автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Инструментальное средство для построения программно-информационных комплексов в САПР

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ --------------------------------------

На правах рукописи

СЕМЕНОВ АРКАДИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 658.512. 011. Ь6

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ В САПР

Специальность 05.13.12. - Системы автоматизации проектирования

(в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском государственном институте ) ■' ктроннки и математики (МИЭМ).

Научный руководитель - доктор технических наук.

профессор Зарудный Д. И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Соколов А. Г.

- кандидат технических наук Тумковский С.Р.

Ведущая организация - институт системного анализа РАН.

Защита диссертации состоится " ¿5" 1994г. в _/£_час.

на заседании Специализированного Совета К ОвЗ.68.01 в Московском государственном институте электроники и математики по адресу: 109020. Москва. Б.Вузовский пер., д.3/12.

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ. Автореферат разослан " " 1994 г.

Учении секретарь пюшгишзировашюго Совета

К о<?г>.ьь\ 0]. к. т.н.. доцент ¿л^-уС^- В. А. Старых

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Темпы и направления развития современного производства вызывают необходимость повышения эффективности и качества проектирования, сокращения сроков разработки выпускаемых изделий. Особую важность эта задача имеет для одной из ключевых областей современного производства - электронного машиностроения. Решение указанной задачи невозможно без широкого внедрения в производство средств автоматизированного проектирования. В отраслях электронного машиностроения проектирование радио-электронной аппаратуры стало практически невозможно без применения систем автоматизированного проектирования (САПР).

Разработка все более сложных изделий электронного машиностроения предъявляет все более высокие.требования к качественному и количественному составу используемых САПР, требует постоянного развития средств прикладного программного и информационного обеспечения САПР, вызванных появлением новых методов, методик и алгоритмов, решающих новые проектные задачи. Структура прикладного программного и информационного обеспечения САПР постоянно претерпевает изменения. Адаптация и интеграция в САПР новых, модификация существующих программных и информационных средств приводит к значительному росту затрат на поддержание целостности САПР как единой вычислительной системы. Рост мощности используемых САПР как с качественной, так и с количественной стороны невозможен без применения специально разработанных инструментальных средств, позволяющих решить эту задачу эффективно с позиции временных затрат и стоимости.

Данная работа посвящена разработке инструментального средства для построения программно-информационных комплексов (ПИК) САПР.

Целью работы является снижение временных и стоимостных затрат на разработку и последующее развитие ПИК САПР за счет применения единой методологии их построения и специально разработанного инструментального средства. ...

Для достижения указанной цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Исследование проблем построения и эксплуатации ПИК САПР на основе анализа существующих методов построения ПИК;

2. Разработка метода построения ПИК САПР на основе применения концепции смешанной семантической сети (ССС). • ''

3. Разработка методики генерации и модификация ПИК САПР на ос-

нове ССС.

4. Разработка методики и алгоритма планирования вычислительного процесса в ПИК САПР.

6. Разработка методики и алгоритма исполнения вычислительного процесса в ПИК САПР.

6. Разработка инструментального средства для построения ПИК САПР, реализующего предложенные метод, методики и алгоритмы.

7. Апробация инструментального средства путем разработки реальных ПИК для прикладных подсистем САПР.

Методы исследования. Проводимые в работе исследования базируются на использовании методов теорий множеств, теории графов, теорий реляционных баз данных, теории моделей 'данных, теории алгоритмов.

Научная новизна работы. К основным научным результатам, полученным лично автором и представленным к защите, отнисится:

1. Метод построения ПИК САПР на основе концепции ССС.

2. Методика генерации и модификации ПИК САПР на основе концепции ССС.

3. Методика и алгоритм планирования вычислительного процесса в ПИК САПР на основе концепции ССС.

4. Методика и алгоритм исполнения вычислительного процесса в ПИК САПР на основе концепции ССС.

5. Инструментальное средство для построения ПИК. САПР, реализующее предложенные метод, методики и алгоритмы.

Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в том. что разработанные метод, методики и алгоритмы позволили реализовать инструментальное средство для построения ПИК САПР, существенно снижающее временные и стоимостные затраты на разработку и последующее развитие ПИК САПР.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы нашли применение и внедрены в НИИ Счетного машиностроения. г.Москва при разработке информационно-расчетной системы "Отдел", в НИИ Автоматической аппаратуры, г.Москва при разработке информационно-расчетной системы "Микросборка", в Российском государственном военном архиве, г.Москва при разработке автоматизиро-г ванных справочных систем "Комначсостав" и "Тематические запросы", в фирме "Союзтраксторгсервис", г.Москва при разработке автоматизированной системы "Транспортные грузоперевозки".

Апробация работы. Основные положения результатов работы докладывались и обсуждались на:

т 5 -

- 49-й научной конференции Латвийского университета (г.Рига.. 1990 г.):

- зональном семинаре "Методы и средства измерения параметров в системах контроля и управления" (г.Пенза, 1991 г.):

- научно-практической конференции "Научно-техническая продукция вузов - рынку 91-95" (г.Москва. 1991 г.):

- III Всесоюзном совещании молодых ученых и специалистов с участием зарубежных ученых "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (г.Гурзуф, 1991 г.);

- Российской научно-технической конференции "Методы оценки и повышения надежности РЭС" (г.Пенза. 1991г.);

- Всесоюзной выставке-семинаре "Новые информационные технологии в высией иколе • (г.Гурзуф. 1991г.):

Публикации. По результатам работы опубликованы 3 статьи и 5 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 158 страницах машинописного текста, содержит список литературы из НО наименований, 53 страницы иллюстраций, 21 страницу приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении _дано обоснование актуальности проблемы, сформулированы цели и задачи исследования, представлены полученные автором основные научные результаты и положения, вынесенные на защиту: Освещены вопросы практической ценности, реализации и апробации результатов работы. Кратко излагается содержание всех разделов диссертации.

В первой главе „проведен анализ принципов построения важнейших составных частей САПР - программного обеспечения, которое образуется совокупностью системных и прикладных программ САПР, и информационного обеспечения, основу которого составляет иаза данных (БД) САПР.

Анализ современных тенденций развитая САПР, показывает, что наиболее перспективной формой построения САПР являются системы с генерацией результирующей программы, обеспечивающие рост мощности используемых САПР с качественной и количественной стороны с позиции приемлемых временных и стоимостных затрат. Основу таких систем составляет молеЛь предметной области САПР, которая хранится в БД. Для

таких систем нельзя говорить об автономной работе программного и информационного обеспечения, так как это две неразрывные взаимодополняющие части единой системы, которую определим понятием "программно-информационный комплекс".

В настоящее время определились несколько подходов, позволяющих • строить программно-информационный комплекс (ПИК) САПР как систему с генерацией результирующей программы. Основные различия в подходах составляют способы представления и описания модели предметной области САПР. В настоящее время на основе этих подходов разработан ряд прикладных САПР и инструментальных средств, используемых для построения САПР.

Достоинствами подхода к построению модели предметной области САПР на основе фреймов является хорошо формализованный математический аппарат и большой практический опыт использования этого подхода в различных системах, в том числе и в САПР. На основе этого подхода разработана комплексная САПР микроэлектронной аппаратуры, детальный анализ которой приведен в диссертации. К недостаткам ПИК САПР, модель предметной области которых построена на основе Фреймов, следует отнести сложность самого подхода, средств и процедур описания модели предметной области. Планирование вычислительного процесса в таких системах как правило ведется по принципу я действий - к данным" в соответствии с описанными в модели предметной области маршрутами проектирования.

Достоинством подхода к построению модели предметной области САПР на основе сетей Петри и метода конечных автоматов является эффективное моделирование дискретных процессов, возможность отражения параллельных процессов, асинхронных действий, иерархичности моделируемых процессов. Модель предметной области, построенная на основе сетей Петри, используется в САПР КИПАРИС. К недостаткам указанного подхода следует отнести громоздскость представления чздели предметной области, вызываемой необходимостью предварительного определения всех возможных входных-выходных инициация.

В инструментальной системе КАПРИЗ модель предметной области строится с помощью системы импликативных логически); уравнений. Недостатком подхода, так же как и предыдущего, является громоздскость модели предметной области,' вызванного необходимостью предварительной ориентации графа сети - модели предметной области."

. Широкое применение для построения моделей предметных областей гнчислительных систем нашел в настоящее время подхо; на основе не-

пользования семантических сетей. На основе этого подхода разработан ряд прикладных систем: ПРИЗ. МАВР. САФП. REDUCE, EISPACK, SOLVER, STRIPS и другие. Одним, из интересных вариантов реализации данного подхода является i лперграфовая модель (система УПАК)., Главным достоинством данного подхода является возможность построения относительно простой по сравнению с другими подходами, наглядной модели предметной области САПР, сочетающейся с возможностью гибкой настройки системы на различные маршруты проектирования. К недостаткам существующих систем, построенных на основе семантических сетей, следует отнести отсутствие возможности использования информационного обеспечения, т.е. структур БЛ САПР, как самостоятельного источника проектной информации на отдельных этапах процесса автоматизированного проектирования.

В целом необходимо отметить, что каждый из рассмотренных подходов имеет свои достоинства. При необходимости один подход к представлению модели предметной области САПР с некоторыми ограничениями можно свести к другому. Анализ методов построения ПИК САПР и систем. разработанных на их основе, позволяет сделать вывод, что в дополнительной разработке-и развитии нуждаются следующие вопросы: •

1. Упрощение формы, средств и процедур описания.модели предмет-• ной области ПИК САПР.

2. Использование информационного обеспечения САПР как самостоятельный источник проектной информации на отдельных этапах процесса автоматизированного проектирования.

3. Использование БД САПР как единой информационной модели • объектов проектирования для организации всех информационных связей между прикладными программами и подсистемами САПР через БД. .

4. Упрощение методик и процедур планирован! i "вычислительных процессов автоматизированного проектирования при сохранении гибкости в настройке САПР на новые проектные задачи.

5. Возможность генерации вычислительных процессов .решения проектных задач, реализующих маршрут проектирования в' САПР, как в интерпретирующем. так и компилирующем режимах, а при необходимости и в оптимальном сочетании обоих режимов.

йа основе представленного обоснования определены цели и задачи диссертационной работы. ' '..

Bq второй главе предлагается метод построения ПИК САПР на основе концепции смешанной семантической сети.

На оскоее анализа особенностей использования известного подхода

- е -

к построению модели предметной области ПИК СлЛР в виде функциональной семантической сети показано, что соновная идея концепции функциональной семантической сети может быть использована при разработке метода построения ПИК САПР. Однако указанная концепция должна претерпеть существенные изменения с учетом использования ее в таких специфически сложных вычислительных системах, каковыми являются САПР.

Предложено понятие смешанной семантической сети (ССС). Компонентами ссс являются программные отношения и отношения базы данных.

Понятие программного отношения, аналогичное понятию функционального отношения в функциональной семантической сети, является средством формального представления прикладных программ в модели предметной области ПИК САПР. Программное отношение^ может иметь аналитическую интерпретацию и графическую интерпретации в виде неориентированного двудольного графа, соединяющего вершину-отношение и вершины-параметры (атрибут:) (рис.la). Программному отношению соответствует одно или несколько разрешений программного отношения, в которых реализуются функциональные зависимости, существующие между параметрами-атрибутами программного отношения. Разрешениям программного отношения в ПИК САПР соответствуют прикладные программы. Необходимо отметить, что случай, когда у программного отношения бывает больше, чем одно разрешение нетипичен для прикладных программ САПР. Разрешение программного отношения может иметь аналитическую интерпретацию и • графическую интерпретацию в виде ориентированного двудольного графа, в котором дуги имеют направление от вершин-входных параметров (аргументов) к вершине-разрешению и от вершины-разрешения к вершинам-выходным параметрам (рис.16).

Понятие отношения БД полностью соответствует понятию нормализованного, т.е. находящегося, как минимум, в третьей нормальной форме, отношения в теории реляционных баз данных. Отношение БД может иметь одно или несколько разрешений. Отношение БД и его разрешения можно представить с помощь» аналитической и .графической интерпретаций (рис.2). Физически каждому отношению БД соответствует файл в Физической БД, а разрешению отношения БД - корректный запрос в этот ■•'файл.

Смешанная семантическая 'сеть - это двуольный неориентированный граф, содержащий вершины-отношения, которые, в свою очередь, делятся на программные отношения и отношения БД, и верши»ы-параметры (рис.За).,. ССС является моделью предметной области ПИК САПР, которая

Пгс. I

a

Ркс» 2

увязывает в единое целое все данные ПИК С\ПР в виде совокупности вершин-параметров, средства программного обеспечения Ш'К САПР в виде совокупности вершин-программных отношений и средства информационного обеспечения в виде совокупности вершин-отношений БД.

На основании модели предметной области Ш'К САПР в виде ССС могут быть построены вычислительные схемы решения проектных задач. Вычислительная схема решения проектной задачи - это ориентированный граф, являющийся подграфом графа ССС, соединяющий вершины-входные параметры проектной задачи через последовательность вершин-программных отношений, вершин-от"оиений БД и вершин-промежуточных параметров с вершинами-результирующими выходными параметрами проектной задачи (рис.36,Зв). При построении ориентированного графа вычислительной схемы решения проектной задачи используются варианты ориентации подграфов программных отношений и отношений БДГ соответствующие топы-.о допустимым разрешениям этих компонентов ССС. Реализация модели предметной области ПИК САПР в виде ССС позволяет создавать разнообразное множество вычислительных схем решения различных проектных задач.

Рассмотрим предложенный в работе метод построения ПИК САПР на основе ССС. "

I. Генерация ПИК САПР. . .1. Определение всех элементов данных, используемых в прикладных программах и отношениях БД создаваемого ПИК САПР,

A = {'Ai(Alf...?AK}

:. Определение для каждого отношения БД его допустимых разрешений

Aij€A, /м,2,...,rnm, je4,2> —»Ki»

3. Определение для каждой прикладной программы программного отношения и соответствующего разрешения программною отношения

Рио. 3

4. Построение на основании определенных в пл. 1, 2. 3 элементов данных, программных отношений и отношений БД неориентированного графа ссс п;:к сапр

SSS: 5SS = RP U RDB,

«Р: ftP={fiP4)ftP2,...,RPmM>},.

RM: A3)8={RD8<,R3)82,...,RT>ft№m> ^

5. Физическая реализация компонентов ПИК САПР (физические программные модули; Файлы БД: описания ССС, разрешений программных отношений и отношений БД и т. д. ).

II. Планирование вычислительного процесса в ПИК САПР.

6. Постановка проектной задачи для ПИК САПР, заключающаяся в назначении пользователем исходных и результирующих параметров задачи

X = XfJ 1

7. Выбор на основании поставленной проектной задачи из неориен-.тированного графа ССС ПИК САПР ориентированного графа вычислительной схемы решения проектной задачи

F(X)-it(Xt,..., Xt,f,(X4))) ■••)»

X4cX, X2cX,)(tcX,

tti'fzf-rfJeFP ÜFIB

III. Исполнение проектной задачи.

8. Выполнение средствами физически реализованного ПИК САПР проектной задачи в соответствии с построенной вычислительной схемой.

13 - .

Рассмотрим .основные особенности и достоинства предложенного метода.

Простота представления данных в программных отношениях совершенно не отражает сложности структур и содержания этих данных в соответствующих прикладных программах ПИК САПР. Программные отношения в большинстве случаев являются ненормализованными. В свою очередь, отношения БД ССС ПИК САПР являются нормализованными. . Совокупность отношения БД, объединяющих все входные и выходные параметры прикладной программы, соответствующей программному отношению ССС ПИК САПР, будем называть информационной средой программы. Таким образом ССС является не просто механическим объединением двух источников получения новой информации в ПИК САПР - программ и отношений БД, А есть способ раскрытия структуры ненормализованных программных отношений с , помощью соответствующих им совокупностей нормализованных отношений ' БД, образующих их информационную среду.

Предлагаемый метод определяет концепцию взаимодействия программного и информационного обеспечения САПР, обладающую большой степенью универсальности. Метод определяет унифицированный подход к организации межпрограммных связей в САПР по данным с помощью единой БД. независимо от структурной сложности данных и их программной разветв-ленности.

Предлагаемый метод дает возможность получить новое качество использования информационного обеспечения (НО) в САПР, заключающееся в том, что ИО становится независимым источником проектной информации на отдельных участках маршрута проектирования, с помощью ССС можно создавать вычислительные схемы, в которых работа прикладных программ будет чередоваться с сериями запросов в БД.

Предлагаемый метод позволяет создавать открытые для дальнейшего развитая САПР. .Интеграция новых программ и структур БД в ПИК САПР позволяет пользователю в принципе не заботиться о том, каким образом вновь введенные компоненты будут впоследствии использованы в САПР. Эти функции берет на себя сама вычислительная система.

Третья глава посвяшеиа вопросам детальной разработки методик и алгоритмов реализация предложенного метода построения ПИК САПР на основ? ССС.

Принятие предложенного метода, как базовой концепции построения ПИК САПР, делает необходимым1 разработку специальных программных и . информационных системных средств, обеспечивающих создание и функци-. онирование ПИЙ. Совокупность этих средств образует инструментальное

,';> - 14 "

'.средство для построения ПИК САПР. Основными функциями указанного .инструментального средства являются:

- генерация и модификация ПИК;

- планирование вычислительного процесса в ПИК;

- исполнение вычислительного процесса в ЛИК.

В работе предложена следующая методика генерации ПИК САПР:

1. Создание в БД САПР системной описательной подсхемы для хранения данных о структуре ПИК САПР.

2. Введение в состав ПИК САПР новых отношений БД САПР.

2.1. Создание физической файловой структуры отношения в БД.

2.2. Введение нового отношения БД в состав ССС ПИК САПР. В имеющуюся структуру ССС добавляются новая вершина-отношение БД. После этого в ССС добавляются новые вершины-элементы данных (ЭД)', являющиеся атрибутами вновь введенного отношения БД, ранее не встречавшиеся в ССС. Затем вершина-новое отношение БД соединяется дугами с вершинами-ЗД. являющимися атрибутами этого отношения, как с вновь введенными, так и ранее существовавшими в ССС. Соединение вновь введенного отношения БД с пД. ранее существовавшими в ССС, обеспечивает привязку отношения БД к семантической модели предметной "области ПИК САПР.

2.3. Введение описаний отношения БД и его разрешений в системную описательную подсхему БД ПИК САПР.

3. Введение в состав ПИК САПР новых прикладных программ (ПП).

3.1.-Разработка- информационной среды ПП и определение ее корневых ЭД. Наличие в БД САПР информационной среды ПП является обязательным условием функционирования программы в составе ПИК

. САПР. Отношения БД, образующие информационную среду, содержат, как правило, множество вариантов входных и выходных данных ПП. Иденти-г фикация необходимого варианта данных для ПП производится путем задания конкретных значений элементам данных информационной среды, которые будем называть корневыми.

3.2. Создание в БД файловых структур отношений, образующих ин-• формационную среду ПП.

« 3.3. Подготовка физического модуля ПП к работе в составе ПИК ' САПР. Предлагаемая методика генерации ПИК САПР предполагает "жест' кую" привязку ПП к информационной среде, т. е. после включения ПП в состав ПИК САПР входная информация поступает в нее только из ее входной информационной среды, выходная информация выводится только в ее выходную информационную среду.

3.4. Интеграция физического модуля ПП в состав программного обеспечения ПИК САПР.

3.5. Введение нового программного отношения и информационной среды ПП в состав ССС ПИК САПР.

3.6. Введение описаний программного отношения, его разрешения, отношений БД, образующих информационную среду ПП. их разрешений, списка корневых ЭД информационной среды ПП в системную описательную подсхему БД ПИК САПР.

В отличие от описанного процесса генерации модификация ПИК САПР сводится к следующим основным действиям:

- введение в состав ПИК САПР новых программ и отношений БД;

- удаление из ПИК САПР существующих программ и отношений БД:

( - изменения в структуре данных существующих программ и отношений БД.

Перечисленные действия входят отдельными пунктами в приведенную методику генерации ПИК САПР.

В работе предложены методика и алгоритм планирования вычислительного процесса (ВП) в ПИК САПР.

Методика планирования ВП в ПИК САПР сводится к следующим этапам:

1. Постановка проектной задачи (ПЗ), формальным результатом которой является определение имеющихся;в распоряжении пользователя

. совокупности входных данных и данных, которые необходимо получить в результате решения ПЗ.

2. Построение вычислительной схемы решения ПЗ, т. е. выделение из неориентированного графа ССС ПИК САПР' ориентированного графа решения ПЗ.

3. Построение на основании полученного ориентированного графа цепочки программ и запросов в БД САПР, . позволяющих решить поставленную ПЗ. На этом этапе конкретизируются связи между прикладными программами, участвующими в решении ПЗ, по управлению.

4.' Согласование входных и выходных потоков данных программ (! запросов в БД САПР, участвующих в решении ПЗ. На этом этапе конкретизируются и уточняются связи между ПП по данным.

5. Занесение и хранение результатов планирования ВП в системную описательную подсхему БД ПИК САПР. '

Планирование ВП решения ПЗ в ПИК САПР возможно осуществить в ручном, автоматическом и автоматизированном режимах На основе прове денного в работе анализа показано что автоматизированный режим наиболее • подходит для решения этой задачи. При таком подходе польза,

теяь. исходя из своих прикладных и системных знаний, определяет общую стратегию планирования ВП. а вычислительная система в лице планирующей части планировщика инструментального средства ПИК САПР обеспечивает ориентацию пользователя в сложной структуре ССС ПИК. дает ему необходимые подсказки, конкретизирует отдельные его действия в соответствии с реальной структурой ПИК САПР. Использование этого подхода позволит получать рациональные по структуре и корректные по содержанию вычислительные схемы решения ПЗ. подтверждающие обоснованность затраченных на планирование вычислительных ресурсов.

Вычислительная схема решения ПЗ и соответственно эквивалентная ей .цепочка программных модулей и запросов в БД в самом простом случае имеет линейную структуру , т.е. в ней отсутствуют ветвления и циклы. В работе разработан детальный алгоритм построения линейной вычислительной схемы; решения проектной задачи в ПИК САПР.

В работе определены особенности алгоритма построения нелинейной вычислительной схемы, содержащей в своей структуре ветвления и циклы. Идея организации ветвления состоит в том, что на этапе построения очередного звена цепочки программ и запросов в БД после определения очередной совокупности связующих ЭД мы можем выбрать разные программные отношения или отношения БД для дальнейшего построения цепочки в зависимости от выполнения или невыполнения заданного пользователем' условия перехода. Условием перехода является соответствие некоторых заданных пользователем ЭД, имеющих на данном этапе построения цепочки признак определенных значений, некоторым заданным пользователем значениям. Цикл в нелинейной вычислительной схеме можно рассматривать как один из вариантов ветвления,в котором условный переход осуществляется на одно из предыдущих звеньев цепочки программ и запросов в БД. Основу алгоритма построения вычислительной схемы решения ПЗ и, соответственно, цепочки программ и запросов в БД..содержащих ветвления, составляет линейный алгоритм-,.который расширен дополнительными действиями и возможностями.

Основным результатам планирования ВП в ПИК САПР является цепочка программ и запросов в БД. особое место в которой занимают входные и выходные ЭД поставленной задачи, а так же связующие ЭД. определенные в процессе построения цепочки. Целесообразным является создание специальной оперативной базы данных вычислительного процесса (ОБДВП),. предназначенной для хранения значений этих ЭД. принимаемых ими в процессе решения конкретней проектной задачи. Структура интенсионгла ОРЛРП я&плется проекцией БД ПИК. состоящей из отношения, атрибутами

которых являются только входные, выходные и связующе ЭД цепочк;: программ и запросов в БД. Значения атрибутов в отношениях (экстенск-онал) ОБДВП на физическом уровне реализуют отношения множественности между ЭД. определяющими весь характер исполняемого ВП. ОБДВП для каждой цепочки создается в специально организуемой подсхеме БД САПР. Построение ОБДВП выполняется одной из подпрограмм программы-планировщика, входящего в состав инструментального средства ПИК САПР. В работе предложен алгоритм построения ОБДВП.

На основании цепочки программ и запросов в БД, реализующей вычислительную схему'решения проектной задачи, являющейся результатом планирования ВП в ПИК САПР, и построенной для нее ОБДВП с помощью программы-исполнителя инструментального средства осуществляется исполнение вычислительного процесса в ПИК САПР.

. Методика исполнения вычислительного процесса в ПИК САПР имеет следующие этапы:

1. Загрузка значений ЭД, являющихся исходными данными ВП, в соответствующие отношения ОБДВП.

. 2. Последовательное исполнение звеньев цепочки программ и запросов в БД. реализующий вычислительный процесс.

2.1. В качестве исходных данных для исполнения звена цепочки ис-^ пользуются значения связующих ЭД. находящиеся в соотвествующих отношениях ОБДВП. Связующими ЭД в цепочке являются входные ЭД цепочки (в первом звене цепочки обязательно!) и значения ЭД. являющихся результатом выполнения предыдущих звеньев цепочки.

2.2. Если выбранное звено цепочки содержит разрешение отношения БД. то программа-исполнитель начинает последовательно выбирать из ОБДВП совокупности значений связующих ЭД и, используя их как ключ для поиска, делать запросы в соответствующие отношения БД. значения. найденные в результате поиска в БД. элементов данных, являющихся связующими для следующего звена цепочки или выходными для цепочки в целом, добавляются в соотвествующие отношения ОБДВП.

2.3. Если выбранное звено цепочки содержит разрешение программного отношения, то программа-исполнитель начинает последовательно выбирать из ОБДВП совокупности значений связующих ЭД звена цепочки и передавать их в качестве исходных данных запускаемой на выполнение соотвествующей прикладной программе (ПП). ПП. используя совокупность значений связующих ЭД, которые являются корневыми в_ информационной среде ПП, самостоятельно делает запрос в отношения БД. образующие е-;

" входную информационную среду, 'считывает необходимую входную инфорка цию и выполняет вычислительную задачу в соответствии со своим алг"1-

ритмом. Значения эд. являющихся результатами выполнения ПП, добавля-клся в отношения БД. образукипе выходную информационную среду ПП. Значения, полученные в результате выполнения ПП, элементов данных, являющихся связующими для следующего звена цепочки или выходными для цепочки в целом, добавляются в соотвествующие отношения ОБДВП.

3. Если обработано последнее звено цепочки, то исполнение цепочки программ и запросов в БД, реализующей вычислительный процесс, закончено. Значение результирующих ЭД определены и находятся в соот-реотвующих отношениях ОБДВП.

Пользователь ПИК САПР, получив в качестве результата исполнения ВП заполненные значениями отношения ОБДВП. может просмотреть результаты средствами информационного обеспечения ПИК, а так же вывести эти результаты на экран видеомонитора или печать с помочь» стандартных или специально им разработанных программ в виде таблиц, графиков или графических образов.

В работе предложен детальный алгоритм исполнения линейной вычислительной схемы решения проектной задачи в ПИК САПР.

Структура нелинейной цепочки программ и запросов в БД отличается ' от структуры линейной цепочки наличием условий перехода, определяемых соответствием некоторых заданных пользователем ЭД некоторым заданным значениям на определенных этапах выполнения вычислительного процесса, - Элементы данных, входящие в условия перехода нелинейной цепочки, являются основополагающими для исполнения нелинейного вычислительного процесса и ,соотвественво, должны присутствовать в отношениях ОБДВП наряду с входными, выходными и связующими ЭД цепочки. В работе определены особенности алгоритма построения ОБДВП для нелинейной цепочки.

В работе определены особенности алгоритма исполнения.нелинейной вычислительной схемы, содержащей в своей структуре ветвления и циклы.

В четвертой главе определены принципы организации и описана 'структура пакета программ инструментального средства (ИС) для построения ПИК САПР, представлена структура системной описательной подсхемы БД ПИК САПР, показаны результаты применения разработанного ИС для построения программно-информационных комплексов подсистем прикладных САПР.

ИС для построения ПИК САПР - это совокупность программных и информационных средств, реализующих предложенные методики и алгоритмы , метода построения ПИК САПР на основе концепции ССС. Общая структура ПИК САПР, ядром которого является инструментальное средство,, преде-

тавлена на рис.4. ИС реализовано в виде пакета программ, каждая из которых является независимым загрузочным модулем:

PICGEN.EXE - программа-генератор ПИК САПР, в программе реализованы предложенные в работе методики генерации и модификации.ПИК САПР:

PICPLAN. Е.".Е - программа-планировщик ПИК САПР, в программе реализованы предложенные в работе методики и алгоритмы планирования ВП ■в ПИК САПР, генерации цепочек программ и запросов в БД, а так же создания ОБДВП для сгенерированных цепочек;

PICEXEC.EXE. PICEXEC. 0BJ - программа-исполнитель ПИК САПР. в. программе реализованы предложенные в работе методика и алгоритм исполнения ВП в ПИК САПР. Программа-исполнитель физически реализована , в двух видах - в виде 'загрузочного модуля для исполнения ВП в интерпретирующем режиме и виде совокупности объектных модулей для исполнения ВП в компилирующем режиме.

Пакет программ инструментального средства ПИК САПР реализован на ПЭВМ IBM PC в вычислительной среде операционной системе MS DOS. Программные модули пакета программ реализованы на языке команд системы программирования CLIPPER, обеспечивающей широкие возможности по работе с файлами БД в формате dEASE. Отдельные программные модули инструментального средства реализованы на алгоритмическом языке Си.

Важную роль в организации работы ПИК, построенного с помощью разработанного инструментального средства, играет системная описательная подсхема (СОП) БД. СОП БД ПИК САПР содержит описание элементов данных, структуры отношений БД. разрешений отношений БД. структуры программных отношений, разрешений программных отношений, информационных сред прикладных программ, вычислительных схем решения проектных задач, оперативных баз данных вычислительных процессов. В работе представлена детальная структура СОП ПИК САПР.

В четвертой главе диссертационной работе рассмотрены результаты применения инструментального средства для построения ' ПИК подсистем прикладных САПР.

Применение инструментального средства ограничивается рядом условий:

- возможностью привязки прикладных программ САПР к структурам БД. поддерживаемым инструмент"пьчым средством;

- необходимым объемом'оперативной памяти ЭВМ:

- реализацией исходных модулей прикладных программ САПР на алго-

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ СРЕДСТВО ПИК САПР

01Ссеу. щг

Программа-■=ренератог ПЖ

Программа-планировщик ПИК САПР

Я1се%ес.£Х£ Р1?е»£с.ой1... Программа-•»иеполнитель да САПР

N О

ссс

Системная

подсхема

описаний

СВДВП

Прикладные подсхемы Ед ПЖ САПР

БАЗА ДАННЫХ ПИК САПР

Прикладные пгсграмш ПИК САПР

Рис. 4

ритмических языках Ся и CLIPPER для построения ПИК, работающего ь компилирующем режиме.

С помощью разработанного инструментального средства построены следующие ПИК:

I. ПИК подсистемы схемотехнического проектирования (ПСхП). ПСхН САПР ИМС предназначена для анализа (расчета) электрических характеристик нелинейных электронных и интегральных схем по постоянному и переменному току, а так же для расчета чувствительности некоторых электрических характеристик схем к изменению параметров компонентов схем. ПИК ПСхП САПР ИМС реализует выполнение вычислительного процесса схемотехнического проектирования электронных схем в интерпретирующем режиме.

( ' 2. ПИК информационно-расчетной системы (ИРС) "Отдел", являющейся подсистемой САПР печатных плат. ИРС "Отдел" предназначена для управления процессом выполнения работ, проводимых Отделом автоматизации проектирования предприятия, снижения трудоемкости подготовки отчетной документации по работе Отдела за отчетные периоды, а так же ведения архива результатов разработок печатных плат, выполняемых Отделом. Построенный ПИК реализует выполнение необходимых вычислительных процессов в компилирующем режиме.

3. ПИК ИРС "Микросборка", являющейся подсистемой САПР гибридных . интегральных микросхем. ИРС "Микросборка" предназначена для организации автоматизированного архива информации о микросборках, используемых для проектирования радио-электронной аппаратуры, обеспечения эффективного ведения архива с организацией специальных реданов поиска и обработки информации. ПИК реализует выполнение необходимых вычислительных процессов в компилирующем режиме.

Для каждой из представленных прикладных подсистем САПР в работе дана детальная структура ПИК на уровне программных'модулей, подсхем БД и информационных потоков. Определены структуру ССС ПИК и прикладных* подсхем БД. Дан пример вычислительной схемы и соответствующей цепочки программ и запросов в БД для одного из вычислительных процессов, реализованном в разработанных ПИК.

Результаты построения ПИК прикладных подсистем САПР, плакирования и исполнения вычислительных процессов в этих ПИК подтверждают обоснованность применения метода построения ПИК САПР на основе ССС для решения подобных задач, а так же правильность подложенных в работе методик и алгоритмов,- реализованных в виде пакета программ ' инструк-нтального средства. Результаты эксплугтации указанных систем

в в соотвествующих научно-производственных и учебных организациях позволяют сделать вывод о существенном снижении временных и стоимостных затрат на разработку и последующее развитие ПИК рассмотренных прикладных подсистем САПР за счет применения единой методологии их построения и специально разработанного инструментального средства, что соответствует решению основной задачи диссертационной работа.

В заключении приводятся основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ '

1. Предложен метод построения ПИК САПР на основе применения концепции; смешанной семантической сета.

2. Предложена методика генерации ПИК САПР на основе ССС. Дана методика модификации структуры ПИК САПР.

3. Разработаны методика и алгоритм планирования вычислител!чого процесса в ПИК САПР для построения линейных и нелинейных вычислительных схем; реализующих решение необходимых проектных задач.

4. Предложена методика исполнения вычислительного процесса в ПИК САПР. Определено понятие оперативной БД вычислительного процесса. Разработан алгоритм построения ОБДВП. Разработан алгоритм исполнения вычислительных процессов решения проектных задач в ПИК САПР, реализованных с помощью линейных и нелинейных цепочек программ и запросов в БД.

5. Разработан пакет программ инструментального средства для построения ПИК САПР, реализующего предложенные метод, методики и алгоритмы. с помощью инструментального средства разработаны ПИК для ряда подсистем' прикладных САПР.

- 23 -

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Зарудный Д.И.. Семенов А.Г. База данных подсистемы схемотехнического проектирования ИМС. // Методы и алгоритмы автоматизированного проектирования БИС: Сб. научн. тр. / МИЭТ, М.. 1985. - с.5-11.

2. Семенов А. Г. Вариант формализации концептуальной модели базы данных и процедура ее обработки. // Программное обеспечение САПР БИС. Сб. научн. тр. / МИЭТ, М.. 1988. - с. 17-24.

3. Семенов А. Г. Смешанная семантическая, сеть для организации вычислительного процесса в подсистемах САПР. // САПР БИС: проблемы разработки и применения. Межвуз. сб. / МИЭТ, М., 1990. - с. 161-170.

4. Зарудный Д.И.. Семенов А.Г. Инструментальное программное средство для организации вычислительного процесса в подсистемах САПР // Методы и средства измерения параметров в системах контроля и управления: Тезисы докладов к зональному семинару. - г. Пенза, январь 1991. - С. 47.

5. Зарудный Д.И., Семенов А.Г. Инструментальное средство для создания информационно-расчетных систем. // Новые информационные технологии в высшей школе: Тезисы докладов к Всесоюзной выставке-семинару. - Гурзуф, октябрь 1991. - с. 16.

6. Семенов А.Г. Разработка программно-информационных комплексов на базе инструментального средства "Поиск". // Iii Всесоюзное совещание молодых ученых и специалистов с участием зарубежных ученых "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления": Тезисы докладов - Крымская обл., май 1991.' - с.31.

7. Семенов А.Г. Процедура построения цепочки вычислительного процесса в открытой программной системе. // Научно-практическая конференция "Научно-техническая продукция, вузов - рынку 91-95": Тезисы докладов - Москва, июнь 1991. - с. 25.

8. Семенов А.Г. Метол построения открытых программно-информационных комплексов в САПР РЭС. // Российская научно-техническая конференция "Методы оценки и повышения надежности РЭС". Тезисы докладов -г. П«нза, май 1991. - 19с.