книги из ГПНТБ / Оперативные графические системы в автоматизации проектирования

служив амия графических команд, обладающих миниму­ мом отношения времени вычерчивания элемента к объ­ ему памяти, занимаемому командой.

На значение величины т большее влияние оказывают команды вычерчивания векторов и точек, чем символов. Это можно объяснить двумя причинами. Во-первых, величина R при начертании символов оказывается наи­ большей; во-вторых, последовательность векторов, описывающих контур символа, выдается генератором символов, который работает независимо от памяти и может обслуживать одновременно несколько ИН.

Рассмотренная организация ОГС с использованием памяти подсистемы ПГИ для регенерации изображения наряду с отмеченными преимуществами обладает недо­ статками:

1) такое построение системы является недостаточно гибким; введение в графический процессор новых функ­ ций требует увеличения оборудования, а следовательно, возрастает стоимость и увеличиваются размеры системы; 2) выход из строя памяти приводит к отказу одного УО, а в случае многопультовой системы — всех УО, что

уменьшает надежность системы; 3) наблюдается значительное увеличение времени

реакции системы при организации дистанционной связи. Так, использование телефонного канала (1200 бит/сек) между центральным и графическим процессорами вызы­ вает при передаче графической программы объемом в 1000 команд задержку в отображении новой информации около 15 сек.

Эти недостатки могут быть устранены при использо­ вании для регенерации памяти ЭВМ. В этом случае па­ мять поочередно обслуживает два независимо работа­ ющих процессора: центральный и графический. На время передачи данных в графический процессор центральный процессор простаивает, что ведет к снижению его произ­ водительности.

Так, если номинальная производительность ЭВМ, характеризующая быстродействие процессора, определя­ ется соотношением

100

емых машиной в секунду; — время выполнения ЭВМ усредненной операции (мксек), то в результате простоев процессора ЭВМ при обслуживании ее памятью графиче­ ского процессора производительность машины станет

где е — коэффициент, учитывающий снижение номиналь­ ной производительности процессора из-за потерь времени при работе с графическим процессором (выполнение сервисных программ, вывод информации и др.).

Потерю производительности центрального процессора можно уменьшить при использовании памяти, состоящей из нескольких независимых модулей. В этом случае про­ граммное обеспечение ОГС и программа графического процессора могут быть размещены в разных модулях памяти, снижая тем самым вероятность одновременного обращения двух процессоров к одному блоку памяти. Модульная организация памяти позволяет при выходе из строя модуля, в котором хранится графическая про­ грамма, передать эту программу в другой модуль памя­ ти, не вызывая при этом отказа УО.

Несмотря на то что при такой организации ОГС устраняется необходимость в использовании двух отдель­ ных блоков памяти, что снижает стоимость системы, здесь есть и ряд недостатков.

Использование памяти ЭВМ вынуждает для отобра­ жения большого объема информации за время регенера­ ции применять для связи двух комплексов каналы пере­ дачи данных с высокой пропускной способностью. В случае увеличения расстояния это является сущест­ венной проблемой, так как возрастает стоимость системы связи, уменьшается ее надежность. Следовательно, со­ здание дистанционного УО при такой организации ОГС затруднительно.

Такой способ построения системы предполагает вести всю обработку запросов пользователя центральным про­ цессором. Достаточно высокая активность пульта и тре­ бование большого объема вычислений при его обслужи­ вании могут привести к почти полной загрузке централь­ ного процессора, а при подключении нескольких УО наблюдается влияние работы одного устройства на время ответа иа других. Такой режим работу централь-

101

кого процессора вызывает значительное удлинение вре­ мени выполнения его программ, снижая оперативность системы.

Более эффективным является введение в систему до­ полнительно сателлитной универсальной мини-ЭВМ и использование ее памяти в качестве общей памяти для графического процессора. В этом случае конфигурация всей ОГС несколько изменится (рис. 4.6). На сателлитпую ЭВМ возлагается вся первичная обработка вводимой информации, управление графическим процессором при отображении информации, и только для обработки боль­ ших массивов, связанной с выполнением расчетных про­ грамм, существует необходимость обращения к централь­ ной ЭВМ. При этом оказывается возможным создание многопультовой системы с дистанционными индикатор­ ными устройствами. Каждая сателлитная ЭВМ со своим периферийным оборудованием (УО, УВГИ, УВСИ) может быть расположена достаточно далеко от централь­ ной ЭВМ и соединяться с ней посредством телефонных каналов связи. Если используется мощная центральная ЭВМ, работающая в режиме разделения времени, то она способна обслужить несколько таких сателлитиых ком­ плексов без заметной потери своей производительности

[9-11].

Тесная связь двух процессоров: вычислительного и графического, работающих от одной памяти, придает системе большую гибкость, позволяет организовать более совершенное программное обеспечение такого комплекса. При этом отпадает необходимость в предварительной подготовке массива графических команд, управляющих УО. Оказывается возможным хранить в памяти структу­ ру более высокого уровня организации—древовидную, в которой графические команды расположены вперемежку с другими данными (адреса связи, признаковая инфор­ мация). Эта структура используется не только для под­ держания изображения на экране, но также и в качестве упрощенной модели объекта, подвергаясь различным модификациям.

Использование общих полей памяти двумя процессо­ рами позволяет эффективно вести обработку графиче­ ской информации, реализовать большое число функций, выполняемых в других системах аппаратурно, про­ граммным образом (генерирование символов, редактиро-

102

ваиие текста, выполнение операций типа: стирание эле­

устройств, выполняя соответствующие программы, нахо­ дящиеся в общей памяти. При выполнении этих про­ грамм из памяти читаются слова, интерпретируются код операции и операнды, производятся обычные для универ­ сальной машины операции типа сложить, сдвинуть, пере­ дать управление и т. д. В свою очередь графический про­ цессор, подключенный через канал прямого доступа к памяти ЭВМ, также обращается к ней за данными. При этом он обладает более высоким приоритетом по сравнению с вычислительным процессором. Графический процессор читает слова из памяти, расшифровывает код операции графических команд и выполняет соответству­ ющие действия по отображению точек, векторов, сим­ волов.

Обработка данных ведется обоими процессорами не­ зависимо, хотя управление началом работы и остановом графического процессора осуществляется процессором ЭВМ.

Подобная организация системы была осуществлена на базе ЭВМ «Минск-32». Графический процессор под­ ключался через устройство сопряжения непосредственно к мультиплексному каналу машины, так же как и ввод­ ные устройства комплекса. Дополнительно в структуру ППГИ был введен таймер, который управляется от ЭВМ и в определенные моменты времени выдает запрос в машину (рис. 4.7).

Обслуживание ППГИ центральным процессором ведется следующим образом. Первоначально в ЭВМ формируется выводной массив, представляющий собой последовательность графических команд, который в режиме приостановок передается из памяти в графиче­ ский процессор. После окончания вывода массива в устройстве сопряжения формируется сигнал включения таймера, который через определенный промежуток вре­ мени посылает запрос в ЭВМ. По этому запросу преры­ вается выполнение основной программы и передается управление сервисной программе. В функции этой про­ граммы входит выполнение при необходимости ввода

104

информации с одного кз вводных устройств подсистемы, возобновление вывода массива графических команд и обращение к соответствующим программам, интерпрети­ рующим вводимую информацию.

При организации ОГС с использованием общей памя­ ти ЭВМ среднее время выполнения графической про­ граммы в первом приближении можно определить следу­ ющим выражением:

где tnp — время такта приостановки; N — средний объем выводимого массива в символах; <п.„ — среднее время построения изображения; tT — время работы таймера; tc — среднее системное время по удовлетворе­ нию запроса пульта. Для отображения немелькающего изображения необходимо, чтобы

фициент, учитывающий удельный вес /-го типа в общем

где п — среднее число графических элементов в изобра­ жении.

106

Обозначим через а коэффициент, определяющий от­ ношение среднего объема выводного массива в символах к среднему числу графических элементов в этом массиве,

П

Подставляя (4.15), (4.17), (4.18) в (4.13), получим выра­ жение для определения среднего числа графических элементов п, которое характеризует объем отображаемой информации:

is “Ь ^пра

Принятый порядок обслуживания ППГИ ведет к сни­ жению номинального быстродействия ЭВМ на величину

С целью анализа соотношения объема отображаемой информации и производительности универсальной ЭВМ, обслуживающей графический процессор, были выполне­ ны необходимые расчеты для ЭВМ «Мин.ск-32» с различ­ ным типом каналов связи между центральным и графи­ ческим процессорами. На основании этих данных, а так­ же с учетом характеристик отображаемой информации на рис. 4.8, а, б показаны зависимость объема отобража­ емой информации n(tT) и относительное изменение номи­ нальной производительности машины р(^т) при исполь­ зовании мультиплексного или селекторного каналов.

Полученные данные показывают, что при организа­ ции ПГ1ГИ с общей памятью на ЭВМ «Минск-32» более эффективным является применение селекторного канала, который обеспечивает при незначительном изменении производительности ЭВМ отображение достаточно боль­ шого объема информации. На основании построенных зависимостей может быть выбрана величина защитного промежутка времени tT, в течение которого центральный процессор ведет выполнение основной программы, не переключаясь на обработку прерывания пульта, таким образом, что удовлетворяются как объем отображаемой информации, так и производительность ЭВМ.

Следует отметить, что на эффективность организации системы с использованием общей памяти существенное

107

Рис. 4.8. Влияние длительности защитного промежутка времени на характеристики системы: а — зависимость среднего числа графиче­

ских элементов, отображаемых па экране, от длительности защитного промежутка времени; б — зависимость относительного изменения но­

минальной производительности ЭВМ «Мииск-32» от длительности за­ щитного промежутка времени

влияние оказывает система программного обеспечения ЭВМ. Так, уменьшение величины tc, определяющей среднее время, затрачиваемое супервизором на обработ­ ку запросов пульта и ввод информации, может позволить улучшить характеристики системы.

4.2. СИСТЕМЫ С РАСТРОВЫМ СПОСОБОМ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭЛТ

Рассмотренная в предыдущем параграфе организация отображающей части с применением координатного спо­ соба развертки, наилучшим образом отвечающая требо-

108

ванням, предъявляемым к ОГС, обладает, однако, рядом

недостатков.

1. Прямая зависимость объема отображаемой инфор­ мации от быстродействия отдельных блоков ППГИ тре­ бует применения логических элементов, отличающихся большим быстродействием, вынуждает разрабатывать генераторы графических элементов с большим быстро­ действием и высокой точностью, создавать ИН с широко­ полосными усилителями отклонения, что является техни­ чески затруднительным.

2.Наличие большого числа оборудования, использу­ ющегося только для регенерации изображения, а также схемная сложность ряда блоков значительно удорожают отображающую часть комплекса.

3.Стремление снизить затраты на одно индикаторное устройство за счет создания миогопультовой системы трудно реализуемо, так как принцип координатной раз­

вертки, требующий значительного времени построения изображения, а также ограничения по частоте регенера­ ции не позволяют обслуживать одним графическим про­ цессором большое число УО.

4. Создание дистанционных УО требует использова­ ния каналов связи с высокой пропускной способностью или введения сателлитиой ЭВМ, что увеличивает затра­ ты на оборудование УО.

Отдельные недостатки могут быть устранены при организации отображающей части ППГИ с применением растрового способа развертки изображения, который предполагает использование принципов телевидения.

Применение бытовых ТВ приемников в качестве ИН, а также телевизионных методов передачи информации позволяет построить систему с большим числом дешевых, удобных, простых в эксплуатации индикаторных устройств с возможностью их удаления от обслужива­ ющего устройства на несколько километров.

Использование ТВ приемника, серийно выпускаемого промышленностью, обладающего хорошим качеством изображения (без мелькания, с возможностью регулиро­ вания яркости и контрастности по желанию оператора, изменением полярности модуляции), имеющего большой экран, позволяющий получать полутоновые изображе­ ния, широкое внедрение в дальнейшем цветного телеви­ дения, делают такую систему весьма перспективной.

109