7. Основные технические характеристики систем и средств отображения информации

В зависимости от условий работы, области применения и конкретного назначения СОИ и УОИ бывают универсальными или специализированными; работают в ускоренном, реальном или замедленном масштабе времени; выдают информацию отдельным лицам, группам или коллективу пользователей; обладают возможностью ведения диалога или нет; имеют с ЭВМ непосредственную связь или дистанционную; обеспечивают непосредственное отображение информации или через промежуточный носитель; осу­ществляют вычислительные операции или нет; имеют внутреннюю память или нет; обладают определенными, операционными воз­можностями—выделение (отметка) части изображения, снятие отметок, стирание всего изображения или выборочное, указание на экране точки для записи изображения, вычерчивание линий, ввод и редактирование текста наложение одного вида информа­ции на другой и так далее. В зависимости от требований, предъявляемых к параметрам, которые определяются сложностью задач, выполняемых УОИ, работающих с ЭВМ, разделяют на три категории. Для каждой из категорий задаются соответственно высшие и низшие значения параметров. К основ­ным характеристикам УОИ кроме рассмотренных выше относят быстродействие, точность, информационную емкость, разрешающую способность и надежность.

Быстродействие УОИ. Характеризует максимально возможный темп приема, отображениями смены информации. Одна из характеристик быстродействия УОИ — время воспроизведения знака, измеряемое от момента поступления кодовой посылки до момента полного образования знака в заданном месте экрана. Время воспроизведения знака составляет единицы и десятки микросекунд для устройств первой категории и десятки миллисекунд для устройств третьей категории и зависит от типа УОИ, схемных решений, элементов, применяемых в схеме, и вида индикаторных элементов. Оно связано со временем, отводимым на формирование и смену кадра. В устройствах отображения информации, позво­ляющих наблюдать за событиями в реальном масштабе времени, время воспроизведения кадра не превышает 20—30 мс. Такое вре­мя воспроизведения кадра свойственно в основном устройствам индивидуального пользования на ЭЛТ и обеспечивает отображение информации без мелькания кадров.

Быстродействие систем отображения характеризуется временем вызова и временем обновления данных. Под временем вы­зова понимают время, измеряемое с момента подачи команды на отображение нужной информации до момента воспроизведения ее УОИ. Это время определяется в основном временем выборки требуемой информации из памяти ЭВМ и временем воспроизведения ее на УОИ. Желательно, чтобы время вызова не превосходило 2—3 с. В противном случае ухудшаются условия оперативного принятия решения оператором. Кроме того, при уве­личении времени вызова значительно повышается вероятность того, что оператор может забыть, какие данные он запросил.

Под временем обновления данных понимают время, измеряемое с момента поступления данных на выход источника информации, сопряженного с УОИ, до момента формирования изображения. Это время зависит от обстановки, вида УОИ и конкретных задач, решаемых системой, и других факторов. Очевидно, отображение весьма важной или срочной информации должно производиться с минимальной задержкой после поступления в систему. Информация, которая должна отображаться УОИ, разделяется в ЭВМ на группы в зависимости от ее срочности и важности. Если не учитывать очередности, то техническое время задержки в отображении информации определяется временем приема данных от источника информации, временем их логической и вычислительной обработки, временем формирования управляющих сигналов и временем воспроизведения информации устройством.

Точность. Воспроизводимая устройством отображения информация должна соответствовать входным данным. Точность воспроизведения информации должна быть не ниже точности обработки ее техническими средствами, обеспечивающими ввод входных данных. Особо высокие требования предъявляются, как правило, к точности устройств индивидуального пользования, используемых для количественной оценки информации, точных расчетов, точных графических построений и т. п.

Так как точность считывания информации в значительной степени зависит от оператора, то требования, предъявляемые к точности УОИ, должны согласовываться с конкретными задачами, решаемыми системами, и возможностями оператора. Исходя из этого, в устройствах, где информация в основном оценивается качественно, например, у многих УОИ коллективного пользования, требования к точности отображения менее жесткие.

Для УОИ свойственны систематические и случайные погрешности при отображении информации. Систематические погрешности в большинстве случаев могут либо устраняться, либо учитываться с помощью поправочных таблиц и графиков. Случайные погрешности вызваны воздействием различных случайных факторов и исключить их невозможно.

Информационная емкость УОИ. Под информационной емкостью УОИ понимают максимальное количество информации, которое может быть на нем отображено. Значение информа­ционной емкости УОИ зависит от количества позиций в нем и числа символов в алфавите, закрепленном за позицией.

Если в УОИ для любой из позиций информационного поля используются алфавиты с одинаковым числом символов, то информационная емкость (бит)

I_и=n Iog₂ m , (7)

где n — количество позиций, которые могут занимать в пределах информационного поля элементы отображения; m — число состояний, в которых может находиться каждый элемент (длина алфа­вита).

Если в УОИ информационные поля используют алфавиты с различным числом символов, закрепленные за определенными группами позиций, то информационная емкость (бит)

I_и=Σn_ilog₂m_i , i=1..M, (8)

где М — число различных алфавитов, используемых в данном ин­формационном поле; n_i — число позиций, занимаемых символами i-гo алфавита; m_i — длина i-гo алфавита.

Количество информации, воспроизводимой УОИ, обычно не равно информационной емкости. Равенство возможно лишь в слу­чае, если для любой позиции информационного поля равновероят­но появление любого из символов алфавита, относящегося к ней.

Если появление символов алфавита длиной m равновероятно для любой из n позиций информационного поля, то количество отображаемой информации (бит)

I = -nP_jlog2P_j, j=1..m, (9)

где Р_j — вероятность появления j-го символа.

В случае, когда алфавиты различны для разных групп позиций, соотношение (9) принимает следующий вид

I=-n_iP_jlog₂P_j. (10)

Формулы (9) и (10) не учитывают статистических связей между появлением различных символов алфавита.

В ряде случаев пользуются понятием удельной информационной емкости I_ио, под которой понимают количество информации, приходящейся на единицу площади экрана. Информационная емкость экрана

I_и=I_иоS, (11)

где S — площадь экрана.

Рассмотрим примеры оценки информационной емкости:

а) на экране УОИ построчно в виде текста отображается информация. Всего на экране помещается n=10³ знаков, причем алфавит содержит 32 русские буквы, 10 арабских цифр, 5 арифметических знаков, и 13 знаков препинания. Информационная емкость экрана (бит)

I_и=10³log₂60 = 5,907*10³ (12)

б) число точек, образующих полный растр изображения на экране ЭЛТ, л=5*10⁵. Оператор различает восемь ступеней яркости изображения. Информационная емкость экрана (бит)

I_и = 5 10⁵log₂8=15 10⁵ (13)

Часто об объеме знаковой информации, воспроизводимой УОИ, судят по относительному размеру символа, т. е. по отношению высоты символа к наименьшей стороне экрана. При этом считают, что относительный размер знака и разрешающая способность УОИ взаимно связаны. В частности, при определении числа пар оптических линий на экране толщину линий принимают не больше толщины линии обводки знака.

Для обзорных экранов коллективного пользования число знаков N₃, отображаемых на квадратном экране со стороной L, может быть ориентировочно определено по формуле

N₃=(D/L)^-2 10⁵, (14)

где D — расстояние считывания.

Зависимость N₃=f(D/L) показана на рис. 4. Предполагается, что оператор, занимая фиксированное положение, может без напряжения рассматривать экран, угловой размер которого 50°. Из соотношения (6) следует, что при L=D объем информации на экране N_з=l0⁵ знаков, что соответствует относительному размеру символа 1:300. Такой объем информации на экране позволяет решать любые задачи, предъявляемые к УОИ при его работе в слож­ной системе.

Рис. 4. Зависимость числа знаков от отношения расстояния считывания к стороне квадратного экрана.

Следует отметить, что для сложных символов угловые размеры берутся в несколько раз большими, чем у цифр и букв. На экранах коллективного пользования, отображающих справочную и табличную информацию, рекомендуется угловые размеры для букв и цифр увеличивать до 1—2°, а сам экран ограничивать небольшим числом знакомест. Это облегчает работу операторов и способствует повышению надежности считывания информации. Для обзорных экранов рекомендуемый относительный размер знака зависит от категории и лежит в пределах от 1:200 до 1:50, у экранов отображающих справочную и табличную информацию, — от 1:32 до 1:8.

В УОИ индивидуального пользования относительный размер знака берут соответственно в пределах от 1:100 до 1:15 и от 1:36 до 1:9. Как правило, объем информации на экране ЭЛТ устройства, обслуживающего АСУ, не превышает 1000 знаков.

Разрешающая способность УОИ. Это один из важнейших показателей его эффективности и характеризует способность устройства воспроизводить мелкие детали. В качестве количественной меры разрешающей способности используют число телевизионных линий либо число пар оптических линий (линия-промежуток), приходящихся на 1 мм или 1 см. Разрешающая способность связана с остротой зрения. Если разрешающая способность устройства отображения чрезмерно высока, то оператор не сможет воспринимать многие детали изображения, в то время как сложность УОИ будет большой. С другой стороны, низкая разрешающая способность ограничивает возможности воспроизведения большого количества информации и повышения точности устройства.

Правильность решений оператора в значительной степени зависит от полноты и достоверности полученной информации.

Надежность УОИ. Эффективность использования сложной системы существенно зависит от надежности УОИ. В качестве количественных характеристик надежности УОИ используют вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, частоту отказов, наработку на отказ и т. д. Очевидно, эти характеристики могут использоваться в предположении, что УОИ должны находиться либо в работоспособном со­стоянии, либо в состоянии полного отказа, т. е. они рассматрива­ются как простые системы.

Однако в большинстве случаев УОИ при отказе одного или нескольких элементов продолжают функционировать, отображая информацию в полном объеме или частично (это связано с их структурной избыточностью) непосредственно для человека, считывающего и использующего ее для решения конкретных задач.