1、计算机辅助设计,第一篇 CAD基础第2章 CAD系统的硬件和软件,2,本章内容2.1 CAD系统的硬件 2.2 CAD系统的软件,3,2.1 CAD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。,4,2.1.1 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。,5,微机上的各种软件，如图形处理软件、工程分析软件及各种
2、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。,6,1、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。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。,7,主存储器是计算机内存，主
3、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。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。,8,2、输入设备输入设备是将各种信息转换成电信号，传递给计算机。从逻辑功能可将输入设备分类。,注：实际上一种物理设备往往同时具有多种逻辑功能。,9,数字化仪：是CAD系统的主
4、要图形输入设备之一。工作是利用电磁感应原理。使用时游标器中十字叉丝的中心产生电磁场，它在台板上的位置靠台板内部金属栅格中相应的感应电流来确定。光笔：是一种能检测出光强的装置，形状类似一支圆珠笔。屏幕上的光通过笔孔进入光笔，经过透镜祖聚集至光导纤维，在进行光电信号的转换和放大整形，输送给计算机，从而得到其位置。扫描仪：把图形或图像以像素点位单位输入到计算机中。其他的输入设备：触摸屏、跟踪球、操纵杆、数码相机、语音输入等。,10,3、输出设备显示器：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）。打印机：打印文字和图形，（激光、喷墨、针式）。绘图仪：笔式绘图仪是目前用的最
5、普遍的绘图设备，使用方便、价格低，有平板式绘图仪和滚筒式绘图仪。,11,4、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：顺序存储，查询效率低，应用较少。,12,2.2 CAD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
6、越来越重要的地位。,13,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,14,1、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。,15,（1）操作系统（Operating System，简称OS）,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
7、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。工作站上常用UNIX系统，是一种多任务、多用户的操作系统；微机上操作系统有MS-DOS，Windows等；网络操作系统有NetWare，Windows NT等。,16,（2）语言系统，包括汇编语言、BASIC语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言和C+语言、人工智能语言（LISP语言和PROLOG语言等）。目前在微机上应用较多的开发Windows应用程序的语言有Visual C+，Visual Basic等。 （3）数据库管理系统
8、，这类软件主要用于管理数据库，常用的软件有：Oracle，SQL Server，Access等。,17,2、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，具有通用性，需求面广。包括以下类型：图形接口标准、绘图软件、计算分析软件、CAD/CAM软件等。,18,（1）图形接口标准：为了提高图形软件的可移植性，人们制定了一些图形接口标准，供开发图形软件的程序员使用。如面向图形设备的接口标准有CGI，CGM；面向图形应用软件的标准有GKS、PHIGS等。 （2）绘图软件：用于二维或三维图形的
9、绘制、编辑等。目前广泛应用的绘图软件有：微机上的UG，AutoCAD，Pro/Engineer等。 （3）分析软件：用于解决设计中各种数值计算、优化算法、机构分析及有限元分析等问题。常用的有限元分析软件有SAPV，ADINA，ANSYS等。,19,（4）CAD/CAM软件：这类软件由多个模块组成，具有几何造型、有限元分析、加工模拟、板金件设计、工程图纸生成等多种功能，即集CAD、CAM、CAE于一体的软件系统。常见的有I-DEAS、Pro/Engineer、UG、CATIA等。一般主要包含以下几个主要模块：工程设计模块、工程制图模块、制造模块、有限元仿真模块、测试数据分析模块、数据管理模块和几
10、何数据交换模块等。,20,3、应用软件应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域而研制开发的软件。通常是对某个支撑软件的二次开发，这样可以利用支撑软件的通用功能，使其专门化，以提高其使用效率。例如以AutoCAD为基础，用Auto LISP或C语言等进行二次开发，已达到用户要求。还有诸如用户开发的针对某一具体问题的优化软件、工程数据库、专家系统等，也是建立在系统软件基础上的应用软件。,21,4、图形软件标准由于大多数CAD软件都涉及图形处理，因此图形软件标准是非常重要的。制定图形软件标准的目的是为了提高所开发的图形软件在不同计算机和图形设备之间的可移植性。,22,图形软件包,
11、应用程序,设备 驱动程序,屏幕,图形数据库,磁盘,设备 驱动程序,设备 驱动程序,键盘,IGES,STEP,GKS,PHIGS,CGI,CGM,图形系统中各个层次间图形标准,23,第一个接口是图形软件与图形设备之间的接口，称为“虚拟图形设备接口”。该接口的标准化。可实现图形软件与设备无关。国际标准化组织（ISO）制定了计算机图形接口标准。 第二个接口是指应用程序与图形软件之间的接口。该接口的标准化，可实现应用程序在原程序级的可移植性。目前已被ISO定为标准的有图形核心系统（GKS）和程序员层次交互式图形系统（PHIGS）。 第三个接口是应用程序之间或系统之间的相互转换图形数据的接口。ISO制定
12、了基本图形交换规范（IGES）和产品模型数据转换标准（STEP）等。,24,（1）计算机图形接口（CGI）CGI（Computer Graphics Interface）是ISO TC97提出的图形设备接口标准。CGI的目的是提供一种与设备无关的方法控制图形硬件，它可以看作是图形设备驱动程序的一种标准。CGI提供的控制功能集、输出功能集、图断定义及处理功能集、输入和应答功能集、光栅功能集共5部分功能。,25,（2）计算机图形元文件（CGM）CGM（Computer Graphics Metafile）是一套与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。CGM的主要目的是提供图形存档的格式。通用性是
13、其关键属性，即能广泛地适用于各种设备和图形系统，例如同一个文件可以在不同设备上输出。CGM标准主要由两部分组成，其一是功能规格说明，包括元素标志符、语义的说明及参数描述；其二是描述文件此法的三种编码形式，即字符、二进制和正文编码。,26,（3）图形核心系统（GKS）GKS(Graphics Kernal System)提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的功能借口，它只定义了一个独立与语言的图形系统核心，在具体应用中，必须以符合所使用语言的约定方式，把GKS嵌入到相应的语言之中。GKS提供的图形功能与图形设备是无关的，用户调用GKS功能子程序，便可以实现各种绘图操作。这样编制出来的应用程序可
14、方便地在具有GKS的不同图形系统之间移植。,27,（4）程序员层次交互图形系统（PHIGS）PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics System)是应用程序与图形设备之间的功能接口标准。PHIGS向应用程序员提供控制图形设备的子程序接口，图形数据按照层次结构组织，使多层次的应用模型能方便地应用PHIGS进行描述，而且PHIGS提供了动态修改和绘制县是图形数据的手段。,28,（5）基本图形交换规范（IGES）IGES(Initial Graphics Exchange Specification)解决了在不同的CAD/CAM系统之间
15、图形数据交换的问题，它定义了一套CAD/CAM系统常用的几何和非几何数据格式以及相应的文件结构。为了实现数据交换，两个相关的CAD/CAM系统都要有两种处理器：即IGES前处理器用于把系统数据转换成IGES各式文件和IGES后处理器用于把IGES文件转换为系统内部的数据格式。,29,（6）产品模型数据转换标准（STEP）STEP(Standard for the Exchange of Product Product Data)的目的是在产品生存期内能够为产品数据的表示与通信提供一种中性格式。它能完整地表示产品数据并支持产品生存期内各个环节的应用，使独立于任何具体的CAD/CAM系统的中型机制，具有多种实现形式，不仅适用于中性文件交换，还支持应用程序内的产品数据交换，同时也是实现和共享产品数据库的基础。,30,选择CAD系统的原则 软件系统的选择应优于硬件且具有优越的性能； 硬件系统应该符合国际工业标准、具有良好的开放性； 整个软件系统运行可靠，维护简单、性能价格比优越； 具有良好的售后服务体系； 供应商应具有良好的信誉、可以培训、故障排除及其他增值服务。,31,思考题 CAD系统主要组成部分有哪些？ CAD系统的软件组成有哪些？ CAD系统的选型原则有哪些？,
