Введение к работе
Актуальность темы. За последние 30-40 лет информационные технологии стремительно развивались и прошли путь от технологий решения частных математических и технических задач на вычислительных центрах общего пользования с ЭВМ первых поколений до корпоративных информационных систем и CALS-технологий, обеспечивающих информационную поддержку бизнес-процессов на всех этапах жизненного цикла продукта. Современные проблемы САПР возникают в основном из-за высоких темпов прогресса базы вычислительной техники, повсеместного распространения средств глобальной коммуникации, требований эргономичности и быстрого морального устаревания технологий. Для решения этих проблем недостаточно простой автоматизации процессов проектирования, нужна их рационализация. Следует заметить, что современные САПР ориентированы, прежде всего, на предоставление единого информационного пространства для объединения усилий многих проектировщиков и организацию по поддержанию жизненного цикла проектируемого изделия. А это требует объединения входных и выходных потоков различных приложений и модулей, разработанных разными разработчиками. Для поддержания работоспособности системы в целом, это объединение должно реализовываться на основе стандартных технологий и протоколов. К современным САПР предъявляются требования гибкости, легкости изменений, высокой реактивности. Эти требования противоречат самим принципам построения сложных систем, и уже существует мнение, что в дальнейшем получат новый толчок к развитию несложные, функциональные, ориентированные на выполнение малых задач САПР.
С другой стороны, уровень современных средств коммуникации и средств вычислительной техники таков, что возрастает целесообразность построения различных вариантов систем параллельных вычислений. Добиться существенного повышения производительности САПР только за счет увеличения мощности вычислительных ресурсов или оптимизации алгоритмов на сегодняшний день достаточно проблематично. Более того, использование и модернизация отдельного компьютера, не входящего в сеть, уже не актуальна, поскольку все большее распространение получает такой вид параллельной обработки, как системы удаленных и распределенных вычислений. Вместе с тем в данном направлении в контексте САПР существует ряд проблем, не получивших приемлемого разрешения. В частности, разделение сложной задачи конструкторского проектирования на относительно независимые части для обработки их на разных машинах недостаточно полно разработано и исследовано.
Для исследования целесообразности создания САПР на основе распределенных систем вычислений и изучения особенностей проектирования в таких системах предполагается разработать подсистему для решения задач конструкторского проектирования, использующую ресурсы ЛВС. При этом желательно использовать известные алгоритмы конструкторского проектирования для корректного сравнения эффективности разработки с сосредоточенными системами. Предполагается, что такая система позволит сократить время разработки при сохранении качества получаемого решения. В этой связи, тема работы является важной для науки и практики.
Цель диссертационной работы. Разработка распределенной подсистемы автоматизированного конструкторского проектирования электронных схем и исследование ее эффективности.
Достижение указанной цели предполагает решение следующих основных задач:
Построение моделей процесса проектирования схем для теоретической оценки временной сложности процесса проектирования (ВСПП);
Разработка системы моделирования работы распределенной САПР (РСАПР) для проверки основных теоретических положений и выявления неучтенных факторов, влияющих на ВСПП;
Теоретическое обоснование выявленных факторов, усовершенствование моделей процесса проектирования с целью учета числа цепей в схеме;
Разработку действующего экспериментального образца распределенной подсистемы автоматизированного конструкторского проектирования электронных схем.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются: элементы теории графов, комбинаторики, системного анализа, математической статистики, САПР, численные методы.
Достоверность результатов. Достоверность результатов подтверждается корректным использованием приведенных математических методов, подтверждением теоретических положений и выводов результатами проведенных экспериментальных исследований, а также положительными результатами применения разработанной подсистемы.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Обобщенный критерий оценки эффективности распределенной САПР;
-
Статистическая закономерность зависимости числа межблочных цепей, позволившая рассчитывать оптимальное число компьютеров-клиентов в распределенной подсистеме конструкторского проектирования;
-
Формализованное описание клиент-серверной модели распределенной подсистемы, позволившее получить предельные временные возможности проектирования электронных схем;
-
Структура распределенной подсистемы конструкторского проектирования, позволяющая существенно сократить время проектирования электронных схем;
-
Статистическая зависимость выигрыша по времени проектирования на распределенной САПР по результатам экспериментальных исследований.
Научная новизна работы состоит в решении важной научной задачи в области САПР, связанной с реализацией распределенного процесса проектирования. Для решения указанной задачи:
-
Разработано формализованное описание клиент-серверной модели распределенной подсистемы конструкторского проектирования, позволившее:
а) получить новый результат, определяющий наличие оптимального числа компьютеров-клиентов для получения максимального временного выигрыша в зависимости от параметров схемы;
б) определить предельные временные возможности проектирования электронных схем распределенной подсистемой.
-
Разработан двухэтапный итерационно-последовательный алгоритм размещения пограничных элементов в блоках с использованием принципов факторизации и силовой релаксации, позволяющий формировать начальное размещение элементов с учетом числа внешних связей элементов, и взаимного расположения блоков компоновки.
-
Получена статистическая закономерность зависимости числа межблочных цепей, позволившая рассчитывать оптимальное число компьютеров-клиентов в распределенной подсистеме конструкторского проектирования.
-
Разработана структура распределенной подсистемы конструкторского проектирования, позволяющая распараллеливать решение задач конструкторского проектирования.
Практическая ценность. Практическую ценность представляет распределенная подсистема конструкторского проектирования "DCAD", включающая генератор моделей схем, реализацию алгоритмов решения основных задач конструкторского проектирования, и оболочку, осуществляющую управление данными, построенная на основе разработанной имитационной модели распределенной подсистемы конструкторского проектирования схем и формирователя моделей принципиальных схем с заданными топологическими свойствами.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре САПР ТТИ ЮФУ: г/б работы «Разработка теории и когнитивных принципов принятия решений на основе распределенных алгоритмов, инспирированных природными системами» и «Разработка теории и принципов интеллектуального анализа данных при построении систем поддержки принятия решений»; в работах, выполняемых по грантам РФФИ а также в учебном процессе кафедры САПР ТТИ ЮФУ и кафедры "Технологии машиностроения" Филиала Донского государственного технического университета в г.Таганроге.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем» (2005-2006 гг.), Международных научно-технических конференциях «Интеллектуальные САПР» (п. Дивноморское, 2005 - 2007 гг.), международной конференции «Интеллектуальные системы (IEEE AIS’06)» (п. Дивноморское, 2005г.), международной молодежной научно-технической конференции "Интеллектуальные системы в науке, технике, образовании, бизнесе" (п. Дивноморское, 2007 г.), IV-й Международной научно-практической конференции «Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте» (г. Коломна, 2007 г.), на научных Конгрессах «AIS-IT’09» – «AIS-IT’11» (п. Дивноморское, 2009 – 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня ВАК, 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 160 стр., а также 81 рисунок, 8 таблиц, список литературы из 105 наименования, 10 стр. приложений и актов об использовании.
Похожие диссертации на Разработка и исследование распределенной подсистемы конструкторского проектирования электронных схем
