Контрольная работа: Моделирование процесса печати с использованием струйного принтера Hewlett Packard (термоструйная печать)
Контрольная работа: 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
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 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:
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 (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 Ï R) & (sj Ï 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.
