Контрольная работа : Моделирование процесса печати с использованием струйного принтера Hewlett Packard (термоструйная печать) 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Контрольная работа >> Информатика, программирование


Моделирование процесса печати с использованием струйного принтера Hewlett Packard (термоструйная печать)




      Задание

  1. Выбрать вычислительный процесс и на его примере:

    • построить метамодель «асинхронный процесс» и определить свойства исходного процесса на основе анализа метамодели;

    • выполнить операции над процессом: репозиция, редукция, композиция, и оценить полученные результаты с практической точки зрения;

    • построить предметную интерпретацию метамодели на основе сети Петри и сделать вывод о динамических характеристиках исходного процесса.

  2. Оформить отчет.

      Выполнение задания

  1. Выделить компоненты рассматриваемого процесса.

  2. Сформировать множество ситуаций рассматриваемого процесса.

  3. Описать модель «асинхронный процесс».

  4. Определить траектории выполнения процесса и классы эквивалентности ситуаций и сделать вывод о свойствах рассматриваемого процесса (эффективность, управляемость, простота).

  5. Определить множество дополнительных ситуаций для возобновления процесса (если они есть) и построить полную или частичную репозицию процесса.

  6. Выделить входные или выходные компоненты асинхронного процесса, выбрать требуемые и построить на их основе редукцию процесса.

  7. Определить два подпроцесса на базе исследуемого, выбрать удобный вид композиции (последовательную или параллельную) и построить ее.

  8. Описать составляющие модели «асинхронный процесс», используя понятия модели «сеть Петри».

  9. Провести анализ свойств мест сети Петри на ограниченность и безопасность.

  10. Провести анализ свойств переходов сети Петри на живость и устойчивость.

      Постановка задания

      Рассмотреть процесс печати с использованием струйного принтера Hewlett Packard (термоструйная печать). Построить метамодель «асинхронный процесс» и модель «сеть Петри». Исследовать их свойства.

      Описание процесса

      Струйные принтеры Hewlett Packard используют технологию термоструйной печати. В струйных принтерах имеется термоголовка, нижняя часть которой находится на небольшом расстоянии (около 1 мм и меньше) от листа бумаги. В нижней части головки на небольшом расстоянии друг от друга находятся несколько сопел (металлические пластинки, разделенных тончайшими щелями), объединенных в прямоугольную матрицу. Каждое сопло оборудовано одним или двумя нагревательными элементами (микроскопическими тонкопленочными резисторами). Сосуды с краской, сопла и нагревательные резисторы зачастую объединяются в один блок ─ картридж.

      Специальные механизмы перемещают бумагу и каретку, в которой в специальных держателях установлены печатающие картриджи.

      При подаче напряжения резистор за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500°, краска вскипает. В кипящих чернилах постепенно образуется пузырек воздуха, рост которого приводит к выдавливанию чернил из сопла. Спустя приблизительно 3 микросекунды пузырек лопается и происходит отрыв, и последующий выброс уже сформировавшейся капли. После разрушения пузырька и выброса капли силы поверхностного натяжения втягивают новую порцию чернил в камеру.

      Т.к. расстояние между соплом и бумагой невелико, то капля краски попадает в строго определенное место на листе бумаги. Затем печатающая головка перемещается на некоторое расстояние и процесс повторяется.

      Построение метамодели «асинхронный процесс».

      Компоненты

  1. K – устройство управления

      K+ - контролирует работу печати и всех элементов принтера

      K– - бездействует

  1. M – память

      M+ - содержит задания на печать

      M– - свободна

  1. P – бумага

      P+ - содержится в лотке

      P– - отсутствует

  1. V – система валиков для подачи бумаги

      V+ - работает (перемещает бумагу)

      V– - ожидает (покоится)

  1. C – каретка с печатающими картриджами

      C+ - перемещается

      C– - покоится

  1. R – нагревательный элемент (тонкопленочный резистр)

      R+ - нагрет

      R– - охлажден

  1. S – сопло

      S+ - выбрасывает каплю чернил

      S– - бездействует

  1. H – камера

      H+ - содержит чернила

      H– - пуста

  1. B – пузырь

      B+ - есть

      B– - отсутствует

      Ситуации, возникшие в процессе печати

  1. Принтер включен. Задание печати.

      K+ M + P– V– C– R – S – H + B –

  1. В начале печати – проверка на наличие бумаги. Ее подача. При повторении печати – прокрутка бумаги.

      K+ M + P+ V+ C– R – S – H + B –

  1. Отсутствие бумаги. Вывод сообщения об ошибке.

      K+ M + P– V+ C– R – S – H + B –

  1. Каретка перемещается.

      K+ M + P+ V– C+ R – S – H + B –

  1. Пропускается ток. Резистр осуществляет быстрый нагрев чернил, находящихся в небольшой камере, до температуры их кипения.

      K+ M + P+ V– C– R + S – H + B –

  1. Образуется пузырек воздуха, который постепенно растет. Из выходного отверстия сопла выдавливаются пузырем чернила. Ток отключается. Нагревательный элемент остывает.

      K+ M + P+ V– C– R – S – H + B +

  1. Пузырек лопается. Происходит отрыв и последующий выброс уже оформившейся капли на бумагу. Силы поверхностного натяжения втягивают новую порцию чернил в камеру.

      K+ M + P+ V– C– R – S + H + B –

  1. С помощью системы валиков бумага выходит из принтера. Память принтера освобождается.

      K+ M – P– V + C– R – S – H + B –

      s1 = (1,1,0,0,0,0,0,1,0)

      s2 = (1,1,1,1,0,0,0,1,0)

      s3 = (1,1,0,1,0,0,0,1,0)

      s4 = (1,1,1,0,1,0,0,1,0)

      s5 = (1,1,1,0,0,1,0,1,0)

      s6 = (1,1,1,0,0,0,0,1,1)

      s7 = (1,1,1,0,0,0,1,1,0)

      s8 = (1,0,0,1,0,0,0,1,0)

      Ситуации: S={s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8}

      Инициаторы: I= {s1, s2, s4}

      Результанты: R={s3, s7, s8}

      Ситуация s1 описывает начальный этап процесса, то есть задание печати.

      Ситуация s2 описывает ситуацию, когда происходит проверка на наличие бумаги в лотке. Она инициирует два возможных результата – дальнейшее продолжение печати, либо ее прекращение после вывода сообщения об ошибке.

      Ситуация s4 инициирует непосредственно начало процесса печати (то есть процесса нанесения чернил на бумагу).

      Ситуация s3 описывает возможный результат в случае отсутствия бумаги.

      Ситуация s7 описывает непосредственно результат печати.

      Ситуация s8 описывает завершение работы принтера после печати.

      Граф, отражающий отношение непосредственного следования

      Траектории выполнения процесса, классы эквивалентности ситуаций и свойства рассматриваемого процесса

      В данном случае имеем следующие траектории:

      S1S2S4S5S6S7S8 – полный процесс, включающий все этапы работы струйного принтера (от задания печати и вплоть до освобождения памяти принтера, при условии, что в лотке содержится бумага).

      S4S5S6S7 – процесс, включающий основные этапы работы струйного принтера, а именно сам механизм печати.

      S2S3 – процесс, осуществляемый в случае отсутствия бумаги в лотке.

Пусть задан асинхронный процесс, у которого:

  1. для любой ситуации s, не являющейся инициатором, найдется такой инициатор i, что (i M s),

  2. для любой ситуации s, не являющейся результантом, найдется такой результант r, что (s M r),

  3. не найдется двух ситуаций si и sj , таких что: (si R) & (sj R) & (si M sj) & (sj M si).

      Такой асинхронный процесс называется эффективным. То есть все ситуации эффективного процесса ведут из инициаторов в результанты, а также не должно быть ориентированных циклов, за исключением циклов, состоящих только из результантов.

      Бинарное отношение эквивалентности ситуаций, обозначаемое буквой E означает, что либо si = sj , либо (si F sj) и (sj F si). Отношение эквивалентности позволяет построить разбиение множество ситуаций на непересекающиеся классы эквивалентности, такие, что любые две ситуации из одного класса эквивалентны, а любые две ситуации из разных классов не эквивалентны. Для классов эквивалентности определено отношение непосредственного следования F. В допустимых последовательностях классов можно выделить начальные и конечные элементы, которые будем называть соответственно начальными и заключительными классами эквивалентности. Для эффективного АП начальные классы могут состоять только из инициаторов, заключительные - только из результантов.

      Для эффективного АП любой класс эквивалентности ситуаций, не принадлежащий результантам, состоит из одной ситуации.

      Если в эффективном асинхронном процессе каждая допустимая последовательность классов эквивалентности ведет из каждого начального класса в один и только один заключительный класс, то такой процесс называется управляемым.

В процессе печати струйного принтера все ситуации лежат на пути из инициаторов в результанты, то есть выполняются 1 и 2 свойства; и нет циклов, то есть выполняется свойство 3. Следовательно, можно сделать вывод о том, что данный процесс является эффективным.

В данном процессе начальный класс эквивалентности содержит одну ситуацию s1, а конечных класса два и они содержат соответственно две ситуации s7 и s8 и одну ситуацию s3, все остальные классы эквивалентности содержат по одному элементу.

Так как некоторые допустимые последовательности классов эквивалентности ведут из начальных классов не в один, а в два заключительных класса, то данный процесс не является управляемым.

      Пусть в эффективном асинхронном процессе выполнены следующие условия:

  1. для i I и s S: (i F s) (s I);

  2. для r R и s S: (s F r) (s R);

      т.е. из инициатора (результанта) нельзя попасть в другой инициатор (результант). Иными словами каждая траектория содержит в точности один инициатор и один результант.

      Асинхронный процесс, удовлетворяющий свойствам 1, 2 называется простым.

Данный процесс не удовлетворяет первому и второму свойствам, поэтому не является простым.

Вывод: рассматриваемый процесс печати струйного принтера является эффективным, но не является ни управляемым, ни простым.

      Операции над процессами.

      Репозиция.

      Репозиция - это возобновление процесса, механизм перехода от результантов к инициаторам.

      В данном случае множество дополнительных ситуаций репозиции SD вводить не нужно.

      Репозицией данного процесса можно считать:

  1. возобновление печати на новом листе.

    Инициатор: s8

    Результант: s1

  1. Циклическое повторение нагрева чернил, образования пузыря и выброс капли на бумагу

    Инициатор: s7

    Результант: s4

  1. Возобновление печати после вывода сообщения об отсутствии бумаги

    Инициатор: s3

    Результант: s1

    Таким образом, репозиция данного процесса имеет вид , где

      = {s1, s3, s4, s7, s8},

      = {s3, s7, s8},

      R' = {s1, s4},

      = {(s8, s1), (s7, s4), (s3, s1)}

      Объединение процесса и его репозиции:

Вывод: репозиция позволяет повторить процесс после его выполнения. Для данной модели это означает, что печать может происходить не один раз, а столько, сколько необходимо в рамках поставленной задачи.

      Репозиция рассматриваемого процесса является частичной, так как I' совпадает с R, но R' не совпадает с I.

      Редукция

      Редукция процесса состоит в сведении данного асинхронного процесса к более простому.

      Составим редукцию репозиции нашего процесса.

      Пусть процесс задан диаграммой переходов:

      Три первых элемента вектора выберем в качестве входной компоненты.

      Образуем p-блочное разбиение множества S , p = 4:

      X = {1001, 1100, 1101, 1110, 1111}

      Выбираем r =2 (r < p):

      X* = {1110, 1111}

      Образуем множество, содержащее ситуации, входящие в те блоки разбиения, которые соответствуют выбранным значениям входной компоненты:

      S* = {111100010, 111010010, 111001010, 111000011, 111000110}

      Для каждого инициатора построим множество ситуаций встречающихся на траекториях процесса , ведущих из указанного инициатора. Образуем множество как объединение тех множеств , для которых справедливо :

      1: 110000010→111100010→ 111010010→111001010→111000011→

      →111000110→100100010

      2: 111100010→110100010

3: 111010010→111001010→111000001→111000110

      Ситуации из траектории 3:

      S(X*) = {111010010, 111001010, 111000011, 111000110}

      I(X*) = {111010010}

      R(X*) = {111000110}

      Построим F(X*):

Вывод: редукция позволяет из полного описания процесса выделить некоторую его часть, рассмотрение которой интересно по тем или иным причинам.

В данном случае, в результате редукции была выделена ветвь, которая соответствует механизму печати струйного принтера (перемещение каретки, нагрев чернил, образование пузыря, выброс капли на бумагу и наполнение камеры чернилами).

      Композиция

      Рассмотрим последовательную композицию двух процессов с ситуациями, структурированными по второму способу: в ситуациях p1 выделена выходная компонента; в ситуациях p2 выделена входная компонента.

      p1 – подготовки к печати, состоит из двух ситуаций;

      p2 – непосредственно сама печать;

      Компоненты процесса p1:

  1. K – устройство управления

      K+ - контролирует работу печати и всех элементов принтера

      K– - бездействует

  1. P – бумага

      P+ - содержится в лотке

      P– - отсутствует

  1. M – память

      M+ - содержит задания на печать

      M– - свободна

      Ситуации процесса p1:

  1. Принтер включен. Задание печати.

      K+ P– M +

  1. Проверка на наличие бумаги.

      K+ P+ M +

          K

          P

          M

          s11 =

          1

          0

          1

          s22 =

          1

          1

          1

      Инициатор: I = { s11 }

      Результант: R={ s12 }

Выделим в процессе первую (контроллер) и вторую (бумага) компоненты в качестве выходных. Выбираем контроллер, так как он является основным показателем работоспособности устройства, и бумагу (вспомогательную компоненту), так как процесс подготовки к печати основывается на подготовку бумаги.

      Y1 ={10,11}

      Компоненты процесса p2:

  1. K – устройство управления

      K+ - контролирует работу печати и всех элементов принтера

      K– - бездействует

  1. P – бумага

      P+ - содержится в лотке

      P– - отсутствует

  1. V – система валиков для подачи бумаги

      V+ - работает (перемещает бумагу)

      V– - ожидает (покоится)

  1. C – каретка с печатающими картриджами

      C+ - перемещается

      C– - покоится

  1. R – нагревательный элемент (тонкопленочный резистр)

      R+ - нагрет

      R– - охлажден

  1. S – сопло

      S+ - выбрасывает каплю чернил

      S– - бездействует

  1. H – камера

      H+ - содержит чернила

      H– - пуста

  1. B – пузырь

      B+ - есть

      B– - отсутствует

      Ситуации процесса p2:

  1. Проверка на наличие бумаги. Ее подача.

      K+ P+ V+ C– R – S – H + B –

  1. Каретка перемещается.

      K+ P+ V– C+ R – S – H + B –

  1. Пропускается ток. Резистр осуществляет быстрый нагрев чернил, находящихся в небольшой камере, до температуры их кипения.

      K+ P+ V– C– R + S – H + B –

  1. Образуется пузырек воздуха, который постепенно растет. Из выходного отверстия сопла выдавливаются пузырем чернила. Ток отключается. Нагревательный элемент остывает.

      K+ P+ V– C– R – S – H + B +

  1. Пузырек лопается. Происходит отрыв и последующий выброс уже оформившейся капли на бумагу. Силы поверхностного натяжения втягивают новую порцию чернил в камеру.

      K+ P+ V– C– R – S + H + B –

  1. С помощью системы валиков бумага выходит из принтера.

      K+ P– V + C– R – S – H + B –

          K

          P

          V

          C

          R

          S

          H

          B

          s21 =

          1

          1

          1

          0

          0

          0

          1

          0

          s22 =

          1

          1

          0

          1

          0

          0

          1

          0

          s23 =

          1

          1

          0

          0

          1

          0

          1

          0

          s24 =

          1

          1

          0

          0

          0

          0

          1

          1

          s25 =

          1

          1

          0

          0

          0

          1

          1

          0

          s26 =

          1

          0

          1

          0

          0

          0

          1

          0

      Инициатор: I= { s21 }

      Результант: R={ s25 , s26 }

Выделим в процессе первую (контроллер) и вторую (бумага) компоненты в качестве входных.

      X2 = {10,11}.

      Таким образом Y1 = X2

      Редуцированные процессы P1(X*) и P2(X*), где X* = {11,10}.

      Процесс p1:

          K

          P

          M

          s11 =

          1

          0

          1

          s22 =

          1

          1

          1

      Процесс p1:

          K

          P

          V

          C

          R

          S

          H

          B

          s21 =

          1

          1

          1

          0

          0

          0

          1

          0

          s22 =

          1

          1

          0

          1

          0

          0

          1

          0

          s23 =

          1

          1

          0

          0

          1

          0

          1

          0

          s24 =

          1

          1

          0

          0

          0

          0

          1

          1

          s25 =

          1

          1

          0

          0

          0

          1

          1

          0

          s26 =

          1

          0

          1

          0

          0

          0

          1

          0

      Композиция двух процессов выглядит следующим образом:

      I3 = {( s1)};

      R3 = {( s26}.

      M

      K

      P

      V

      C

      R

      S

      H

      B

      s31 =

1

1

0

0

0

0

0

0

0

      s32 =

      1

      1

      1

      1

      0

      0

      0

      1

      0

      s33 =

1

      1

      1

      0

      1

      0

      0

      1

      0

      s34 =

1

      1

      1

      0

      0

      1

      0

      1

      0

      s35 =

1

      1

      1

      0

      0

      0

      0

      1

      1

      s36 =

1

      1

      1

      0

      0

      0

      1

      1

      0

      s37 =

1

1

0

      1

      0

      0

      0

      1

      0

Граф композиции:

      Вывод: композиция необходима для объединения нескольких процессов в один. В данном случае использовалась последовательная композиция, чтобы смоделировать процесс печати в целом, состоящий из полготовки к печати и непосредственно самой печати. Получившийся процесс представляет собой несколько упрощенный исходный процесс.

      Предметная интерпретация асинхронного процесса.

      Построение сети Петри.

      Сеть Петри для данного процесса – пятерка N = <P, T, H, F, M0>, где

      P = {K, M, P, V, C, R, S, H, B} – множество условий;

      T = {t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7} – множество событий;

      M0 = (1,1,0,0,0,0,0,1,0) – начальная разметка;

      F и H – функции инцидентности, описывающие наличие дуги

      K

      M

      P

      V

      C

      R

      S

      H

      B

      s1 =

      1

      1

      0

      0

      0

      0

      0

      1

      0

      s2 =

      1

      1

      1

      1

      0

      0

      0

      1

      0

      s3 =

      1

      1

      0

      1

      0

      0

      0

      1

      0

      s4 =

      1

      1

      1

      0

      1

      0

      0

      1

      0

      s5 =

      1

      1

      1

      0

      0

      1

      0

      1

      0

      s6 =

      1

      1

      1

      0

      0

      0

      0

      1

      1

      s7 =

      1

      1

      1

      0

      0

      0

      1

      1

      0

      s8 =

      1

      0

      0

      1

      0

      0

      0

      1

      0

      F(K, t1) = 1

      H(t1, K) = 1

      F(M, t1) = 1

      H(t1, M) = 1

      F(H, t1) = 1

      H(t1, H) = 1

      F(P, t2) = 1

      H(t1, P) = 1

      F(V, t2) = 1

      H(t1, V) = 1

      F(V, t3) = 1

      H(t2, V) = 1

      F(P, t4) = 1

      H(t3, P) = 1

      F(C, t4) = 1

      H(t3, C) = 1

      F(P, t5) = 1

      H(t4, P) = 1

      F(R, t5) = 1

      H(t4, R) = 1

      F(P, t6) = 1

      H(t5, P) = 1

      F(B, t6) = 1

      H(t5, B) = 1

      F(P, t7) = 1

      H(t6, P) = 1

      F(S, t7) = 1

      H(t6, S) = 1

      F(M, t7) = 1

      H(t7, V) = 1

      Граф разметок сети

      Покрывающее дерево выглядит аналогичным образом.

      Свойства построенной сети Петри

Ограниченность и безопасность:

  • сеть ограничена, так как все ее условия ограничены (ни одна вершина покрывающего дерева не содержит символа ω);

  • сеть является безопасной, т.к. все ее условия безопасны (любая достижимая в сети разметка представляет собой вектор из 0 и 1).

      Живость и устойчивость:

  • сеть не является живой, т.к. все её переходы живы при , но не являются живыми при любой другой достижимой в сети разметке;

  • сеть не является устойчивой, т.к. переход t2 не является устойчивым.

      Вывод: построенная сеть Петри дает представление о функционировании компонент процесса. Она является ограниченной и безопасной, но не является устойчивой и живой.

      Заключение

      В данном РГЗ была построена модель «асинхронный процесс» печати струйного принтера. Полученный асинхронный процесс является эффективным, неуправляемым и непростым.

      Над процессом были произведены операции: редукции, репозиции и параллельной композиции.

      Репозиция исходного процесса показывает, что нет необходимости использовать дополнительные ситуации для повторного возобновления процесса работы принтера в ситуациях:

  • возобновление печати на новом листе;

  • циклическое повторение нагрева чернил, образования пузыря и выброс капли на бумагу;

  • возобновление печати после вывода сообщения об отсутствии бумаги.

    Репозиция является частичной.

    Редукция позволяет существенно упростить рассматриваемый процесс, сведя его к механизму печати струйного принтера (перемещение каретки, нагрев чернил, образование пузыря, выброс капли на бумагу и наполнение камеры чернилами).

    Композиция необходима для объединения нескольких процессов в один, для дальнейшего рассмотрения поведения этих процессов в системе. В данном случае использовалась параллельная композиция.

    Для данного процесса была построена сеть Петри. Она является ограниченной и безопасной, но не является устойчивой и живой.

    модель печать струйный принтер

      Литература

  1. Лазарева И.М. Конспект лекции по теории вычислительных процессов.

      1

Похожие работы: