Размещено на http://www.allbest.ru/

московский институт инженеров транспорта (МИИТ)

Российская открытая академия транспорта

Факультет «Управление Процессами Перевозок»

Кафедра «Вычислительная техника»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Периферийные устройства информационных систем железнодорожного транспорта»

Москва

2010 г.

Задание на контрольную работу

Требуется подобрать ПУ для выбранного предприятия железнодорожного транспорта.

Рекомендуется в качестве предприятия выбрать линейное подразделение - депо, дистанция или опорный центр - линейный район станций или дирекцию по обслуживанию пассажиров или подразделении системы фирменного транспортного обслуживания отделения дороги, службы и т. д.

В процессе выполнения контрольной работы необходимо по исходным данным, которые выбираются из таблиц 1 и 2, выполнить:

1. Определить совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен данными между ПУ и ядром ЭВМ выбранного предприятия. Описать взаимодействие ПУ с ядром ЭВМ.

2. Разработать структурную схему системы с определением выполняемых функций периферийными устройствами.

3. Описать виды взаимодействия ПУ с ядром ЭВМ.

4. Для заданного устройства (таблица 1) определить область применения, разработать структурную и функциональную схемы для характерных примеров применения.

5. Для заданного вида организации работы ПУ (таблица 2) описать организацию работ, определить область применения, проработать блок-схему алгоритма функционирования ПУ при реализации заданной организации работ. периферийный устройство железнодорожный транспорт

Таблица 1

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Тип ПУ	УВВ	ВС	НЖМД НГМД	С	К	CD	М	ПУ КП	ПП	П

где:

УВВ - устройство ввода-вывода,

ВС - видео система,

НЖМД, НГМД - накопитель на жестком магнитном диске, накопитель на гибком магнитном диске,

С - сканеры, графопостроители, плоттеры,

К - каналы (интерфейсная аппаратура),

CD - накопители на оптических дисках, цифровые диски, накопители на магнитооптических дисках,

М - модемы,

ПУ КП - периферийные устройства коллективного пользования,

ПП - приемо-передатчики,

П - принтеры

Таблица 2

Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Виды организации работы ПУ	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0

где:

1. Режимы прерывания,

2. Режимы прямого доступа к памяти,

3. Организация интерфейса ПУ с ядром ЭВМ,

4. Программное обеспечение для ПУ,

5. Системы ввода графической информации,

6. Диалоговые режимы,

7. Организация каналов - интерфейсной аппаратуры,

8. Протоколы в организации работы ЭВМ и сетей,

9. Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ,

0. Работа аппаратуры мультимедиа.

1. Виды взаимодействия ПУ с ядром ЭВМ

Различают три способа организации связи между МП и УВВ:

Программно-управляемая передача данных; использование прерываний; прямой доступ к памяти ПДП.

1). Программно управляемый обмен данными. В этом случае передача данных от ПУ в память и обратно производится через МП в соответствии с микропрограммой, записанной в ОЗУ, МП руководит обменом и операция обмена происходит так же, как и операция основной программы.

Операция ввода - вывода активизируется текущей командой программы или запроса от ПУ. При программном управлении передачей данных процессор "отвлекается" от выполнения основной программы на все время операции ввода - вывода, следовательно снижается производительность ЭВМ. Для ввода блока данных необходимо слишком много операций, таких как преобразование форматов, адресация в памяти, определение начала и конца блока данных. В результате скорость передачи данных снижается. Дешифратор определяет номер ПУ, с которым будет происходить обмен данными в соответствии с программой. Мультиплексор передает данные от одного из ПУ соответствующего номера через МП в ОЗУ. После того, как дешифратор определил номер ПУ и МП послал запрос об обмене данными, МП ждет сигнала готовности от ПУ. Демультиплексор передает данные из ОЗУ на одно из ПУ.

2) Канал прямого доступа в память обычно используется для подключения к МП быстродействующих УВВ. Обмен данными через канал ПДП обеспечивает максимальную скорость ввода и вывода информации.

Работы канала ПДП основывается на непосредственной передачи данных между памятью и УВВ без участия МП. Такой обмен осуществляется при откладывании основной программы на время обращения УВВ к памяти. Поскольку память отключена от МП и подключена к УВВ только на время записи в ЗУ или чтения из ЗУ, можно говорить, что обмен происходит в режиме захвата цикла памяти. Обмен информацией по каналу ПДП может происходить, если устройство подключено к линии запроса шин. При таком способе ПУ выставляет периодический сигнал - ЗАПРОС МАГИСТРАЛИ. После этого процессор приостанавливает выполнение программы, переходит в состояние «захват» и подает сигнал ОСВОБОЖДЕНИЕ МАГИСТРАЛИ. Дальнейший обмен происходит под управлением ПУ или второго модуля процессора, подключенного к магистрали; при этом магистраль может быть общей для нескольких процессоров. Все ВУ подключенные через канал прямого доступа, распределены по уровням приоритета через зону нестандартных соединений унифицированной магистрали.

Передача данных с помощью канала ПДП по сравнению с использованием системы прерываний не дает потерь времени на вход в прерывающую программу и выход из нее, на сохранение, а затем и восстановление состояния регистров МП, что достигается за счет усложнения интерфейса канала ПДП.

Для повышения эффективности работы вычислительных систем постоянно улучшались способы организации ввода-вывода информации, что привело к широкому использованию принципов параллельного выполнения операций, обработки и ввода-вывода, развитию автономных средств управления ПУ и повышению их «интеллектуальных» возможностей.

Современные ПУ представляют собой сложные технические устройства и системы, при разработке которых приходится решать разнообразные задачи из разных областей науки и техники.

Основное назначение периферийных устройств - организация входных и выходных потоков управления информации, данных для обработки и результатов вычислений. Таким образом, периферийное устройство - это любое обеспечивающие коммуникацию вычислительной системы с внешними источниками и потребителями информации.

2.Разработаем структурную схему системы с определением выполняемых функций периферийными устройствами

Устройства вычислительной системы соединяются друг с другом с помощью унифицированных систем связи, называемых интерфейсом. Интерфейс представляет собой систему шин, согласующих устройств, алгоритмов обеспечивающих связь всех частей ЭВМ между собой. От характеристик интерфейса зависит быстродействие и надежность ЭВМ. Интерфейс должен быть стандартизирован с тем, чтобы он обеспечивал связь процессора и оперативной памяти с любым периферийным устройством (ПУ). Необходимое преобразование формата данных должно производиться в ПУ. Алгоритмы функционирования интерфейса и управляющего сигнала также должны быть стандартизированы. Схемы интерфейса обычно располагаются в самих связываемых устройствах.

Типы интерфейса:

1. Интерфейс ОЗУ - через него производится обмен данными между ОЗУ и процессором, между ОЗУ и каналами ввода - вывода. Ведущим в обмене данными, т.е. начинающим операцию обмена, является процессор и каналы ввода - вывода, а исполнителем - ОЗУ. Этот интерфейс является быстродействующим. Информация через него передается словами и полусловами.

2. Интерфейс с процессором - через него происходит обмен информацией между процессором и каналами ввода - вывода. Ведущий - процессор, исполнитель - каналы. Интерфейс является быстродействующим. Обмен информацией через него происходит словами и полусловами.

3. Интерфейс ввода - вывода. Через него происходит обмен информацией между каналами ввода - вывода и устройствами управления ПУ. Обмен информацией производится байтами. Его быстродействие меньше, чем у первых двух типов.

4. Интерфейс периферийных аппаратов (ПА). Через него происходит обмен информацией между устройствами управления ПА и самими ПА. Он не может быть стандартизирован, т.к. ПА очень разнообразны.

Интерфейсы могут быть односвязными и многосвязными.

При односвязном интерфейсе общие для всех устройств шины используются всеми устройствами, подключенными к данному интерфейсу, на основе разделения времени.

При многосвязном интерфейсе одно устройство связывается с другими устройствами по нескольким независимым магистралям.

Односвязный интерфейс применяется в малых и микро ЭВМ, а многосвязный - в средних и больших ЭВМ. Многосвязный интерфейс характеризуется тем, что каждое устройство снабжается одной выходной магистралью для выдачи информации и несколькими входными для приема информации от других устройств.

При неисправности какой - либо входной шины или сопряженных с ней согласующих устройств, оказывается отключенным только одно периферийное устройство. Интерфейс автоматически определяет неисправное ПУ и выбирает исправные и незанятые магистрали. МП в зависимости от заданной программы выбирает последовательность опроса датчиков, т.е. вырабатывает управляющие сигналы обмена информацией по выбранному каналу и осуществляет сбор и обработку данных.

По цифровому каналу связи сигнал может передаваться параллельно или последовательно. Параллельная передача цифрового сигнала требует отдельные линии для каждого разряда, но является более быстродействующей. При последовательной передаче цифровые сигналы передаются последовательно по одной линии связи. По способу передачи информации во времени интерфейс может быть синхронный и асинхронный. Синхронный характерен постоянной временной привязкой, а асинхронный - без постоянной временной привязки. При синхронной передаче данных синхронизирующие сигналы МП задают временной интервал, в течении которого считывается информация с одного датчика. Временной интервал определяется наибольшим временем задержки в системе передачи данных и максимальным временем преобразования аналогового сигнала в цифровой. Асинхронная передача данных характеризуется наличием управляющих сигналов: "Готовность к обмену", вырабатываемый датчиком исходной информации; "Начало обмена", "Конец обмена", "Контроль обмена", вырабатываемые МП. При такой организации обмена автоматически устанавливается рациональное соотношение между скоростью передачи данных и величинами задержки сигналов в канале связи.

3. Обмен данными между оперативной памятью и периферийными устройствами (пу)

1. Программно управляемый обмен данными. В этом случае передача данных от ПУ в память и обратно производится через МП в соответствии с микропрограммой, записанной в ОЗУ, МП руководит обменом и операция обмена происходит так же, как и операция основной программы. Операция ввода - вывода активизируется текущей командой программы или запроса от ПУ. При программном управлении передачей данных процессор "отвлекается" от выполнения основной программы на все время операции ввода - вывода, следовательно снижается производительность ЭВМ. Для ввода блока данных необходимо слишком много операций, таких как преобразование форматов, адресация в памяти, определение начала и конца блока данных. В результате скорость передачи данных снижается. Дешифратор определяет номер ПУ, с которым будет происходить обмен данными в соответствии с программой. Мультиплексор передает данные от одного из ПУ соответствующего номера через МП в ОЗУ. После того, как дешифратор определил номер ПУ и МП послал запрос об обмене данными, МП ждет сигнала готовности от ПУ. Демультиплексор передает данные из ОЗУ на одно из ПУ.

2. Обмен данными с использованием прямого доступа к памяти (ПДП). При этом МП освобождается от участия в обмене данными. ОЗУ связывается с МП и с аппаратурой, руководящей обменом данных разными шинами. Обменом данными полностью управляют с помощью аппаратных средств. Инициатором обмена данными является

ПУ, которое посылает запрос об обмене данными на флажок запроса ПДП. Флажок запроса активизирует блок ПДП. Блок ПДП посылает в память сигнал чтения или записи и определяет ячейку ОЗУ, с которой начнется обмен данными. Блок ПДП посылает эти сигналы, после того, как получит от МП сигнал подтверждения. Регистр данных передает данные из ОЗУ в ПУ и из ПУ в ОЗУ. При ПДП процессор освобождается от управления операциями ввода - вывода и может параллельно выполнять основную программу. ПДП обеспечивает более высокое быстродействие и более высокую производительность работы ЭВМ.

4. Обмен данными по прерываниям

Прерывание работы МП по запросу внешних устройств устраняет необходимость выполнения МП неэффективных операций по проверке готовности внешних устройств к обмену данными и снижает затраты времени на ожидание готовности периферийного устройства к обмену. Прерывания необходимы при обмене данными с большим числом асинхронно работающих внешних устройств. Прерываемая программа должна содержать команду EI в начале участка основной программы, где допускаются прерывания.

Виды запросов на прерывание бывают:

1. немаскируемые - которые реализуются аппаратно и поступают в МП по отдельной шине управления. Немаскируемые запросы обладают наивысшим приоритетом. К ним относятся запросы от схем питания и контроля правильности передачи данных. Снижение уровня питания представляет опасность потери информации. Схемы контроля питания подают запрос прерывания и совершают переход к подпрограмме аварийной перезаписи в ОЗУ с батарейным питанием или во внешнее ЗУ. В блоке питания предусмотрены емкостные фильтры, которые поддерживают уровень питания на время, достаточное для перезаписи.

2. Маскируемые запросы поступают от внешних устройств. В блоке управления МП есть триггер разрешения прерывания. Этот триггер по команде EI устанавливается в единичное состояние в конце участка основной программы, на котором находится команда DI блокировки прерываний, по которой триггер устанавливается в нулевое состояние. Состояние триггера выдается на выход МП, который называется "РАЗРЕШЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЙ", и если на этом выходе "1", то запрос принимается. Момент появления запроса не связан с выполнением основной программы. МП продолжает выполнять текущую команду основной программы. Он должен запомнить результат выполнения этой команды и номер команды возврата и приступить к выполнению прерывающей программы. На выход МП "ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯ" передается сигнал о том, что в данном цикле производится прием одного байта команды. Команда RST начинает удовлетворение запроса на прерывание; по этой команде в стек записывается результат выполнения команды основной программы и номер команды возврата.



Прерывающая программа начинается с команды RESTART (RST), по которой из стека передается номер команды возврата и результат выполнения последней команды перед прерыванием. Перед командой RET должна быть команда снятия запрета на прерывание - EI, иначе триггер будет в нуле и одна и та же прерывающая программа будет выполняться бесконечно.

5. Область применения сканера, графопостроителя, плоттера, структурная и функциональная схемы

Сканеры

Классификации сканеров

Существуют различные подходы к классификации сканеров: по типу сканируемых оригиналов (на просвет - слайд-сканеры и барабанные сканеры, в отраженном свете - планшетные сканеры, сканеры объемных объектов - ЗО-сканеры), по области применения (офисные, фотосканеры, полупрофессиональные, профессиональные), по типу сканирующего элемента (на приборах с зарядовой связью - ПЗС или CCD, на фотодиодах - ФД или CIS на фотоэлектронных умножителях - ФЭУ) и некоторые другие.

Принципиальное устройство планшетного сканера

Основными компонентами планшетного сканера являются трехстрочный светочувствительный элемент (CCD или CIS), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), механизм перемещения сканирующей каретки, линзовая система, система подсветки, контроллер сканера, контроллер интерфейса и собственно корпус, в котором размещено все это хозяйство. В принципе, качество сканирования зависит от качества исполнения всех перечисленных компонентов, однако в решающей степени всего от трех - светочувствительного элемента, АЦП и линзовой системы.

Элементы на приборах с зарядовой связью обладают более высокой чувствительностью, чем матрицы CIS, однако требуют установки сложной системы линз и зеркал для проецирования изображения сканируемой строки на миниатюрный CCD-элемент. Матрица фотодиодов располагается по всей ширине сканируемой области сразу под защитным стеклом и непосредственно воспринимает свет, отраженный от оригинала. В силу технологических особенностей элементы CIS не столь чувствительны, как CCD, Кроме того, оптическая система CCD-сканера позволяет (в определенных пределах) регулировать глубину резкости, то есть сканировать оригиналы, имеющие разную высоту участков относительно защитного стекла.

Некоторые модели планшетных сканеров оснащают модулями для сканирования прозрачных оригиналов. Их принципиальное отличие заключается в размещении лампы подсветки над оригиналом, то есть сканирование происходит «на просвет». В сканерах офисного класса слайд-модуль съемный, в планшетных сканерах профессионального класса применяется сложная встроенная система сканирования прозрачных оригиналов.

Для качественного сканирования слайдов и негативов используют отдельные слайд-сканеры, отличающиеся повышенным разрешением и широким динамическим диапазоном. Снижение цен на модели начального уровня до 150-200$ переводит слайд-сканеры в категорию офисно-домашней техники.

Основные параметры сканеров

Понятие качества применительно к сканированию очень растяжимо: одним требуется как можно быстрее перевести в электронную форму горы текстовой документации, другие стоят перед проблемой оцифровки чертежей, третьи собираются перенести на жесткий диск все фотографии, нащелканные «мыльницей», четвертые думают переводом «в цифру уберечь от старения качественные слайды, а пятые и вовсе запихивают под крышку сканера жучков, гальку, траву и прочий мусор, называя это занятие «сканографией».

Вместе с тем для сканеров выработаны некоторые технические параметры, количественное значение которых позволяет объективно оценить приспособленность данной модели для решения конкретных задач пользователя. Понимание сути таких параметров поможет не ошибиться при выборе сканера.

Оптическое и аппаратное разрешение

Сканер снимает изображение не целиком (как цифровая фотокамера), а по строкам. Строка, в свою очередь, снимается по точкам Чем больше светочувствительных элементов содержит строка ПЗС-матрицы. тем больше точек в строке на оригинале может различить сканер. Этот параметр называют оптическим разрешением и измеряют в точках на дюйм (dot per inch, dpi). Для сканирования оригинала с высотой более одной строки необходимо переместить светочувствительный элемент в следующую позицию. Перемещение осуществляет механический привод, состоящий из шагового электродвигателя и прецизионной механической передачи. Минимально возможный шаг перемещения матрицы по вертикали называется аппаратным разрешением и измеряется также в точках на дюйм. Покупатели (обычно бессознательно) и производители (часто сознательно) иногда смешивают понятия оптического и аппаратного разрешения. Разрешение прямо влияет на качество получаемого изображения: различимость мелких деталей, резкость контрастных цветовых переходов, отсутствие «лестницы» в наклонных прямых.

Истинное разрешение

Оптическое разрешение - величина скорее теоретическая, чем реально обеспечиваемая сканером. На пути от оригинала к «цифре» встречается немало ухабов: оптические искажения в фокусирующей системе, «грубый» АЦП, погрешности в механизмах привода, нестабильность освещения и прочие. Поэтому истинное разрешение, измеряемое сканированием специальной штриховой миры, заметно отличается в худшую сторону от оптического. Как показывают тесты, для сканеров офисного класса истинное разрешение составляет в среднем 65% от оптического (разброс значений от 45%до88%).

Динамический диапазон

Свойства оптической системы сканера и АЦП определяют величину динамического диапазона оптической плотности (D). Динамический диапазон характеризует плавность и насыщенность тонового воспроизведения, градационную различимость, общий уровень детальной проработки изображения. Динамический диапазон есть разность между максимальным и минимальным значениями оптических плотностей

Как правило, для сканеров офисного класса значение D производителем не указывается. Вместе с тем этот параметр чрезвычайно важен для оценки качества оцифровки фотографий и слайдов. Если оригинал имеет участки с оптической плотностью, выходящей за границы динамического диапазона сканера, на оцифрованном изображении они отображаются сплошным белым или черным цветом, то есть важные детали в светах и тенях пропадают.

Оптическую плотность измеряют как десятичный логарифм отношения потока падающего света к отраженному (для непрозрачных оригиналов) или проходящему свету (для прозрачных оригиналов). Динамический диапазон сканера обычно измеряется относительно D , то есть различимой максимальной оптической плотности. Зная величины D и I сканера, легко подсчитать и значение D . определяющее различимость деталей в светах. Эти параметры обязательно надо знать, если сканер предназначается для оцифровки фотографий и слайдов.

Согласно рекомендациям фирм Kodak и Agfa, динамический диапазон оптической плотности слайда должен составлять 3,1- .9D (негатива до 4,00), цветной фотографии 2,1-2,40, полутоновой (черно-белой) фотографии до 2.5D. Учитывая потери в оптическом тракте и АЦП, сканер для оцифровки фотографий должен обладать динамическим диапазоном не хуже 2.7-2,80. в противном случае возможны потери в качестве изображения. Как правило, сканеры офисного класса имеют D 2,5, что обеспечивает приемлемое качество оцифровки фотографий для электронных публикаций, домашнего употребления, но недостаточно для профессиональных работ. Для сравнения укажем, что профессиональные планшетные сканеры имеют динамический диапазон 3,7-4,00

Очевидно, что сканеры офисного класса со слайд-приставками совершенно непригодны для работы с негативами и слайдами. Как минимум, для работы с прозрачными оригиналами необходим слайд-сканер начального уровня, имеющий хотя бы 3,5D. Если нет возможности приобрести такой аппарат, лучше заказать оцифровку на профессиональном оборудовании (где значение D достигает 4,2).

Цветовые характеристики

К основным цветовым характеристикам сканера относятся разрядность (глубина) цвета, цветовой шум и цветовая балансировка. Разрядность цвета характеризует возможное число оттенков цвета или градаций серого по каждому цветовому каналу. Различают глубину цвета на выходе сканера и разрядность внутреннего представления цвета. Для сканеров офисного класса стандартом считается выходная глубина цвета 24 бит (по 8 бит на каналы Я, G и В). Профессиональные сканеры могут работать в 32-битном цветовом пространстве CMYK.

Глубина внутреннего представления цвета сейчас достигает 16 бит на канал. Однако на «экспорт» в компьютерную систему отбираются только 8 «чистых» бит. Такой подход обеспечивает передачу более правильных сигналов, лучшую сюжетную деталировку, расширяет диапазон оптических плотностей. сглаживает тоновые переходы. Следует различать «истинное» внутреннее представление цвета с повышенной разрядностью и полученное методом интерполяции на выходе АЦП. Увидев на коробке со сканером за 50$ гордую надпись «48-битное представление цвета», не верь глазам своим - цветопередача все равно будет отвратительной..

Цветовой шум сканера выражается в том, что однотонные участки оригинала после оцифровки приобретают разброс значений цвета. Появление цветового шума объясняется как недостатками оптической системы, так и флуктуациями в электронном тракте. К сожалению, этот параметр практически не поддается улучшению путем калибровки и настройки аппарата. Измерения проводят сканированием калибровочной типографской цветовой шкалы, а значения выражают в условных единицах отклонения цвета. При величине цветового шума 10 единиц зернистость цветового поля отчетливо различима на глаз. Приличным можно считать офисный сканер с величиной цветового шума менее 8 единиц, хорошим - менее 5 единиц. В среднем это значение для данного класса сканеров составляет 10-15 единиц.

Цветовая балансировка заключается в точном соблюдении баланса цветовых каналов при сканировании серого оригинала. В теории серый цвет получается при точном совпадении значений цветовых каналов RGB На практике точного совпадения добиться трудно. Рассогласование выражается в превалировании одного из цветов. В этом случае говорят, что изображение «завалено в такой-то цвет». Баланс можно восстановить при калибровке сканера путем сканирования специальной цветовой таблицы и построения на основе сравнения результата с оригиналом цветового профиля конкретного аппарата, Однако эта операция требует профессиональных знаний и соответствующего оборудования. Лучше сразу при покупке подбирать сканер с хорошим цветовым балансом (разброс менее 50 единиц).

Сведения

Сканеры, подобно мониторам, имеют среди характеристик такой параметр, как сведение. При идеальном сведении должно обеспечиваться полное совпадение на плоскости трех базовых цветов. На практике линзовая система, последовательно фокусирующая световой поток на трех линейках светочувствительных элементов, имеет некоторые погрешности, что приводит к сдвигу цветовых элементов на изображении относительно друг друга. Особенно заметно несведение при резких переходах от черного к белому: на краях черного поля появляется кант одного из базовых цветов. Характеристики сведения практически никогда не указываются производителями офисных сканеров и замерить их можно только сканированием тестового шаблона.

Глубина резкости

Глубина резкости характеризует способность сканера воспринимать без искажений (потери резкости) участки оригинала, удаленные от плоскости сканирования (защитного стекла). Параметр актуален при сканировании книг, альбомов и объемных предметов.

Интерфейс

В настоящее время встречаются сканеры со следующими вариантами подключения к компьютеру: параллельный интерфейс LPT. параллельный интерфейс SCSI последовательный интерфейс ^(версия 1.1 или 2.0), последовательный интерфейс IEEE1394. По удобству подключения выделяется интерфейс USB, являющийся «штатным» для современных компьютеров. Интерфейс параллельного порта считается устаревшим и могут возникнуть трудности при подключении сканера в операционных системах Windows 2000/ХР. Интерфейсы IEEE1394 и SCSI требуют наличия на компьютере специальных плат расширения или встроенных контроллеров, в этом случае проблем с подключением в различных операционных средах обычно не возникает.

Скорость роботы

Скорость работы сканера оценивают на реальных задачах, так как этот параметр сильно варьируется в зависимости от действующего интерфейса, выбранного разрешения, режима сканирования, глубины цвета и включении в драйвере дополнительных функций (алгоритмов обработки изображения). В принципе более современные интерфейсы обеспечивают более высокую скорость работы при прочих равных условиях. Как показывает практика, в порядке возрастания скорости работы можно построить «шеренгу» так: параллельный интерфейс LPT. последовательный интерфейс USВ 1.1. последовательный интерфейс IEEE1394, последовательный интерфейс USB2.0, параллельный интерфейс SCSI (спецификации не ниже Ш160 SCSI).

6. Плоттер и принцип его действия, состав, виды

По принципу действия электромеханические векторные графопостроители делятся на устройства с неподвижным носителем информации и устройства с перемещаемым носителем информации.

Для устройств с неподвижным носителем, носитель информации укрепляется на плоской рабочей поверхности планшета. Перемещение пишущего элемента осуществляется электромеханической координатной системой по двум осям. Этот тип графопостроителей принято именовать планшетами.

Для устройств с перемещаемым носителем информации характерно наличие механизма перемещения пишущего элемента только по одной координате, запись информации по другой оси осуществляется путем перемещения самого носителя.

В зависимости от способа перемещения носителя такие устройства делятся на устройства с перфорированным носителем, в которых носитель перемещается транспортным валом за краевую перфорацию, и устройства с фрикционным перемещением неперфорированного носителя, в которых перемещение носителя осуществляется за счет частичного или полного микрозахвата носителя транспортным валом с фрикционным покрытием.

По производительности устройства делятся на графопостроители с высокой, средней малой производительностью. Производительность электромеханических графопостроителей определяется динамическими параметрами устройства: максимальной скоростью и ускорением пишущего элемента.

По точности устройства делятся на : прецизионные - предназначенные для изготовления подлинников КД, шаблонов, карт и т.д., средней точности - для контрольных прорисовок чертежей и схем и малой точности - - для эскизной прорисовки в основном с экранов графических дисплеев.

По области применения : автономные; работающие в составе больших ЭВМ и систем; работающие в составе рабочих станций и ПЭВМ,

Электромеханические графопостроители предназначены для вывода на носители ( обычно на бумажные) графической и текстовой информации.

Создание и развитие ЭВМ вызвало появление регистрирующих устройств, работающих на основе цифровых данных, подготавливаемых в ЭВМ. Независимо от структуры эти устройства преобразовывают информацию из цифровой формы в графическую в виде различных документов и чертежей.

Основное преимущество графопостроителей состоит в обеспечение высокой точности черчения. Графопостроители могут работать автономно, воспринимая исходные данные с промежуточного носителя - диска, непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов.

Графопостроители состоят из трех основных частей: блока механизма, блока управления исполнительными каналами устройства и системы управления.

Блок механизма представляет собой планшетный или барабанный механизм, предназначенный для организации перемещения в плоскости чертежа пишущих элементов, а также их подъема и опускания.

Блок управления исполнительными каналами по координатам x и y строится как по замкнутому принципу с использованием обратной связи, так и по разомкнутому принципу. В первом случае для привода применяются малоинерционные двигатели постоянного тока с датчиком обратной связи по положению и скорости, во втором случае шаговые двигатели.

В последние годы широкое распространение получили графопостроители с перемещением вдоль одной оси носителя с помощью абразивного вала. Это позволило значительно снизить энерго- и материалоемкость. По сравнению с планшетными построителями масса снижается в 3-5 раз, однако точность у таких построителей, как правило, ниже, чем у планшетных.

Системы управлениями графопостроителями можно разделить на три группы : инкрементальные, с фиксированным алгоритмом работы и программируемые.

Система управления предназначена для :

организации логической связи с источником информации;

организация контроля состояния и диагностики устройства;

подготовки исходных данных и выполнения интерполяционных процессов:

обеспечения вычерчивания символов и различных типов линий:

учета конструктивных особенностей устройств и динамических характеристик исполнительных каналов.

Процесс формирования данных для вычерчивания выполняется цифровыми интерполяторами, предназначенные для определения координат промежуточных точек, лежащих между заданными узловыми точками. Принципы построения интерполяторов во многом определяют эффективность работы графопостроителей, надежность и качество вычерчивания различных изображений. Цифровые интерполяторы разделяются на следующие типы : линейный, линейно-круговые и параболические.

В процессе вычерчивания различных чертежей для задания символов ( букв, цифр и различных знаков) необходим значительный объем исходной информации по отдельным отрезкам. Вычерчивание символов по кодам существенно уменьшает объем исходной информации (практически на порядок) и упрощает процесс составления программы для графического устройства.

Во многих случаях конфигурация символов заранее не может быть задана и определятся пользователем в процессе решения конкретной задачи. При этом должна обеспечиваться возможность программной замены конфигурации символов, а также поворота символов в плоскости чертежа.

Для обеспечения возможности вычерчивания символов системы управления снабжаются блоком фиксированной или переменной конфигурации символов и их поворота.

Системы управления также имеют возможность генерации различных типов линий.

Ввод графической информации

Вводить графическую информацию можно при помощи мыши и клавиатуры, используя графические редакторы. Можно также воспользоваться готовой графической информацией на бумажных носителях, и при помощи специальных устройств и программ перенести их в компьютер.

Ввод графической информации в ЭВМ для АСУ производится в три этапа. На первом этапе определяются координаты графических элементов, на втором - координаты преобразуются в цифровой код, на третьем - они записываются в память ЭВМ и передаются для обработки в арифметическое устройство (АУ ).

Определение координат графических элементов можно производить автоматическим и полуавтоматическим способами. Преобразование координат графических элементов в цифровой код осуществляется несколькими методами:

- в память ЭВМ записываются значения текущих координат всех элементов;

- графическая информация представляется в аналитическом виде;

- исходные данные описываются на специальном графическом языке.

Все перечисленные методы и способы преобразования и представления в ЭВМ графической информации определяют требования, предъявляемые к техническим средствам преобразования информации для ЭВМ в АСУ.

1.Устройство ввода графической информации 0 ( УВГИ ) - это устройство, преобразующее графические данные в машинные коды.

Любую графическую информацию можно рассматривать как набор оптических неоднородностей, отличающихся по яркости и цвету. Таким образом, любое УВГИ решает следующие задачи:

1. дискретизация изображения на элементы;

2. преобразование оптической информации в электрический аналоговый сигнал;

3. преобразование аналогового сигнала в цифровой код.

Количество дискретных элементов определяется заданной точностью представления графической информации. Объемом информации о графическом изображении определяется быстродействие УВГИ.

По методам дискретизации различают УВГИ автоматического и полуавтоматического типов. К автоматическим УВГИ относятся матричные, сканирующие и следящие устройства; к полуавтоматическим - телевизионные,

акустические, оптические, электрические и электромеханические устройства.

Вводить изображение в компьютер можно разными способами, например используя видеокамеру или цифровую фотокамеру. Еще одним устройством ввода графической информации в компьютер является оптическое сканирующее устройство, которое обычно называют сканером. Сканер позволяет оптическим путем вводить черно-белую или цветную печатную графическую информацию с листа бумаги. Отсконировав рисунок и сохранив его в виде файла на диске, можно затем вставить его изображение в любое место в документе с помощью программы текстового процессора или специальной программы электронной верстки, можно обработать это изображение в программе графического редактора или отослать изображение через факс-модем на телефакс, находящейся на другом конце света.

Сканер - это глаза компьютера. Первоначально они создавались именно для ввода графических образов, рисунков, фотоснимков, чертежей, схем, графиков, диаграмм. Однако, помимо ввода графики, в настоящее время они все шире используются в довольно сложных интеллектуальных системах OCD или Optical Character Recognition, то есть оптического распознания символов. Эти " умные " системы позволяют вводить в компьютер и читать текст.

Сперва текст вводится в компьютер с бумаги как графическое изображение. Затем компьютерная программа обрабатывает это изображение по сложным алгоритмам и превращает в обычный текстовый файл, состоящий из символов ASCII. А это значит, что текст книги или газетной статьи можно быстро вводить в компьютер, вовсе не пользуясь клавиатурой!

А если система распознавания OCR соединяется еще и с программой перевода, в компьютер можно вводить страницы текста на иностранном языке и почти мгновенно получать готовый перевод. Конечно литературные качества электронного перевода обычно не слишком высокие, в научно-технических текстах литературные достоинства - не самое главное, зато готовый перевод формально достаточно точен и его можно получить фантастически быстро.

Сканеры бывают различных конструкций.

Ручной сканер . Это самый простой и дешевый сканер. Ручной сканер, словно мышка, соединяется кабелем с компьютером. При прокатывании сканера по странице книги или журнала, необходимое изображение считывается и в цифровом коде вводиться в память компьютера. В ручном сканере роль привода считывающего механизма выполняет рука. Понятно, что равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров обычно не превышает 4 дюймов ( 10 см ). Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую " склейку " изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. К основным достоинствам этих сканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительно низкая цена, однако добиться высокого качества изображения с их помощью очень трубно, поэтому ручные сканеры можно использовать для ограниченного круга задач. Кроме того они совершенно лишены " интеллектуальности ", свойственной другим типам сканеров.

Планшетный сканер. Это наиболее распространенный тип сканеров. Первоначально он использовался для сканирования непрозрачных оригиналов. Почти все модули имеют съемную крышку, что позволяет сканировать " толстые " оригиналы ( журналы, книги ). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов - OCR ( Optical Charac-ters Recognition ). Многие фирмы-лидеры в производстве плоскостных сканеров стали дополнительно предлагать 1 слайд-модуль ( для сканирования прозрачных оригиналов ). Слайд-модуль имеет свой, расположенный сверху, источник света. Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки и превращает сканер в универсальный ( плоскостной сканер с установленным слайд-модулем ).

Барабанный сканер. Основное его отличие состоит в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой скоростью. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная конструкция обеспечивает наибольшее качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход. " Младшие " модели у некоторых фирм с целью удешевления используют вместо фотоумножителя фотодиод в качестве считывающего элемента. Барабанные сканеры способны сканировать любые типы оригиналов.

В отличие от плоскостных сканеров со слайд-модулем, барабанные могут сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы одновременно.

Проекционный сканер. Этот тип сканеров применяется для сканирования с высоким разрешением и качеством слайдов небольшого формата ( как правило, размером не более 4 x 5 дюймов ). Существует две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси считывания. Наиболее популярным в России, как, впрочем, и на Западе, является вертикальный проекционный сканер.

Типов оригиналов бывает всего два. Это прозрачные негативные и позитивные слайды, которые сканируют в проходящем свете. Непрозрачные оригиналы представляют собой либо аналоговые изображения - фотографии, либо дискретные - иллюстрации из печатных изданий ( в полиграфии полутоновая печать осуществляется с помощью растровых точек различного цвета и размера ).

Считывание изображения.

Механизмы считывания изображения базируются или на фотоумножителе, или на ПЗС. Фотоумножитель проще всего сравнить с радиолампой-фотосенсором, у которой имеются пластины катода и анода и которая конвертирует свет в электрический сигнал. Считываемая информация подается на фотоумножитель точка за точкой с помощью засвечивающего луча. ПЗС - относительно дешевый полу проводниковый элемент довольно малого размера. ПЗС так же как и умножитель конвертирует световую энергию в электрический сигнал. Набор элементарных ПЗС-элементов располагают последовательно в линию, получая линейку для считывания сразу целой строки, естественно и освещается сразу целая строка оригинала. Цветное изображение такими сканерами считывается за три прохода ( с помощью RGB-светофильтра ). Многие сканеры имеют три параллельные линейки ПЗС, тогда сканирование цветных оригиналов осуществляется за один проход, так как каждая линейка считывает один из трех базовых цветов. Потенциально ПЗС-сканеры более быстродейственны, чем барабанные сканеры на фотоумножителях.

Качество изображения.

Сканеры различаются по многим параметрам -технология считывания изображения, типу механизма и некоторым другим.

Существуют параметры сканирующего устройства, влияющие на качество изображения. К таким параметрам относится оптическая разрешающая способность, число передаваемых полутонов и цветов, диапазон оптических плотностей, интеллектуальность сканера, световые искажения, точность фокусировки ( резкость ).

Интеллектуальность сканера.

Под интеллектуальностью обычно подразумевается способность сканера с помощью заложенных в нем аппаратным и поставляемых с ним программных средств автоматически настраиваться и минимизировать потери качества. Наиболее ценятся сканеры, обладающие способностью автокалибровки, т.е. настройки на динамический диапазон плотностей оригинала, а также компенсации цветовых искажений. Допустим, мы имеем ПЗС-сканер, воспринимающий оптический диапазон плотностей до 3.2. С его помощью нам нужно отсканировать слайд, имеющий максимальную оптическую плотность 4.0. "Хороший" сканер сначала делает предварительное сканирование для анализа оригинала и получения диаграммы оптических плоскостей. После анализа диаграммы сканер производит свою автокалибровку с целью сдвига своего динамического диапазона восприятия оптических плотностей. Таким образом минимизируются потери в "тенях" благодаря сокращению потерь в "светах".

Цветовые искажения сканеров.

Каждый сканер обладает своими собственными недостатками при восприятии цветов и общими недостатками, присущими данной модели. Общие недостатки обусловлены техническими возможностями и механическими характеристиками модели. Собственный недостаток сканера обусловлен индивидуальной способностью освещающего оригинал источника света и считывающего элемента. Считается, что все продаваемые сканеры проходят заводскую калибровку. Однако, если сканер имеет функцию автокалибровки, то это большое преимущество перед сканером, лишенным такой функции. Автокалибровка сканера позволяет скорректировать цветовые искажения и увеличить число распознаваемых цветовых оттенков. Поскольку источник света имеет свойство изменять свои характеристики со временем, как, впрочем, и считывающий элемент, наличие авто-калибровки приобретает первостепенное значение, если Вы постоянно с цветными полутоновыми изображениями. Практически все современные модели сканеров обладают такой функцией.

Чтобы ввести цветное изображение со снимка в память компьютера, нужен цветной сканер или дигитайзер для ввода слайдов.

Цифровая камера предназначена для ввода изображений в компьютер. Но печатные изображения в компьютер можно ввести и с помощью сканера, а " живые " кадры можно " схватить " и ввести прямо с видеокамеры или с видеомагнитафона. Однако цифровые фотокамеры превосходят по качеству ввод с видеокамеры. Кроме того, цифровая камера -самый быстрый и простой способ ввода изображения в компьютер. Цифровые камеры записывают изображение в память, которая затем может быть без дополнительных специальных устройств введена в любой компьютер через порт связи.

Дигитайзер - это еще одно устройство ввода графической информации, имеющее пока сравнительно узкое применение для некоторых специальных целей. Свое название дигитайзеры получили от английского digit - цифра. То есть по-русски их можно назвать просто " оцифровыватели ".Впрочем, есть и более благозвучное название - англо-цифровые преобразователи.

Обычно дигитайзеры выполняются в виде планшета. Поэтому такие устройства часто называют графическими планшетами. Применяется такой дигитайзер для поточечного координатного ввода графических изображений в системах автоматического проектирования, в компьютерной графике и анимации. Надо отметить, что это далеко не самый быстрый и удобный способ построения рисунков и чертежей, особенно в случае сложной геометрии. Но зато графический планшет обеспечивает наиболее точный ввод графической информации в компьютер.

Графический планшет обыкновенно содержит рабочую плоскость, рядом с которой находятся кнопки управления. На рабочую плоскость может быть нанесена вспомогательная координатная сетка, облегчающая ввод сложных изображений в компьютер. для ввода информации служит специальное перо или координатное устройство с " прицелом ", подключенное кабелем к планшету. Сам дигитайзер также подключается к компьютеру кабелем через порт связи. Разрешающая способность таких графических планшетов не менее 100 dpi ( точек на дюйм ).

В самых совершенных и дорогих дигитайзерах ввод информации происходит без специальных перьев или прицелов, так как рабочая поверхность планшета обладает " тактильной чувствительностью ", основанной на использовании пьезоэлектрического эффекта. При нажатии на точку, расположенную в приделах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов. Координаты этой точки обнаруживаются программой-драйвером, сканирующей сетку проводников. Эта программа выполнит отображение точки на экран монитора. Пьезоэлектрические дигитайзеры позволяют чертить на рабочей поверхности планшета, словно на обычной чертежной доске, и таким образом вводить даже несуществующие изображения. При этом графическая информация вводится с разрешением 400 dpi.

Кстати говоря, на этом же принципе основаны новые координатные устройства для работы в графическом интерфейсе пользователя ( в операционной среде Windows или OS/2 ), предназначенные для замены традиционных мышек и трэкболов. Всякий, кто пробовал воспользоваться такими тактильными устройствами, изготовленными, например, японской фирмой Toshida, мог убедиться, что гораздо удобнее и легче водить пальцем по окошку дигитайзера размером менее спичечной коробки, чем пользоваться обычной мышкой: курсор на экране весьма послушно и чутко повторяет движения пальца на планшете. Ни каких дополнительных кнопок в таком дигитайзере нет. Указав на экране дисплея нужный выбор, достаточно дважды стукнуть пальцем по окошку и компьютер поймет сообщение.

Для ввода графической информации могут так же использоваться некоторые виды планшетных графо-построителей. Однако многие готовые изображения (фотографии, чертежи, рисунки, карты, графики, слайды, кинофильмы) гораздо удобнее вводить с помощью специального видеодигитайзера. В простейшем случае видеодигитайзером может даже служить видеокамера. В настоящее время выпускается множество специальных графических систем с различными типами видеодигитайзеров, позволяющих вводить в компьютер цветные изображения с бумаги или со слайдов. К числу видеодигитайзеров относится и цифровая фотокамера.

В современных киностудиях применяются специальные дигитайзеры для переноса изображения с кинопленки в компьютер. После цифровой обработки изображение снова помещается на пленку. В связи с этим поговаривают, что скоро компьютеры смогут вообще вытеснить из кино живых актеров. Такое предположение вполне реально. Например, в компьютер введут фотографии кинозвезд, компьютер синтезирует из этих снимков некий произвольный персонаж, который своим обликом будет точно соответствовать вкусам зрителей. Затем этот синтетический герой может очень правдоподобно " ожить " на экране, и при этом совершать невероятные трюки, словно персонаж мультипликации.

Дигитайзером в компьютерах киностудий уже сегодня вводят фотографии пейзажей и нарисованные декорации, интерьеры и костюмы. Надвигается эпоха виртуальной реальности, созданной в памяти компьютера.

Схема передачи информации

Для передачи информации с устройства ввода графической информации запускается программа, которая предназначена для передачи и приема информации. Она определяет устройство и ждет дальнейших команд оператора. Информация преобразуется в файл, передается в форме протокола (поток в процессе передачи через иную физическую среду) в ОЗУ, где преобразуется в запись а потом снова в файл.

Программы оптического распознавания

Большинство программ оптического распознавания (OCR -- Optical Character Recognition) работают с растровым изображением, которое получено через факс-модем, сканер, цифровую фотокамеру или другое устройство. На первом этапе OCR должен разбить страницу на блоки текста, основываясь на особенностях правого и левого выравнивания и наличия нескольких колонок. Затем распознанный блок разбивается на строки. Несмотря на кажущуюся простоту, это не такая очевидная задача, так как на практике неизбежны перекос изображения страницы или фрагментов страницы при сгибах. Даже небольшой наклон приводит к тому, что левый край одной строки становится ниже правого края следующей, особенно при маленьком межстрочном интервале. В результате возникает проблема определения строки, к которой относится тот или иной фрагмент изображения. Например, для букв «j», «Й», «ё» при небольшом наклоне уже сложно определить, к какой строке относится верхняя (отдельная) часть символа (в некоторых случаях ее можно принять за запятую или точку).