4.7.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР ОТОБРАЖЕНИЯ
На физическом уровне отображение производится в основном с помощью компьютерных дисплеев. При необходимости получения твердой копии используются принтеры и плоттеры. Основное использование дисплея в качестве оконечного устройства отображения связано с его высоким быстродействием, значительно превышающим скорость реакции человеческого глаза, что особенно важно в системах реального времени и при отображениях анимации и видеоизображении.
Для получения графического изображения на экране дисплея используются два основных метода: векторный (функциональный) и растровый. Векторный метод предполагает вывод графического изображения с помощью электронного луча, последовательно "вычерчивающего" на экране дисплея линии и кривые в соответствии с математической моделью (функцией) этого объекта. "Вычерчивание" — это последовательное засвечивание пикселей экрана. Так как каждый пиксель имеет свою координату (пару чисел), то этот метод преобразует последовательность чисел (вектор) в светящиеся точки. Отсюда название метода. Для того чтобы изображение на экране было неподвижным для глаза человека, луч пробегает по определенным пикселям многократно (не менее 16 раз в секунду). Векторный метод — наиболее быстродействующий и применяется при выводе относительно несложных графических объектов (графики, чертежи, номограммы и т.п.) при научный и инженерный исследованиях. Еще одним очень важным достоинством метода являются минимальные для графических систем требования к ресурсам ЭВМ (памяти и производительности).
Растровый (экранный) метод привнесен в компьютерную графику из телевидения. При использовании этого метода электронный луч сканирует экран монитора (дисплея) слева направо, после каждого прохода опускаясь на одну строку пикселей, сотни раз в секунду (обычно 625 раз). После прохождения нижней строки луч возвращается к первой строке (обратный ход).
Чтобы при обратном ходе на экране не прочерчивалась диагональная линия, луч на это время гасится. Такое сканирование экрана проводится 25 раз в секунду. Полностью просканированный экран называется кадром. Если интенсивность электронного луча постоянна, то на экране создается равномерный фон из одинаково светящихся пикселей. При выводе на экран графического объекта в соответствующих его модели точках интенсивность луча изменится, в результате чего "прорисовывается" сам графический объект. В цветных дисплеях можно задавать цвета как фона, так и изображения. Современные графические адаптеры дисплеев позволяют в принципе создавать бесчисленное множество цветов.Растровый метод дает возможность отображать на экране дисплеев практически любое изображение, как статическое (неподвижное), так и динамическое (движущееся). Другими словами, метод универсален, но, как и все универсальное, требует больших затрат ресурсов ЭВМ. Поэтому если основной функцией вычислительной системы является работа с изображениями (системы автоматизации проектирования, системы создания и обработки изображений, анимация, создание киноэффектов и т.д.), то в этом случае разрабатываются специальные комплексы, называемые графическими станциями, в которых все ресурсы ЭВМ направлены на обработку, хранение и отображение графических данных.
Процедуры отображения реализуются с помощью специальных программ, оперирующих громадными объемами данных и требующих поэтому значительной емкости оперативной памяти ЭВМ и высокой производительности процессора. Не случайно современный графический пользовательский интерфейс операционной системы ПК удовлетворительно работает при емкости оперативной памяти в 256 Мбайт и тактовой частоте процессора не менее 1 ГГц. У графических станций требования к ресурсам ЭВМ существенно выше. Поэтому, помимо дополнительного процессора дисплея, в ЭВМ графических станций используются и нетрадиционные методы обработки данных (конвейеризация и параллелизация) и, следовательно, нетрадиционные архитектуры вычислительных систем.
Информационный процесс обработки данных на физическом уровне представляется аппаратно-программным комплексом, включающим ЭВМ и программное обеспечение, реализующее модели организации вычислительного процесса, преобразования и отображения данных. В зависимости от сложности и функций информационной технологии аппаратно-программный комплекс обработки данных строится на базе или одного персонального компьютера, или специализированной рабочей станции, или на мейнфрейме, или на суперЭВМ, или на многомашинной вычислительной системе.
Вопросы для самопроверки
- Каково назначение процесса обработки данных?
- Нарисуйте схему и объясните состав и назначение процедур процесса обработки данных.
- Поясните работу ЭВМ в основных режимах обработки данных: пакетном, разделения времени, реального времени.
- Как организуется обслуживание задач в вычислительной системе?
- Опишите модель обслуживания задач в многомашинной вычислительной системе с очередью.
- Каковы показатели эффективности вычислительной системы, описанной в п. 5?
- Как организуется планирование обработки вычислительных задач в вычислительной системе?
- Поясните модель планирования вычислительного процесса при минимизации суммарного времени обработки.
- Какие программы операционной системы ЭВМ реализуют процедуры организации вычислительного процесса?
- В чем состоит суть процедуры преобразования данных и как она реализуется в ЭВМ?
- Опишите модели преобразования данных.
- Нарисуйте и объясните примеры графов алгоритмов и вычислительного графа программной системы.
- В чем состоит принцип параллельной обработки данных?
- Что такое конвейерная обработка данных?
- Поясните работу ассоциативной памяти.
- Объясните принцип управления потоком данных.
- Как назначаются задачи на решение в алгоритме SPT?
- Что такое алгоритм RR(Round-Robin)?
- В чем заключается алгоритм Макнотона?
- В чем состоит главный недостаток прерывания решения задачи?
- В чем заключается основное достоинство обработки пакетов независимых задач без прерывания?
- За счет чего увеличивается производительность мультипроцессорных систем по сравнению с однопроцессорными системами?
- Как строятся мультипроцессорные системы с общей памятью?
- Как строятся мультипроцессорные системы с индивидуальной памятью?
- Какие недостатки имеет структура МПС с общей памятью перед МПС с индивидуальной памятью?
- В каких случаях используют режим с разделением нагрузки?
- В каких случаях используют режим с разделением функций?
- Для чего служит процедура отображения данных и какие операции ее реализуют?
- Что служит теоретической базой для создания моделей компьютерной графики?
- Какие вы знаете преобразования на плоскости?
- Что такое однородные координаты точки и при решении каких задач они применяются?
- Определите понятие геометрического сплайна и приведите формальное описание сплайн-функций.
- Опишите два основных метода получения графического изображения на экране монитора.
- На каких аппаратно-программных средствах реализуется информационный процесс обработки данных?