Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем..pdf

- метод формирования изображения: растровые, векторные, комбинированные;

- тип представляемых данных: алфавитно-цифровые, графические, комбинированные;

- цветность изображения: монохромные (тип MONO), многоцветные (типа ЕGA, VGA с разрешением 640x480 пикселей), полноцветные (типа SuperVGA 800x600 пикселей, XGA 1024x768 пикселей, UltraVGA с количеством цветов 256 и более);

- наличие интеллектуальных средств настройки: неинтеллектуальные, программируемые, интеллектуальные.

Классический монитор компьютера поддерживает два режима представления информации на экране: текстовый и графический.

В текстовом (алфавитно-цифровом) режиме микропроцессор обращается к экрану как к совокупности отдельных ячеек (знакомест), в каждую из которых может быть помещен какой-то символ (буква, цифра, спецзнак). При этом экран имеет, например, 80 знакомест по горизонтали и 25 либо 40 таких строк по вертикали. Каждый символ заносится в ячейку и воспроизводится по его ASCII-коду либо другой кодировке. Данный код распознается в видеоадаптере, в котором уточняются атрибуты символа (местоположение, цвет символа и фона).

В графическом режиме изображение формируется из наименьших компонентов изображения - точек - путем управления цветом и яркостью каждой из точек экрана. Экран представляется как набор отдельных точек - пикселей. Число пикселей определяет разрешающую способность графической системы. В графическом редакторе каждому пикселю ставится в соответствие фиксированное число битов (атрибут пикселя) в некоторой части адресного пространства процессора (именуемой видеопамятью). Если атрибут однобитовый, то имеет место двухцветная графика (например, черно-белая), иначе графика с 2ⁿ-цветовыми оттенками (n - число бит у атрибута пикселя). Число бит атрибута может быть 1, 2, 4, 8, 16 и более.

Изображение формируется на экране путем циклического воспроизведения графическим адаптером содержимого видеопамяти. При этом изображение каждого пикселя определяется текущим значением его атрибута. Такой подход получил на­звание битовой карты (карты цветов). Размер видеопамяти ограничен операционной системой. Если в видеопамяти возможно одновременное хранение двух или более областей пикселей одинаковой структуры, то такие области называют страницами. В конкретный момент времени любая из страниц может отображаться на всем экране. Размер видеопамяти, как правило, равен произведению числа пикселей в строке и размерности цветового набора (палитры). Увеличение разрешающей спо­собности здесь идет за счет снижения количества цветов. Ряд графических адапте­ров и видеоконтроллеров совместно с графическим драйвером (управляющий про­граммой) допускают программное задание режимов, именуемых видеомодами.

У мониторов, сконструированных на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), CRT-мониторы, принцип работы аналогичен принципу работы телевизора. Основной элемент дисплея – электронно-лучевая трубка. Ее передняя, обращенная к зрителю, часть с внутренней стороны покрыта люминофором – специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов

 Структурная схема монитора на ЭЛТ

Люминофор наносится в виде наборов точек или полосок трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску – панель с регулярно расположенными отверстиями. Чем меньше шаг между этими отверстиями, тем точнее изображение.

Ныне используются цветные мониторы на ЭЛТ:

- с теневой маской.Маска представляет собой перфорированную с круглыми отверстиями фольгу, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдель­ных электронных луча, каждый из которых управляется своей системой фокусировки и отклонения и направляется на нужный цветовой участок люминофора. Такой монитор имеет недостаточные яркость и контрастность изображения;

- с щелевой апертурной решеткой(предложение фирмы Sony).В таком мониторе функцию теневой маски выполняет проволочная сетка, а люминофор наносится в виде вертикальных полос. Поэтому монитор свободен от недостатков предыдущего типа, однако воспроизводит неприятные горизонтальные полосы, обусловленные жесткостью проволочной сетки;

- с гнездовой маской(предложение фирмы NEC). В нем конструкция маски ЭЛТ представляет собой комбинацию теневой маски и маски с щелевой апертурной ре­шеткой. В результате в маске используют короткие щели, а люминофор наносится в виде коротких полосок. Данный тип монитора обладает достоинствами и недостатками рассмотренных выше типов мониторов. Перспективной считается технология из­готовления плоских мониторов FD Triton, исполь­зованная, например, при производстве мониторов модели Flatron 795 FT Plus.

Плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы (LCD-мониторы) основаны на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы – это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую пленку из жидких кристаллов, помещенную между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу – сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Активные матрицывместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трех основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана. Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 миллионов точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

Такие мониторы очень компактны. Они занимают в 2–3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн.

Разновидность ЖК-монитора – сенсорный экран. Здесь общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана (рисунок 3.29). Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

II ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники в некоторых случаях целесообразно рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы данных программ. В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, судов, ракет, самолетов, космических летательных аппаратов и т. п.) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и может быть изменено только путем замены ПЗУ или его перепрограммирования на специальном оборудовании.

Все методы формализации задач управления, в том числе и те, на основе которых строится рациональная эксплуатация технического обеспечения информационных систем, принято называть математическим обеспечением.

Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов обработки информации, используемых при решении задач в информационной системе (функциональных и автоматизации проектирования информационных систем). К средствам математического обеспечения относятся:

·     средства моделирования процессов управления;

·     типовые задачи управления;

·     методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

Математическое обеспечение является составной частью программного обеспечения ИС. Прикладные и обеспечивающие программы формируются, прежде всего, на базе математических методов. В тех случаях, когда для решения той или иной актуальной задачи не удается подобрать математический метод, используются эвристические алгоритмы.

При этом следует помнить, что каждый из методов может быть применен для решения различных по специфике задач пользователей. И наоборот: одна и та же задача может решаться с помощью различных методов. Весь набор математических алгоритмов, использующихся для решения экономических задач, принято называть экономико-матема­тическими методами.

Важнейшие экономико-математические методы представлены в виде некоторых укрупненных группировок:

Линейное программирование – линейное преобразование переменных в системах линейных уравнений. Сюда следует отнести: симплекс-метод, распределительный метод, метод разрешающих множителей, статический матричный метод решения материальных балансов.

Дискретное программирование представлено двумя классами методов: локализационные и комбинаторные методы. К локализационным относятся методы линейного целочисленного программирования. К комбинаторным – метод ветвей и границ, который используется для построения графиков производства и т.п.

Математическая статистика применяется для корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов экономических явлений и процессов. Корреляционный анализ применяется для установления тесноты связи между двумя или более стохастически независимыми явлениями или процессами.

Регрессионный анализ устанавливает зависимость случайной величины от неслучайного аргумента. Дисперсионный анализ используется для установления зависимости результатов наблюдений от одного или нескольких факторов в целях выявления важнейших. Методы математической статистики используются также для прогностических экономических расчетов.

Динамическое программирование применяется для планирования и анализа экономических процессов во времени. Динамическое программирование представляется в виде многошагового вычислительного процесса с последовательной оптимизацией целевой функции. Сюда следует отнести и имитационное моделирование.

Теория игр представляется рядом методов, использующихся для определения стратегии поведения конфликтующих сторон. Известные методы можно разделить на два класса – точные и приближенные (итеративные). Условно точная игра может, например, реализовываться на основе линейного программирования путем определенного упорядоченного перебора матрицы-игры. Реализация игры на основе приближенных методов имеет несколько вариантов, но каждый из методов основан на аналитическом осмыслении стратегии на каждом шаге (в каждой партии) с целью совершенствования поведения на последующих шагах (в следующих партиях).

Теория массового обслуживания (и родственное ей направление – теория управления запасами) включает большой класс экономических задач, где на основе теории вероятностей оценивается, например, мощность или количество агрегатов, обслуживающих какой-либо производственный процесс, численность ремонтных рабочих, запасы ресурсов и т.п. в зависимости от характера спроса на них. При этом многие задачи управления запасами формализуются как задачи массового обслуживания и алгоритмически представляются как эвристические модели.

Параметрическое программирование является разновидностью линейного программирования, где коэффициенты при переменных линейного функционала, или коэффициенты при пе­ременных системы линейных уравнений, или те и другие коэффициенты зависят от некоторого параметра. К этому направлению может быть отнесен динамический матричный метод решения материальных балансов.

Стохастическое программирование делится на статистическое и динамическое. В статистических задачах исследуемые параметры являются случайными величинами на определенном этапе. В динамических задачах имеют дело со случайными последовательностями. Большинство статистических задач сводится к задачам линейного программирования. Динамические задачи являются предметом так называемого Марковского программирования.

Нелинейное программирование относится к наименее изученному (применительно к экономическим явлениям и процессам) математичес­кому направлению. Большинство изученных численных методов нелинейного программирования посвящено решению задач квадратичного программирования на основе симплекс-метода.