Do autorów
Nie publikujemy precyzyjnych zaleceń dla autorów, by nie peszyć ich natłokiem dyrek
tyw i ograniczeń. Podstawowe zasady, jakimi kierujemy się przy kwalifikacji artykułu i w a
runki formalne, jakie powinien spełniać ma
szynopis, chcemy jednak co jakiś czas przy
pominać.
Wiele zasad oczywistych jest już przy po
bieżnym przejrzeniu pisma: jak dzielić artykuł na części, co wyróżniać, jw jakiej formie umie
szczać bibliografią, jak zapisywać własny ży
ciorys. Natomiast na elementarne pytanie — po co piszą — odpowiedzieć sobie musi przede wszystkim sam autor.
Podstawowym kryterium merytorycznym materiału (nie licząc głównego kryterium — oceny z punktu widzenia dotychczasowej w ie
dzy informatycznej) jest społeczna użyteczność zawartych w tekście rozważań i informacji.
To w końcu oczywiste — jesteśm y powołani przede wszystkim do tego, aby służyć czytel
nikom. W pierwszej kolejności liczyć sią musi zatem interes społeczny. O tym winni także pamiętać autorzy.
Objętość tekstu powinna być wyznaczona przez społeczną wragę tematu, jego konstruk
cja — przez wym óg czytelnego przekazu, zaś forma — przez dostosowanie języka i spo
sobu argumentacji do możliwości percepcyj- nych przeciętnego odbiorcy. To truizmy, nie
mniej — jak praktyka wskazuje — warte przypomnienia. Autorzy najczęściej nic zadają sobie trudu, by wprowadzić czytelnika w zawi
łości sw:oich specjalistycznych wywodów, nie biorą pod uwagę miejsca publikacji artykułu, tzn. charakteru naszego czasopisma.
Jeśli zaś chodzi o wymogi formalne — nie są duże. Co do objętości — maszynopis nie powinien przekraczać 12 znormalizowanych stron (30 wierszy z 60 znakami w wierszu).
Jeśli jednak interesujący, zgodny z profilem pisma temat w'ymaga większej objętości, to oczywiście względy formalne nie stoją na przeszkodzie. Rysunki techniczne, dołączane do tekstu, są w redakcji przygotowywane przez wykwalifikowanego kreślarza, nie muszą być zatem dostarczane na kalce; ważne natomiast, aby były całkowicie czytelne, przejrzyste i za
chowujące »konieczne proporcje.
Pożądany jest również dodatkowy materiał ilustracyjny (kontrastowe zdjęcia czarno-białe, wydruki, itp.), jeśli wzbogaca on bądź precy
zuje wywód autora.
Maszynopis powinien być nadsyłany w dwóch egzemplarzach (oryginał plus kopia), z załączeniem aktualnych adresów, a także numerów7 telefonów, umożliwiających szybki kontakt. Autorów artykułów problemowych, którzy nie zamieszczali swych prac w ciągu dwóch ostatnich lat, prosimy ponadto o za
łączenie zdjęcia oraz życiorysu.
Autorzy, którzy chcieliby nawiązać bliższy kontakt z Czytelnikami, proszeni są o zamie
szczenie adnotacji, iż godzą się na podanie na naszych łamach swojego adresu bądź telefonu.
Redakcja
1 WYD AW NICTW O D
§ »
SIGMA
i
u l Św iętokrzyska 14a 00-950 W arszawa sk rytk a pocztow a 1004
K O LEG IU M R E D A K C Y JN E
R e d a k to r n a c z e ln y : p r o i. d r h a b . L eo n Ł U K A SZE W IC Z
m g r in ż . Z b ig n ie w G L U ZA , d r J a n u s z G W IA ZD A , W ła d y sła w K L E P A C Z (z a stę p c a r e d a k to r a n a c z e ln e g o ), d r in ż. T o m a sz PA W L A K , m g r A n d rz e j SZA Ł A S, m g r Z b ig n ie w S W IR S K I, d r in ż . J a n u s z Z A L E W S K I
S e k r e ta rz r e d a k c ji: m g r T e re s a JA B Ł O Ń S K A
RAD A PRO G RA M O W A
r r o t . d r h a b . T a d e u sz P E C H E (p rz e w o d n ic z ą c y ), m g r in ż. T o m a sz BA Ń K O W SK I (s e k re ta rz ), m g r in ż . A n to n i B O SSO W SK I, m g r In ż. R o m a n BU R N O , p ro f. d r h a b . A n d rz e j JA N IC K I, m g r in ż . J a n K R A M A R C ZU K , p ro f. d r h a b . in ż . J u liu s z K U L IK O W S K I, p r o f. d r h a b . L eon Ł U K A SZ E W IC Z , p ro f. d r h a b . A n to n i M A ZU R K IE W IC Z, g e n . d r in ż , M a ria n P A S T E R N A K , d r in ż . B ro n is ła w P IW O W A R , m g r Z b ig n ie w SU B ST Y K , p r o i. d r h a b . T a d e u sz W A LCZA K M a te ria łó w n ie z a m ó w io n y c h R e d a k c ja n ie z w ra c a .
R e d a k c ja : 1)0-041 W a rsz a w a , u l. J a s n a 14/16, p o k . 123 i 133, te l. 27-71-40, d y ż u r y r e d a k c ji 10.00—12.00 Z a k ł. G r a ł. ,,T a m k a ” . Z a m . 2024. O b j. 5,0 a r k . d r u k . N a k ła d 3700 egz. M-95.
C en a e g z e m p la rz a zł 75.— IN D E K S 36124 P r e n u m e r a ta ro c z n a zł 900.—
z a sto so w a n ia w g o sp o d a rc e , tec h n ice i n a u c e
Hr 3
M I E S I Ę C Z N I K
1 9 8 3
R O K X V I I I
Marzec
OR GAN K O M I T E T U I N F O R M A T Y K I M I N I S T E R S T W A N A U K I , S Z K O L N I C T W A W Y Ż S Z E G O I T E C H N I K I O R A Z K O M I T E T U N A U K O W O - T E C H N I C Z N E G O N O T OS. I N F O R M A T Y K I
W NUM ERZE: Strona
P rzegląd m ikroprocesorów 16-bitow ych (1). ZILOG
J e r z y G r a b o w s k i 2
R astrow e sy stem y graficzne
J a c e k O w c r a r c z y k ' 5
D y sk o w y sy ste m op eracyjny C P/M . C zęść 2
M aria nna S o b c z y k (oprać.) 9
M odel dynam iki sy stem u in form atyczn ego — n a p rzykładzie ra ch u n k ow ości
C o le tte Rolland, Jan S t ę p n i e w s k i 13
O kreślenie liczby eta tó w obsługi tech n iczn ej w ośrodku ob liczeniow ym
W i t Drewniak. v 17
N ow e technologie u k ład ów MOS VLSI
Oprać. Maciej A d a m c z y k ' 19
SIEM ENS u p ow szechnia szk o len ie in form atyczn e
Oprać. W ł a d y s ł a w K l e p a c z 23
ALGORYTMY
A lgorytm y prob ab ilistyczn e '
A n d r z e j Szałas, Z b ig n i e w S w i r s k i ' 26
Z K R A JU
P rzek a zy w a n ie inform acji sta ty sty czn y ch na n o śn ik a ch m agn etyczn ych
S te f a n S e m c z u k 27
P ow tórk a z h istorii
E lż b ieta K ie r c z u k 29
P rzyczyn ek do an alizy (E.K.) 30
P olsk ie T ow arzystw o Inform atyczne. D ziałaln ość b ad aw czo-rozw ojow a
B og d a n F iu t o w s k i 3 1
GIEŁDA IN FO R M AC JI 32
ZE ŚW IA TA OEM
Oprać. M aria nna S o b c z y k 32
F inlandia. S y stem y cy fro w e dla p rzem ysłu
G r z e g o r z D z ię g l e w s k i 33
RECENZJE
O czekiw ano 306 ćw iczeń
Adam, B. E m p a c h e r 35
TERM INOLOGIA
T erm in ologia jeżyk a A D A — n ieco inaczej
W a c ł a w I s z k o w s k i 36
PO G LĄ D Y B yć kształcon ym
J a n u sz G w i a z d a . III
JERZY GRABOWSKI W arszaw a
Przeglqd m ikroprocesorów 16-bitowych (1)
ZILOG
D la p rogram isty lu b konstruktora sy stem ó w m ikrokom pu
terow ych , p rzyzw yczajon ego do stosow an ia m ikroproceso
rów 8 -b itow ych , m ikroprocesory 16-bitow e są urządzeniam i zask ak u jącym i b ogactw em sw oich m ożliw ości. W porów na
niu z n im i m ikroprocesory 8-b itow e budzą raczej sk o ja rzenia z m aszyną T uringa. N in iejszy artyk u ł jest próbą p rzed staw ien ia czyteln ik om m ożliw ości m ikroprocesorów 16-bitow ych.
Istota rew o lu cji w yw ołan ej, przez zastosow an ia układów 0 dużym stopniu scalen ia p olega na takim spadku cen sprzętu, że m ożliw e i celo w e stało się u żyw an ie m ikropro
cesorów w bardzo szerokim zakresie, często w zupełnie n ow ych dziedzinach. D la p olsk iego czyteln ik a znaczenie te go fak tu je s t m n iejsze w obec braku bądź nied ostatk u u k ła dów tego typu n a rynku. D la teg o też w artykule starano się p rzedstaw ić g łó w n ie w ła ściw o ści m ikroprocesorów 16- -b itow ych , w y n ik a ją c e z ich arch itek tu ry i listy rozkazów , gd yż n a jciek aw sze z punktu w id zen ia zastosow ań i zaspo- kojania a m b icji konstruktora sy stem y w ielop rocesorow e 1 bardziej złożone m ikrokom putery jed n op rocesorow e w y dają się być zbyt od ległe dla roboczych realizacji.
W artyk u le om ów iono m ikroprocesory ZILOG 8001/2, INTEL 8086, MOTOROLA 6800, N A TIO N A L SEM ICONDUC
TOR 1600, T EX A S IN STR U M EN TS 9900 i DEC LSI-11.
W szystkie, oprócz ostatniego, są u k ład am i zam kniętym i w jednej k ostce z 48 lub 64 koń ców k am i, o stosu n k ow o dużych w ym iarach (5 do 7,6 cm długości) i — stopniu scalen ia odp ow iad ającym ok. 10 tys. bram ek lub d ziesiąt
kom ty sięcy tranzystorów . P rzejd ziem y obecnie do o m ó w ie
nia m ożliw ości operacyjn ych tych układów .
tryb ow i system ow em u odpow iada w ięk szy zbiór rozkazów przew idzianych dla program ów nadrzędnych system u ope
racyjnego. W ażna je s t m ożliw ość sprzętow ego' blokow ania dostępu do pam ięci w system ach w ielop rocesorow ych . R ejestry
Zbiór rejestró w m ikroprocesora Z8000 p rzedstaw iono na rysunku 1. R ejestry R15 i R15' są w sk aźn ik am i stosu prze
znaczonym i — odpow iednio — dla trybu norm alnego i sy stem ow ego. P rzy operacjach bajtow ych , w k ażd ym z r e je strów w yróżnia się dw ie połów k i, R H i RL. W operacjach w ym agających 32- lub 64-bitow ych a rgu m en tów rejestry m ogą być grupow ane w pary lub czw órki, oznaczane jako RR0, RR2, .... RR14 lub RQ0, RQ4, RQ12.
R ejestry uniw ersalne
JR0
\R 1 IR 2 I R 3
JRi
I r 5 / R 6 IR 7 R R 8 {RB r r,o{Rio
RR12 {
rÎI
r r o
R R 2 RR4 R R 6
^ RHO 0*7 RLO C
RH1 RL 1
RH2 ■ ! RLŹ
RH3 R L 3 .
R H i RLŁ
R H 5 R L 5
R H 6 R L5
R H 7 ! R L 7
E c
RQ0
R O i
RQ8
RQ12 (R U [
R R 1 4 \ R 15' I Systemowy wskatmk stosu IR 15 | Normalny ws Warnik stosu
R 1A'}Nrse<yrec.!u systemowego wskttr^o'stosi|
R 1£ segmentu normal w skrttnûa stosul
□ R15DT ^
R 15 j WyrfaffYin.e
R odzina m ikroprocesorów Z8000 składa się z dw óch p rzed staw icieli: Z8001 i Z8002. K ażdy z nich m a tę sam ą listę rozkazów , różnią się jed y n ie dostępnym obszarem ad resow ym pam ięci. Procesor Z8001 m o ż e ad resow ać do 8 M b ajtów pam ięci (adres 23-bitow y), a Z8002 — ty lk o 64 K bajtów (adres i6 -b ito w y ). ■
M ikroprocesor Z8002 m a 21 rejestrów 16-bitow ych, w tym — 14 u n iw ersaln ych , k tóre m ogą być w y k o rzy sty w an e do p rzech ow yw an ia argum entów operacji arytm etycz
n y ch i logiczn ych lub ad resów pam ięci. P ozostałym i r e je stram i są: rejestr sło w a stanu, liczn ik rozkazów , rejestr k on troli i sterow an ia zew n ętrzn ych u k ład ów odśw ieżania p am ięci dynam iczn ej RAM, rejestr rozkazów i w sk aźn ik stosu. W ykorzystanie m ożliw ości ad resow an ia 8 M bajtów p am ięci w ym aga zew nętrznej gen eracji adresu fizycznego.
P am ięć jest segm en tow an a na b lok i po 64 K bajtów , a ad
res je s t ok reślan y przez 16-bitow e w y ró w n a n ie w zględ em początku segm en tu (ang. offset) i 7 -b ito w y num er se g m entu.
M ikroprocesor m a obszerną listę rozkazów , k tóre k orzy
stają z ośm iu tryb ów adresow ania. R ozkazy działają na bajtach, słow ach 16-b itow ych i dłu gich słow ach 32-bito- w ych . R ozkazy dw u argu m en tow e (np. arytm ety czn o -lo g icz- ne) um ieszczają w y n ik operacji w rejestrze (rejestrach), a pobierają argu m en ty z rejestru lub pam ięci, zależn ie od d ozw olonych tryb ów adresow ania. L ista rozk azów m ik ro p rocesorów Z8000 zaw iera, oprócz typ ow ych , operacje sp ec
jalne, często n ied ostęp n e n a w et w n ow oczesn ych m in ik om puterach. D o takich operacji m ożna zaliczyć np. p rzesła
nia b lokow e, przeszu k iw an ie z porów naniem , d zielen ie liczb 64-bitow ych, operacje b ito w e z dyn am iczn ym ad reso
w an iem pojedynczych bitów .
M ikroprocesor je s t p rzystosow an y do p racy w ielo za d a n iow ej, w system ach w ielod ostęp n ych i w ielop rocesoro
w ych. Może działać w dw óch trybach pracy, przy czym
Z a re z e
rwowane J5________________________ ’ :
15 o
FCW EMojwŁ | HViE|o,o.c|c|z|s|fifvbÀ]H|o.c|
^ ^ i • A d re s I
15__________ . _____________
I
o jN ^ m e r s e tjm e n iu iO .O .O.O .Q,Q.Q.Ç G dm e w yrów nanie ¡0 , 0 , 0 ,C ,0 ,0 ,C,QR ejestr sterowania, i k o n - r ń --- troli od św ieżan ia pamięci --- - d y n a m ic zn e j
Z 8 0 0 1 Z 8 0 0 2
R ys. 1. R e je s try m lk ro p ro c e so rû w 2 8 0 0 1 i2
W odróżnieniu od m ikroprocesora INTEL 8086, rejestrom nie przyporządkow ano fu n k cji, są w ię c rzeczy w iście r e je stram i un iw ersaln ym i. O peracje określane przez znaczenie rozkazu lu b w y b ra n y tryb adresow an ia są dla nich id en tyczne.
D la zap ew n ien ia m o żliw o ści określenia segm en tu i ad
resow an ia rozszerzonej pam ięci, układ Z8001 m a p od w ójn y rejestr- R14. W porów naniu z m ikroprocesorem Z8002 inne je s t przeznaczenie teg o rejestru , gd yż w R14 i R14' p rze
ch ow u je się 7 -b itow y num er segm en tu , odpow iednio — dla w sk aźn ik a stosu trybu norm alnego i system ow ego. R eje
stry R15 i R15' służą do um ieszczania 16-bitow ego adresu w obrębie segm en tu p rzeznaczonego na stos n orm aln y i s y stem ow y.
R ejestr stanu FCW (ang. flag an d contr ol w o rd ) p rze
ch ow u je bity, k tórych w artość je s t określona przez opera
cje a rytm etyczn e i logiczn e (p rzeniesienie, zero, znak, pa-
■yrgwnonie | C , Q , 0 ,Q , 0 ,0 , 0 , 0 |
stowo stanu procesora Licznik | rozkazów 1
M A M
iEOlsffi
M M
O .Nr s e g m e n t u a r ą Q , Q W yrOwnomę s e g m ę n tj
rzystość lub p rzep ełnienie, w y ró w n a n ie dziesiętne, p rzen ie
sien ie połów kow e) oraz przez z a p is y w a ln e . b ity steru jące trybem pracy (system ow y/n orm aln y), segm en tacją pam ięci (tylk o Z8001), sposobem gen eracji przerw ań (w ek torow e lub n ie w ek torow e). Z rejestrem stanu procesora często łączy się- licznik rozkazów , n azyw ając dw a rejestry — rejestram i stanu program u. W m ikroprocesorze Z8002 licznik rozka
zów jest rejestrem 16-bit'owym, a w Z8001 — 32-bitow ym , lecz w yk o rzy stu je się ty lk o 23 bity. R ejestru P S A P (ang.
p r o g r a m sta tu s area pointer) u żyw a się przy przerw aniach.
A d resow an ie pam ięci i urządzeń zew n ętrzn ych
M ikroprocesor Z8002 m oże adresow ać 64 K bajtów p a m ięci, co je s t zgodne z 16-bitow ą architekturą tego układu.
N atom iast układ Z8001 m a m ożliw ość ad resow an ia 8 M b a j
tów . P rocesor gen eru je dod atk ow e 7 b itów inform acji 0 bieżącym num erze segm en tu pam ięci p odaw anych na w ejście zew n ętrzn ego bloku zarządzania pam ięcią. Blok zarządzania pam ięcią, tw orzący 23-b itow y adres fizyczn y (rys. 2), m oże być zrealizow an y w logice TTL lub też z za
stosow an iem sp ecjalizow an ych u k ład ów typu 8010. In for
m acja dostarczana do bloku zarządzania pam ięcią sk ład a
jąca się z dw u części — 7 -b itow ego num eru segm entu 1 16-bitow ego w yrów n an ia, m oże być um ieszczona w dw óch rejestrach, dw óch słow ach p am ięci lub w kodzie rozkazu.
Moduł Modut
O
p ro c e s o r a Lnie zezw cleń-2 i sy ste m u Lnie zezw oleń-2 sy ste m u
M ERA -60 MERA-60 MERA-60
Linie d an y ch i a d re só w -1 6 (18)
i i >
. n i III m •
Limę steru jące wymiana danych - 6 i i
>
<
S y stem o w e ttnie kontrolne - 6li i
,>
: t t i :
<
. . . Linie p rz e rw a ń - 3 16!>
R ys. 2. T w o rz e n ie 23-bitow ego a d re su fiz y c z n e g o p rz e z blok z a r z ą d z a n ia p a m ię c ią
M ikroprocesor Z8001 um ożliw ia rozdzielenie sek cji p a
m ięci dla kodu program u, danych i stosu. W ykorzystując blok zarządzania pam ięcią m ożna pisać program y prze- m ieszczalne, tzn. nie w ym agające zm iany ich kodu w p rzy
padku p rzeładow ania w inne m iejsce p am ięci operacyjnej.
J a w n e num ery segm en tów zaw arte w niek tórych rozk a
zach są p rzekształcane przez blok zarządzania pam ięcią na n ow e w artości słu żące do tw orzenia odpow iedniego, 23-bi
tow ego adresu fizycznego. Procesor Z8001 ma sp ecjaln e rozkazy w e jśc ia -w y jśc ia u żyw an e do m anipulow ania r e je stram i bloku zarządzania pam ięcią i określania zw iązku m iędzy adresam i logiczn ym i a fizycznym i. Podobne p od ejś
cie zastosow ano w cześn iej w m inikom puterach serii P D P - -11, których realizacja w tech n ologii o dużym stopniu sc a len ia nosi n azw ę LSI-11.
Obszar ad resow y urządzeń zew nętrznych je s t oddzielony od obszaru ad resow ego pam ięci. U rządzenia zew n ętrzn e są ad resow an e przez 16-bitow y adres zaw arty w kodzie roz
kazu lub w rejestrze.
-Tryby ad resow an ia
R ozkazy m ikroprocesora Z8000 w yk orzystu ją osiem róż
nych sposobów w yzn aczan ia argum entów operacji czy li — osiem tryb ów adresow ania. T ryby adresow ania d efipiują w arian ty tego sam ego rozkazu różniące się przy w y k o n a niu sposobem pobrania argum entu. D la danego rozkazu dozw olone są na ogół tylk o niek tóre tryb y adresow ania z p ełn ego, o śm ioelem en tow ego zbioru. P oniżej podajem y opis stosow an ych tryb ów adresow ania:
— rejestro w y — argu m en tem je s t zaw artość rejestru okre
ślo n eg o w rozkazie
— p rosty (ang. i m m e d i a t e ) — argum ent jest zaw arty w roz
kazie
— pośredni — zaw artość rejestru określonego w rozkazie je s t adresem argum entu w pam ięci
— bezpośredni — rozkaz zaw iera adres argum entu w p a m ięci
— in d ek sow y — rozkaz określa adres, który zsum ow any z zaw artością rejestru — rów n ież określonego w rozka
zie ,— w sk azu je adres argum entu
— w z g lę d n y — rozkaz określa stałą przem ieszczenia, która dodana do bieżącej zaw artości licznika rozkazów w sk azu je adres argum entu
— bazow y — rozkaz określa rejestr, k tórego zaw artość zsum ow ana z p rzem ieszczeniem zaw artym w rozkazie w sk azu je adres argum ent«-
— bazow y in d ek sow y — rozkaz określa rejestry (bazow y i indeksow y), których zsum ow ana zaw artość w sk azu je adres argum entu.
W przypadku m ikroprocesora Z8001 w ym ien ion e tryby adresow ania w y m agają opisania sposobu gen erow an ia nu
m eru segm en tu . P rzy adresow an iu bezpośrednim kod roz
kazu zaw iera adres, który jest p rzech ow yw an y na 16 lub 32 bitach. W p ierw szym przypadku num er segm entu jest k od ow an y na 7 bitach jed n ego bajtu, a drugi bajt przecho
w u je 8 -b ito w y adres w zględ em początku segm entu. W dru
gim przypadku jed n o 16-bitow e słow o przech ow u je num er segm en tu (8 b itów jest n ieu żyw an e, a w o ln y bit drugiego bajtu określa rodzaj trybu), n atom iast drugie słow o zaw iera 16-bitow y adres w zg lęd em początku segm entu. P odobnie jest in terp retow an y adres dla tryb u indeksow ego, gdzie także w yróżnia się dw a tryb y — z krótkim (bajtow ym ) i długim (słow nym ) adresem . W przypadku adresow ania bazow ego i pośredniego, num er segm en tu i 16-bitow y ad res w obrębie segm en tu pochodzą z dw u rejestrów .
M ikrokom puter z pam ięcią nie segm en tow an ą (Z8002) nie m oże rozróżniać tryb ów adresow ania z krótkim i długim adresem . P onadto, w ty m przypadku tryby in d ek sow y i bazow y opisują iden tyczn e fu n k cjon aln ie sp osob y w y z n a czenia argum entu, a obliczanie adresu efek ty w n eg o różni się w nich jed y n ie sposobem obliczania num eru segm entu, co nie je s t u w zg lęd n ia n e przez układ Z8002.
Oprócz w ym ien ion ych tryb ów adresow ania, różnicujących te sam e fu n k cjon aln e rozkazy, stosu je się n ieja w n y tryb adresow ania z inkrem entacją, którego u życie w yn ik a z d zia
łan ia rozkazu.
W szystk ie rejestry u n iw ersaln e są w yk o rzy sty w a n e w pełni sym etryczn ie w zględ em w ym ien ion ych tryb ów adresow ania.
Brak je s t natom iast sy m etrii trybów ad resow an ia w z g lę dem różnych grup rozkazów .
L ista rozkazów
L ista rozkazów zaw iera w szy stk ie p od staw ow e rodzaje rozkazów , których funkcje i sposób działania zostaną p o
niżej scharakteryzow ane.
R ozkazy p rzesyłania
R ozkazy m ikroprocesorów Z8001/2 u m ożliw iają p rzesyła
nie danych m ięd zy rejestram i a pam ięcią. Jed n ym z argu m en tów przesłania jest zaw sze zaw artość rejestru, co sta n ow i regułę dla w szystk ich rozkazów dw uargum entow ych'.
R ozkazy przesyłania um ożliw iają op erow an ie b ajtam i, s ło w am i .i d łu gim i słow am i. Są jed yn ą grupą rozkazów w y korzystu jących ad resow an ie bazow e.
M ożliw ość p rzesyłania słó w m iędzy kom órkam i pam ięci zapew niają rozkazy przesłań stosow ych i_ blokow ych. W rozkazach tych stosu je się ad resow an ie p ośrednie z in k re
m entacją. P rzesłania b lok ow e są rozkazam i trójargu m en - tow ym i. W dw óch rejestrach przech ow u je się ad resy p o brania i przesłania, a trzeci rejestr jest licznikiem długości bloku. R ozkazy te działają na słow ach i bajtach, m ogą w y k o n y w a ć przesłan ie całego bloku lub też pojedynczych elem en tów tablicy.
O peracje w e jśc ia -w y jśc ia m ożna także zaliczyć do roz
k azów p rzesyłania, poniew aż urządzenia zew n ętrzn e są a d resow aln e. A nalogia jest tym bliższa, że inform acja z e w n ętrzna .iest przesyłana zaw sze przez jeden z ' rejestrów u n iw ersaln ych . W tej gru p ie rozkazów w y stęp u ją także przesłania b lok ow e, użyteczn e dla szybkich urządzeń z e w nętrznych.
Istn ieją ponadto rozkazy w y m ia n y zaw artości rejestró w z pam ięcią. Przy ich użyciu m ożna przesyłać zaw artość grupy rejestrów ,
R ozkazy arytm etyczn e i logiczne
M ikroprocesor Z8000 m oże dodaw ać, odejm ow ać, p orów n yw ać, negow ać, m nożyć i dzielić liczb y dodatnie lub u je m n e o różnej długości. W ynik operacji jest zaw sze u m iesz
czan y w rejestrze lub w grupie rejestrów .
O peracje dodaw ania i odejm ow ania są w y k o n y w a n e na liczbach 8-, 16- i 32-bitow ych ze znakiem . W ynik m nożenia m oże być 64-bitow y. D zielić m ożna także liczby 64-bitow e.
D la liczb 8- i 16-bitow ych istn ieją rozkazy dodaw ania i od ejm ow an ia z uwzględnieniem * przeniesienia, co — łą cz
n ie z rozszerzeniem M a k u na bardziej znaczący baj-t — um ożliw ia w y k o n y w a n ie działań o w ielok rotn ej precyzji.
R ozkazy in k rem en tacji i d ek rem en tacji rejestru, o liczby z zakresu od 1 d o 15, są rów n ow ażn e d odaw aniu lub od ej
m ow an iu z argum entem bezpośrednim . M ogą !być p rzy d a tn e przy organizow aniu dostępu do tablic przechow ujących liczb y w ielo k ro tn ej p recyzji lub — 'inne, bardziej złożone stru k tu ry danych, adresow an e za pom ocą rejestrów .
Jed n ym z rozkazów je s t operacja przekształcania liczby 8 -b itow ej na d w u cyfrow ą liczbę w kodzie BCD. D o rozka
zów a rytm etyczn ych należą także • rozkazy porów nania, które pow odują u sta w ien ie b itów stanu procesora (prze
n iesien ie, znak, parzystość lub przep ełn ien ie, zero), te s to w an ych rozkazam i sk ok ów w arunkow ych. W adą m ikropro
cesora je s t brak przerw ania w ew n ętrzn eg o w przypadku p rzepełnienia arytm etycznego.
M ikroprocesor Z8000 w y k o n u je rów n ież typ ow e operacje logiczne jak: sum a, iloczyn, n egacja i różnica sy m etry cz
na. D o tej grupy zalicza się także jed n oargu m en tow e ope
racje testow an ia. Są one rów n ow ażn e sum ie logicznej ar
gu m en tu z zerem . Istn ieją ponadto rozkazy u staw ian ia do
w oln ych b itów w sk azan ego rejestru w ed łu g stanu, okre
ślonej w rozkazie, k om binacji b itów słow a stanu procesora.
D o rozkazów logiczn ych m ożna zaliczyć także operacje b itow e, które um ożliw iają u staw ian ie, k asow an ie lu b te stow an ie w sk azan ych b itów argum entu. N um er bitu p o d le
gającego operacji m oże być ok reślan y statyczn ie, ja k o 4- -b itow a stała zaw arta w rozkazie, lub — dynam icznie przez zaw artość odpow iedniego rejestru.
O ddzielną grupę operacji logicznych stan ow ią rozkazy p rzesunięć i obrotów (przesunięć cyklicznych). P rzesu n ię
ciu m oże podlegać bajt lub słow o 16- bądź 32-bitow e. W y
różnia się przesunięcia logiczn e i a rytm etyczn e (z za ch o w a n iem znaku), z u w zględ n ien iem lub bez u w zględ n ien ia b i
tu przeniesienia. Licznik przesunięć m oże być ok reślon y jako argum ent bezpośredni rozkazu lub — przez zaw artość rejestru.
R ozkazy skoków
R ozkazy zm ien iające k olejn ość w yk on yw an ia rozkazów program u dzielą się fu n k cjo n a ln ie na skoki zw yk łe, w a ru n k ow e, w y w o ła n ia i pow roty z procedur. O ddzielną grupę stan ow ią przerw ania program ow e i rozkazy pow rotu z pro
cedur obsługi przerw ania.
R ozkazy skoku w aru n k ow ego i w y w o ła n ia procedury oraz rozkazy pow rotu z procedury m ają 4-b ito w e pole u m ożliw iające określen ie 16 różnych w aru n k ów skoku. W a
runki -są d efin io w a n e przez w yrażenia logiczne, zaw iera
jące b ity stanu procesora (przeniesienie, zero, znak, prze
pełnienie), k tóre m ogą być u żyteczne z punktu w idzenia relacji zachodzących m iędzy argum entam i ostatniej op era
cji. N iektóre rozkazy sk o k ó w w aru n k ow ych i w y w o ła ń m o gą określać w y b ra n y tryb ad resow an ia (pośredni, b ezp o
śred n i lu b indeksow y), in n e — u żyw ają tylk o trybu w z g lę dnego. R ozkaz skoku b ezw aru n k ow ego je s t szczególnym przypadkiem skoku z grupy sk ok ów w aru n k ow ych . P rzy u życiu skoku z m od yfik acją i testo w a n iem zaw artości r e jestru m ożna w y k o n y w a ć iteracje.
R ozkazy skoku do procedur zaw sze zostaw iają ślad p o
w rotu na stos-ie. F u n k cję w sk aźn ik a stosu pełni rejestr R15 lu b R15' (w zależności od trybu pracy), dla procesora Z8001 rozszerzony o rejestr R14 lub R14' przech ow u jący num er segm entu przeznaczonego dla stosu.
R ozkaz w y w o ła n ia system ow ego (przerw anie program o
w e) i rozkaz pow rotu z procedury obsługi przerw ania ta k że zm ien iają norm alną k olejn ość w y k o n y w a n ia rozkazów .
P ierw szy z nich um ieszcza na sto sie pełną inform ację o stan ie przeryw an ego program u (p. poniżej) i w prow adza procesor do trybu sy stem o w eg o przekazując sterow an ie do odpow iedniej procedury obsługi przerw ania. R ozkaz ten ma argum ent bezpośredni, k tórego m ożna użyć np. do pro
gram ow ego rozróżnienia w y w o ła ń sy stem o w y ch w ed łu g m e
tody zaprojektow anej przez program istę.
P rzeszu k iw an ia i transform acje danych
R ozkazy przeszukiw ania z p orów n yw an iem — podobnie jak rozkazy p rzesyłan ia blok ow ego — są trójargum entow e.
K ażdy z nich zaw iera czerob itow e p ole w aru n k u (por. p o
w yżej). Za pom ocą tych rozkazów m ożna porów n yw ać liczbę zapisaną w rejestrze z cią g iem danych" p rzech ow y
w an ych w pam ięci lub porów n yw ać dw a ciągi danych.
W p ierw szym przypadku jed en z rejestró w zaw iera p o
rów n yw an y argum ent, drugi argum ent w sk a zu je początek przeszukiw anego obszaru, a trzeci argu m en t zaw iera — po w ykonaniu rozkazu — zm od yfik ow an y liczn ik kroków po
trzebnych do odszukania danej. D ana jest znaleziona, jeśli przy kolejnym porów naniu zaw artości rejestru z elem en tem tablicy zostanie sp ełn ion y w aru n ek w y m ien io n y w - roz
kazie.
W drugiej gru p ie rozkazów p rzeszukiw ania u żyw a się dw óch ad resów zaw artych w rejestrach. P od ob n ie jak w poprzednim przypadku, przeszu k iw an ie k ończy się po sp e ł
n ieniu ok reślonego w arunku, a w k olejn ych krokach m od y
fik o w a n e są oba rejestry u żyw an e do ad resow an ia oraz licznik kroków .
M ikroprocesor Z8000 ma w zbiorze rozkazów także tzw.
rozkazy transform acji tablic (ang. tr an slate instructions).
Ich d ziałan ie sprow adza się do p rzekształcania w ed łu g po
danego w zorca, k olejn ych elem en tó w tab licy z jed n ej dzie
dziny zm iennych na inną (np. z kodu A SCII do EBCD).
W ym ienione grupy operacji, podobnie jak przesłania b lo k ow e, zaw ierają rozkazy, które m ogą działać na bajtach, słow ach, w yk o n y w a ć operacje krokow o lu b dla całego b lo
ku danych. P rogram iści p rzyzw yczajen i do k la sy czn y ch m i
nikom puterów , a tym bardziej — p rogram ujący m ikropro
cesory 8-b itow e, będą zd ziw ien i m ożliw ościam i tych roz
kazów . Ich sym u lacja na starszym sprzęęie w ym aga u ży cia sk om p lik ow an ych procedur. W ykonanie tych rozkazów jest dość czasochłonne, lecz m oże być przeryw an e przez zgłoszenia zew n ętrzn e przed ich p ełn ym w yk on an iem , ale po końcu k o lejn eg o kroku.
K ontrola procesora i u kładów przerw ań
R ozkazy tej grupy służą do u staw ian ia i k asow an ia bitów rejestru FCW oraz m askow ania przerw ań lub zezw alan ia na przerw ania. Oprócz tego, istn ieją rozkazy ład ow an ia rejestrów P S A P i obu w sk a źn ik ó w stosu. W iększość z nich jest zastrzeżona dla trybu u p rzy w ilejo w a n eg o (tj. sy s te m ow ego).
P rzerw an ia program u
P rogram y m ikroprocesorów Z8001/2 m ogą .być przeryw a
ne zarów no przez zdarzenia w ew n ętrzn e, jak i zew nętrzne.
P rzerw anie w ew n ętrzn e jest g en erow an e w k ilku p rzyp ad kach:
— przy w ykonaniu rozkazu w y w o ła n ia system ow ego
— przy próbie w yk on an ia w trybie norm aln ym rozkazu zastrzeżonego dla trybu u p rzyw ilejow an ego
— przy użyciu rozkazu n ielegaln ego, '
— w sk u tek błędu w y n ik a ją ceg o z próby dostępu poza ob
szar segm entu chronionego przez blok zarządzania p a m ięcią.
W przypadku przerw ania, na sto sie sy stem o w y m zap isy
w ana je s t zaw artość licznika rozkazów PC (jedno słow o w przypadku Z8002 i dw a słow a dla Z8001), zaw artość r e jestru stanu FCW i 16-bitow y id en tyfik ator źródła p rzer
w ania dostarczany przez zew n ętrzn e u k ład y g en eracji prze
rw ania lu b sam procesor (w przypadku przerw ań w e w nętrznych). P o p rzesłaniu tej inform acji na stos procesor odczytuje z pam ięci, n o w y stan, określając adres program u w pam ięci z inform acji zaw artej w rejestrze P S A P (osiem bardziej znaczących b itów adresu i — d odatkow o — n u m er segm en tu dla procesora Z8001) oraz z inform acji d o
starczanej przez układ g en eracji przerw ania (osiem m niej znaczących bitów' adresu).
Poniższy artykuł rozpoczyna piącioodcinkowy cykl, poświęcony pod
bijającym dzisiaj rynki światowe — system om graficznym o organi
zacji rastrowej: Następny artykuł przyniesie om ówienie 17 aktualnych modeli tych system ów (gł. amerykańskich). Dwa dalsze dotyczyć będą obecnych tendencji w ich projektowaniu. Ostatni artykuł poświęcony jest zagadnieniom percepcji wzrokowej użytkownika system ów graficz
nych. Jacek Owczarczyk, autor całego cyklu, przedstawi też własne doświadczenia, zebrane w trakcie opracowywania INSYGRAFU —
JACEK OWCZARCZYK
INferakcyjhego SYstemu GRAFicznego. . (Red.)
W arszaw a
Rastrowe systemy graficzne
K ażdy, k to w id ział ośrodki ob liczen iow e od początku ich
^ istn ien ia, p am ięta „obrazy” M ony L izy, m n iej lub bardziej udane ak ty, K aczory D onaldy i M yszki M iki drukow ane na drukarkach w ierszow ych . P ow szech n ość tego zjaw isk a nie je s t b yn ajm n iej w yrazem szczególn ych u zd oln ień ar
ty sty czn y ch program istów , ale przede w szy stk im — próbą pokazania w y n ik ó w pracy kom putera w form ie bardziej zrozum iałej dla (często niedośw iadczonego) użytk ow n ik a.
W ykresy i m apy otrzym yw an e na drukarkach w ierszow ych , ja k k o lw iek toporne w form ie, były (i są) bardziej k om u n ik a ty w n e w sw e j treści niż tasiem cow e tabele liczb.
W latach sześćd ziesiątych w zg lęd n ie p ow szech n ym urzą
dzeniem graficznym , w sp ółp racu jącym z kom puterem , stał się p isak x y (plotter). D zięk i n iem u form a u doskonaliła się, dokładność k reślen ia lin ii jest już często rzędu s e tnych m ilim etra. R ów n olegle p o ja w iły się elek tron iczn e u- rządzenia w y św ie tla ją c e — grafoskopy. W p orów naniu z p i
sak iem x y isto tn y m n ow ym elem en tem jest tu m ożliw ość w sp ó łu czestn ictw a u żytk ow n ik a w procesie tw orzen ia r y sunku poprzez m o d y fik a cję tylk o n iektórych, w yb ran ych jego części.
Sk om p lik ow an e i w y sp ecja lizo w a n e grafoskopy, u ży w a ne w procesie k on stru ow an ia n ow ych elem en tó w sta tk ó w i sam olotów , z uw agi na w y so k ą cen ę n ie znajdują p o w szech n ego zastosow an ia. J ed n ocześn ie w w ie lu zastoso
w an iach rysu n k i złożone z lin ii, n atu raln e w p raktyce in żyn iersk iej, są zb yt sch em atyczn e i za m ało k om u n ik a
tyw n e. Stąd też b ierze się potrzeba gen erow an ia obrazów
„ciągłych ”, tak ich jak w fotografii lub telew izji!
P rzykładem m oże być sym u lator lotów . J e st to u rządze
nie do treningu p ilotów , w czasie którego na ek ran ie w y św ie tla n y jest obraz „w id zian y” z kokpitu sam olotu. Z m ia- xna urządzę^ p okładow ych, d ołączonych do kom putera, po
w od u je zm ianę bazy danych (np. m od elu lotniska), a tym
D r JA C E K O W C ZA RCZY K u k o ń c z y ł s tu d ia n a W y d ziale M a te m a ty k i U n iw e r s y te tu W a rsz a w sk ie g o 1 n a U n iw e rs y te c ie w D u rh a m (W ielk a B r y ta n ia ). W 1977 r o k u u z y s k a ł s to p ie ń d o k to r a n a u k te c h n ic z n y c h w I n s ty tu c ie C y b e rn e ty k i P o lite c h n ik i W ro c ła w s k ie j. W la ta c h 1981—1982 b y ł w y k ła d o w c ą n a U n i
w e rs y te c ie w L ag o s, a n a s tę p n ie p ro w a d z ił b a d a n ia n a u k o w e n a u n i w e rs y te c ie w L o n d y n ie . O b e c n ie je s t a d iu n k te m w Z a k ła d z ie I n fo r m a ty k i I n s ty tu tu G eo lo g iczn eg o . S p e c ja li
z u je się w o rg a n iz a c ji k o m p u te r o w y c h sy s te m ó w g r a fic z n y c h 1 c y f r o w y m p rz e tw a r z a n iu o b ra z ó w .
sam ym m o d y fik a cję w y św ietla n eg o obrazu. W skazane jest, aby p ilo t w id zia ł m o żliw ie rea listy c zn y obraz lotn isk a, dzięk i czem u kon cen tru je się on jed yn ie na w ła ściw y m p row adzeniu sam olotu. P rzyk ład sym u latora lotów , ja k k o l
w iek nie w sk a zu je m oże na p o w szech n ą p otrzeb ę tw o rze
nia rea listy czn y ch obrazów , jest o ty le istotn y, że w ła śn ie to konkretne zastosow an ie było (i jest) stym u latorem n o w ych, ciek a w y ch i bardziej e fe k ty w n y c h rozw iązań w roz
w o ju k om p u terow ych sy stem ó w graficznych.
O bszarów zastosow ań, w których is tn ie je konieczność tw orzen ia obrazów o stru k tu rze norm alnego obrazu te le w izyjn ego, m ożna w y m ien ić w ie le , choćby: m ed ycyn a (to
m ografia), p rzetw arzan ie zdjęć sa telita rn y ch czy sztuka u żytk ow a (film , w zornictw o). S y stem y graficzn e p o z w a la jące g en erow ać takie w ła śn ie obrazy n a zy w a n e są r a - s t r o w y m i . C zynnikiem , który do n ied a w n a ograniczał rozw ój tych system ów , był w y so k i koszt pam ięci (k on iecz
na jest tu rozbudow ana pam ięć). O becnie jednak szybko m alejący koszt produkcji p am ięci p ółp rzew od n ik ow ej, k tó ra m oże być użyta do tego celu, sp ow od ow ał rad yk aln y zw rot konstru k torów kom puterow ych sy stem ó w gra ficz
n ych w ła śn ie , ku organ izacji rastrow ej. N a leży pod k reślić, że d la k on stru k torów była to zaw sze atrak cyjn a id ea — z u w agi na m ożliw ość zastosow an ia w zg lęd n ie taniego i znajd u jącego się w m asow ej p rodukcji sprzętu te le w iz y j
nego (a zw łaszcza stan d ard ow ych m onitorów ). A poza tym — sy stem y ra strow e u m ożliw iają rów n ież k reślen ie rysu n k ów złożonych z lin ii, a w ię c m ogą p ełn ić te sam e fu n k cje co. grafoskopy.
W 1982 roku w p ań stw ach zachodnich dobry T a s tr o w y sy stem graficzn y k osztow ał m n iej w ięcej tyle, co dobrej m arki sam ochód; już n a w et k om putery oso b iste w yk on u ją fu n k cje graficzne; p o w sta ją w y sp ecja lizo w a n e uk ład y sc a lon e, p ełn ią ce różnorakie fu n k cje w system ach g ra ficz
nych... „B oom ” g ra fik i k om puterow ej! — W yraźny krok w stronę bardziej n aturalnego d ialogu czło w iek a z kom puterem .
K O N FIG U R A C JA
W rastrow ych system ach graficzn ych w y k o rzy sty w a n a jest an alogiczn a m etoda tw orzen ia obrazu do tej, której użyto w telew izji. Obraz na ek ran ie m on itora jest tw o rzony przez ruch plam k i św ie tln e j o m od u low an ej lu m i- nacji. P rzem ieszczan ie się p lam ki (strum ienia elektronów ) n astęp u je w zd łu ż lin ii tw orzących tzw . raster. N iezależn ie od treści obrazu tor p rzeb iegu p lam ki św ie tln e j jest zaw sze taki sam . Obraz jest tw orzony w ielo k ro tn ie w ciągu jednej sekundy, a bezw ład n ość w zroku pozw ala odtw arzać c ią g łość ruchu.
S tandardy te le w iz y jn e ok reślają m ięd zy in n ym i łączną liczb ę lin ii rastra, czas od tw arzan ia jednej lin ii i często tliw o ść n ad aw an ia obrazów . W edług standardu sto so w a n e
go w kraju, raster składa się z 625 lin ii, czas jed n ej li
nii — 64 (is, często tliw o ść w y św ie tla n ia obrazów — 50/s.
Z 625 lin ii tw orzących raster tylk o 575 jest w y św ietla n y ch
*
na ekranie, pożostaie 50 lin ii ulega W ygaszeniu podczas p ow rotu p ion ow ego p lam ki. Podobnie, z 64 jis przeznaczo
nych n a jedną lin ię — ok. 12us jest tracone n a pow rót plam ki.
P odane w y żej param etry pozw alają określić w ym agania sta w ia n e sy stem o w i k om p u terow em u gen eru jącem u obraz te le w iz y jn y w trybie nadążnym . P on iew aż stosu n ek szero
kości do w ysok ości obrazu telew izy jn eg o w yn osi 4 :3, k a
żda lin ia p ow in n a sk ład ać się z ok. 767 elem en tó w (w ów czas m ają one przekrój rów n y od stęp ow i p om iędzy li
niam i). P rzyporządkow ując każdem u e lem en to w i sześć b i
tów inform acji, co daje m ożliw ość zakodow ania 64 różnych poziom ów szarości (system w zrok ow y jest w stan ie roz
różnić ok. 50 poziom ów szarości), otrzym u jem y 767 -X 6 bi- tów /52 ns, co d aje 88,5 bitów /}is lu b ok. 11 M b aj
tó w /s. T ylko bardzo rozbudow ane sy stem y k om puterow e są w sta n ie gen erow ać dane z tą szybkością. N ie chodzi tu rzecz jasna o szybkość tran sm isji, lecz o czas w y p e ł
niania inform acją 767 X 6 bitów .
A ltern a ty w n y m rozw iązan iem jest p rzeznaczenie w .s y stem ie k om p u terow ym p ew n ego obszaru pam ięci, w k tó
rym m agazyn ow an a zostaje inform acja o obrazie. D ane p o bieran e są w tej pam ięci z szyb k ością niezbędną do for
m ow an ia sygn ału w izy jn eg o oraz m od yfik ow an e są — n ie zależnie — z szybkością dostosow an ą do m ocy procesora.
P am ięć ta, nazyw an a p a m i ę c i ą o b r a z o w ą , dla om a
w ian ego przykładu p ow in n a w y n o sić 575 X 767 b itó w , to jest ok. 330 K b ajtów . P am ięć ta m u si być odpow iednio szybka, ab y u m ożliw ić form ow an ie sy g n a łu w izyjn ego.
W latach sześćd ziesiątych jako pam ięć obrazow ą w y k o rzystyw an o pam ięci d ysk ow e (odpow iednie rozm ieszczenie danych d dostosow an ie p rędkości ob rotow ej ta lerzy p o zw o liło u zysk iw ać szybkość tran sm isji danych n iezb ęd n ą do form ow ania stan d ard ow ych sy g n a łó w w izyjn ych ). O becnie w system ach graficzn ych jako pam ięć obrazow ą w y k o rzy stuje się pam ięci p ółp rzew od n ik ow e. Szybko m alejący w osta tn ich la ta ch koszt w ytw arzan ia tej pam ięci był, zresztą, jedną z przyczyn g w a łto w n eg o rozw oju rastrow ych sy stem ó w graficznych.
P od staw ow e k o n figu racje sy stem ó w
P roste urządzenie w y św ie tla ją c e o organizacji rastrow ej składa się, oprócz pam ięci obrazow ej, z u kładu form o
w an ia ęygnału w izyjn ego, sprzęgu u m ożliw iającego k om u nik ację z sy stem em k om p u terow ym (zapis in form acji do p am ięci obrazow ej) i o c zy w iście — z m onitora te le w iz y jn e go (rys. 1). U kład form ow an ia sy g n a łu w izy jn eg o pobiera k olejn e b ajty (słow a) z pam ięci ob razow ej i tw orzy a n a lo go w y sy g n a ł w izy jn y . U kład ten gen eru je rów n ież n ie zbędne im p u lsy synchronizujące i im p u lsy w ygaszan ia.
O becnie bardzo często fu n k cję tę p e łn ią jed n ostk ow e u k ła
d y ’scalone, tzw . kontrolery w iz y jn e (ang. d isp lay control- lers).
R ys. X. S c h e m a t u rz ą d z e n ia w y ś w ie tla ją c e g o o o r g a n iz a c ji r a s tro w e j
O czyw iście, to jeszcze n ie je s t sy ste m graficzn y, a j e dyn ie urządzenie w y jśc io w e w y św ie tla ją c e dane w form ie graficzn ej na ek ran ie m onitora.
K olejnym krokiem w rozw oju sy stem ó w graficzn ych b y ło u m o żliw ien ie u żytk o w n ik o w i m o d y fik a cji w y św ie tla n e go obrazu w sposób bezpośredni. W tym celu sk on stru o
w ano szereg urządzeń lok alizu jących na ek ran ie m onitora poszczególne elem en ty w y św ie tla n e g o obrazu. Początkow o d om in ow ały pióra św ie tln e , w y k o rzy stu ją ce w tym celu zależności czasow e w trak cie gen erow an ia rastra te le w i
zyjnego. O becnie coraz częściej u żyw an e są różnego ro
dzaju m an ip u latory (kulow e, drążkow e), które steru ją zn acznikiem (ang. cursor) w y św ie tla n y m na ek ran ie m o n i
tora. W spółrzędne znacznika zapisane w rejestrach m ogą być w yk orzystan e do lo k a liza cji ob iek tó w na ek ran ie. P ro
gram y obsługi tych urządzeń n ie w y m a g a ją dużego Sy
stem u k om puterow ego, z p ow od zen iem użyć m ożna m ik ro
procesora. T ak p ow stała konfigu racja, która z n ie w ie lk i
m i m od yfik acjam i spotykana jest w e w szy stk ich a k tu a l
nie produkow anych system ach graficzn ych (rys. 2). W za
leżn ości od m ocy o b liczen io w ej użytego m ikroprocesora i opracow anego oprogram ow ania — część w yk on yw an ych operacji dokonuje się lo k a ln ie bez udziału zew nętrznych sy stem ó w k om puterow ych.
R y s. 2. S c h e m a t s y s te m u g ra fic z n e g o o o rg a n iz a c ji ra s tr o w e j
A k tu aln ie produkow ane sy ste m y graficzn e w yposażone są w szereg u k ład ów realizu jących sp rzętow o niek tóre ope
racje przydatne w p rzetw arzaniu obrazów . N a jczęściej są to gen eratory znaków alfan u m eryczn ych , gen eratory lin ii (w ektorów ), u kłady u m ożliw iające m a n ip u lo w a n ie w y ś w ie tlan ym obrazem (np. p ow ięk szan ie fragm en tów , p rzesu w a
nie obrazu, w y św ie tla n ie k ilk u fra g m en tó w różnych obra
zów w tym sam ym czasie).
S zczególnie w ażn ym u k ładem je s t tab lica pośrednia (ang.
L ook -U p -T ab le). U kład ten, n iezw y k le p rzyd atn y podczas'- cy fro w eg o p rzetw arzan ia obrazów , u m ożliw ia m od yfik ację w y św ietla n eg o obrazu bez k on ieczn ości zm iany zaw artości pam ięci obrazow ej. Z aw artość k o lejn y ch b ajtów , pobiera
nych w trak cie form ow an ia sy g n a łu w izyjn ego, trakto
w ana jest jako ad res elem en tu z p e w n e j tab licy, a w a rto ści w n ie j zapisane służą do gen erow an ia sy g n a łu w iz y j
nego. Z aw artość tej ta b licy m oże być zap isyw an a pro
gram ow o.
L
S y ste m y graficzn e w yp osażon e są także w m oduł um ożliw ia ją cy cy fro w a n ie zew n ętrzn ego sygn ału w izy jn eg o (np.
z kam ery telew izy jn ej) i p rzesyłan ie cy fro w y ch danych do pam ięci obrazow ej.
K on figu racja sy stem u graficzn ego jest zazw yczaj ko
m prom isem m ięd zy dążen iem do w y k o n y w a n ia jak n a jw ię kszej liczb y operacji lo k a ln ie (bez u d ziału zew n ętrzn ego sy stem u k om puterow ego) a k osztem system u . D latego też, chociaż m o żliw e je s t ca łk o w icie n ieza leżn e rozw iązan ie, zazw yczaj sy ste m y graficzn e w sp ółp racu ją z in n y m i s y s te m am i k om p u terow ym i, w yk o rzy stu ją c istn ie ją c e urządze
nia (pam ięci m asow e, drukarki), a także m oc ob liczen iow ą dużych k om puterów .
REJESTRA CJA OBRAZÓW
W la ta ch sześćd ziesiątych n ajczęstszym urządzeniem gra
ficzn y m b ył p isak x y , u ży tk o w n ik o trzy m y w a ł w ię c n ie jako a u tom atyczn ie trw ałą kopię g en erow an ego rysunku.
Z m iana organ izacji pracy sy stem ó w graficzn ych przez w p row ad zen ie in terak cyjn ego - procesu tw orzen ia rysu n k ów czy obrazów , jaka dokonała się w osta tn ich latach , spo
w od ow ała, że rysu n ek (obraz) w y św ie tla n y jest w trak cie procesu o b liczen io w eg o na ek ran ie m onitora. Zachodzi za
tem k o n ieczn ość zarejestrow an ia w form ie trw a łej kopii jego ostateczn ej (a m oże i pośrednich) w ersji.
W grafoskopach, z u w agi na id en tyczn ą jak w p isa
kach x y . strukturę danych w y św ietla n eg o rysunku, do pro
dukcji trw a ły ch kopii m oże być w y k o rzy sta n y w ła śn ie p i
sak x y . W rastrow ych system ach graficzn ych (które o b ec
n ie dom inują) do produkcji trw a ły ch k o p ii w y m a g a n e są n atom iast sp ecjaln e urządzenia. W za leżn o ści od przezna
czenia (lub w y m a g a n ej jakości) kopii k on figu racji sy s te -
m u graficzn ego — obrazy m ogą być rejestrow an e na dru
karce elek trostatyczn ej, za pom ocą sp ecja ln y ch urządzeń 1 w yk orzystu jących tech n ik i fotograficzn e, lub też m ogą być
rejestrow an e na m agnetow idach.
D rukarki elek trostatyczn e
W śród w ielu n o w y ch kon stru k cji drukarek n ajw ięk sze zastosow an ie w system ach graficzn ych znajdują drukarki elek trostatyczn e. Z u w a g i na szybkość d ru k ow an ia w y p ie rają one k la sy czn e konstrukcje 'pisaków x y . W drukarkach elek tro sta ty czn y ch u żyw an y jest sp ecjaln y papier pokryty w arstw ą m ateriału dielek tryczn ego (rys. 3 ) . ' G łow ica dru
kująca sk ład a się z zespołu n ieza leżn ie sterow an ych dgieł p rzekazujących ład u n ek elek try czn y na p ow ierzch n ię p a pieru. W zależności od dokładności urządzenia, sto su je się od 40 do 80 ig ie ł na cen tym etr. P ap ier p rzesu w a n y jest n a stęp n ie do zbiornika su b stan cji b arw iącej (zaw iesin a cząsteczek w ęgla). D odatnio n aład ow an e cząsteczk i su b stan cji b arw iącej p rzyw ierają do papieru w m iejscach, w k tó rych uprzednio przekazany został ład u n ek elek try czn y — tw orząc żądany rysunek, je d n o c z e ś n ie drukow ana jest ca
ła lin ia. Czas drukow ania n ie zależy od treści (sk om p li
kow ania) rysunku.
E lek tro d y ,
Zbiornik s u b s ta n c ji ^ ---
1
K ierunek p rz e su w u“ b a r w i ą c e j p a p ie ru
□ s □ a .n
R ys. i. a) D ziesięć r ó i - n y c h p o zio m ó w sz a ro śc i d la m a tr y c y igieł 3 X 3
O pracow any przez w spom nianą w y żej firm ę VERSATEC p ak iet program ów o n a zw ie V ersap lot G ray S calę S o ft
w are u m ożliw ia d rukow anie ,na drukarkach elek tro sta ty cz
nych ob razów w ielo to n a ln y ch o 19 lu b 33 poziom ach sza
rości. P rzyk ład w yd ru k u otrzym an ego za pom ocą tego pro
gram u zam ieszczon y jest na rysu n k u 4b.
I Dopfyw
I substancji barwiącej
R ys. 3. Z a sa d a d z ia ła n ia d r u k a r k i e le k tr o s ta ty c z n e j
Jed n ym z n a jw ięk szy ch p roducentów drukarek elek tro sta ty czn y ch jest firm a VERSATEC. D rukarka VERSATEC M odel 8272 m a szerokość p apieru 183 cm, 80 ig ie ł/c m , d o
kładność w k ieru n k u p oziom ym 0,04 m m , w k ieru n k u p io n ow ym 0,05 m m , szyb k ość d rukow ania 0,6 cm /sek i[5]. In ne m od ele drukarek prod u k ow anych przez VERSATEC o m n iejszej dokładności (40 ig ieł/cm ) charakteryzują s ię jesz
cze w ięk szą szy b k o ścią -d ru k o w a n ia . N a przykład — M odel 8142 drukuje z prędkością 5 cm /sek , co oznacza, że w c ią gu jed n ej m in u ty d ru k ow an e jest 3,7 m 2 p ow ierzch n i r y sunku. In teresu jąco w y g lą d a n a stęp u ją ce porów nanie: ze
sta w 9000 rysu n k ów w yk on an ych na zlecen ie jednej z firm ch em iczn ych został w y k reślo n y na drukarce VERSATEC w ciągu 15 godzin, ta sam a czyn n ość w ym agała na pisak u x y prod u k ow anym przez firm ę C alCom p (jedna z n a jlep szych firm produkujących p isa k i x y ) ośm iu m iesięc y kre
ślen ia p rzez 24 god z./d ob ę {5]. P rod u k ow an y p rzez V ER SATEC m od u ł VRC (ang. V ecto r-to -R a ster C onverter) um o
ż liw ia bezpośrednie w łą cza n ie drukarek elek trostatyczn ych w m iejsce p isa k ó w x y . S p rzętow o realizow ana w VRC zm iana stru k tu ry danych z w ek to ro w ej na rastrow ą jest ośm iok rotn ie szybsza n iż realizacja program ow a.
D rukarki elek tro sta ty czn e m ogą b yć ró w n ież w y k o rzy sty w a n e do produkcji obrazów w ieloton aln ych . P on iew aż jednak ich k o n stru k cja / p ozw ala na jed noczesne dru k ow a
n ie ty lk o dw óch poziom ów w pojed yn czym punk cie, u ży w ana jest specjalna technika podobna do stosow an ej w d ru k arstw ie m etod y drukow ania ilu stra cji w ie lo to n a l
nych. W ykorzystyw ana jest tu taj n astęp u jąca w ła ściw o ść sy stem u w zrokow ego: dla m ałych p ow ierzch n i (rzędu d zie
siątych m m 2) sy stem w zrok ow y odbiera ca łk o w itą u śre
dnioną in ten sy w n o ść tego obszaru. K lisze drukarskie sk ła dają się z oddzielnych p u n k tó w o różnej pow ierzchni, za
leżn ie od stop n ia zaczern ien ia orygin ału . T en sa m e fek t u zy sk u je się na drukarkach elek trostatyczn ych , przypo
rządkow ując pojedynczem u elem en to w i obrazu m atrycy ig ieł (najczęściej są to m a tryce k w a d ra to w e 2 X 2 , 3 X 3 , itd.) i zadrukow ując ją w zależności od stopnia zaczern ie
nia w tym punk cie. Np. stosu jąc m a try cę 3 X 3 m o żli
w e jest otrzym anie d ziesięciu różnych p oziom ów szarości (rys, 4a).
4b) P rz y k ła d o w y w y d r u k z d r u k a r k i e le k tr o s ta ty c z n e j o trz y m a n y za p o m o cą p r o g ra m u V e rsa p lo t [2]
U rządzenia w y k orzystu jące tech n ik i foto g ra ficzn e
W ysoką jak ość reprodukcji obrazów w y św ie tla n y c h na ekranie m onitora m ożna ob ecn ie u zysk ać za pom ocą urzą
dzeń w y k orzystu jących tech n ik i fo tograficzn e. I jak k olw iek potrzeba u zysk iw an ia w y so k iej jakości k op ii b yła od da
w na bardzo w yraźna, a fo to g ra fia w y d a w a ła s ię n atu raln ą tech n ik ą d o tego celu, tech n iczn a realizacja n ap otyk ała na szereg trudności. N a jw a żn iejsze to:
• zn iek ształcen ia geom etryczne; ek ran stan d ard ow ego m o
nitora jest w y p u k ły , p ła sk ie zd jęcie u zysk an e przez bezp o
śred n ie fo to g ra fo w a n ie ekranu zaw iera zn iek ształcenia, które z u w agi na ad ap tację naszego sy ste m u w zrok ow ego do zak rzyw ion ej p ow ierzch n i k in esk op u są n ied ostrzegan e.
• proces tw orzen ia kolorów w m on itorach kolorow ych i fo tografii barw n ej różni s ię zasadniczo, ró w n ież ch arak tery
styk a w id m o w a k in esk op u kolorow ego różn i się od chara
k tery sty k film ó w barw n ych
• raster, a zw łaszcza p rzestrzenne rozłożenie p a sty le k lu m inoforu, rejestrow an y jest na film ie, prow adząc do p o gorszenia jakości k op ii i zn iek szta łceń k olorystyczn ych ; jest to w id oczn e zw łaszcza w ó w cza s, gdy w p ew n y m obszarze w y św ie tla n y jest jed en z p o d sta w o w y ch k olorów (d w ie p o
zostałe p a sty lk i lu m in o fo ró w są w id oczn e na zdjęciu jako czarne plam ki).
W reprodukcjach obrazów b arw n ych głó w n ą p rzyczyną trudności jest zasadniczo różny proces tw orzen ia b arw w m onitorach kolorow ych i w fo to g ra fii b arw nej. W p ie r w szym w yp ad k u w y tw a rza n ie obrazu kolorow ego oparte jest na su m ow an iu trzech p od staw ow ych k olorów w o d p o w ie
dniej proporcji, w ed łu g sy g n a łó w dostarczon ych z u k ła dów sterujących. W fo to g ra fii b arw n ej m ateriał św ia tło czu ły składa się z trzech w a r stw czułych, przeznaczonych dla trzech barw zasadniczych. Po n a św ie tle n iu m a teria ł p od d aw an y jest w y w o ły w a n iu b arw otw órczem u, które p o le ga na jed n oczesn ym tw orzen iu się w każd ej z w a r stw obrazu srebrow ego i obrazu utw orzonego z b arw n ik ów . D la każdej w a r stw y b arw n ik tw orzony jest ty lk o w m ie js
cach n a św ie tlo n y c h św ia tłe m o b arw ie d op ełn iającej do k o
loru w a rstw y . W te n sposób otrzym uje się n e g a ty w b arw ny (o b arw ach d op ełn iających do orygin ału ). J e ś li n eg a ty w ta k i sk op iow ać na pap ierze b arw nym , o trzym u je się obraz p o zy ty w n y o barw ach zgodnych z orygin ałem .
