книги из ГПНТБ / Комаров А.И. Обработка графиков с помощью ЭЦВМ
.pdf
„ ГОС. ПУБЛИЧНАЯ "*УЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ
Б и б л и о т е к а с о с р
6 П2. 15 Ц75
Ш %
457-1
В брошюре рассматриваются вопросы ввода и вывода графической информации для ЭЦВМ типа М-20 и ЭЦВМ
серии «Урал».
Описанные устройства для обработки графиков с по мощью ЭЦВМ применяются в ряде организаций г. Куй бышева.
Брошюра может быть полезна всем, кто занимается раз работкой и эксплуатацией средств вычислительной тех ники, а также студентам соответствующих специально стей.
3 _ 3 _ 1 4
26—66 М
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Большое число вычислительных работ, производимых на элек тронных цифровых вычислительных машинах (ЭЦВМ)> связано с анализом и построением различного типа графиков.
Выпускаемые в настоящее время универсальные ЭЦВМ, как правило, не комплектуются устройствами, позволяющими вводить информацию в машину с графиков, записанных различными регист рирующими приборами, и выводить информацию непосредственно из машины в виде графиков.
Впоследние годы в некоторых вычислительных центрах и органи зациях страны создаются подобные устройства. Техническая реали зация, а соответственно и технические характеристики этих устройств различны.
Впредлагаемой читателю брошюре помимо общих сведений об зорного характера приведено описание созданной в ряде организации г. Куйбышева аппаратуры в виде приставок к ЭЦВМ для ввода и вывода; графической информации.
Впервом-разделе брошюры (автор — Цлаф В. М.), посвященном
вводу графически заданной .информации в быстродействующую ЭЦВМ, рассматриваются различные электронные устройства, пред
назначенные для этих целей и основанные на принципах следяще-- |
|
го, развертывающего и следятце-развертывающего |
преобразования. |
Во втором разделе (автор — Перевалов Ю. |
Н.) описываются |
устройства ввода и вывода графиков для ЭЦВМ типа М-20. Вводное- |
|
устройство предусматривает активное участие оператора в преобра зовании графически заданной информации в цифровую форму,
3
однако оно имеет весьма важное преимущество — позволяет обраба тывать пересекающиеся графики без их дополнительной подготовки. Устройство вывода графической информации автоматизировано и представляет собой комплекс, состоящий из подготавливающей цифровую информацию ЭЦВМ и двухкоординатного регистратора с ин терполятором.
В третьем разделе (автор — Комаров А. И.) приведено описание электромеханических приставок к ЭЦВМ серии «Урал» для автомати ческого ввода и вывода графической информации. Автоматическое устройство ввода графиков полностью освобождает оператора от участия в процессе преобразования ординат графика в цифровой код, однако требует предварительной проверки и правки графика перед его вводом, а также исключает возможность обработки пересекаю щихся графиков простыми способами. Устройство вывода графиче ской информации отличается простотой конструкции и основано на использовании электроискрового способа фиксации ординат вычер чиваемого графика.
Применение этих устройств может дать весьма существенный экономический эффект, в частности, при исследовании механических систем и систем автоматического регулирования, различных случай ных процессов, т. е. при вычислении функций распределения, кор реляционных функций и спектральных плотностей, при обработке гео физических диаграмм, а также при выполнении некоторых чертежных и проектных работ.
1. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВВОДА ГРАФИЧЕСКИ ЗАДАННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭЦВМ
Одним из основных требований, предъявляемых к уст ройствам ввода графически заданной информации в ЭЦВМ, является требование быстродействия. Высокая скорость ввода особенно важна, если устройство исполь зуется в комплексе с большой вычислительной машиной, например, типа М-20 или БЭСМ, быстродействие которой достигает 20-Э40 тысяч операций в секунд^ Для таких машин даже ввод информации с обычных носителей (пер фокарт, перфолент) экономически невыгоден, так. как скорость его не превышает 40-.-80 чисел в секунду. Из вестные же электромеханические устройства считывания информации с графиков, как правило, обеспечивают ввод не более 20-.-30 чисел в секунду.
В связи с этим в последние годы в СССР и за рубе жом ведется разработка чисто электронных устройств чтения графиков, не содержащих инерционных механи ческих элементов.
Любое считывание информации с графика совершается в три этапа:
просмотр носителя и выделение на нем точек, отличаю щихся интенсивностью окраски (точек графика);
измерение ординат точек графика относительно какойто опорной линии (линии начала отсчета);
2—3782 |
5 |
обработка этих ординат в соответствии с масштабом графика.
Выполнение первого этапа осуществляется фотоэлек трической частью, преобразующей визуальное изображе ние в электрический сигнал. Это преобразование может со вершаться двояко:
1)элемент графика, исследуемый в каждый момент времени, выделяется на самом носителе с помощью свето вого пятна (обычно световое пятно создается электронно лучевой трубкой), а яркость пятна исследуется светочув ствительным элементом (фотоэлектронным умножителем);
2)весь носитель или какая-то его часть проектируется на мишень передающей телевизионной трубки (обычно видикона), при этом распределение потенциала точек ми шени будет соответствовать распределению яркости точек носителя. Затем это своеобразное электрическое изобра жение носителя (потенциальный рельеф) анализируется разверткой электронного луча.
Выполнение второго этапа — измерение ординат—осу ществляется посредством цифрового измерительного бло ка. Фотоэлектрическая часть обычно дает выходной сигнал
ввиде изменяющегося по величине напряжения или в виде последовательности импульсов с применением время-им- пульсной модуляции. Поэтому измерительный блок, как правило, представляет собой цифровой вольтметр, или цифровой хронометр. Если устройство ввода работает не посредственно с ЭЦВМ, то помимо фотоэлектрической и измерительной частей оно должно, содержать блок оопря-. жения с машиной.
Последний этап (масштабирование) выполняется в са
мой ЭЦВМ программным способом.
При считывании графика можно выделять только те элементы носителя, которые непосредственно прилегают к линии графика (следящее преобразование), или исслёдо-
6
вагь весь носитель, развертывая его строка за строкой (развертывающее преобразование). Обычно развертка вдоль строки осуществляется движением электронного луча электронно-лучевой трубки или видикона вдоль оси ординат, а развертка вдоль оси абсцисс — движением но-'
сителя. Применяется и комбинированный метод, |
' соче |
|
тающий в себе элементы следящего |
и развертывающего |
|
преобразований (импульсное слежение). |
" , |
|
Наиболее специфической частью |
устройств |
ввода |
графически заданной информации является фотоэлект рический блок. Поэтому в настоящем разделе основное внимание будет уделено существующим методам фото электрического преобразования.
§ 1. УСТРОЙСТВА СЛЕДЯЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
Устройства этого типа представляют собой электронные' следящие системы. Наиболее простым из устройств следя щего преобразования является фотоформер, схема которо го приведена на рис. 1.
Фотоформер [1,2] предназначен для ввода в ЭВМ не линейных функций. Непрозрачная пластинка (ширма), профиль которой точно соответствует вводимой функции, помещается перед экраном электронно-лучевой трубки. ЭЛТ. Изображение с экрана с помощью оптического эле мента ОЭ проектируется на катод фотоумножителя ФЭУ. Выходное напряжение ФЭУ через усилитель подается на пластины вертикального отклонения луча ЭЛТ. Горизон тальное отклонение осуществляется пилообразным напря жением генератора развертки ГР, запускаемого генера тором синхроимпульсов ГСИ.
Выходное напряжение усилителя UBых подается на пластины вертикального отклонения луча в такой поляр ности, чтобы при увеличении тока ФЭУ луч на
2* 7 * *
экране ЭЛТ перемещался вниз по направлению к ширме. При подходе к границе ширмы площадь светового пятна будет уменьшаться, вызывая уменьшение тока ФЭУ и, следовательно, замедление движения, луча. В результа те луч остановится в точке, соответствующей статиче скому состоянию следящей системы.
Рис. 1. Фотоформер.
Перед началом работы луч отводится по горизонтали в крайнее положение. После запуска генератора разверт ки луч начинает равномерно перемещаться в горизонталь ном направлении. Благодаря действию системы луч все время скользит по границе ширмы, при этом напряжение на пластинах вертикального отклонения воспроизводит во времени заданную нелинейную функцию. В моменты вре мени, задаваемые генератором синхроимпульсов, цифро вой вольтметр ЦВ преобразует выходное напряжение в
8
цифровой код и посылает его в устройства вычислительной машины.
Эта система имеет серьезные недостатки: сложность изготовления точных ширм; трудность замены ширмы; обзор графика вдоль оси абсцисс ограничен размерами
Рис. 2. Следящее устройство с движущейся ширмойграфиком.
трубки, в то время как часто приходится обрабатывать графики длиной до нескольких метров.
Поэтому фотоформеры не применяются для ввода гра фически заданных функций в ЭЦВМ.
Усовершенствованной схемой фотоформера является система с движущейся ширмой-графиком [3], в упрощен: ном виде изображенная на рис. 2.
На экран электронно-лучевой трубки ЭЛТ надета не прозрачная маска с узкой вертикальной щелью. Перед
9
экраном протягивается прозрачная пленка с нанесенным графиком (например, кинопленка). Перед началом работы электронный луч с помощью устройства горизонтального центрирования УГЦ выводится в щель маски и фиксирует ся в центре экрана, затем отводится несколько выше ли нии графика, после чего включается следящая система. Под действием напряжения UBUX луч опустится и оста новится на верхней границе линии графика. Пленка приво дится в равномерное движение с помощью двигателя Д и редуктора Р с ведущим валиком, при этом луч движет ся по верхней границе линии графика, а напряжение Д ,ых повторяет во времени графически заданную функцию.
Для работы такой системы необходимо, чтобы толщина линии графика т была больше диаметра светового пят на й. В результате анализа динамического режима уст ройства [2] получено следующее соотношение между т
иd, обеспечивающее надежную работу:
т> 3d.
Для большей надежности можно зачернить тушью площадь пленки ниже линии графика.
Как и в предыдущей системе, на выходе схемы должен быть поставлен цифровой вольтметр.
Достоинством устройств следящего преобразования является использование в них глубокой отрицательной об ратной связи, стабилизирующей систему при случайных изменениях ее параметров. Однако эти устройства имеют ряд серьезных недостатков, а именно:
• устройства следящего преобразования выдают непос редственно на выходе изменяющееся по величине напря жение, для преобразования которого в цифровой код необходим цифровой вольтметр; последний является относительно сложной электронной системой, требует значительного увеличения аппаратуры и вносит дополни-
Ю