Что включает в себя лингвистическое обеспечение сапр
Лингвистическое обеспечение САПР
Лингвистическое обеспечение САПР:
— Языки программирования. Языки программирования необходимы для создания программного обеспечения при разработке САПР. В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования.
Уровни языков программирования:
— машинно-независимые (языки высокого уровня).
Машинные языки и машинно-ориентированные языки — это языки низкого уровня, требующие указания мелких деталей процесса обработки данных. Языки же высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы.
Языки высокого уровня делятся на: процедурные (Basic, Pascal, C и др.), логические (Prolog, Lisp и др.) и объектно-ориентированны (Object Pascal, C++, Java и др.).
К наиболее распространенным языкам программирования относятся Pascal, Fortran, Basic, Си. В наст. время на их базе разраб-ны и повсеместно используются среды программирования такие, как, соответственно, Delphi, Visual Fortran, Visual Basic, Visual Си. Для разработки систем искусственного интеллекта также используются функциональные языки Лисп, Пролог и СНОБОЛ.
— Языки управления. Языки управления служат для управления ЭВМ, периферийными устройствами. Это операционная система Windows, драйверы принтеров и т.д. Эти языки также относят и к программному обеспечению САПР.
— Языки проектирования. Языки: входные, внутренние, базовые, выходные.
Входные языки являются средством взаимодействия пользователя с САПР, в ходе подготовки и служат для задания исходных данных или формирования проблемы.
Внутренние языки обычно скрыты от рядового пользователя и служат для представления информации об объектах и процессах проектирования во внутренних кодах ЭВМ, передаваемой между различными подсистемами САПР и ЭВМ.
Выходные языки обеспечивают оформление результатов проектирования в текстовом или графическом виде, в форме, удовлетворяющей требованиям его дальнейшего применения.
Такое деление языков проектирования можно назвать классическим.
Еще существует ряд языков проектирования, из которых интересны для рассмотрения следующие:
Язык описания объектов, входящий в состав внутренних языков, делится на языки: схемные, графические и моделирования. Эти языки используются для описания исходной информации, представленной в виде соответственно схемы, конструкторского чертежа, алгоритма функционирования.
Схемные языки описания объектов применяют, например, при описании принципиальных электрических схем. Графические языки в основном применяются для геометрического модел-ния и машинной графики. Языки модел-ния испол-т для представления объектов в подсистемах имитационного модел-ния.
Языки сопровождения применяются для корректировки и редактирования данных при реализации проектных процедур.
Языки проект-ния, предназн-ные для описания разв-щихся во времени пр-ссов, обычно оказ-ся близкими к языкам описания алгоритмов и наз-ся процедурными языками.
Языки проектирования, предназначенные для описания структур проектируемых объектов, называются непроцудурными языками.
Входные языки должны отвечать следующим требованиям:
— максимальной лаконичности описания;
— однозначности истолкования элементов и конструкций языка;
— совместимости с другими входными и выходными языками.
— Средства разработки и поддержки языков проектирования. Для эффективного функционирования лингвистического обеспечения САПР необходимо, чтобы оно обладало свойством «открытости», поэтому в составе инструментальных средств САПР целесообразно иметь синтаксически ориентированный языковой процессор, предназначенный для разработки, как новых языков взаимодействия, так и для модификации уже используемых. Этим средством являются языковые процессоры, предназначены для организации взаимодействия проектировщиков с САПР на основе проблемно-ориентированных языков и выполняющие следующие основные функции:
— осуществление синтаксического и семантического анализа;
— выдача диагностических сообщений об ошибках пользователя;
— формирование последовательности выполнения программных модулей, реализующих заданную проектную процедуру;
— передача данных, содержащихся в предложениях, проектным процедурам.
Языковой процессор представляет собой транслятор, который переводит исходный текст, написанный на языке взаимодействия, в эквивалентный ему выходной текст.
Лингвистическое обеспечение САПР
Это совокупность языков, используемых в процессе разработки и эксплуатации САПР для обмена информацией между человеком и ЭВМ. Термином «язык» в широком смысле называют любое средство общения, любую систему символов или знаков для обмена информацией.
Лингвистическое обеспечение САПР состоит из языков программирования, проектирования и управления.
Языки программирования служат для разработки и редактирования системного и прикладного программного обеспечения САПР. Они базируются на алгоритмических языках — наборе символов и правил образования конструкций из этих символов для задания алгоритмов решения задач.
Языки проектирования — это проблемно-ориентированные языки, служащие для обмена информацией об объектах и процессе проектирования между пользователем и ЭВМ.
Языки управления служат для формирования команд управления технологическим оборудованием, устройствами документирования, периферийными устройствами ЭВМ.
Существуют различные уровни языков программирования: высокие, более удобные для пользователя, и низкие, близкие к машинным языкам.
Программа, записанная на некотором языке программирования высокого уровня, называется исходной. Прежде чем исходная программа будет исполнена, она должна быть преобразована в машинную форму, соответствующую ЭВМ данного типа. Подобные преобразования осуществляются специальными программами, называемыми языковыми процессорами.
Основные типы языковых процессоров — трансляторы и интерпретаторы; соответственно преобразования программ называют трансляцией и интерпретацией.
Трансляцией называют перевод всего текста программы на исходном языке (исходной программы) в текст на объектном языке (объектную программу). Если исходный язык является языком высокого уровня, а объектный — машинным, то транслятор называют компилятором. Если исходный язык — машинно-ориентированный (в автокоде), а объектный — машинный, то транслятор называют ассемблером. Если исходный и объектный языки относятся к одному уровню, то транслятор называют конвертером.
По методу трансляции (компиляции) сначала исходная программа переводится на машинный язык, а затем скомпилированная рабочая программа исполняется.
При интерпретации перевод исходной программы в рабочую совмещены во времени; очередной оператор исходной программы анализируется и тут же исполняется.
В большинстве случаев применение трансляторов приводит к меньшим затратам машинного времени, но к большим затратам машинной памяти, чем при интерпретации.
Совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора называют системой программирования.
Классификация языков программирования представлена на рис. 8.1.
Класс машинно-зависимых языков представлен Ассемблером (макроассемблером). Он относится к языкам низкого уровня и применяется для написания программ, явно использующих специфику конкретной аппаратуры.
К машинно-ориентированным языкам относится язык СИ (разработан в 1972 г.). В нем объединяются достоинства низкоуровневых возможностей ассемблеров и мощных выразительных средств языков программирования высокого уровня. Язык СИ является одним из претендентов на роль основного языка программирования в САПР и ориентирован на разработку системных программ. Он, в частности, послужил главным инструментом для создания операционных систем для ЭВМ UNIX и MS DOS.
Язык Фортран является первым универсальным языком высокого уровня (с 1954 г.). Наиболее эффективен при численных расчетах, прост по структуре и удобен при выполнении программ. Несмотря на свои недостатки, этот язык получил большое распространение при разработке прикладных программ для решения научных задач. Самая популярная в настоящее время версия этого языка — Фортран-77.
Идеи Фортрана получили развитие в языке PL/I (создан в 1964 г.). В нем сделана попытка преодолеть некоторые недостатки, свойственные языкам для больших ЭВМ, и использованы идеи структурного программирования. В настоящее время имеются различные версии этого языка: PL/M, PL/Z, PL/65 и др. Как язык программирования PL/M, в частности, значительно уступает конкурирующим с ним языкам Паскаль и Модула-2.
Язык Паскаль является одним из наиболее популярных языков программирования и применяется для разработки системных и прикладных программ, в частности, для персональных ЭВМ. Язык Паскаль создан вначале исключительно для учебных целей и изящно реализовал большинство идей структурного программирования.
Достоинства языка оказались столь значительными, что он приобрел огромную популярность для самых различных приложений.
В частности, компилятор Turbo Pascal, снабженный интерактивным редактором, позволяет создавать достаточно сложное программное обеспечение — системы управления базами данных, графические пакеты и т. д.
Развитием Паскаля являются языки Модула-2 (в Европе) и Ада (в США). Язык Модула-2 обладает лучшими средствами для обработки больших программных комплексов и позволяет более эффективно использовать особенности аппаратуры. Таким образом, этот язык призван заполнить ниши между Паскалем и СИ. По оценке специалистов, язык Модула-2 через несколько лет станет наиболее популярным среди всех языков программирования.
Язык Ада можно назвать наиболее универсальным среди созданных языков. Однако трансляторы с этого языка пока не получили достаточного распространения.
Язык Алгол — общепризнанный язык для публикации алгоритмов решения научных задач, построен на четких и полных определениях. Для Алгола характерны строгие, но негибкие структуры данных и программ. Алгол труден для реализации на большинстве ЭВМ, поэтому используются неполные варианты языка или его расширения.
Язык Кобол, разработанный для решения экономических задач, будучи широко распространен на больших и средних ЭВМ прошлых лет, на персональных ЭВМ почти не применяется. На ЭВМ имеются интегрированные системы, базы данных и другие типы прикладных систем, используемые в задачах экономического и управленческого характера.
Самыми распространенными на ЭВМ являются различные версии языка Бейсик, простота которого делает его превосходным средством для начинающих программистов. В языке встроены удобные функции для работы с экраном дисплея, клавиатурой, внешними накопителями, принтером, каналами связи. Это позволяет относиться к Бейсику как к продолжению аппаратуры ПЭВМ. Системы Бейсика работают в режиме интерпретации, что способствует сокращению характерного цикла в работе программиста: составление программы — пробное исполнение — исправление ошибок — повторное исполнение. Бейсик наряду с Паскалем принят во многих учебных заведениях как базовый язык для изучения программирования.
Рис. 8.1. Классификация языков программирования
Язык АПЛ применяется для обработки структурных данных (векторов, матриц) и использует иероглифическую запись программных текстов. Из-за большого числа иероглифов (около 100) его иногда называют китайским Бейсиком.
К классу проблемно-ориентированных языков можно отнести Лого, CPSS, Форт и Смолток.
Язык Лого — диалоговый процедурный язык, реализованный на принципе интерпретации и работающий со списками, текстами, графическими средствами и т. д. Язык очень перспективен для обучения, создания электронных игрушек и т. д.
Развитием проблемно-ориентированных языков является объектно-ориентированный подход (языки Смолток, Форт, Модула и Ада). Отличительными особенностями таких языков можно назвать модульность построения процедур, абстракцию данных, динамическую связку программ (позволяет отказаться от перекомпилирования всей программы при внесении изменений в отдельные модули) и использование механизма наследования иерархического типа.
К недостаткам таких языков относятся некоторая замедленность выполнения программ из-за их динамической связи и сложность трансляторов.
Язык Смолток предназначен для решения нечисловых задач при построении систем искусственного интеллекта. В языке Форт применены структурное программирование и очень компактный машинный код.
Для разработки систем искусственного интеллекта также используются функциональные языки Лисп, Пролог и СНОБОЛ. Эти языки ориентированы на обработку символьной информации, требуют больших массивов данных и стали применяться в ПЭВМ в связи с появлением дешевой полупроводниковой памяти, позволяющей довести объем ОЗУ до нескольких мегабайт. Языки этого класса относятся к так называемым языкам представления знаний.
Язык Лисп применяется для программирования интеллектуальных задач — общение на естественном языке, доказательство теорем, принятие решений и т. п.
Язык Пролог приобрел в последние годы большую популярность в связи с японским проектом создания вычислительных систем пятого поколения. Он предназначен для создания широкого класса систем искусственного интеллекта, в том числе и персональных экспертных систем.
При использовании САПР приходится не только решать задачи вычислительного характера и обработки данных, но и автоматизировать описание объектов, процессы ввода, вывода и редактирования данных, ввода графических изображений, схем, чертежей и т. п. Для этой цели служат языки проектирования.
Классификация языков проектирования приведена на рис. 8.2.
Языки проектирования делят на: входные, выходные, сопровождения, промежуточные и внутренние.
Входные языки служат для задания исходной информации об объектах и целях проектирования. Во входных языках можно выделить две части: непроцедурную, служащую для описания структур объектов, и процедурную, предназначенную для описания заданий на выполнение проектных операций.
Рис. 8.2. Классификация языков проектирования
Языки сопровождения служат для непосредственного общения пользователя с ЭВМ и применяются для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур. В диалоговых режимах работы с ЭВМ средства языков входного, выходного и сопровождения тесно связаны и объединяются под названием диалогового языка. Современные диалоговые языки широко используют средства машинной графики (графический диалог). Диалог с ЭВМ может быть пассивным, когда инициатор диалога — система и от пользователя требуются только простые ответы, и активным при двусторонней инициативе диалога. Наиболее распространенная форма пассивного диалога — это система встроенных, в том числе иерархических, директивных меню.
Недиалоговые системы языков сопровождения ориентированы на пакетный режим работы ЭВМ.
Промежуточные языки используются для описания информации в системах поэтапной трансляции исходных программ. Введение таких языков облегчает адаптацию программных комплексов САПР к новым входным языкам, т.е. делает комплекс открытым по отношению к новым составляющим лингвистического обеспечения.
Внутренние языки устанавливают единую форму представления данных (текстовой и графической информации) в памяти ЭВМ по подсистемам САПР. Принимаются определенные соглашения об интерфейсах отдельных программ, что делает САПР открытой по отношению к новым элементам программного обеспечения.
В качестве примера современного языка проектирования можно указать язык VHDL (VHSIC — hardware description language) — язык описания аппаратуры на базе сверхвысокоскоростных интегральных схем. Этот язык принят в качестве стандарта как инструментальное средство автоматизации проектирования СБИС, ориентированное на методологию нисходящего проектирования. Он является достаточно универсальным, чтобы охватить все аспекты проектирования изделий в области цифровой электроники.
Контрольные вопросы и упражнения
1. Что включает в себя методическое обеспечение САПР?
2. Входят ли в состав методического обеспечения документы, посвященные созданию САПР?
3. На основе чего создаются компоненты методического обеспечения?
4. Что составляет основу математического обеспечения САПР?
5. Каковы пути совершенствования математического обеспечения?
6. Назовите языки лингвистического обеспечения САПР.
7. Для чего служат языки программирования?
8. Для чего служат языки проектирования?
9. Для чего служат языки управления?
10. Что называется исходной программой?
11. Каково назначение исходной программы?
12. Каково назначение языкового процессора?
13. Что называется трансляцией?
14. Что называется ассемблером?
15. Что называется системой программирования?
Лингвистическое Обеспечение САПР
искусственных переменных:
6.1.Состав и функции ЛО САПР.
Значение и роль лингвистического обеспечения в САПР определяется тем, что эти системы основаны на взаимодействии человека (пользователя) и ЭВМ (исполнителя) и являются по своей сути человеко-машинным комплексом. Общение между пользователем и ЭВМ осуществляется с помощью специальных языков различного уровня, обеспечивающих выдачу заданий и директив по их выполнению, перемещений массивов информации, передачу распоряжений о расположении информации в определенном разделе памяти ЭВМ, а также о режиме работы вычислительной системы и последовательности обработки выдаваемых заданий.
Лингвистическое обеспечение (ЛО)включает в себя языковые средства разработки и эксплуатации ПО, совокупность языковых средств и специалистов ими владеющих. Различают языки написания программ (языки разработчиков) иязыки той предметной области, которой посвящен САПР (языки пользователей). Как правило,именно с помощью языков предметной области САПР осуществляется процесс проектирования, поэтому эти языки называют языками проектирования.
Существующие операционные системы не предназначены для непосредственного общения неквалифицированного пользователя, которым является проектант технического объекта, с ЭВМ на языке, близком к естественному языку, которым пользуется инженер, и требует промежуточного звена в виде программистов и операторов, формулирующих задания на языке операционной системы. Таким образом, возникает необходимость специализированных проблемно-ориентированных языков, играющих роль прикладной операционной системы и представляющих неквалифицированному пользователю широкие возможности непосредственного управления заданиями и работы с массивами информации при использовании терминологии, употребляемой в инженерной практике.
6.2. Языки проектирования и требования к ним
Лингвистическое обеспечение САПР представляет собой совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, представленных в заданной форме.
Языки проектирования предназначены для представления и преобразования описаний в процессе автоматизированного проектирования. Основными объектами описаний в САПР являются: задание на проектирование, проектные процедуры и операции, проектные решения (промежуточные, конечные, типовые) и проектные документы. Языки проектирования являются важнейшей составной частью САПР и должны обладать как многими качествами универсальных языков программирования в представлении данных и действий над ними, так и достаточными уровнями выразительности, гибкости и проблемной ориентации в построении языковых конструкций, привычных проектировщику.
Универсальные алгоритмические языки типа Турбо Паскаль,Си+, Си++, Фортран достаточно эффективно используются для реализации САПР, так как обладают развитыми возможностями для описания разнообразных алгоритмов, характерными для программного обеспечения САПР. Однако при их использовании в качестве языков проектирования программа, как правило, громоздкая и неудобная. Это объясняется, во-первых, необходимостью специальной подготовки в области программирования и, во-вторых, сложностью самих процессов трансляции, генерации и отладки программ для управления последовательностью проектных процедур и операций в соответствии с заданием на проектирование, которое составляется на этих языках.
Альтернативой этому подходу является создание специализированных проблемно-ориентированных языков проектирования и трансляторов к ним. Языки проектирования принято классифицировать по следующим основным признакам:
o месту в процессе автоматизированною проектирования;
o связи с универсальными языками программирования;
o преимущественному способу представления информации.
По месту в процессе автоматизированного проектирования различают языки входные, внутренние, промежуточные, выходные, сопровождения и управления.
Входные языки предназначены для задания исходной информации об объектах и целях проектирования и представляют собой совокупность языков описания объектов (ЯОО) и языков описания задания (ЯОЗ).
Под описанием объекта понимают описание структуры объекта (материала, предмета или системы), его свойств и характеристик, включая описание взаимодействия между частями объекта и его взаимодействия с внешней средой, а также описание схемы функционирования объекта. Описание процесса как объекта проектирования включает также описание результата процесса и заданных характеристик его выполнения во времени и пространстве.
Для задач анализа и оптимизации с помощью ЯОО описываются структура и исходные параметры объекта, а для задач структурного синтеза — техническое задание и, возможно, исходный вариант объекта или его аналога. Для описания процессов используются специальные классы процедурных языков — языки моделирования.
Язык ЯОЗ предназначен для идентификации заданий, описания их характеристик и указания последовательности выполнения проектных процедур на ЭВМ.
Внутренние и промежуточные языки предназначены для представления информации на определенных стадиях ее обработки в ЭВМ. Появление этих языков объясняется выделением в САПР некоторых подсистем (например, графического ввода, графического документирования, архива чертежей и т. п.), инвариантных к классам объектов проектирования, и необходимостью унификации представления входных или (и) выходных данных для этих подсистем.
Промежуточные языки позволяют легко включать инвариантные подсистемы в различные САПР путем разработки специальных программ, называемых конверторами, которые выполняют преобразование данных из входных языков различных систем в единый унифицированный промежуточный язык определенной инвариантной подсистемы. Или, наоборот, промежуточный язык может быть преобразован во входной язык какой-либо другой специализированной подсистемы.
Примерами внутренних и промежуточных языков могут служить: язык представления графической и текстовой информации, языки графических метафайлов для хранения данных в архивах чертежей и т. п.
Выходные языки проектирования предназначены для представления результатов выполнения проектных процедур на ЭВМ, в том числе каких-либо проектных решений, включая результаты проектирования в форме, удовлетворяющей их дальнейшее применение. Это может быть язык чертежа или язык для управления станками с числовым программным управлением и т. п.
Языки сопровождения и управления служат для непосредственного общения пользователя с ЭВМ в процессе решения задач. Эти языки, как правило, включают средства для корректировки и редактирования входных данных и заданий на проектирование и поэтому содержат элементы входных и выходных языков, а также язык диагностических сообщений о допущенных ошибках.
По связи с универсальными языками программирования различают автономные и расширяющие языки. Автономные языки имеют собственные грамматики, соответствующий транслятор и могут применяться независимо от других языков программирования. Расширяющие языки строятся на основе грамматики другого языка и являются его проблемно-ориентированными дополнениями. Базой расширения чаще всего служат алгоритмические языки. Такой подход позволяет использовать в языках проектирования все имеющиеся в базовом языке мощные средства обработки данных и упростить связь языков проектирования с другими программными средствами системы, а также обеспечить в значительной степени независимость языков проектирования от типа используемой ЭВМ. К недостаткам расширяющих языков относится преимущественно их пакетный режим использования.
По оперативности языки разделяют на диалоговые и пассивные. Диалоговые языки обеспечивают взаимодействие проектировщика с ЭВМ на основе взаимного обмена сообщениями в реальном масштабе времени. Это позволяет оперативно получать все промежуточные результаты и управлять процессом проектирования на ЭВМ. Пассивные языки позволяют задавать входные данные и последовательность проектных операций и процедур в виде некоторого символического описания с последующей трансляцией этих описаний и выполнением в режиме пакетной обработки заданий.
По преимущественному способу представления информации выделяют алфавитно-цифровые, графические, голосовыеисмешанные языки проектирования.
В алфавитно-цифровых (символических) языках описания задаются в виде строк символов или в виде таблиц. В графических языках информация представляется в виде чертежей, графиков, схем, диаграмм и т. п. Для вывода информации в такой форме используют графопостроители, плоттеры, а для ввода — различные устройства кодирования графической информации планшетного типа, манипуляторы типа мышь, клавиатуры, световые перья и др. Так как для проектировщиков привычная графическая форма представления информации, графические языки являются наиболее эффективными для САПР,
Разработка голосовых языков общения человека с ЭВМ основывается на использовании устройств распознавания и синтеза речи. Их применение в качестве языков управления совместно с другими способами представления информации является перспективным направлением развития диалоговых языков проектирования.
К языкам проектирования предъявляют следующие основные требования: эффективность, полноту, расширяемость, выразительность и проблемную ориентацию. Эффективность языка подразумевает точность передачи заданий пользователя и лаконичность записей. Полнота языка понимается как возможность описания любых объектов, на проектирование которых ориентирована САПР, а также задания всех действий, имеющих отношение к цели проектирования. Расширяемость алфавита и синтаксиса языка должна обеспечить возможность развития языка в соответствии с развитием предметной области САПР. Выразительность и проблемная ориентация должны обеспечить простоту изучения и использования языков проектировщиками-непрограммистами. С этой точки зрения языки проектирования должны быть близкими к естественным по своим грамматикам, что обеспечивает простоту и минимальные затраты времени на их изучение.
6.3. Языки описания схем и моделирования.
Схемные языки предназначены для ввода данных об объекте проектирования, представленного в виде структурных, функциональных или принципиальных схем, которые отображают множество элементов и связи между ними с точки зрения функционирования объекта. Применение схем характерно для радиоэлектроники, вычислительной техники, автоматики, гидравлики, а также для прочностных расчетов конструкций, механизмов и т. п. Для описания электрических и электронных схем применяются входные языки САПРИС-2, СПАРС, АРОПС, КРОСС и др. Описание схем с помощью схемных языков состоит из совокупности предложений, каждое из которых содержит сведения об одном элементе схемы и его связях. Сведения об элементе включают его тип, имя (номер) и числовые значения параметров. Связи задаются номерами узлов, к которым подсоединяются внешние входы (выходы) элементов, а также типами связей, например, в расчетных схемах конструкций.
Различают форматные и бесформатные схемные языки. На форматных схемных языках описание чаще всего представляется в виде таблиц или входных документов. Каждая
строка таблицы представляет собой предложение на языке описания, а колонки соответствуют определенной части предложения (тип элемента, номера узлов связи, параметры и т. п.). Табличная форма описания удобна для ввода схем с однородными элементами по числу связей и количеству параметров. Правила заполнения таблиц просты и не требуют специальных знаний в области программирования.
В бесформатных схемных языках части предложений и сами предложения отделяются друг от друга специальными разделителями типа запятая, точка с запятой, наклонная черта и т. п. Бесформатные языки более удобны для описания схем с разнохарактерными элементами. На практике также нашли применение и смешанные формы схемных языков, в которых используются элементы форматирования в виде полей записей с фиксированным и переменным числом позиций, а также описание последовательности параметров с применением разделителей. Для полей с переменным числом позиций допускается использование специальных признаков строк продолжения.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет