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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Erzeugen grafischer Darstellungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen grafischer Darstellungen, auf
einem Rasterdisplay, das in Elementarfelder aufgeteilt ist, die jeweils aus einer
vorbestimmten Zahl von Bildpunkten bestehen und von jedem Bildpunkt eines Elementarfeldes
eine Verbindungslinie zu einem anderen Bildpunkt des gleichen Elementarfeldes erzeugt
und die Steigung jeder Verbindungslinie gespeichert wird und zum Erzeugen von Index-
und Potenzschreibweise und zum seitlichen Verschieben alphanumerischer Zeichen oder
grafischer Symbole auf einem Rasterdisplay, das in Elementarfelder aufgeteilt ist,
die jeweils aus einer vorbestimmten Zahl von Bildpunkten bestehen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung (Vektorgenerator)
zum Durchführen des Verfahrens.
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Vektorgeneratoren der eriiilliungsyeni;3en Art werden z.B. benötigt
zum Erzeugen grafischer Darstellungen auf einem Fernsehschirm oder anderen Ausgabemedien,
die eine Punktrasterung der darzustellenden Information erfordern, beispielsweise
zum Erzeugen allgemeiner grafischer Darstellungen in Verbindung mit einem Fernsehemnfänger
oder einem Monitor als Ausgabegerät, oder zum Erzeugen allgemeiner grafischer Darstellungen
auf Großanzeigen sowie zum Überlagern von Videobildern und grafischen Darstellungen.
Dabei kann z.B.
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mit einem Lightpen die Kontur eines Bildes umfahren werden, die dann
in Vektorform vorliegt.
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Es sind Verfahren und Schaltungsanordnungen zum Erzeugen grafischer
Darstellungen bekannt, die mit rechnergesteuerten Fernsehmonitoren als Datensichtstationen
arbeiten. Diese Einrichtungen arheiten nach dem Rasterverfahren, wie z.B. dem Fernsehrasterverfahren,
d.h. die darzustellende Information muß in ein Punktraster aufgelast werden Zum
Erzeugen allgemeiner grafischer Darstellungen nach diesen Verfahren ist ein Punktspeicher
erfordertich, dessen Speicherkapazität z.B. bei einer Bildauflösung in 256 x 256
= 64 k, 512 x 512 = 256 k, 1024 x 1024 = 1024 k Punkte erfordert.
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Ein anderer Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß
schon bei einem geringen Auflösungsvermögen von 256 x 256 eine Punktmenge von 64
k Punkten vorliegt, die neben einem hohen Speicherbedarf für die Bilddarstellung
einen hohen Softwareaufwand erfordert, wenn die Bildverarbeitung durch einen Rechner
erfolgen soll. Dabei ist schon bei diesen Minimalbedingungen zwischen Rechner und
Display eine Datenmenge von 64 k Bit zu transferieren, so daß bei einer Ubertragungsgeschwindigkeit
von 1200 Baud für die Signalverarbeitung 54 Sekunden erforderlich wären.
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Diese Signalverarbeitungszeit und der erforderliche hohe Aufwand an
Hardware und Software machen die bekannten Disslassvsteme schwerfällig und kostenaufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese schwerwiegenden Nachteile
der bekannten Systeme der erfindungsgemäßen Art zu überwinden und ein Verfahren
und eine Einrichtung zu schaffen, das eine wesentliche Verkleinerung des Bildspeichers
und des gesamten Hardwareaufwandes ermöglicht und den Rechenaufwand für Mustererkennungen
stark reduziert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steigungen-ausgewählter
Verbindungslinien (Elementarvektoren) für jedes einer Vielzahl von Elementarfeldern
in einem Festwertspeicher gespeichert sind und zum Einstellen einer Vielzahl möglicher
Linienführungen auf den Elementarfeldern des RasterdisPlays frei wählbare Vektoren
durch Verschieben im Festwertspeicher gesPeicherter Elementarvektoren in x- und/oder
y-Richtung in bezug auf die Elementarfelder des Rasterdisplays dargestellt werden.
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Dieses Verfahren kann in vorteilhqfter Weise auch so modifiziert werden,
daß fest gespeicherte Zeichen in einem frei wählbaren Elementarfeld in vorbestimmter
Weise in x- und/oder y-Richtung verschoben werden durch vorbestimmtes Einstellen
des Betrages (d x,d y) und des Vorzeichens (Vx, Vy) der Verschiebung in einem Festwertspeicher
gespeicherter Zeichen in bezug auf die Elementarfelder des Rasterdisplays.
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Ein überraschend einfaches Verfahren zum Darstellen ausgewahlter Elementarvektoren
besteht darin, daß die Steigungen aller zwischen einem ersten Bildpunkt als Eckpunkt
eines Elementarfeldes und den Bildpunkten der dem ersten Bildpunkt gegenüberliegenden
zwei Seiten und alle zwischen einem zweiten Bildpunkt als Ecknunkt des Elementarfeldes
und den Bildpunkten der dem zweiten Bildpunkt gegenüberliegenden zwei Seiten möglichen
Verbindungslinien als Elementarvektoren gespeichert werden und daß der erste Bildpunkt
so angeordnet ist, daß dessen Elementarvektoren positive Steigungen und daß der
zweite Bildpunkt so angeordnet ist, daß dessen Elementarvek£oren negative Steigungen
hahen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer Schaltungsanordnung zum
Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß
ein Addierer über erste Eingänge mit einem Feldzähler zum Auswählen der Zeile y
vorbestimmter Bildpunkte und über zweite Eingänge mit einem Bildwiederholspeicher
zum Erzeugen der Verschiebung g y eines Elementarvektors und des Vorzeichens Vy
der Verschiebung verbunden ist, daß der Addierer über Ausgänge auf einen Festwertspeicher
geschaltet ist und mit den im Addierer zu der Zählerstellung des Feldzählers addierten
Werten dy und Vy die Ausgangszählposition des Festwertspeichers einstellt, daß an
Ausgänge des Festwertspeichers ein erstes Schieberegister mit einem nachgeschalteten
zweiten Schieberegister angeschlossen ist, daß die Ausgänge des ersten Schieberegisters
mit einer ersten Gruppe von Eingängen und die Ausgänge des zweiten Schieberegisters
in gegenläufiger Reihenfolge mit einer zweiten Gruppe von Eingängen eines Demultiplexers
verbunden sind, daß über eine dritte Gruppe von Eingängen der Demultiplexer aus
dem Bildwiederholspeicher logische Signale für die Verschiebung t x eines Elementarvektors
und das Vorzeichen der Verschiebung Vx erhält und dadurch vorbestimmte der ersten
und zweiten Gruppe von Eingängen auf den Ausgang des Demultiplexers durchschaltet.
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Der Datentransfer zwischen dem Rasterdisplay und einem Rechner würde
bei Zugrundelegen der Elementarfelder als Bezugsgrößen-für den Datenaustausch erschwert.
Außerdem würde die Bilderzeugung und Bilderkennung einen erheblichen Software-Aufwand
erfordern. Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß
zum Speichern der Daten in Porm von Vektorangaben und Anweisungen eine Speichereinheit
(Display-File-Speicher) vorgesehen ist, daß dem Display-File-Speicher ein logischer
Interpretierer zum Aufbereiten ankommender Daten vorgeschaltet ist, daß am logischen
Interpretierer zum Umsetzen vom Display-File-Speicher abgehender Daten und Befehle
in eine logische Prozedur (Programmsprache) ein Eingang vorgesehen ist, daß dem
Display-File-Speicher ein Bild-Interpretierer nachgeschaltet ist zum Aufbereiten
der im Display-
File-Speicher gespeicherten Daten für die Eingabe
in einen Bildwiederholspeicher und daß ein Vektorgenerator die vom Bild wiederholspeicher
ausgegebenen Daten in eine graphische Form zur Bilddarstellung auf einem Monitor
umsetzt.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß für grafische
Darstellungen auf Rasterdisplays mit Bildwiederholspeicher der Aufwand für den Bildwiederholspeicher
stark reduziert wird. Für ein Elementarfeld mit 8 x 8 Bildpunkten sind 12 Bit im
Bildwiederholspeicher erforderlich, wobei 4 Bit für die Steigung und 8 Bit für die
Verschiebungen in x- und y-Richtung benötigt werden. Bei einer punktweisen Darstellung
sind dagegen für das gleiche Elementarfeld 64 Bit notwendig. Ferner wird der Speicherbedarf
des Festwertspeichers um den Faktor 5 verringert. Die zwischen Display und Rechner
zu übertragenden Daten verringern sich im gleichen Maße wie die Einsparung an Speicherkapazität
im Festwertspeicher. Die Zeit zum Übertragen der Daten zwischen Display und Rechner
verringert sich um den gleichen Faktor, wenn die Daten des Bildwiederholspeichers
direkt zum Rechner übertragen werden. Dem Rechner werden Vektorwertein Form von
kurzen Elementarvektoren übermittelt und dadurch eine Datenverarbeitung im Display
vorgenommen, so daß Datenverarbeitung und Mustererkennung im Rechner wesentlich
vereinfacht werden.
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Der Datentransfer von und zum Rechner kann über langsame Datenleitungen
erfolgen. Der zu übertragende Datenfluß beschränkt sich auf den üblichen Zeichenvorrat
nach ASC II bzw. den Teletype-Code.
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Durch die Einführung einer Programmsprache, die im logischen Interpretierer
verarbeitet wird, ergibt sich für das Raster-Display eine definierte Software-Schnittstelle,
so daß die Kommunikation mit jedem beliebigen Rechner möglich ist.
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Zu Beginn eines Bildaufbaues wird der Display-File-Speicher aufgefüllt,
der Datentransfer von und zum Rechner ist auf die Xnderungen im Display-File-Speicher
beschränkt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
zum Durchführen des Verfahrens werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 -Elementarfeld mit Elementarvektoren positiver Steigung, Fig. 2 Elementarfeld
mit Elementarvektoren negativer Steigung, Fig. 3 aus Rasterpunkten gebildeter Elementarvektor,
Fig. 4 Darstellung eines beliebigen Vektors im Elementarfeld, Fig. 5 Blockschaltbild
eines Vektorgenerators, Fig. 6 Blockschaltbild mit einem Display-File-Speicher.
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Bei einem Rasterdisplay werden alphanumerische Zeichen in der Weise
erzeugt, daß der Bildschirm in eine Vielzahl von Elementarfeldern aufgeteilt, und
je ein Zeichen in einem Elementarfeld dargestellt wird, Dabei ist jedes Elementarfeld
zerlegt in eine frei wählbare Zahl von Bildpunkten, die in Zeilen y und Spalten
x angeordnet sind.
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Die Erzeugung der darzustellenden alphanumerischen Zeichen erfolgte
bisher entsprechend der Rasterablenkung in der Weise, daß in x nebeneinanderliegenden
Elementarfeldern des Rasterdisplays nacheinander die in einer ersten, zweiten und
folgenden Zeile y enthaltenen Teile der Zeichen ausgegeben wurden. Die Darstellung
eines alphanumerischen Zeichen satzes mit 64 oder 128 verschiedenen Zeichen erfordert
einen Bildspeicheraufwand von 6 bzw. 7 Bitpro Elementarfeld.' Soll von jedem Punkt
eines Elementarfeldes zu einem anderen Punkt des gleichen Elementarfeldes eine Verbindungslinie
erzeugt werden, so ergibt sich eine wesentlich größere Zahl möglicher Zeichen. Bei
einem Elementarfeld mit einem Raster von 8 x 8 Punkten ergeben sich z.B. 1710 Verbindungsmöglichkeiten.
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Die erfindungsgemäße Einführung der Elementarvektoren und deren Kombination
zu beliebigen Zeichen führt zu einer erheblichen Reduzierung des erforderlichen
Hardwareaufwandes ohne die tEglichkeiten der Zeichendarstellung einzuschränken.
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Das Elementarfeld 1 der'Fig. 1 ist in 8 x 8 Bildpunkte aufgeteilt,
die in den Zeilen y = O bis 7 und den Spalten x = 0 bis 7 angeordnet sind. Die vom
Koordinatenursprung zu den Punkten 0 bis 14 an den diesem gegenüberliegenden Seiten
des Elementarfeldes eingezeichneten Verbindungslinien 2 sind die bei einem Raster
von 8 x 8 Bildpunkten möglichen Elementarvektoren mit positiver Steigung.
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In das Elementarfeld 3 der Fig. 2 sind bei gleichem Raster der Bildpunkte
alle Elementarvektoren 4 mit negativer Steigung eingetragen.
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Die positiven und die negativen Steigungen aller Elementarvektoren
3 und 4 sind über die Koordinaten ihrer Endpunkte in je einem Festwertspeicher gespeichert.
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In Fig. 3 ist ein Elementarvektor 2 mit positiver Steigung in Rasterpunkten
5 dargestellt.
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Die Vielzahl der möglichen Linienführungen wird dadurch realisiert,
daß die im Festwertspeicher gespeicherten Elementarvektoren der Elementarfelder
relativ zu den Elementarfeldern des Bildschirmes verschoben werden.
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In Fig. 4 ist-ein Elementarfeld 6 des Bildschirmes eines Ausgabegerätes
dargestellt, zu dem das in einem Festwertspeicher gespeicherte Elementarfeld 1 eines
Elementarvektors 2 mit positiver Steigung um einen Betrag D x mit positivem Vorzeichen
Vx und um einen
Betrag ß y mit positivem Vorzeichen Vy verschoben
ist. Durch diese Verschiebung fallen die Rasterpunkte 7 des Elementarvektors 2 aus
dem Bereich des Elementarfeldes 6 und werden auf dem Bildschirm nicht dargestellt.
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Sind die Werte der Verschiebung x und y und die Vorzeichen der Verschiebung
Vx und Vy unabhängig voneinander einstellbar, so kann mit Hilfe der gespeicherten
begrenzten Zahl von Elementarvektoren eine Vielzahl frei wählbarer Zeichen dargestellt
werden.
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In Fig. 5 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild als Beispiel einer
Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens dargestellt.
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In einem 4 Bit Addierer 8 werden über die Eingänge 9 von einem Feldzähler
des Bildwiederholspeichers des Displays Signale für die Auswahl der Zeilen y des
darzustellenden Zeichens eingegeben.
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Wenn sich die Zeichenhöhe, also die Höhe eines Elementarfeldes, aus
acht Ras terz eilen (Fernsehzeilen bei Fernsehablenkung) zusammensetzt, wird periodisch
von 0 bis 7 gezählt. In diesem Fall ist Bit 4 ohne Funktion.
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Im Bildwiederholspeicher sind auch die Werte der Verschiebung d y
und das Vorzeichen der Verschiebung Vy für die y-Richtung gespeichert, die über
die Eingänge 10 und 11 auf den Addierer 8 gelangen. Durch Addition dieser Festwerte
mit den Zählerstellungen des Feldzählers wird die Ausgangszählposition eines Festwertspeichers
12 über die Ausgänge 13, 14, 15 des Addierers 8 eingestellt und dadurch das Elementarfeld
1 um einen Betrag y mit dem Vorzeichen Vy in bezug auf das Elementarfeld des Bildschirms
verschoben.
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Aus dem Festwertspeicher 12 werden über dessen Ausgänge 17 die acht
Punkte P1 bis P8 z.B. für die x-Richtung in ein nachfolgendes erstes Schieberegister
18 für positive Verschiebungen übernommen, dem ein zweites Schieberegister 19 für
negative Verschiebungen nachgeschaltet ist. Die acht Ausgänge 20 bis 27 des Schieberegisters
18
und die acht Ausgänge 30 bis 37 des Schieberegisters 19 sind
parallel zueinander an die sechzehn Eingänge 40 bis 55 eines Demultiplexers 56angeschlossen.
Dabei sind die Ausgänge 20"bis 27 des Schieberegisters 18 mit den Eingängen 40 bis
47 und die Ausgänge 30 bis 37 des Schieberegisters 19 mit den Eingängen 55 bis 48
des Demultiplexers 56 verbunden. Bei gleicher Schieberichtung der Schieberegister
18 und 19 wird durch dieses gegenläufige Anschließen eine positive und auch eine
negative Verschiebung Vx bzw. Vy gemäß Fig. 4 ermöglicht. Welcher der Eingänge 40
bis 55 des Demultiplexers 56 zu dessen Ausgang 57 durchgeschaltet ist, wird vom
Bildwiederholspeicher festgelegt, der die drei Eingänge 58 des Demultiplexers 56
für den Wert der Verschiebung x und den Eingang 59 für das Vorzeichen Vx der Verschiebung
mit entsprechenden Signalen beaufschlagt.
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Über den Ausgang 16'des Addierers 8 wird der Ausgang 57 des Demultiplexers
56 zur Hell-Dunkelsteuer.ung gesperrt.
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Für den Fall, daß ein im Festwertspeicher 12 gesneichertes Elementarfeld
1 (Fig. 4) in bezug auf das entsprechende Elementarfeld 6 des Bildschirmes ausschließlich
in x-Richtung verschoben werden soll, also » y = 0 ist, ergeben sich folgende Möglichkeiten.
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Die Verschiebung ist Ax = 0. Am Eingang 59 des Demultinlexers 56,
der das Vorzeichen Vx bestimmt, steht ein Signal logisch 0 an.
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Beginnend mit dem Eingang 40 des Demultiplexers 56, der mit dem Ausgang
20 des Schieberegisters 18 verbunden ist, werden bei acht Schiebetakten (entsprechend
den 8 Bildpunkten des Elementarfeldes in x-Richtung) alle acht Ausgänge 20 bis 27
des Schieberegisters 18 für die Dauer einer Taktperiode zum Ausgang 57 des Demultiplexers
56 durchgeschaltet.
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Die Verschiebung ist positiv, z.B. a zu = 3 und das Vorzeichensignal
Vx ist logisch 0. Die Eingänge 58 für Ax und 59 für Vx des Demultiplexers 56 werden
vom Bildwiederholspeicher so mit logischen Signalen beaufschlagt, daß nur die Eingänge-
47 bis 43 durch die Taktung des Schieberegisters 18 zum Ausgang 57 durchgeschaltet
werden. Für die letzten drei Takte (Eingänge 42 bis 40) wird der Ausgang 57 des
Demultiplexers 56 dadurch auf logisch 0
gesetzt, daß in das Schieberegister
18 über dessen Eingang 60 Signale logisch 0 eingegeben werden. Die Auswahl der jeweiligen
Elementarvektoren erfolgt über die Eingänge 62 des Festwertspeichers 12.
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Der Vektorgenerator nach Fig. 5 ermöglicht das Erzeugen von Elementarvektoren
mit positiver und von Elementarvektoren mit negativer Steigung mit der Einschränkungldaß
in einem Elementarfeld wahlweise nur positive oder nur negative Vektoren abbildbar
sind.
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Mit zwei der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnungen, in deren
einem Festwertspeicher 12 die Elementarvektoren mit positiver und in deren anderem
Festwertspeicher die Elementarvektoren mit negativer Steigung programmiert sind,
können in einem Elementarfeld Elementarvektoren mit positiver und Elementarvektoren
mit negativer Steigung gemeinsam dargestellt werden Figur 6 zeigt eine vereinfachte
Schaltungsanordnung für den Datentransfer zwischen einem Rasterdisplay und einem
Rechner.
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Über eine Datenleitung 70 (z.B. eine Telefonleitung) werden Daten
zwischen einem Rechner und einem Modem 71 übertragen und in dem Modem in einen Pegel
für logische Schaltkreise (z.B. TTL-Pegel) umgesetzt In einer dem Modem nachgeschalteten
Einheit 72 für Datenübertragungssteuerung wird eine Serien-Wandlung der Daten durchgeführt,
bevor die Daten über einen Multiplexer 73 zum Erkennen und Ausführen von Befehlen
in den logischen Interpretierer 74 eingegeben werden. Als zentrale Speichereinheit
für die Vektordaten ist an den Ausgang 75 des logischen Interpretierers 74 ein Display-File-Speicher
76 angeschlossen, über den der Austausch von Vektordaten von und zum Rechner (Eingang
77 des logischen Interpretierers 74) läuft. Die Umrechnung und Neugruppierung der
Daten des Display-File-Speichers 76 für den Bildwiederholspeicher 79 des Displays
erfolgt in einem Bild-Interpretierer 78.
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Die Speicherinhalte des Bildwiederholspeichers 79 werden von dem Vektorgenerator
80, der in Fig. 5 vereinfacht dargestellt ist, in Bildsignale umgesetzt, die auf
dem nachgeschalteten Monitor 81 dargestellt werden.
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Anweisungen für den Aufbau graphischer Darstellungen können auch mit
einem an den Multiplexer 73 angeschlossenen Eingabegerät 82 gegeben werden, so daß
ein Bildaufbau ohne Rechner möglich ist.
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Die Befehlsanweisungen. für den logischen Interpretierer 74 werden
auf dem Bildschirm des Monitors 81 angezeigt. Über ein Lightpen 83 können ferner
Datenblöcke markiert oder aufgerufen werden.
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Das Übertragen von Befehlen oder Daten vom Display zum Rechner erfolgt
üblicherweise in der auch für die gegenläufige Richtungverwendeten Programmsprache.
Die Daten werden über das Eingabegerät 82 in den logischen Interpretierer 74 eingegeben
und gelangen von dort über die Einheit 72 für Datenübertragungssteuerung und das
Modem 71 auf die Datenleitung70.
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Wenn ein graphisches Bild ohne Computer aufgebaut wurde, muß der Inhalt
des Display-File-Speichers direkt zum Rechner übertragen werden. Die Steuerung des
Datenflusses wird vom logischen Interpretierer 74 übernommen.