Повышение надежности обработки компьютерной графики



зданий и теплопроводов определяется толщиной их теплозащитных оболочек при заданной теплопровод ности материала этих оболочек .

При этом снижение затрат энергетических ресур сов ( топлива , тепловой и электрической энергии ) на поддержание требуемого теплового состояния внут ренней среды зданий ( сооружений ) в результате уве личения уровня их теплозащиты и уровня теплозащи ты теплопроводов , уменьшения конечного значения температуры и значения скорости движения теплоно сителей сопровождается ростом затрат материальных ресурсов ( строительных и теплоизоляционных мате риалов , металла ).

Минимизация суммарных затрат энергетических и материальных ресурсов на поддержание требуемого теплового состояния внутренней среды зданий и со оружений обеспечивается в рамках метода технико экономической оптимизации путем решения соответ ствующих частных оптимизационных задач [3-6]. В результате решения этих задач определяются опти мальные значения толщин непрозрачных участков наружных ограждений зданий и слоя изоляции тепло проводов тепловой сети , а также оптимальные значе ния перепада температуры ( энтальпии ) и скорости движения теплоносителей в циркуляционных кольцах системы теплоснабжения .

Оптимизация мощности системы теплоснабжения обеспечивает экономически целесообразные размеры тепловой сети , что позволяет улучшить условия ее эксплуатации и качество ее ремонтов .

Соответственно , экономическая эффективность проектного решения отдельных элементов системы теплоснабжения оценивается в рамках сравнительно го анализа с использованием таких известных вели чин как сравнительный срок окупаемости Т_о и приве денные затраты П [7]. Оценка экономической эффек тивности проектного решения системы теплоснабже ния в целом осуществляется с использованием абсо лютных экономических показателей [8].

Таким образом , из выполненного анализа следует , что один из главных путей повышения эффективно сти системы теплоснабжения – это грамотное обосно вание значений параметров состояния теплоносите лей , циркулирующих в ее кольцах , и значений конст руктивных параметров ее отдельных элементов , а также ее мощности .

Литература

• 1.    Тепловой расчет котельных агрегатов ( норма тивный метод ) / Под ред . Н . В . Кузнецова , В . В . Мито - ра , И . Е . Дубовского , Э . С . Карасиной . – М .: Энергия , 1973. – 376 с .

• 2.    Промышленная теплоэнергетика и теплотехни ка . Кн . 4: Справочник / Под общ . ред . В . А . Григорье ва , В . М . Зорина - 2- е изд ., перераб . - М : Энергоатом - издат , 1991. - 558 с .

• 3.    Горшенин , В . П . Совершенствование метода оп тимизации толщины непрозрачных элементов ограж дения зданий и сооружений / В . П . Горшенин // Строительные материалы . – 2003. - № 11. – С . 52-54.

• 4.    Горшенин , В . П . Оптимизация теплового режи ма зданий и сооружений / В . П . Горшенин // Известия вузов . Строительство . – 2005. - № 3. – С . 71-73.

• 5.    Горшенин , В . П . Оптимизация параметров со стояния продуктов сгорания в водогрейных котлах / В . П . Горшенин // Энерго - и ресурсосбережение - ХХІ век : Материалы Третьей международной научно практической интернет - конференции / ОрелГТУ . - Орел : Издательский Дом « Орлик », 2005. – С . 34-36.

• 6.    Горшенин , В . П . Оптимизация параметров со стояния греющего теплоносителя в рекуперативных теплообменниках / В . П Горшенин // Известия вузов . Строительство . - 2006. - № 3-4. – С . 109-116.

• 7.    Экономика предприятий энергетического ком плекса : Учебник для вузов / В . С . Самсонов , М . А . Вят кин . – М .: Высшая школа , 2001. - 416 с .

• 8.    Горшенин , В . П . Технико - экономическое обос нование проектного решения системы централизо ванного теплоснабжения / В . П . Горшенин // Известия вузов . Строительство .- 2006. - № 5. – С . 51-55.

УДК 004.772

П ОВЫ Ш ЕНИЕ НАДЕЖ НОСТИ ОБРАБОТКИ КОМ ПЬЮ ТЕРНОЙ ГРАФИКИ

А.С. Ковалев , к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)

В связи с внедрением в этом году новой операци онной системы Windows Vista, от ПК требуется мощ ных ресурсов , как аппаратных , так и программных . Поэтому в учебный процесс по информационным технологиям следует включить разделы изучения но вых элементов видеосистемы . Центральным вопросом повышение производительности компьютера стано вится работа графического процессора (GPU).

Современные графические процессоры имеют сотни миллионов транзисторов и самую быстродейст вующую видеопамять . Видеоадаптеры поддерживают быстрое построение трехмерных объектов – 3D- графики . Такими процессорами поддерживается и технология создания и быстрого перемещения спрай - тов – подвижных объектов , составленных из ряда слоев – полупрозрачных и прозрачных . Особенно это необходимо при моделировании графики различных динамических задач физики и технических конструк ций . Спрайты используются для создания быстро перемещающихся по экрану сложных объектов с из меняющейся формой и видом .

Построение 3D- объектов ведется в две стадии . В первой стадии выполняется геометрическая обработка изображения – оно разбивается на треугольники , ко ординаты углов которых пересчитываются при их динамике по экрану монитора . На второй стадии за крашиваются треугольники с учетом различных све товых эффектов по алгоритму Гуро ( рендеринг ).

Архитектура современных графических процес соров опирается на три фундаментальных свойства программ создания полигональной трехмерной гра фики :

• •    высокая скорость арифметичность графиче ских алгоритмов с минимальной долей логических операций ;

• •    возможность эффективного распараллелива ния графических алгоритмов ;

• •    потоковый характер операций графического конвейера .

Первичные данные , с которыми оперирует совре менная компьютерная графика ( вершины , матрицы преобразования , значения цвета ) относятся к вектор ному типу . Большинство операций , выполняемых графическим процессором , являются векторными . Графические векторы , как правило , четырехмерные : три цветных компонентов (R, G, B) и степень про зрачности ( альфа - канал ). Поэтому графические про цессоры содержат четырехмерные векторные АЛУ , исполняющие операции с компонентами того или иного формата .

Операции с цветом и прозрачностью – чисто арифметические , логические данные друг от друга не зависят , поэтому их можно выполнять параллельно , то есть за один шаг . Поэтому имеется один векторный АЛУ и общий блок контрольной логики , обеспечи вающий произвольную перестановку компонентов перед вычислениями .

Особенность графических алгоритмов в том , что объекты , обрабатываемые в графическом конвейере , как правило , не зависят друг от друга . При обработке вершин треугольника не важен порядок вычислений . Поэтому в современных процессорах несколько вер шинных блоков . Обработка пикселей тоже поддается распараллеливанию . Как следствие , происходит рост числа пиксельных конвейеров в архитектуре GPU. То есть наращивается мощность графических ускорите лей клонированием вершинных и пиксельных блоков , что ведет к увеличению температуры графических карт .

Все изменения в интерфейсе Vista связаны с но вой графической подсистемой ”Avalon” – кодовое имя технологии WPF (Windows Presentation Foundation). Благодаря WPF можно создавать двумерные , трех мерные , анимированные и графические видео -, аудио , и другие специальные объекты , а также визуализи ровать текст , используя один единственный API- интерфейс , функционирующий стабильно , независи мо от того , с объектом какого типа работает пользо ватель .

Технология WPF также имеет новую технологию – новый язык разметки , который называется XAML (Extensible Application Markup Language – расширяе мый язык разметки приложений ) и выступает в роли интерфейса для создания пользовательских интерфей сов .

С точки зрения пользователя главной проблемой всегда было то , что хотя графические процессоры GPU становились все мощнее и видеоадаптеры по полнялись все большими объемами видеопамяти , операционные системы не имели возможности поль зоваться преимуществами всего этого мощного обо рудования .

Появление WPF изменило ситуацию, потому что в WPF реализована новая графическая модель, способная в полной мере использовать все преимущества доступных на сегодняшний день мощных процессоров и видеоОЗУ. В WPF весь вывод проходит через мощный слой Direct3D, а это означает, что вся связанная с графикой работа перекладывается на графи- ческий процессор, то есть ресурсы ЦП остаются свободными и могут использоваться для выполнения более важных задач. Кроме того, для вывода используется векторная графика. Это технология визуализации, в которой каждое изображение на экране состоит из точек, линий, многоугольников и кривых. В отличие от растровой графики, в которой каждое изображение на экране состоит из пикселей, векторная графика поддерживает изображения с очень высоким разрешением и позволяет изменять их масштаб, сохраняя их качество.

Также в WPF реализована новая технология DWM (Desktop Windows Manager – Диспетчер окна рабочего стола ), которая контролирует все , что ото бражается на экране . При этом каждое приложение прорисовывает свою графику во внеэкранном буфере , а DWM затем компонует содержимое этого буфера на экране .

В WPF графика проходит через аппаратно ускоренный графический процессор , поэтому пере мещение окон проходит плавно и без разрывов неза висимо от того , насколько быстро окна перетаскива ются по экрану .

Благодаря мощи WPF при быстром перемещении или сворачивания окон включается эффект размыто сти (motion blur), который наглядным образом дает понять , что сейчас выполняется операция перемеще ния окон . Изменения масштаба пиктограмм также не вызывает ухудшения качества .

Эффекты прозрачности требуют аппаратного ус корения , и WPF хорошо справляется с этой задачей , поэтому на общей производительности системы это не сказывается .

Технология WPF относится в видео так , будто бы это просто один графический объект . Так как , WPF имеет прямой доступ к аппаратному ускорению гра фического процессора , можно перемещать воспроиз водящиеся видеофайлы и добавлять в них анимацию , не теряя кадров и не понижая производительности ЦП .

Как известно , Vista имеет новую функциональную возможность запускать интерфейс Aero Glass ( воз душный с цветовой схемой прозрачности ). Но для этого нужно установить совместимый с WDDM ви деодрайвер . Но при этом возможно торможение сис темы . Эффекты прозрачности распространяются на окна и диалоговые окна приложений . Каждое откры тое окно или диалоговое окно имеет эффект отбрасы вания тени . При наведении курсора мыши на кнопку окна , кнопка зажигается : кнопки свернуть и развер нуть светятся голубым цветом , а кнопка закрыть – красным . Все рабочие элементы при наведении на них курсора мыши подсвечиваются . В диалоговом окне по умолчанию кнопка ОК имеет эффект постепенного затухания , при котором цвет , обычно отображающий ся , когда пользователь наводит на кнопку курсор мы ши , сначала становится ярче , а потом постепенно блекнет .

При наличии видеокарты, которая поддерживает Windows Vista Device Model, версия переключателя Flip-3D работает подобно утилите Alt+Tab Replacement Power Toy. При этом Vista отображает не только пиктограмму для каждого окна, но также уменьшенную версию каждого окна. Мощные возможности WPF дают этому так называемому Flip-методу пере- ключателя с одного окна на другое, используя векторную графику. При этом имеется доступ WPF к графическому процессору GPU, что обеспечивает текущее состояние каждого окна, воспроизводя полностью видео.

В Vista реализована еще одна технология для пе реключения с одного окна на другое , которая называ ется Flip-3Dc. При нажатии клавиатурной комбина ции Windows+Tab открытие окна отображается в ви де трехмерной стопки .

Операционная система Vista поддерживает для панели задач окна предварительного просмотра . При наведении курсора мыши на кнопку в панели задач WPF отображает не только заголовок окна , но и его миниатюрное изображение .

Применение объемности графического интер фейса операционной системы MS Vista вынуждает видеокарту работать с максимальной нагрузкой в те чение всего сеанса , что ведет к серьезной перестройки системы охлаждения вплоть до применения кулера на « жидком металле » от компании Sapphire. Поэтому следует применить двухкарточный режим новых тех нологий .

Технологии SLI (Scalable Link Interface – масшта бируемый соединительный интерфейс ) и CrossFire (CF) отличаются в элементах реализации и несовмес тимы по аппаратным средствам .

Технология SLI объединяет две графические кар ты только на процессорах GeForce. Карты устанавли ваются в слоты PCI Express системной платы и соеди няются между собой мостом (SLI-bridge), который обеспечивает обмен данными между графическими процессорами на скорости 1 Гбайт / с .

Видеокарты , объединенные по технологии SLI, работают в двух режимах : режим SFR (Split Frame Rendering) и режим AFR (Alternate Frame Rendering). Режим SFR обеспечивает равномерную нагрузку изо бражения кадра между картами . Режим AFR направ ляет четные кадры на одну карту , а нечетные кадры на другую карту . Выбор режимов зависит от версии драйверов NVIDIA, чем свежее драйвер , тем эффек тивнее становится распределение нагрузки , повышая производительность системы .

Технология CF предусматривает объединение карт на процессорах Radeon и требует соответствую щей материнской платы . CrossFire обрабатывает изо бражение в трех режимах : SFR, AFR и тайловый .

Тайловый режим разбивает кадр на фрагменты небольших ячеек изображения , которые распределя ются между двумя ускорителями . Такой режим почти идеально разделяет нагрузку между графическими процессорами , но создает большую нагрузку на па мять , потому что во многих кадрах образуются дваж ды накладываемые текстуры , которым нужно больше свободного места в видеопамяти .

При работе CF драйвер видеокарты выбирает , ка кой режим обработки изображения следует включить .

В среднем прирост производительности двух карт повышается в пределах 20-60%. Но в некоторых случаях образованный тандем из двух акселераторов не только приносит эффекта, а наоборот, ухудшает производительность. Использование сборки SLI или CF требует возрастающих системных возможностей. К тому же, недостатком обоих технологий заключается в том, что они не поддерживают вывод изображения для нескольких мониторов. Для питания этих систем требуются мощные блоки источников – свыше 450 Вт. Так, например, для CrossFire на базе Ra-deonX1950XTX и GeForse 7950GX2 и 8800GTX нужно иметь блок питания 600 Вт. Это в свою очередь вызывает дополнительный шум от работы двух куллеров. Поэтому необходимо применять жидкостное охлаждение.

В некоторых новых источниках литературы за 2007 год сообщается о том , что при тестировании SLI- и CF- тандемов превосходство их над одиночными видеокартами не превышает 2-34%. Однако при раз решении экрана 1600 х 1200 двухкарточные системы обеспечивают более высокое качество изображения .

Технологии SLI и CF можно оценивать по - разному . Тем не менее , прирост производительности ПК с использованием тандемов не соразмерен денеж ным затратам .

Таким образом , использование этих технологий снижает температурный режим обработки графики , повышает производительность выполнения различ ных объемных задач , улучшает надежностные пара метры ПК , но требует значительных финансовых за трат .