаков, хранимых в блоке памяти в течение месяца. Эти сравнительно малые затраты позволяют даже небольшим фирмам автоматизировать проектирование с использованием мощной ЭВМ, арендовав один или несколько терминалов. С 1967 по 1970 г. плата за аренду периферийных устройств в США увеличилась с 50 млн. до 240 млн. долл. Число же сдаваемых в аренду и обслу­ живаемых периферийных устройств доходит в некоторых фирмах до 50 000.

Обратимся к первой проблеме, возникающей при проектиро­ вании подобных систем,— к разработке архитектуры системы.

Разработка архитектуры специализированных технических

стемы. Вначале архитектор (под архитектором понимается группа разработчиков или один разработчик, занимающиеся проектиро­ ванием архитектуры системы) определяет класс задач, для реше­ ния которых предназначается проектируемый комплекс, а также критерии, которым должно удовлетворять полученное решение. Одним из наиболее важных критериев независимо от области при­ менения системы является быстродействие комплекса (т. е. си­ стема должна выдавать решение в разумное время).

64

Первый этап является чрезвычайно ответственным, поскольку именно он определяет принципы, по которым будет строиться проектируемая система.

2. Синтез уровневой структуры системы. На этом этапе осу­ ществляется построение архитектуры системы, т. е. разбиение системы на уровни, и обоснование этого разбиения. Так же как и на первом этапе, происходит четкое определение задач, решаемых на данном уровне. Здесь должны быть определены требования, предъявляемые ко входной и выходной информации каждого уровня.

3.Алгоритмический синтез системы. На этом этапе произ­ водятся поиск, разработка и исследование алгоритмов для всех уровней системы. Поскольку для решения такой задачи можно использовать самые разнообразные алгоритмы или различные по­ следовательности их, на этом этапе необходимо как можно точнее охарактеризовать качества (свойства, достоинства, недостатки) всех имеющихся в распоряжении системы алгоритмов. Это позво­ лит системе в процессе функционирования отбирать тот или иной алгоритм или последовательности алгоритмов в зависимости от поставленной задачи и требований, предъявляемых к ее ре­ шению.

4.Сборка системы. На этом этапе производится объединение алгоритмов всех уровней, определяется связь между ними и производится разработка функций программы-диспетчера, осу­ ществляющей управление работой всей системы.

5.Программный синтез системы. На основании работ, прове­ денных на первых четырех этапах, осуществляется разработка программ для синтезируемой системы. Особо важную роль на этом этапе играет выбор ее языковой структуры. Здесь необходимо учитывать как характеристики конкретной ЭВМ (или же ком­ плекса ЭВМ), используемой в качестве центрального процессора, так и проблему, для решения которой создается синтезируемая система.

Главной особенностью специализированных систем для про­ ектно-конструкторских задач является гибкость структуры си­ стемы, под которой понимается изменение ее структуры в зави­ симости от типа решаемых задач и требований, предъявляемых к решению. Другая особенность таких систем заключается в том, что они должны работать как в автоматическом режиме, так и в режиме «человек—машина». При этом человек должен быть полностью освобожден от утомительной и не свойственной ему работы. По сути дела в этом режиме человек выполняет функции супервизора.

При работе системы в автоматическом режиме на пользова­ теля возложена функция ввода в ЭВМ исходной информации и описания задачи, подлежащей решению. Если же система работает в режиме «человек—машина», то человек выполняет следующие функции:

вводит в систему описание глобальной задачи; задает требования к решению;

определяет, если это необходимо, .какого рода алгоритмы желательно (млн обязательно) использовать на том или ином этапе решения;

помогает системе в том случае, когда ЭВМ не может найти выхода из создавшегося положения, или же в противоречивых ситуациях.

Наиболее целесообразно использовать подобные системы в ре­ жиме диалога. Это не только создает удобство эксплуатации, но и позволяет наиболее удобным образом обучать пользователя работе с системой. Система, работающая в режиме диалога, должна:

по требованию пользователя сообщать список решаемых задач с характеристиками их решения;

иметь возможность шаг за шагом сообщать пользователю о требуемой для решения информации и возможных способах ре­ шения поставленной задачи;

выдавать сведения о структуре любого своего уровня или подуровня (в виде блок-схемы, списка, графа и т. п.);

иметь возможность сообщать о типах требуемых периферийных устройств для решения данной задачи.

Немаловажным свойством такого рода систем является воз­ можность их модификации и расширения, потребность в которых может возникнуть как на основании ее эксплуатации, так и вслед­ ствие изменившегося подхода к самой проблеме, для решения которой и создавалась конкретная система. Отсюда, естественно, следует, что система должна строиться по модульному принципу с гибкой связью между модулями. Модульная структура позво­ ляет перегруппировывать блоки (иначе, изменять структуру системы) для решения той или иной конкретной задачи, относя­ щейся к данной проблеме. Тем самым пользователь получает возможность синтезировать систему непосредственно для решения конкретной задачи.

В связи с автоматизацией проектно-конструкторских работ появляются два вида инженеров: инженер-пользователь и инже­ нер-системник (по аналогии со специалистами в области вычи­ слительной техники).

Инженер-пользователь — это разработчик электронной аппа­ ратуры или конструктор. В принципе, инженер-пользователь может не знать структур комплекса и программ, используемых на разных уровнях комплекса. Он должен выполнять свою ин­ женерную работу, связанную с проектированием и расчетом аппа­ ратуры. Таким образом, работа по созданию макета устройства заменяется моделированием или синтезом этого устройства на ЭВМ. Это приводит к уменьшению как времени проектирования, так и его стоимости, поскольку, как показывает опыт, больше всего деталей расходуется именно на этом этапе.

06

И н ж е н е р - с и с т е м е и к д о л ж е н д о с к о н а л ь н о з н а т ь к а к с т р у к т у р у

к о м п л е к с а , т а к и а л г о р и т м ы и п р о г р а м м ы п р о е к т и р о в а н и я , и с п о л ь ­

з у е м ы е в к о м п л е к с е . Э т о о б с т о я т е л ь с т в о с л е д у е т п о м н и т ь п р и с о з д а ­

н и и к о м п л е к с о в а в т о м а т и з а ц и и п р о е к т и р о в а н и я и , г л а в н о е , у ч и ­ т ы в а т ь п р и п о д г о т о в к е с п е ц и а л и с т о в в в у з а х .

к о т о р о м п р о г р а м м ы в х о д я т в с и с т е м у ; я з ы к а о т о б р а ж е н и я в х о д ­ н ы х — в ы х о д н ы х д а н н ы х и д и р е к т и в у п р а в л е н и я с и с т е м о й ( я з ы к а

в а т ь и р е ж и м р а б о т ы с и с т е м ы ( а в т о м а т и ч е с к и й и л и « ч е л о в е к — м а ш и н а » ) .

И з я з ы к о в п р о г р а м м и р о в а н и я с л е д у е т с р а з у ж е и с к л ю ч и т ь

п р о г р а м м и р о в а н и е н е п о с р е д с т в е н н о в к о д а х м а ш и н ы , т а к к а к п р о г р а м м ы , н а м а ш и н н о м я з ы к е , с о д н о й с т о р о н ы , т р е б у ю т м а с с у

н е п р о и з в о д и т е л ь н о г о т р у д а п р о г р а м м и с т а п о р а с п р е д е л е н и ю п а ­

м я т и , а с д р у г о й , — м а л о п р и г о д н ы и д л я о т л а д к и , и п о с л е д у ­ ю щ е г о и з м е н е н и я п р и м о д и ф и к а ц и я х с и с т е м ы , п о с к о л ь к у д а ж е

н е з н а ч и т е л ь н ы е и з м е н е н и я в п р о г р а м м е п р и в о д я т к н е о б х о д и м о с т и п о ч т и п о л н о с т ь ю п е р е п и с а т ь в с ю п р о г р а м м у .

П р о г р а м м ы д л я с и с т е м а в т о м а т и з а ц и и п р о е к т и р о в а н и я и м е ю т ,

к а к п р а в и л о , б о л ь ш о й о б ъ е м и п р е д н а з н а ч а ю т с я д л я п е р е р а б о т к и

в с е к у н д у ; б о л ь ш и е — п а м я т ь б о л е е 1 2 8 К , б ы с т р о д е й с т в и е с в ы ш е

1 м л н . о п е р а ц и й в с е к у н д у . ) О д н а к о и х п р и м е н е н и е т р е б у е т о т

п р о г р а м м и с т а д о в о л ь н о в ы с о к о й к в а л и ф и к а ц и и , д а и н а п и с а н и е

п р о г р а м м и и х о т л а д к а з а н и м а ю т з н а ч и т е л ь н о е в р е м я , ч т о у д о р о ­

п о с к о л ь к у т р а н с л я т о р ы с н и х н е м о г у т о б е с п е ч и т ь и з г о т о в л е н и я

эффективных рабочих программ в смысле использования оператнв ной памяти и быстродействия машины.

Для более мощных машин (типа БЭСМ-6) появляется возмож­ ность использования языков более высокого уровня, таких, как АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, ЛИСП, СИМУЛА-67 и -г. п. При выборе одного из таких языков необходимо учитывать и несовершенство конкретных трансляторов, которые не позволяют получать наи­ более эффективные рабочие программы, п невозможность реализа­ ции на них некоторых функций ЭВМ (например, работы с частью машинного слова). Однако написание программ на этих языках

ным использование программ, написанных на этих языках ранее и для других целей, что, естественно, также удешевляет систему.

Поэтому в настоящее время наиболее целесообразным (при использовании в качестве процессора ЭВМ типа БЭСМ-6) пред­ ставляется симбиоз универсального языка программирования и автокода; примером такого симбиоза может служить мониторная система «Дубна», объединяющая ФОРТРАН и автокод МАДЛЕН.

Использование языков еще более высокого уровня, таких, как АЛГОЛ-68 или PL/1, пока не представляется возможным, поскольку в ближайшем будущем не ожидается появления доста­ точно эффективных трансляторов с них. К тому же все их возмож­ ности можно будет полностью реализовать лишь на больших ЭВМ.

При выборе языка программирования следует также учитывать и конечные результаты работы транслятора. Большинство авто­ кодов и универсальные языки создавались с учетом использо­ вания их для решения разовых задач. Поэтому трансляторы с таких языков устроены так, что выход на счет возможен только непосредственно после трансляции, что при построении систем обычно является неудобным.

Необходимо, чтобы применяемые языки программирования (точнее, трансляторы с них) позволяли иметь при необходимости рабочие программы, полностью независимые от самих языков, (точнее, от систем, обслуживающих трансляторы) пли, по край­ ней мере, сводящие такую зависимость к минимуму. Примером полной независимости может служить автокод АССЕМБЛЕР для ЭВМ М-220, а частичной зависимости — автокод МАДЛЕН в мониторной системе «Дубна». При использовании автокода АССЕМ­ БЛЕР транслятор выдает рабочую программу в машинном коде и прилагает к ней весь аппарат, обеспечивающий последующий самостоятельный ввод программы в ЭВМ и передачу управления на нее. При использовании автокода МАДЛЕН результатом ра­ боты являются так называемые модули загрузки, которые требуют последующей настройки по месту; кроме того, некоторые пара­ метры программы остаются неопределенными и определяются лишь на этапе загрузки. Таким образом, для работы с комплексом необходим аппарат загрузки монпторной системы, однако этап

68