ЛЕКЦИЯ 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СБОРА, ПОДГОТОВКИ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ. КОДИРОВАНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ

1) Источники информации.

2) Носители информации.

3) Кодирование, представление и организация данных.

4) Средства получения (сбора) и регистрации данных

5) Средства подготовки данных

6) Средства отображения и вывода данных

1. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Прежде чем переходить к рассмотрению средств сбора информации, необходимо выяснить источники, ее порождающие. Их можно условно разбить на две группы: собственно источники информации и источники данных либо сами данные, сигналы. Первые из них являются активными, а вторые - пассивными источниками информации.

Активные источники сами порождают информацию. Это биологические существа (например, человек), для которых выработка информации является объективно необходимой. Они обмениваются ею в процессе общения.

Пассивные источники не вырабатывают информацию, а оставляют данные (как зверь - следы, звезда -излучение), которые при осмыслении их (охотником, астрофизиком) дают информацию, позволяют получать ее путем взаимодействия с ними специальных средств выработки (восприятия), обработки и интерпретации данных, сигналов. Это различные объекты, явления и процессы материального мира, а также данные (массивы чисел, физических величин, тексты, картины, рисунки) и физические сигналы, отражающие различные стороны существования материи и передаваемые от объекта к объекту.

В качестве средств получения количественных данных от пассивных источников используются, например, средства измерений - технические средства, имеющие нормированные метрологические характеристики. Датчик - средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию и интерпретации человеком. Датчик сам по себе может рассматриваться как пассивный источник информации для средств, осуществляющих ее обработку.

Получение информации - это физический процесс, всегда развиваемый во времени, а иногда и в пространстве, то есть описываемый математически функцией времени и координат пространства. В непрерывных источниках информация получается постоянно, а в дискретных - в фиксированные моменты времени. В рамках рассматриваемого предмета будем предполагать, что источники информации являются пассивными, то есть фактически относятся к источникам данных.

2 НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Согласно ГОСТ 13699-80 и принятой терминологии, под носителями информации в общем случае понимаются физические (материальные) объекты (среда, тело, вещество, устройства), используемые при записи для сохранения в них или на их поверхности сигналов (информации). По назначению носители информации можно разбить на три группы: мастерские (художественные), документальные и машинные. Мастерские предназначены для записи, накопления и хранения произведений печати и искусства и призваны облегчить передачу информации между людьми во всех сферах их деятельности. К ним относятся бумага, холст, классная доска, фото- и кинопленка, фотобумага, магнитная лента и т.п. Документальные носители информации используются в деловой сфере для записи, хранения и передачи информации в виде документа, в котором информация представлена кратко, но исчерпывающе и не допускает различного толкования. Это, как правило, бумажные носители.

Машинные носители предназначены для записи, хранения, накопления и передачи информации с целью автоматизации ее ввода в средства сбора и обработки, хранения и преобразования в них, а также выдачи пользователю в удобной для него форме. Именно эти носители являются предметом дальнейшего изучения и рассмотрения.

3 КОДИРОВАНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ

Данные в технических средствах информатики представляются и используются в процессах обработки и хранения в закодированном виде. Для этого исходные данные подвергаются операции кодирования, а выходные - обратной операции декодирования.

Кодирование - это представление символов (букв) одного алфавита средствами другого алфавита. В общем виде под алфавитом понимается всякое непустое упорядоченное конечное множество символов, называемых буквами и используемых в письменности какого-либо языка, в логических высказываниях, в представлении чисел и т.д. Совокупность алфавита и правил кодирования называется кодом, количество букв алфавита - мощностью кода. Простейшим алфавитом для кодирования любого другого (и широко используемым в вычислительной технике) является двоичный код (обычно говорят о двоичной системе счисления). Помимо двоичной используются восьмеричная и шестнадцатеричная позиционные системы счисления.

Кодирование буквенно-цифровых данных. Современные технические средства оперируют не только сцифрами и числами, но и с символами другой природы: буквами какого-либо языка, знаками препинания,математическими символами и т.п. Кодирование подобных символов осуществляется спомощью двоичных цифри производится по таблицам кодирования, отражающим соответствие между символами, с которыми работает человек, и двоичными машинными эквивалентами. Наиболее распространенными являются таблицы кодирования ASCII, КОИ-8 и др.

Кодирование и представление данных в ЭВМ. Широкое использование неарифметических операций и увеличение количества машинных единиц (символов, букв) данных привели к тому, что данные в современных ЭВМ могут представляться в форматах фиксированной и переменной длины. В последнем случае в командах обращения к операндам предусматриваются специальные поля для указания длин операндов.

Обычно длина операндов и полей данных кратна байту, который является наименьшей адресуемой единицей оперативной памяти ЭВМ. Обращение к памяти при этом осуществляется заданием адреса крайнего байта с указанием общего их числа (длины поля).

В ЭВМ могут использоваться различные способы представления данных: двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные числа с фиксированной и (или) плавающей запятой (точкой), десятичные числа, логические операнды и символьные данные (поля переменной длины).

Для арифметической обработки положительные числа представляют в прямом, а отрицательные - в прямом, обратном или дополнительном кодах. Такое кодирование позволяет свести все арифметические операции к выполнению операции сложения, наиболее простой с точки зрения схемной реализации.

• Корректирующие коды. Одной из важнейших характеристик информации является ее достоверность. Для обеспечения заданного уровня достоверности данных используются корректирующие (помехоустойчивые)
коды, позволяющие обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие при сбоях или под воздействием помех. Основная идея построения таких кодов сводится к введению дополнительных (избыточных по отношению к
минимально необходимым для кодирования полезной информации) разрядов (символов).

Если все обрабатываемые или передаваемые символы можно закодировать с помощью 2n комбинаций, то есть с помощью k двоичных разрядов. Выберем для кодирования код с n > k двоичными разрядами. Тогда из 2n возможных комбинаций такого кода 2k сделаем правильными, информационными (разрешенными), соответствующими кодируемому алфавиту, а остальные 2n - 2k комбинаций будут запрещенными. Их появление свидетельствует о наличии ошибок при передаче, хранении или обработке данных. Искажение данных сводится к тому, что каждая из 2k разрешенных комбинаций может трансформироваться (при сбоях, помехах) в любую другую. Из этих комбинаций будет 2k безошибочных (отсутствие трансформации), 2k (2k - 1) переходов в другие разрешенные комбинации, и 2k(2n - 2k) случаев перехода в неразрешенные, которые могут быть обнаружены и частично исправлены. Таким образом, доля обнаруживаемых ошибочных комбинаций составляет 2k(2n — 2k)/ 2k+= (1-2k/ 2n) -100%.

Если разбить все множество 2n комбинаций на 2k непересекающихся подмножеств, соответствующих разрешенным и формируемым, например, по минимуму числа разрядов, в которых происходят ошибки, то при

получении запрещенной комбинации, принадлежащей i-му подмножеству (i = 1,2k), принимается решение, что это искаженная i-я разрешенная комбинация. Тем самым возможно не только обнаружение, но и исправление

ошибок. При этом доля исправляемых кодом ошибок будет составлять (2n - 2k) / 2k (2n -2k) = (1/2k) • 100 %. Как правило, корректирующие коды строятся так, чтобы можно было обнаруживать и исправлять взаимно независимые (между разрядами) ошибки определенной кратности, а также пачки (пакеты) ошибок. Кратность ошибки - это количество искаженных символов в каждой комбинации.

Простейшим и широко используемым вариантом корректирующего кода, обнаруживающего наличие единичных ошибок, является использование контрольных чисел. Например, при записи технико-экономической информации применяются поперечные и продольные контрольные суммы, а при кодировании добавляется контрольный (k+ 1)-й разряд. В нем записывается число (или символ) ak+1, значение которого определяется выражением (а1 + а 2 .+ … + ak) + а*ц = 0 (mod q), где q - модуль системы счисления. Подобный прием широко применяется на этапе подготовки и ввода данных в ЭВМ. В самих ЭВМ корректирующие коды используются, например, для контроля в цепях передачи данных. Это поперечный контроль на нечетность и продольный на четность.

Поперечный контроль осуществляется по нечетности суммы всех единиц разрядов строки. Например, если строка - это байт, то добавляется девятый двоичный разряд, в котором записывается 0 или 1 с таким расчетом,

чтобы общее число единиц в байте было нечетным.

Продольный контроль применяется в последовательных устройствах, когда в конце каждой зоны записывается продольная контрольная строка с такими значениями разрядов, чтобы на дорожке общее число единиц, включая контрольную строку, было четным. Используются также более сложные корректирующие коды,

широко описанные в литературе по кодированию.

• Организация данных на внешних носителях. В современных ЭВМ данные, хранимые на внешних носителях, оформляются в виде файлов - совокупностей записей, объединенных по некоторому общему
смысловому признаку или по группе признаков (заработная плата, счета, премии и т.д.) и имеющая уникальное имя.

Файлы могут иметь различную длину и занимать целиком блок информации на носителе. Допускается также сблокированная запись, когда несколько записей объединяются в одном блоке. Различные операционные системы по-разному организуют свою файловую структуру.

ЛЕКЦИЯ 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СБОРА, ПОДГОТОВКИ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ. СРЕДСТВА ПОЛУЧЕНИЯ (СБОРА) И РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ

Функционирование любой ИС начинается с получения данных от источников информации, причем характер этих данных определяется назначением системы. В системах обработки экономической информации требуемая первичная информация должна отражать состояние и параметры технических и технологических процессов, содержать количественные, трудовые и стоимостные показатели производственных процессов. Она и является для таких систем основным предметом сбора, основой для получения на следующих этапах сводной технико-экономической информации, определяющей хозяйственную деятельность предприятия и его подразделений. Производственные, экономические, статистические и другие данные и показатели поступают, как правило, с рабочих мест. Применение средств сбора и регистрации информации позволяет получить в форме, пригодной для обработки на ЭВМ, заполненный первичный документ установленной формы и содержания (наряд, акт, смета, ведомость и др.), отображающий определенный вид деятельности. Под сбором понимается получение данных (измерение, съем, восприятие) какими-либо устройствами от источников информации, а под регистрацией - занесение полученных данных на документ или машинный носитель, их представление в требуемом для человека или машины виде. Для выполнения технологических процессов сбора и регистрации данных используется специальная группа технических средств для оперативного формирования исходных данных, определяющих количественные (количество изготовленной продукции, ее стоимость), временные (время изготовления детали, агрегата, время простоя оборудования) и качественные (состояние контролируемого оборудования, качество изготовленной продукции) характеристики производственных процессов. По выполняемым функциям и назначению устройства этой группы можно разделить на средства съема данных, средства сбора и регистрации для оперативного контроля и управления на производстве и средства сбора, регистрации и предварительной обработки информации.

• Средства съема данных. Эти относительно несложные механизмы и приспособления применяются для организации и выполнения первичного учета, то есть для получения необходимых сведений о ходе производственного процесса. К ним относятся: датчики - вырабатывают сигналы, характеризующие производство продукции (датчики единичных сигналов, например, фиксируют выход детали со станка), время работы и простоев оборудования; мерная тара для единичных изделий, жидких и сыпучих веществ - позволяет не только организовать
подсчет продукции, но и ее хранение и транспортировку; часы - групповые (для установки единого времени на предприятии, в учреждении), табельные (для
регистрации времени прихода и ухода сотрудников), отметочные (для определения времени изготовления детали,выполнения операции и т.п.), сигнальные и другие - позволяют получать и фиксировать различные временные характеристики и показатели; контрольно-измерительные и самопишущие приборы - обеспечивают измерение и регистрации параметров технологических процессов, определение качества продукции; счетчики - работают совместно с другими средствами съема данных, прежде всего с датчиками,
производят счет, накопление и визуальное отображение результатов (количество изготовленной продукции, общее время работы оборудования, его простоев).

В ряде автоматизированных информационных систем (измерительных, автоматизации научных исследований, управления технологическими процессами) используются также средства непосредственного ввода информации от источников, включающие в себя аналого-цифровые и другие преобразователи, блоки сопряжения с ЭВМ.

• Средства организации оперативного контроля. Средства съема данных поставляют исходную информацию для приборов, установок и систем, которые формируют и регистрируют сведения, позволяющие диспетчерским и другим службам предприятий осуществлять оперативный контроль за ходом производства. На
машиностроительных предприятиях приборы и установки используются для учета общего времени работы станков, регистрации количества изготовленной продукции, простоев с указанием причин, для перенесения этих данных на машинный носитель. Они применяются в цеховом контуре управления, обеспечивают передачу информации на диспетчерский пульт и громкоговорящую связь.

Более широкими возможностями обладают системы, которые формируются на основе ЭВМ, связанных с датчиками, приборами и установками, концентраторами информации. Такие комплексы могут использоваться в межцеховом контуре управления и производить подготовку документов - централизованную регистрацию цифровых данных с приборов и установок, выдавать сменные задания по каждой единице оборудования, осуществлять связь и сигнализацию для вызова служб, ответственных за работу оборудования, выполнять другие функции.

Регистраторы информации выполнены на интегральных схемах и строятся на основе функционально законченных модулей (блоков и устройств), обладающих информационной и конструктивной совместимостью, имеющих стандартное сопряжение. К таким модулям относятся блоки ввода различных видов информации, запоминающие устройства и блоки арифметической обработки, узлы управления, блоки вывода (на машинные носители и печать), устройства отображения и узлы индикации, блоки передачи данных и сопряжения с каналами связи. Набор указанных модулей позволяет создавать типовые технические средства (базовые модели) и их модификации, отличающиеся от базовых наличием или отсутствием некоторых модулей в соответствии с требованиями конкретных применений.

Регистраторы информации устанавливаются в точках формирования первичной информации (участок, склад, отдел). Подлежащая сбору и регистрации информация делится на переменную, условно-постоянную (полупостоянную) и постоянную Переменная информация отражает количественную сторону документа (количество изготовленной продукции, установленного оборудования и т.п.), вводится с клавиатур.

Условно-постоянная информация является неизменной для документов в течение определенного промежутка времени (например, дата составления документов) или характерной для группы однородных документов (например, номер участка), вводится с наборных органов (переключателей). Постоянная информация отражает призначную сторону документа (табельный номер работника, шифр детали и операции), вводится с машинных носителей. Регистраторы информации по принципу действия делятся на программные и непрограммные. Применение регистраторов информации и устройств дистанционного сбора позволяет создавать развитые системы, осуществляющие сбор первичной информации с рабочих мест, ее подготовку и предварительную обработку, что существенно разгружает ЭВМ.

2.5 СРЕДСТВА ПОДГОТОВКИ ДАННЫХ

Основными носителями исходной информации в системах обработки являются первичные документы. Они пригодны для использования только человеком и не могут быть непосредственно восприняты ЭВМ. Поэтому подлежащие машинной обработке данные предварительно представляются на промежуточных машинных носителях. Этот этап информационной технологии называют подготовкой данных. Использование данных на магнитных носителях обеспечивает переход к электронной (безбумажной) технологии. Дальнейшее развитие электронная технология находит в организации подготовки и ввода информации в ЭВМ непосредственно с удаленных терминалов, объединенных в какую-либо компьютерную сеть, что позволяет исключить традиционный способ подготовки данных, сократить технологический цикл сбора и обработки, снизить стоимость обработки информации.

Любая технология подготовки данных связана с выполнением двух процедур: набор и регистрация (или ввод) исходных данных, контроль правильности фиксируемой (или вводимой) информации. Особое внимание уделяется процедуре и методам контроля.

При подготовке данных возможно появление ошибок, связанных, во-первых, с неверным набором и переносом данных с первичного документа и, во-вторых, с наличием ошибок в самих первичных документах.

Ошибки первого типа возникают по вине оператора и обычно устраняются верификацией данных, то есть путем повторного набора информации, сравнения с первичным набором, выявления и исправления ошибок. Для обнаружения и устранения ошибок второго типа (семантических) используются программные средства, выполняющие такие функции, как сравнение исходных данных с контрольными значениями, проверка на горизонтальный или вертикальный баланс, моделирование деятельности специалиста в данной предметной области (например, бухгалтера) и др.

В средствах массовой подготовки данных особое внимание должно уделяться надежности хранения и восстановления информации, прежде всего, при возникновении аварийных (для информации) ситуаций вследствие ошибок оператора, сбоев в работе оборудования и других причин. Для решения этой задачи используются средства спасения информации. Наиболее распространенный способ основан на оперативном создании и хранении на магнитном носителе резервных копий информационных массивов. Однако такой способ не всегда эффективен или даже неприемлем, например, в диалоговых системах, отличающихся динамическим характером изменения информации. В этом случае возможно компромиссное решение - создание копий раз в сутки или после каждой смены, а также принятие соответствующих мер при появлении сбоев с целью обнаружения искаженных записей в массиве, их исключения и восстановления путем ввода и верификации данных.

Применявшиеся ранее специально разработанные для сопряжения с большими ЭВМ регистраторы информации в настоящее время успешно вытесняются персональными компьютерами, устанавливаемыми на индивидуальные рабочие места. Соответственно, изменились и используемые технические средства.

Сканер - устройство для считывания графической информации и преобразования ее в какой-либо из используемых форматов. При помощи специального программного обеспечения может производить

распознавание печатного текста.

Эффективным средством диалогового взаимодействия пользователя и ПК является световое перо. На его конце расположен светочувствительный элемент, при совмещении которого с элементом изображения на экране определяются координаты данного элемента изображения (в момент его подсветки электронным лучом трубки). Эти координаты используются для выполнения дисплейной команды. В некоторых дисплеях с помощью светового пера реализуется режим рисования (или стирания линий и других фрагментов изображения), при котором на экране фиксируется след движения пера, а координаты траектории запоминаются в памяти дисплея. Для получения документальной и художественной информации разработаны цифровые фотокамеры. В них изображение проецируется на специальную матрицу и сохраняется обычно в формате JPG с различными коэффициентами сжатия.

ЛЕКЦИЯ 5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СБОРА, ПОДГОТОВКИ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ. СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ И ВЫВОДА ДАННЫХ

Организация технологических процессов сбора, подготовки и обработки информации, процессов функционирования различных информационных систем существенно облегчается и упрощается при наличии средств визуализации - устройств отображения информации. Они обеспечивают наглядность и удобство

представления информации, оперативность ее использования.

Основным звеном устройств отображения информации является индикатор, то есть устройство преобразования информации, поступающей на его вход в виде электрических сигналов, в визуальное изображение, зрительный образ. В качестве индикаторов используются электролюминесцентные, газоразрядные, светодиодные, жидкокристаллические и другие приборы и панели. Наиболее распространены электронно­лучевые трубки, обеспечивающие воспроизведение черно-белых и цветных двумерных и трехмерных изображений. К перспективным устройствам отображения можно отнести жидкокристаллические плоские панели, обладающие высоким качеством изображения, малыми размерами, массой и энергопотреблением. Монитор персонального компьютера является идеальным устройством отображения различной (сложной) информации. Печатающие устройства (принтеры) обеспечивают представление данных в виде готового документа -самой удобной для восприятия и использования человеком форме. По принципу действия принтеры делится на механические (ударные) и немеханические (безударные). Механические осуществляют принцип ударного воздействия печатающего механизма на носитель информации (бумагу), что при многослойном расположении носителей позволяет одновременно получать несколько копий регистрируемых данных. Они являются устройствами электромеханического типа и в

зависимости от способа знаковой регистрации могут быть знакопечатающими и знакосинтезирующими, по способу формирования печатной строки - устройствами последовательной, последовательно-параллельной и параллельной печати. В знакопечатающнх механических устройствах контур изображаемого символа формируется как единое целое путем его перенесения с литероносителя через красящую ленту на бумагу. Литероноситель содержит полный набор рельефных изображений всех регистрируемых знаков. Принятый код символа дешифрируется, из литероносителя выбирается соответствующий ему знак, доставляется в зону печати, где его изображение переносится в виде отпечатка на бумагу. Конструкция печатающего механизма определяется типом используемого литероносителя. В устройствах последовательной печати применяются рычажные, сферические, лепестковые и другие литероносители. Простейшим является рычажно-литерный механизм печати, используемый в электрифицированных пишущих машинках. При нажатии клавиши или при поступлении кода символа дешифратором с помощью электромагнита выбирается и отклоняется литерный рычаг с соответствующим символом. При соприкосновении с обрезиненным или ребристым валом выбранный литерный рычаг приходит в движение, через красящую ленту ударяет по бумаге, печатая на ней знак, после чего пружиной возвращается в исходное положение. Такие устройства обеспечивают последовательную (посимвольную) печать. В устройствах параллельной (построчной) печати используются барабанные и цепные литероносители. Барабанный механизм состоит из набора одинаковых печатающих колес (по числу печатных позиций) с нанесенным на них алфавитом, собранных и вращающихся на одной оси. В момент прохождения требуемого литера печатающий молоточек ударного механизма прижимает бумагу и красящую ленту к колесу, оставляя отпечаток на бумаге. После печати строки бумага под печатающим механизмом перемещается на следующую

строку. В знакосинтезирующих механических устройствах контур символа формируется из отдельных элементов

(точек, отрезков прямых и кривых линий), представленных в виде матрицы, обычно содержащей 5×7 элементов.

Поэтому в соответствии со структурой образования символов знакосинтезирующие принтеры называют также

матричными. Печать знаков производится с помощью набора управляемых электромагнитами печатающих

стержней (тонких игл, пуансонов), причем в разных устройствах печатающие механизмы могут выполнять:

одновременную печать всех элементов символа в пределах матрицы;

фрагментное формирование символа путем одновременной печати одного ряда точек матрицы (обычно столбца), когда для полного изображения знака необходимо перемещение печатающей головки, состоящей из
линейки печатающих элементов. Причем для получения чернового качества обычно используется один проход по
строке, а улучшенного - несколько; поточечную печать, когда печатающая головка имеет один печатающий элемент, перемещаемый в двух
направлениях по всем элементам матрицы для получения полного контура знака. Наибольшее распространение получили устройства второго типа, в которых используется девять или двадцать четыре иглы.

Немеханические принтеры обладают более высоким быстродействием по сравнению с ударными. В них для формирования изображения применяются различные физико-химические способы воздействия на специальные

воспринимающие материалы:

светового потока - в фотографических и электрофотографических;

импульсов электрического тока - в электрохимических, электроискровых и электротермических;

магнитного поля - в феррографических;

тепла - в термографических;

электромагнитного или электростатического поля на струю краски - в струйных. Суть большинства из этих способов и происходящих в них процессов рассматривается далее. К наиболее перспективным из немеханических принтерам относятся электрофотографические и струйные устройства. Отметим кратко их особенности.

Современные электрофотографические принтеры являются лазерными печатающими устройствами. В них с помощью лазера формируется изображение знака и проецируется на поверхность селенового барабана, где образуется электростатическое изображение знака, которое после проявления красящим порошком переносится на бумагу и закрепляется на ней путем оплавления красителя при нагреве поверхности бумаги. Лазерные принтеры

обладают большим быстродействием (десятки страниц в минуту независимо от вида информации на странице),

высокой разрешающей способностью (600 или 1200 точек/дюйм), возможностью печати текстовой и графической информации на различных носителях (обычной бумаге, прозрачной пленке, почтовых конвертах). Первые

лазерные принтеры были изготовлены в 1983 году фирмой "Hewlett-Packard" (США), в настоящее время их изготовлением занимается более двадцати фирм.

В струйных принтерах вытекающая из вибрирующего сопла малого диаметра струя краски в виде последовательности заряженных капель управляется электромагнитным или электростатическим полем, в результате чего на поверхности бумаги образуется изображение знака от оседающей струи. В этих устройствах используется матричное представление символов (5×7 или с большим числом элементов), изображение которых

формируется поэлементно методом последовательной печати. Струйный способ позволяет создавать устройства многоцветной печати.

Графопостроители обеспечивают представление информации в графической форме (в виде чертежей, графиков, схем). Они используются для вывода данных из ЭВМ, отображения различных процессов, оформления и выпуска документации. Графопостроители являются неотъемлемой частью и одним из основных элементов таких систем, как САПР, АСНИ и АРМ, выполняя функцию оперативной регистрации различных видов

графической информации, полученной в результате машинной обработки. Графопостроители могут

непосредственно подключаться к ЭВМ, работать автономно или иметь универсальное управление. В автономном

режиме графопостроители работают совместно с внешними носителями данных, что позволяет готовить и тиражировать документацию без затрат машинного времени. По конструктивному исполнению графопостроители делятся на планшетные и рулонные. В планшетных графопостроителях формирование изображения производится путем перемещения каретки с регистрирующим органом (пишущим узлом) по координате у вдоль подвижной траверсы, перемещающейся по координате х при неподвижной бумаге. В рулонных графопостроителях каретка перемещается по оси у, траверса неподвижна, а изменение координаты х обеспечивается перемещением бумажного носителя. Для регистрации информации в пишущем узле графопостроителя применяются перья с чернилами, шариковые стержни, резцы, хотя регистрировать информацию можно и немеханическими способами

(электроискровой, электротермический и др.). Пишущий узел может иметь одно или несколько разноцветных перьев (обычно три), которые при работе специальным механизмом вводятся в соприкосновение с бумагой. Управление процессом регистрации и работой исполнительных механизмов в графопостроителях может осуществляться аналоговыми (чаще аналого-цифровыми) и цифровыми методами. Аналоговые системы

управления (исполнительные механизмы - реверсивные двигатели постоянного тока) обладают высокой точностью, однако им присущи такие недостатки, как сложность, динамическая неустойчивость и др.

К более простым и распространенным относятся цифровые системы управления, исполнительными механизмами в которых являются шаговые двигатели, а также все шире применяющиеся линейные двигатели.

Особенность работы шаговых двигателей проявляется в том, что угол поворота их ротора пропорционален числу импульсов, поданных на обмотки. Поэтому для управления ими исходные данные (координаты точек изображения

или разности координат - приращения) преобразуются в унитарный (число-импульсный) код. Это преобразование выполняется на ЭВМ (программно) или специальным блоком графопостроителя - интерполятором (аппаратно).

Для вывода графических документов требуется вычерчивание прямых линий (сплошных, пунктирных,

штрихпунктирных) разной толщины, цвета, под разными углами; дуг и окружностей разного радиуса; других

кривых; стандартных и ряда нестандартных символов, а также масштабирование и поворот изображении, выбор,

подъем и опускание перьев, выполнение других функций.

Команды управления (приказы) определяют режим перемещения пишущего элемента и координаты перемещения в абсолютных величинах или приращениях. В режиме линейной интерполяции перо движется вдоль отрезков прямых с указанными координатами их концов. В режиме круговой интерполяции движение пера

происходит по дуге окружности с указанием направления движения и координат конечных точек. Для

регистрации кривых сложной формы используется инкрементальный режим, основанный на элементарных (пошаговых) перемещениях пера по одному из направлений. Наиболее сложными в изображении являются

алфавитно-цифровые и специальные символы. Для регистрации применяются генераторы символов или программы, расположенные в памяти графопостроителя и описывающие графические образы символов.

Графопостроители характеризуются размерами рабочего поля, точностью (минимальным шагом перемещения пера) и скоростью вычерчивания, количеством цветов и линий изображения, набором символов.

ЛЕКЦИЯ 6. СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.

1) Методы и принципы передачи данных.

2) Аппаратура передачи данных.

1 МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Средства передачи данных обеспечивают связь и дистанционный обмен информацией между территориально удаленными объектами в распределенных системах сбора и обработки информации, системах телеобработки данных, вычислительных сетях, системах связи и других информационных системах. Такими объектами могут быть регистраторы информации, абонентские пункты, ЭВМ, объекты управления, выступающие в зависимости от направления передачи информации в качестве отправителя (источника) или получателя (приемника) сообщений. Средства передачи данных производят доставку сообщений от отправителя к получателю по линиям связи.

Линия связипредставляет собой физическую среду и технические средства в ней, с помощью которых передаются сигналы. Ею могут быть проводные линии или области пространства, используемые для распространения электромагнитных волн, содержащие различные ретрансляционные средства. Если поступающее от отправителя сообщение имеет неэлектрическую природу (текст, чертеж, кодовые комбинации, зафиксированные на машинных носителях), то его необходимо преобразовать в электрический сигнал, называемый первичным.Обычно такой сигнал не может непосредственно передаваться по линии связи.

Поэтому первичный сигнал подвергается дальнейшему преобразованию (кодированию, модуляции), в результате которого образуется линейный сигнал,пригодный для передачи по линии связи. На приемной стороне производится обратное преобразование принятого линейного сигнала сначала в первичный сигнал, а затем в сообщение, которое с определенной верностью воспроизводит переданное сообщение из-за возможных помех в линии связи и искажений сигналов в аппаратуре. Для выполнения указанных функций на передающей и приемной стороне устанавливают соответствующие технические средства. Совокупность линии связи и входных и выходных технических средств, обеспечивающих передачу информации от одного узла к другому или от отправителя к получателю, называется каналом связи.Если передаче подлежат дискретные данные, то каналы связи принято называть каналами передачи данных,а их входные и выходные средства – аппаратурой передачи данных.

Источниками информациидля каналов передачи данных могут служить считыватели с машинных носителей, клавиатуры дисплеев и пишущих машинок, каналы ввода-вывода ЭВМ и другое оборудование, устанавливаемое на ВЦ, абонентских пунктах, объектах управления и т.д. Приемниками информациимогут быть непосредственно ЭВМ, печатающие устройства, магнитные накопители.

Основными характеристикамиканалов передачи данных являются скорость, надежность и верность передачи. По скорости каналы делятся на низкоскоростные (телеграфные) - скорость передачи данных до 100 … 200 бит/с, среднескоростные (телефонные) - 200 … 56 600 бит/с и высокоскоростные (групповые телефонные каналы с параллельной передачей данных, радиоканалы, спутниковые каналы и т.д.) - выше 128 000 бит/с.

Надежность характеризует способность канала передачи данных работать без отказов, ее показателем обычно служит среднее время наработки на отказ. Верность характеризует степень соответствия принятого сообщения передаваемому и определяется вероятностью появления ошибки при передаче сообщения.

Средства и системы передачи данных делятся:

по типу используемой физической среды - на проводные (телеграфные и телефонные) и беспроводные(радиорелейные и спутниковые);

по форме представления информации - на аналоговые и цифровые;

по виду передаваемых сигналов - на непрерывные и дискретные.

Для передачи машинных сигналов при разветвленных потоках данных используются существующие системы общего пользования городской, междугородной и космической связи. Многие современные средства передачи данных являются многоканальными.Применяются два варианта организации многоканальных

систем - структурный и виртуальный. При структурной организацииосуществляется пространственное разделение каналов (сигналов), когда каждому каналу отводится индивидуальная (выделенная) линия связи. При виртуальной организациивсе сигналы передаются по общей линии связи путем уплотнения каналов и последующего разделения сигналов следующими методами: частотным, временным, фазовым, кодовым, по уровню, форме, ортогональным, дифференциальным или их комбинациями. Рассмотрим подробнее наиболее распространенные из них.

При временном разделенииразные сигналы передаются только в определенные, отведенные для них непересекающиеся отрезки времени. Такое разделение просто в реализации, характеризуется малым взаимовлиянием каналов и позволяет поэтому строить средства, системы с большим числом каналов. Однако при этом необходима дискретизация передаваемых сигналов по времени и близость расположения отправителей разных сигналов.

Кодовое разделениетакже предполагает дискретность передаваемых сигналов. При этом каждому сигналу (каналу) присваивается адрес канала, указываемый специальным кодом (кодированные сигналы). Разделение сигналов по каналам на приемной стороне осуществляется декодирующим устройством, направляющим отсчеты

сигналов по каналам согласно их адресам. Код адреса может передаваться последовательно с сигналом (временное разделение адреса и сигнала) или параллельно (пространственное разделение адреса и сигнала). В последнем случае необходима отдельная (адресная) линия связи.

При частотном разделениидля различных каналов отводятся непересекающиеся участки частотной шкалы и каждый сигнал должен иметь спектр, укладывающийся в отведенную ему полосу. Такое разделение, как правило, используется при передаче непрерывных аналоговых сигналов (речь, музыка, сигналы на выходе непрерывных датчиков) и осуществляется путем модуляции (амплитудной, частотной или фазовой) гармонических сигналов на передающей и демодуляции на приемной стороне канала связи. Преимущество частотного разделения сигналов проявляется в возможности одновременной непрерывной передачи сигналов как от сосредоточенных, так и от распределенных объектов. Недостаток - сравнительно большое взаимное влияние каналов из-за перекрытия спектров сигналов (все реальные сигналы имеют протяженные спектры), неидеальность полосовых фильтров на приемном конце и появление паразитных частотных составляющих вследствие нелинейности цепей канала связи.

Сигналаминазываются физические процессы, параметры которых содержат передаваемую информацию.

Сигналы образуются путем изменения информативных параметров некоторых первичных физических процессов, рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой в сигнал) информацией - функцией времени. Такая операция называется модуляцией,а обратная - восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции, называется демодуляцией.В качестве носителей информации используются уровень (например, постоянное напряжение), колебания (переменное синусоидальное напряжение), импульсы и процессы более сложной формы. В первом случае модуляция сводится к изменению уровня (прямая модуляция) или знака (знаковая модуляция) носителя. При гармоническом носителе в зависимости от того, какой параметр модулируется, различают амплитудную и угловую (частотную или фазовую) модуляции. Для импульсных носителей применяются: амплитудно-импульсная модуляция (изменяется только амплитуда импульсов в их фиксированной во времени последовательности);частотно-импульсная модуляция (изменяется частота или период следования периодическойпоследовательности импульсов);

время-импульсная модуляция, реализуемая как широтно-импульсная (изменяется длительность - ширинаимпульса) или фазо-импульсная (изменяется сдвиг, положение импульса относительно начала отсчета);

счетно-импульсная модуляция (изменяется число импульсов в пачке);

смешанные модуляции.

Примером систем передачи данных с частотным разделением каналов являются существующие системы телефонной, телеграфной и радиосвязи. Органы слуха человека воспринимают сигналы, занимающие полосу частот от единиц герц до десятков килогерц. Человеческая же речь укладывается в среднем в полосу от 100 Гц до 20 кГц, хотя оказывается, что для качественной передачи речи достаточно полосы частот от 300 до 3400 Гц. Этот факт и используется в системах передачи речи, в которых указанный частотный диапазон принят как стандартный и назван тональным.

В телефонных системахлинией связи являются токопроводящие цепи в виде проводов либо многожильных экранированных кабелей, по которым звуковые сигналы передаются с помощью электрических аналоговых напряжений. Уплотнение каналов (виртуальное объединение на одной проводной паре) осуществляется частотным разделением сигналов с гармоническими несущими, отстоящими на величину (интервал),

превышающую тональную частоту. В России эта величина принята равной 4 кГц, а стандарт предусматривает несколько групп уплотнения.

В телеграфных системахиспользуются те же линии связи, что и в телефонных. Однако количественный принцип передачи сигналов, при котором передаются и воспроизводятся мгновенные значения сигналов, заменен на качественный (вырожденный цифровой), когда передача-прием осуществляется кодированием и распознаванием сигналов на их соответствие двоичным "0" или "1". В этом случае для передачи одного сигнала (сообщения) требуется меньшая полоса частот (в России 140 Гц). Отметим также, что при передаче телеграфных сообщений по телефонным каналам с помощью аппаратуры вторичного уплотнения в одном виртуальном

телефонном канале образуется двенадцать телеграфных.

Волоконно-оптические линии,изготовленные из кварцевого стекла, полоса частот в которых достигает величины в несколько сотен мегагерц при потерях в волокне около 0,1 дБ/км являются относительно новыми. В них производится уплотнение каналов методом разделения по длине световых волн (аналог частотного), что уменьшает взаимное влияние виртуальных каналов и допускает организацию 10 … 20 каналов в одном единственном волокне при длине участка регенерации до 20 км. Волоконный кабель может содержать тысячи волокон. Достоинством этих каналов является также высокая помехозащищенность.

В беспроводных системахиспользуется радиосвязь в УКВ, дециметровом и сантиметровом диапазонах, что позволяет существенно увеличить канальность. Поскольку в этих диапазонах устойчивая связь обеспечивается

лишь в пределах прямой видимости (без огибания радиоволнами поверхности Земли), линия связи включает в себя ряд приемно-передающих станций с ретрансляторами (радиорелейные линии связи) или высоколетящие геостационарные (на высоте примерно 40 тыс. км с периодом обращения, равным периоду обращения Земли) спутники (космические линии связи). Помимо уменьшения количества ретрансляторов спутниковые системы имеют еще одно достоинство - передаваемый сигнал проходит лишь малую часть расстояния вблизи Земли, в зонах, насыщенных радиопомехами от технических и естественных (грозы, загрязнения атмосферы) источников.

Это повышает верность и надежность спутниковых систем связи.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 1685; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!