Средства отображения информации. Средства управления.

Средства отображения информации (СОИ) необходимы для предоставления оператору в удобной форме информации о состоянии системы управления и внешней среды.

Средства отображения информации разделяются на регистрирующие и индикационные. Регистрирующие используются для записи информации на носитель и предназначены для длительного её хранения. Сюда относятся принтеры и плоттеры, применяемые для изготовления отчётной документации, и жёсткие диски (винчестеры), флоппи-диски, стримеры, накопители на компакт-дисках, используемые для архивирования информации.

Индикационные устройства предназначены для ограниченного времени хранения информации. Упрощенная функциональная схема устройств отображения информации изображена на рис.3.13.

Рис.3.13. Функциональная схема СОИ

Интерфейс служит для передачи в СОИ информации, необходимой для отображения. При этом данные содержат в закодированном виде сведения о символах, подлежащих отображению, и месте на экране, где их необходимо отобразить. По командам устройства управления генератор символов в соответствии с кодом символа управляет модуляцией потока световой или электрической энергии, проходящей от источника к экрану. Положение символа на экране устанавливается устройством задания и преобразования координат.

В современных управляющих и информационных системах чаще всего применяют традиционные для вычислительной техники средства отображения информации: мониторы, видеопроекторы, плазменные и электролюминесцентные панели.

Мониторы характеризуются следующими параметрами. Кадровая частота измеряется обычно в герцах и во многом определяет устойчивость изображения. Чем выше частота кадра, тем устойчивее изображение. Частота строк в килогерцах определяется произведением частоты кадровой развёртки на количество выводимых строк в одном кадре. Полоса видеосигнала измеряется в мегагерцах и определяется числом точек в строке и числом градаций цвета и интенсивности, необходимых для изображения точки.

У цветного монитора имеются три электронные пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесён люминофор трёх основных цветов: красный, зелёный и синий. В цветном кинескопе имеется либо теневая маска, либо (в кинескопах Trinitron) так называемая апертурная решётка. Они служат для того, чтобы лучи электронных пушек попадали только в точки люминофора соответствующего цвета. Если теневая маска содержит систему отверстий, то апертурная решётка образует систему щелей, выполняющих ту же функцию. Чёткость изображения на мониторе тем выше, чем меньше размеры точек люминофора на внутренней поверхности экрана. Обычно говорят не о размерах точек, а о расстоянии между ними. Этот параметр для различных моделей мониторов лежит в пределах от 0,41 до 0,25 мм.

Практически все современные мониторы мультичастотные, то есть обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхроимпульсов из некоторого заданного диапазона, например, 30 ÷ 64 кГц для строчной и 50 ÷ 100 Гц – для кадровой развёртки.

К недостаткам электронно-лучевых мониторов следует отнести мерцание экрана и электромагнитные излучения, сопровождающие работу монитора и оказывающие влияние на здоровье человека. В настоящее время выпускаются, в основном, мониторы с низким уровнем излучения LR-мониторы (Low Radiation). Снижение влияния мониторов на здоровье достигается путём применения защитных фильтров, которые выпускаются трёх модификаций: сеточные, плёночные и стеклянные. Все фильтры затемняют экран, однако стеклянные и плёночные повышают контрастность и чёткость изображения и, кроме того, уменьшают его мерцание. Сеточные и плёночные фильтры снижают электростатический заряд и предохраняют поверхность экрана от оседания пыли, но не защищают от низкочастотного электромагнитного излучения. Поэтому самой надёжной защитой являются стеклянные фильтры. Большинство фильтров "Полная защита" изготавливаются из специального многослойного стекла с добавками и дополнительными покрытиями.

Несомненным преимуществом плоских экранов является не только их небольшие размеры по толщине и малый вес, но и очень экономичное энергопотребление. Плоские экраны могут использовать различную технологию, например, газоплазменную, электолюминисценную и жидких кристаллов. К недостаткам газоплазменных дисплеев можно отнести необходимость использования высокого напряжения (около 200 В) и сравнительно небольшой срок службы. Электролюминесцентные дисплеи обладают хорошими характеристиками, но пока стоят дорого.

Жидкокристаллические экраны в настоящее время применяются как для переносных, так и для настольных компьютеров. Жидкий кристалл представляет собой некоторое состояние, в котором вещество обладает свойствами жидкости (текучестью) и некоторыми свойствами твёрдых кристаллов (например, анизотропией).

Для изготовления ЖК-экранов используются так называемые нематические кристаллы молекулы, которых имеют форму палочек или пластинок. ЖК-элемент помимо молекул-кристаллов включают в себя прозрачные электроды – поляризаторы. В отсутствие электрического поля молекулы нематических кристаллов образуют скрученные спирали, в результате чего плоскость поляризации проходящего через ЖК-элемент света поворачивается на некоторый угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить поляризаторы, смещённые друг относительно друга на такой же угол, то свет беспрепятственно может проходить через этот элемент. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется, поворота плоскости поляризации уже не происходит и выходной поляризатор не пропускает свет.

Экран ЖК-дисплея представляет собой матрицу ЖК-элементов. В настоящее время существуют два метода, используемых для адресации ЖК-элементов: прямой (или пассивный) и косвенный (или активный). В пассивной матрице каждая выбираемая точка изображения активизируется подачей напряжения на прозрачные проводники строки столбца. В данном случае невозможно получить качественное изображение, так как электрическое поле возникает не только в месте пересечения проводников. Качество изображения существенно улучшается при использовании технологии двойного сканирования, при котором одновременно обновляются две строки изображения. Но наилучший результат получается при применении активной матрицы, которые обычно реализуются на основе тонкоплёночных полевых транзисторов. В этом случае каждым ЖК-элементом управляет отдельный транзистор.

Средства управления.

Средства управления (СУ) используются для ввода в систему управляющих воздействий и делятся на устройства с цифровым и непрерывным (аналоговым) сигналом. К первым относятся: кнопки, контакты реле, многопозиционные переключатели и пр. Примерами вторых устройств являются поворотные ручки, штурвалы и т.д.

Средства управления бывают с памятью и без памяти. Средства управления без памяти требуют немедленного обслуживания, средства управления с памятью обслуживаться в синхронном циклическом режиме.

Средства управления делятся на:

– оперативные, постоянно используемые для управления системой;

– контрольные, которые применяются периодически для проверки работоспособности элементов системы;

– вспомогательные, используемые эпизодически для настройки, регулировки, выполнения регламентных работ.

Средства управления часто объединяются с устройствами отображения информации и представляют собой пульты управления.

В современных управляющих и информационных системах очень часто используют традиционные для вычислительной техники средства ввода информации: клавиатуру, мышь, трекбол, графический планшет (диджитайзер) и др.

Клавиатура пока является основным устройством ввода информации в компьютер. Это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определённую электрическую сеть. Внутри корпуса клавиатуры помимо датчиков клавиш находятся электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Связь компьютера с клавиатурой осуществляется по двухпроводной линии. Клавиатура содержит 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами, встречающимися в текстах, и около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнения программ.

Наиболее известны следующие координатные устройства ввода информации в компьютер: мышь, трекбол, графический планшет (диджитайзер). Для ввода изображения текстов, рисунков, фотографий и др. широко используются сканеры.

Подавляющее большинство компьютерных мышек используют оптико-механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается покрытый резиной шарик, ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на осях с двумя датчиками. Оси вращения роликов перпендикулярны одна другой. Датчики представляют собой оптопары и располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мышки, частота следования импульсов – скорость.

В настоящее время можно выделить три основных способа подключения мыши к компьютеру: через последовательный порт RS-232, через специальный шинный интерфейс фирмы Microsoft и через порт "в стиле"PS/2. Беспроводные мышки используют передачу данных в радио- или инфракрасном диапазоне.

Трекбол представляет собой "перевёрнутую" мышку, т.к. у него приводится в движение не сам корпус, а только его шар.

Рычажный манипулятор типа "джойстик" является аналоговым координатным устройством. Его рукоятка связана с двумя переменными резисторами, изменяющими своё сопротивление при её перемещении. Один резистор определяет перемещение по оси Х, второй – по оси Y. Адаптер преобразует изменение сопротивления в соответствующий цифровой код.

Планшет (диджитайзер) обеспечивает ввод двумерного изображения в компьютер виде растровой таблицы. В состав устройства входит специальный указатель с датчиком. Специальный контроллер посылает импульсы по ортогональной сетке проводников, расположенных под плоскостью планшета. Получив два таких сигнала, котроллер преобразует их в координаты, передаваемые в компьютер. Компьютер переводит эту информацию в координаты точки на экране монитора. Планшет используется, в основном, для задач САПР.

Вопрос 30

Задачи, решаемые СУБД.

Первые системы баз данных были разработаны в шестидесятых годах прошлого столетия. Они прошли сложный путь развития и привели к появ­лению развитой индустрии баз данных, практически затрагивающих каждую более или менее серьёзную организацию в мире. Без развитой системы баз данных невозможно хранить и пользоваться огромными массивами данных, накопленных в любой отрасли хозяйства.

В настоящее время система управления базами данных (СУБД) со­ставляет основу большинства компьютерных информационных систем. Обычно объёмы информации, с которыми приходится работать в информа­ционных системах, достаточно велики, а сама информация имеет довольно сложную структуру. Информационная система представляет собой про­граммный комплекс, функции которого состоят в надёжном хранении ин­формации в компьютерах, выполнении специфических её преобразований и предоставлении пользователю удобного и легко осваиваемого интерфейса. Попытки использования традиционных файловых систем при создании ин­формационных систем.вызывают порой непреодолимые затруднения, свя­занные с поддержанием логически согласованного набора файлов, парал­лельной работой нескольких пользователей, восстановлением информации после разного рода сбоев и пр. СУБД устранили многие недостатки традици­онных файловых систем, такие как несвязанность, несогласованность и из­быточность данных.

Основными функциями системы управления базами данных являются:

- непосредственное управление данными во внешней памяти, пре­дусматривающее такую структуру внешней памяти, которая позволяет хра­нить не только данные, непосредственно входящие в базу данных, но и дан­ные для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным. Для этих целей СУБД обычно поддерживает собственную систему именования объектов баз данных (БД);

-управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работа­ет с базами данных значительных размеров, превышающих допустимый объ­ём оперативной памяти. Если при обращении к элементу БД потребуется всякий раз обращаться к внешней памяти, вся система базы данных будет ра­ботать со скоростью работы внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. Следует отметить, что некоторые операционные сис­темы предусматривают общесистемную буферизацию (например, ОС UNIX), но для целей СУБД этого оказывается недостаточно. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов;

- управление транзакциями. Транзакция - это последовательность операций над базами данных, рассматриваемых СУБД как единое целое. Ес­ли транзакция выполнена полностью, СУБД фиксирует изменение данных во внешней памяти. Например, в институте создана единая база данных студен­тов, и студентка вышла замуж и поменяла фамилию. Изменение фамилии не­обходимо зафиксировать не только в отделе кадров, но и в каждой ведомости ранее сданных экзаменов (в электронных версиях этих ведомостей), в спи­сках студентов на каждой кафедре, в общежитии и даже в студенческой по­ликлинике. База данных будет считаться целостной, если изменения фамилии будет без ошибок занесено во все списки. Если по каким либо причинам вы­полнение транзакции не может быть завершено, произведённые изменения данных не отражаются во внешней памяти. Понятие транзакции необходимо для поддержания целостности базы данных. Каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД, после её завершения база данных остаётся це­лостной. С управлением транзакциями в многопользовательских СУБД свя­заны важные понятия сериализации транзакций и сериального плана выпол­нения смеси транзакций. Под сериализацией параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при кото­ром суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их последо­вательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций -это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Понятно, что если удастся добиться действительно сериального выполнения смеси тран­закций, то для каждого пользователя присутствие других пользователей бу­дет незаметно (если не считать некоторого замедления работы по сравнению с однопользовательским режимом);

- журнал изация. Одним из основных требований к СУБД является на­дёжность хранения данных во внешней памяти, под которой понимается воз­можность восстановления последнего согласованного состояния БД после любого программного или аппаратного сбоя. При этом рассматриваются два вида сбоев: мягкие сбои (например, внезапная остановка компьютера) и жё­сткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. При мягком сбое требуется ликвидировать последствия только одной транзакции, которая не была закончена в момент сбоя. При жёстком сбое приходится восстанавливать все транзакции, которые были закончены до на­ступления сбоя. Очевидно, в любом случае для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией, при чём эта избыточ­ная часть информации должна храниться особо надёжно. Наиболее распро­странённым методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД (чаще всего ведётся два журнала, располо­женных на разных физических дисках). При этом осуществляется "упреж­дающая" запись в журнал (в журнал, находящийся во внешней памяти, запи­сывается информация раньше, чем изменённая запись попадёт во внешнюю память БД). При мягком сбое во внешней памяти могут находиться записи, модифицированные транзакциями, но не закончившимися в момент сбоя, и могут отсутствовать записи, модифицированные закончившимися транзак­циями, но не попавшими во внешнюю память (остались в оперативной памя­ти). Процесс восстановления заключается в том, что сначала осуществляется откат незавершенных транзакций, а потом повторно воспроизводят все за­кончившиеся, но не попавшие во внешнюю память транзакции. Для восста­новления последствий жёсткого сбоя необходимо иметь архивную копию БД, находящуюся на другом физическом диске. Восстановление БД после жёст­кого сбоя состоит в том, что по архивной копии журнала воспроизводится работа всех транзакций, которые были завершены до начала сбоя;

- поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются специальные языки, называемые языками баз данных. В ранних СУБД под­держивалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего использовались два языка: язык определения схемы БД (SDL -Schema Definition Language), который используется для создания логической структуры БД, определяемой пользователем, и язык манипулирования дан­ными (DML - Data Manipulation Language), содержащий набор операторов манипулирования данными, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать ранее занесённые данные. В современных БД обычно поддерживается единый интегрированный язык, выполняющий функции как языка SDL, так и языка DML. Стандартным языком наиболее распространённых реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language). Прежде всего, он сочетает средства SDL и DML, т.е. позволяет оп­ределить схему реляционных данных и манипулировать ими. Кроме того, этот язык содержит специальные средства ограничений целостности БД, т.е. целостность данных контролируется программным способом. Специальные операторы языка SQL позволяют определить так называемые представления БД, фактически являющиеся хранимыми в БД запросами (результатом любо­го запроса к реляционной БД является таблица) с именованными столбцами. Для пользователя представление данных является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая в БД, но с помощью представлений можно ограничить или наоборот расширить видимость БД для конкретного пользо­вателя. Наконец, авторизация доступа к записям БД производится также на основе набора специальных операторов SQL. Для выполнения операторов SQL разного вида пользователь должен обладать различными полномочиями. Пользователь, создавший таблицу БД, обладает полным набором полномо­чий для работы с таблицей. В число этих полномочий входит также и полно­мочие на передачу всех или части полномочий другим пользователям, вклю­чая и полномочие на передачу полномочий. Полномочия описываются в спе­циальных таблицах-каталогах, контроль полномочий поддерживается на языковом уровне.

Вопрос 31