Проектирование вычислительных систем обусловливается необходимостью решения определенного вида и объема вычислительных или иных задач. Здесь и далее понятие вычислительная система включает всю совокупность архитектур систем обработки данных.
Сам процесс проектирования вычислительных систем заключается в разработке и создании полного комплекта конструкторской и программной документации, необходимой для изготовления, тиражирования и эксплуатации системы обработки данных.
Любая разработка, прежде всего, должна иметь четко обозначенную цель. Цель проектирования, назначение проектируемой системы, исходные данные для проектирования и необходимые технические требования обычно устанавливаются техническим заданием. Цель, как было отмечено выше, определяется необходимостью разработки. А в качестве технических требований к системе, как правило, задаются:
- функции, которые должна реализовать система;
- состав и характеристики источников и приемников данных (устройств ввода-вывода), возможно, их территориальное размещение;
- характеристики системы такие, как производительность, надежность, стоимость, массогабаритные и энергетические;
- режимы функционирования системы;
- режимы обработки данных;
- условия эксплуатации и другие, существенные для системы.
В зависимости от степени предварительной проработки принципов построения системы, технические требования к ней могут быть в большей или меньшей мере детализированы. Функции системы определяются в основном характером тех задач, для которых она разрабатывается.
Схематически процесс разработки вычислительной системы можно представить так, как это показано на рисунке 11.1. Первич-ные операции разработки, такие как определение необходимости разработки, формулирование технических требований, анализ осуществимости и сбор важной информации, а также концептуализация разработки, относятся к подпроцессу синтеза. Результатом этого этапа является концептуальный проект предполагаемого продукта в форме эскизов, топологических чертежей, отражающих связи различных компонентов конечного продукта. Большая часть порождаемой и обрабатываемой информации в рамках этого этапа является качественной и потому обрабатывается человеком.
Готовый концептуальный проект анализируется и оптимизируется – это уже подпроцесс анализа. На этом этапе, прежде всего, выбирается или строится аналитическая модель, поскольку анализируется именно модель, а не сам проект. Качество выбранной аналитической модели предопределяет качество конечного результата всей работы. На этом этапе выбираются или определяются оптимальные параметры будущего изделия и далее идет этап оценки выбранных параметров и всего проекта в целом. При удовлетворительных результатах оценки, начинается разработка проектной документации в виде чертежей, отчетов и другой документации, регламентированной стандартами и руководящей документацией.
 |
Государственными стандартами предусмотрены следующие стадии проектирования: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация. Техническое предложение представляет собой совокупность различных документов, содержащих техническое и экономическое обоснование проекта, как результат анализа различных вариантов построения системы и патентных исследований. Техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта. Эскизный проект дает уже общее представление о структуре и принципе функционирования проектируемой системы и опреде-
ляющих ее основных параметров. Материальным содержанием эскизного проекта являются эскизы, рисунки, чертежи, предварительные расчеты и отчеты по проведенным испытаниям, соображе-ния по ответственным направлениям выполнения работ, пояснительная записка, технико-экономические расчеты и др. документы. Следующий этап – «Технический проект» содержит уже окончательное техническое решение, дающее полное представление о проектируемой системе. На основании документации технического проекта разрабатывается комплект конструкторской рабочей документации, необходимой для производственного изготовления и проведения испытаний опытного образца, а также для последующего тиражирования системы.
Вычислительные системы – сложные системы с иерархической организацией структуры и процессов функционирования. Различают следующие основные уровни представления структуры и функций: системотехнический, схемотехнический и конструкторский.
На системотехническом уровне вычислительная система представляется в виде технической структуры на уровне устройств и интерфейсов. Функционирование системы описывается в терминах процессов, связанных с обработкой данных такими устройствами, как, например, память, процессор, устройства ввода-вывода и др. Программное обеспечение определяется перечнем программ, выбором лингвистического и информационного обеспечения, языков программирования, систем управления данными и заданиями, типов баз данных и наборов данных.
На схемотехническом уровне разрабатывается или выбирается структура устройств, и на их основе разрабатываются структурные, функциональные и принципиальные электрические схемы. Функционирование устройств описывается в виде временных диаграмм, цифровых автоматов, булевых функций, электрических процессов, а также в виде микропрограмм.
На конструкторском уровне система представляется в виде совокупности конструктивных единиц – шкафов, секций, блоков, кабельных и проводных изделий, печатных плат и т.д.
Проектирование вычислительных систем выполняется «сверху вниз», то есть представляется сначала на системотехническом уровне, потом на схемотехническом и, наконец, на конструкторском. Программное обеспечение, как правило, разрабатывается параллельно с двумя последними этапами.
