Программное обеспечение САПР

Совокупность программ и сопровождающей их документации, предназначенной для решения задач на ПК, называется программным обеспечением (software). А теперь дадим несколько определений понятию «программа».

1. Программа представляет собой формализованное описание последовательности действий определенных устройств в ЭВМ в зависимости от конкретного характера задачи и набора ее исходных данных.

2. Программа – это формализованная запись алгоритма на конкретном языке программирования.

Все программное обеспечение делится на системное (общее), прикладное (специальное)

Системное программное обеспечение (system software) – это обеспечение, необходимое для управления компьютером, создания и поддержки выполнения других программ пользователя, а также для предоставления пользователю набора всевозможных услуг [1].

Прикладное программное обеспечение – это программное обеспечение, состоящее из отдельных прикладных программ и пакетов прикладных программ, предназначенных для решений различных задач пользователей, а также и автоматизированные системы, созданные на основе пакетов прикладных программ [2].

Классификация программного обеспечения согласно [1] представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Комплексная классификация ПО

Рассматривая Системное программное обеспечение, выделяют следующие основные компоненты:

Операционная система (ОС) – совокупность программ, управляющих работой всех устройств персонального компьютера (ПК) и процессом выполнения прикладных программ.

Операционная система предназначена для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.

Различают Операционные Системы общего назначения, реального времени, сетевые ОС и встраиваемые ОС.

ОС выполняет следующие операции:

- контроль работоспособности оборудования ПК;

- выполнение процедуры начальной загрузки;

- управление работой всех устройств ПК;

- управление файловой системой, взаимодействие пользователя с ПК;

- загрузка и выполнение прикладных программ, распределение ресурсов ПК.

Отличительные черты современных ОС:

- многозначность;

- развитый графический пользовательский интерфейс;

- использование всех возможностей, предоставляемых современными микропроцессорами;

- устойчивость в работе и защищенность;

- полная независимость от аппаратуры (поддержка всех видов дисплеев и принтеров);

- совместимость со всеми видами приложений.

Оболочка сервисной системы – это программный продукт, который делает общение пользователя с компьютером более комфортным.

Утилиты – это служебные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг (дисковые компрессоры, дисковые дефрагментаторы, программы резервного копирования данных, архиваторы, программы защиты и восстановления данных, антивирусные программы).

Сервисные системы расширяют возможности ОС, предоставляя пользователю, а также выполняемым программам набор разнообразных дополнительных услуг. Это совокупность программно-аппаратных средств ПК для обнаружения сбоев в процессе работы компьютера, подразделяются на средства диагностики ПК, текстового, аппаратного и программно-аппаратного контроля.

Средства диагностики обеспечивают автоматический поиск ошибок и выявление неисправностей с определенной локализацией их в ПК и его отдельных модулях.

Программно-логический контроль основан на использовании избыточного кода исходных и промежуточных данных ПК.

Тестовый контроль осуществляется с помощью специальных тестов для проверки правильности работы ПК или его отдельных устройств.

Аппаратный контроль ведется автоматически с помощью встроенного в ПК оборудования.

Программно-аппаратный контроль ведется автоматически с помощью встроенного в ПК оборудования.

Прикладное Программное Обеспечение (application software) предназначено для решения определенных классов задач пользователя.

Пакеты прикладных программ (ППП) по сфере применения делятся на проблемно ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты.

Пакеты общего назначения (методоориентированные) предназначены для решения типовых задач обработки данных.

Отличительной чертой проблемно ориентированных ППП (спе-циального назначения) является узкая направленность на определенный круг решаемых задач и большое их разнообразие.

Интегрированные ППП (профессионального уровня) – совокупность функционально различных программных модулей, способных взаимодействовать между собой путем обмена данными через единый пользовательский интерфейс.

1.2. Прикладное программное обеспечение

Все многообразие средств прикладного программного обеспечения условно подразделяют на средства общего назначения, специального назначения и средства профессионального уровня (рисунок 1.2).

1.2.1 Программные средства общего назначения

Несмотря на широкие возможности использования компьютеров для обработки самой разной информации самыми популярными являются программы, предназначенные для работы с текстами – текстовые редакторы и издательские системы.

Текстовыми редакторами называют программы для ввода, обработки, хранения и печатания текстовой информации в удобном для пользователя виде.

Большую популярность приобрели программы обработки графической информации. Компьютерная графика в настоящее время является одной из самых динамично развивающихся областей программного обеспечения. Она включает в себя ввод, обработку и вывод графической информации – чертежей, рисунков, картин, текстов и т.д. – средствами компьютерной техники. Различные типы графических систем позволяют быстро строить изображения, вводить иллюстрации с помощью сканера или видеокамеры, создавать анимационные ролики.

Рисунок 1.2 – Классификация программно-инструментального

обеспечения

Графические редакторы позволяют пользоваться различным инструментарием художника, стандартными библиотеками изображений, наборами стандартных шрифтов, редактированием изображений, копированием и перемещением фрагментов по страницам экрана и др.

Для выполнения расчетов и дальнейшей обработки числовой информации существуют специальные программы – электронные таблицы. В процессе деятельности любого специалиста часто требуется представить результаты работы в виде таблиц, где одна часть полей занята исходными данными, а другая – результатами вычислений и графического анализа. Характерными для них является большой объем перерабатываемой информации, необходимость многократных расчетов при изменении исходных данных. Автоматизацией подобной рутинной работы и занимаются электронные таблицы.

Одним из наиболее перспективных направлений развития вычислительной техники является создание специальных аппаратных средств для хранения гигантских массивов информационных данных и последующей нечисловой обработки их – поиска и сортировки. Для компьютерной обработки подобных баз данных используют системы управления базами данных (СУБД).

СУБД – это набор средств программного обеспечения, необходимых для создания, обработки и вывода записей баз данных. Различают несколько типов СУБД: иерархические, сетевые, реляционные. При работе с СУБД выделяют несколько последовательных этапов:

- проектирование базы данных;

- создание структуры базы данных;

- заполнение базы данных;

- просмотр и редактирование базы данных;

- сортировку базы данных;

- поиск необходимой записи;

- выборку информации;

- создание отчетов.

Как правило, большинство популярных систем управления базами данных поддерживают эти этапы и предоставляют удобный инструментарий для их реализации.

Желание объединить функции различных прикладных программ в единую систему привело к созданию интегрированных систем.

Универсальные интегрированные системы разрабатывались по принципу единой системы, содержащей в качестве элементов текстовые и графические редакторы, электронные таблицы и систему управления базами данных. Примеры: Framework, Works, Мастер. Современная концепция интеграции программных средств – кооперация отдельных прикладных программных систем по типу широко известного пакета MicroSoft Office. Сами системы, входящие в пакет, являются независимыми, более того, они сами представляют локально интегрированный пакет, поскольку, помимо основной своей задачи, поддерживают функции других систем. Например, текстовый редактор Word обладает возможностью манипулировать с электронными таблицами и базами данных, а в электронной таблице Excel встроен мощный текстовый редактор. Для сопряжения информационных данных из различных программных систем в них предусматривают импорт-экспортную систему обмена с перекодировкой форматов представления данных.

1.2.2 Программные средства специального

назначения

Разработчики создают специальные программные системы целевого назначения для специалистов в некоторой предметной области. Такие программы называют авторскими инструментальными системами.

Авторская система представляет интегрированную среду с заданной интерфейсной оболочкой, которую пользователь может наполнить информационным содержанием своей предметной области.

Экспертная система – это программа, которая ведет себя подобно эксперту в некоторой узкой прикладной области. Экспертные системы призваны решать задачи с неопределенностью и неполными исходными данными, требующие для своего решения экспертных знаний.

Кроме того, эти системы должны уметь объяснять свое поведение и свое решение.

Принципиальным отличием экспертных систем от других программ является их адаптивность, т.е. изменчивость в процессе самообучения.

Принято выделять в экспертных системах три основных модуля:

- модуль базы знаний;

- модуль логического вывода;

- интерфейс с пользователем.

Экспертные системы, являющиеся основой искусственного интеллекта, получили широкое распространение в науке (классификация животных и растений по видам, химический анализ), медицине (постановка диагноза, анализ электрокардиограмм, определение методов лечения), технике (поиск неисправностей в технических устройствах, слежение за полетом космических кораблей и спутников), политологии и социологии, криминалистике, лингвистике и т.д.

В последнее время широкую популярность получили программы обработки гипертекстовой информации.

Гипертекст – это форма организации текстового материала не в линейной последовательности, а в форме указания возможных переходов (ссылок), связей между отдельными его фрагментами. В обычном тексте используется обычный линейный принцип размещения информации и доступ к нему осуществляется последовательно.

В гипертекстовых системах информация напоминает текст энциклопедии и доступ к любому выделенному фрагменту текста осуществляется произвольно по ссылке. Организация информации в гипертекстовой форме используется при создании справочных пособий, словарей, контекстной помощи (Help) в прикладных программах.

Расширение концепции гипертекста на графическую и звуковую информацию приводит к понятию гипермедиа.

Идеи гипермедиа получили распространение в сетевых технологиях, в частности в интернет-технологиях. Технология WWW (World Wide Web) позволила структурировать громадные мировые информационные ресурсы посредством гипертекстовых ссылок. Появились программные средства, позволяющие создавать подобные Web-странички. Стали развиваться механизмы поиска нужной информации в лабиринте информационных потоков. Популярными поисковыми средствами в Интернет являются Yahoo, AltaVista, Magellan, Rambler и др.

Мультимедиа (multimedia) – это взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного программного обеспечения. Появление и широкое распространение компакт-дисков (CD-ROM) сделало эффективным использование мультимедиа в рекламной и информационной службе, сетевых телекоммуникационных технологиях, обучении.

Мультимедийные игровые и обучающие системы начинают вытеснять традиционные «бумажные библиотеки». Сегодня в библиотеках CD-ROM можно «гулять» по музеям, Московскому Кремлю и т.д. с помощью «электронного путеводителя».

1.2.3 Программные средства профессионального уровня

Каждая прикладная программа этой группы ориентируется на достаточно узкую предметную область, но проникает в нее максимально глубоко. Так функционируют АСНИ – автоматизированные системы научных исследований, каждая из которых «привязана» к определенной области науки, САПР – системы автоматизированного проектирования, каждая из которых также работает в узкой области, АСУ – автоматизированные системы управления (которых в 60–70 гг. были разработаны тысячи).

Наконец, еще раз подчеркнем не только условность предложенной выше классификации, но и наличие пересечений. Так, каждую конкретную экспертную систему вполне можно отнести к ППО профессионального уровня; принцип гипертекста реализован в ряде авторских систем и т.д.

1.3 Подготовка программных средств для решения задач

проектирования одежды

Технология разработки программ решения задач проектирования определяется, главным образом, двумя компонентами: способом разработки программ решения задач и выбором программно-инструментальных средств.

В зависимости от специфических особенностей поставленной перед конструктором задачи, профессионального уровня подготовки специалиста-разработчика и ряда других факторов принципиальную схему процесса проектирования швейных изделий можно представить в виде схемы согласно рисунку 1.3.

На первом этапе процесса подготовки автоматизированного проектирования одежды проектировщик раскрывает сущность задачи, т.е. формулируется цель ее решения, определяется взаимосвязь с другими задачами. Далее устанавливается объем и состав входной, промежуточной и выходной информации, характеризуется способ производства и в соответствии с ним формируется состав и объем проектно-конструкторской документации, и выбирается САПР для реализации цели, поставленной в задаче. Завершается постановка задачи описанием контрольного примера, демонстрирующего порядок решения задачи традиционным способом.

Рисунок 1.3 – Принципиальная схема процесса проектирования

швейных изделий на ЭВМ

Второй этап процесса подготовки решения задач на ЭВМ представляет собой алгоритмизацию ее решения, т.е. разработку оригинального или адаптацию (уточнение и корректировку) уже известного алгоритма.

Необходимо отметить, что алгоритмизация является сложным творческим процессом.

Существует несколько определений алгоритма.

Алгоритм – это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

Алгоритм – конечный набор правил, однозначно раскрывающих содержание и последовательность выполнения операций для систематического решения определенного класса задач за конечное число шагов.

Любой алгоритм обладает следующими важными свойствами: детерминированностью, массовостью, результатностью и дискретностью [1].

Детерминированность (определенность, однозначность) означает, что набор указаний алгоритма должен быть однозначно и точно понят любым исполнителем [1]. Это свойство определяет однозначность результата работы алгоритма при одних и тех же исходных данных.

Массовость алгоритма предполагает возможность варьирования исходными данными в определенных пределах, что определяется пригодностью его использования для решения множества задач данного класса.

Результатность алгоритма означает, что при любых исходных данных он должен через конечное число шагов (или итераций) завершить работу.

Дискретность – возможность разбиения определенного алгоритмического процесса на отдельные элементарные действия, возможность реализации которых человеком или ЭВМ не вызывает сомнения, а результат их выполнения вполне определен и понятен [1].

Схема реализации процесса алгоритмизации:

- выделение автономных этапов процесса решения задачи;

- формализованное описание содержания работ, выполняемых на каждом выделенном этапе;

- проверка правильности реализации выбранного алгоритма на различных примерах решения задачи.

Составление (адаптация) программ является завершающим этапом процесса разработки программных средств. Процесс кодирования заключается в переводе описания алгоритма на один из доступных для ЭВМ языков программирования.

Важная роль на данном этапе разработки программных средств отводится процессам тестирования и отладки программы. Оба эти процесса функционально связаны друг с другом, но цели их отличаются друг от друга.

Тестирование представляет собой совокупность действий, предназначенных для демонстрации правильности работы в заданных диапазонах изменения внешних условий и режимов эксплуатации программы [2].

«Отладка» подразумевает совокупность действий, направленных на устранение ошибок в программах, начиная с момента обнаружения фактов ошибочной работы программы и завершая устранением причин их возникновения [2].

Все ошибки, встречающиеся в программах, можно разделить на синтаксические и логические.

Синтаксические ошибки представляют собой некорректную запись отдельных языковых конструкций с точки зрения правил их представления для выбранного языка программирования. Выявляются автоматически.

Логические ошибки (семантические или смысловые) – это:

- прерывание программы по каким-либо причинам;

- программа работает без окончания, не выдавая при этом всех запланированных результатов, происходит так называемое ее «зацикливание»;

- программа выдает результаты и завершает свою работу, но результаты полностью или частично не совпадают с контрольными параметрами.

После завершения процесса тестирования и отладки программные средства передаются пользователю для эксплуатации.

На следующих этапах – при разработке рабочей документации и изготовлении опытного образца проверяется правильность решения поставленной задачи в целом.

1.4 Пути совершенствования методов разработки прикладных

программных средств

Одними из путей совершенствования методов разработки прикладных программных средств являются модульное проектирование и развитие программно-инструментальных средств программирования.

Рассмотрим реализацию метода нисходящего проектирования, которая тесно связана с таким понятием программирования, как модульное проектирование.

Модуль – это последовательность логически взаимосвязанных фрагментов, оформленных как отдельная часть программы.

Свойства модуля:

- на модуль можно сослаться по имени, в том числе и из других модулей;

- по завершении работы модуль должен возвращать управление тому модулю, который его вызвал;

- модуль должен иметь один вход и выход;

- модуль должен иметь небольшой размер, обеспечивающий его обозримость [2].

Преимущества модульного принципа разработки программ:

- большую программу одновременно могут разрабатывать несколько исполнителей, что позволяет сократить сроки его разработки;

Обратите внимание на лекцию "Нейронные механизмы поведения".

- возможность создания библиотеки наиболее употребимых программ;

- возникновение множества естественных точек для наблюдения за осуществлением хода разработки и контроля исполнения программ;

- обеспечение более эффективного тестирования программ.

Наряду с положительными особенностями модульного проектирования следует отметить и сложности, а именно – задача разбиения программы на модули и сопряжение программных модулей для быстрой сборки программы из числа необходимых модулей.

Вторым направлением совершенствования методов разработки прикладных программных средств является развитие программно-инстру-ментальных средств программирования. Основу таких средств программирования составляют системы программирования, которые обеспечивают возможность решения широкого круга задач непосредственно в среде операционной системы ПК. Решение данных задач, как правило, осуществляется с использованием программно-инструментальных средств СУБД и электронных таблиц.

Основное достоинство данного класса инструментальных средств заключается в том, что они предъявляют меньшие требования к пользователям в области программирования, обеспечивая при этом достаточно быстрое и эффективное решение большинства задач управления.

Поделитесь ссылкой:

Популярные услуги

Программное обеспечение САПР

Рекомендуемые материалы

Рекомендуемые лекции