武汉大学CAD系统的组成

1、肖惠民1硬件系统硬件系统物质基础物质基础软件系统软件系统核心，决定系统功能核心，决定系统功能CAD系统系统硬件系统硬件系统软件系统软件系统CAD系统系统硬件系统硬件系统软件系统软件系统主机主机外围设备外围设备系统软件系统软件支撑软件支撑软件应用软件应用软件通信设备通信设备主要内容：主要内容：CAD系统的硬件构成系统的硬件构成肖惠民2硬件：硬件：主机主机 输入设备输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等）（键盘、鼠标、扫描仪等） 输出设备输出设备（显示器、（显示器、绘图仪、打印机等）绘图仪、打印机等） 信息存储设备信息存储设备（主要指外存，如硬盘、软盘、光盘、（主要指外存，如硬盘、软盘、光盘、各种移动存储

2、设备等）各种移动存储设备等） 网络设备网络设备 多媒体设备多媒体设备等等 计算机主机计算机主机中央处理器中央处理器内存储器内存储器外存储器外存储器硬盘、软盘、光盘、磁带硬盘、软盘、光盘、磁带输出设备输出设备图形终端图形终端绘图仪绘图仪打印机打印机。输入设备输入设备图形终端图形终端鼠标鼠标键盘键盘数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪图形输入板图形输入板。通信设备通信设备串行接口、网络接口串行接口、网络接口肖惠民3 1、计算机主机、计算机主机 由由中央处理器中央处理器（CPU）和）和内存储器内存储器（简称为内存）等组成（简称为内存）等组成 衡量主机性能的指标：衡量主机性能的指标：CPU性能性能和和内存容量

3、内存容量。 CPU性能性能 决定着计算机的数据处理能力、运算精度和速度决定着计算机的数据处理能力、运算精度和速度 通常用每秒可执行的指令数目或进行浮点运算的速度来衡量，其单位通常用每秒可执行的指令数目或进行浮点运算的速度来衡量，其单位符号为符号为MIPS（每秒处理（每秒处理1百万条指令）和百万条指令）和GIPS（每秒处理（每秒处理10亿条指令）亿条指令） 芯片的时钟频率（或称芯片的时钟频率（或称主频主频） 字长指字长指CPU在一个指令周期内提取并处理的二进制数据的位数在一个指令周期内提取并处理的二进制数据的位数桌面处理器系列核心数线程数Turbo加速模式Core i7-900/8004个8个支

4、持Core i5-6002个或4个4个支持Core i3-5002个或4个4个不支持肖惠民4 内存容量内存容量 内存内存存放运算程序、原始数据、计算结果等内容的记忆装置存放运算程序、原始数据、计算结果等内容的记忆装置 2、外存储器、外存储器 外存外存 硬盘硬盘 （软盘）（软盘） 光盘光盘 移动硬盘移动硬盘 U盘等盘等肖惠民5 3、图形输入设备、图形输入设备 快速输入图形快速输入图形 图形修改图形修改 图形变换（如缩放、平移、旋转）等操作图形变换（如缩放、平移、旋转）等操作 定位设备定位设备 数字化仪数字化仪 图像输入设备图像输入设备 （1）定位设备：定位设备：控制屏幕上的光标并确定它的位置（定

5、位功能）控制屏幕上的光标并确定它的位置（定位功能） 还还具有拾取目标、选择对象、跟踪录入图形以及输入相关的数据和命令等具有拾取目标、选择对象、跟踪录入图形以及输入相关的数据和命令等功能。功能。 鼠标鼠标 键盘键盘 图形输入板及其触笔图形输入板及其触笔 触摸屏触摸屏等等 v鼠标鼠标定位（输入坐标）、拾取坐标点或选择菜单命令定位（输入坐标）、拾取坐标点或选择菜单命令 将移动距离及方向的信息变成数字脉冲信息，由计算机转换成光标的将移动距离及方向的信息变成数字脉冲信息，由计算机转换成光标的坐标数据。坐标数据。肖惠民6 （2）数字化仪：）数字化仪：将图形的坐标数据输入到计算机将图形的坐标数据输入到计算机

6、把图纸上的点或线把图纸上的点或线转换成数字坐标输入到计算机中转换成数字坐标输入到计算机中 输入平板输入平板游标定位器游标定位器 由数据板和触笔组成由数据板和触笔组成 数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据板上移动时，其正下方的金属栅数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据板上移动时，其正下方的金属栅格上就会产生相应的感应电流。根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以格上就会产生相应的感应电流。根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以判断出触笔当前的几何位置判断出触笔当前的几何位置肖惠民7 （3）图像输入设备：图像输入设备：扫描仪、数码摄像机、数码相机等扫描仪、数码摄像机、数码相机等v扫描仪扫描仪 作用：

7、作用：把图形把图形(如工程图纸如工程图纸)和图像和图像(如照片、广告画如照片、广告画)扫描输入到计算机扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储表示中，以象素信息进行存储表示 主要技术指标：主要技术指标： 1、幅面、幅面 2、分辨率、分辨率在原稿的单位长度在原稿的单位长度(英寸英寸)上取样的点数，单位是上取样的点数，单位是dpi，300dpi1000dpi 3、支持的颜色、灰度等级、支持的颜色、灰度等级 4、扫描速度、扫描速度最大幅面最大分辨率时每分钟扫描的页数最大幅面最大分辨率时每分钟扫描的页数肖惠民8扫描仪输出：光栅图像（位图）扫描仪输出：光栅图像（位图） 例：多边形：点阵表示例：多边形：点阵

8、表示 顶点表示顶点表示 图图a 多边形的点阵表示（光栅图形）多边形的点阵表示（光栅图形）图图b 多边形的顶点表示（矢量图形）多边形的顶点表示（矢量图形）P0P1P2P3P4 2、顶点表示、顶点表示 用多边形顶点的序列来描述多边形用多边形顶点的序列来描述多边形 图图b ：P0P1P2P3P4P0 1、点阵表示、点阵表示 用位于多边形内的像素的集合来刻划多边形用位于多边形内的像素的集合来刻划多边形 图图a光栅图像（位图）光栅图像（位图）/矢量化图形矢量化图形肖惠民9 扫描仪若要输出矢量化图形，须经过矢量转换：扫描仪若要输出矢量化图形，须经过矢量转换：矢量化扫描系统的工作流程图矢量化扫描系统的工作流

9、程图后处理后处理矢量文件格矢量文件格式转换式转换矢量化处矢量化处理理光栅光栅文件文件CAD系统系统扫描扫描图纸图纸MIB文件文件MIB文件文件某种格式矢某种格式矢量文件量文件MIB文件文件二进制矢量文件二进制矢量文件1、扫描图纸得到光栅文件、扫描图纸得到光栅文件2、矢量化处理，变成二进制矢量文件、矢量化处理，变成二进制矢量文件3、针对某种、针对某种CAD系统进行矢量文件的格式转换系统进行矢量文件的格式转换肖惠民10 虚拟现实系统：数据手套虚拟现实系统：数据手套 各种位置传感器各种位置传感器 语音输入语音输入虚拟现实技术（虚拟现实技术（virtual reality，简称，简称VR）：）：采用各

10、种技术，来营造一采用各种技术，来营造一个能使人有置身于现实世界的环境，也就是要能使人产生和置身于现个能使人有置身于现实世界的环境，也就是要能使人产生和置身于现实世界中相同的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等。实世界中相同的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等。 肖惠民11肖惠民12肖惠民13 4、图形输出设备、图形输出设备 图形显示器图形显示器 绘图仪绘图仪 打印机打印机等等 （1）图形显示器）图形显示器 用于图形图像的显示用于图形图像的显示 人机交互操作人机交互操作 是一种是一种交互式的图形显示设备交互式的图形显示设备 主要器件是主要器件是阴极射线管（阴极射线管（CRT） 有有3种类型种类型：直接存储

11、管式显示器直接存储管式显示器、射线刷新式显示器射线刷新式显示器、光栅扫描式显示器光栅扫描式显示器。 主流显示器：基于主流显示器：基于CRT的光栅扫描式显示器的光栅扫描式显示器 其工作原理与电视机其工作原理与电视机相似相似 也有不同之处也有不同之处肖惠民14 性能指标：性能指标：分辨率分辨率 显示速度显示速度 分辨率分辨率（光栅扫描式显示器）沿水平和垂直方向单位长度上所能（光栅扫描式显示器）沿水平和垂直方向单位长度上所能识别的最大光点数（光点也称为识别的最大光点数（光点也称为像素像素） 分辨率越高，显示的图形越精细分辨率越高，显示的图形越精细 显示速度显示速度图形屏幕刷新速度不低于图形屏幕刷新速

12、度不低于30帧帧/秒秒肖惠民15v光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器系统组成系统组成如图：如图： 内存显示文件代表图形的矢量信息内存显示文件代表图形的矢量信息 经矢量光栅转换器转换成数字化的光经矢量光栅转换器转换成数字化的光栅点阵信息栅点阵信息 存入帧缓冲存储器存入帧缓冲存储器 再经显示控制器再经显示控制器 图形就在阴极射线管的屏图形就在阴极射线管的屏幕上显示出来幕上显示出来 光栅扫描显示器的系统组成光栅扫描显示器的系统组成帧缓冲帧缓冲存储器存储器显示显示控制器控制器矢量光栅矢量光栅转换器转换器内存显示内存显示文件文件CRT显卡显卡肖惠民16光栅扫描方式光栅扫描方式 采用与电视机相同的扫描方

13、式采用与电视机相同的扫描方式光栅扫描方式，即由水平和垂直光栅扫描方式，即由水平和垂直同步信号控制的电子束，在同步信号控制的电子束，在CRT屏幕上从左到右，从上到下做有规律的屏幕上从左到右，从上到下做有规律的移动，在移动，在CRT屏幕上形成光栅的一条条水平扫描线屏幕上形成光栅的一条条水平扫描线 光栅扫描图形显示器是画点装置光栅扫描图形显示器是画点装置 屏幕上的图像是由水平扫描上一个屏幕上的图像是由水平扫描上一个个颜色和亮度受控制的点组成的个颜色和亮度受控制的点组成的 这些点是显示器显示的最小单位，称这些点是显示器显示的最小单位，称之为之为像素像素(pixel) 800600 1024768肖惠民

14、17 不能直接从一个可编地址的像素画一条直线到另一可编地址的像素，不能直接从一个可编地址的像素画一条直线到另一可编地址的像素，只能用尽量靠近直线的像素点集来近似表示直线只能用尽量靠近直线的像素点集来近似表示直线 只有在画水平、垂直及正方形时，像素点集在直线上的位置才是准确只有在画水平、垂直及正方形时，像素点集在直线上的位置才是准确的，其它情况下的直线均呈台阶状，或称为锯齿线的，其它情况下的直线均呈台阶状，或称为锯齿线 矢量光栅转换器矢量光栅转换器作用：把要显示的图形离散成像素作用：把要显示的图形离散成像素肖惠民18显示适配器（显卡）显示适配器（显卡） 显示适配器显示适配器 帧缓冲存储器帧缓冲存

15、储器（显示存储器、显存）（显示存储器、显存）存储用于刷新的图像信息存储用于刷新的图像信息 起起缓冲数据传送的作用缓冲数据传送的作用 大小取决于分辨率和色彩种类大小取决于分辨率和色彩种类 分辨率通常用分辨率通常用X方向（行）和方向（行）和Y方向方向（列）可寻址的地址数的乘积来表示（列）可寻址的地址数的乘积来表示 显示控制器显示控制器显示适配器的心脏显示适配器的心脏 功能：功能：读取帧缓冲存储器中的图像点阵，通过转换后送至显示器读取帧缓冲存储器中的图像点阵，通过转换后送至显示器 调色板功能，增加同屏显示颜色数目调色板功能，增加同屏显示颜色数目 先进的显示控制器具有图形加速功能，包括位和块传送、画线

16、、先进的显示控制器具有图形加速功能，包括位和块传送、画线、填充和颜色扩展填充和颜色扩展肖惠民19 （2）绘图仪）绘图仪 打印机打印机 笔式绘图仪笔式绘图仪 喷墨绘图仪喷墨绘图仪滚筒式结构滚筒式结构 打印机：针式打印机：针式、喷墨喷墨、激光激光等等 肖惠民20CAD系统一般应配置哪些硬件设备？系统一般应配置哪些硬件设备？肖惠民21 3个层次个层次系统软件系统软件 支撑软件支撑软件 应用软件应用软件 系统软件系统软件与计算机硬件直接关联与计算机硬件直接关联 扩充计算机的功能扩充计算机的功能 合理调度与运用合理调度与运用计算计算机计算计算机 特点：公用性特点：公用性 基础性基础性 支撑软件支撑软件系

17、统软件基础上研制系统软件基础上研制 进行进行CAD作业时所需的各种作业时所需的各种通用软件通用软件 应用软件应用软件在系统软件及支撑软件支持下，为实现某个应用领域内的特在系统软件及支撑软件支持下，为实现某个应用领域内的特定任务而开发的软件定任务而开发的软件主要内容：主要内容：系统软件、支撑软件、应用软件系统软件、支撑软件、应用软件肖惠民221.5.1 系统软件系统软件 主要用于计算机的管理、维护、控制、运行及计算机程序的编译、主要用于计算机的管理、维护、控制、运行及计算机程序的编译、装载和运行装载和运行 包括包括操作系统、编译系统操作系统、编译系统和和系统实用程序系统实用程序 1、操作系统、操

18、作系统 主要承担对计算机的管理工作主要承担对计算机的管理工作 主要功能：文件管理（建立、存储、删除、检索文件）主要功能：文件管理（建立、存储、删除、检索文件） 外部设备管外部设备管理（管理计算机的输入、输出等外部硬件设备）理（管理计算机的输入、输出等外部硬件设备） 内存分配管理内存分配管理 作业管理作业管理和中断管理和中断管理 工作站：工作站：UNIX、Windows NT/2000/XP等等 微机：微机：XENIX ONIX VENIX Windows系列操作系统系列操作系统肖惠民23 2、编译系统、编译系统 作用：将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作用：将高级语言编写的

19、程序翻译成计算机能够直接执行的机器指令 高级语言高级语言FORTRAN、PASCAL、C/C+、Visual Basic、Visual LISP等均有相应的编译系统等均有相应的编译系统 3、系统实用程序、系统实用程序 为方便用户对计算机系统进行维护和运行而提供的服务性程序，包为方便用户对计算机系统进行维护和运行而提供的服务性程序，包括诊断程序、文本编辑程序、调试程序等。括诊断程序、文本编辑程序、调试程序等。 系统实用程序是在操作系统之上的第二层次软件，例如在操作系统系统实用程序是在操作系统之上的第二层次软件，例如在操作系统Windows XP中，它包括了很多实用程序，如资源管理器、浏览器、收中

20、，它包括了很多实用程序，如资源管理器、浏览器、收发电子邮件、传真、记事本、写字板、画图以及系统维护的工具软件等发电子邮件、传真、记事本、写字板、画图以及系统维护的工具软件等 肖惠民24 1.5.2 CAD支撑软件支撑软件 CAD软件系统中的核心软件系统中的核心 为满足为满足CAD工作中一些用户的共同需要而工作中一些用户的共同需要而开发的通用软件开发的通用软件 主要包括：主要包括：图形处理软件图形处理软件 工程分析与计算软件工程分析与计算软件 数据库管理系统数据库管理系统 文档制作软件文档制作软件等等 1、图形处理软件、图形处理软件 （1）基本图形资源软件）基本图形资源软件 根据各种图形标准或规

21、范实现的软件包根据各种图形标准或规范实现的软件包 大多是供各种应用程序调用大多是供各种应用程序调用的的图形程序库或函数库图形程序库或函数库，如，如CGI、GKS、PHIGS、OpenGL（Open Graphics Library，开放的图形程序库）等，开放的图形程序库）等 通常具有与设备无关性通常具有与设备无关性 支撑软件和应用软件开发人员可以直接调用支撑软件和应用软件开发人员可以直接调用，使软件的可移植性得到极大的加强，使软件的可移植性得到极大的加强 肖惠民25 二维、三维绘图软件二维、三维绘图软件 采用人机交互方式采用人机交互方式 主要用于解决零部件的详细设计问题，最后可输主要用于解决零

22、部件的详细设计问题，最后可输出符合工程要求的零件图或装配图出符合工程要求的零件图或装配图 几何造型软件几何造型软件 几何造型软件主要用于实现零部件的三维结构设计、存储其三维几何几何造型软件主要用于实现零部件的三维结构设计、存储其三维几何数据及相关信息数据及相关信息 几何造型软件包括几何造型软件包括实体造型实体造型、曲面造型曲面造型、特征造型特征造型、参数化造型参数化造型、非非流形形体造型流形形体造型等造型方法等造型方法 2、工程分析与计算软件、工程分析与计算软件 主要用来解决工程设计中的各种数值计算问题主要用来解决工程设计中的各种数值计算问题 常用数学方法程序库常用数学方法程序库 提供解微分方

23、程、线性代数方程、数值积分、有限差分，以及曲线曲提供解微分方程、线性代数方程、数值积分、有限差分，以及曲线曲面拟合等数学问题的计算机程序面拟合等数学问题的计算机程序肖惠民26 有限元法结构分析软件有限元法结构分析软件 应用：固体、流体力学问题应用：固体、流体力学问题 金属及塑料成形、电磁场分析、无损探金属及塑料成形、电磁场分析、无损探伤等伤等 优化设计软件优化设计软件 在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，运用计算机寻求设计的在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，运用计算机寻求设计的最佳方案最佳方案 机构分析及机构综合软件机构分析及机构综合软件 机构分析是通过确定机构的构成参数机构分析是通

24、过确定机构的构成参数(位置、轨迹、速度、加速度等位置、轨迹、速度、加速度等)，计算机构的节点力和弹簧力，校验干涉，显示机构的动、静态图及各种分析计算机构的节点力和弹簧力，校验干涉，显示机构的动、静态图及各种分析结果曲线结果曲线 机构综合就是根据产品的设计要求自动设计出某种机构机构综合就是根据产品的设计要求自动设计出某种机构 流动分析软件流动分析软件 应用：流体力学问题应用：流体力学问题 流体机械内部流动、外部绕流、流体诱发振动流体机械内部流动、外部绕流、流体诱发振动等等肖惠民27 机械系统动态分析软件机械系统动态分析软件 采用模态分析法来分析系统的振动、噪音等问题采用模态分析法来分析系统的振动、噪音等问题 注塑（压铸）模具分析软件注塑（压铸）模具分析软件 可对各种注塑和压铸模具进行液流的流动分析、冷却分析、翘曲分析、收可对各种注塑和压铸模具进行液流的流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析及结构应力分析，以帮助用户进行合理的零件结构设计和浇道布置设缩分析及结构应力分析，以帮助用户进行合理的零件结构设计和浇道布置设计计 肖惠民28 3、数据库管理系统、数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS） 在操作系统基础上建立的操纵和管理数据库的软件，在操作系统基础上建立的操纵和管理数据库的软件，DBMS除了保证除了保证数据资源共