автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методика построения систем автоматизированного проектирования на основе компактной обработки разреженных матриц

Введение.

Глава 1. Методы компактной обработки.

1.1. Краткие сведения о технологии разреженных матриц.

1.2. Способы хранения разреженных матриц.

1.2.1. Схема Кнута.

1.2.2. Модификации схемы Кнута.

1.2.3. Строчный (столбцовый) фиксированный формат.

1.2.4. Строчно-столбцовый фиксированный формат.

1.2.5. Индексные матрицы.

1.2.6. Диакоптические методы.

1.3. Сравнительная оценка способов компактного хранения, выбор метода и его обоснование.i.

1.4. Выбор методов решения системы уравнений с разреженными матрицами.

1.5. Структурная схема моделирования распределенных систем на основе строчно-столбцового фиксированного формата.^.

1.6. Выводы.

Глава 2. Особенности визуального программирования в среде Microsoft Visual С++.

2.1. Сравнительная оценка различных сред визуального программирования.

2.1.1. Визуальные средства разработки.

2.1.2. Настраиваемая среда разработки.

2.1.3. Возможности доступа к данным.

2.1.4. Особенности программирования и встроенный язык.

2.1.5. Скомпилированные программы и быстродействие.

2.1.6. Дополнительные возможности.

2.1.7. Резюме.

2.2. Каркасная структура проекта, предлагаемая Visual С++.

2.2.1. Структура Windows-приложения без использования MFC.

2.2.2. Структура Windows-приложения, использующего библиотеку MFC среды Microsoft Visual С++.

2.2.3. Каркасная структура проекта, созданного с помощью АррWizard

2.3. Типы шаблонов приложений.

2.3.1. Шаблон SDI-приложения.

2.3.2. Шаблон MDI-приложения.

Отличительной особенностью современного этапа развития систем автоматизированного проектирования (САПР) является все возрастающая сложность современных технических объектов. Например, появление больших и сверхбольших интегральных схем, содержащих 103.106 элементов, привело к серьезным проблемам в области их автоматизированного проектирования.

Одной из этих проблем является невозможность расчета математических моделей больших интегральных схем, состоящих из тысяч и более уравнений, на современных ЭВМ за приемлемое время. Для этого необходимо использовать специальные математические методы расчета больших схем. Первые программы анализа, как правило, оперировали с плотными матрицами, что приводило к значительному ограничению сложности анализируемой задачи и к быстрому росту затрат машинного времени с увеличением сложности объекта. Техника оперирования только с ненулевыми элементами матриц позволила повысить быстродействие основных алгоритмов и значительно снизить ограничение на сложность анализируемого объекта. В последние годы наиболее заметные успехи в области развития математического обеспечения САПР достигнуты именно на путях изучения особенностей структуры и использования свойства высокой разреженности матриц в математических моделях объектов проектирования.

Другой принципиально важной характеристикой современных САПР является их универсальность для проектирования широкого класса объектов в различных областях техники: механике, гидравлике, радиоэлектронике и других. Установление аналогий между разнородными физическими системами позволяет применять одни и те же математические методы для решения многих проектных задач. Хотя для многих областей техники ряд основополагающих положений теории и практики САПР носит общий характер, методика построения САПР на основе технологии разреженных матриц еще не достаточно хорошо освещена.

Таким образом, создание методики построения САПР на основе математических методов расчета моделей широкого класса объектов в различных областях техники, позволяющих повысить показатели эффективности САПР, представляет собой актуальную задачу.

Целью диссертационной работы является исследование, теоретическое обоснование и создание структуры диалоговой САПР, инвариантной к предметной области применения и основанной на технологии разреженных матриц.

Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:

1. Анализ и выбор основных схем компактного хранения и обработки разреженных матриц, содержащих информацию о модели представления предметной области.

2. Выбор среды визуального программирования и разработка каркасной структуры САПР.

3. Разработка методики заполнения каркасной структуры САПР в соответствии с конкретным техническим заданием на интерфейсном и обрабатывающем уровнях.

4. Реализация на основе каркасной структуры САПР подсистем "Частота" и "Статика" в выбранной среде визуального программирования как примера применения разработанной методики.

5. Проведение сравнительного тестирования реализованных подсистем на основе полной и разреженной матриц.

Необходимым условием достижения указанной цели являются такие методы исследования, как теория графов и теория построения САПР, численные методы анализа и оптимизации, методы математического моделирования, теория электрических цепей, методы системного и структурного программирования.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Основной материал изложен на 110 стр. машинописного текста. 7

Первая глава посвящена анализу методов компактного хранения и обработки разреженных матриц, содержащих информацию о модели представления предметной области, и обоснованию структурной схемы моделирования распределенных систем на основе выбранного метода.

Во второй главе рассматриваются особенности различных сред визуального программирования, проводится их сравнение и осуществляется выбор одной из сред для использования в качестве основы создания САПР.

Третья глава посвящена разработке каркасной структуры САПР с использованием выбранной среды визуального программирования. Здесь же разрабатывается методика заполнения структуры САПР в соответствии с конкретным техническим заданием на интерфейсном и обрабатывающем уровнях.

В четвертой главе рассматривается применение полученной методики для построения предметно-ориентированной САПР и проводится тестирование реализованной системы с целью демонстрации преимуществ использования технологии разреженных матриц по сравнению с полной обработкой.

В заключении приведены результаты проведенных в работе исследований.

7. Результаты работы внедрены на ФГУП «БЭМЗ» (г. Брянск), что подтверждается приложением 3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПЩЦК£

1. Автоматизация схемотехнического проектирования: Учеб. пособие для вузов/ Ильин В.Н., Фролкин В.Т., Бутко А.И. и др.; Под ред. Ильина В.Н. -М.: Радио и связь, 1987. - 368 е., ил.

2. Анисимов В.И., Горбунова М.А. Принципы компактной обработки разреженных матриц при анализе электронных схемЮлектромеханические устройства и системы: Сб. науч. тр.-Брянск, 2000. - С.32-36.

3. Анисимов В.И., Горбунова М.А. Процедура LU-разложения при фиксированном формате хранения данных: Тез. докл. 55 науч. конф. профессорско-преподават. состава БГТУ, Брянск, 15-17 ноября 1999г. -Брянск, 1999. - С.183-185.

4. Баженова И.Ю. Visual С++ 5.0. - М.: Диалог-МИФИ, 1998. - 272 с.

5. Брамеллер А., Аллан Р., Хэмэм Я. Слабозаполненные матрицы: Анализ электроэнергетических систем. Пер. с англ. -М.: Энергия, 1979. - 192 с.

6. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./Пер. с англ. - М.: Изд-во Бином, СПб: Невский диалект, 1988. - 560 е., ил.

7. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1988. - 560 е., ил.

8. Глориозов E.JL, Ссорин В.Г., Сыпчук П.П. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования. - М.: Сов. радио, 1976. - 224 е., ил.

9. Джордж А., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем уравнений: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 333 е., ил.

Ю.Диалоговые системы схемотехнического проектирования/ Анисимов В.И., Дмитревич Г.Д., Скобельцын К.Б. и др.; Под ред. Анисимова В.И. - М.: Радио и связь, 1988. - 288 е., ил.

П.Икрамов Х.Д. Вычислительные методы линейной алгебры: Решение больших разреженных систем уравнений прямыми методами - М.: Знание,

1989. - 48 с. - (Новое в жизни, науке, технике. Математика, кибернетика; 2/1989).

12.Икрамов Х.Д. Численные методы для симметричных линейных систем. Прямые методы. - М.: Наука, 1988. - 159 с.

13.Икрамов Х.Д. Численные методы линейной алгебры: Решение линейных уравнений - М.: Знание, 1987. - 46 с. - (Новое в жизни, науке, технике. Математика, кибернетика; 4/1987).

14.Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Том 1: Основные алгоритмы. -М.: Мир, 1967. - 735 с.

15-Лиснянский И.М. Некоторые вопросы алгебры ленточных матриц/ И.М.Лиснянский. - Новосибирск, 1982. - 16 с.

16.Маккелви М. Visual Basic 4 без проблем: Рук. пользователя: Пер. с англ./ Под ред. О.Рякина. - М.: Бином: Изд-во АО «Вост. кн. компания», 1996. -572 е., ил.

17.Мешков A.B., Тихомиров Ю.В. Visual С++ и MFC. Программирование для Windows NT и Windows 95: В 3-х т. Т.2. - СПб.: BHV - СПб, 1997. - 464 с.

18.Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств/ Бененсон З.М., Елистратов М.Р., Ильин Л.К. и др.; Под ред. Бененсона З.М. - М.: Радио и связь, 1981. - 272 е., ил. - (Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на интегральных микросхемах).

19.Мэтчо Дж. и др. Delphi 2. Руководство для профессионалов: Пер. с англ. -СПб.: BHV - СПб., 1997. - 784 е., ил.

20.Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб. пособие для втузов - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1986. - 304 е., ил.

21.0рвис В.Дж. Visual Basic for Applications на примерах: Пер. с англ. - М.: Бином. - 512 е., ил.

22.Писсанецки С. Технология разреженных матриц: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988.-410 е., ил.

23.Сван Т. Программирование для Windows в Borland С++: Пер. с англ. - М.: Бином. - 480 е., ил.

24.Сигодский В.П. Математический аппарат инженера. 2-е изд., стереотип. Киев: Техника, 1977 - 768 с.

25.Сравнительный анализ компактных схем хранения разреженных матриц/ Горбунова М.А.; С.-Петербургск.гос.электротехн.ун-т. - СПб., 2000. - 21 с. - Библиогр. 5 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ №1262-В00 от 03.05.00.

26.Тьюарсон Р. Разреженные матрицы: Пер. с англ. - М.: Мир, - 1977. - 191 с.

27.Фаронов В.В. Delphi 4. Учебный курс. - М.: Нолидж, 1998. - 464 е., ил.

28.Фролов А.В., Фролов Г.В. Microsoft Visual С++ и MFC. Программирование для Windows 95 и Windows NT: В 2-х ч. 4.1. - М.: Диалог-МИФИ, 1997. -288 с. - (Библиотека системного программиста; Т. 24)

29. Фролов А.В., Фролов Г.В. Microsoft Visual С++ и MFC. Программирование для Windows 95 и Windows NT: В 2-х ч. 4.2. - М.: Диалог-МИФИ, 1997. -272 с. - (Библиотека системного программиста; Т. 28)

ЗО.Чахмахсазян Е.А., Бармаков Ю.Н., Гольденберг А.Э. Машинный анализ интегральных схем. Вопросы теории и программирования. - М.: Сов. радио, 1974.-272 с.

31.Duff I.S. Direct methods for sparse matrices/ I.S.Duff, A.M.Erisman, J.K.Reid. -Oxford: Claredon press, 1986. -VIII, 341 c. (Monogr. on numerical analysis).

32.Pinella Paul. PowerBuilding Enterprise Applications.//Datamation - 1993. - July, 15. - P. 18-22.

33.Ploeg A., van der. Re-ordering strategies and LU-decomposition of block tridiagonal matrices for parallel processing. - Amsterdam: Stichting math, centrum, 1996.-20 c.

34.Radosevich Linda. Development Tools For The Enterprise?//Datamation - 1996,-March, 15.-P. 54-55.

35.Sarna David E.Y. & Febish George J. VB4: An Enterprise Tool Is Born.// Datamation - 1995. - Sept., 15. - P. 77-83.

128

36.The Lee. Borland's Bridge To OOP.//Datamation - 1992. Jan., 1.- P. 22-26.

37.Veldhorst M. An analysis of sparse matrix storage schemes. - Amsterdam, 1982 - Vm, 237 c. (Math, centre tracts).

N6

К 1 1 0 1

К 2 2 3 1

И. 3 5 6 1

Я 4 6 О 1

Я545 1

Е1 1 3 0 4 0 100

ЕЙ 1 1 0 2 0 10 О 1

О! 1 5 0 6 О

N6

Я 1 1 0 400 Я2 1 6 500 К 3 2 0 0.1 И. 4 3 6 10 115 4 0 0.1 Я6562 е 1 605

Ш 1 1 3 2 5 2 1е-09 0.02 1 Ш 2 3 5 4 5 2 1е-09 0.02 1

N3

1 25

Т>\2Ъ Зе-05 0.025

Б2 02 3е-05 0.025 е 1 1 0 15 е 2 3 0 10

N3

120.1 Я 2 2 3 1. С 1 2 0 10. Ы30 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ