CAD系统硬件和软件

CAD系统硬件和软件2.1CAD系统的硬件CAD系统的硬件包括不同规模、不同结构和不同功能的计算机系统根据应用范围和相应软件的规模分类主机系统小型机系统工作站系统微型计算机系统2.1.1微型计算机系统CAD系统硬件的基本构成：微型计算机、图形输入设备、绘图输出设备微型计算机的迅速发展，采用高性能的处理器、大存储量的内存、硬盘、快速图形加速卡，微机已经能基本满足CAD应用的要求，而且价格越来越便宜2.1.1微型计算机系统微机上的各种软件，如图形处理软件、工程分析软件及各种应用软件，可以满足用户的大部分要求现代网络技术能将许多微机与公共外设连在一起，是在不同办公地点的工程师们可以共享昂贵的设备，使信息交流容易实现因此，微机局域网系统得到广泛的应用微型计算机系统由主机、输入设备、外存储器组成主机主机由中央处理器（CPU）和主存储器（内存）两部分组成CPU包括控制器和运算器主机控制器指挥和协调整个计算机工作，提取主存储器内的指令、分析和实现各种动作、控制数据在各部分之间传送，包括网络信息的处理运算器进行算术和逻辑运算的输出控制器和运算器中都有寄存器作为暂时的信息写入与取出的地方，存取速度均比从主存储器中存取要快主机主存储器是计算机内存主要用来存放指令、数据及运算结果，主存储器一般包括随机读写存储器（RAM）和只读存储器（ROM）RAM中的信息既可以读出，也可以向RAM写入信息，但一断电信息全部丢失ROM中存放的信息只可读出，不可写入，故其中所存信息不变，主要用于存储操作系统等固定程序，断电也不会消失主机速度是表示主机性能的重要指标，一般用时钟频率（主频）来表示某个操作指令由若干脉冲周期T组成频率越高，周期T越短，执行指令所花的时间越少，速度越快输入设备输入设备是用来与主机联系的工具，最常用的输入设备是键盘，通过键盘可以实现人机对话除键盘之外，主要的图形输入设备有三种类型定位设备：操作方式是控制屏幕上的光标并确定它的位置，此外还兼有拾取目标、选择对象、跟踪录入图形及徒手画草图等功能，设备有输入板、光笔、鼠标、操纵杆及跟踪球数字化仪：能将放在上面的图形用游标器摘取大量的点，进行数字化后存储起来图像输入设备：图形经图像数字化及图像处理后输出，如摄像机和扫描仪定位设备鼠标：手动输入的屏幕指示装置，利用它可以方便地输入图形或操作各种屏幕选单机械式：底部装有一个圆球，在桌面上移动时，圆球的滚动转化为x和y方向的数值被记录下来，并相应地移动屏幕上的光标光电式：底部装有一个光源，当鼠标在专用的鼠标板上移动时，采用光束调制及光学编码技术，测出鼠标移动量，随之驱动屏幕光标做相应的移动数字化仪数字化仪：专门读取图形信息的输入装置，由输入板及探测器组成；探测器上有触笔或开关，用户通过此开关，可随意把任意位置上的x和y坐标自动记入光笔：是一种笔状的光电检测装置，其工作原理是基于光电效应，其中有电子线路和光导纤维，用来检测屏幕上图形的光强，并将相应的光信号转换放大成脉冲信号，此信号再经过放大整型后输送给显示控制器，计算机就可以知道光笔所指的位置图像输入设备图形扫描仪：可以将各种丰富多彩的图像信息真实地输入计算机，经过处理后在输出扫描仪通过光源照射到待扫描的材料上完成图像的获取，光源反射到电荷耦合器件上的光敏元件上实现光/电转换按扫描方式：滚筒式扫描仪、平板式扫描仪、手持式扫描仪按扫描色彩：彩色扫描仪和灰度扫描仪2.1.1.3输出设备打印机：打印文字和图形针式打印机：特点是便宜，但效果不佳，打印头分9、24、32针等几种，由计算机控制每个针头的撞击，通过色带将输出结果打印在纸上，一般具有2~3KB以上的缓存激光打印机：特点是速度快、质量高、运行噪音低和打印功能强，但价格较高，由负责数据处理的控制器和激光扫描系统、电子照相系统和送纸机构组成，可以输出高质量的图形，目前以单色为主喷墨打印机：优点是清晰度高、工作可靠、噪音小、价格低和容易获得彩色图形，缺点是打印速度较低输出设备绘图仪：笔式绘图仪是目前用的最普遍的绘图设备，使用方便、价格低平板式绘图仪：优点是绘图精度高、速度快、噪声低；缺点是占地面积大、结构复杂、价格昂贵、维护困难，汽车、造船、飞机等图形输出，通过x和y方向的步进电机控制笔的移动滚筒式绘图仪：优点是绘图机构简单、占地面积小、价格较低、绘图样的图纸可长达10米；缺点是速度较低、精度较差，用于机械及土建等行业2.1.1.4外存储器外存储器主要是用于存放程序、数据等重要信息，当需要这些信息时，由操作系统把他们调入内存，特点是容量大磁盘：硬盘、软盘光盘：只读、可擦写磁带：应用较少，多用于UNIX系统2.1.2工作站简介工作站又叫图形工作站，是具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统2.1.2工作站简介特点：CPU一般采用性能很高的处理器，都配置有提高运算速度与精确性的协处理器，还有存储管理单元，以支持虚拟存储结构内存、高速缓存及硬盘都很大操作系统一般采用UNIX操作系统或自带操作系统图形显卡内存容量大主要用于工程和产品的设计与绘图、工业模拟等工作站的选择工作站的主要性能指标是开放性、计算、图形处理和网络功能等方面系统的开放性，采用UNIX，WindowsNT操作系统，Ethernet网、SCSI接口等硬件的可靠性和高性能的CPU高的图像处理功能较强的编程能力和文件管理能力，系统调节和扩展能力强适合应用需要的应用软件提供2.2CAD系统的软件CAD系统由硬件和软件两部分组成，在具备了CAD硬件之后，软件配置水平决定了整个CAD系统的优劣硬件是实现CAD各项功能的物质基础软件是实现CAD各项功能的技术核心由于CAD系统功能越来越复杂，故软件成本在整个CAD系统成本中的比重越来越大软件系统的价格高于硬件系统价格的几倍至几十倍，软件占据着越来越重要的地位2.2CAD系统的软件计算机软件是与计算机系统操作使用有关的程序、规程、规则及其相关的文档资料，程序是指挥硬件工作的指令的有序集合，也是软件的主要内容软件按功能分为三个层次系统软件支撑软件应用软件系统软件支撑软件应用软件CAD系统的软件系统软件：是直接配合硬件工作、并对其他软件起支撑作用的软件主要的系统软件有操作系统、窗口系统、网络系统以及高级语言编译器等，系统软件大都是有计算机制造商或软件公司开发的、作为商品软件出售的CAD系统的软件支撑软件：CAD支撑软件是指在CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件，通常支撑软件也是由专门的软件公司开发、作为商品软件出售用户在组建CAD系统时，要根据使用要求，选购合适的支撑软件，在此基础上在做一些配置和补充，并和用户自己开发的应用程序相连接，以实现预定的CAD功能CAD系统的软件应用软件：是专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件由于用户生产的产品和生产条件多种多样，选购的支撑软件难于做到完全适应，即使可用以实现用户的CAD工作，其效率也不高，为此，在具体的CAD系统中需要开发适应用户特定使用条件的应用程序，并和支撑软件衔接2.2.1系统软件系统软件主要用于计算机系统的管理、维护、控制及运行以及计算机程序的翻译、编译、装入和运行系统软件的特点：功用性：无论哪个领域都要用到它基础性：各种支撑软件、应用软件都需要在系统软件支持下运行2.2.1.1操作系统操作系统是对计算机系统硬件及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的程序集合操作系统的功能：合理组织计算机系统的工作流程，负责对计算机系统内的所有软件和硬件资源进行监控和调度，使之协调一致、高效率地运行；为用户使用计算机提供良好的界面操作系统操作系统的任务：包括管理内存中的数据与指令；执行对作业和进程的控制，完成各种运算和操作，实现多道作业和分时运行；管理外存设备上的文件系统；管理外部设备，进行机内机外的信息交换；提供用户接口，一组系统调用命令和各种操作命令等作业是计算机执行某项任务的总称进程是程序在一个数据集合上运行的过程操作系统UNIX操作系统：用C语言开发，是一个多用户和多任务分时操作系统，多个用户采用分时方式共享主机，其工作性能强，可移植性好，是工程工作站系统上最广泛采用的操作系统微机中采用的操作系统：MS-DOS操作系统，是单用户单任务的操作系统，优点是易于掌握使用，可以引用的软件很丰富，缺点是功能性不强；IBM公司开发的OS/2是新一代操作系统，并且支持多任务工作，但是和DOS不相兼容，应用推广较困难2.2.1.2窗口系统软件窗口系统是以图形用户界面为应用特征的用户接口工具系统，为用户提供一致和友好的操作环境，从而使窗口应用程序的使用更加方便，易于掌握，同时为程序开发者提供了许多功能众多的子程序窗口系统的特点是基于面向对象的程序设计风格和事件驱动方式，常规程序的执行是由前向后依次执行的，而窗口操作系统是多任务运行系统，用户输入的是事件，根据不同事件的发生，激活不同的窗口或控制，执行相应的程序窗口系统软件MS-WINDOWS：微软推出的微机窗口系统，提供了一个基于图形界面的多任务多窗口环境，能够运行为Windows编写的程序，也可以运行现有的为DOS设计的程序MS-WINDOWS运行于DOS系统之下，与DOS共同管理系统硬件资源，DOS继续负责管理文件系统，而Windows则负责管理显示器、键盘、鼠标、打印机和串行口，并且担负内存管理、程序执行以及任务调度，因此Windows实际上起到了操作系统的作用窗口系统软件X-WINDOWS：是可以在分布式局域网络下工作的多任务多窗口系统，采用客户—服务员工作方式客户和服务员都是软件程序，客户是执行特定任务的程序，服务员是为提供多窗口工程工作站服务并跟踪用户输入的程序每台工作站上都有服务员，它包含该工作站硬件的驱动程序，客户程序为了获取信息、运行进程等发出请求，通过服务员传给多窗口工作站的硬件，允许客户在同一台机器或网络连接的不同机器上运行，适用于工作站的窗口系统2.2.1.3编译系统编译系统的作用是将用高级语言编写的程序，翻译成计算机能够直接执行的机器指令，这样用户就可以采用接近于人类自然语言和数学语言的方式来编写程序，翻译成机器指令的工作便可以由编译系统去做，这样就能使非计算机专业的各类工程技术人员很容易应用计算机来达到其目的，高级语言是开发计算机程序的基本工具程序设计语言BASIC语言是微机的基本语言，它简单易学，具有良好的交互性能，调试程序方便，但结构化性能差，编写小型软件FORTRAN语言在科学计算上应用广泛、可参阅的软件资料丰富、通用性好，是科技人员最熟悉的一种语言，缺点是数据结构功能和交互功能不强PASCAL语言程序严禁、结构化程度高、数据类型丰富、数据结构灵活、查错能力强，但近年来都已经逐渐转向C语言和C++语言程序设计语言C语言和C++语言，C语言非常简洁，可移植性好，图形功能很强，由C语言生成的可执行程序运行效率高、功能强，而且使用灵活，但是对编写程序和调试程序者的技术水平要求较高；C++语言是C语言的后继语言，是一种面向对象的程序设计语言，它使用显示世界中对象的概念来开发应用程序LISP语言和PROLOG语言，LISP语言是函数型表处理语言，最适用于字符和符号处理；PROLOG语言是逻辑型语言，适宜于描述逻辑推理，这两种语言适合于编写人工智能程序2.2.2支撑软件支撑软件是支撑CAD应用软件的通用性实用程序库及软件开发中的软件工具，是CAD软件系统中的核心，是为满足CAD工作中一些用户共同需要而开发的通用软件，对于支撑软件，由于其具有通用性，需求面广，通常都已经商品化常见的CAD支撑软件二维绘图支撑软件：在常规机械设计工作中，结构设计及工作图绘制工作量约占整个设计工作量的60%以上，因此，绘制机械设计图样的图形软件是CAD系统最基本的支撑软件目前已经在国内广泛应用的绘图软件有：UG-II（工作站型），AutoCAD，Pro-Engineer（微机型）常见的CAD支撑软件几何造型软件，也称为三维图形软件，构建产品的几何模型存储了完整的产品三维几何信息，可以为有限元分析、参数化设计、数控加工等提供几何处理基础分析软件，分析是设计的基础，常用的分析软件包括有：有限元分析软件、机械运动分析软件、动力系统分析软件等；有限元软件广泛应用于强度和变形的计算以及连续场变量的计算，是最重要的工具性分析软件，主要的商品化软件有SAPV，ADINA，ANSYS等常见的CAD支撑软件优化设计软件，优化设计是在最优化数