Файл: Системы автоматизированного проектирования технологических процессов..pdf

Устройства программной обработки информации осуществляют прием информации с устройств ввода или каналов связи, обработку инфор­ мации по заложенной программе, накопление, выдачу информации на уст­ ройства отображения, вывода и в каналы связи. Эти функции выполняет цен­ тральный процессор ЭВМ, который включает в себя арифметико-логическое, управляющее и оперативное запоминающее устройства.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет преобразова­ ния данных, предписанные командами программ: арифметические действия над числами, преобразования кодов, сравнение слов и др.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная па­ мять, предназначено для размещения программ, а также для временного хра­ нения каких-то частей входных данных и промежуточных результатов. Сле­ дует подчеркнуть, что оперативная память хранит данные лишь при постоян­ ном электропитании, т.е. она энергозависима. Данные в этой памяти стира­ ются после выключения или перегрузки компьютера.

Управляющее устройство (УУ) осуществляет координацию работы всех устройств. В определенной последовательности оно извлекает из ОЗУ команду за командой. Каждая команда декодируется; если требуется, из ука­ занных в ней ячеек ОЗУ передаются в АЛУ (или наоборот) элементы данных; АЛУ настраивается на выполнение действия, предписанного командой (в этом действии могут участвовать и устройства ввода-вывода); дается коман­ да на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сложится одна из следующих ситуаций:

-исчерпаны входные данные;

-с одного из входных устройств поступила команда на прекращение

работы;

-выключено питание ЭВМ.

Устройства отображения используются для визуального контроля процессов и управления вычислительной системой. К устройствам отобра­ жения относится дисплей (display - показывать, выставлять). Дисплей, ис­ пользуемый для контроля, корректировки и управления, называется монито­ ром.

Дисплеи бывают цветные и монохромные (одноцветные), алфавитноцифровые, графические, аналоговые (для вывода результатов решения задач в виде визуально наблюдаемых кривых) и др.

Для преобразования данных, подлежащих отображению на экране монитора, в видеосигнал служит видеоадаптер (другие названия - видеопла­ та, видеокарта). Видеоадаптер размещен в системном блоке и имеет два ре­ жима работы - текстовый и графический.

В текстовом режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию может быть выведен символ или знак. В графическом режиме изображение формируется совокупностью точек разно­ го цвета и интенсивности.

Модемы передают информацию со скоростями от 300 до 28 800 бод (1 бод = 1 бит в секунду) и выше.

Устройства ведения архива предназначены для записи, хранения и воспроизведения проектных решений, баз данных, программ и представлены внешними запоминающими устройствами (ВЗУ). ВЗУ составляют внешнюю память ЭВМ; в отличие от оперативной памяти внешняя память сохраняется и при отключении питания. Основные показатели ВЗУ - емкость, среднее время доступа к информации, скорость передачи данных в ОЗУ.

По способу доступа к информации ВЗУ делятся на два класса: с пря­ мым доступом - накопители на магнитных дисках, на оптических дисках; с последовательным доступом - накопители на магнитной ленте.

Накопитель - это совокупность носителя информации и устройства записи / чтения информации (дисковода). Носители информации на дисках могут быть трех видов: жесткий несъемный диск (винчестер HDD); сменный гибкий диск (дискета FDD); лазерный компакт-диск (CD-ROM). Компактдиск (CD) предназначен только для воспроизведения информации и не по­ зволяет что-то записывать. Существуют пишущие накопители и специальные компакт-диски к ним стандарта CD-RW (Rewritable - перезаписываемый компакт-диск).

Устройства вывода информации обеспечивают вывод результатов проектирования на печатающее устройство (принтер), графопостроитель (плоттер), устройство микрофильмирования.

Принтеры - это ТС, обеспечивающее формирование изображения, пе­ ремещение бумаги, подачу красителя. По способу нанесения красящих точек их делят на три вида: матричные, струйные, лазерные.

Печатающая головка матричного принтера представляет собой обой­ му, несущую тонкие металлические стержни, расположенные перпендику­ лярно к бумаге. Головка движется вдоль строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование на бумаге символов.

В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями спе­ циальных чернил, выбрасываемых на бумагу через миниатюрные сопла.

Скорость печати у струйных и матричных принтеров от 10 до 60 се­ кунд на страницу.

В лазерных принтерах используется принцип ксерографии: изображе­ ние сперва формируется на специальном барабане в виде совокупности элек­ трических зарядов. К заряженным точкам поверхности барабана прилипает краситель, и изображение становится видимым. Затем оно оттиском перено­ сится на бумагу и закрепляется кратковременным прогревом. Отличие от ксерокопировального аппарата состоит в том, что рельеф на барабане фор­ мируется с помощью лазера, луч которого модулируется по командам из компьютера. Скорость печати - от 5 до 15 секунд на страницу при выводе текстов, для большого рисунка может потребоваться несколько минут.

Плоттеры выпускаются двух типов - рулонные и планшетные. В ру­ лонных плоттерах бумажный лист перемещается транспортирующим вали­ ком в вертикальном направлении, а пишущий узел - в шризонтальном. В планшетных плоттерах лист бумаги фиксируется на столе, а пишущий узел (одно или несколько разноцветных перьев) перемещается в двух направлени­ ях - по осям X и Y.

Технические средства подразделяются также на центральные и внеш­ ние (периферийные).

Центральные ТС - это устройства, выполняющие основные машин­ ные функции: центральный процессор с устройством управления, ОЗУ и АЛУ; каналы связи. У персональных ЭВМ центральные ТС находятся в сис­ темном блоке.

К периферийным устройствам относятся монитор, клавиатура, прин­ тер, плоттер, сканер и др. Эти устройства подключаются к компьютеру и ра­ ботают под его управлением.

Эффективное функционирование САПР зависит от обоснованного выбора ЭВМ из широкой номенклатуры, предлагаемой фирмами-произво- дителями, и всего комплекса технических средств (КТС). Для ориентации в этих вопросах необходимо представлять основные характеристики и воз­ можности различных классов ЭВМ.

7.5.2.Основные характеристики и классы ЭВМ

Вкачестве технико-эксплуатационных характеристик ЭВМ рассмат­ риваются следующие: производительность (или быстродействие) процессора

иЭВМ в целом; разрядность, емкость ОЗУ и емкость винчестера; набор ко­ манд, которые ЭВМ способна понимать и выполнять; пропускная способ­ ность каналов ввода-вывода; номенклатура устройств, которые можно при­ соединить одновременно; надежность работы.

Производительность - это быстродействие, скорость работы ЭВМ, скорость вычислений, т.е. количество операций, выполняемых в единицу времени. Быстродействие определяют как среднее количество элементарных операций (сложение, сдвиг и др.), выполняемых в одну секунду (например, 20000 оп/с). Оно зависит от элементной базы (транзисторов, диодов, резисто­ ров), на которой создана ЭВМ; от архитектуры машины (совокупности уст­ ройств ЭВМ и связей между ними); от времени, которое затрачивается на ввод-вывод данных, обмен данными между различными видами памяти, на организацию многопрограммного режима и т.д. В связи с этим точная оценка быстродействия ЭВМ затруднительна. Для оценки производительности при­ меняется также единица измерения - флоп, определяемая количеством опе­ раций сложения чисел с плавающей точкой в секунд}'. 1Мфлоп = 1 млн. оп/с.

В отличие от чисел с фиксированной точкой (естественной формой задания числа) числа с плавающей точкой задаются в полулогарифмической

форме, где в формате числа указывается положение точки значением порядка перед значащими битами числа (перед мантиссой):

— V-

знак числа порядок мантисса

11а производительность ЭВМ влияет характеристика процессора - тактовая частота, указывающая, сколько элементарных операций (тактов) выполняет процессор в одну секунду. Единицей измерения частоты является мегагерц: 1 МГц - 1 000 000 Гц. Например, 133 МГц, 400 МГц.

Надо отметить, что тактовая частота служит относительным показате­ лем быстродействия, поскольку схемные различия процессоров приводят к тому, что в некоторых из них за один такт (время выполнения элементарной внутренней операции процессора) выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов, составляющих максимальную длину слова, может храниться в регистре (блоке памяти мало­ го объема), передаваться за один такт и восприниматься процессором как единое целое (4,8,16,32,64 разряда).

Емкость ОЗУ и винчестера определяется максимально возможным ко­ личеством кодов информации и команд определенной разрядности, которые могут храниться в устройстве. Емкость измеряется в байтах (единицах, рав­ ных 8 минимальным единицам количества информации - битам), килобайтах (1 Кбайт = 1024 байт), мегабайтах (1 Мб = 1024 Кб), гигабайтах (1 Гб = 1024 Мб), террабайтах (1 Тб = 1024 Гб).

Классификация ЭВМ в зависимости от функциональных возможно­ стей представлена в табл. 7.1. Необходимо отметить, что классификация ЭВМ условна, так как границы между группами размыты и очень подвижны во времени: развитие этой отрасли науки и техники так стремительно, что например, сегодняшняя мнкроЭВМ не уступает мини-ЭВМ пятилетней дав­ ности. Класс персональных (мнкроЭВМ) сам складывается из разнообразных видов машин и рассматривается ниже.