Файл: Оперативные графические системы в автоматизации проектирования..pdf

использовании в однопультовых системах. Польза от введения однотипности может превышать эти дополни­ тельные вложения.

В зависимости от способа размещения индикаторных устройств ОГС делятся па системы с местными п дистан­ ционными индикаторными устройствами. Степень удален­ ности индикаторного устройства от графического процес­ сора является весьма существенным фактором в опреде­ лении конфигурации проектируемой системы.

При использовании местного индикатора он находится вблизи управляющего устройства (в одном помещении или рядом). В этом случае организация связи устройства с процессором не вызывает больших трудностей—может использоваться обычный коаксиальный кабель.

При проектировании ОГС, обслуживающей дистанци­ онное индикаторное устройство, находящееся на расстоя­ нии нескольких километров и более, необходимо опреде­ лить соотношение между затратами на связь и оборудо­ вание самого устройства. Если дистанционное устройство оснащено графическим процессором с расширенными функциональными возможностями, то для связи может быть использован телефонный канал передачи данных. Однако в случае применения простых и дешевых индика­ торных устройств, удаленных от графического процессо­ ра, значительно возрастают требования к пропускной способности канала связи.

Вопросы обеспечения дистанционной связи должны быть тщательно изучены уже на начальных стадиях про­ ектирования ОГС, так как правильное их решение может обеспечить подключение к системе новых пользо­ вателей без значительных дополнительных затрат.

Согласно приведенной классификации, рассмотрим более подробно возможные способы построения под­ систем отображения и ввода информации.

4.1. СИСТЕМЫ С КООРДИНАТНЫМ СПОСОБОМ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭЛТ

Организация отображающей части с использованием обычной ЭЛТ и применением для начертания изображе­ ния координатной развертки является самой распростра­ ненной, обеспечивает наименьшее время модификации изображения, дает возможность использовать разнооб­ разные средства ввода графической информации (свето­

86

вое перо, кигопельные механизмы, планшеты ввода п др.), отличается высоким качеством изображения [1—5].

По способу размещения памяти, необходимой для периодического воспроизведения изображения на экране ЭЛТ, можно выделить два различных случая. В одном из них используется память подсистемы ПГИ, в другом — центральной или сателлитпой ЭВМ, включенной допол­ нительно в ППГИ.

На рис. 4.2 приведены три возможные конфигурации ОГС. Первая система (а) использует для обслуживания каждого индикаторного устройства отдельную память, вторая (б) обеспечивает управление несколькими устрой­ ствами со стороны одной памяти, третья система (в) не имеет специальной памяти для регенерации — индика­ торное устройство связано непосредственно с ЭВМ.

. Остановимся более подробно на каждой из трех при­ веденных выше организаций системы, рассмотрим их преимущества и недостатки.

При использовании одной памяти для обслуживания одного устройства структура подсистемы ПГИ представ­ лена на рис. 4.3 и включает следующие блоки.

1. Блок сопряжения (БС) с центральным процессо­ ром ОГС (ЭВМ), предназначенный для организации об­ мена информацией между двумя комплексами. В его функции входит прием и выдача специальных сигналов обмена, прием данных, контроль их, при необходимости преобразование форматов передаваемой информации, выдача запросов и передача данных в центральный про­ цессор, согласование сигналов по уровням и т. д.

2.Память (П), использующаяся для хранения отобра­ жаемой информации.

3.Устройство управления (УУ), служащее для рас­ шифровки принимаемой от ЭВМ информации, записи данных в память и считывания их из нее, управления процессом отображения информации на индикаторном устройстве.

4.Набор генераторов, осуществляющий преобра­ зование двоичных кодов команд отображения, поступа­

ющих из памяти, в напряжение для выработки сигналов, управляющих начертанием изображения на экране ЭЛТ. В качестве аппаратуры построения изображения используются генераторы точек (ГТ), генераторы век­ торов (ГВ), генераторы символов (ГС).

87

5. Индикаторное устройство на ЭЛТ (ИН) с усили телями координатного, знакового отклонения, видеоуси­ лителем и источником высоковольтного питания.

Процесс отображения информации в такой системе происходит следующим образом. Центральный процес­ сор подготавливает и передает в графический процес­ сор выводной массив, представляющий собой программу

6

6

Рис. 4.2. Три типовые конфигурации отображающей части ППГИ

88

работы последнего п состоящий из последовательности команд.

Графические процессоры отличаются набором выпол­ няемых команд и их форматом. Наиболее часто исполь­ зуются два типа структур команд. В первом случае формат команды постоянный и состоит из двух полей — кода операции и данных, определяющих графический элемент (координаты точки, тип, положение и длину вектора, код символа и т. д.) (рис. 4.4, а). Вторая струк­ тура является более гибкой, так как формат команды — переменный. Код операции размещается в отдельном слове и относится к массиву следующих за ним данных, которые определяют идентичные графические элементы

(рис. 4.4, б).

Программа графического процессора состоит как из графических команд, обеспечивающих вычерчивание изображения, так и из команд управления, которые позволяют нарушить последовательный процесс чтения информации из памяти, передать управление по указан­ ному в команде адресу.

Из всего многообразия графических команд можно выделить необходимый набор, который реализуется прак­ тически во всех графических процессорах и позволяет производить операции: установить луч, не засвечивая точки; установить луч и засветить точку; провести вектор из текущей точки в заданную; вывести строку символов.

Координаты задаются обычно или абсолютными (X, У), или в виде приращений (A/Y, АУ). Во многих случаях допускаются оба способа задания. В некоторых графиче­ ских процессорах для вывода точек предусматривается режим, в котором координата У задается для каждой точки, а для координаты X задаются только начальное значение и шаг [6].

При выводе текста продвижение по строке от символа к символу, а также переход после заполнения всей строки к новой строке выполняются процессором авто­ матически. При необходимости отображения таблиц, диа­ грамм, графиков и т. д. можно с помощью графической команды «установить луч» начать новую строку с новыми начальными координатами.

Команды управления позволяют осуществить такие операции, как переход, переход с возвратом, условные пропуски команд. Введение с помощью этих команд в

90

программу отображения большого числа подпрограмм дает возможность сократить общее число команд при вы­ черчивании набора стандартных изображении. В ряде случаев в систему команд графического процессора вводится команда, обеспечивающая временную синхро­ низацию выполнения графической программы от генера­ тора частоты регенерации. Это дает возможность при вычерчивании изображений, имеющих различные по объему графические программы, поддерживать сравни­ тельно постоянную яркость отображаемого материала.

Вся программа по отображению информации хранит­ ся в памяти графического процессора, емкость которой соответствует максимальному объему отображаемой па экране информации. Устройство управления осуществля­ ет последовательное чтение данных из памяти, расшиф­ ровку кода операции команды и передачу операндов з соответствующие блоки для их обработки. В частности, операнды графических команд передаются в блок гене­ раторов для вычерчивания графических элементов.

В качестве устройств ввода в системе могут использо­ ваться алфавитно-цифровая клавиатура (АЦК), функ­ циональная клавиатура (ФК), световое перо. Символы, вводимые с АЦК, записываются в память графического процессора и отображаются на экране ИН. Функцио­ нальная клавиатура подключается непосредственно к блоку сопряжения, поэтому код нажатой клавиши пере­ дается для обработки в центральный процессор. При указании световым пером па идентифицируемый графи­ ческий элемент импульс со светового пера поступает в УУ, которое выделяет адрес слова памяти, содержащее графическую команду, или содержимое регистров откло­ нения. Затем эта информация передается в центральный процессор, где производится модификация изображения.

Наличие памяти в графическом процессоре делает подсистему ПГИ достаточно автономной, что облегчает процесс наладки, эксплуатации и проведения контроля ее функционирования. Но при этом возникает необходи­ мость хранения в центральном процессоре (ЭВМ) копии массива команд отображения для внесения в него изме­ нений и интерпретации информации, поступающей от устройств ввода графической информации, что вызывает дополнительный расход памяти. Чтобы избежать этого, а также для уменьшения загрузки ЭВМ по обработке это­

92

го массива, целесообразно расширить набор команд графического процессора, вводя команды управления памятью. Эти команды позволяют при локальных изме­ нениях не создавать заново весь массив и передавать его из центрального процессора, а дают возможность допи­ сывать в память лишь новые команды, а также осущест­ влять модификацию графических элементов, не обра­ щаясь в центральный процессор. Все это, а также добав­ ление части оборудования по обработке запросов в графическом процессоре (редактирование текста, обслу­ живание прерываний со светового пера, перемещение светового маркера, изменение формата отображаемой информации и др.) позволяют для организации связи между двумя комплексами использовать в центральном процессоре канал ввода/вывода с невысокой скоростью обмена (мультиплексный канал).

Использование телефонного канала передачи данных между двумя процессорами позволяет разместить под­ систему ПГИ достаточно далеко от ЭВМ, однако это значительно увеличивает время реакции системы, умень­ шает надежность ее и требует применения компактной упаковки ииформации.

На канал связи памяти с генераторами графических элементов, расположенными в самом УО, накладываются более жесткие ограничения по скорости передачи данных. Здесь необходимо использование канала с широкой по­ лосой пропускания, так как задержки в канале приводят к увеличению времени, ие связанного с собственно по­ строением изображения, а следовательно, к уменьшению объема отображаемой информации.

Таким образом, для удовлетворения требования опе­ ративности (время реакции в случае простейших опера­ ций не должно превышать 5 сек) затруднительно приме­ нение рассматриваемой подсистемы для обслуживания

дистанционных ИН, удаленных на несколько километров от ЭВМ.

Использование в ИН ЭЛТ с регенерацией изображе­ ния выдвигает дополнительные требования к быстродей­ ствию блоков графического процессора. Для отображе­ ния немелькающего изображения необходимо соблюде­ ние следующего неравенства:

93

где /р — частота регенерации; N — число информацион­ ных слов, составляющих массив команд отображения; х — время обращения к памяти графического процессо­ ра; ^ттах— время построения изображения с наиболь­ шим числом различных графических элементов.

Время построения изображения определяется следу­ ющим соотношением:

где ( / у . , л гаах) — время установления и число перемещений

(t4, ртях) ■— время вычерчивания /-го символа и количество символов.

Величины /у, /в, /с являются для каждого УО извест­ ными параметрами, характеризующими его.

Основным параметром, определяющим быстродейст­ вие УО, является скорость, с которой луч может быть установлен в любой произвольной точке экрана. В боль­ шинстве УО время /у лежит в пределах от 3 до 100 мксек.

При начертании векторов используются два типа гене­ раторов. Одни генераторы вычерчивают произвольно расположенный вектор любой длины за фиксированное время, в других время вычерчивания зависит от длины вектора. Генераторы с фиксированным временем вычер­ чивания обеспечивают построение вектора с наибольшей длиной за 30—150 мксек, в то время как пропорциональ­ ные генераторы имеют быстродействие от 0,5 до 150 мксек на 25 мм длины вектора.

Генераторы символов обеспечивают построение сим­ вола за время от 2 до 100 мксек. К этому времени необ­ ходимо добавить время перехода луча из одной знаковой позиции в другую (соседнюю), которое может составить

1—10 мксек.

Определим, каким быстродействием должна обладать память для периодического возобновления изображения.

Для расчетов примем, что отображающая часть ОГС проектируется для визуализации сложных поверхностей,

94