83401

СИСТЕМИ ТА ЗАСОБИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ: НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

За технічну допомогу в підготовці посібника до друку Зміст Вступ Роль та місце систем відображення інформації в АСУ. Варіанти побудови систем відображення інформації в комплексі АСУ. Основні характеристики системи відображення інформації і критерії їх оцінки.

Украинкский

2015-03-14

2.55 MB

15 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОБОРОНИ УКРАЇНИ

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ

ШЕВЧЕНКО Л.Ю.

СИСТЕМИ ТА ЗАСОБИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

КИЇВ 2014


Посібник є конспектом лекцій по окремим темам навчальної дисципліни СИСТЕМИ ТА ЗАСОБИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ.

Посібник призначений для використання на практичних, групових, семінарських заняттях і при самостійній підготовці курсантів (студентів).

Автор висловлює глибоку подяку  рецензенту кандидату технічних наук доценту І.М. Кисельову за поради і зауваження, що сприяли поліпшенню зміста посібника.

Автор висловлює вдячність Іванісову С., Карловській О.І., Кухті В.О., Невідомому Ю.Ю., Доденку В.В., Кудіну О.С . за технічну допомогу в підготовці посібника до друку


Зміст

Вступ

  1.  Роль та місце систем відображення інформації в АСУ.
    1.   Характеристика елементів та комплексів засобів автоматизації в АСУ.
      1.   Структура комплексу засобів автоматизації та його характеристика.
      2.   Варіанти побудови систем відображення інформації в комплексі АСУ.
    2.   Основні характеристики системи відображення інформації і критерії їх оцінки.

1.2.1 Параметри кінцевих пристроїв відображення інформації.

1.2.2. Параметри КЗВІ.

1.2.3. Критерії оцінки КЗВІ.

2. Принципи відображення інформації.

2.1. Класифікація пристроїв відображення інформації.

     2.1.1. Класифікація технічних засобів відображення інформації (ЗВІ).

     2.1.2. Класифікація фізичних принципів відображення інформації.

     2.1.3. Принципи управління синтезом інформаційних елементів.

     2.2. Електронно-променеві індикатори.

2.2.1. Монохронні електронно-променеві трубки.

2.2.2. Кольорові електронно-променеві трубки.

     2.3. Дискретні індикатори.

     2.3.1. Класифікація і визначення.

     2.3.2. Напівпровідникові й електролюмінісцентні індикатори.

     2.3.3. Газорозрядні індикатори і панелі. Рідкокристалічні індикатори.

2.4. Управління дискретними індикаторами.

     2.4.1. Система адресації.

2.4.2. Управління матричними.

2.5. Принципи відображення інформацією на великих екранах.

2.5.1. Великі екрани проекційного типу.

2.5.2. Світлоклапанні великі екрани.

2.5.3. Лазерні великі екрани.


3. Побудова цифрових вузлів засобів відображення інформації.

3.1. Варіанти структур засобів відображення інформації.
3.1.1. Телевізійні ЗВІ.
3.1.2. Дисплеї на дискретних елементах.
3.1.3 Координатно-знакові індикатори.
3.2. Принципи побудови знакогенераторів.
3.2.1. Знакогенератори на основі функціонального способу формування знаків.

3.2.2. Принципи апроксимації контурів, знаків.
3.2.3. Растрові методи формування знаків.

3.3. Функціональні вузли управління телевізійних засобів відображення інформації.
3.3.1. Регенерація зображень.
3.3.2. Адресація інформаційних елементів.

3.3.3. Вузли синхронізації.

4. Технічні засоби відображення інформації.

    4.1. Алфавітно-цифрові дисплеї.

4.1.1. Відображення алфавітно-цифрової інформації.

4.1.2. АЦД растрового типу.
4.1.3. АЦД з мікропроцесорним управлінням.

     4.2. Графічні дисплеї з функціональним управлінням.

4.2.1. Призначення і принципи формування графічних зображень.

4.2.2. Графічні дисплеї функціонування типу.

      4.3. Графічні дисплеї растрового типу.

4.3.1. Растрові квазіграфічні дисплеї.

4.3.2. Растрові дисплеї з повнографічними можливостями.

4.3.3. Шляхи розвитку графічних дисплеїв.

5. Програми забезпечення КЗВІ.

    5.1. Загальна характеристика програмного забезпечення забезпечення КЗВІ.

5.1.1. Завдання вимог на проектування КЗВІ.

5.1.2. Принципи проектування ПЗ КЗВІ.

5.1.3. Функції ПЗ і їх розподіл по рівням обробки.

6. Електронні цифрові карти.

    6.1. Застосування електронних цифрових карт в АСУ.

6.1.1. Роль і значення картографічної інформації при прийнятті рішення в АСУ.

6.1.2. ЕЦК – засіб підвищення ефективності діяльності операторів АСУ.

7. Елементи інтерактивної машинної графіки.

    7.1. Інтерактивна машинна графіка, її можливості і перспективи розвитку.

7.1.1. Історія розвитку машинної графіки.

7.1.2. Загальна характеристика технічних і програмних засобів інтерактивної машинної графіки.

7.1.3. Перспективи розвитку ІМГ.

8. Автоматизація проектування комплексів засобів відображення інформації в АСУ.

    8.1. Вдосконалення технології проектування КЗВІ на основі автоматизації трудомістких процесів.

8.1.1. Мережевий графік розробки КЗВІ.

8.1.2. Автоматизація «налагодження» програмного забезпечення КЗВІ.

8.1.3. Автоматизація розробки графічних інформаційних елементів.

    8.2. Інструментальні засоби інтелектуальної підтримки процесів проектування КЗВІ.

8.2.1. Узагальнена структурна схема САПР КЗВІ.

8.2.2. Підсистема автоматизації наукових досліджень.

8.2.3. Методика збору і обробки інформації для синтезу інтелектуальних інформаційних моделей.


1.Роль і місце систем відображення інформації в АСУ

1.1 Характеристика елементів комплексу засобів автоматизації АСУ

1.1.1 Структура комплексу засобів автоматизації та його характеристики.

Задачі АСУ - забезпечувати  своєчасне і якісне виконання операцій по реєстрації, збору, обробки і передачі інформації в процесі управління складними об’єктами .

Комплекси забезпечують автоматизовану реєстрацію і збір інформації, її відображення й оперативне спілкування операторів із системою в процесі  рішення задач.

В процесі рішення задач, виконується функціональній контроль обладнання комплексу, збереження інформації, обмін з віддаленими користувачами.

Структурна схема комплексу засобів АСУ включає в себе (рис.1.1):

  •  Центральний обчислювальний комплекс (ЦОК);
  •  Комплекс засобів передачі даних (КЗПД);
  •  Комплекс засобів відображення інформації (КЗВІ);
  •  Комплекс засобів документування інформації (КСДІ).

Рисунок .1 Структура комплексу засобів автоматизації (КЗА)

Модульна структура комплексу забезпечує більшу його надійність і живучість.

Основні задачі КЗА:

1. Прийом інформації

2. Її накопичення в цифровому вигляді

3. Перетворення інформації в аналогову форму

4. Апаратно-програмну співпрацю абонентів з різнім типом апаратури

5. Контроль передачі інформації

Функції комплексу засобів відображення інформації:

1.Прийом

2.Структурування

3.Відображення

Рисунок 1.2 Структура КЗВІ: а – централізована; б –  автономно  з груповим пристроєм управління; в – з міні ЕОМ якості ГПУ; г – з міні ЕОЕМ в якості ГПУ і мікро ЕОМ в якості контролера.

До засобів відображення інформації колективного користування відносять:

  •  Бігборди
  •  Монітори
  •  Екрани
  •  Великі табло
  •  Мнемонічні схеми

Комплекс засобів документації інформації-призначений для документацій інформації в різних видах. Комплекс функціонує в двох режимах як правило у реальному масштабі часу та у режимі тривалого опрацювання інформації.

1.1.2. Варіанти побудови систем відображення інформації в комплексі АСУ

При ієрархічному методі побудови КЗВІ виділяють чотири структури:

Структура 1.2 а) дозволяє просто організувати взмд оператора з ЦОК.

Структура 1.2 б) поєднує централізоване управління комплексу зі сторони ЦОК із асинхронним управлінням.

Структура 1.2 в)  має такі переваги:

  1.  Розширення функціональних можливостей;
  2.  Можливість обробки інформації і редагування програм;
  3.  Можливість використання пам`яті ЕОМ для збереження інформації .
  4.  Можливість використання єдиної бібліотеки програм.

Структура с міні ЕОМ і мікро- ЕОМ має наступні задачі:

-прийом даних;

- розподіл по засобам відображення;

- обробка даних.

Централізована структура (рис.1.2.а) дає змогу просто організувати взаємодію операторів із центральним ОК і забезпечити мінімальну надмірність технічних засобів для спряження. До недоліків подібних структур варто віднести необхідність наявності високої продуктивності ЦОК, високої надійності засобів опрацювання інформації, великих ємностей пристроїв, що запам’ятовують, великий обсяг алгоритмів і програм спеціального опрацювання інформації для рішення задач відображення, невластивих обчислювальному комплексу АСУ (на практиці до 40 %); складність і високу вартість пристроїв відображення, що обумовлено їхньою повною автономністю.

Автономна структура з ГПУ (див. рис.1.2.б) поєднує централізоване управління комплексом з боку ЦОК із локальним(автономним) управлінням окремими засобами і групами засобів. Це забезпечується за рахунок введення в структуру групового пристрою управління, що дає змогу зменшити загальну протяжність каналів і затрати на організацію мереж зв'язку. До недоліків такої структури варто віднести деяке зниження надійності через необхідність введення ГПУ, збільшення вартості комплексу при зберіганні його вузької спеціалізації, складність і високу вартість групового пристрою управління.

Структура з міні ЕОМ (див. рис.1.2.в) має явні переваги з комплексами розглянутими раніше:

  •  Розширення функціональних можливостей пристроїв відображення за рахунок використання спеціального програмного забезпечення в міні ЕОМ;
  •  Можливість гнучкої модифікації програм редагування інформації і опрацювання інформації в залежності від цільового застосування пристрою відображення;
  •  Можливість використання в окремих випадках пам’яті ЕОМ для зберігання і регенерації зображення;
  •  Можливість використання єдиної бібліотеки програм;

Структура з міні ЕОМ і мікро ЕОМ (див рис. 1.2.г) є розвитком попередньої структури і дає змогу організувати мережу з ЕОМ (основний міні ЕОМ і мікро ЕОМ у складі КЗВІ) із розподілом задач між ними. У цьому випадку на основну міні ЕОМ покладаються задачі прийому потоку даних від ЦОК, розподіл їх по пристроях відображення і попереднього опрацювання даних. На мікро ЕОМ можуть бути покладені задачі прийому потоку даних, його збереження, управління відображення, редагування інформації (масштабування, перерахунку координат і тд.)  

Зсув задач відображення на більш низькі рівні (міні ЕОМ, мікро ЕОМ) дає можливість розвантажити пам'ять центрального ОК і підвищити швидкодію системи.

Основні характеристики локальних мереж табл..№1.1

Характеристика локальних мереж

Кільце

Шина

Зірка

Деревоподібна

Вартість

Низька

Низька

Низька

Вище середнього

Складність управління

Вище середнього

Низька

Вище середнього

Низька

Можливість розширення

Низька

Вище середнього

Нижче середнього

Низька

Можливість настройки для застосування

Нижче

середнього

Висока

Вище

середнього

Дуже висока

Локальні обчислювальні мережі, що найбільш часто використовуються в АСУ, по топологічним ознакам діляться на мережі різноманітної конфігурації (рис 1.3) : довільної, зіркоподібної, шинної, кільцевої.

Рисунок 1.3. Мережі різної конфігурації: а – вільної; б – зіркоподібної; в – шинної; г – кільцевої;

1.2 Основні характеристики систем відображення інформації.

1.2.1.Параметри кінцевих пристроїв відображення інформації.

Різноманіття умов роботи, галузей застосування технічних засобів відображення інформації призводить до того, що для їхньої оцінки використовується велике число параметрів, що визначають інформаційно  – технічні, ергономічні, техніко – економічні і конструктивно – технічні характеристики КЗВІ. При розробці КЗВІ в складі АСУ оцінюють 2 групи параметрів:

1. Параметри що характеризують кінцевий пристрій

2. Системні параметри що характеризують функціонування КЗВІ в складі АСУ.

Параметри другої групи є похідними від параметрів першої групи і, крім того у великому ступені залежать від можливостей засобів КЗВІ і алгоритмі опрацювання інформації, що здійснюють синтез зображення на екранах пристроїв відображення.

Швидкодія характеризує швидкість виведення на інформаційне поле засобів відображення, під яким розуміють конструктивну частину індикатора, де можливе відображення інформації. Швидкодію визначають як інтервал часу з моменту введення інформації до моменту формування зображення. Оскільки регенерація інформації на екранах пристроїв відображення відбувається з заданою частотою, то швидкодія останніх залежить від максимальної кількості знаків, виведених на екран на період регенерації, або максимальної кількості відрізків заданої довжини, або суміші числа знаків і відрізків (ліній).

Точність відтворення характеризую ступінь відповідності відображуваної інформації даним на вході системи. Вимоги, запропоновані до пристроїв відображення, варто вибирати, виходячи з функціонального призначення системи. Точність зчитування інформації значною мірою залежить від оператора і тому вимоги, запропоновані до системи, повинні погоджуватися з конкретною розв’язуваною задачею і можливостями оператора. Точність відображення може бути охарактеризована помилкою положення елементів інформаційної моделі в порівнянні з істинним положення відповідних елементів простору об’єкта на теперішній момент часу [2].

Якщо випадковий процес, що характеризує зміну стану відображуваного об’єкта в часі, представленні x(t) функцією, а інформаційна модель відображає x'(t) процес, то помилка відображення дорівнює модулю різниці:

  δΣ(t)=|x(t)- x'(t)|     (1.1)

Результуюча помилка відображення являє собою адаптивну суміш інструментальної δі(t) і динамічної δд(t) складових. Інструментальна складова визначається помилками формування зображення елементами системи відображення, динамічна – швидкодією елементів КВЗІ.

Результуюча помилка δΣ(t) має числовими характеристиками систематичну δΣ і випадкові σΣ складові:

δΣ= δі + δд , σΣ =  (1.2.)

Динамічна  складова помилки визначається часом запізнювання у відображенні реального процесу: чим менше цей час, тим менше помилка.

Інструментальна помилка пристроїв відображення характеризується спроможністю, що визначається кількістю ліній на 1 мм або мінімальної відстані між елементами зображення.

Роздільна здатність характеризує спроможність пристрою відображення відтворювати дрібні деталі. Вона визначається як максимальне число окремих ділянок на одиницю довжини або поверхні екрана, що мають достатній для їхнього сприйняття контраст. Кількісно вона оцінюється числом пар на 1 мм або 1 см або мінімально можливою шириною лінії на екрані. Вимоги до роздільної здатності пристрою відображення визначається роздільною спроможністю зору людини. Остання складно пов’язана з яскравістю, контрастом, тривалістю впливу стимулу. Завищення цих вимог не доцільно ні  з технічної, ні з психологічної точок зору, так само як і зниження роздільної спроможності, що обмежує можливості відтворення великих обсягів інформації

Надійність функціонування функціонування пристроїв характеризує можливості пристрою використовувати задані функції, зберігаючі основні параметри системи в заданих метах в часі. У якості кількісних характеристик використовують ймовірність безвідмовної роботи, інтенсивність відмов, середній час безвідмовної роботи, середній час відтворення елементів, частоту відмов і тд.

Кількісна оцінка надійності функціонування КЗВІ в цілому повинна визначатися з урахуванням надійності функціонування інших елементів і діяльності людини – оператора. При оцінці надійності повинні враховуватися фактори середовища діяльності оператора, його стан і рівень фахової підготовленості, працездатність в екстремальних умовах і тд.

До світлотехнічних параметрів відносять яскравість зображення, контрастність і кольоровість.

Яскравість відображуваних даних визначає можливість розміщення візуальної частини пристрою відображення в помешканні з нормальним зовнішнім освітленням. Частковий показник пристрою відображення:

ηв=   (1.3)

де Воб і Втр – яскравості елементів графічної інформаційної моделі відповідно забезпечувані візуальною частиною пристрою відображення і необхідно з боку зорового аналізатора людини – оператора.

Відповідно до закону Тальбота яскравість елементів

    (1.4)

Це вираження справедливо тільки за умови:

    (1.5)

Де  - критична частота мерехтінь.

Для пристроїв відображення з візуальною частиною, що виконується на ЕПТ

 (1.6)

Де ,,- відповідно закон зміни яскравості підчас розгортання люмінофора, насичення і після світіння. Важливість аналізованого часткового показника не рідко змушує розробників пристроїв відображення забезпечувати його значення рівним 1 (ηу=1) за рахунок погіршення інших параметрів: збільшення тривалості імпульсів підсвіту, що зменшує обсяг відображуваної інформації, розміщення візуальної частини пристроїв відображення в затемненому помешкані з усіма витікаючими звідси наслідками.

Контраст визначається як відношення різниці яскравості зображення В3 і фона Вф до яскравості фона або зображення.

Кольоровість використовується при кодуванні інформації. Завдяки кольоровому кодуванню підвищується швидкість пошуку, переробки і аналізу зорової інформації, що дозволяє збільшити об'єм відображуваної інформації або при зміненому обсязі поліпшити якість роботи оператора.

У пристроях відображення, як правило, використовується дискретна кількість кольорів. Якщо позначити через NЦВ.об і NЦВ.ТР забезпечувана і необхідна кількість кольорів, у яких повинні відображуватися окремі елементи графічних інформаційних моделей передбачених в АСУ конкретного призначення, то частковий показник за цією ознакою

ηцв=   (1.7)

Тому для пристроїв відображення АСУ, у яких прагнуть виконати по колірному кодуванню інформації, необхідно забезпечити виконання умови ηцв =1

Частота повторення зображення. Динамічність даних в АСУ обумовлює необхідність постійного їхнього відтворення на візуальній частині відображення з критичною частотою мерехтінь. Не виконання цієї умови викликає мерехтіння відображуваних символів. Не задовільний розподіл яскравості в полі зору оператора не тільки може позначитися на погіршенні його працездатності але і викликати не відновні порушення функцій його здорового аналізатора. Це пояснюється тим що найбільше подразнення  зорового аналізатора викликають світлові сигнали в моменти їхнього включення і вимикання. Крім того, що з’являється в момент відтворення сигналу яскравий спалах на фоні менше яскравої інформації моделі відриває увагу оператора.

Відповідно до закону Тальбота (1.4) світлі спалахи на екрані пристрою відображення спостерігаються з деякою постійною яскравістю, якщо вони повторюються з частотою, рівною або більшою критичної . Значення критичної частоти  повинні бути не менше 40Гц. Проте вибирати критичну частоту занадто велику не можна, тому що вона обмежує кількість інформацію. Якщо графічна інформаційна модель складається з формулярів, таблиць і графічних елементів, то сумарний час відображення перераховуваних видів інформації повинна задовольняти наступній умові:

ТфТге<Т; при Т=1/ʄ кр   (1.8)

З цього виразу випливає, що Nф NТ і NГЕ обмежуються величиною критичної частоти, що свідчить про обмеження кількості інформації, відтвореної на візуальній частині пристроїв відображення.

Алфавіт символів у відображуваних графічних інформаційних моделях ділиться в загальному випадку на чотири класи:

клас букв, у який входять “кирилиця” та латинські букви алфавіту (рядкові і прописні);

клас цифр, до якого входять 10 символів;

клас функціональних символів, що включає 10... 15 знаків: +, -,:, ? тощо;

клас спеціальних символів, до якого включаються умовні позначення об'єктів (літаки, човни чи другі елементи групування і т.п.).

З перерахованих вище символів можуть формуватися спеціальні інформаційні елементи названі формулярами, що містять детальні зведення про характеристики об'єктів і зв’язки між ними. Формуляри можуть бути скороченими (від 1 до 4-х знаків) і повними (до 12 знаків і більш). Результати ергономічних досліджень показують, що оптимальна кількість знаків у формулярі не більше восьми. З метою зменшення кількості символів у формулярах і посилення їх образотворчих властивостей необхідно використовувати кодування відображуваних елементів у графічних інформаційних моделях кольором, розмірами й орієнтацією.

Орієнтація умовних позначень об'єктів дає змогу забезпечити не тільки наочність відтворених на візуальній частині пристроїв відображення АСУ графічних моделей, але й усунути надмірність формулярів по складу і зменшити площу, що займається кожним формуляром, що зменшує мо:кдивість їхнього взаємного накладання.

Початкова точка (середина знака) умовного позначення об'єкта на карті повинна збігатися з точкою, координати якої при прийнятому масштабі визначають істинне положення відображуваного об'єкта.

На закінчення розглянемо способи кодування графічної інформації і її окремих елементів (табл, 1.2).

Спосіб кодування (представлення) зорової інформації

Приблизна кількість градацій

Представлення зорової інформації

Формою символів:

- буквено-цифрових

50

1, 3, А, ∂,ψ , а

- математичних

15

+,-, х, ϵ, ʃ

- абстрактних

8...16

Кольором

3...10

Розміром

3...5

■▪▫

Типом ліній

4...5

•. — •

Товщиною ліній

2...3

  _____ _______

Кількістю точок

5...6

      ….. .. …. ….. ..

Яскравістю

2..А

Частотою мерехтіння

1...4

Сполученням букв, цифр і умовних позначень об'єктів

Практично

необмежено

Різновид, склад і номенклатура відтворених символів визначає контурні, тіньові, напівтіньові, штрихові, штрих-пунктирні й інші форми їхнього креслення, а також обсяг відображуваного алфавіту. Чим більший арсенал зображуваних засобів, тим більше можливостей у розроблювача КЗВІ для синтезу оптимальних із погляду оператора інформаційних моделей.

1.2.2.Параметри комплексів засобів відображення інформації

Кінцеві пристрої відображення інформації є невід'ємними компонентами КЗВІ і, безумовно, їх параметри впливають на характеристики системи в цілому, проте варто розглядати їх як одну з важливих складових ефективності КЗВІ. Іншими важливими компонентами, що роблять вплив на ефективність КЗВІ, є діяльність операторів, інформаційні моделі, ресурси обчислювальних засобів (по обсягу пам'яті і продуктивності); використовувані математичні моделі і т.д. Ефективність КЗВІ варто оцінювати з урахуванням включення в контур управління людини-оператора, що взаємодіє із системою шляхом видачі пультових команд функціональним алгоритмам АСУ, і використання в процесі управління інформації, що видається на засоби інформації.

Найбільш важливими часовими параметрами КЗВІ є час відновлення Тв інформації на пристроях відображення, час реакції системи на запит оператора tз, і час циклу управління tц.

Час відновлення інформації Тв — час між зміною зображень на пристрої відображення. Він залежить від темпу відновлення даних, що готуються функціональними алгоритмами АСУ для алгоритму відображення інформації'. Практично при зміні даних у системі повинно слідувати відновлення інформаційної моделі на пристрої відображення з затримкою, що не перевищує допустиму.

Час реакції на запит tз визначається як інтервал часу з моменту надходження запиту до моменту відображення на пристрої відповідної реакції ЦОК. Воно залежить від довжини черги запитів на відображення, пріоритетів окремих запитів, обраної дисципліни організації обчислювального процесу в КЗВІ.

Час циклу управління t складається з наступних складових:

tц=tвияв+tпк+tз+tан+tпр+tвв (1.11)

де tвияв — час виявлення ситуації (задачі), що потребує втручання оператора в процес управління;

tпк — час, що затрачається на введення пультової команди;

tз — час реакції системи на запит;

tан — час аналізу ситуації, що складається;

tпр — час, то затрачeється оператором на прийняття рішення;

tвв — час введення керуючого впливу в ЦОК.

У окремому випадку, коли при виявленні ситуації є достатня інформація на пристрої відображення для ухвалення рішення, час циклу управління скорочується

tц=tвияв+ tан+tпр+tвв (2-13)

Тимчасові складові tвияв, tан, tпр залежать від якості інформаційної моделі; tз - від швидкості реакції обчислювальних засобів КЗВІ на запит; tпк і tвв - від характеристик пульта управління і способів кодування команд.

1.2.3. Критерії оцінки КЗВІ

Для оцінки ефективності КЗВІ впливає порядок включення оператора й ЕОМ у цикл опрацювання інформації. Можливі два варіанти включення оператора: послідовне включення з ЕОМ, що властиве системам із низьким рівнем автоматизації; і рівнобіжне включення з ЕОМ, що характерно для систем із високим рівнем автоматизації.

При послідовному включенні оператора можливість виконання задачі системою визначається відношення

РsМоп/м (1.13)

При рівнобіжному включенні

РsМ+(1- РМ )Роп (1.14)

де Рм — можливість безпомилкової роботи ЕОМ; Роп/м — можливість безпомилкової роботи оператора за умови, що ЕОМ функціонує правильно; Роп — можливість того, що оператор правильно і своєчасно виправив помилку ЕОМ.

Роздивимося критерії ефективності КЗВІ для систем із високим рівнем автоматизації. Нехай при безпомилковій роботі ЕОМ критерій ефективності системи дорівнює Wм а при включенні в цикл управління оператора — Wоп. Тоді ефективність системи визначається співвідношенням

WМWМ+(1-РмопWоп (1.15)

Другий доданок характеризує збільшення ефективності системи за рахунок дій оператора, що використовує засіб відображення:

ΔW=(1-Рм) РопWоп (1.16)

Відносний критерій може бути розрахований за формулою

 Q(1) s = ΔW/ Wм*100% (1.17)

Для порівняння реального КЗВІ з ідеальним, що забезпечує максимальне використання можливостей оператора по підвищенню ефективності системи, уведемо критерій вигляду:

Q(2) s = ΔW/ Wм*100% (1.18)

де ΔWід=(1-Рм) Wоп

Основними критеріями роботи комплексу є час, точність і надійність (безпомилковість) виконання функцій оператором.

При рівнобіжному включенні оператора й ЕОМ у сучасних системах управління зв'язок критеріїв ефективності системи з ергономічними критеріями має більш складний опосередкований характер. Для встановлення цього взаємозв'язку попередньо зробимо загальне припущення про те, що дії оператора при вирішенні конфліктних ситуацій сприяють підвищенню ефективності системи в тому ступені, у якому вони є своєчасними і правильними.

Тоді в загальному вигляді ефективність комплексу залежить від можливості своєчасного і правильного вирішення виникаючих задач:

W=F(P1,…,Pj,…,Pm)        (1.19)

де Рj— можливість своєчасного і правильного вирішення J-ї задачі.

Розклавши функцію в ряд Маклорена і обмежившись лише першими членами ряду, отримаємо

(1.20)

де W0= Р(0,...,0) — ефективність комплексу при відсутності оператора в процесі

управління;

  — коефіцієнт важливості j-ої задачі.

Об'єднавши однотипні задачі в групи, отримаємо нормований узагальнений критерій

    (1.21)

де Cj коефіцієнт важливості (визначається експертним шляхом);

λj-відносна частота виникнення j-ї задачі;

Pj-можливість своєчасного і правильного вирішення.

Якість вирішення j-ї задачі визначається можливістю правильного Р$ і своєчасного Р, вирішення, що, у свою чергу, залежить від часу т, точності а і надійності Р.

Q(3)R =Pj=Pt*Pδ(σ,P,τ=t) (1.22)

Тимчасові, точносні і надійнісні характеристики у свою чергу залежать від параметрів інформаційної моделі.

2.ПРИНЦИПИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ

2.1. Класифікація пристроїв відображення інформації.

2.1.1.Класифікація технічних засобів відображення інформації

У зв’язку з великою різноманітністю використовуваних інформаційних моделей при реалізації операторами функцій управління розроблена велика кількість засобів відображення інформації, що відрізняється по фізичних принципах, засобах формування зображення, характеру зв'язку з оператором і т.д. Розглянемо схему класифікації пристроїв відображення графічної інформації.

За типом графічної інформації, що відображається можна виділити пристрої відображення, які забезпечують формування графічних образів, квазіграфічних і складних зображень. Умовні графічні образи використовуються для візуалізації явищ, що часто зустрічаються.

У сучасних дисплеях часто вводяться найпростіші графічні примітиви: лінії, ламані, дуги тощо. Такі ПВ(пристрої відображення) називають квазіграфічними (або псевдографічними).

Засоби відображенім складної графічної інформації є найбільш універсальними.

За ступенем програмування розрізняють непрограмуємі ПВ з функціями програмування і пристрої з можливістю програмної обробки графіки.

За характером зв’язку з оператором насамперед варто виділити ПВ інформуючого типу, що орієнтовані на односторонній обмін інформації від засобів обробки в ПВ й уявлення її людині-оператору.

Запитально-довідкові ПВ передбачають двосторонній обмін інформації в ланці людина - ПВ по заздалегідь визначеному запиту. Удосконалення цих засобів призвело до створення діалогових систем

За характером використання розрізняють ПВ індивідуального і колективного користування. У якості індивідуальних засобів відображення використовуються екранні пульти, термінали, дисплеї, реалізовані на електронно-променевих трубках (ЕПТ), матричних екранах, дискретних елементах індикації.

За допомогою ПВ колективного користування відображаються інтегральні інформаційні моделі, що дають представлення операторам про обстановку або хід процесу в цілому. У якості елементів візуалізації використовуються великі екрани, табло, мнемосхеми.

2.1.2.Класифікація фізичних принципів відображення інформації.

Фізичні принципи, покладені в основу створення сучасних засобів індикації, дуже різноманітні.

Рис.2.1

Розрізняють два основних класи індикаторних елементів:

що випромінюють світло і ті, що модулюють світло.

Пристрої відображення інформації відрізняються великою розмаїтістю фізичних принципів, закладених в основу їх роботи. В міру розвитку уже відомих принципів відображення і появи нових удосконалюються характеристики існуючих пристроїв відображення, підвищуються їх ергономічні Н властивості, розширюється область застосування. Розрізняють два основних класи індикаторних елементів: що випромінюють світло і ті, що модулюють світло, тобто зміннюють параметри середовища, через яке воно проходить 11].

Кінескопи на люмінофорах або електронно-променеві трубки (ЕГГТ) є найбільш відомими і широко застосовуваними індикаторними пристроями, що відрізняються як за конструкцією так і за характеристиками випромінювання. Загальними для них є наявність керованого електронного променя, що генерується з катода впливаючи на люмінесцентний екран, та представлення вихідної інформації у вигляді світлового поля. ЕПТ підрозділяють на прилади з чорно-білим і кольоровим зображенням, із магнітними й електростатичними системами, що відхиляють, однопроменеві і багатопроменеві, спеціальні тощо.

У електролюмінесцентних індикаторах (ЕЛІ) світіння ділянок люмінофора забезпечується прикладеним електричним полем. Напруженість поля визначає яскравість світіння елемента, а хімічний склад люмінофора - його колір. Розрізняють ЕЛІ за типом люмінофора (порошкового або плівкового), та за видом керуючої напруги - постійної або змінної.

Явище люмінесценції використовується також у світловипромінювальних діодах (СВД), що представляють собою твердотільні напівпровідникові прилади з р-n-переходом, у яких реалізується так звана інжекційна люмінесценція. Добір відповідних матеріалів напівпровідника і домішок дає змогу створити різноманітні типи СВД, що випромінюють в оптичному діапазоні при порівняно невисоких прикладених напругах.

Світіння в газорозрядних індикаторах (ГРІ) засновано на використанні явища електричного розряду в іонізованому газі. Світіння збуджується як постійною, так і змінною напругою. Колір світіння визначається використовуваним газом: неоном, аргоном або їхніми сумішами. Найбільше поширення одержали ГРІ матричного типу. Їх ще називають плазмені панелі. Властивістю  ГРІ є необхідність порівняно високих робочих напруг (150-200В).

Серед елементів, що не мають власного світіння, а модулюють світло зовнішнього джерела, найбільше відомі рідко-кристалічні індикатори (РКІ). Рідкі кристали являють середовище з витягнутими молекулами, що можуть одночасно орієнтуватися або паралельно, або перпендикулярно напрямку світлового потоку. У першому випадку середовище є прозорим, у другому - коефіцієнт пропускання світла різко зменшується н елемент стає видимим. Зміна орієнтації молекул забезпечується прикладанням незначної напруги.

Електрохімічні індикатори засновані на принципі переносу заряджених часток між плоскими електродами в електроліті. Керовані прикладеною напругою процеси окислювання і відновлення змінюють ступінь поглинання світла, роблячи елемент прозорим або видимим. Відносно невисока швидкість зміни відображуваної інформації (десятки мілісекунд) обмежує область застосування електрохімічних індикаторів.

Певне поширення одержали індикатори, засновані на принципі механічного переміщення елементів різноманітних конструкцій. Вони використовуються у різноманітних довідкових табло. Вдалими є дисплеї на базі кульок, що обертаються (гирконів), керованих електростатичним або електромагнітним полем. Одна півкуля їх зафарбована, що дає змогу будувати різноманітні зображення матричного типу. Енергію такі елементи споживають лише під час переключення, тому що при відсутності впливу кульки зберігають свою останню орієнтацію.

2.1.3Принципи управління синтезом інформаційних елементів

Формування зображення інформаційних моделей(ІМ),що описують стан і умови функціонування об'єктів і систем управління, на екранах пристроїв відображення здійснюється різноманітними методами.

Це обумовлено розходженням елементної структури ІМ, конструктивними особливостями використовуваних екранів, ЕПТ і елементів індикації і т.п.

Проте при аналізі і синтезі структур сучасних пристроїв відображення (ПВ) можна використовувати єдиний підхід до опису процесів формування зображень.

В даний час застосовуються такі методи формування елементів ІМ у графічній формі і растровій, функціональний, профілюючий, метод фігур і відрізків, фігур Ліссажу, комбіновані.

При растровому скануванні положення кожного дискретного елемента зображення суворо фіксоване. Напруги відхиленя, (для ЕПТ) мають або східчасту, або пилоподібну форму (див. рис.2.2) і можуть формуватися за допомогою структури: лічильник номера елемента рядка, лічильник номера рядка.

Метод малоформатного растра (рис.2.3) передбачає сканування променя або підсвічування дискретних елементів у межах одного знакомісця При візуалізації буквено-цифрових або псевдографічних символів використовуються спеціальні блоки формування дисплейних сегментів (символів, векторів, дуг).

Рис.2.2. Візуалізація контуру вільної форми: а - метод повно- форматного дискретного растра; б - стандартний телевізійний растр; в- часові діаграми

Рис.2.3.Візуалізація псевдографічного символу методом малоформатного регулярного растра (5*7):

а – дискретно-скануючого ;б – безперервно-скануючого; в - часові діаграми

При функціональному методі робочий контур переміщення променя ЕПТ або лазера є індивідуальним для кожного графічного примітива . Утворююча будь-якого контурного символу являє собою деяку криву, яку можна описати в прямокутній системі

У сучасник ПВ графічної (і знакової) інформації широке поширення одержала апроксимація інтервалів прямолінійними і криволінійними відрізками рівної і змінної довжини. Незалежно від складності контр або крива будуються на умовній прямокутній сітці - матриці. Можливі два принципово різноманітних засоби послідовного виведення променя у всі точки апроксимуючого контуру символу при відображенні. При першому - промінь послідовно (дискретно) переміщається по найкоротшому шляху з однієї точки апроксимуючого контуру в іншу(рис.2.4.а).

Для безупинного переміщення променя ЕПТ по апроксимуючому контуру символу кусочно-лінійної структури необхідно сформувати складні сигнали відхилення, що забезпечують прямолінійне переміщення променя одиничної або довільної довжини (див. рис. 2.46). Часові діаграми і структури слів збереження інформації подані на рис. 2.4.

Рис.2.4.Функціональний метод формування зображення символів: а – ступінчастий;

б – кусково-прямолінійний

2.2.Елеістронно-променеві індикатори

2.2.1.Монохромні електронно-променеві трубки

Перші пристрої на ЕПТ для виведення даних з ЕОМ з'явилися в 50-х роках і з тих пір вони залишаються головним способом оперативної взаємодії людини з ЕОМ.

Робота ЕПТ заснована на створенні керованого сфокусованого пучка електронів, що впливає на покритий люмінофорною речовиною екран і викликає світіння окремих його ділянок.

Монохромні ЕПТ мають електростатичне фокусування й електромагнітне відхилення променя (рис. 2.5). Усередині циліндра вбудований набір електродів (модулятор, прискорюючий електрод, фокусуючий електрод), на поверхні розташована пара котушок відхиляючих котушок. Всередині є катод покритий оксидною плівкою, що випромінює електрони при підвищенні його температури за допомогою нагрівання нитки розжарення.

Рис.2.5 Вивільнюючись, електрони мають деяку початкову швидкість

                    (2.10)

де К – постійна больцмана (1.38*10-13);

Т- абсолютна температура Кельвіна;

m- маса електронів (9,1*10-31кг).

Модулятор (М) – управляючий електрод,  у виді циліндра з торцевим отвором, має потенціал негативний щодо катода, тому через нього пролітають лише електрони, що потрапляють в отвір. Цим створюється ніби точкове джерело електронів. Керуючи потенціалом на модуляторі, можна регулювати інтенсивність пучка.

Електрони, що потрапляють наприкінці свого шляху на внутрішню поверхню екрана із люмінофорним покриттям, повинні мати достатню енергію для збудження люмінофора. Пляма, що світиться повинна бути можливо меншого розміру, щоб забезпечити гарну роздільнуу здатність зображення.

Електронний промінь, що проходить у середовищі з деяким потенціалом φ1 під кутом α1 попадаючи на кордон середовища з потенціалом φ2, змінює свій напрямок, розповсюджуючись далі під кутом α1. Таким чином, відбувається заломлення електронного променя, що підкоряється рівнянню, аналогічному рівнянню :

(3.11)

де  - електронний аналог показника заломлення середовища.

За допомогою певної конфігурації електродів і добору їхніх потенціалів можна здійснювати різноманітні електронно-оптичні ефекти: фокусування променя, розсіювання, відбиток і т.д.

Прискорюючий (ПЕ) і фокусуючий (ФЕ) електроди утворюють систему двох електронних лінз – катодної і фокусуючої. Хід променів у кінескопі спрощено показано на рис. 2.6.

Перша лінза забезпечує фокусуючи дію між модулятором і першим прискорюючим електродом, друга лінза, утворена фокусуючим електродом і тд.

Рис.2.6 Хід електронного променя в кінескопі: М – модулятор; ПЛ – електронна лампа попереднього фокусування; ФЛ – головна лінза фокусування; Е – екран.

другим прискорюючим електродом, забезпечує максимальне сходженне променя на поверхні екрана. Фокусуючий електрод розташований між двома половинами прискорюючого, завдяки чому зміни потенціалу на ньому не впливають на роботу модулятора. Це дозволяє здійснювати фокусування променя без зміни яскравості. Діаметр променя в точці перетинання ним екрана визначається

de=d0                (2.12)

де d0 - діаметр променя в місці першого сходження;

U пе - напруга на прискорюючому електроді.

U фе – напруга на фокусуючому лектродію

Систему електродів на першій ділянці ЕПТ, що забезпечує формування і посилення променя, іноді називають електронною гарматою.

У деяких кінескопах використовуються електромагнітне фокусування променя за допомогою котушки, що розміщена на горловині трубки. Дія магнітного поля на електрони, що рухаються, полягає в тому, що останні завжди прагнуть рухатися уздовж магнітної силової лінії, що проходить по осі трубки. Електрони, що відхиляються від осі, переміщуючись по спіралі, повертаються у вихідне положення й у результаті сходяться в одній точці екрана. Фокусування досягається за допомогою управління струмом, що проходить через котушку.

На другій ділянці кінескопа розміщена відхиляюча система, що діє в безупинній зміні прямолінійного шляху електронів і адресації його на екран. Використовуватися як електростатичне поле, так і магнітне. Для створення електростатичного поля усередині трубки встановлюються дві пари електродів, що відхиляють промінь у взаємно перпендикулярних напрямках.

При електромагнітному відхиленні на ділянці прямування електронного пучка прикладається магнітне поле, що збуджується двома парами котушок. Одна пара котушок, що відхиляють, відхиляє  промінь у горизонтальному напрямку, інша - відхиляє промінь у вертикальному напрямку. Електрон, що потрапляє в магнітне поле, починає рухатися по дузі і покидає ділянку відхилення під деяким кутом до напрямку початкового прямування. Кут відхилення α може бути визначений

       (2.13)

де В - напруженість магнітного поля;

І - довжина відхилення, на якому діє поле;

к – константа,рівна половині відношення маси електрона до його заряду(3*109);

U а - прискорююча напруга.

Як очевидно з формули (3.13), для того самого відхилення при збільшенні швидкості прямування електронів напруженість магнітного поля повинна підвищуватися пропорційно квадратному кореню прискорюючого потенціалу. І (о дає змогу обійтися порівняно невеликим струмом в котушках при достатній яскравості плями. Відзначимо, проте, що електромагнітні системи, що відхиляють, забезпечують обмежену швидкість зміни напрямку променя. В основному це пов'язано з реактивними параметрами котушок. Для збільшення швидкодії необхідно зменшувати кількість їхніх витків і відповідно збільшувати струм. Управління великим струмом достатньо високої частоти з необхідною точністю, є складною задачею, що доводиться вирішувати, наприклад, при проектуванні дисплеїв функціонального типу (із Х-У- адресацією). У той же час і іри створенні растрових дисплеїв, із розгоргкою типу телевізійної, вимоги до систем, що відхиляють, значно нижче. Важливим позитивним чинником електромагнітного способу є його малий вплив на фокусування променя, тому що на ділянці відхилення швидкість електронів практично не змінюється. Це особливо важливо при створенні дисплеїв із високою роздільною здатністю.

Екран ЕПТ покритий шаром люмінофора. На ньому створюється зображення з необхідною яскравістю, часом післясвітіння і кольором. Причиною світіння є передача енергії від прискорених електронів променя електронам, пов'язаним із кристалом люмінофора. У результаті останні переходять у збуджений стан. При їхньому поверненні в нормальний стан надлишкова енергія виділяється у виді світла. Цей фізичний ефект називають катодною люмінесценцією. Люмінофори складаються із суміші солей кальцію, кадмію, цинку і деяких інших елементів. Найбільше застосування знайшли сульфіди цинку і цинк-кадмію, активовані сріблом і міддю. Шляхом зміни складу компонентів можна одержати широкий спектр кольорів. Час післясвітіння також залежить від складу вхідних у люмінофор компонентів. У звичайних телевізійних трубках час післясвітіння складає кілька десятків мілісекунд.

Час післясвітіння екрана, тобто час, необхідний для спадання яскравості світіння від номінальної до початкової після припинення дії електронного променя, також залежить від складу вхідних у люмінофор компонентів і може знаходитися в діапазоні від кількох мікросекунд до десятків секунд. Загасання снітіння відбувається приблизно по експоненціальному закону. Вибір типу люмінофора по цьому параметрі визначається частотою образів, що спостерігаються. Для кожного люмінофора може бути певна та мінімальна частота регенерації зображення, при якій око не сприймає мерехтіння. Очевидно, що ця частота обернено пропорційна часу післясвітіння. Проте якщо частота зміни образів достатньо велика, то надлишкове післясвітіння буде викликати «змазаність» зображення. У звичайних телевізійних трубках час післясвітіння складає кілька десятків міллісекунд.

Іншим важливим фізичним явищем, що повинно враховуватися при використанні ЕПТ, є вторинна емісія. Вона полягає в вибиванні вторинних електронів із матеріалу люмінофора при впливі на нього пучка первинних електронів. В міру збільшення інтенсивності пучка їх емітованих вторинних електронів зростає і при певному рівні енергії світіння люмінофора не збільшується. Таким чином, існує поріг максимальної яскравості світлової плями на екрані, вище якого вона не змінюється зі збільшенням потенціалу прискорюючого електрода. Для відводу вторинних електронів на внутрішню поверхню конуса трубки наносять шар графіту, що знаходиться шд позитивним потенціалом.

2.2.2.Кольорові електронно-променеві трубки

Відомо кілька різноманітних конструкцій кольорових ЕПТ, проте найбільш вдалою і поширеною виявилася ЕПТ із тіньовою маскою, у якій застосований метод діафрагмування електронного променя. Маска поміщена між трьома електронними пучками і трибарвним люмінофором екрана. Вона перешкоджає влученню кожного променя на ділянки люмінофора не відповідного йому кольору. Екран виготовлено у вигляді множини крапкових тріад, що містять по одній точці на кожен з основних кольорів - червоний, зелений і синій, або з тонких вертикальних смужок. Останній спосіб став у даний час основним, тому що забезпечує кращі експлуатаційні характеристики трубок.

На рис. 3.7 схематично показано розташування електродів, маски й екрана в кольоровий ЕПТ з так званим компланарним розташуванням гармат В принципі кожна з них не відрізняється від гармат, що використовуються у монохромних ЕПТ, здійснюючи генерацію, фокусування і прискорення променя.

Рис. 2.7. Розташування електродів, маски і екрану в кольоровій ЕПТ з компланарним розташуванням гармат (Ч, З, С - червоний, зелений, синій кольори)

Всередині трубки гармати зорієнтовані таким чином, що їх промені, розповсюджуючись в одній площині під деяким кутом один до одного і проходячи через будь-який з отворів у масці, потрапляють кожний на смужку люмінофора тільки певного кольору. Кольорові плями, збуджувані променем, завдяки близькому розташуванню, сприймаються оком як одна пляма деякого довільного кольору. Цей колір залежить від пропорцій основних кольорів і може бути яким завгодно в області видимого спектра. Пропорції можна змінювати.

керуючи напругою модулятора незалежно в кожній із гармат. Відхилення всіх трьох променів здійснюється за допомогою загальної обмотки, розмішеної на горловині трубки.

Кольорові ЕПТ значно складніші у виготовленні, ніж монохромні.

Технічні дані деяких масочних кольорових ЕПТ, використовуваних у засобах відображення, приведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Діагональ екрана, см.

25

30

36

40

51

67

Кут відхилення променя, град.

26

26

90

90

90

90

Крок тіньової маски, мм.

0,27

0,30

0,31

0,31

0,31

0,35

Роздільна здатність:

- по вертикалі

440

520

750

814

937

1024

- по горизонталі

570

250

820

890

1024

1120

Складність конструкції тригарматних ЕПТ призвела до пошуків інших методів реалізації кольорових зображень на екрані. Найбільшу популярність одержали два типи трубок, так звані трінітрон і елмітрон. У ЕПТ типу “грінітрон" всі електронні промені генеруються за допомогою однієї гармати. Нона має три незалежних катоди і модулятора: два бічних і один центральний. Іїічні промені відхиляються електронними призмами так, що забезпечується перетинання їх у центрі загальної електронної лінзи, що здійснює фокусування променів. У трінітроні також використовується щілинна маска, проте вдасться одержати зображення більшої яскравості.

Кольорові трубки типу емітрон у яких маски не використовуються, а колір світіння люмінофора залежить від глибини проникнення електронного променя і отже, від енергії останього. Екран емітрона покритий двома шарами люмінофора, кожний з яких має свій колір світіння. При підвищенні напруги промінь проникає глибше і виникає світіння дрігого люмінофора. Як і в монохромних ЕПТ, роздільна здатність тут в основному визначається розмірами світлої плями і може бути забезпечена достатньо високою. У зв’язку з цим використовуються в техніці відображення, коли необхідно  одержати високу роздільну здатність при обмеженому.

2.2.3.Запам 'япювуючі електронно-променеві трубки

Електронно-променеві трубки запам'ятовування, або ЕГГГ «прямого бачення», використовуються для перетворення однократно подаваних на систему сигналів, що відхиляє, у видиме зображення, що зберігається на екрані протягом тривалого часу. У таких трубках керований електричний пучок не впливає безпосередньо на люмінофор екрана, що має невеликий час ніслясвітіння, а створює потенційний рельєф зображення на спеціальній плоскій міщені, яка розташована всередині трубки.

Поверхня, що запам’ятовує (рис.2.8.) складається з тонкої металевої сітки, на якій з боку екрана обкладений шаром діелектрика. Усередині колбі розміщені дві електронні гармати : що записує (ЗГ), що формує, що модулює і що адресується системою, що відхиляє, високоенергетичний пучок електронів, і що відтворює (ВГ), у якій створюється інтенсивний розбіжний потік електронів із невисокою енергією. Спеціальні кільцеві електроди (КЕ), розташовані на стінках трубки і знаходяться під певним потенціалом, створюють електростатичне поле, завдяки якому повільні електрони рухаються перпендикулярно до мішені, рівномірно розподіляючись по її поверхні.

Рис.2.8.Схематичне зображення конструкції трубки, що запам’ятовує

Цикли запису інформації та її відображення на екрані розділені в часі. При початковому вмиканні ЕПТ електрони від трубки відтворення, попадаючи на мішень, за невеликий час установлюють на ній потенціал, рівний потенціалу катода. Це пов'язано з тим, що при малій швидкості потоку, що опромінює, коефіцієнт вторинної емісії менше одиниці, тобто поверхня, що запам'ятовує, випромінює менше електронів, ніж одержує. Гармата, що записує, працює так само, як і в звичайній трубці, створює прискорений вузький пучок електронів, енергія яких забезпечує вторинну емісію з коефіцієнтом, значно більшим одиниці. Тому в міру прямування променя ділянки мішені заряджаються позитивно до різних рівнів відповідно до енергії модулюючого променя. Отриманий на поверхні мішені «потенційний рельєф», що відповідає відображуваної інформації, зберігається тривалий час (зазвичай 10-15 хв.) і забезпечує різноманітні умови для проходження у бік екрана повільних електронів, що генеруються відтворюючою гарматою.

Ті частини сітки, що залишилися зарядженими негативно, відштовхують електрони, через позитивні ж ділянки вони проходять вільніше і потрапляють на люмінофор. Енергія минущих за мішень електронів збільшується за рахунок високого позитивного (відносно катода) потенціалу, подаваного на алюміновану поверхню екрана, що забезпечує необхідну яскравість зображення.

Тому що електрони від відтворюючої гармати мають малу енергію, вони незначно впливають на накопичувальну поверхню, що дає змогу достатньо довго зберігати незмінним розподіл зарядів на ній. Для зняття зарядів достатньо на короткий час подати на сітку' позитивний імпульс. Електрони від відтворюючої гармати кинуться до мішені, знижуючи її потенціал до напруги катода і вирівнюючи «рельєф». Зображення при цьому стирається і трубка готова до нового циклу запису.

Основною перевагою ЕПТ запам’ятовування є простота індикаторів, що утворюються на їхній базі (немає необхідності у вузлах регенерації зображення), відсутність мерехтіння і високої яскравості. Роздільна здатність екрана у них також достатньо висока і визначається розміром і кількістю отворів у сітці мішені. Недоліком індикаторів на ЕПТ запам’ятовування, який обмежує їх використання в багатьох областях, є неможливість виборчого стирання інформації, а отже, інтерактивного режиму' роботи з ЕОМ. Застосовуються вони в основному в якості пристрою виведення графічних даних із машини й у радіолокаційних системах.

      2.3. Дискретні індикатори.

2.3.1. Класифікація і визначення.

Під дискретним індикатором розуміють прилад, інформаційне поле якого складається з окремих фіксованих у просторі елементів відображення (ЕВ), і зображення створюється одним ЕВ або їхньою сукупністю. Кожний ЕВ являє собою неподільну конструкцію керовану ззовні.

У основу класифікації покладемо дві групи ознак:

  1.  Призначення, що задається формою, розташуванням і числом ЕВ
  2.  Фізичні процеси, що визначаються дією приладу

По призначенню розрізняють:

  •  Мнемосхеми;
  •  Фіксовані написи;
  •  Однорозрядні буквенно-цифрові індикатори;
  •  Багаторозрядні буквенно-цифрові індикатори;
  •  Індикатори-модулі;
  •  Екранні індикатори;
  •  Шкальні індикатори;
  •  Цифроаналогічні індикатори;

За принципом дії індикатори діляться на дві основні групи: активні, у яких електрична енергія безпосередньо перетвориться у світло, і пасивні, що тільки модулюють зовнішній світловий потік. Основними перевагами активних індикаторів є висока швидкодія, спроможність працювати при малій освітленості зовнішнього середовища. По цих параметрах пасивні індикатори поступаються активним, але зате зберігають контраст при високій освітленності і споживають значно менше електроенергії.

У групу активних індикаторів входять напівпровідникові, електролюмінесцентні, вакуумні люмінесцентні, газорозрядні, вакуумні, що розжарюються. До пасивних індикаторів відносяться рідкокристалічні, електрофорезні, електрохромні, а також сегнетокерамічні.

2.3.2.Напівпровідникові и електролюмінесцентні індикатори

Напівпровідникові індикатори представляють собою твердотільні прилади, що працюють на р-и-переходах, утворених у напівпровідниковому матеріалі. Коротко розглянемо фізичні основи роботи світловипромінювальних діодів (СВД). Відомо, що в напівпровідниках зовнішні оболонки атомів, що створюють кристалічну структуру, у результаті значного зближення утворять певні енергетичні зони, У так званій валентній зоні розташовуються електрони, що забезпечують зв'язок атомів у кристалі. Окремі електрони під впливом теплової енергії можуть переходити в іншу зону, яка називається зоною провідності. При цьому переході утвориться вільний енергетичний стан, що одержав назву дірка Електрони і дірки розглядаються як частки, що мають відповідно негативний і позитивний заряди. Введення в матеріал напівпровідника певних домішок створює надлишок електронів або дірок, створюючи область провідності п- або р-типу.

Коли області обох типів виконані в одному кристалі, вони утворять р-л-перехід. Через нього можуть дифундувати заряди, створюючи так звані неосновні ностї, тобто носії зарядів, що мають знак, протилежний основним (електрон у /»-області і дірки в «-області). Дифузія продовжується доти, поки не установиться потенційний бар'єр, що перешкоджає прямуванню носіїв заряду . Додаток зовнішньої напруги в прямому напрямку дає змогу зменшити висоту потенційного бар’єра, у результаті чого неосновні носії інжектюють через перехід. Частина з них, рекомбшуючи з носіями заряду іншого знака, повертається в зону валентності, переходячи в стан із низькою енергією.

Таблиця 2.2

Матеріал

Колір

випромінювання

Довжина хвилі, мм

Яскравість, кд/м2

GaPZn, 0

Червоний

690

350

Ga: N

Зелений

550

470

Si

Жовтий

590

10

GaAs0,35P0,65: N

Жовтогарячий

632

-

Ga

Блакитний

544

-

Для одержання високої світлової ефективності  необхідно щоб основна частка енергії, що звільняється при рекомбінації, витрачалася на випромінювання. Випромінювання фотонів забезпечується в ряді матеріалів таких, як фосфід галлія (GaP), арсенід галлія (GaAs) і всіх сплавах із легуванням цинком і деякими іншими елементами. У залежності від матеріалу напівпровідника і концентрації домішок випромінювання має певну довжину хвилі, що дозволяє створювати СВД із різноманітним кольором світіння. У табл 2.1 приведені характеристики деяких типів СВД що утворять випромінювання в області видимого спектра від червоного до синього кольорів.

Електролюмінісцентне випромінювання виникає в результаті прикладання електричного поля до люмінофорного матеріалу. Інтенсивність випромінювання залежить від напруженості поля, а також частоти його випромінювання, якщо поле перемінне. Світіння пов'язане з прискоренням прямування носіїв зарядів у люмінофорі, для чого потрібна достатньо висока напруженість поля (порядку 10-3-10-6 В/см).

Найбільше поширеним люмінофором є сульфід цинку (Zn) з домішками міді, марганцю і деяких інших елементів. Від типу люмінофора і кількості домішок залежить колір. Змішуючи різноманітні люмінофори в певних пропорціях, можна, змінюючи напругу, управляти кольором. Це відбувається завдяки тому, що максимум інтенсивності світіння у різних матеріалів виникає при різноманітних напругах.

Поширення в області відображення інформації одержали два основних типи електролюмінісцентних індикаторів (ЕЛІ): побудованих на основі порошкових люмінофорів, збуджуваних постійною напругою, і використанням люмінофорів у виді тонкої плівки, збуджуваних високочастотною перемінною напругою.

Тонкоплівочні індикатори змінної напруги є найбільше перспективними приладами, що реалізують принцип електролюмінісценції.

Характерною якістю тонкоплівочних ЕЛІ є підвищення крутизни искравістної характеристики в залежності від прикладеної напруги . Це також практична відсутність світіння при напругах нижче певного порога полегшує конструювання тонкоплівочних електролюмінісцентних панелей. Передбачається, що подальший розвиток техніки електролюмінісцентних панелей дозволяє створити плоский екран, який за характеристиками не поступається ЕПТ.

Вакуумний люмінесцентний індикатор являє собою багатоанодний діод або тріод, зображення в якому формується в результаті висвічування низьковольтного люмінофора, нанесеного на аноди і збуджуваного потоком електронів. Тріодна структура дозволяє  управляти індикатором по двох незалежних входах, що і визначило її широке застосування.

2.3.3.Газорозрядні індикатори і панелі. Рідкокристалічні індикатори

Газорозрядні індикатори за принципом дії і конструкції .ціляться на три групи: знакові (здебільшого цифрові); індикаторні тиратрони, газорозрядні індикаторні панелі.

Атоми газу генерують світло при переході електронів із високого енергетичного рівня на більш низький. Найбільш інтенсивно цей процес відбувається в іонізованому газі. Іонізація забезпечується прикладанням електричного потенціалу, при певному значенні якого виникає газовий розряд . Типова вольтамперна характеристика газорозрядного діода приведена на рис. 2.21. Струм у діодному проміжку обмежується резистивним навантаженням. У цьому випадку робоча точка приладу визначається перетинанням навантажувальної прямої із вольт-амперною характеристикою. Якщо це перетинання припадає на горизонтальну ділянку характеристики, у приладі встановлюється нормальний тліючий заряд, якщо на зростаючий - аномальний.

Для виникнення розряду необхідно, щоб

             Ea  Uв (2.17)

де Uв - напруга виникнення розряду.

Струм через прилад

Iа=(Еa-Uп)/Ra, (2.18)

де Uп - напруга підтримки розряду.

Область застосування газорозрядних індикаторів значно розширилася з появою матричних цифрових панелей (плазмених панелей). Вони являють собою плоский екран, на котрому будь-яке зображення створюється великим числом світловипромінювальних газорозрядних елементів. Існують два основних типи плазменнх панелей: постійного струму з зовнішньою адресацією і змінним струмом із запам'ятовуванням інформації.

Область застосування газорозрядних індикаторів значно розширилася з появою матричних цифрових панелей (плазмених панелей). Вони являють собою плоский екран, на котрому будь-яке зображення створюється великим числом світловипромінювальних газорозрядних елементів. Існують два основних типи плазменнх панелей: постійного струму з зовнішньою адресацією і змінним струмом із запам'ятовуванням інформації.

Панелі постійного струму мають плоску трьохслойну конструкцію (рис. 2.22), у якій між двома скляними пластинками розташована перфорована ізолююча матриця. Отвори в матриці заповнені газом і розміщаються в місцях перетинання електродів. Схема вмикання газоіндикаторної панелі постійного струму містить зовнішні резистори в ланцюгах стовпчиків, джерела зсуву Esc , порушення рядків Uр і порушення стовпчиків Uст (рис. 2.23).

Рис. 2.22. Структура ГІП постійного струму з зовнішньою адресацією: 1 - підкладки;

2 катоди-стовбці;

3 - діелектрична матриця; 4 - отвори; 5 - аноди-рядки

Рис. 2.23. Схема включення ГІП постійного струму з зовнішньою адресацією

Нормальне формування зображення забезпечується при

Esc+Up+UCT>UB, (3 20)

При подачі імпульсу тільки по рядку або тільки по стовпчику розряд у ньому не підтримується

Esc +Up  Un (3.21)

Газорозрядний осередок перемінного струму відрізняється від осередку постійного струму тим, що його електроди гальванічно ізольовані від пізової суміші діелектричними прокладками, і по суті осередок являє собою конденсатор. Даний осередок не потребує застосування обмежуючих резисторів.

Конструкція панелі (рис. 2.24) включає дві скляні підложки 3, на яких розташований набір рівнобіжних провідників, вертикальних 2 і горизонтальних 4, покритих шаром прозорого діелектрика 1. Між обкладками  утвориться камера, заповнена газовою сумішшю 6. Набори провідників взаємно перпендикулярні й у точках їх перетинання утворяться газорозрядні елементи. При запалюванні елемента створюється точка, що світиться.

                                               

Рис. 2.24. Загальний вигляд (а) і поперечний розріз (б) фрагмента конструкції плазменої панелі змінного струму

Рис. 2.25. Часова діаграма керуючої напруги плазменої панелі змінною струму

Для управління такою панеллю потрібно генерувати напруги достатньо складної форми (рис. 2.25). Імпульсна напруга Un недостатня для виникнення розряду, але достатня для його підтримки. При записі інформації в інтервалі між підтримуючими імпульсами подаються імпульси запису Uзп, сумарна амплітуда яких достатня для забезпечення розряду. Після запалювання осередку режим горіння підтримується. Для припинення розряду у відповідний момент подається імпульс Uст , що викликає розряд конденсатора осередку, понижуючи напругу в газовому проміжку до значення, при якому виникнення повторного розряду від підтримуючої напруги стає не можливим.

Рідкокристалічні індикатори.

Рідкі кристали - це складні органічні сполуки, що характеризуються сполученням властивостей рідини (наприклад, текучістю) і кристала (оптичної анізотропної). Форма молекул близька до ціліндричної. Напрямок орієнтації молекул змінюється від шару до шару.

Рідкокристалічні індикатори знаходять усе більш широке застосування в засобах відображення інформації. Створено матричні екрани, у яких особливо важливими питаннями є організація мультиплексного управління комірками екрану ; зниження споживаної потужності багатоелементних екранів, підвищення стабільності матеріалів, швидкодії і т.п.

2.4. Управління дискретними індикаторами.

2.4.1. Системи адресації.

Впровадження засобів відображення інформації (ЗВІ) на дискретних індикаторах не обмежується самими індикаторами, а включає схеми управління. Складність схеми управління обумовлена необхідністю електричної комутації великого числа елементного відображення (ЕВ), що входять до складу індикаторного поля.

Основні системи адресації:

-   однокоординатна адресація;

-   двохкоординатна матрична адресація;

-   багаторівнева адресація;

-   адресація зі скануванням.

При однокоординатній елементу відображення (ЕВ) можуть включатися одночасно і на будь-який проміжок часу(рис.2.25).

При цьому час збудження

де

-частота кадрів;

q-імпульсів.

Рис.2.26.Підключення елементів відображення при одно координатній адресації

Перевагою однокоординатної адресації є відсутність жорстких вимог до параметрів індикатора, а недоліки - велике число каналів управління Ny 

Ny=Nев (2.24)

і виводів індикатора Nв

Nв=Nев+1 (2.25)

Трудність створення індикаторів і схем управління з великим числом виводів обмежують практичне використання цифрових засобів відображення інформації з одиокоординатною адресацією.

Двохкоордипатна матрична адресація (рис. 2.27) одержала найбільш широке поширення для адресації елементів відображення у дискретних індикаторах. Тут відмінність від однокоординатної адресації - кожний вихід схеми управління приєднується до множини елементів відображення. Схема управління розбита на дві частини, сполучені рядками і стовпчиками із керуючими входами ЕВ. Вмикання ЕВ відбувається тільки тоді, коли сума сигналів на його входах перевищить напругу вмикання.

Рис. 2.27. Схема підключення елементів відображення при матричній адресації

Система з матричною адресацією забезпечує значне зменшення числа каналів управління і виводів індикатора .

В цих схемах:

 (2.28)

де дужки [ ] означають округлення до більшого цілого числа.

Недоліки: при повному збудженні елементів відображення може відбуватися часткове збудження інших елементів, що погіршує якість зображення.

У поелементному способі послідовно провадиться вибірка одного елемента відображення за іншим по всьому індикаторному полю. У цьому випадку скважність

q = NpNст, (2.28)

де Np і Nст- кількість рядків і стовпчиків відповідно.

Для великих значень  NpNст поелементний спосіб пов'язаний із необхідністю використання потужних імпульсних ключів і швидкодіючих індикаторів і схем управління ними.

При построковому способі послідовно провадиться вибірка одного рядка за іншим, причому одночасно в кожному рядку збуджуються всі необхідні для формування зображення елементи відображення. Тому скважність

q=Np (2.29)

У функціональному способі збуджуються тільки ті ЕВ, із яких складається зображення, що дає формулу для скважності у виді

q=Nф (2.30)

де Nф - число збуджуваних функціональних ЕВ.

Багаторівнева адресація використовується в складних індикаторних пристроях, ще містять більше двох електродів на ЕВ. До таких приладів відносяться тиратрони, вакуумні люмінесцентні індикатори й інші.

Адресація із самоскануванням є подальшим розвитком систем багаторівневої адресації

Рис. 2.28. Методи модуляції яскравості в індикаторах без запам’ятовування: а - широтно-імпульсна; б - амплітудно-імпульсна; в - амплітудно- широтно-імпульсна

Для одержання кольорових і полутонових зображень потрібно не просто вмикання ЕВ, а регулювання його яскравості. Для одержання полутонових зображень застосовують амплітудно-імпульсну, широтно-імпульсну і амплітудно-широтно-імпульсну модуляцію (рис. 2.28).

2.4.2.Управління матричними екранами

У матричних екранах широко поширена построкова розгортка. При відображенні інформації на матричних екранах у загальному випадку включають: блоки сполучення з інтерфейсом керуючої мікро-ЕОМ, оперативну пам'ять, мультиплексори, схему синхронізації і т.д.(Рис.2.29) 

Рис.2.29 Структура матричної системи відображення

Дані про яскравість і колір кожного дискретного елемента матричного екрана через блок спряження з мікро-ЕОМ записуються в оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) у виді дисплейного файла. Оскільки ця ж пам'ять забезпечує регенерацію інформації, передбачається можливість суміщення під час процесу запису інформації і зчитування зображення. Існують системи відображення у яких ОЗП містить інформацію від двох до восьми кадрів.

Для построкового сканування матричного екрана за допомогою мультиплексору провадиться послідовне зчитування з ОЗП і запис у БЗП кодів яскравості і кольору елементів першого рядка матричного екрана. На такому тимчасовому інтервалі із виходу БЗП коди яскравості і кольору надходять на мікрозборки блоку формування інформаційних сигналів. Одночасно за допомогою лічильника рядків екрана і дешифратора на виході блока формування напруги сканування формуються імпульси збудження рядків. Під дією сигналів Up і Uп відбувається формування зображення на першому рядку. Для підготовки до індикації такого рядка мультиплексор записує в друге БЗП інформацію про яскравість і колір її елементів. Цей процес повинен завершитися до моменту закінчення мікротакту індикації. По закінченні імпульсу збудження першого рядка відбувається перекомутація БЗП й інформаційні сигнали формуються відповідно до кодів, записаних в другому БЗП. Далі процес циклічно повторюється для наступних рядків екрана.

У матричних екранах кадри формуються з частотою, що перевищує критичну частоту мерехтінь (25 або 50 Гц).

2.5.Принципи відображення інформації на великих екранах

2.5.1.Великі екрани проекційного типу

Розглядаючи принципи побудови великих екранів (ВЕ) слід зазначити, що всю сукупність застосовуваних і розроблювальних пристроїв можна розділити на два типи: пристрій відображення інформації методом проекції з проміжного носія на екран і пристрій відображення інформації методом генерації зображення безпосередньо в площині великого екрана.

Процес формування інформаційної моделі пристроями проекційного типу можна розділити на такі етапи: 1) синтез зображення; 2) перенос зображення на приймальне ссрсдовищс; 3) опрацювання приймального ссрсдовиїца для одержання світломодулюючого транспоранта; 4) установка транспоранта в кадрове вікно проектора; 5) проектування зображення на екран.

Проекційні ЕПТ відомі достатньо давно, в останні роки значно удосконалені. Основні вимоги до таких трубок - підвищена яскравість при малих габаритних розмірах. Це досягається застосуванням люмінофорів із високою світловіддачею і збільшенням анодної напруги (до 40...80 кВ). При відносно невеликих розмірах трубки з її поверхні вдасться одержати світловий потік порядку 1000 лм. Трубка входить до складу проекційної системи, що працює на відбиток і складається зі сферичного дзеркала і коригувальної лінзи. На базі такої ЕПТ будуються системи з екраном розміром до 3x3 м. Зважаючи на велику потужність електронного пучка, виникає необхідність використовувати примусове охолодження трубки і спеціальний захист від рентгенівського випромінювання. Іншим недоліком є чутливість до рівня зовнішньої засвітки екрана, що обмежує область застосування таких пристроїв.

Стилоскопічні великі екрани конструктивно схожі зі звичайними діапроекторами. Принцип дії стилоскопічних ВЕ полягає у формуванні зображення на проміжному носії шляхом випалювання або механічного видалення непрозорого покриття з поверхні носія. Багатобарвне зображення утворюється шляхом багатоканальної проекції. Тому зі збільшенням кількості кольорів відповідно ускладнюється апаратура BE, знижується її надійність. Стилоскопічні механічні BE мають ряд істотних недоліків, серед яких: низька швидкодія, у зв'язку з чим вони можуть використовуватися для відображення порівняно невеликих масивів інформації , труднощі при експлуатацїї складних електромеханічних вузлів; велика витрата матеріалів; громіздкість апаратури в цілому. Підвищення швидкодії стилоскопічних BE можливо за рахунок використання в них лазера.

У фотопроекційних великих екранах процес формування зображення складається з усіх п'ятьох перерахованих вище етапів. Принцип дії фотопроекційних пристроїв полягає в переносі зображення із синтезатора на проміжний носій, в опрацюванні проміжного носія з метою одержання світломодулюючого середовища і введенні останньої з записаним на ній зображенням в оптичний канал проекційного пристрою.

Найбільш універсальним матеріалом для проміжного носія дотепер є галоїдосрібні з'єднання. Вони мають високу чутливість і роздільну здатність, широкий спектральний інтервал світлочутливості. Основні переваги пристроїв на основі галоїдосрібних носіїв - гарна якість, висока яскравість і контрастність зображення на екрані, можливість відображення інформації в декількох кольорах і її документування. Проте значні затримки у відтворенні інформації, низька теплостійкість носія, складність автоматизації процесу обробки фотоплівки і, як слідство, складність і низька надійність апаратури, а також велика і необоротна витрата матеріалів, що містять срібло, обмежують практичне використання фотопроекційних великих екранів.

Одним із засобів, що дозволяють змогу помітно спростити процес одержання зображень на великому екрані, є використання везикулярних проміжних носіїв тину «Кальвар» або «Кальфакс». При засвітці плівки типу "Кальвар” ультрафіолетовим світлом із з'єднання діазонія виділяється газоподібний азот. Під час прояву плівка нагрівається до певної температури, емульсія зм'якшується і центри розширюються, створюючи бульки газу діаметром декілька мікрометрів. Тому що світлочутливість везикулярних носіїв дуже низька, а теплотривкість гарна, в апаратурі ВЕ вони застосовуються в основному в сполученні з галоїдосрібними плівками.

В даний час з'явилися ВЕ на основі електрографічних носіїв. Принцип роботи цих пристроїв полягає в переносі зображення із синтезатора (ЕПТ) на заряджену селенову пластину або органічну фоточутливу плівку на лавсановій основі, потім в обробці проміжного носія порошковим або рідким проявником для одержання світломодулюючого середовища, що потім поміщають в оптичний тракт проектора.

Багатобарвне зображення на екрані одержують шляхом послідовного переносу кольоророзділених зображень із синтезатора на проміжний носій із наступною обробкою його проявником відповідного кольору.

Основними недоліками ВЕ на основі класичного електрографічного процесу є невелика швидкодія, викликана низькою світлочутливістю прозорих електрографічних носіїв інформації і послідовним способом формування багатобарвного зображення; складність апаратури, що включає прецезіонні механічні вузли; наявність великої номенклатури витратних матеріалів. Все це утрудняє використання фотопроекційних принципів при створенні ВЕ з необхідними параметрами.

2.5.2.Світпоклапанні великі екрани

За назвою “світловий клапан” розуміють пристрій, спроможний модулювати зовнішній світловий потік, але не потребуючий для цієї витрати матеріалів.

Світлоклапанні проекційні системи забезпечують значно кращу якість зображення в умовах зовнішньої засвітки і великі розміри екрана, хоча вони і складніші за конструкцією, чим системи з проекційними ЕПТ. Реальний масштаб часу забезпечується завдяки використанню для модуляції керованого електронного пучка.

Основним елементом світлоклапанних ВЕ є просторовий модулятор світла (ПМС). Оскільки опорний світловий потік у світлоклапанних пристроях модулює не тільки в просторі, але і в часі, то просторові модулятори світла називають просторово-часовими модуляторами світла (ПЧМС). Тим самим підкреслюється їх корінна відмінність від некерованих фототранспортів. Можливість оперативної зміни закону просторової модуляції і багатократність використання ПЧМС обумовлюють явні переваги світлоклапанних ВЕ.

Рис. 2.29. Спрощена схема розміщення елементів світлоклапанного пристрою

Принцип роботи світлоклапанного пристрою полягає в такому (рис. 2.29) Світло від потужного джерела з лінзовою оптикою 1, що забезпечує рівномірність потоку потрапляє на щілинне дзеркало 2 і відбивається ним на сферичне дзеркало 6, покрите масляною плівкою 7. Дзеркала зорієнтовані таким чином, шо при гладкій плівці світло, відбиваючись, повертається в напрямку до джерела, а екран 4 залишається незасвіченим. Деформація плівки в якійсь точці викликає відхилення променя, що відбивається від неї, який, проходячи через щілину дзеркала 2, потрапляє за допомогою проекційної оптики 3 у певну точку екрана. Яскравість світіння плями на екрані визначається ступенем деформації плівки, що у свою чергу, залежить від розміру заряду, установлюваного на її поверхні електронним пучком. Швидкість процесу деформації і відновлення залежить від в’язкості плівки і температури. Електронна гармата 5, що генерує електронний пучок, укладена в загальну зі сферичним дзеркалом скляну оболонку, у якій підтримується вакуум. Пучок фокусується, відхиляється електромагнітною системою і моделюється по потужності аналогічно тому, як це відбувається в звичайних ЕПТ. Відображення інформації здійснюється растровим способом по телевізійному стандарту. У деяких пристроях досягається і більш висока роздільна здатність (до 1000 рядків). Застосовуючи ксенонові джерела світла, можна одержати світлові потоки, що перевищують 7000 лм. Площа поверхні екрана може досягати декількох десятків квадратних метрів.

Для підтримки працездатності описаного пристрою необхідний ряд мір, що ускладнюють конструкцію. Зокрема, потрібно підтримувати постійний хімічний склад і температуру плівки, видаляти домішки і залишкові заряди, забезпечувати працездатність катода і т.д. Незважаючи на це, системи даного типу, наприклад, вітчизняне устаткування “Арістон”, знайшли достатньо широке застосування.

2.5.3.Лазерні великі екрани

Лазерні засоби відображення на великий екран є найбільше перспективними пристроями відображення колективного користування. Їхніми основними гідностями є: висока роздільна здатність, швидкодія, можливість одержання кольорових зображень, відсутність необхідності в проміжних носіях. Використовувані для цієї мети лазери мають безупинний режим роботи зі стабільною вихідною потужністю. Це звичайно криптонові іонні лазери, що випромінюють червоний колір, і аргонові, що випромінюють синій або зелений колір.

Рис. 2.2.10. Схема лазерного пристрою відображення: 1 - лазер;

2 - електро-оптичний модулятор; 3 - система відхилення (дефлектор); 4 - управління модулятором і дефлектором; 5 - екран

Найбільш розвинуті методи, при яких зображення створюється безпосередньо променями лазера, що спрямовуються на екран. Для цього повинна бути забезпечена амплітудна модуляція променя і його відхилення для створення растрової системи, аналогічної телевізійній.

Більш складні проблеми, пов'язані з відхиленням променя для створення на екрані растрового поля. У різних конструкціях використовувалися механічні, рефракційні та інші способи відхилення. Вони відрізняються або невисокою швидкістю або малими кутами розгортки. Перспективним тут є спосіб двоїчного перемикання за допомогою електрооптичної комірки. У деяких кристалах промінь лазера розщеплюється на два промені з взаємно ортогональними площинами поляризації. Лінійно поляризований промінь, проходячи через такий кристал, може пройти без зсуву або відхилитись на деякий кут у залежності від напрямку його площини поляризації. Керуючи поляризацією променя впливом напруги на кристал, можна забезпечити його поширення в одному із двох фіксованих напрямків. У принципі, маючи набір аналогічних перемикачів, через котрі послідовно проходить промінь, можна дискретно управляти його проекцією на екран.

Основні труднощі в розвитку лазерних пристроїв відображення в даний час полягають у високій складності керуючих електрооптичних блоків, забезпеченні стабільності їхньої роботи в звичайних умовах. Проблемою є також досягнення достатньої яскравості зображення на великому екрані, тому що випромінювання лазерів має значно більш низьку світлову віддачу, чим випромінювання звичайних джерел.

3.ПОБУДОВА ЦИФРОВИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ВУЗЛІВ ЗАСОБІВ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ

3.1. Варіанти структур засобів відображення інформації.

3.1.1.Телевізійні засоби відображення інформації

Зображення на телевізійних засобах відображення інформації (ЗВІ) формується послідовним у часі відтворенням усіх його елементів. Відтворення називається розгорткою зображення або растром. Розрізняють прогресивну розгортку (рядкову) і черезрядкову розгортку. Телевізійний растр утвориться лінійною прогресивною розгорткою (рис. 4.1а) за один період кадрової розгортки Тк. Розгортка зображення створюється одночасним прямуванням променя по горизонталі уздовж осі X і по вертикалі уздовж осі У. Прямування променя по горизонталі називають рядковою розгорткою, а лінії, що при цьому прокреслюються - телевізійними рядками. Переміщення променя по вертикалі називають кадровою розгорткою, у результаті якої всі телевізійні рядки розташовуються один над іншим. Рядкова і кадрова розгортки здійснюються формуванням сигналів відхилення по X, У (рис. 4.1б) напруг для електростатичної системи відхилення, або струмів. Сигнали, що відхиляють, формуються генераторами рядкової і кадрової розгорток.

Частота кадрової розгортки fk =1/Tk для ЕПТ повинна бути більше критичної частоти мерехтіння. Частоту fk вибирають рівною частоті мережі перемінного току(50 Гц). Частота Tk і період Тz рядкової розгортки (fz =1/Tz) вибирають з умови

fz=Z fk   ,

де Z - число телевізійних рядків у кадрі, що визначає роздільну здатність ЗВІ по вертикалі. У телебаченні стандартом прийняте Z = 625. У високоякісних ЗВІ поширена так звана багатострокова розгортка з Z = 1000 і більш.

Період рядкової розгортки Тz, містить у собі час прямої ходи променя по рядку Тzo, і час оберненої ходи Тяо. Зображення формується за час прямої ходи. Відношення Tzo/Tz = az називається коефіцієнтом оберненої ходи рядкової розгортки. Для стандарту телебачення аz = 0,18.

Період кадрової розгортки Тк = Тко + Ткп, де Ткп і Тко - час прямої й оберненої ходи кадрової розгортки. Відношення Tko/Tk=ak називається коефіцієнтом оберненої ходи кадрової розгортки. Для стандарту телебачення ак = 0,08.

Телевізійний растр, утворений черезрядковою розгорткою (рис. 4.2), передбачає формування одного кадра зображення з двох полів, переданих послідовно. У першому полі прокреслюють непарні, а в другому - парні рядки растра (останні на рисунку показані штрихпунктирними лініями). Дискретний зсув зображення на один рядок у кожному полі не фіксується оком через інерційність до сприйняття переміщення об'єктів у полі зору. Тому при виборі частоти кадрів fk  25 Гц забезпечується неподільність сприйняття зображення двох полів. У той же час відтворення зображення в кожному полі з частотою fn = 2/к fk =50Гц виключає мерехтіння яскравості.

Зменшення частоти кадрів у два рази в порівнянні з прогресивною розгорткою при цьому ж числі телевізійних рядків у кадрах призводить до дворазового зменшення частоти рядкової розгортки і необхідної смуги пропускання відеопідсилювача.

Зменшення частоти кадрів у два рази в порівнянні з прогресивною розгорткою при цьому ж числі телевізійних рядків у кадрах призводить до дворазового зменшення частоти рядкової розгортки і необхідної смуги пропускання відеопідсилювача.

Визначимо частоту рядкової розгортки при формуванні телевізійного растра з числом рядків у кадрах z = 625.

Для прогресивної розгортки

fz = Z * fk = 625 * 50 = 31250 Гц;

для  черезрядкової

fz = 625 * 25 = 15625Гц.

У ЗВІ доцільно використовувати прогресивну розгортку, при якій відсутні черезрядкові мерехтіння, що призводять до стомлення зору оператора.

Для формування знаків растр розбивається (дискретизується) на окремі ділянки - знакомісця, у межах котрих умовно розташовуються матриці знаків (рис. 3.3а).

Роздивимося функціональну схему буквено-цифрового ЗВІ телевізійного типу (рис 3.3). Інформаційний масив в обсязі одного або декількох кадрів заноситься через пристрій інтерфейсу (ПІ) у буферний пристрій, що запам'ятовує (БЗП). Якщо в ЗВІ використовується ЕПТ без запам'ятовування, то для відтворення зображення необхідний режим регенерації. Наявність БЗП дозволяє організувати його без участі джерела інформації (ДІ).

Рис. 3.3. Функціональна схема телевізійного буквено-цифрового ЗВІ

Інформаційна ємність БЗП CБЗУ = NЗУ * n, де NЗУ - кількість осередків пам'яті; п - розрядність осередків пам'яті.

Для збереження інформації обсягом в одну сторінку (кадр)

CБЗУ = Nзк * n 

де Nзк - кількість знаків у кадрі.

3.1.2.Дисплеї на дискретних елементах

З розвитком техніки індикації широке поширення одержують дисплеї на дискретних елементах.

У багатьох індикаторів із різноманітною фізичною основою схеми управління мають однотипну структуру. У основному вони відрізняються реалізацією адресації (прямої або матричної) із статичною або мультиилексною формою подачі сигналів.

При статичній формі сигнал одночасно подається на всі елементи індикатора, що повинні бути висвітлені. Найпростіша схема управління 7-сегментним знаковим індикатором показана на рис 3.6.

Рис. 3.6. Схема управління 7-сегментним РКІ зі статичним способом подачі сигналів

Схема складається з кодоперетворювача X У. За сигналом «Вибір кристала» (ВК) забезпечує подачу напруги на ті сегменти однорозрядного рідкокристалічного індикатора (ЇКІ), із яких синтезується заданий вхідним кодом символ.

У алфавітно-цифрових дисплеях широко використовуються електролюмінесцентні панелі (рис.3.7).

Рис. 3.7. Структурна схема управління електролюмінісцентною панеллю

Для підвищення яскравості зображення сканування ведеться паралельно по рядках, причому позиційні коди рядків (ПКР) подаються в регістр (Рг). Одночасно через керовані розподільником (Р) ключові схеми (К) здійснюється подача напруги на відповідний рядок матриці (М). Синхронізація всієї схеми забезпечується тактовим генератором (ТГ), що впливає на вузол управління (ВУ).

3.1.3.Координатно-знаковий індикатор

Розглянемо структуру і функції координатно- знакового індикатора (КЗІ), використовуваного в якості кінцевого пристрою відображення , що підключається до міні-ЕОМ (рис. 3.9). Міні- ЕОМ обслуговує декілька КЗІ, здійснюючи функції: регенерації інформації; редагування даних; формування нових об'єктів при введенні інформації за допомогою світлової ручки; умикання відповідних підпрограм у заданому режимі роботи.

Кожний КЗІ пов'язаний із міні-ЕОМ через блок сполучення. Внутрішня магістраль міні-ЕОМ зайнята лише на час пересилки даних з ОЗП регенерації в буферний ЗП КЗІ, що дозволяє підключити до одного процесора декілька КЗІ. Зв'язок оператора з обчислювальними засобами (міні-ЕОМ, ЦОК) здійснюється з використанням клавіатури і світлової ручки. За допомогою функціональної клавіатури здійснюється введення команд управління, що опрацьовуються відповідними програмами в міні-ЕОМ і ЦОК. Пристрій управління здійснює аналіз інформації, що надійшла в БЗП, адресацію її на відповідні функціонаїьні блоки, що управляють роботою дешифраторів і знакогенераторів. Цифроаналогові перетворювачі дозволяють одержувати аналогові сигнали з цифрових кодів і відповідно відхиляти промінь і одержувати зображення заданих символів, відрізків і кривих, формованих генератором символів і генератором векторів. Світлова пір'їна може працювати в режимі вказівки або в режимі спостереження. У першому випадку маємо місце вказівки на той об'єкт (координати точки), що повинен бути оброблений відповідною програмою. У режимі спостереження може здійснювати переміщення обраного об'єкта в заданому напрямку, малювання визначеного контуру і т.д. Комутатор кольору відповідно до прийнятого коду дає змогу одержувати кольорові зображення.

3.2.Принцип побудови знакогенераторів

3.2.1.Знакогенератори на основі функціонального способу формування знаків

Функціональний спосіб формування знаків характеризується тим, що траєкторія прямування електронного променя визначається контуром знака. Отже, при формуванні знаків траєкторія переміщення променя для кожного знака індивідуальна і визначається системою рівнянь:

Х(t) = fi (t)

Y(t) = φi(t)       (4 19)

Z(t) = Fi(t)

Тому що промінь переміщується безупинно, а контури знаків мають розриви, то необхідний третій сигнал Z(t) що дискретно модулює яскравість висвічуємої точки (рис. 3.10). Даний метод універсальний і, даючи можливість відтворювати знаки складної конфігурації, забезпечує високу якість відображення. Проте він потребує значних апаратурних витрат. Для його реалізації необхідні точні аналого-цифрові перетворювачі, високочастотні операційні підсилювачі і блоки, що містять велику кількість інформації про знаки. Всі ці вузли повинні мати достатньо високу швидкодію для забезпечення регенерації зображення. Реалізація функціонального методу побудови знаків може бути спрощена шляхом синтезу їх із деякого набору апроксимуючих функцій, проте якість відображення при цьому погіршується. В даний час функціональний метод перетворення використовуєгься лише в складних символьно-графічних дисплеях із високою роздільною здатністю. У алфавітно-цифрових дисплеях цей метод через його складність не використовується.

Рис. 3.10. Приклад формування знаку на екрані функціональним способом

Генератор знаків може бути реалізований програмно. У останньому випадку генератор знаків практично заміняється підпрограмами,  записаними в пам'ять дисплея. Для кожного символу в підпрограмі повинен бути складений набір команд і інформаційних слів, що забезпечують побудову за допомогою послідовних приростів апроксимированного контуру знака так, як це робиться для будь-якої графічної інформації. При зчитуванні з вхідних даних коду знака здійснюється перехід до відповідної підпрограми креслення символу. Якщо берегти підпрограми в оперативній нам’яті, то набори символів при необхідності можна легко змінювати, що є перевагою даного методу. Проте програмні генератори знаків не мають достатню швидкодію, що для дисплея даного типу є чинником, що обмежує. Крім того, при великій кількості апроксимуючих елементів, необхідних для якісного відтворення символів, необхідний значний обсяг пам'яті для підпрограм.

У функціональних графічних дисплеях використовуються апаратурні блоки генераторів, також працюючі за принципом апроксимації контурів знаків, але потребуючі невеликого обсягу ПЗП й мають високу швидкодію. Апроксимація здійснюється шляхом креслення безупинного ряду коротких відрізків із заданого набору. Роздивимось приклад такого набору з 24 відрізків (рис. 4.11).

Рис. 3.11. Набір відрізків для апроксимації символів на функціональному дисплеї

Проекції кожного з них мають довжину в одну або дві одиниці координатної сітки. Таким чином, кожний з 24 відрізків може бути закодований п'ятьма двоїчними розрядами. Проте для апаратурної реалізації необхідно кодувати кожну проекцію незалежно трьома розрядами. На рис. 3.12 показаний приклад кодування одного із символів, а на рис. 4. 13 - спрощена структурна схема генератора знаків, що реалізує описаний принцип.

 

відрізок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

відхилення

OX

+X

+X

-X

-X

OX

OX

+2X

+X

-X

-X

+2Y

OY

-Y

-Y

OY

-Y

-2Y

OY

+2Y

+Y

OY

Рис.3.12. Приклад кодування символу, що складається з набору відрізків.

3.2.2.Принцип апроксимації контурів знаків

Апроксимація функціональної залежності f(t) являє собою задачу про найкраще наближення функції р(t) , апроксимуючою f(t) 

Мірою відхилення апроксимуючої функціональної залежності р(t) від апроксимуючої f(t) при цьому є норма їхньої різниці |f(t) – p(t)|

Задача про найкраще наближення в лінійних нормованих просторах містить у собі чотири етапи.

1. Вибір класу апроксимуючих функцій.

2. Вибір відповідному конкретному утриманню задачі критерію близькості апроксимуємої і апроксимуючої функцій.

3. Рішення питання про існування й одиничність елемента найкращого наближення.

4. Визначення характеристичних властивостей елемента найкращого наближення і його визначення.

При виборі класу апроксимуючих функцій враховують:

– простоту і зручність ;

– можливість апаратурної реалізації при структурному принципі перетворення інформації з машинного коду у форму, зручну для зорового сприйняття.

Вибір критерію близькості функцій f(t) і р(t) залежить від цілей апроксимації. Частіше інших використовується критерій найбільшого відхилення.

Методи апроксимації:

Східчаста апроксимація. 

Розкладання в ряд Фур'є. 

Апроксимація функціями Уолша.

Фігури Лісажу.

Найбільш чітке відображення дає використання функцій Уолша.

Використовуєтья також введення символів із поліграм. Під поліг рамою розуміється постійно формована фігура, із якої можна виділити всі символи, передбачені в графічній інформаційній моделі.

3.2.3.Растрові методи формування знаків

Генератори знаків сучасних дисплеїв є одним з основних блоків. Витрати на виготовлення генератора знаків складають 15. .20 % вартості всієї розробки. Різноманітні пристрої відображення інформації застосовують різноманітні крапкові матриці для опису знаків. У залежності від необхідної форми і якості відображуваних знаків такі матриці містять 5x7, 7x9 або 9x13 точок. Застосовуються і більш громіздкі матриці для високоякісного креслення знаків.

Будь-який знак (графічний символ), можна представити як геометричну фігуру, що складається з більшого числа однакових дискретних елементів. Форма таких елементів може бути найрізноманітнішою, проте в растрових пристроях відображення найбільше кращими є квадратні елементи.

Розлянемо принцип поелементного формування знаків на прямокутній ділянці растра (рис. 3.24). Розіб'ємо всю ділянку на вісім рівних частин по горизонталі і вертикалі. Отримана ділянка складається з 64 рівних елементів, що позначимо цифрами 0, 1,2, ...,63. Для формування зображення будь-якого елемента необхідно мати вісім первинних сигналів горизонтальної дискретизації 0....т7), що на растрі виявляються у виді вертикальних смуг,і 8 сигналів вертикальної дискретизації (p0p7). На рис. 3.2.4 показані тимчасові діаграми імпульсів горизонтальної і вертикальної дискретизації, а також тактові імпульси f Тх і fТу, що визначають їхнє тимчасове положення.

Для формування кожного елемента необхідно здійснити логічне множення імпульсів горизонтальної і вертикальної дискретизації. Тобто, кожний елемент зображення можна сформувати за допомогою логічного елемента п. Логічне вираження елементів зображення для нашого випадку приймає наступний вигляд:

0 = m0p0 ; 1 = m1р0;  2 = m2р0; ... 63 = m7p7

Формування зображення будь-якого знака на обраній ділянці легко здійснити за допомогою логічного додавання, реалізованого елементом АБО. Наприклад, знак Т може бути сформований із 11 елементів (для матриці 5x7) у такий спосіб:

FT = 11+12 +13 + 14 + 15 + 21 + 29 + 37 + 45 + 53 + 61

Первинні сигнали горизонтальної (рядкової) дискретизації (m0m7) і вертикальної (кадрової) дискретизації (Ро…Рт) утворяться за допомогою розподільників імпульсів 1 і 2 (рис. 4.15а), що запускаються спеціальними тактовими імпульсами fTx i fTy

Елементи зображення формуються за допомогою двомірної координатної логічної матриці 3, що містить осередки 1 по кількості формованих елементів (для кожного знака). Формування складного зображення здійснюється за допомогою логічних осередків АБО (4). На рис, 3.2.5б показана частина двомірної координатної логічної матриці, призначеної для роботи зі швидкістю рядкової розгортки. На вертикальні і горизонтальні шини матриці подаються імпульси. Для формування якогось знака в місцях перетинання шин ставлять елемент пам'яті, що видає імпульси напруги (логічна одиниця), що відповідають наявності елемента в матриці знака, і не видає (логічний нуль) при відсутності елемента в матриці знака. На рисунку показаний приклад формування знака Т, розписаний матрицею 5x7 елементів. У якості осередків , що запам’ятовують, у даному випадку застосовані логічні елементи. Остаточне формування знака в такій матриці здійснюється за допомогою складання АБО.

Рис. Роз’яснення процесу формування знаків і зчитування інформації з БЗП

3.3.Функціональні вузли телевізійних ЗВІ

3.3.1.Вузли синхронізації

Вузел  синхронізації  (ВС)  телевізійних  ЗВІ  призначений  для  синхронізації  роботи  генераторів  кадрової  і  рядкової  розгорток,  а  також  введення  і  виведення  інформації  з  блоків  пам'яті.  За допомогою  ВУС  здійснюється  перетворення  тимчасової  послідовності  елементів  відображення,  що  забезпечують  фіксацію  положення  знакомісць  і   елементів  їхньої  матриці  на  екрані  ЕПТ.  Сигнали,  що  синхронізують,  можуть   передаватися  по  окремих  лініях  зв'язку.  При  використанні  телевізійних  приймачів  імпульси  рядкової  і  кадрової  розгорток  передаються  разом  із  відеосигналом  по  одному  каналу.  Для  їхньої  передачі  використовується  час  оберненої  ходи  променя.  Крім  відеосигналу  і  сигналів  синхронізації  в  повний  телевізійний  сигнал  уводяться  гасящі  імпульси,  що  замикають  електронний  промінь  ЕПТ  під  час  оберненої  ходи  рядкової  і  кадрової  розгорток.

Форма  повного  телевізійного  сигналу  показана  на  рис. 3.16. Відеосигнал  має  імпульсний  характер.  Тривалість відеоімпульсу   Ти     визначає  розмір  елемента  відображення    по  горизонталі.  Вершини  гасящих  імпульсів  відповідають  рівню  чорного  сигналу,  а   синхроімпульси  прив'язуються  до  нього  як  до  п'єдесталу,  що  дозволяєлегко  відокремити  їх  від  відеосигналу  звичайним  амплітудним  обмеженням.

Рис. 3.16. Форма повного телевізійного сигналу: 1,2 - рядкові та кадрові імпульси гасіння;

3,4 - рівні білого та чорного; 5,6 - кадровий та рядковий імпульси синхронізації

  Кадрові  синхроімпульси  роблять  ширше  рядкових,   що  забезпечує  поділ  їх  за  допомогою  інтегруючих  і  диференціючих  ланцюгів       

   Крім  кадрових  і  рядкових  синхронізуючих  і  гасящих  імпульсів  ВУС  формує  ряд  керуючих  імпульів,  що  забезпечують  проце  регенерації  зображення.  До  них  відносяться    імпульси  управління  лічильником  знакомісць  і  імпульси  управління  лічильником  текстових  рядків.

   Всі  синхросигнали  формуються  від  загального  тактового  генератора  (ТГ)  задопомогою  набору  дільників  частоти  і  схем  формування  сигналів  необхідної  тривалості  (рис. 3.17).  До  тактового  генератора  (ТГ)  не  подається  жорстких  вимог  по довгостроковій  стабільності  частоти   fтг.  Проте  короткочасна  стабільність  у  межах  періодів  кадрової  розгортки  не  повинна  призводити  до  зсуву  початку  розгорток  більш  ніж  на  0,5 Ти.  Одже  зміна  періоду  рядкової  Тz  і  кадрової  розгорток  Тк  не  повинна  перевищувати  зазначеного  значення.  Для  забезпечення  високої  стабільності    fтг  генератор,  що  задає,  виконують   із  використанням  кварцових   резонаторів. Для  того  щоб  не  спостерігалося  переміщення  по  екрані  перешкоди,  що  наводиться  напругою  мережі,  необхідно   виконання  рівності  або кратності  частоти  розгортки  полів  або  кадрів  частоті  мережі.  Для  прив'язки  частоти  проходження  кадрових  синхроімпульсів  до  частоти  мережі  використовують  схему  автоматичного  регулювання. 

Рис. 3.17. Структурна схема системи синхронізації з автоматичним прив’язуванням до частоти мережі

  Дільники  частоти  пристрою,  що  синхронізує,  будують  на  базі  кільцевих  регістрів  і  лічильників.  Необхідні  тривалості  синхроімпульсів  і  часи  зсуву  можуть  формуватися:

  •  мультивибраторами,  що  чекають,  які  запускаються  сигналами  з  відповідних  виходів  дільників  частоти;
  •  за  допомогою  комбінаційних  логічних   схем.

 Перший  засіб  має  недолік,  властивий  аналоговим  схемам - нестабільність  тимчасових  параметрів,  а  другий  -  при  великій  кількості  різноманітних  синхроімпульсів  призводить    до  складної  логічної  схеми,  синтез  котрої  досить  працеємний.

 

3.3.2.Адресація  інформаційних  елементів

  Пристрій  адресації  формує  адресу  знака,  що  визначає  його  положення  на  інформаційному  полі.  У  телевізійних  ЗВІ  адреса  знака  на  інформаційному  полі  відповідає  адресі  осередку  пам'яті  буферного  ЗУ,  де  зберігається  код  цього  знака.  У  режимі  регенерації  текстової  інформації  адресація  осередків  пам'яті  БЗУ  здійснюється  за  допомогою  лічильника  текстових  рядків  Лчтр (рис. 3.18 ).

Рис. 3.18. Структурна схема пристрою адресації

   Запис  інформації  в  БЗУ  здійснюється  від  ЕОМ  або  за  допомогою  пристрою  ручного  введення  інформації  оператором  за  допомогою  маркера.  Адреса  в  лічильник  маркера  уводиться  від  джерела  інформації  за  допомогою  відповідних  команд.

3.3.3.Регенерація  зображення

 Найбільш  просто  задача  регенерації  інформації  вирішується  в  буквенно-цифрових  ЗВІ  телевізійного  типу.  При  введенні  алфавітно-цифрової  інформації  існує  пряма,  фіксована  відповідність  між  позиціями  (осередками)  у  буфері  регенерації  (БЗУ) і  позиціями  на  видовій  поверхні  (наприклад,  на  екрані  ЕПТ ).  При  установці  режиму  ЧИТАННЯ  коди  символів  послідовно   зчитуються    з  БЗУ  (рис.3.19)  відповідно  до  значень  лічильників,  знаків  і  текстових  рядків,  а  потім  відтворюються  на  екрані  ЕПТ.  Зчитування  інформації  з  БЗУ  повторюється  з  частотою  регенерації  fРЕГ .Для  одержання  злитого  зображення,  що  не  мерехтить,   частоту  вибирають звичайно  fРЕГ  30 Гц .

Рис. 3.19. Функціональна схема модуля БЗП ємністю ЗКуі

  Більш  складним  є  процес  регенерації  інформації  в  растрових  графічних  дисплеях.

  Можливими  варіантами  рішення  проблеми  є  різноманітні  методи  кодування  інформації  і  ії  обробки.

  Метод  кодування  смуг.  За  допомогою  кодування  смуг  можна  істотно  зменшити  обсяг  пам'яті,  необхідний  для  збереження  зображення.

  Клітинне  кодування - інший  засіб  економії  пам'яті,  що  займається  пелами.      

. Зображення ділиться на прямокутні клітини розміром звичайно від 6x8 до 10x14 пелів. Кожна клітина кодується, потім у буфері регенерації деяким числом байтів (меншим, ніж було потрібно б для нормального буфера регенерації). При клітинному кодуванні відсутній фіксований і незмінний зв'язок між пелами й комірками пам'яті Нехай клітина складається з 8 иодклітин, що містять по 6 пелів (рис. 3.23), Біт типу (рис. 3.24) указує, як потрібно інтерпретувати байт 0. В одному випадку цей байт містить код літери: літера зображується основним кольором (одним із восьми), заданим у байті 1; інші пели зэбражукугься фоновим кольором, У іншому випадку байт 0 інтепретується як 8 окремих бітів. Кожен біт визначає колір (основний або фоновий) однієїпідклітинирозміром 2x3 пела.

Рис 3.22. Модифікація зображення при використанні методу кодування стрічок: а) до вставки; б) після вставки

Рис. 3.23. Клітка з восьми підкліток, що містять по 6 пелів

На жаль, така схема кодування не дає змоги задавати колір кожного пела окремо. Цей метод являє собою компроміс між розмірами буфера регенерації і складністю зображення.

  1.  Технічні засоби відображення інформації.

4.1.Алфавітно-цифрові дисплеї

4.1.1.Відображення алфавітно -цифрової інформації

Алфавітно-цифрові дисплеї (АЦД) - це пристрої, призначені для відображення на екрані ЕПТ символьної інформації (букв, цифр, спеціальних знаків). Найбільш широке застосування АЦД знайшли в системах з ЕОМ. Вони є важливою складовою чистиною АСУ, що забезпечує запровадження і коригування використовуваних системою даних і оперативну видачу інформації, необхідної для ухвалення рішення в процесі керування. АЦД незамінні при проведенні досліджень за допомогою ЕОМ, в інформаційно-довідкових системах, у персональних ЕОМ і в багатьох інших галузях. Дані в АЦД надходять ззовні (від ЕОМ або від оператора) у закодованій формі і після перетворення відображаються на екрані у виді текстів, таблиць, цифрових колонок, символьних рядків або окремих символів.

Рис. 4.1. Структурна схема алфавітно-цифрового дисплея

Розглянемо в загальному вигляді структурну схему АЦД (рис. 4.1). У процесі роботи АЦД від джерела (ЕОМ або оператора) можуть одержувати дані, що змінюють зображення, а також команди, що управляють режимом роботи дисплея. Інформація про зображення надходить в автономну пам'ять дисплея, де зберігається протягом усього часу відображення. Відповідно до цього, дані з пам'яті повинні зчитувати з частотою, при якій мерехтіння на екрані не відчувається людським оком.

Для висвічування необхідної інформації необхідно перетворити коди, що надходять з автономної пам'яті, у зорові уяви на екрані шляхом відповідного управління променем ЕПТ.

Розташування символів на екрані має цілком визначений номер рядка і номер знакомісця в рядку (номер стовпчика).

Приклад. Нехай на екрані АЦД передбачене відображення 64x32 знаків. Тоді автономна пам'ять ємністю 2048 осередків адресується одинадцятьма розрядами (211 = 2048). П'ять старших розрядів визначають номер рядка, а шість молодших розрядів - номер стовпчика.

При растровому методі перетворення прямування електронного променя здійснюється завжди по одній і тій же траєкторії, незалежно від відображуваної інформації. Для управління променем використовуються лише дві лінійно наростаючі напруги, що забезпечують горизонтальну і вертикальну розгортки. Символи формуються на визначених ділянках растра подачею на трубку в необхідні моменти часу модулючих імпульсів (рис. 4.2). В цьому випадку кожний символ буде складатися з набору точок, що входять у прямокутну матрицю знакомісця. Формування символів, що складають один рядок тексту, провадиться вроздріб: спочатку формуються всі перші рядки в знакомісцях, потім другі і т.д.

При цьому подаються підвищені вимоги до швидкодії автономної пам'яті і всього перетворювача.

Рис.4.2. Приклад викреслювання знака на екрані растровим методом

Менші вимоги до швидкодії пред'являє засіб перетворення до малоформатних растрів (рис. 4.3). Тут, як і в попередніх випадках, промінь ЕПТ рухається по постійній траєкторії. Основний растр, що охоплює весь екран, є переривчастим. Після досягнення променем початку кожного знакомісця включається перетворювач, що забезпечує розгортку в межах даного знакомісця, під час якої здійснюється імпульсна модуляція променя.

Рис. 4.3. Приклад формування знака на екрані методом малоформатного растру

4.1.2.Алфавітно-цифрові дисплеї растрового типу

Позначимо кількість рядків текстового формату через р, а кількість символів у рядку через q. Розмірність матриці, використовуваної для формування символів, приймемо (х, у), де х - кількість точок у рядку матриці, у - кількість таких рядків у матриці. Для нормального читання тексту необхідно передбачити інтервали між символами в рядку і між рядками. Ці інтервали хі і уі також можуть бути виражені в точках растра. З використанням введених позначень одержимо вираження для рядкової і модулючої частот:

(4.1)

  (4.2)

де   - кадрова і рядкова частоти, К і І - коефіцієнти, що враховують, відповідно, робочу частину кадра і рядка. Зазвичай приймають К = 0,7,1 = 0,8.

Визначення знакомісця екрана забезпечується спеціальним покажчиком - маркером. Оператор може управляти рухом маркера по всьому формату за допомогою спеціальних клавіш, на яких стрілками зазначені напрямки переміщення.

Для роботи в режимі редагування текстів використовується група клавіш: вставка одиничного символу ; стирання рядка; стирання екрана.

Рис. 4.4. Загальна структурна схема АЦД

Роздивимося принцип побудови АЦД растрового типу (рис. 4.4). Блок автономної пам'яті (БАП) будується на інтегральних мікросхемах. У ньому запам'ятовуються коди символів, передані з клавіатури (К) або з ЕОМ через блок введення (БВ) і блок сполучення (БС). За час горизонтальної розгортки електронного променя коди всіх символів відображуваного в даний момент текстового рядка з БАП послідовно надходять на вхід генератора знаків (ГЗ), який здійснює перетворення  інформації (коду символу і поточного номера рядка ) у рівнобіжний код, одиниці в розрядах якого несуть інформацію про висвічуємі на екрані точки, для даного рядка знакомісця. Код із виходу ГЗ надходить у зсувний регістр (ЗР), де здійснюється його перетворення в послідовність імпульсів, що управляють через відеопідсилювач (ВП) інтенсивністю світіння електронного променя.

Узгодження роботи пам'яті, знакогенератора, зсувного регістра з рогорткою електронного променя ЕПТ здійснюється блоком синхронізації (БСН), що являє собою набір перераховуючих схем, які працюють від загального тактового генератора (ТГ), побудованого з використанням кварцової  стабілізації частоти. Частота сигналу, вироблюваного ТГ, визначається обраною відстанню між суміжними точками на рядку растра і швидкістю руху променя. У БСН здійснюється перерахунок кількості текстових знаків і рядків, кількості точок і рядків розкладання символу, формуються сигнали синхронізації рядкової і кадрової розгортки.

У блок управління маркером (БУМ) входить лічильник адреси маркера,  уміст якого визначає розташування маркера серед символів тексту. Адреса маркера порівнюється з поточною адресою символу, що надходить з БСН. У момент рівності цих адрес при визначеному рядку розгортки, що відноситься до міжрядкового проміжку, із БУМ видається сигнал дозволу занесення відеокоду маркера в СР. У результаті на екрані у визначеному знакомісці з'являється  горизонтальний відрізок, що підкреслює символ. Зміна стану лічильника адреси маркера здійснюється за командами з клавіатури, а в деяких випадках і за командами від ЕОМ. Вміст лічильника маркера визначає в будь-який момент часу адресу символу, що записується в пам'ять символу.

Блок управління пам'яттю (БУП) здійснює комутацію сигналів, що надходять на адресні входи БАП, підключаючи до них розряди лічильника маркера (при записі інформації в пам'ять) або розряди лічильників знаків і текстових рядків, що входять у БСН (для зчитування кодів при регенерації зображення). Запис провадиться лише під час проходження променем ЕПТ міжрядкових проміжків, тому що циклічне зчитування кодів із пам'яті на цей період припиняється. У БУП виробляються також усі необхідні для роботи пам'яті керуючі сигнали.

Керуючі слова, що надходять від ЕОМ або з клавіатури, проходячи через блок сполучення (БС), ідентифіцюються в дешифраторі управляючих слів (ДУС) і впливають на блок управління режимами (БУР) роботи дисплея. БУР індиціює обмін інформацією між автономною пам'яттю й ЕОМ, рух маркера і ряд інших режимів, описаних вище.

Показаний на структурній схемі індикатор містить у собі крім блока ЕПТ (БТ), з відповідними джерелами живлення, блоки рядкової і кадрової розгорток (БРР і БКР) і відеопідсилювач (ВП). Іноді індикатори виконують у вигляді окремого блока і з'єднують зі схемою управління високочастотним кабелем.

. 4.1.3.Алфавітно-цифрові дисплеї з мікропроцесорним управлінням

Алфавітно-цифрові дисплеї з розширеними функціональними можливостями будують на базі мікропроцесорів, а також деяких спеціалізованих ВІС. Мікропроцесор являє собою велику інтегральну схему, що виконує під управлінням програми функції опрацювання інформації і здійснюючого зв'язку з зовнішнім середовищем за допомогою процедур вводу-виводу.

При використанні мікропроцесорів доводиться вирішувати задачу поділу програмних і апаратних функцій з метою одержати оптимальну структуру пристрою.

Рис.4.5. Структура АЦД з мікропроцесорним управлінням

Роздивимося структурну схему АЦД (рис. 4.5), аналогічного по функціях розглянутому в п. 4.1.2. Тут мікропроцесорний набір (виділений пунктиром) заміняє усі вузли відеоперетворювача, за винятком автономної пам'яті, генератора знаків, зсувного регістра і блока синхронізації. Мікропроцесор (МП) виконує загальне управління всією схемою за допомогою програми, записаної в постійній пам'яті (ПЗП). Програмно також здійснюється через порти вводу-виводу (в/в) зв’язок через блок сполучення з ЕОМ і обслуговування клавіатури. Крім того МП робить зміну і редагування інформації в блоці автономної пам'яті, підключаючись до нього як до периферійного пристрою. Необхідність виділення БАП у певний блок, зовнішній стосовно до МП-системи, пов'язана з недостатньою швидкодією останньої.

Очевидно, що створення нових типів АЦД потребує, в основному, витрат на розробку внутрішнього програмного забезпечення.

Тому що МП-системи мають значну гнучкість, та є можливість легко пристосовувати АЦД до вимог конкретних користувачів, а при необхідності перепрограмувати ПЗП.

4.2.Графічні дисплеї з функціональним управлінням

4.2.1.Призначення і принципи формування графічних зображень

У автоматизованих системах управління, де управлінські функції людини грають вирішальну роль, велике значення має форма представлення інформації на екрані. Від неї залежить обсяг інформації, що може бути сприйнята оператором і правильно ним інтерпретована. Інженерна практика показує, що в багатьох випадках найбільша наочність забезпечується при представленні різноманітних залежностей у вигляді діаграм, графіків, креслень і т.п. Навпроти, цифрова інформація часто потребує попереднього осмислювання її оператором.

Одним із найбільш важливих напрямків у використанні обчислювальної техніки можна вважати методи графічного вводу-виводу в ЕОМ у реальному масштабі часу. За допомогою графічного дисплея і різноманітних пристроїв введення можна передати в ЕОМ сформовану оператором інформацію й одержати від неї дані в графічному виді. На основі машинної графіки в останні роки широко розвиваються системи автоматизованого проектування (САПР), що повинні радикально змінити працю проектувальників і конструкторів.

В даний час основною тенденцією в розвитку методів відображення і графічної інформації на ЕОМ є створення пристроїв, що володіють широкими функціональними можливостями.

За принципом роботи графічні дисплеї можна розділити на два основних класи: із функціональним і растровим способами переміщення променя на екрані. При функціональних методах побудови зображень рух променя по екрані ЕПТ може бути будь-якою функцією часу.

Розглянемо способи формування зображень при функціональному методі.

Покрапкове формування зображень є найбільше простим способом виведення графічної інформації. Зображення тут утворюється шляхом послідовної передачі координат кожної точки в блок управління, що встановлює необхідну напругу (струм) у відхиляючій системі трубки і підсвічує кожну точку імпульсом модуляції. Цей процес повторюється з частотою регенерації (fp= 30.. 50 Гц) для виключення мерехтінь. При достатньо близькому розташуванні точок криві утворюються злитими і таким методом можна відобразити дуже складні геометричні фігури.

Метод формування відрізків (метод векторів) одержав широке поширення у функціональних графічних дисплеях. При цьому методі від ЕОМ у блок управління надходять лише координати початку (х; у) і кінця (х; у) вектора, а формування приростів напруги для відхилення променя ЕПТ по осях х і у здійснюється автономно. З цією метою в схему дисплея включено відповідний вузол, названий генератором векторів. При даному методі потрібно набагато менша швидкість виведення інформації, ніж при крапковому, причому ефективність його тим більша, чим довші відрізки, що генеруються.

Існують два основних методи генерування векторів: цифровий, при котрому апаратно обчислюються значення координат кожної точки відрізка прямої, і аналоговий, при якому генерується напруга для безупинного переміщення променя від початкової точки відрізка до кінцевої. Незалежно від типу, генератори повинні забезпечувати необхідну лінійність і точність проведення відрізків, їх однакову яскравість, іцо не залежить від довжини, і достатньо високу швидкість креслення.

Розглянемо спрощену схему генератора векторів, побудованого за аналоговим принципалі (рис. 4.2.1).

Рис. 4.2.1 Структура генератора векторів аналогового типу

При такому способі будь-який вектор викреслюється на екрані за час, який обумовлений швидкодією аналогової схеми (від одиниць до десятків мікросекунд). Щоб забезпечити однакову яскравість висвічування усіх векторів, потрібно управляти рівнем сигналу модуляції променя. Цей рівень повинен бути тим вищим, чим більша довжина вектора, тому що від довжини залежить швидкість руху променя. Зазвичай достатньо використовувати декілька фіксованих рівнів сигналу яскравості (не більше п'ятьох), що вибираються в блоці управління на основі вхідних даних. На основі аналогових методів можуть бути побудовані також генератори криволінійних відрізків, що дають змогу креслити різноманітні складні контури. Частіше усього при цьому використовується широко відомий метод фігур Ліссажу для утворення дуг, кіл та еліпсів.

Цифровий принцип роботи генераторів векторів пов'язаний із послідовним виведенням на екран точок, що складають лінійний відрізок. Кількість точок, що відповідають вектору визначеної довжини, залежить від умовно заданої на екрані координатної сітки. Виведені точки можуть висвічувати лише у визначених цією сіткою місцях і повинні забезпечувати якомога можна кращу апроксимацію прямої лінії, розташовуючись уздовж неї з рівномірною щільністю. Так як цифрові генератори здійснюють виведення точок із постійною частотою, то цим забезпечується однакова яскравість усіх фігур, що відображаються.

Всі алгоритми, що використовуються в цифрових генераторах засновані на способі приростів, тобто розрахунок координат кожної наступної точки здійснюється відносно координат попередньої. Найпростішим із них є алгоритм, реалізований звичайно в цифрових диференціальних аналізаторах (ЦДА). У ЦДА апаратним способом забезпечується чисельне рішення диференціальних рівнянь.

4.2.2.Графічні дисплеї функціонального типу

У графічних дисплеях функціонального типу будь-яка інформація відображається на екрані у вигляді наборів векторів, дуг, точок, символів, що адресуються в заданій системі координат. Звичайно, ця система має по осях х і у рівну кількість дискретних відліків, що відповідають цілій ступені двох, що дає змогу найбільш ефективно використовувати вхідні до складу блока управління даних, записаних в автономній пам’яті дисплея. Ці дані являють собою координати точок, кінців векторів або коди знаків, а також команди (накази), що задають режими роботи пристрою. Інформація з пам'яті послідовно надходить у блок управління дисплея, причому координати, що зчитуються, вказують точку, у якій повинен бути встановлений електронний промінь. При цьому промінь переміщається в нове положення від точки, що була зазначена попередніми кодами. У залежності від виконуваного наказу під час руху електронного променя його траєкторія або висвічується на екрані цілком, тоді відображається відповідний вектор або дуга, або висвічується лише кінцева точка, яка адресується. Можливий також режим переміщення променя без висвічування.

Зображення на екрані дисплея підтримується завдяки регенерації інформації, записаній в автономній пам'яті пристрою. Ця інформація є по суті програмою в кодах дисплея. Виконання лінійної програми здійснюється в кожному циклі регенерації. Дисплейна програма являє собою сукупність перемежованих службових наказів (команд пристрою), а також графічних і алфавітно-цифрових даних.

Накази пристрою можна розділити на три групи: графічні накази, що встановлюють режим роботи індикатора; накази управління порядком виконання програми, записаної в буферному ЗП; накази, що встановлюють режим роботи світлової пір'їни (табл. 4.1).

Найменування наказу

Режим

Код

Крапковий режим

Графічний

2А 00

Векторний режим

Те ж

2А 02

Крапковий режим у приростах

``

14 04 ■

Векторний режим у приростах

``

2А 05

Незахищений знаковий режим (основний розмір)

``

2А 40

Незахищений знаковий режим (збільшений розмір )

``

2А 41

Захищений знаковий режим (основний розмір)

``

2А 44

Захищений знаковий режим (збільшений розмір)

``

2А 45

Відсутність операції

Управління

24 80

Кінець послідовності наказів

Те ж

24 82

Початок перезагрузки кадра

``

Безумовний перехід

``

FF

Однократне виявлення

Світлова пір`їна

2А 84

Заборона по виявленню

Те ж

24 85

Багатократне виявлення

``

24 86

Перехід по виявленню

``

FD

Дисплейна програма починається з наказу "Початок передачі кадра" і завершується командою "Безумовний перехід" на адресу того осередку БЗП, де розміщений перший наказ. Між першим і останнім наказом утримуються дані, розміщення яких у БЗП відповідає послідовності виведення алфавітно-цифрових і графічних даних на екран пристрою.

Роздивимося більш докладно команди графічного режиму. Будь-який никаз складається з двох байтів: 2Л - код установки режиму (УР); XX - код режиму операції (РО). Байт УР скидає або припиняє існуючий режим роботи, а наступний за ним байт РО визначає новий режим роботи. Пристрій працює в новому режимі доти, поки не буде отримано і розшифрований нову наказ.

Наказ "Крапковий режим" (код 2А 00) забезпечує установку променя в задану точку. Чотири байти інформації, що слідують безпосередньо за командою, визначають координату точки, у яку переміщається промінь ЕПТ (рис. 4.10а).

Рис. 4.10. Формати слів при кодуванні: а) абсолютних координат; б) координат в приростах;

в) адреси комірок БЗП

Старші розряди коду координата X записуються в біти 4. .7 нульового байта, а молодші - у біти 0...5 першого байта. Значення координати У записуються у відповідних розрядах 2-го і 3-го байтів. Перший біт нульового байта (В) показує, відкритий або закритий промінь.

У деякому випадку добавляються розряди 6 і 7 першого байта для X і розряди 6 і 7 третього байта для Y.

Накази "Крапковий режим у приростах" (код 2А 04) і "Векторний режим у приростах" (код 2А 05) виконуються також як попередні (рис. 4.106), при цьому знаки приростів АА` і АГ визначаються значеннями нульових білів 0-го і 1-го байтів, а вмикання променя - 7-м бітом першого байта.

"Незахищений знаковий режим (збільшений розмір)" (код 2А 41) кожний байт, що випливає за цими наказами, визначає код знака, що повинний бути висвітлений у тому місці екрана, де в даний момент знаходиться промінь. Після висвічування знака промінь, переміщуючись у нову позицію, створює інтервал між знаками і рядками. У зону БЗП, що випливає за цими наказами, можуть бути записані коди будь-яких знаків з алфавітно-цифрової клавіатури. На відміну від першого режиму, знак, що висвічується в другому режимі збільшений приблизно в півтора рази.

У наказах "Захищений знаковий режим (основний розмір)" (код 44) і "Захищений знаковий режим (збільшений розмір)" (код 45) інформація про коди знаків, що слідують після цих команд, не може бути змінена оператором, що працює з атфавітно-цифровою клавіатурою.

Інформація, що випливає за командами "Відсутність операції" (код 2А 80), не сприймається і не відображається на екрані. Інші накази управління дисплеєм і накази світлової пір'їни більш детально розглянуті в табл.4.2.

Операція

Тип

Код

Запис у МОЗУ

Запис

01

Зчитати з МОЗУ

Зчитування

02

Зчитати ручний увод

. Те ж

Зчитати до курсору

``

06

Зчитати координати променя

``

32

Холостий хід

Управління

03

Встановити адресу МОЗУ і пуск

Те ж

27

Встановити адресу МОЗУ і стоп

``

OF

Встановити курсор

``

1 F

Видалити курсор

``

1 В

Встановити індексатори ФК

``

ОВ

Включити звуковий сигнал

``

Уточнити стан

Стан

Перевірити ввод – вивод

Інструкція

Сполучення графічного дисплея з ЕОМ здійснюється через інтерфейс вводу-виводу. Для підтримки процесів обміну розробляються спеціальні програмні засоби у виді канальної програми. Канальна програма аналізує стан пристрою відображення і виробляє канальні операції (табл. 4.3), які управляють процесами запису дисплейних файлів у БЗП (магнітний оперативний запам'ятовуючий пристрій (МОЗП) або напівпровідникова пам'ять) і зчитування даних (команд операторів) від клавіатури і світлової пір'їни. На додаток до різноманітних сигналів управління канал (ЕОМ) посилає до пристрою три типи байтів: адреса пристрою, канальні операції і дані. Адресний байт використовується для вибору визначеного дисплея. Канальні операції вказують тип операції, що повинна бути виконана. Байти даних являють собою дисплейні файли, що стежать за операціями "Записати в МОЗП" і деякими операціями управління. Програма відображення в ЕОМ формує дисплейні файли видачі на кожний пристрій і опрацьовує запити (команди), що вводяться операторами.

4.3.Графічні дисплеї растрового типу

4.3.1.Растрові квазіграфічні дисплеї

Потреба в дешевих засобах графічної взаємодії з ЕОМ обумовила широкий розвиток так званих квазіграфічних дисплеїв (КГД), що забезпечують хоча й обмежену, але прийнятну в багатьох випадках можливість відображення як текстової, так і графічної інформації. Більшість з них виконано на базі стандартних телеприймачів і моніторів, у тому числі і кольорових.

КГД  властиві обмеження:

1) спрощене формування зображення за допомогою графічних елементів із заздалегідь заданого набору (який іноді може бути змінним);

2) необхідність попереднього групування даних, що поступають від ЕОМ у формат, аналогічний тому, що використовується в АЦП.

Найпростіші КГД мають перевагу в тому, що в принципах побудови вони не відрізняються від АЦП, збереження графічних кодів здійснюється в ЗП. При кодуванні слід використати додатковий двійковий розряд. Щоб не ускладнювати апаратуру обмежуються наборами з елементів інформаційної графіки(рис.4.7).

Рис. 4.7. Деякі графічні елементи, що використовуються в квазіграфічних дисплеях (матриця 7x9 крапок)

4.3.2.Растрові дисплеї з повнографічними можливостями

У зв'язку з розширенням сфер застосування графічних дисплеїв значно зросли вимоги до складності і якості відображуваної інформації. Функціональні дисплеї, що забезпечують гарну якість зображення, мають обмеження на кількість інформації, що видається без мерехтіння. Що стосується КГД, то сам принцип апроксимації графіки обмеженим набором елементів значно звужує їх область використання.

Підвищення вимог до відображуваної інформації призвело до створення дисплеїв із так званими повнографічними можливостями. Принцип формування зображення близький по будові до функціонального з дискретним генератором ліній, проте інформація з виходу генератора подається не безпосередньо на екран, а записується в блок пам'яті. Зображення накопичується у виді так званого інформаційного рельєфу. Точки висвічуються при модуляції променя ЕПТ. Тому пам'ять, що накопичує інформаційний рельєф, зветься пам'ять регенерації (ПР). Індикатори на ЕПТ, як правило, мають підвищену роздільну здатність (до 1000 рядків і вище).

Рис.4.8. Структара дисплею з повнографічними можливостями

4.3.3. Напрямки розвитку графічних дисплеїв

Ускладнення функцій, які виконуються операторами дисплеїв з обробки графічних даних, призвело в останні роки до створення класу пристроїв відображення, що одержали назву “активних дисплеїв”. Наявність мікро-ЕОМ у структурі графічного дисплея дає змогу використовувати її обчислювальну потужність не тільки для виконання процедур, пов'язаних безпосередньо з функцією відображення інформації, але і для здійснення різноманітних її перетворень за вимогою оператора або ЕОМ. Використання таких засобів відповідає сучасній тенденції переносу частини обсягу операцій з переробки інформації від центру обчислювальної системи убік термінального устаткування.

Реалізація активних дисплеїв доцільна на базі растрових індикаторів із підвищеною роздільною здатністю (500 рядків розкладання і вище), тому що при менших форматах витрати на додаткові функції не скуповуються через погану якість представлення результатів. У їхній склад, крім звичайних блоків, що забезпечують побудову і регенерацію зображення, вводиться ряд додаткових, які працюють під управлінням мікро-ЕОМ (рис 4.9).

Рис.4.9. Склад обладнання активного дисплею з графічним вводом-виводом

Функції активних дисплеїв, побудованих на базі мікро-ЕОМ, можна розділити на дві групи: системні і спеціалізовані. До системних функцій відносять: організацію і ведення діалогу; редагування інформації, що відображається; програмну підтримку “системи меню”; інтепретацію програм, написаних на мовах діалогового типу; організацію зв'язку з центральною ЕОМ; організацію і супроводження баз даних.

При роботі в системах проектування, оснащених активними дисплеями, користувач може створювати помилкові графічні зображення в двомірному і тривимірному просторі, використовуючи відповідне програмне забезпечення, викликати в будь-яке місце екрана, відзначене маркером або світловою пір'їною, необхідні графічні образи (фрагменти), переміщати їх у поле екрана і т.п.

У активних дисплеях часто використовується процедура організації “поліекрану” (багатовіконного інтерфейсу), тобто відображення на екрані декількох (двох і більше) областей графічних зображень, кожне з яких визначається своїм незалежним файлом у системній пам'яті.

5. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КЗВІ

5.1 Загальна характеристика комплексів засобів відображення інформації

5.1.1 Заедания вимог на проектування КЗВІ

При проектуванні КЗВІ розглядають чотири групи чинників: організаційні, ергономічні, техніко-економічні й умови зовнішнього середовища (рис 6.1).

Організаційні чинники регламентують організацію групової й індивідуальної діяльності операторів При цьому чинниками, що визначають групову діяльність операторів, є структура групи операторів, кількісний склад групи і розподіл функцій між ними. Індивідуальна діяльність операторів на функціональному рівні визначається змістом і обсягом виконуваних ними функцій, а також послідовністю (дисципліною) їхнього виконання [28].

Групу ергономічних чинників утворять ті чинники, що безпосередньо впливають на процес інформаційного впливу операторів з КЗВІ.

Техніко-економічні чинники характеризують засоби відображення як складову частину АСУ і включають економічні й експлуатаційні параметри. Економічні параметри - це витрати на виготовлення і монтаж, експлуатаційні витрати на матеріали й устаткування, витрати на обслуговування, а також повна вартість засобів відображення.

Умови зовнішнього середовища характеризують ту обстановку, що складається в ході рішення функціональних задач (проста, складна, напружена), а також чинники населеності, які безпосередньо впливають на психофізіологічний стан оператора.

З урахуванням перерахованих вище чинників провадиться завдання вимог на проектування КЗВІ. Виділяють три взаємозалежних групи вимог:

  •  вимога до інформаційного забезпечення діяльності операторів;
  •  вимога до технічних засобів (ТЗ) КЗВІ;
  •  вимога до програмного забезпечення (ПЗ) КЗВІ.

При розгляді першої групи вимог піддається аналізу склад задач, розв'язуваних системою. Частина задач вирішується автоматично, частиш - автоматизовано, тобто за участю операторів. При розподілі задач між ЕОМ і оператором на якісному' рівні виходять із переважних можливостей ЕОМ перед оператором при рішенні одного класу задач і людини перед машиною - при рішенні іншого класу задач. Питання розподілу функцій у системі людина- машина традиційно вважається досить складним і для його рішення використовують методи сучасної математики, моделювання й експертні оцінки.

Вимоги до технічних засобів задаються на основі аналізу можливих структур КЗВІ. У сучасних АСУ найбільш широко поширені два типи структур: структури, побудовані за принципом ієрархічної (багаторівневої) обробки даних, і структури, побудовані за принципом розподіленої обробки даних. Розглянемо послідовно ці структури.

З розглянутих вище в п. 2.1 ієрархічних структур КЗВІ можна виділити дві структури: автономну' з міні-ЕОМ у якості групового пристрою управління й автономну з мікро-ЕОМ у складі пристрою відображення.

Структура з міні-ЕОМ (рис. 6.2а) має явні переваги в порівнянні зі егрукгурами, розглянугими раніше:

  •  розширення функціональних можливостей пристроїв відобргіження за рахунок використання спеціального програмного забезпечення в міні-ЕОМ;
  •  можливість гнучкої модифікації програм редагування інформації й обробки даних у залежності від цільового застосування пристроїв відображення;
  •  можливість використання в окремих випадках пам'яті ЕОМ для збереження і регенерації інформації;
  •  можливість використання єдиної бібліотеки програм для обслутовування ряду пристроїв відображення і т.д.

Структура з міні-ЕОМ і мікро-ЕОМ (рис. 6.26) є розвитком попередньої структури і дає змогу організовувати мережу з ЕОМ (основна міні-ЕОМ і мікро- ЕОМ у склад пристрою відображення) із розподілом задач між ними. У цьому випадку на основну міні-ЕОМ покладаються задачі прийому потоку даних від ЦОК, розподіли їх по пристроях відображення і попередньої обробки даних. На мікро-ЕОМ пристрої відображення, що є ядром модуля відображення, можуть бути покладені задачі прийому' потоку даних, його збереження, управління відображенням, редагування інформації (масштабування, селекції, зсуву центру зони відображення, перерахунок координат відображуваного об'єкта і т.д.).

Зсув задач відображення на більш низькі рівні (міні-ЕОМ, мікро-ЕОМ) дає можливість розвантажити пам'ять ЦОК і підвищити продуктивність системи. Такі структури дають змогу' створювати окремі закінчені уніфіковані КЗВІ, що можуть включатися в будь-які розробляєм! АСУ різноманітного призначення за рахунок настроювання програмного -забезпечення на визначені задачі і задану конфігурацію КЗВІ.

При подальшому викладі матеріалу будемо орієнтуватися на розглянуті вище структури КЗВІ.

Вимоги до пристроїв відображення як до кінцевих пристроїв КЗВІ визначаються з урахуванням можливостей формування заданйх елементів інформаційної моделі. При цьому варто зазначити функції, що розв'язуються апаратурними і програмними засобами. Візуальна частина пристрою відображення повинна задовольняти ергономічним вимогам у частині світлотехнічних і інформаційних характеристик (розміри робочого поля екрана, алфавіт і розміри символів, потенційні можливості по формуванню графічних елементів і т.д.).

Взаємодія операторів із центральним ОК й обчислювальними засобами КЗВІ здійснюється за допомогою органів управління, розміщених на пульті управління. їхнє розташування повинно задовольняти ергономічним вимогам. До органи управління, як правило, відносять функціональну клавіатуру, алфавітно-цифрову клавіагуру і світлову ручку.

Функціональна клавіатура дає змогу оператору вести діалег з ЕОМ. З її допомогою оператор задає режим роботи індикатора, активізує відповідні програми обробки даних для відображення, уточнює режими роботи світлової пір'їни, здійснює виведення додаткової інформації, масштабування й інші службові функції.

Алфавітно-цифрова клавіатура призначена для формування повідомлень, що вводяться в ЕОМ, і дає змогу здійснювати редагування інформації на пристрої відображення. За допомогою світлової пір'їни оператор може або зазначити на деякі об'єкти на екрані (режим вказівки), вводячи параметри активізованої програми, або накреслити визначений символ, або ввести графічну інформацію (режим спостереження). У першому випадку використання світлової пір'їни є допоміжною функцією, результат якого - лише вказівка того, що мало місце переривання від світлової пір'їни і фіксація координат точки, звідки прийшло переривання.

Вимоги до програмного забезпечення КЗВІ залежать від багатьох чинників, таких як структура КЗВІ, склад використовуваних пристроїв відображення, клас розв'язуваних задач, тип АСУ, розподіл задач між засобами і т.д.

5. 1.2. Принципи проектування програмного забезпечення КЗВІ

При створенні складних АСУ велике значення має розробка програмного забезпечення (113), тому що саме програмні засоби створюють інтелект комп'ютера, що робить його спроможним вирішувати самі значні і складні задачі управління об'єктами. Програмне забезпечення розширює можливості систем, є як би продовженням технічних засобів, часом приховує вади апаратних компонентів системи [26]. Тому при розробці системи необхідно керуватися визначеними принципами проектування ПЗ. Розглянемо ці принципи.

Принцип урахування людського чинника. Даний принцип повинен забезпечувати повну підтримку користувача (оператора), тобто створення дружнього інтерфейсу між ЕОМ і людиною. По суті, людина-оііератор не повинна займатися пошуком інформації, а синтезована інформаційна модель не повинна потребувати інтепретації або перекодування даних, що значно може завантажити оперативну пам'ять людини. Від оператора не можна вимагати, щоб вона вивчала щось непотрібне для виконання визначеної задачі, знайомилась з термінологією, що не відноситься до цієї задачі, займалася повторною обробкою отриманої інформації. Урахування людського чинника при створенні ПЗ спрямоване на мінімізацію необдуманих рішень і невиправданих зусиль людини-оператора в умовах інтерактивної взаємодії з ЕОМ.

Принцип модульної ієрархічної побудови. Під модульним програмуванням розуміється метод побудови складних програм по ієрархічному принципу на базі невеличких програмних блоків, кожний із який виконує закінчену логічну функцію і має1 обсяг у межах 500. . . 1000 команд [16].

Принцип спеціалізації проектування ПЗ складається в урахуванні специфіки функціонування конкретного об'єкта АСУ. Для проектування ПЗ КЗВІ - це урахування прийнятої в даній сфері АСУ символіки, графіки, методики рішення.

Принцип усталеності основної структури (базового варіаніа). Створює ться базовий варіант ПЗ системи, що синтезує найбільше загальні властивості (риси), характерні для усіх варіантів. Модифікація базовою варіанта полягає в зберіганні його загальної (налагодженої) частини - здра і розробці спеціальної частини - настроювання, що описує структурні і функціональні характеристики відповідного варіанта. Зручним засобом опису настроювання є таблиці настроюваних параметрів. Поділ ПЗ на загальну і спеціалміу частині (ядро і настроювання) дає змогу істотно зменшити матеріальні витрати і час на розробку і налагодження нових варіантів.

Принцип поетапного упровадження визначає загальну стратегію проектування ПЗ з урахуванням його розробки і перспектив подальшого розвитку і припускає поетапне впровадження базового варіанта ПЗ і його наступних модифікацій.

Принцип автоматизації проектування. Суть даного принципу полягає в максимально можливому використанні ЕОМ при проведенні досліджень і розробки ПЗ. Рівень його реалізації визначається в основному двома чинниками:

можливостями штатних програмних засобів ЕОМ (систем автоматизації програмування, систем автоматизації налагодження);

наявністю додаткових засобів автоматизації проеюування, що розроблюються в інтересах створення системи.

У загальному випадку система автоматичного проектування складається з одного або декількох вхідних язиків (проблемно і машиноорієнтованих), системи трансляції з цих язиків, системи структурного контролю, інформаційної системи (що включає у себе архів програм, для визначеної системи автоматизованого управління і бібліотеки їхніх описів) і системи випуску технічної документації на підпрограми керуючої ЕОМ.

5.1.3 Функції програмного забезпечення і їх розподіл по рівнях обробки

Проектування програмного забезпечення комішексів засобі» відображення інформації включає такі основні напрямки:

розробку структури програмного забезпечення КЗВІ і його основних компонентів;

розробку засобів автоматизації “налагодження” ПЗ на задану конфігурацію КЗВІ;

розробку алгоритмів і програм ситуаційного управління.

Організація програмного забезпечення КЗВІ залежить від багатьох чинників, основними з який є структура КЗВІ, що характеризує склад пристроїв відображення й обчислювальних засобів, а також взаємозв'язок між ними; перелік розв'язуваних оператором задач в АСУ; склад інформаційних елементів, Із яких синтезуються інформаційні моделі операторів; органи управління і засоби кодування запитів від операторів;

темпи відновлення інформації на пристроях відображення; інтенсивність надходження запитів від операторів.

Програмне забезпечення КЗВІ ділиться на дві частини: загальне і спеціальне. Загальне ГІЗ являє собою “ядро” системи і є незмінною частиною. Воно містить набір функціональних модулів, призначених для управління обчислювальним процесом і синтезу різноманітних інформаційних елементів. Для нових АСУ, реалізованих на тій же програмно-технічній базі, недоцільно наново розробляти усс ПЗ КЗВІ. Можна використовувати базовий варіант ПЗ (“ядро”), і всі зміни в конфігурації КЗВІ, типах і кількості інформаційних елементів, типах і кількості команд, що вводяться із пультів АРМ, доцільно враховувати в спеціальному ПЗ.

Спеціальне ПЗ є змінюваною частиною і розробляється знову всякий раз, коли проектується нова АСУ. Спеціальне ПЗ являє собою набір таблиць рішень, що управляють ходом обчислень і .задають порядок обробки інформації Розробка таблиць, що дають змогу настроювати базовий варіант ГІЗ КЗВІ для нових застосувань, є справою дуже тонкою і відповідальною.

Основна ідея проектування таблиць настроювання полягає в тому, що їх структура (формати) визначаються на етапі розробки базового варіанта ПЗ і надалі практично не піддаються змінам. Кожна з таблиць настроювання має фіксовані поля, що займають визначену частину розрядів машинного слова, куди записуються параметри, що управляють процесом обробки даних. Всі зміни в новому варіанті ПЗ в порівнянні з базовим враховуються шляхом запису нових значень параметрів управління, які описують структуру й зміст нової інформаційної моделі, а також команди, що вводяться операторами з пультів управління. Зауважимо, що розміри (довжини) таблиць настроювання можуть розширюватися або зменшуватися, але їх структура залишається незмінною.

Для зберігання спадкоємності в розробці ПЗ КЗВІ і полегшення процесів одержання нових варіантів ПЗ доцільно передбачити інструментальні засоби підтримки процесів проектування, тобто автоматизувати найбільше трудомісткі етапи робіт. Тут можна виділити два напрямки: створення засобів автоматизації настроювання базового варіанта ПЗ для нових застосувань (нових АСУ) і створення засобів автоматизації кодування графічних об'єктів (алфавіти спеціальних символів, карти місцевості з нанесеними на них елементами угруповання для різноманітних масштабів, масштабні сітки, зони і т.п ).

Створення гнучких керованих у часі й у просторі ситуаційних інформаційних моделей вимагає розробки відповідного математичного •забезпечення й алгоритмів ситуаційного управління. Розробка таких алгоритмів базується на ідеях створення відповідних систем підтримки рішень (відповідно до принципів систем штучного інтелекту) і являє собою достатньо складні теоретичну і практичну задачі. Доповнення ПЗ КЗВІ програмними компонентами підтримки рішень зажадає значного збільшення обчислювальних ресурсів системи Дана обставина повинна бути врахована на етапі вибору обчислювальних засобів КЗВІ для різноманітних рівнів обробки інформації


6. ЕЛЕКТРОННІ ЦИФРОВІ КАРТИ

6.1 Застосування електронних цифрових карт у АСУ

6.1.1 Роль і значення картографічної інформації

1.Вимоги до картографічних даних ЕЦК1. Роль і значеня картографічної інформації при прийнятті рішень в АСУ.

Найважливішим джерелом тримання інформації про елементи місцевості - їх взаємному положенні, координатах, розмірах, окресленнях і інших кількісних і якісних показниках -- служать топографічні карти.

Карта - це зображення земної поверхні, побудоване на ілсшш і аз зазначених математичних правилах. До елементів ісарти належить сі.м. картографічне зображення, математична основа, легенда, допоміжне оснащені«; і Додаткові дані. Основним елементом карти є картографічне зображення, що передає зміст карти, тобто сукупність відомостей про показані на карті еб'е —п, їх розміщенню, властивостях і взаємозв'язку. Картографічне зображення міс ить у собі елементи подані на рис. 7.1. Широке повсемісне використання одержали топографічні карти в багатьох областях народного ї оонсдарстаа (геологорозвідка, нафтогазовий комплекс, космонавтика, залізничний, морський : повітряний транспорт) і у військовій справі

Карта являє собою просторову математично визначену і генералізовану образно-знакову модель дійсності. Її найважливіша властивість - просторово- часова подоба картографічного зображення і самого об'єкта. Воно виявляється і трьох аспектах: геометричній подобі розмірів і форм; часовій подобі; подобі відношень, зв'язків, співшдпорядкованості об'єктів. Інша важлива властивість карти як моделі - це її змістовна відповідність, тобто науково обгрунтоване : йдображення головних особливостей дійсності з урахуванням генезису знутрішяьої і зовнішньої структури, ієрархії об'єктів Карти мають властивості вибірності і синтетичності. На картах можна роздільно представити процеси, що у реальному житті виявляються спільно 3 іншої сторони, картографічне зображення може забезпечити єдине цілісне представлення явищ, виявляється в реальному житті ізольовано. Метричність - властивість карти, забезпечуване математичним законом побудови, точністю упорядкування і відтворення карти. Однозначність - властивість карти мати єдине значення в кожній точці в межах прийнятої системи позначень. Безперервність карти означає, що картографічне зображення є присутнім у всіх точках карти. На ній немає пусгст і розривів. Наочність карти - це можливість .зручного зорового сприйняття просторових форм, розмірів, розміщення, зв'язків об'єктів. З цією властивістю тісно пов'язана чш шість карти, тобто візуальна розрізненість елементів і деталей кар «графічного зображення. Карти мають високу інформативність. На одиниці площі карти розміщається велика кількість написів, знаків, а також кількісних характеристик.

Формування, що займаються ліквідацією стихійних лих (землетрусів, повеней, значних пожеж і т.д.) повинні вести організовані оперативні дії в будь- яких умовах місцевості і погоди, у будь-який час року і доби, переборювати величезні відстані в короткі терміни. Усе це потребує докладніше враховувати й оцінювати особливості місцевості, навіть такі, у котрих раніш не було необхідності

В сучасних умовах, коли оперативні дії відрізняються великим просторовим розмахом, винятковою швидкоплинністю і маневреністю, топографічні карти як вимірювальні документи й основні джерела інформації про місцевість стають одним із найважливіших засобів управління військами Достатньо сказати, що в значних формуваннях МИС, МО, МВС розробляється велика кількість найважливіших документів управління силами і засобами з використанням топографічних карт. Основні задачі з використанням картографічної інформації подані в табл. 7.1

Задачі, що вирішуються з використанням картографічної інформації

1 Оцінка місцєвосці

Проходимість, умови спостереження, захисні властивості місцевості, маскувальні властивості місцевості, сезонні та кліматичні умови

Топогеодезичне забезпечення систем управління

Визначення координат, топоприв’язка позицій, визначення координат об’єктів, орієнтування, цілевказівка. юстування, навігаційні розрахунки

Інформаційні ; задачі (довідкові дані)

Інформаційно- 1 розрахункові задачі

Про елементи місцевості, політико-адмінісгративний поділ, склад населення, промисловий та сировинний потенціал, військово-політичні аспекти та ін.

Зняття координат точок, вирахування відстаней, вирахування вертикальних та горизонтальних кутів, вирахування площ, вирахування кутів

наклонів та підйомів, визначення перевищення (заниження) точок, вирахування видимості (невидимості) точок місцевості

Відпрацювання ! документів

Нанесення обстановки на карту, прийом (передача) оперативної обстановки, виготовлення звітних документів

Класифікація топокарт за масштабом, призначенням та використанням приведена в табл. 7.2.

Таблиця 7.2

Масштаби карт

Класне

іікація карт

За масштабом

За основним призначенням

1:25000

Великомасштабні

тактичні

1:50000

1:100000

Середньомасштабні

1:200000

оперативні

1:500000

Мілкомасштабні

1:1000000

Робоча карта старшого формування призначена для рішення багатьох і різноманітних задач. З її допомогою можна усвідомити отриману оперативну задачу, вивчити місцевість і оцінити обстановку, поставити задачі підпорядкованим особам, віддати вказівки по взаємодії різноманітним видам забезпечення, скласти повідомлення, інформувати сусідів, рухатися на місцевості, вирішувати задачі по ліквідації стихійних лих. Для рішення цих задач на карту повиті бути нанесені необхідні дані, а саме: відомості про місця виникнення стихій, зосередженні техніки, резервах, вертолітних площадок, дані про метеорологічні умови, положення і характер дій своїх сил і сусідів.

6.1.2  ЕЦК – засіб підвищення ефективності діяльності операторів АСУ

Розвиток засобів обчислювальної техніки, методів і алгоритмів машинної графіки, ускладнювання засобів відображення, методів і засобів кодування графічної  інформації обумовили появу нового засобу представлення географічної інформації - електронні цифрові карти (ЕЦК).

Під електронними цифровими картами розуміють закодовані у цифровому виді просторові координати і характеристики об’єктів місцевості, що знаходяться на машинних носіях. Цифрова форма представлення географічної інформації й обробка її сучасними обчислювальними засобами дають змогу реалізувати можливість різноманітної візуалізації різноманітних картографічних об’єктів і територій. Основою побудови ЕЦК є картографічна база даних, під якою розуміюсь сукупність певним чином організованих масивів цифрової картографічної інфюрмації, що відбиває стан картографічних об’єктів, їх властивості і взаємовідносини. Повнота і подробиця ЕЦК знаходяться в прямій залежності від потужності картографічної бази даних (КБД). Чим більш детальна  інформація потрібна про місцевість, тим більший обсяг даних повинна мати КБД. При достатньо високому рівні розвитку сучасних інформаційних технологій створення електронних карт не викликає особливих труднощів, але їх розробка потребує чіткого представлення для рішення яких задач можуть бути використані ЕЦК.

Крім зручності для споживача швидкої побудови зображення карти необхідного району в необхідному масштабі, ЕЦК забезпечують ряд додаткових переваг, а саме:

  •  швидке, а в перспективі автоматизоване виведення на карту' даних у реальному масштабі часу;
  •  одержання зображення карти з додатковими відомостями в необхідному обсязі;
  •  використання відомостей, що містяться на карті, для автоматизованого управління сипами і засобами;
  •  можливість оперативного відновлення цифрової картографічної інформації, внесення додаткових характеристик;
  •   можливість збільшувати або зменшувати масштаб зображення, будувати карту району цілком або виводити її окремі фрагменти, показувати тільки певні елементи картографічного зображення або їх різноманітні сполучення;
  •  документування ЕЦК із нанесеною обстановкою дає змогу простежити динаміку розвитку процесів або явищ;
  •  автоматизацію процесу забезпечення розрахункових і моделюючих задач необхідною вихідною топографічною інформацією;
  •  забезпечення передачі по цифрових каналах зв'язку всіх документів, виконаних на картографічному фоні.

Головна

Для  успішного  рішення  задач  швидкого  реагування  ЕЦК  повинна  мати  ообливості  і  влативості  топографічних  карт.  

Для  оперативної  діяльності  формувань  МНС  картографічна  інформяція  має  особливо  важливе  значення.

Якісна  оцінка  місцевості,  правільне  й  обгрунтоване  ухвалення  рішення  на  ведення  бойових  дій  можливо  тільки  при  достатньо  докладному,  детальному  представленні  картографічних  даних.  Наприклад,  при  діях  у  населенному  пункті  ЕЦК  повинна  бути  великим  планом  цього  населеного  пункту.

При  організації  маршу  ЕЦК  повинна  відображати  інформацію  про  доржну  мережу,  характер  і  можливості  руху  по  дорогах  і  поза  ними,  загальні  умови  прохідності  місцевості,  а  також  інформацію  необхідну  для  організації  переправ.

Загальні  вимоги  до  ЕЦК.

На  підставі  конкретних  вимог   користовачів  і  системи  управління  можна  сформулювати  загальні  вимоги  до  технічних  засобів,  до  програмних  і  алгоритмічних  заобів,  до  картографічної  бази  даних  ЕЦК,  до  системи  запитів  іт.д.

Створення  виразної,  легко  читаємої  ЕЦК  можливо  при  використанні  пристроїв,  що  забезпечують  високу  здатність    і  велику  кількість  одночасно  відображуваних  кольорів.

Програмні  і  алгоритмічнііі  засоби  повинні  забезпечити  таких  операцій  як  вимір  відстаней,  площ,  напрямків,а  також  можливості  збареження  картографічної  інформації.

Система  організації  запитів  повинна  забезпечувати  швидкий  пошук   потрібної  інформації.

7. Елементи машинної графіки.

7.1.  Машинна графіка, її можливості і перспективи розвитку.

7.1.1 . Історіярозвитку  машинної  графіки

Машинна графіка – створення, збереження і обробка моделей об’єктів і їх зображення за  допомогою  ЕОМ. Інтерактивна машинна графіка дає можливість активно управляти зображенням, його  формою,  розмірами  і кольором  за  допомогою  інтерактивних  пристроїв  ( клавіатура,  миша  і  т.п.) , тобто доповнює машинну графіку.

Перше  найпростіше  графічне  зображення з'явилося   одночасно  з  використанням  перших  ЕОМ.

Успіхи машинної  графіки  визначаються  теоретичними  дослідженнями  в даній  області, а також рівнем розвитку технічних і програмних засобів.

Однак, перші роки машинної графіки не значними практичними результатами.

Фактори, що заважали розвитку:

  •  Висока вартість  устаткування.
  •  Труднощі при розробці  великих  інтерактивних  програм.
  •  Індивідуальність програмного  забезпечення.

 Початком  сучасної  інтерактивної  графіки  можна  вважати  роботу   Сазерленда,  присвячену  графічній  системі.  Ним  розроблені  також  інтерактивні  методи  використання  клавіатури,  світлової  пір'їни,  вказівки і малювання,  а  також  багато  інших  ідей  і  методів.  Сучасна  література  по  машинній  графіці  нараховує  книги  Н'юмена  і  Спрулла,  Гілоя,  Фолі  й  Ван  Дема,  Клімова  і  др.

  Основу  технічних  засобів  складають  векторні  і  растрові  дисплеї.  Векторні  дисплеї  складаються  з  дисплейного  процесора,  дисплейної  буферної  пам'яті  і  ЕПТ,  що  відноситься  до  неї.  Буфер  служить  для  запам'ятовування  підготовленої  на  ЕОМ  дисплейної  програми,  яка  включає  команди  виводу  точок  відрізків,  а  також  команди  виводу  символів.  Команди  малювання  точок,  відрізків  і  літер  інтерпретуються  дисплейним  процесором,  який  перетворить  цифрові  значення  в  аналогові  напруги,  що  управляють  електронним  променем,  останній  вичерчує  лінії  на  люмінофорному  покритті  ЕПТ.

  У  середині  70-х  років  минулого  століття  була  винайдена  дешева  графіка,  заснована  на  телевізійній  техніці,  котра  зробила  сильний  вплив  на  розвиток  машинної  графіки.  У  растрових  дисплеях дисплейні примітиви  ( відрізки,  літери  і  зафарбовані  ділянки )  зберігаються  в  пам'яті  для  регенерації  у  виді  сукупності  утворюючих  їх  растрових  точок,  називаних  пікселами  або  пелами.

Поряд  з  удосконалюванням  методів  виводу  поліпшувалися  методи  введення  ( алфавітно-ціфрова  клавіатура,  світлова  пірьїна,  миша і т.п.).

За  допомогою  таких  інтерактивних  пристроїв  користувач  може  вводити нову  текстову  або  графічну  інформацію,  а  також  вказувати  існуючу  інформацію  на  екрані  для  завдання  операцій,  над  якими  повинні  бути  виконані  дії.

Процес  удосконалювання  програмного  забезпечення  був  тривалим.  Був  пройдений  шлях  від  апаратно-залежних  пакетів  підпрограм  низького  рівня,  що  поставляються  виготовлювачам  разом  із  конкретними  дисплеями,  до  апаратно-незалежних  пакетів  високого  рівня.  Такі  пакети  можуть  бути  використані  для  управління  найрізноманітнішими  графічними  пристроями - від  градобудівників  до  високоякісних  векторних  і  растрових  дисплеїв.  Основна  ціль  програмно-незалежного  пакета  складається  в  тому,  щоб  забезпечити   мобільність  прикладної  програми  при  переході  з  однієї  ЕОМ  на  іншу.

Істотний  крок  вперед  у  середині  70-х  років  минулого  століття  був  пов'язаний  з  усвідомленням  необхідності  стандартизації  апаратно-незалежних  пакетів  графічних  програм.  У  результаті  з'явилися  вимоги  до  "Графічної  системи  Core".  Запропонований  стандарт  грунтувався  на  результатах  практичної  роботи  із  кількома  апаратно-незалежними  графічними  пакетами.  Цей  стандарт послужив  основою  для  робіт  в  області  стандартизації  і  на  міжнародному  рівні.

7.1.2 . Модель  інтерактивної  графіки

Модель  інтерактивної  графіки  включає  апаратурні  засоби  і  програмне  забезпечення  ( рис. 7.2 ).  Апаратурними  компонентами  є  основна  ЕОМ  і  дисплейний  пристрій.  Дисплей  складається  з  екрану,  на  якій  виводиться  зображення  і  компоненти  для  введення  або  інтерактивної  компоненти.  Остання  являє  набір  пристроїв  типу  клавіатури,  світлової  пір'їни   або  планшету  з  вказівкою,  локаторів  ( покажчики  положення  по  осях  х  і  у).

Рис.7.2. Типовий растровий графічний дисплей

Програмне  забезпечення  складається  з  трьох  компонент:  прикладної  структури  даних  (бази  даних) ;  прикладної  програми;  графічної  системи.  Прикладна  програма  записує  інформацію  в  базу  даних  і  витягає  ії  звідти  для  передачі  графічній  системі.

База  даних  містить  опис  реальних  або  абстрактних  об'єктів,  що  повинні  з'являтися  на  екрані.  Структура  даних  містить  описи  тематичних  об'єктів  (електричні  схеми,  механічні  вироби  і т.п.).  У  опис  об'єктів  включаються    також  геометричні  дані  про  координати,  форму  об'єкта,  тип  лінії,  колір  і  т.п.

Прикладна  програма  описує  двомірну  або   тривимірну  геометрію  об'єкта,  що  підлягає  виводу  на  видову  поверхню.  Вона  користується  графічною  системою,  а  також  підсистемою  вводу-виводу.  Підсистема  вводу-виводу  веде  каталог  файлів,  організує  розміщення  записів  на  носіях  інформації  і  звільняє  програміста  від  необхідності  знати  численні  параметри.

Графічна  система  являє  комплекс  графічних  підпрограм  виводу,  сумісних  із  мовами   Фортран  або  Паскаль.  Цей  пакет  підпрограм  управляє  конкретним  пристроєм  і  забезпечує  вивід  зображення  цим  пристроєм.

Програмне  забезпечення  інтерактивної  системи  функціонує  під  управлінням  користувача.  У  режимі  діалогу  програми  очікують  яких-небудь  дій  користувача,  потім  відповідним  чином  реагують  на  його  запити  і  знову  переходять  у  стан  чекання.   

7.1.3 . Області  застосування  і  перспективи  розвитку  інтерактивної машинної  графіки

Машинна  графіка  в  даний  час  використовується  в  різноманітних  галузях  промисловості,  в  економіці,  у  науці  і  техніці,  у  навчальних  закладах  і  навіть  у  побуті.

Типові  області  використання.

Креслення  графіків.  В  даний  час  графіка  використовується  частіше  усього  для  виводу  двомірних  і  тривимірних  графіків  математичних,  фізичних  або  економічних  залежностей,  гістограм,  лінійних  і  кругових  діаграм,  графіків  планованого  виконання  робіт  і  багатьох  інших  рисунків.

Картографія.   Машинна  графіка  використовується  для  точного  представлення  на  папері  або  плівці  географічних  і  інших  природних  явищ.  Існують  практичні  приклади  виготовлення  засобами  машинної  графіки  географічних  і  рельєфних  карт  для  гірських  робіт,  океанографічних  карт,  карт  погоди,  карт  для  розвідки  нафти  і  т.п.

Автоматизація  креслярських  і  конструкторських  робіт.  У  системах  автоматизованого  проектування  ( САПР )  машинна  графіка  використовується  при  проектуванні  компонент  і  систем  механічних,  електричних,  електромеханічних  і  електронних  пристроїв.  Має  значення  випуск  точних  креслень  деталей,  вузлів  і  зборок.  Останнім  часом  приділяється  увага  й  інтерактивній  роботі  з  моделлю  проектованої  компоненти  або  системи  з  метою  перевірки,  наприклад,  механічних,  електричних  і  теплових  властивостей.

Моделювання  і  мультиплікація.  Усе  більшу  популярність  набувають  виготовлені  за  допомогою  ЕОМ  мультфільми,  що  демонструють  поведінку  різноманітних  реальних  і  моделюємих  об'єктів  у  часі   й  у  просторі.  З  їхньою  допомогою  можна  вивчати  математичні  моделі  для  таких  досліджуваних  наукою  явищ,  як  потік  рідини,  ядерні  і  хімічні  реакції,  фізіологічні  системи  і  деформація  конструкцій  під  навантаженням,  шляхом  візуального  представлення  ефектів  видозміни.

Управління  процесами.  У  багатьох  застосуваннях  користувач  може  працювати  в  інтерактивному  режимі  безпосередньо  з  деякими  аспектами  реального  світу.  Дисплеї  на  нафтоперегонних  заводах,  електростанціях    і  в  мережах  ЕОМ  дозволяють  представити  візуально     значення,  що  надходять   від  датчиків,  розміщених  у  найбільш  важливих  точках  системи,  при  виникненні  аварійних  ситуацій.  Оператори  в  центрах  управління  космічними  польотами,  у  військових  з'єднаннях,  в аеропортах  спостерігають  у  реальному  часі  за  змінами  обстановки,  відображуваної  на  екранах.

Автоматизація  діловодства.  Усе  більш  широке  поширення  одержує  використання  алфавітно-цифрових  і  графічних  терміналів  для  формування  і  поширення  інформації  в  адміністративних  установах  і  навіть  у  побуті.  З  їхньою  допомогою  можна  виготовляти   як  традиційні  друкарські  документи,  так  і  "електронні  документи",  що  мітять  не  тільки  текст,  але  також  таблиці,  графіки  й  іншу  двомірну  інформацію.

Тема 8. Автоматизация  проектирования  КЗВІ  в  АСУ.

Зан.  8.1.. Усовершенствование технологии проектирование КЗВІ на основе автоматизации трудоемких процессов.

8.1.1. Мережевий графік розробки КЗВІ

Проектування КЗВІ починається з формулювання мети розроблюваної системи та основних завдань, яка передбачається покласти на операторів. Побудови КЗВІ базується на теоретичних дослідженнях і накопиченому досвіді проектування подібних систем з урахуванням нових завдань і прогресу науки і техніки в заданій області. Особливість мережевого планування складається, в значній невизначеності тривалості виконання ряду робіт, обумовленої тісним переплетенням процесів технічного проектування і досліджень окремих груп завдань і методів їх вирішення.

На мережевому графіку (рис.10.1) виділення три етапи робіт:

1. Розробка інформаційного забезпечення діяльності операторів;

2. Розробка технічних і програмних засобів КЗВІ;

3. Комплексна налагодження системи.

На кожному з перерахованих етапів вирішуються такі задачі проектування:

- науково-дослідні роботи, пов’язані з аналізом основних ідей, методів, алгоритмів і технічних рішень;

- безпосередня розробка інформаційного забезпечення, технічних і програмних засобів і комплексного налагодження алгоритмів і програм;

  •  розробка технології автоматизованого проведення науково-дослідних робіт і проектно-конструкторських робіт на кожному з етапів.

Буква  на  графіку  показує  вид  робіт  до  якого  відноситься  дана  операція:  Д - дослідження;  Р - розробка;  Т - технологія.

  1.  Автоматизація „налагодження” програмного забезпечення КЗВІ

  Мережений графік робіт зв’язаних з вибором і розробкою засобів для автоматизації проектування комплексів.  Необхідна  розробка  засобів  автоматизованого  настроювання  ПЗ  КЗВІ  для  нових  АСУ  зводиться  до  такого:можливість  використання  засобів  без  попереднього  детального  вивчення  особливостей  реалізації  ПЗ  розробниками  комплексу  програм;

  - можливість  формування    тексту  варіанта  ПЗ  на  прийнятій  вхідній  мові;

  - можливість  поетапного  настроювання  ПЗ  (накопичення  змін);

  - наявність  ефективних  засобів  контролю  правильності  опису  даних  настроювання.

 Найбільші  зручності  в  реалізації  даних  вимог  надають  засоби,  що  працюють  у  діалоговому  режимі,  керованому  ЕОМ.

    Повідомлення  системи  повинні  постачати  користавача  необхідною  інформацією  про  хід  настроювання,  враховувати  ступень  його   підготування,  забезпечувати  "підказки"  із  боку  ЕОМ  про  порядок  подальшої  роботи,  а  також  ідентифікацію  і  виправлення  помилок.

   Крок  діалогу  включає  виведення  повідомлення    з  ЕОМ,  аналіз  повідомлення  користувачем,  введення  відповідного  повідомлення  й  обробку  цього  повідомлення  машиною.

3.Автоматизація розробки  графічних  інформаційних елементів

При розробці ПЗ КЗВІ виникає необхідність створення і впровадження спеціальних засобів автоматизації найбільше трудомістких процесів кодування і налагодження графічних програм. Ці засоби містять спеціалізовану мову програмування графічних елементів (СЯПГЕ) і транслятор із даної мови. З використанням СЯПГЕ вирішуються такі задачі проектування:

- розробка алфавіту спеціальних символів, що є розширенням типового алфавіту дисплея;

-  кодування фонової інформації;

-  кодування символьних статичних зображень;

- розробка текстів для автономної перевірки функціонування апаратури.

Перераховані вище елементи інформаційної моделі у виді фрагментів графічних програм включаються в тіло програми відображення. Надалі вони використовуються програмою відображення для виведення складних зображень. При розробці мови основна увага звертається на те, щоб мова була близькою до природної, а транслятор повинний містити засоби, достатні для виявлення помилок у графічних програмах.

При трансляції встановлюється зв’язок вхідного ланцюжка із семантичного еквівалентом за допомогою правил підстановки. Побудова семантичного еквівалента здійснюється при одноразовому посимвольному перегляді зліва направо. Обробка кожного вхідного символу викликає, узагалі говорячи, перегляд ланцюжка граматичних правил аж до виявлення потрібного правила або виявлення або виявлення у вхідній пропозиції синтаксичної помилки.

Синтаксичний контроль вхідного  тексту  забезпечує:

-   виявлення помилок при одноразовому проході;

-  видачу інформації про місце помилки у формі, що забезпечує визначення програмістом помилкових конструкцій;

-  формування повідомлень про зміст помилок і можливий засіб їх  усунення.

8.2 Інструментальні засоби інтелектуальної підтримки процесів проектування КЗВІ

8.2.1 Узагальнена структурна схема САПР КЗВІ

Створення складних людино-машинних систем є неможливим без використання достатньо потужних засобів автоматизації технологічних процесів розробки інформаційного забезпечення діяльності операторів, технічних і програмних засобів КЗВІ. Проблема розробки інтегрованих інформаційних моделей, що базуються на принципах ситуаційного управління, а також відповідного математичного і програмного забезпечення потрбує проведення ‘глибоких наукових досліджень. Для одержання нобих наукових результатів і використання їх при проектуванні КЗВІ стають необхідними автоматизація наукових досліджень і практичне впровадження результатів у нові розробки.

Ефект від автоматизації, що одержується за рахунок полипшення ерготехнічних характеристик КЗВІ і зниження трудовитрат на розробку, завжди потрібно зіставляти з фінансовими витратами на проектування САПР.

Проектування окремих компонентів САПР ведеться, як правило, паралельно з розробкою нового КЗВІ. З іншого боку, у САПР повинен враховуватися досвід проектування КЗВІ-прототипів. Це необхіднодля того, щоб виявити найбільш "вузькі" місця в прийнятих раніше рішеннях і технології виробництва робіт, а також уникнути допущених прорахунків у новому проекті.

Система автоматизованного проектування КЗВІ включає підсистему аналізу, підсистему моделювання, підсистему автоматизації наукових досліджень і підсистему автоматизації проектно-конструкторських робіт.

Підсистема аналізу використовує наявні дані про системи-прототипи і результати їх функціонування в реальних умовах.

Аналіз алгоритмів діяльності операторів провадиться на основі експертного опитування і використання результатів документування. Часові діаграми рішення задач управління дають змогу оцінити часові точнісні надійнісні характеристики роботи операторів у різних умовах обстановки ( проста, нормальна, складна).

За результатами машинної обробки дій операторів оцінюється якість їх роботи в залежності від умов зовнішнього середовища, характеристик інформаційних моделей і засобів взаємодії операторів із ОК. До аналізу отриманих функціональних залежностей ( графіки, гітограми і т.п.) залучаються спеціалісти-експерти, за допомогою яких установлюються найбільш істотні недоліки в інформаційному забезпеченні діяльності операторів і алгоритмах управління виведенням даних на засоби відображення.

Підсистема моделювання є найбільш ефективним способом оцінки проектних рішень, прийнятих у процесі розробки КЗВІ. Вона являє собою комплекс моделюючих програм, шо дають змогу проводити дослідження на різних етапах розробки. Методами моделювання перевіряються нові ідеї, а також ті питання, що були недостатньо вивчені в процесі аналізу систем- прототипів.

Найбільш широко використовуються математичні моделі, що розробляються на основі методів теорії масового обслуговування, теорії інформації, теорії автоматичного регулювання, теорії автоматів.

Статистичне моделювання виявляється дуже зручним апаратом для дослідження випадкових процесів, пов'язаних із динамікою зміни в часі складу й обсягу інформації, для дослідження різноманітних варіантів алгоритмів діяльності операторів, а також для оцінки функціонування алгоритмів обробки інформації.

На практиці часто виникає необхідність об'єднання часткових моделей у комплексну модель. При цьому важливо організувати роботу так, щоб програмування часткових моделей велося паралельно і була впевненість у тому, що точність опису процесів у часткових моделях забезпечує необхідну точність розрахунку вихідних показників ефективності всієї системи.

При розробці комплексної моделі залучають експертів і на підставі їх оуінок будують сукупність вагових коефіцієнтів б і 52, Л . шо визначають алгоритм розподілу по кожній моделі.

8.2.2 Підсистема автоматизації наукових досліджень

Ця підсистема забезпечує систематизацію результатів, отриманих відповідно в раніше розглянутих підсистемах аналізу і моделювання, і представлення їх у вигляді, зручному для проектувальника КЗВІ.

Основними функціями даної підсистеми є:

стискання інформації, отриманої на етапах аналізу і моделювання; представлення цієї інформації у віді знань про досліджувану предметну область і доповнення їх новими знаннями, отриманими від спеціалістів-експертів.

Експертна система - це інтелектуальна програма, здатна робити логічні висновки на підставі знань у конкретній предметній області й забезпечуюча вирішення специфічних задач.

Для створення систем підтримки рушень операторів однієї тільки експертної інформації недостатньо.

Сформулюємо найбільш загальні вимоги до експертної системи, що складає ядро підсистеми автоматизації наукових досліджень, проведених в інтересах створення КЗВІ:

використання знань, отриманих на основі обробки статистичного матеріалу;

придбання знань від експерта;

одержання проектних рішень для різноманітних етапів проектування КЗВІ;

проведення імітаційних експериментів для реалізації логічних висновків у алгоритмах підтримки рішень операторів;

створення засобів спілкування експерта і користувача із

системою;

наділення системи здібностями експерта.

8.2.3 Методика збору і обробки інформації для синтезу інтелектуальних інформаційних моделей

Підсистема автоматизації проектно-конструкторських робіт повинна задовольняти такі вимоги:

  •  зниження загальної трудомісткості, тривалості розробки програмного забезпечення КЗВІ і підвищення продуктивності праці спеціалістів;
  •  забезпечення високої якості і надійності функціонування створювано А) ПЗ КЗВІ;‘
  •  забезпечення уніфікованої технології розробки і супроводу ПЗ КЗВІ;
  •  забезпечення ефективного використання ресурсів обчислювальних засобів КЗВІ.

Найбільше важливими з технологічних принципів побудови даної підсистеми є такі:

  •  автоматизація найбільш трудомістких видів робіт;
  •  модульна ієрархічна побудова ПЗ КЗВІ;
  •  налагоджування базового варіанта ПЗ для нових затосувань;
  •  роздільна компіляція модулів;
  •  ефективне використання пам'яті і продуктивності ЕОМ;
  •  багатоетапне систематичне налагодження ПО;
  •  автоматизація випуску документації.

На основі аналізу мережного графіка розробки КЗВІ виділяються найбільш трудомісткі й у той же час достатньо прості операції, виконання яких не потребує кваліфікованої праці. Саме ці операції підлягають автоматизації в першу чергу.

Модульно-ірархічна структурна побудова ПЗ припускає виділення компонентів-модулів, організацію й уніфікацію зв'язків між ними.

Настроюваність базового варіанта ПЗ для нових застосувань досягається описом функцій відображення інформації у вигляді таблиць рішень.

Роздільна компіляція модулів припускає першочергову розробку описів глобальних даних й організацію на цій основі незалежної компіляції програмних модулів.

Ефективне використання пам'яті і продуктивності обчислювальних засобів стимулює застосування коректності ПЗ і ресурсів пам'яті і продуктивності ПЗ КЗВІ.

Багатоетапне налагодження компонентів ПЗ покликає забезпечити коректність і надійність утворюваного ПЗ.

Автоматичне документування забезпечує створення випуску документації відповідно до вимог стандартів і нормативно- технічних документів.

Інтелектуалізацію КЗВІ варто розглядати як еволюційний процес, пов'язаний із придбанням і накопиченням знань із наступною їх обробкою і трансформацією в проектований КЗВІ.

Одже, процес створення інтелектуальних КЗВІ можна представити двома взаємозалежними етапами. На першому етапі розробляється система інтелектуально-технологічної підтримки проектних рішень, а на другому етапі розробляється власне інтелектуальний КЗВІ.

8.3. Засоби розробки підсистем машинної графіки

1. Мови в графічних системах

При створенні графічної системи необхідно вирішити комплекс задач, що забезпечують створення зручних засобів спілкування користувача, що працює на графічних пристроях, із САПР. При цьому передбачається, що мова, за допомогою якої користувач працює із системою, формує образ або схему об'єкта проектування, вносить зміни, є графічною мовою. У дійсності користувач, формуючи завдання на ту або іншу проектну процедуру або взаємодіючи з нею, працює з деякою проблемною, вхідною мовою САПР, уводить ті або інші параметри, одержуючи результат роботи процедур у графічній формі. Відповідь системи в графічній формі можлива, якщо є бібліотека необхідних графічних зображень або програми (процедури) їх формування. Реакцією системи на відповідні вказівки користувача і буде видача тих або інших графічних зображень.

Під графічними мовами користувачів САПР будемо розуміти такі мови, що відносяться до класу вхідних мов, що оперують із графічними або геометричними елементами, забезпечуючи формування або модифікацію графічної або геометричної моделі. Як правило, це мови, використовувані в підсистемах конструювання для формування моделей геометрії проектованих виробів, або мови конструктора, що працює в системах, орієнтованих на креслення, і формуючого графічні зображення об'єктів при оформленні конструкторської документації. Тенденція розвитку вхідних мов САПР, викликана розширенням можливостей графічних систем, пов’язана зі зростанням долі підмножини операторів графічних мов у вхідних мовах САПР. Слід зазначити, що збільшення ресурсів робочих станцій САПР, перехід до використання в їхньому складі кольорових растрових дисплеїв із високою дозволяючою здатністю екрана забезпечать перехід до найбільш зручного й інформативного в умоваСАПР графічного інтерфейсу користувача із системою. Графічний інтерфейс відрізняється широким використанням графічних зображень, рисунків, піктограм не тільки для представлення моделі об’єкта проектування, але і для функцій управління процесом проектування, навчання, допомоги, роботою з інформаційною базою даних і т.п.

В даний час у САПР можна виділити два типи графічних мов користувачів: директивні й альтернативні.

У директивних мовах основним форматом представлення операторів є текстовий рядок, а основним пристроєм введення – алфавітно-цифрова клавіатура. Ці мови використовуються в системах пакетної обробки, а також у двохдисплейних  комплексах, коли робоче місце включає графічний і алфавітно-цифровий дисплеї.

Альтернативні мови засновані на виборі користувачем у даний момент однієї з множини наданих альтернативних можливостей (команд). Ці мови мають ряд переваг у порівнянні з директивними: більш високою швидкодією введення, тому що користувач не повинний цілком набирати слово або конструкцію і поміщати обраний елемент даних на визначену позицію формату. Від нього не потрібно знання синтаксису і символіки множини директив. Для використання альтернативних мов користувач повинен знати лише достатньо прості правила роботи з пристроями інтерактивного введення на вибір потрібної команди з набору меню світлових кнопок, меню планшета або кнопок функціональної клавіатури. Ще більші можливості з’являються при переході до полівіконного інтерфейсу і використання техніки піктограм.

Розроблювані систем машинної графіки працюють із графічними мовами програмування. Роздивимося структуру лінії виводу графічної інформації на графічний пристрій (рис. 8.10).


Сучасні векторні графічні дисплеї працюють під управлінням програм, називаних дисплейними файлами. Дисплейний файл являється програмою на мові самого нижнього рівня – мові пристроїв. Його команди являють собою двоїчні коди. Формування дисплейних команд здійснюється спеціальною програмою – компілятором дисплейного коду, що є частиною спеціальної програми – драйвера, що забезпечує прив’язку конкретного графічного пристрою до ядра базової графічної системи. Сучасні растрові графічні дисплеї сприймають керуючу інформацію від ЕОМ, до якої вони залучені, або у векторному, або в растровому виді. У першому випадку перетворення «вектор растр» виконується апаратно на самому дисплеї, у другому випадку – програмно в драйвері пристрою. Дані, що поступають на пристрій, сформовані звичайно в символьному виді або в деякому коді і відносяться до рівня приборно-незалежного інтерфейсу базової графічної системи. Прив’язка різноманітних графічних пристроїв до приборко-незалежного рівня базових графічних систем і розробка драйверів виконуються, як правило, системним програмістом. Пригадали програміст, що вирішує задачі створення графічних систем різноманітної проблемної орієнтації, працює з мовами базових графічних систем або спеціалізованими інструментальними графічними мовами. Найбільше поширеними серед них є процедурні мови. Програма на цій мові являє собою сукупність обертань до відповідних програмних процедур. Процедурні мови відрізняються простотою івикористовуються для написання пакетних і інтерактивних програм. На практиці такі мови звичайно реалізуються у виді пакета підпрограм, до яких провадиться звертання з прикладної програми, написаної на алгоритмічній мові високого рівня. У цьому випадку під процедурною мовою розуміється сукупність операторів – звертань до різноманітних підпрограм.

Один із найпоширеніших методів реалізації графічних мов – використання механізму підпрограм алгоритмічних мов ФОРТРАН, АЛГОЛ, ПАСКАЛЬ. Перевага методу: не потрібно вносити ніяких додаткових змін у стандартні транслятори алгоритмічних мов. Метод базується на упорядкуванні деякого набору підпрограм, що реалізують вивід на периферійний пристрій заданих графічних зображень, що складаються з таких елементів, як ТОЧКА, ПРЯМА, ДУГА, ОКРУЖНІСТЬ, ТЕКСТ і т.п. Виклик підпрограм здійснюється стандартними методами, наприклад, при використанні мови ФОРТРАН за допомогою оператора САLL.

Рішення багатьох проектних і конструкторських задач пов’язано з великою кількістю обчислень. Результати обчислень доцільно одержувати не у виді цифр, а у виді графічних зображень. У цьому випадку зазначений метод є найкращим. Такі задачі частіше усього вирішуються на ЕОМ у режимі пакетної обробки, оператори програм побудови графічних зображень повинні знаходитися в тексті програм обчислень і, отже, реалізовуватися на цій же алгоритмічній мові.

Як приклад приведемо програми, написані для реалізації графічного виводу в ОС ЄС для мови ФОРТРАН-4. У програмі використані два оператори:

РLОТ – креслення відрізка,

РСІRС – креслення дуг і окружностей.

Формат виклику підпрограми РLОТ:

CALLPLOT (X,Y,K),де X, Y – дійсні константи або перемінні, що виражають координати X, Yкінця відрізка (см); початкова точка відліку – початкове положення пишучого елемента; К – цілочисельна константа або перемінна, за допомогою якої можна управляти станом пишучого елемента (при значенні 2 пишучий елемент опущений, тобто лінія вичерчується, при значенні 3 – піднятий).

Формат виклику програми РСІRС:

САLL РСІRС (ХК,YК, ХО. YО, DO,

Де ХК – дійсні константи або перемінні, що задають координати Xі Y кінця дуги, що вичерчується (см); початкова точка відліку — початкове положення пишучого елемента; ХО і Y0 – дійсні константи або перемінні, що задають координати центру дуги, що вичерпується, або окружності; К – цілочисельна константа або перемінна, за допомогою якої управляють станом пишучого елемента і типом кругової інтерполяції. Константа К складається з двох цифр, перша цифра задає режим інтерполяції (3 – по годинниковій стрілці, 4 – проти годинникової стрілки); друга цифра має значення 2 або 3 і має той же зміст, що й у процедурі РLОТ (при значенні 2 пишучий елемент опущений, при значенні 3 – піднятий).

Приклад 2.1. Фрагмент програми для виводу зображення на графічний пристрій (рис. 2.2).

10 САLL РLOТ (0.,3., 2) ;

20 САLL РLOТ (3. ,3.,2)

30 САLL РLOТ (3,0. ,2)

40САLL РLOТ (0.,0.,2)

50 САLL РLOТ (0.5,1.5, 3)

60 САLL РCIRCТ (0.5, 1.5 1.5, 1.5, 32)

Оператори 10-40 реалізують креслення квадрата, оператор 50 — перехід у точку з координатами Х= 0,5, Y= 1,5, із яким починається креслення окружності оператором 60.

Зазначений метод використовується також у мовах ГРАФОР, ОГРАФ, ГРАФАЛ.

8.3.2 Базова графічна система в стандарті ГКС

Базова графічна коренева система. (ГКС) є системою, що задовольняє міжнародному стандарту 1S7942. Вона визначає набір стандартних функцій, що забезпечують рішення задач обробки графічної інформації. При цьому графічна програма, написана в стандарті ГКС, забезпечує незалежність прикладної програми стосовно широкого класу графічних пристроїв, що робить можливим и універсальне використання. Одночасно стандарт ГКС забезпечує єдину методологію розробки графічних програм, створює основу побудови єдиної методики графічного програмування. Базові графічні системи, побудовані в стандарті ГКС, подають програмісту повний набір функцій, необхідних для створення графічних систем будь-якого призначення, що працюють у двомірній області. Вони дозволяють створювати складні інтерактивні графічні системи завдали наявності в них функцій підтримки директив введення користувача, сегментування зображень і маніпулювання його частинами.

Склад і функції базової графічної системи ГКС. Базова графічна система ГКС реалізує широкий набір графічних функцій, незалежних від проблемної орієнтації. Набір графічних функцій забезпечує стандартний інтерфейс між прикладною програмою і ГКС. Незалежність базової графічної системи стосовно графічних пристроїв, на базі яких реалізуються робочі станції, досягається за рахунок уведення драйверів робочих станцій, що перетворять набір стандартних функцій ПСС у коди відповідних графічних пристроїв.

Опис кожної функції ГКС містить: ім'я функції; імена, число, тип і значення параметрів, результат дії функції і перелік повідомлень про помилки при використанні функції.

Робоча станція (РС) є абстрактним представленням фізичного пристрою.

Для кожного типу РС (за винятком спеціальної РС) є таблиця, що описує її можливості і характеристики. Прикладна програма може з ясувати, які можливості доступні, і відповідним чином адаптувати свій режим роботи. Для випадків, коли запитані такі можливості, що не можуть бути забезпечені конкретною РС, передбачені стандартні реакції на помилки.

Елементи вводу і виводу. Найважливішою концепцією ГКС є поділ функцій вводу і виводу. Зміни в зображенні, виведеному на екран графічного дисплея або іншого пристрою, можуть відбутися тільки після того, як відповідна директива користувача буде оброблена прикладною програмою. Це дозволяє уникнути некоректностей при розробці інтерактивних графічних програм.

Забезпечення виводу. За допомогою цієї функції реалізується побудова графічних зображень на різноманітних графічних пристроях. У ГКС використовуються такі графічні елементи виводу: ламана, набір маркерів, символьний рядок, заповнена область, масив прямокутних осередків і узагальнений примітив креслення (УПК.)

Перетворення.У базовій графічній системі використовується три системи координат: світові (СК), нормовані (НК) і координати робочої станції (КРС). Програміст описує зображення, використовуючи світову систему координат об'єкта. Для забезпечення незалежності виводу зображення на різноманітні графічні пристрої вводяться нормовані координати, область представлення зображення в них задається діапазоном 0 – 1 по кожній осі. Перетворення світових координат у нормовані називають перетворенням нормування, що визначається завданням прямокутного вікна в системі СК і області (поля виводу) у НК. Вивід зображення, поданого в НК, на конкретну РС здійснюється в такий спосіб: у НК задається вікно, що відображається в прямокутну область індикації робочої станції. Це перетворення називається перетворенням робочої станції, виведене зображення представляється в координатах робочої станції (КРС).

Сегментація.Робота з зображенням, його елементами здійснюється за допомогою механізму сегментації. Сегмент – це група примітивів виводу, якою можна маніпулювати як єдиним цілим. Кожний сегмент має унікальне ім'я. Сегмент може бути відкритий, скопійований, видалений, виявлений за допомогою світлової пір'їни або іншого пристрою, підсвічений, йому може бути призначений пріоритет. Ці властивості сегментів розуміються в системі як їхні атрибути. Примітиви, що не ввійшли в сегменти, не можуть мати зазначених атрибутів. Сегменти піддаються перетворенням, що забезпечують перехід із СК у НК. Перетворення задається матрицею 2x3, складеною з матриць масштабування, повороту і зсуву сегмента. Механізм сегментації має вирішальне значен-ня для створення програм, що забезпечують інтерактивну роботу з зображенням.

Управління інтерактивними процедурами з боку користувача забезпечується за допомогою пристроїв, що забезпечують графічне введення. У базовій графічній системі визначені віртуальні пристрої введення, називані логічними пристроями введення (ЛПВ) Відповідно до стандарту базова графічна система має шість типів ЛПВ:

ЛОКАТОР – видає значення позиції, двійки координат у системі СК і номер нормалізуючого перетворення;

ПРИСТРІЙ ВВЕДЕННЯ ПОСЛІДОВНОСТІ ПОЗИЦІЙ – видає послідовність значень позицій точок у системі (Ж і номер нормалізуючого перетворення;

ВАЛЮАТОР (ДАТЧИК) – видає речовинне число;

ВИБІР – видає ненегативне ціле число, що визначає вибір із деякого числа альтернатив;

ВКАЗІВКА – (ІДЕНТИФІКАЦІЯ) – видає стан указівки (так, ні), ім’я сегмента й ідентифікатор указівки;

РЯДОК – видає рядок символів.

Логічні пристрої введення можна реалізувати на базі фізичних пристроїв введення різноманітними засобами. Наприклад, ЛПВ ЛОКАТОР можна створити за допомогою робочого перехрестя, що переміщається світловою пір'їною, пристроєм типу «миша», або за допомогою функціональної клавіатури.

ЛПВ ВИБІР можна реалізувати за допомогою меню світлових кнопок або функціональної клавіатури.

ЛПВ ВКАЗІВКУ можна реалізувати, наприклад, указуючи на сегмент світловою пір'їною, поміщаючи маркер, що стежить, поблизу або безпосередньо на виявляємий сегмент зображення або вводячи ім’я ідентифікуємого сегмента з клавіатури. При цьому, якщо використовуються два останніх засоби, програміст реалізує ЛПВ ВКАЗІВКУ за допомогою ЛПВ ЛОКАТОР або РЯДОК.

На одній РС може функціонувати декілька однакових класів ЛПВ з індивідуальними ідентифікаторами.

Загальною властивістю всіх пристроїв введення є те, що вони мають можливість забезпечити оператора деяким повідомленням про характер очікуваної дії (підказкою) і повідомляти про поточний стан пристрою (луна). Ця особливість роботи з пристроями введення дозволяє реалізувати візуальний зв'язок «користувач – пристрій», надає можливість прикладному програмісту створювати інтерактивні програми, що забезпечують комфорт при роботі користувача.

8.3.3 Базові графічні системи для тривимірної області

Основні концепції, покладені в основу стандарту ГКС для тривимірної області (ГКС-ЗD), не відрізняються від прийнятих для ГКС, що працює в двомірній області. Тому ГКС-ЗD) можна назвати розширенням ГКС для тривимірної області, що має таку властивість, що всі програми, написані для виконання в середовищі ГКС, при проходженні через ГКС-3D приведуть до одержання іден-тичних результатів. Це досягається за рахунок того, що формат однакових процедур і їхніх параметрів у ГКС-ЗD) не відрізняється від ГКС і нові процедури добавляються тільки для забезпечення нових функціональних можливостей трьохмірності графіки.

Роздивимося основні доповнення в ГКС-ЗD) у порівнянні з функціями, реалізованими в системі ГКС.

Робота в тривимірному просторі зажадала введення нових примітивів, що відрізняються такими особливостями: примітиви ламаної лінії і полімаркера визначаються послідовністю координат точок у тривимірному просторі; примітиви тексту, заповнення області і масиву клітин залишаються планарними, але можуть розташовуватися на площинах, довільно розташованих у тривимірному просторі.

З урахуванням необхідності рішення задач візуалізації геометричних об’єктів у ГКС-ЗD уведені додаткові можливості, що дозволяють вирішувати ці задачі; завдання видового і проецируючого перетворень; забезпечення можливості використання на РС різноманітних засобів видалення невидимих частин ліній і поверхонь. Необхідність введення даних для тривимірної моделі об'єкта зажадала забезпечення функції одержання інформації від пристроїв введення, котрі поставляють дані в тривимірному просторі.

Базова графічна система ГКС-ЗD) оперує зі сьома типами вихідних примітивів:

ЛАМАНА ЛІНІЯ – генерується послідовність сполучених між собою відрізків прямих ліній, визначених послідовністю точок, що є кінцями цих відрізків. Для кожної точки задаються значення координат (X, Y, Z);

ПОЛIМАРКЕР – генеруються символи визначеного типу, задані координатами точок (X, Y, Z);

ТЕКСТ – генерується рядок символів у заданій позиції на заданій площині;

ЗАПОВНЕНА ОБЛАСТЬ (ПЛОСКА ГРАНЬ) – генерується замкнута область, обмежена ламаною, що належить довільній площині;

МНОЖИНА ОБЛАСТЕЙ ЗАПОВНЕННЯ (МОЗ) – генерується набір замкнутих багатокутників, що можуть бути або порожніми, або заповненими елементами одного кольору, візерунком або штрихуванням. МОЗ на відміну від ЗАПОВНЕНОЇ ОБЛАСТІ дозволяє визначити області з дірками або області, що не перетинаються, котрі можна розглядати як одне ціле. Ця властивість може виявитися важливою для рішення задач видалення невидимих частин, ліній і

поверхонь, а також для задач зафарбування зображень;

МАСИВ ОСЕРЕДКІВ – генерується масив прямокутних осередків заданого кольору, що лежать в одній площині;

УЗАГАЛЬНЕНИЙ ПРИМІТИВ КРЕСЛЕННЯ – система використовує

спеціалізовані засоби виводу РС; креслення дуг, кривих ліній сплайнів і т.п. Об’єкти характеризуються ідентифікатором, набором точок і додатковими даними. ГКС-ЗD виконує всі операції перетворення над заданими точками, але їхня інтерпретація здійснюється засобами РС.

Площина, у якій знаходиться примітив ТЕКСТ, визначається трьома точками, заданими при його описі. Аналогічно, площина, у якій лежить масив осередків, задається при описі цього примітива. Площина розміщення примітивів ЗАПОВНЕНА ОБЛАСТЬ і МОЗ визначається точками примітивів. Які точки конкретно використовуються для завдання площини, залежить від реалізації! Концептуально, усі планарні примітиви мають лицьову й зворотну сторони і нульову товщину. Відповідно до цього символи в примітиві ТЕКСТ, фігури візерунків для примітивів ЗАПОВНЮЄМАОБЛАСТЬ і МОЗ і осередки в примітиві МАСИВ ОСЕРЕДКІВ генеруються на лицьовій стороні. Якщо видна зворотна сторона, то в проекції буде отримане «дзеркальне» відображення образа на лицьовій стороні.

Примітиви мають чотири типиатрибутів: геометричні, негерметичні, проекційні і ідентифіцируючі. Перші два типи примітивів, як і в ГКС, визначають характер відображення примітивів на РС, четвертий тип використовується при виконанні процедури введення (ЛПВ ВКАЗІВКА). Третій тип атрибутів вибирає параметри проектування для залежної від РС лінії передачі даних. Існує два атрибути цього типу – «індекс проекції» і «індекс засобу визначення невидимих частин ліній і площин».

Перший атрибут є покажчиком для групової таблиці проекцій на робочому місці, другий атрибут визначає вид операцій по реалізації цієї процедури на конкретному робочому місці. Інтерпретація другого атрибута залежить від реалізації ГКС-ЗD за винятком значення індексу О, що вказує на відсутність можливості видаляти сховані частини ліній і поверхонь.

Геометрична інформація (координати), що міститься у вихідних примітивах, атрибутах і розмірах, одержуваних від ЛПВ ЛОКАТОР і УВПП. може піддаватися перетворенням. Ці перетворення забезпечують існування п'ятьох координатних систем (рис. 8.12). Прикладна програма працює в глобальних або світових координатах (СК). Перетворення нормування забезпечує перерахунок у нормовані координати (НК), які представляють одиничний куб із зміною значень координат по осях X, Y, Z і від 0 до 1. Нормовані координати єдині для всіх РС. Індивідуальні перетворення сегментів виконуються в НК. Видове перетворення забезпечує одержання координат проекційної системи КПС). Це перетворення задається напрямком перегляду з опорної точки і відстанню до об'єкта і площини проектування. Перетворення проектування, що визначать тип проекції (рівнобіжна, центральна), забезпечує одержання системи нормованих позиційних координат, що зручно застосовувати для спрощення операцій алгоритмів видалення невидимих частіш ліній і поверхонь і спільного складання різноманітних проекцій в одному координатному просторі. Перетворення РС призводить до одержання індивідуальних координат для кожної робочої станції (КРС).

Прийнята система перетворень складає послідовність перетворень візуалізації геометричних моделей, виконуваних стандартними засобами БГС у стандарті ГКС-ЗD).При введенні даних у ЛПВ ЛОКАТОР і УПВВ дані перераховуються з КРС у СК шляхом зворотних перетворень усіх перерахованих видів.

При роботі із системою ГКС-3D прикладний програміст може складати геометричну модель або графічне зображення з окремих частин, кожна з який визначена у своїй власній системі СК. Відносне розташування частин описується в єдиному просторі нормованих координат, на який відображаються всі існуючі системи СК.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38738. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ, НАПИСАНИЮ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 299.5 KB
  Безвиконная МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ НАПИСАНИЮ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ Учебнометодическое пособие Омск 2011 СОДЕРЖАНИЕ Общие требования к выпускной квалификационной работе 3 Основные этапы подготовки работы 7 Содержание выпускной квалификационной работы. 13 Требования предъявляемые к оформлению выпускной квалификационной работы 28 Оформление списка источников и литературы библиографическое описание 29 Оформление...
38741. Научно-методическое пособие для магистров направления «Государственное и муниципальное управление» 1.32 MB
  Научнометодическое пособие подготовлено на кафедре региональной экономики и территориального управления Воронежского государственного университета. ТЕМАТИКА МАГИСТЕРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ Подготовка магистерских диссертаций осуществляется в рамках основных направлений научных исследований кафедры региональной экономики и территориального управления проводимых по заказам органов государственной власти и местного само управления организаций публичного сектора экономики региона. В их числе: ...
38743. Казачество в 21-м веке: создание нового способа жизни в депрессивных поселениях Украины 99.5 KB
  Особенно велики перспективы казачества в возрождении депрессивных поселений – продукте нашей тяжёлой социальной эпохи. Почти два десятилетия потуг возрождения казачества есть достаточным периодом для идентификации этого процесса и оценки результатов которые в основном негативные: Казачество воспринимается населением как стохастический процесс самоназначений самонаграждений и абсолютной анархии в неадекватных действиях граничащих с опереточными 14 тысяч генералов и маршалов без казаков. А непозволительное самовольное использование...
38746. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 137.5 KB
  Причиной в развитии невроза следует считать психическую травматизацию. Так например наличие подвижных установок к меняющимся условиям среды является фактором препятствующим возникновению невроза или способствующим успешному разрешению невротического конфликта. Таким образом можно дать и такое определение невроза. Пятый метод получения невроза в эксперименте основан на перенапряжении нервной деятельности в результате нарушения сложных отношений в стаде животных.