• ВВЕДЕНИЕ
  • 1. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
  • 1.1 Формирование элементов информационных моделей
  • 1.2. Система «человек-машина» и основные задачи инженерной психологии
  • 1.3. Основные фотометрические параметры
• 2. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ОПЕРАТОРОМ
  • 2.1. Строение зрительного анализатора
  • 2.2. Особенности восприятия зрительной информации
  • 2.3. Цветовая чувствительность
  • 2.4. Пространственные характеристики
  • 2.5. Временные характеристики
• 3. СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
  • 3.1. Структура и основные технические параметры средств отображения информации
  • 3.2. Параметры средств отображения информации
  • 3.3 Классификация средств отображения информации
• 4. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ
  • 4.1 Классификация электронно-лучевых трубок
  • 4.2 Конструкция электронно-лучевых трубок
  • 4.3 Фокусирующие системы
    • 4.3.1 Электростатическая фокусирующая система
    • 4.3.2 Электромагнитная отклоняющая система
  • 4.4 Отклоняющие системы
    • 4.4.1 Электростатическая отклоняющая система
    • 4.4.2 Электромагнитная отклоняющая система
  • 4.5 Цветные электронно-лучевые трубки
    • 4.5.1. Электронно-лучевые трубки с теневой маской
    • 4.5.2. Тринитрон
  • 4.6 Классификация сре6дств отображения информации с электронно-лучевыми трубками
  • 4.7. Принципы формирования знаков в средствах отображения информации телевизионного типа
  • 4.8 Функциональная схема буквенно-цифровых средств отображения информации телевизионного типа
• 5. ВИДЕОАППАРАТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
  • 5.1. Классификация видеоадаптеров
  • 5.2. Структурная схема видеоадаптера
  • 5.3. Кодирование цветов
• 6. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
  • 6.1. Структурная схема микропроцессорных средств отображения информации
  • 6.2. Архитектура контроллера прямого доступа к памяти (КПДП) КР580ВТ57
  • 6.3. Архитектура программируемого контроллера электроннолучевой трубки (КЭЛТ) КР580ВГ75
  • 6.4. Архитектура программируемого интервального таймера (ПИТ) КР580ВИ53
  • 6.5. Архитектура программируемого параллельного адаптера (ППА) КР580ВВ55А
  • 6.6. Архитектура программируемого контроллера клавиатуры и индикации (ПККИ) КР580ВВ79
• 7. СРЕДСТВА ВВОДА И ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ
  • 7.1. Клавиатура
  • 7.2. Дискретные индикаторы
  • 7.3. Вакуумные люминесцентные индикаторы
  • 7.4. Полупроводниковые индикаторы
  • 7.5. Газоразрядные индикаторы
  • 7.6. Жидкокристаллические индикаторы
  • 7.7. Системы адресации
  • 7.8. Структурные схемы малоразрядных цифровых и буквенно-цифровых средств отображения информации

3. СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

3.1. Структура и основные технические параметры средств отображения информации

Технические средства, используемые для формирования информационных моделей, называются средствами отобра­жения информации (СОИ). С помощью СОИ полученная от одного или нескольких источников информация преобразуется в информационную модель, удобную для восприятия оператором. Процесс формирования ИМ в СОИ сопровождается преобразова­нием кодов. Например, для отображения времени в цифровых часах двоично-десятичный код, занесенный в счетчик временных интервалов, преобразуется в десятичные цифры, указывающие время на циферблате. В часах средства отображения явля­ются их составной частью, однако в случае управления объекта­ми или при взаимодействии человека с ЭВМ СОИ могут иметь достаточно сложную структуру.

Обобщенная структурная схема СОИ показана на рис. 3.1. От источника (ИИ) информация поступает в СОИ через интерфейс (УИ) по параллельным или последовательным кана­лам связи. С помощью интерфейса осуществляется механическое, электрическое и алгоритмическое согласование между собой выходных цепей ИИ и входных цепей СОИ. В интерфейс входят линии связи, устройства согласования сигналов по уровню и мощности, а также устройст­ва формирования управляющих сигналов, обеспечивающих задан­ный алгоритм обмена информацией. Стандартный интерфейс, включающий в себя аппаратную часть и программное обеспе­чение, определяющее алгоритм обмена информацией, играет важ­ную роль в унификации узлов информационных систем, обеспе­чивающей взаимозаменяемость отдельных устройств и наращивае­мость системы.

Источником информации могут быть информационно-измери­тельные устройства, клавиатура ввода буквенно-цифровой инфор­мации, ЭВМ, устройства формирования фото-, кино- и телевизи­онных изображений и т. д. Следует отметить, что в системах с ЭВМ возможен двусторонний обмен информацией: как от ЭВМ к СОИ, так и наоборот,  - что позволяет организовать диалоговый режим работы. При таком режиме оператор с помощью специ­альных устройств редактирует информацию, выведенную на СОИ с ЭВМ, а затем вновь вводит ее в ЭВМ. Диалоговый режим ши­роко используется в системах автоматического проектирования и в системах автоматизации научных исследований.

Рис. 3.1. Обобщенная структурная схема СОИ

Буферное запоминающее устройство (БЗУ) служит для промежуточного хранения информации, получаемой от ИИ, что позволяет согласовать работу СОИ и ИИ по скорости, а также организовать режим регенерации изображения без обра­щения к источнику информации. Информационная модель в БЗУ хранится в виде совокупности кодов элементов информационной модели, расположенных в той последовательности, в которой они должны находиться на информационном поле. Так, при формировании текстовой информационной модели в БЗУ заносятся стандартные коды знаков в последовательности, определяемой текстом.

Преобразователь кодов информационной моде­ли (ПКИМ) осуществляет преобразование кодов элементов ин­формационной модели, заданных алфавитом источника информа­ции, в код, определяемый алфавитом индикатора. Для приведен­ного примера с цифровыми часами при использовании 7-сегментных индикаторов ПКИМ преобразует четырехразрядный двоично-десятичный код в семиразрядный. При использовании газоразрядных индикаторов с профилированными катодами циф­ра формируется методом знакомоделирования, в этом случае ПКИМ выполняет функцию дешифратора 4 на 10 (4 входа, 10 вы­ходов). Для формирования тех же цифр на телевизионном экране ПКИМ должен преобразовать параллельный код цифр в последо­вательность сигналов управления интенсивностью электронного луча ЭЛТ.

Преобразователи кодов информационной модели для синтеза знаков в СОИ с ЭЛТ называют знакогенераторами.

Устройство адресации (УА) задает положение (адрес) элемента информационной модели на информационном поле.

Индикатор является прибором, осуществляющим непосред­ственное преобразование электрических сигналов в видимое изо­бражение.

Устройство управления (УУ) осуществляет энергети­ческие и другие преобразования сигналов с выхода ПКИМ, необ­ходимые для управления работой индикатора. Например, при ис­пользовании газоразрядных индикаторов в устройство управления входят ключи, обеспечивающие переключение с уровня возбужде­ния на уровень гашения газового разряда и наоборот. Индикатор вместе с устройством управления образуют блок индикации, на­зываемый также видеомонитором.

Устройство синхронизации (УС) обеспечивает син­хронизацию работы всех узлов СОИ между собой и с источником информации.

При формировании сложной информационной модели инфор­мация, получаемая от различных источников, должна пройти предварительную подготовку и обработку по определенному алго­ритму. Следовательно, кроме технических средств для отображе­ния информации необходимо создать соответствующее програм­мное обеспечение. Комплекс средств отображения информации и средств математического обеспечения, включающих в себя алго­ритмы обработки информации, образует систему отображения информации. СОИ, обеспечивающие связь человека с ЭВМ, называют терминальными СОИ (или дисплеями).

3.2. Параметры средств отображения информации

 Параметры средств отображения информации должны определять информационно-технические, инженерно-психологические, конструктивно-технические и технико-экономические особенности СОИ. К основным параметрам СОИ следует отнести используемый алфавит, информационную емкость, разрешающую способность, быстродействие, точность воспроизведения информации, фотометрические параметры (яркость, контраст), надежность, стоимость, потребляемую мощность.

Используемый алфавит и основание кода алфавита информационной модели определяются классом решаемых задач и задаются числом и типом знаков (цифр, букв, условных знаков, гра­фем и т. д.), количеством градаций размеров, яркости, ориентации символов, используемых цветов, частот мерцаний изображений и т. д.

Основание кода полного алфавита, включающего все кодовые признаки, не должно превышать 200 - 400. Дальнейшее его уве­личение затрудняет работу оператора. При представлении эле­ментов алфавита информационной модели двоичным кодом число его разрядов n_а определяют из условия

,

где  - двоичный логарифм числа  N_a, округленный до ближайшего больше­го целого числа; N_a - основание кода полного алфавита ИМ.

Для кодирования элементов буквенно-цифровой ИМ обычно используют стандартные коды отображения информации - восьмиразрядный код КОИ-8 или семиразрядный КОИ-7.

Информационная емкость определяет количество информации, которое может быть единовременно представлено на информационном поле СОИ. Информационная емкость алфавитно-цифровых СОИ задается количеством знаков в текстовой строке
N_{З ТС} и числом текстовых строк N_ТС. В современных алфавитно-цифровых дисплеях объем выводимой  информации обычно задается 16 - 32 строками по 32 - 80 знаков в каждой.

Информационная емкость может быть выражена в битах:

,

где N_а -  основание кода алфавита; N₃ - общее число символов, выводимых на экран:

.

Отметим, что I_И характеризует некоторую гипотетическую мо­дель, в которой равновероятны любые N_а значений символов. Информационную емкость графических СОИ часто оценивают суммарной длиной воспроизводимых линий или количеством воспроизводимых точек. Разрешающая способность характеризует число отдельных ми­нимальных деталей изображения, которое СОИ может воспроиз­вести на информационном поле. В СОИ с точечными дискретными элементами отображения разрешающую способность количествен­но оценивают числом этих элементов на экране. В СОИ с элект­ронно-лучевым индикатором или с проекционными системами в качестве количественной меры разрешающей способности исполь­зуется число пар оптических линий (линия - промежуток), при­ходящихся на 1 мм или 1 см, или общее число линий, воспроизво­димых на экране по вертикали и горизонтали, или минимально возможная ширина линии на экране.

Разрешающая способность характеризует число отдельных минимальных деталей изображения, которое СОИ может воспроизвести на информационном поле. В СОИ с точечными дискретными элементами отображения разрешающую способность количественно оценивают числом этих элементов на экране (число точек по горизонтали умноженное на число точек по вертикали).

Быстродействие характеризует скорость вывода информации на информационное поле СОИ. Одним из параметров количест­венной оценки быстродействия СОИ является время обновления данных, под которым понимается время от момента поступления информации на выход источника информации, сопряженного с СОИ, до момента формирования изображения. В графических СОИ для оценки быстродействия используют скорость формирова­ния линий, заданную в миллиметрах на секунду.

Точность воспроизведения информации характеризует степень соответствия формируемой в СОИ информационной модели дан­ным, полученным от источника информации. Одним из способов оценки точности является оценка смещения отдельных элементов отображения от заданных адресных координат, выраженная в аб­солютных или относительных единицах.

Фотометрические параметры рассмотрены в  разделе 1.3.

Важными для оценки СОИ являются параметры, характеризующие его надежность, стоимость, а также энергетические параметры, в частности потребляемая мощность.

В отличие от других устройств промышленной электроники при проектировании средств отображения информации решающее значение имеет учет психофизиологических характеристик человека-оператора. Выбор типа информационной модели, алфавита ИМ и других основных параметров СОИ должен быть, прежде всего, на­правлен на обеспечение оптимального взаимодействия человека и техники. Определенные из этих условий требования к СОИ позволяют выбрать тип индикатора, обладающий возможностями формировать требуемую ИМ и имеющий необходимые фотометри­ческие параметры. Затем уточняется способ формирования элементов ИМ и самой ИМ, учитывающий особенности выбранного индикатора.

3.3 Классификация средств отображения информации

Различие условий работы и многообразие решаемых задач привели к созданию большого количества специфических СОИ, отличающихся областью использования, видом источника информации и степенью предварительной обработки информации. Существует несколько подходов к классификации средств отображения информации:

1.           Назначение (условия работы) – определяет требования к весу, энергопотреблению, виброустойчивости, герметичности, диапазону рабочих температур, влажности, воздействию окружающей среды:

•            стационарные системы (наземные);
•            возимые, носимые системы;
•            авиационные системы;
•            морские системы;
•            космические системы.

2.           Способ видеопреобразования – определяется назначением (требования по энергопотреблению) и условиями работы (освещенность):

•            светоизлучательные;
•            светоотражательные;
•            светоклапанные.

3.           Привычность начертания – определяется сложностью систем управления начертания:

•            привычное начертание;
•            удовлетворительно привычное начертание;
•            непривычное начертание.

4.           Характер помехозащищенности – определяется важностью задач и ценой ошибки:

• ü           без обнаружения помех;
• ü           с обнаружением помех, но без восстановления информации;
• ü           с обнаружением помех и с восстановлением информации.

5.           Количество пользователей – определяется расстоянием, задает размеры знаков и углы наблюдения:

•            индивидуальные (L ≤1,5 метра до наблюдателя);
•            групповые (1,5 ≤ L ≤ 4 метра);
•            коллективные (L ≥ 4 метров).

6.           Вид отображаемой информации – определяет сложность ИМ.

•            буквенные, цифровые, текстово-графические;
•            знаковые (символьные);
•            дискретно-аналоговые, шкальные.

7. Физические принципы – определяются всеми предыдущими пунктами классификации и задают тип используемого индикатора:

•            электронно-лучевые трубки;
•            электролюминесцентные индикаторы;
•            светоизлучающие диоды;
•            вакуумнолюминесцентные индикаторы;
•            вакуумнонакальные индикаторы;
•            газоразрядные индикаторы;
•            жидкокристаллические индикаторы;
•            электромеханические индикаторы;
•            магнитооптические индикаторы;
•            электрохемохромные индикаторы.

Средства отображения информации должны удовлетворять следующим требованиям:

•            обеспечивать понимание наблюдателем отображаемой информации;
•            прояснять сложные отношения так, чтобы тенденции развития событий были представлены в доступной форме;
•            создавать необходимые условия для принятия правильного решения;
•            обеспечивать эффективное информационное взаимодействие человека и техники, при котором возможности обоих используются наилучшим образом;
•            обеспечивать максимальную надежность человека, сводить до минимума степень возможных ошибок;
•            обеспечивать гибкость поведения человека;
•            координировать действия для коллектива наблюдателей.