Общая характеристика интегрированных моделирующих систем

Жизнь нашего общества во многом обусловлена развитием компьютерных информационных технологий. Они пронизывают все сферы деятельности че­ловека, обеспечивают функционирование и эволюцию современного общест­венного организма.

В информационных технологиях одно из центральных мест занимает об­работка данных (наблюдений, событий, примеров, результатов экспериментов и т. п.). С ее помощью осуществляется преобразование и приведение исходного фактического материала к наиболее удобной для восприятия форме с целью принятия решений и извлечения из данных продуктивных знаний.

Область применения методов обработки данных исключительно обширна. К ней относятся техника, производство, экономика, военная сфера, бизнес, медицина, социология, психология и многие другие сферы человеческой деятельности.

Существуют разнообразнейшие методы обработки данных. Они имеют различную сложность и нередко требуют больших вычислительных ресурсов. Это — огромный мир, созданный многолетними трудами профессиональных математиков и прикладных научных специалистов. Теперь в результате бурного прогресса технического и программного обеспечения персональных компьютеров обработка данных стала доступной практически каждому.

Одним из наиболее часто используемых методов обработки данных, получившим развитие благодаря значительным достижениям в области компьютерной техники, является компьютерное математическое моделирование.

Математическое моделирование как инструмент познания завоевывает все новые и новые позиции в различных областях деятельности человека. Оно становится главенствующим направлением в проектировании и исследовании новых систем, анализе свойств существующих систем, выборе и обосновании оптимальных условий их функционирования и т.п.

Математическое моделирование широко проникло в различные области знаний и их приложения: технические, военные, экономические, социальные, биологические и многие другие, на первый взгляд, далекие от математики. Поэтому специалистам различных направлений необходимо владеть концепциями и методами математического моделирования, иметь представление об инструментарии, применяемом при моделировании.

Основная задача моделирования различного рода процессов и систем с целью исследования объектов, прогнозирования их поведения или поиска наилучших условий функционирования сводится к расчету анализируемых показателей с помощью математической модели при тех или иных значениях (или функциях) входных величин.

Вычислительная мощь компьютера позволяет использовать его как средство авто­матизации научной работы, проектно-конструкторской и других видов деятельности. Для решения сложных расчетных задач используют программы, написанные специально. В то же время, встречается широкий спектр задач ограниченной сложности, для решения которых можно исполь­зовать универсальные средства.

К такого рода задачам относятся, например, следующие:

• подготовка научно-технических документов, содержащих текст и формулы, запи­санные в привычной для специалистов форме;

• вычисление результатов математических операций, в которых участвуют число­вые константы, переменные и размерные физические величины;

• операции с векторами и матрицами;

• решение уравнений и систем уравнений (неравенств);

• статистические расчеты и анализ данных;

• построение двумерных и трехмерных графиков;

• тождественные преобразования выражений (в том числе упрощение), аналити­ческое решение уравнений и систем;

• дифференцирование и интегрирование, аналитическое и численное;

• решение дифференциальных уравнений;

• проведение серий расчетов с разными значениями начальных условий и других параметров.

К универсальным программам, пригодным для решения таких задач, относится, например, программа MathCAD, которая представляет собой интегрированную автоматизированную систему, позволяющую динамически обрабатывать данные в числовом и аналитическом (формульном) виде.

Исследование электронных схем различной степени сложности с привлечением различных измерительных приборов часто представляет собой достаточно трудную, а зачастую, и невыполнимую задачу. Трудности могут быть вызваны в связи с отсутствием необходимых приборов, значительной продолжительностью затрачиваемого на исследования времени и др. причинами. Помощь исследователю в описанной ситуации окажет моделирующий программный пакет Electronics Workbench. Средства, входящие в состав пакета, позволяют собрать принципиальную схему электронного устройства, подключить необходимые (виртуальные) источники сигналов и измерительные приборы, провести необходимые исследования и оформить отчет о проделанной работе и полученных результатах. Новые версии названного пакета, кроме того, позволяют сразу разработать печатную плату исследуемого устройства.

Профессиональная деятельность радиоинженера связана с разработкой различных радиоэлектронных устройств и их конструктивным оформлением. Для этих целей с успехом используют различные прикладные программные средства, предназначенные для автоматизации процессов проектирования и оформления конструкторской документации. В качестве примера можно назвать пакеты PCAD, ORCADи др.

Все перечисленные в качестве примеров программные средства, несмотря на то, что отличаются назначением, имеют много общего – они являются интегрированными моделирующими системами. С понятием интегрированной системы мы познакомились раньше. Напомним, что в интегрированной системе обычно объединяют возможности нескольких прикладных программ (пакетов). Интегрированные моделирующие системы, кроме всего прочего, еще позволяют имитировать с помощью компьютера реальные физические процессы и явления, тем самым существенно упрощая процессы исследования различных систем и устройств.

Кратко подведем итог по первому учебному вопросу:

1. Современный уровень развития компьютерной техники стимулировал появление пакетов прикладных программ, позволяющих существенно упростить процессы исследования и разработки новых систем (устройств) для различных сфер деятельности человека.

2. Интегрированные моделирующие системы предназначены для проведения исследований и оформления их результатов в виде отчетных документов.