Контрольная работа по "Программированию"

Принципиальное устройство планшетного сканера (Рис. 4)

Рис. 4. Устройство и механизм работы планшетного сканера

Основными компонентами планшетного сканера являются трехстрочный светочувствительный элемент (CCD или CIS), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), механизм перемещения сканирующей каретки, линзовая система, система подсветки, контроллер сканера, контроллер интерфейса и собственно корпус, в котором размещено все это хозяйство. В принципе, качество сканирования зависит от качества исполнения всех перечисленных компонентов, однако в решающей степени всего от трех - светочувствительного элемента, АЦП и линзовой системы.

Элементы на приборах с зарядовой связью обладают более высокой чувствительностью, чем матрицы CIS, однако требуют установки сложной системы линз и зеркал для проецирования изображения сканируемой строки на миниатюрный CCD-элемент. Матрица фотодиодов располагается по всей ширине сканируемой области сразу под защитным стеклом и непосредственно воспринимает свет, отраженный от оригинала. В силу технологических особенностей элементы CIS не столь чувствительны, как CCD, Кроме того, оптическая система CCD-сканера позволяет (в определенных пределах) регулировать глубину резкости, то есть сканировать оригиналы, имеющие разную высоту участков относительно защитного стекла.

Некоторые модели планшетных сканеров оснащают модулями для сканирования прозрачных оригиналов. Их принципиальное отличие заключается в размещении лампы подсветки над оригиналом, то есть сканирование происходит «на просвет». В сканерах офисного класса слайд-модуль съемный, в планшетных сканерах профессионального класса применяется сложная встроенная система сканирования прозрачных оригиналов.

Для качественного сканирования слайдов и негативов используют отдельные слайд-сканеры, отличающиеся повышенным разрешением и широким динамическим диапазоном. Снижение цен на модели начального уровня до 150-200$ переводит слайд-сканеры в категорию офисно-домашней техники.

Плоттеры, графопостроители

По принципу действия электромеханические векторные графопостроители делятся на устройства с неподвижным носителем информации и устройства с перемещаемым носителем информации.

Для устройств с неподвижным носителем, носитель информации укрепляется на плоской рабочей поверхности планшета. Перемещение пишущего элемента осуществляется электромеханической координатной системой по двум осям. Этот тип графопостроителей принято именовать планшетами.

Для устройств с перемещаемым носителем информации характерно наличие механизма перемещения пишущего элемента только по одной координате, запись информации по другой оси осуществляется путем перемещения самого носителя.

В зависимости от способа перемещения носителя такие устройства делятся на устройства с перфорированным носителем, в которых носитель перемещается транспортным валом за краевую перфорацию, и устройства с фрикционным перемещением неперфорированного носителя, в которых перемещение носителя осуществляется за счет частичного или полного микрозахвата носителя транспортным валом с фрикционным покрытием.

По производительности устройства делятся на графопостроители с высокой, средней малой производительностью. Производительность электромеханических графопостроителей определяется динамическими параметрами устройства: максимальной скоростью и ускорением пишущего элемента.

По точности устройства делятся на : прецизионные – предназначенные для изготовления подлинников КД, шаблонов, карт и т.д., средней точности – для контрольных прорисовок чертежей и схем и малой точности - для эскизной прорисовки в основном с экранов графических дисплеев.

По области применения : автономные; работающие в составе больших ЭВМ и систем; работающие в составе рабочих станций и ПЭВМ,

Электромеханические графопостроители предназначены для вывода на носители ( обычно на бумажные) графической и текстовой информации.

Создание и развитие ЭВМ вызвало появление регистрирующих устройств, работающих на основе цифровых данных, подготавливаемых в ЭВМ. Независимо от структуры эти устройства преобразовывают информацию из цифровой формы в графическую в виде различных документов и чертежей.

Основное преимущество графопостроителей состоит в обеспечение высокой точности черчения. Графопостроители могут работать автономно, воспринимая исходные данные с промежуточного носителя – диска, непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов.

Графопостроители состоят из трех основных частей: блока механизма, блока управления исполнительными каналами устройства и системы управления.

Блок механизма представляет собой планшетный или барабанный механизм, предназначенный для организации перемещения в плоскости чертежа пишущих элементов, а также их подъема и опускания.

Блок управления исполнительными каналами по координатам x и y строится как по замкнутому принципу с использованием обратной связи, так и по разомкнутому принципу. В первом случае для привода применяются малоинерционные двигатели постоянного тока с датчиком обратной связи по положению и скорости, во втором случае шаговые двигатели.

В последние годы широкое распространение получили графопостроители с перемещением вдоль одной оси носителя с помощью абразивного вала. Это позволило значительно снизить энерго- и материалоемкость. По сравнению с планшетными построителями масса снижается в 3-5 раз, однако точность у таких построителей, как правило, ниже, чем у планшетных.

Системы управлениями графопостроителями можно разделить на три группы: инкрементальные, с фиксированным алгоритмом работы и программируемые.

Система управления предназначена для :

• организации логической связи с источником информации;
• организация контроля состояния и диагностики устройства;
• подготовки исходных данных и выполнения интерполяционных процессов:
• обеспечения вычерчивания символов и различных типов линий:
• учета конструктивных особенностей устройств и динамических характеристик исполнительных каналов.

Процесс формирования данных для вычерчивания выполняется цифровыми интерполяторами, предназначенные для определения координат промежуточных точек, лежащих между заданными узловыми точками. Принципы построения интерполяторов во многом определяют эффективность работы графопостроителей, надежность и качество вычерчивания различных изображений. Цифровые интерполяторы разделяются на следующие типы : линейный, линейно-круговые и параболические.

В процессе вычерчивания различных чертежей для задания символов ( букв, цифр и различных знаков) необходим значительный объем исходной информации по отдельным отрезкам. Вычерчивание символов по кодам существенно уменьшает объем исходной информации (практически на порядок) и упрощает процесс составления программы для графического устройства.

Во многих случаях конфигурация символов заранее не может быть задана и определятся пользователем в процессе решения конкретной задачи. При этом должна обеспечиваться возможность программной замены конфигурации символов, а также поворота символов в плоскости чертежа.

Для обеспечения возможности вычерчивания символов системы управления снабжаются блоком фиксированной или переменной конфигурации символов и их поворота.

Системы управления также имеют возможность генерации различных типов линий.

 

Организация интерфейса ПУ с ядром ЭВМ

При наращивании числа подключаемых к процессору и основной памяти компьютера внешних устройств в современных ЭВМ применяют канальную и шинную системотехнику (или технологию), с помощью которой организуется сопряжение (интерфейс) между устройствами ввода-вывода (УВВ) и ядром компьютера.

Под интерфейсом понимается совокупность аппаратных (линии и шины для передачи сигналов и специальные интерфейсные схемы) и программных (протоколы, программы – драйверы ввода-вывода) средств, с помощью которых производится обмен данными.

Шина – это физический канал передачи электрических сигналов, с помощью которых осуществляется связь между устройствами. При обмене данными по шине также передаются сигналы (слова) о состоянии УВВ, а также сигналы (слова) для их управления.

 При этом понятие физического  канала определяется для ЭВМ  общего назначения как процессор  ввода-вывода, а для класса микроЭВМ  и персональных компьютеров –  как контроллер (адаптер) ввода-вывода (в/в), управляющий взаимодействием  ЭВМ с внешним устройством (ВУ). Комплекс «ВУ–адаптер» образует  подсистему ввода-вывода, предназначенную  для «общения» ПК с внешней  средой.

Впервые канальная технология интерфейса была применена в ЭВМ общего назначения (семейство ЕС ЭВМ и IBM-360), взаимодействующих с удаленными УВВ через отдельные физические каналы, работающие при обмене данными в режиме разделения времени. Шинная организация интерфейса ввода-вывода реализована в мини-, а затем в микро ЭВМ (рис. 5), типичная структура которых содержала единую системную шину (СШ).

Рис. 5. Структура мини и микро ЭВМ с единой системной шиной

Каждое УВВ подключается к этой шине через специальные адаптеры в/в. К СШ также подключена память, состоящая из двух частей:

ПЗУ (постоянного запоминающего устройства ЗУ) для хранения программ и ОЗУ (оперативного ЗУ) для хранения данных.

В системной шине выделяют три группы линий, которые называют шинами адреса (ША), данных (ШД) и управления (ШУ). Важной характеристикой системной шины является ее разрядность, определяемая как число линий, содержащихся в ШД. В соответствии с этой характеристикой примерами 8-, 16- и 32-разрядных шин в ПК являются стандартные параллельные шины расширения ХТ (или АТ-8), АТ (или ISA) и PCI соответственно. Для них характерна передача данных в параллельном формате (за 1 такт передается, например, 8, 16, 32 бит). В последовательных шинах, например, стандартных интерфейсов USB, PCI Express и SATA, данные передаются в последовательном формате (за 1 такт один бит). При этом для передачи данных используется минимальное количество электрических линий, в частности в USB –четыре, по которым также передается адресная и управляющая информация. Уменьшение числа линий в шине позволяет повысить надежность и скорость передачи информации, в том числе и за счет специальных сигнальных технологий и помехоустойчивого кодирования.

Адаптеры (контроллеры) в/в строятся на основе шинных формирователей, регистров, интерфейсных БИС. С точки зрения программиста, каждый адаптер представляет собой набор программно-доступных (физически адресуемых) регистров – портов ввода-вывода, при обращении к которым с помощью специальных программ – драйверов осуществляется обмен информацией между ВУ и ядром компьютера. Основу этих программ составляют команды ввода (IN) и вывода (OUT), с помощью которых можно передать содержимое порта в регистр ЦП или сделать обратную передачу: из процессора – в порт. Разработка программ, связанных с вводом-выводом, осуществляется, в основном на основе языка ассемблера или с использованием средств встроенного ассемблера, если программирование ведется на языке высокого уровня, например, Си, Паскаль.

Существенной особенностью современных персональных компьютеров является многообразие различных вариантов (стандартов) интерфейса ввода-вывода, в том числе РСI, USB, PCI Express, SATA, обеспечивающих взаимодействие процессора как с внутренними, так и с внешними устройствами ПК. Поэтому не случайно важной составляющей эволюции структур компьютера, особенно в направлении повышения его производительности, являются технологии интерфейса ввода-вывода.

.