Процесс вывода изображения на монитор

1. Описание процесса

В качестве процесса выбран процесс вывод изображения на монитор с электронно-лучевой трубкой. Далее даны краткие сведения о принципе действия данного устройства.

Монитор — это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят в состав любой компьютерной системы. Они являются визуальным каналом связи со всеми прикладными программами и стали жизненно важным компонентом при определении общего качества и удобства эксплуатации всей компьютерной системы. В настоящее время развитие компьютерных технологий требует разработки новых мониторов, большего размера и новых возможностей. Создаваемые новые программы по работе с трехмерной графикой уже не могут нормально воспроизводиться на старых мониторах. Все это привело компаний-разработчиков к усовершенствованию тех технологий в области воспроизведения информации, которые имеют место быть. Поэтому эта проблема и стала одной из важных в компьютерной техники.

В данной работе предлагается рассмотреть процесс вывода изображения на монитор с электронно-лучевой трубкой. На рисунке 1 показана схемы действия монитора.

Рис. 1. Схема действия монитора

Сегодня самый распространенный тип мониторов это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа.

Рассмотрим принципы работы CRT мониторов. CRT или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т. е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для создания изображения в CRT мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам красный, зеленый и синий. Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора.

2. Построение метамодели «асинхронного процесса»

Поставим нашему асинхронному процессу в соответствие четвёрку

в которой:

— не пустое множество ситуаций;

— отношение непосредственного следования ситуаций, определённое на множестве ;

— множество инициаторов;

— множество результантов;

Выделим компоненты рассматриваемого процесса:

· Mk — микроконтроллер:

+ - осуществляет некоторый контроль над элементами;

— - бездействует.

· Mb — буферная память:

+ — есть информация;

— - информации нет.

· С — цифро-аналоговый преобразователь:

+ — работает;

— - ожидает.

· O — отклоняющая система:

+ - изменяет направление пучка;

— - бездействует.

· Md — модулятор:

+ - регулирует интенсивность пучка электронов;

— - бездействует.

· P — электронно-лучевая пушка:

+ — производит «выстрел» электронов;

— - ожидает.

· Es — флаг конца строки экрана:

+ — обнаружен сигнал конца строки экрана;

— - не обнаружен.

· Ep — флаг конца экрана:

+ - обнаружен сигнал конца экрана;

— - не обнаружен.

Опишем множество ситуации данного процесса:

s1 — на видеокарту поступают данные для вывода на экран, которые загружаются в буферную память:

Mk+, Mb+, C-, O-, Md-, P-, Es-, Ep ;

s2 — происходит проверка сигналов конца строки экрана и конца экрана и преобразование информации в аналоговую форму:

Mk+, Mb+, C+, O-, Md-, P-, Es-, Ep ;

s3 — если не было обнаружено сигналов конца, то отклоняющая система направляет пушку в заданную область экрана:

Mk+, Mb+, C-, O+, Md-, P-, Es-, Ep ;

s4 — если был обнаружен сигнал конца строки экрана, то устанавливается флаг конца строки и отклоняющая система направляет пушку в начало следующей строки:

Mk+, Mb+, C-, O+, Md-, P-, Es+, Ep;

s5 — если был обнаружен сигнал конца экрана, то устанавливается флаг конца страницы:

Mk+, Mb+, C-, O+, Md-, P-, Es-, Ep+

s6 — модулятор изменяет интенсивность выводимой точки:

Mk+, Mb+, C-, O-, Md+, P-, Es-, Ep ;

s7 — ЭЛ пушка производит «выстрел»:

Mk+, Mb+, C-, O-, Md-, P+, Es-, Ep ;

s8 — буферная память освобождается и сбрасываются все флаги:

Mk+, Mb-, C-, O-, Md-, P-, Es-, Ep;

Опишем векторы ситуаций:

s₁ = {1,1,0,0,0,0,0,0}

s₂ = {1,1,1,0,0,0,0,0}

s₃ = {1,1,0,1,0,0,0,0}

s₄ = {1,1,0,1,0,0,1,0}

s₅ = {1,1,0,1,0,0,0,1}

s₆ = {1,1,0,0,1,0,0,0}

s₇ = {1,1,0,0,0,1,0,0}

s₈ = {1,0,0,0,0,0,0,0}

Выделим из множества ситуаций множество инициаторов и множество результантов и сформируем отношение непосредственного следования.

Ситуация описывает начальный этап данного процесса — поступление данных, наличие которых инициирует ход всего процесса.

Ситуация описывает результат освобождения буферной памяти, который является следствием выполнения процесса.

Изобразим граф процесса:

Опишем все допустимые траектории процесса и определим классы эквивалентности ситуаций.

Первая траектория описывает процесс вывода на экран одной порции информации.

Вторая траектория — перевод прицела электронно-лучевой пушки на новую строку.

Третья траектория — перевод прицела электронно-лучевой пушки в начало экрана.

Сделаем вывод о свойствах рассматриваемого процесса:

Данный пример асинхронного процесса является эффективным процессом, так как удовлетворяет следующим условиям:

1) Для любой ситуации найдется ситуация такая, что s предшествует r.

2) Для любой ситуации найдется ситуация такая, что предшествует s.

3) Не найдется ситуаций и таких, что одновременно

Другими словами, все траектории из множества ситуаций-инициаторов процесса ведут в какой-нибудь результант из множества ситуаций-результантов, и каждая из траекторий, приводящая к результанту, начинается в каком либо инициаторе.

Определим классы эквивалентности. Для множества можно определить отношение такое, что:

1), если ;

2) .

Отношение позволяет разбить множество на классы эквивалентности:

Так как мой АП — эффективный, то:

где — множество начальных классов, — множество конечных классов.

Так как в моём эффективном АП каждый класс идёт от начального в один и тот же конечный класс эквивалентности, то он управляемый.

Процесс является простым, так как все возможные траектории содержат по одному инициатору и результанту.

Вывод: таким образом, АП P является эффективным, управляемым и простым.

3. Операции над процессами

Репозиция С помощью репозиции задаётся механизм возобновления асинхронного процесса. В нашем случае репозицией процесса можно считать вывод следующего символа на экран. Поставим четвёрку

где;; ;

Так как в нашем случае выполняются равенства,, то репозиция процесса полная. Кроме того, из исходного процесса и его репозиции можно построить автономный процесс. Наш исходный процесс является полностью приведённым. Автономный процесс представим в виде следующего графа:

Репозиция позволяет повторно инициировать процесс после его выполнения. Для данной модели это означает, что вывод может быть вызван не один раз. Фактически это означает, что процесс выполняется столько раз, сколько нужно в конкретном случае.

Редукция Редукцией процесса состоит в сведении данного асинхронного процесса к более простому, в выделении части процесса.

Каждая ситуация имеет упорядоченную тройку, где — компонента из множества входных компонент , — компонента из множества выходных компонент , — компонента из множества, состоящего из невходных и невыгодных компонент .

В качестве входных компонент назначим Es, Ep. И выделим подпроцесс вывода изображения без появления флагов конца. Множества значений входной компоненты. Построим редукцию по множеству:. Составим множество, ситуаций, входящих в блок разбиения, которые соответствуют выбранным значениям входной компоненты.

:

;

;

;

;

;

.

;

;

.

Построим граф процесса редукции:

Таким образом, в результате редукции был выделен подпроцесс вывода на экран порции информации. Данный процесс предполагает лишь линейный вывод информации.

Композиция Составим АП «Ввод символа с клавиатуры» и поставим ему в соответствие четвёрку .

Описание процесса:

1) Компоненты:

· К — клавиша:

+ - клавиша нажата;

- — клавиша не нажата;

· I — прерывание:

+ - прерывание возможно;

— - прерывание невозможно;

· P — процессор (обработчик прерывания):

+ — процесс обработал прерывание;

- — процессор ожидает возникновение прерывания;

· S — флаг символа;

+ - появился символ;

— - символ не появился;

· Es — флаг клавиши «Enter» (перевод строки);

+ — нажата;

- — не нажат;

· Ep — флаг клавиши перевода страницы;

+ - нажата;

— - не нажата;

· Mb - буферная память:

+ — информация есть;

- нет информации.

2) Сформируем множество ситуаций:

— клавиша нажата:

K+, I-, P-, S-, Es-, Ep-, Mb-

— возникает прерывание:

K+, I+, P-, S-, Es-, Ep-, Mb-

— процессор определил код символа:

K+, I+, P+, S+, Es-, Ep-, Mb-

— процессор определил код перевода строки:

K+, I+, P+, S-, Es+, Ep-, Mb-

— процессор определил код перевода страницы:

K+, I+, P+, S-, Es-, Ep+, Mb-

— буферная память получает код нажатия и сбрасывает флаги:

K+, I+, P+, S-, Es-, Ep-, Mb+

3) Опишем векторы ситуаций:

= {1,0,0,0,0,0,0}

= {1,1,0,0,0,0,0}

= {1,1,1,1,0,0,0}

= {1,1,1,0,1,0,0}

= {1,1,1,0,0,1,0}

= {1,1,1,0,0,0,1}

Сделаем редукцию процесса по входным компонентам Es, Ep:. Построим редукцию по множеству:. Составим множество, , входящих в блок разбиения :

= {1,0,0,0,0,0, 0}

= {1,1,0,0,0,0, 0}

= {1,1,1,1,0,0, 0}

= {1,1,1,0,0,0, 1}

// инициализация процесса

// результат — код символа в буфере памяти Редукция исходного АП по выходной компоненте :

Построим процесс, являющийся композицией процессов и такой, что:

где

Эти ситуации образованы следующим образом: к набору компонент ситуаций процесса P₁ добавляется справа шесть компонент процесса P₂. Аналогично к набору компонент процесса P₂ приписываются слева пять первых компонент первого процесса.

Отношение следования :

Смысл этого следования заключается в том, что обрабатывается нажатие клавиши, затем в происходит выводится символа на экран в текстовом режиме.

Так как этот процесс начинается прежде всего с нажатия клавиши, то инициатором процесса P₃ можно считать ситуации, т. е. по сути ту же ситуацию, которая являлась инициатором процесса P₁.

Результантом же примем ситуацию, т. к. по её завершению символ выводится на экран, что и является ожидаемым результатом.

Вывод: полная репозиция процесса показала, что процесс может выполнятся много раз, редукция процесса отображает возможность выделения подпроцесса линейного вывода изображения, осуществлена последовательная композиция АП P₁ и АП «Ввод символа с клавиатуры».

5. Предметная интерпретация асинхронного процесса

Построение сети Петри.

Сетью Петри называется пятёрка:, где

— конечное не пустое множество условий;

— конечное не пустое множество событий;

— функция, заданная на множестве ;

— функция, заданная на множестве ;

— функция, заданная на множестве условий — начальная разметка.

 — функции инцидентности (задают дуги).

Построим сеть Петри нашей модели асинхронного процесса:

Здесь местами являются компоненты процесса, а разметками — ситуации. Начальная разметка совпадает с ситуацией .

Для представления множества разметок составим граф разметок, соответствующий данной сети Петри.

метамодель асинхронный репозиция петри Данная сеть ограниченна, т. к. все места является ограниченными. В них не происходит бесконечного накопление фишек.

Данная сеть безопасна, т. к. безопасны все места сети.

Данная сеть является живой, т. к. все её переходы живы.

Три перехода не устойчивы (), т. к. сработать может только один из них, при этом отобрав возможность срабатывания другого перехода из перечисленных; поэтому и эта сеть — неустойчива.

Вывод: используя понятия модели «сеть Петри», мы описали составляющие модели «асинхронный процесс». Анализ построенной сети показал, что сеть является ограниченной, безопасной и живой, но не является устойчивой.

Заключение

Целью этой работы является получение опыта по построению метамодели «асинхронный процесс» и модели «сеть Петри», а также по исследованию их свойств.

На основе реального физического процесса «вывода изображения на монитор с ЭЛТ» была построена метамодель АП P₁, над ней были проведены операции репозиции, редукции и композиции АП P₁ и вспомогательного процесса «ввод символа с клавиатуры». Некоторые действия сопровождены семантическими пояснениями. Проведена аналитическая работа, направленная на анализ свойств данного асинхронного процесса.

Важной частью работы является построение сети Петри по данному АП на основе структуры и логики поведения процесса. С помощью этого инструмента изучены принципы функционирования компонентов сети, а следовательно и компонентов процесса.