Моделирование процесса печати с использованием струйного принтера Hewlett Packard (термоструйная печать) (стр. 1 из 3)
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
2. M – память
M+ - содержит задания на печать
M– - свободна
3. P – бумага
P+ - содержится в лотке
P– - отсутствует
4. V – система валиков для подачи бумаги
V+ - работает (перемещает бумагу)
V– - ожидает (покоится)
5. C– каретка с печатающими картриджами
C+ - перемещается
C– - покоится
6. R – нагревательный элемент (тонкопленочный резистр)
R+ - нагрет
R– - охлажден
7. S– сопло
S+ - выбрасывает каплю чернил
S– - бездействует
8. H – камера
H+ - содержит чернила
H– - пуста
9. 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 –
2. В начале печати – проверка на наличие бумаги. Ее подача. При повторении печати – прокрутка бумаги.
K+ M + P+ V+ C– R – S – H + B –
3. Отсутствие бумаги. Вывод сообщения об ошибке.
K+ M + P– V+ C– R – S – H + B –
4. Каретка перемещается.
K+ M + P+ V– C+ R – S – H + B –
5. Пропускается ток. Резистр осуществляет быстрый нагрев чернил, находящихся в небольшой камере, до температуры их кипения.
K+ M + P+ V– C– R + S – H + B –
6. 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 +
7. 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 –
8. 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 s3описывает возможный результат в случае отсутствия бумаги.
Ситуация s7описывает непосредственно результат печати.
Ситуация s8описывает 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:
S1 → S2 → S4 → S5 → S6 → S7 → S8 – полный процесс, включающий все этапы работы струйного принтера (от задания печати и вплоть до освобождения памяти принтера, при условии, что в лотке содержится бумага).
S4 → S5 → S6 → S7 – процесс, включающий основные этапы работы струйного принтера, а именно сам механизм печати.
S2 → S3 – 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 (iMs),
2. для любой ситуации s, не являющейся результантом, найдется такой результантr, что (sMr),
3. не найдется двух ситуаций si и sj , таких что: (siÏ R) & (sjÏR) & (siMsj) & (sjMsi).
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 (siFsj) и (sjFsi). 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 Î I и" s Î S: (i F s) Þ (s Ï I);
2) для" r Î R и" s Î S: (s F r) Þ (s Ï 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.