Автоматизація проектування компютерних систем. Автоматизація проектування комп'ютерних систем Модуль I. Конспект лекцій з дисципліни Автоматизація проектування комп'ютерних систем

• Название: Конспект лекцій з дисципліни Автоматизація проектування комп'ютерних систем
• Анкор: Автоматизація проектування компютерних систем
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 0.86 Mb.
• Имя файла: Автоматизація проектування комп'ютерних систем Модуль I.doc
• Тип: Конспект; #557364
• страница: 3 из 16

1.5Порядок процесу проектування

Проектування, як окремих об'єктів, так і систем починається з вироблення технічного завдання (ТЗ) на проектування. У ТЗ знаходяться основні відомості про об'єкт проектування, умови його експлуатації, а також вимоги, що пред'являються замовником до проектованого виробу. Типова схема проектування приведені на рис. 1.2.

Найважливіша вимога до ТЗ - це його повнота.

Виконання цієї вимоги визначає терміни і якість проектування. Наступний етап - попереднє проектування.

Попереднє проектування - це пошук принципових можливостей побудови системи, дослідженням нових принципів, структур, обґрунтуванням найбільш загальних рішень.

Результатом цього етапу є технічна пропозиція.

На етапі ескізного проектування виробляється детальне опрацювання можливості побудови системи.

Результатом цього етапу є ескізний проект.

Технічне проектування - це виконання представлення усіх конструкторських і технологічних рішень, що укрупнює.

Результатом цього етапу є технічний проект.

Робоче проектування - етап детального опрацювання усіх блоків, вузлів і деталей проектованої системи, а також технологічних процесів виробництва деталей і їх зборки у вузли і блоки.

Завершальний етап - виготовлення дослідного зразка, за результатами випробувань якого вносять необхідні зміни до проектної документації.

При неавтоматизованому проектуванні найбільш трудомісткими є етапи технічного і робочого проектування. Впровадження автоматизації на цих етапах призводить до найбільш ефективних результатів.

В процесі проектування складної системи формуються певні уявлення про систему, істотні властивості з тією або іншою мірою подробиці, що відбивають її. У цих представленнях можна виділити складові частини - рівні проектування.

1.6Рівні проектування

У один рівень, як правило, включаються представлення, що мають загальну фізичну основу і що допускають для свого опису використання одного і того ж математичного апарату. Рівні проектування можна виділяти по мірі подробиці, з якою відбиваються властивості проектованого об'єкту. Тоді їх називають горизонтальними (ієрархічними) рівнями проектування.



Рисунок 1.2 Типова схема проектування

Виділення горизонтальних рівнів лежить в основі блоково-ієрархічного підходу до проектування. Горизонтальним рівням властиве наступне:

• 
  при переході з деякого рівня К₁, на якому розглядається система S, на сусідній, нижчий рівень К₂ відбувається розподіл системи S на блоки і розгляд замість системи S її окремих блоків;
  
• 
  розгляд кожного з блоків на рівні К₂ з більшою мірою деталізації, чим на рівні К₁, призводить до отримання завдань приблизно однаковій складності з точки зору можливостей сприйняття людиною і можливостей рішення за допомогою наявних засобів проектування;
  
• 
  використання своїх понять системи і елементу на кожному ієрархічному рівні, тобто якщо елементами проектованої системи S вважалися блоки S_k, то на сусідньому, нижчому рівні К₂ ті ж блоки S_k розглядаються вже як системи.
  

Рівні проектування можна виділяти також властивостей об'єкту, що по характеру враховуються. В цьому випадку їх називають вертикальними рівнями проектування.

При проектуванні пристроїв автоматизації основними вертикальними рівнями являється функціональне (схемне), конструкторське і технологічне проектування (Рис. 1.3).



Рисунок 1.3 Рівнів проектування

При проектуванні автоматизованих комплексів до цих рівнів додається алгоритмічне (програмне) проектування.

Функціональне проектування пов'язане з розробкою структурних, функціональних і принципових схем. При функціональному проектуванні визначаються основні особливості структури, принципи функціонування, найважливіші параметри і характеристики створюваних об'єктів.

Алгоритмічне проектування пов'язане з розробкою алгоритмів функціонування ЕОМ і обчислювальних систем (ВС), із створенням їх загального системного і прикладного програмного забезпечення.

Конструкторське проектування включає питання конструкторської реалізації результатів функціонального проектування, тобто питання вибору форм і матеріалів оригінальних деталей, вибору типорозмірів уніфікованих деталей, просторового розташування складових частин, що забезпечує задані взаємодії між елементами конструкції.

Технологічне проектування охоплює питання реалізації результатів конструкторського проектування, тобто розглядаються питання створення технологічних процесів виготовлення виробів.

Для етапу НДР доцільне використання спеціальних систем автоматизації наукових досліджень і експериментів. У цих системах використовуються багато елементів математичного і програмного забезпечення САПР, обслуговуючі інші етапи проектування.

Залежно від порядку, в якому виконуються етапи проектування, розрізняють висхідне і низхідне проектування.

Висхідне проектування (проектування від низу до верху) характеризується рішенням завдань нижчих ієрархічних рівнів перед рішенням завдань вищих рівнів.

Низхідне проектування (проектуванню зверху вниз) - протилежна послідовність.

Нині проектування складного устаткування і його елементів і вузлів здійснюється на різних підприємствах за допомогою різних САПР, у тому числі типових, наприклад САПР проектування електронної і обчислювальної апаратури, САПР проектування електричних машин.

1.6.1 Функціональне проектування

Функціональне проектування в САПР включає два великі горизонтальні рівні - системний і функціонально-логічний (рис. 1.3). Для виконання завдань цих рівнів зазвичай використовується низхідне проектування.

На системному рівні проектуються структурні схеми пристроїв. На цьому рівні ведеться розгляд усієї системи, що укрупнює, в цілому, а елементами системи є такі пристрої, як процесори, канали зв'язку, різні датчики, старанні пристрої та ін.

На функціонально-логічному рівні проектуються функціональні і принципові схеми пристроїв. Тут виділяють підрівні - регістровий і логічний:

• 
  На регістровому підрівні проектуються пристрої з блоків.
  
• 
  На логічному підрівні проектуються пристрої або складові їх блоки з окремих логічних елементів.
  

На рівні схемотехніки проектуються принципові електричні схеми пристроїв. Елементами тут є компоненти електронних схем.

На компонентному рівні розробляються окремі компоненти пристроїв, що розглядаються як системи, що складаються з елементів.

Функціональне проектування в САПР може бути як висхідним, так і низхідним.

1.6.2 Алгоритмічне проектування

Вищі ієрархічні рівні алгоритмічного проектування служать для створення програмного забезпечення ЕОМ. Для складних програмних систем зазвичай виділяють два ієрархічні рівні (рис. 1.3). На вищому з них виробляється планування програмної системи і розробляються схеми алгоритмів; елементами схем є програмні модулі. На наступному рівні ці модулі програмуються на якій-небудь алгоритмічній мові. Тут використовується низхідне проектування.

Архітектурне проектування - вибір архітектури системи, тобто визначення таких структурно-алгоритмічених особливостей, як формати даних і команд, система команд, принципи виконання операцій, умови виникнення і дисципліна обслуговування переривань і т.п.

Мікропрограмний рівень призначений для проектування мікропрограм операцій і процедур, що виконуються в ЕОМ апаратним способом. Цей рівень тісно пов'язаний з функціонально-логічним рівнем проектування.

Основні завдання системного і архітектурного рівнів проектування наступні:

• 
  визначення принципів організації системи;
  
• 
  вибір архітектури, уточнення функцій системи і їх розподіл на функції, що реалізовуються апаратним і програмним шляхом;
  
• 
  розробка структурної схеми, тобто визначення складу пристроїв і способів їх взаємодії;
  
• 
  визначення вимог до вихідних параметрів пристроїв і формування технічних завдань (ТЗ) на розробку окремих елементів системи.
  

У ТЗ на розробку окремих пристроїв САПР входять:

• 
  перерахування функцій, що виконуються пристроєм;
  
• 
  умови працездатності пристрою,
  
• 
  вимоги до його вихідних параметрів, дані про зміст і форму інформації, якою цей пристрій обмінюється з іншими пристроями системи.
  

Крім того, на етапі функціонального проектування пристроїв вже відоме прийняте на етапі попереднього проектування рішення відносно характеру елементної бази.

На логічному підрівні функціонально-логічного рівня проектування вирішуються наступні завдання:

• 
  синтез функціональних і принципових схем виділених блоків;
  
• 
  перевірка працездатності блоків, що синтезуються, з урахуванням затримок сигналів і обмежень вибраної елементної бази або виробітку вимог до елементів в складі САПР;
  
• 
  синтез контролюючих і діагностичних тестів;
  
• 
  формулювання ТЗ для рівня схемотехніки проектування.
  

Основну частину ТЗ на рівні схемотехніки проектування складають вимоги до вихідних параметрів електронних схем : затримкам поширення сигналів, потужностям розсіяння, рівням вихідної напруги, запасам завадостійкої і тому подібне. Крім того, в ТЗ обмовляються умови функціонування у вигляді вказівки допустимих діапазонів зміни зовнішніх параметрів (температури, напруги живлення та ін.).

На рівні схемотехніки основні завдання проектування наступні:

• 
  синтез структури принципової схеми;
  
• 
  розрахунок параметрів пасивних компонентів і визначення вимог до параметрів активних компонентів;
  
• 
  розрахунок вірогідності виконання вимог ТЗ до вихідних параметрів;
  
• 
  формулювання ТЗ на проектування компонентів.
  

На компонентному рівні завдання функціонального, конструкторського і технологічного проектування тісно пов'язані один з одним. Це:

• 
  вибір фізичної структури і розрахунок параметрів напівпровідникових компонентів;
  
• 
  вибір топології компонентів і розрахунок геометричних розмірів;
  
• 
  розрахунок електричних параметрів і характеристик компонентів;
  
• 
  розрахунок параметрів технологічних процесів, що забезпечують отримання бажаного кінцевого результату;
  
• 
  розрахунок вірогідності виконання вимог до вихідних параметрів елементів і пристроїв.
  

При низхідному проектуванні зв'язок ієрархічних рівнів проявляється через формування ТЗ на розробку елементів з урахуванням вимог, що пред'являються до системи.

При висхідному проектуванні розробка елементів передує розробці системи, тому зазвичай ТЗ на елементи формуються на основі думок експертів на тому ж рівні, на якому ці елементи проектуються. Зв'язок між рівнями проявляється передусім в тому, що при проектуванні системи враховуються властивості вже спроектованих елементів через використання макромоделей елементів.

1.6.3Конструкторське проектування

Конструкторське проектування включає ієрархічні рівні проектування стійок, панелей, типових елементів заміни (ТЕЗів). Для вирішення конструкторських завдань характерно висхідне проектування.

Конструкторське проектування включає рішення завдань наступних груп : комутаційно-монтажного проектування; забезпечення допустимих теплових режимів; конструювання електромеханічних вузлів зовнішніх пристроїв; виготовлення конструкторської документації.

Основні завдання комутаційно-монтажного проектування в САПР - завдання розміщення компонентів на підкладці і трасування електричних з'єднань між компонентами. Ці завдання конкретизуються в наступному переліку:

• 
  конструкторський розрахунок геометричних розмірів компонентів (це завдання іноді вважається завданням функціонального проектування);
  
• 
  визначення взаємного розташування компонентів на елементі конструкції;
  
• 
  розміщення компонентів на конструкторському елементі з урахуванням геометрії пристрою, обмежень схемотехнічних і технологічних;
  
• 
  трасування з'єднань;
  
• 
  викреслювання креслень загального вигляду пристрою і визначення основних габаритних розмірів.
  

Завдання розміщення елементів і трасування електричних з'єднань вирішуються і в САПР пристроїв електронної техніки РСАД. Так, на рівні типових елементів заміни (ТЕЗів) необхідно розмістити корпуси мікросхем і виконати трасування друкарських провідників в одному або декількох шарах друкованої плати. Крім того, до завдань комутаційно-монтажного проектування відноситься завдання компонування елементів в блоки.

Виготовлення конструкторської документації включає автоматичне оформлення результатів проектування згаданих вище завдань в необхідному виді (наприклад, у вигляді креслень, діаграм, таблиць і так далі). Так, для отримання фото оригіналів друкованих плат і фотошаблонів інтегральних схем (ІС) нині використовується програмно-кероване устаткування - координатографи і фотонабірні установки.

1.6.4Технологічне проектування