На физическом уровне отображение производится в основном с помощью компьютерных дисплеев. При необходимости получения „твердой копии“ используется 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 видеоизображения.
Для получения графического изображения на экране дисплея используется два основных метода: векторный (функциональный) и растровый. Первый 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 пикселов экрана. Так как каждый пиксел 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 пикселам 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 научных и инженерных исследованиях. Еще одним очень важным достоинством метода является минимальные для графических систем требования к ресурсам ЭВМ (памяти и производительности).
Второй, растровый (экранный) метод, привнесен в компьютерной графику из телевидения. При использовании этого метода электронный луч сканирует экран монитора (дисплея) слева направо, после каждого прохода опускаясь на одну строку пикселов, сотни раз в секунду (обычно 625 раз). После прохождения нижней строки луч возвращается снова 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 пикселов. 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 изображения. Современные графические адаптеры дисплеев позволяют в принципе создавать бесчисленное множество цветов.
Растровый метод позволяет отображать на экране дисплеев практически любое изображение как статичное (неподвижное), так и динамическое (движущиеся). 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, создания 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 значительную емкость оперативной памяти ЭВМ и высокую производительность процессора. Не случайно ведь графический пользовательский интерфейс операционной системы ПК Windows'95 удовлетворительно работает при емкости оперативной памяти в 16 Мбайт и тактовой чистоте процессора Pentium не менее 100 Мгц. У графических станций требования к ресурсам ЭВМ существенно выше. Поэтому, помимо дополнительного процессора дисплея, в ЭВМ графических станций используется 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 на базе специализированной рабочей станции, или на мэйнфрейме, или на супер ЭВМ, или на многомашинной вычислительной системе.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Каково назначение процесса обработки данных?
2. Нарисуйте схему и объясните состав и назначение процедур процесса обработки данных.
3. Поясните работу ЭВМ в основных режимах обработки данных: пакетном, разделения времени, реального времени.
4. Как организуется обслуживание задач в вычислительной системе?
5. Опишите модель обслуживания задач в многомашинной ВС с очередью.
6. Каковы показатели эффективности ВС по п.5?
7. Как организуется планирование обработки вычислительных задач в ВС?
8. Поясните модель планирования вычислительного процесса при минимизации суммарного времени обработки.
9. Какие программы операционной системы ЭВМ реализуют процедуры организации вычислительного процесса?
10. В чем состоит сущность процедуры преобразования данных и как она реализуется в ЭВМ?
11. Опишите модели преобразования данных.
12. Нарисуйте и объясните примеры граф-схем алгоритмов и вычислительного графа программной системы.
13. В чем состоит принцип параллельной обработки данных?
14. Что такое конвейерная обработка данных?
15. Поясните работу ассоциативной памяти.
16. Объясните принцип управления потоком данных
17. Как назначаются задачи на решение в алгоритме SPT?
18. Что такое алгоритм RR(round-robin)?
19. В чем заключается алгоритм Макнотона?
20. В чем главный недостаток прерывания решения задачи?
21. В чем основное достоинство обработки пакетов независимых задач без прерывания?
22. За счет чего увеличивается производительность мультипроцессорных систем по сравнению с однопроцессорными системами?
23. Как строятся мультипроцессорные системы с общей памятью?
24. Как строятся мультипроцессорные системы с индивидуальной памятью?
25. Какие недостатки имеет структура МПС с общей памятью перед МПС с индивидуальной памятью?
26. В каких случаях используют режим с разделением нагрузки?
27. В каких случаях используют режим с разделением функций?
28.
29. Для чего служат процедура отображения данных, и какие операции ее реализуют?
30. Что является теоретической базой для создания моделей компьютерной графики?
31. Какие Вы знаете преобразования на плоскости?
32. Что такое однородные координаты точки и при решении каких задач они применяются?
33. Определите понятие геометрического сплайна и приведите формальное описание сплайн-функций.
34. Опишите два основных метода получения графического изображения на экране монитора.
35. На каких аппаратно-программных средствах реализуется информационный процесс обработки данных?
