Реферат: Устройство воспроизведения информации

Министерство общего и профессионального образования РФ

Самарский Государственный Технический Университет

Факультет автоматики и информационных технологий

Кафедра "Информационные технологии"

Реферат

по дисциплине "Информационные технологии"

на тему “Устройства отображения и воспроизводства информации”

Студенты 3-АИТ-4 Усеинов Д.В.

Романеев А.Е.

Преподаватель Морозов В.К.

САМАРА 1999
Содержание.

Введение………………………………………………………………………………3

1. Виды мониторов………………………………………………………………….4

1.1. Мониторы с электронно-лучевой трубкой………………………………4

1.2. Жидкокристаллические мониторы………………………………………8

1.3. Плазменные мониторы…………………………………………………..13

1.4. Пластиковые мониторы………………………………………………….14

2. Стандарты безопасности………………………………………………………...16

3. Видеоадаптеры и видеопамять………………………………………………….18

3.1. Видеопамять………………………………………………………………18

3.2. Видеоадаптеры……………………………………………………………20

4. Характеристики мониторов.…………………………………………………….26

4.1. Типы развертки…………………………………………………………...26

4.2. Разрешающая способность монитора……………………………..…….26

4.3. Частота регенерации……………………………………………………...28

4.4. Полоса пропускания…………………………………………………..….29

4.5. Настройка монитора……………………………………………………...29

4.6. Сводная таблица параметров мониторов……………………………….30

Заключение…………………………………………………………………………...31

Список используемой литературы………………………………………………….32

Введение.

Монитор - это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят в состав любой компьютерной системы. Они являются визуальным каналом связи со всеми прикладными программами и стали жизненно важным компонентом при определении общего качества и удобства эксплуатации всей компьютерной системы. В настоящее время развитие компьютерных технологий требует разработки новых мониторов, большего размера и новых возможностей. Создаваемые новые программы по работе с трехмерной графикой уже не могут нормально воспроизводиться на старых мониторах. Все это привело компаний-разработчиков к усовершенствованию тех технологий в области воспроизведения информации, которые имеют место быть. Поэтому эта проблема и стала одной из важных в компьютерной техники. В данном реферате мы попытаемся описать уже существующие типы мониторов, как они появились и вследствие чего, принцип работы некоторых мониторов. А так же опишем появление новых технологий, которые приведут нас в мир будущего. Правда многие из них находятся на данный момент в стадии разработки, но все равно уже понятно, что они быстро завоюют рынок. Но естественно понятно, что не было нужды в усовершенствовании мониторов, если не было прогресса в других областях. Например, создание новых, более быстрых процессоров или появление графических акселераторов и т.д. Таким образом, развитие мониторов непосредственно связано с прогрессом и усовершенствованием других составных компьютера. На рисунке 1 показана схемы действия монитора.

Схема действия монитора.

Рис. 1.

1. ВИДЫ МОНИТОРОВ

1.1 Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Сегодня самый распространенный тип мониторов это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа. Развитие этой технологии применительно к созданию мониторов за последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с высоким качеством и при низкой стоимости. Сегодня найти в магазине 14" монитор очень сложно, а ведь года три четыре назад это был стандарт. Сегодня стандартными являются 15" мониторы и наблюдается явная тенденция в сторону 17" экранов. Скоро 17" мониторы станут стандартным устройством, особенно в свете существенного снижения цен на них, а на горизонте уже 19" мониторы и более.

Рассмотрим принципы работы CRT мониторов. CRT или ЭЛТ монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т.е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для создания изображения в CRT мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам красный, зеленый и синий. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофор, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. Самые распространенные типы масок это теневые, а они бывают двух типов: "Shadow Mask" (теневая маска) и "Slot Mask" (щелевая маска).

SHADOW MASK

Теневая маска это самый распространенный тип масок для CRT мониторов. Теневая маска состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке работают как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками, где каждая такая точка состоит из трех люминофрных элементов основных цветов - зеленного, красного и синего – которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется dot pitch (или шаг точки) и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов - Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, Viewsonic. Принцип формирования изображения в Shadow Mask показан на рисунке 1.1.

Формирование изображения в Shadow Mask.

Рис. 1.1.

SLOT MASK

Щелевая маска это технология широко применяется компанией NEC. Это решение на практике представляет собой комбинацию двух технологий описанных выше. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch (щелевой шаг). Чем меньше значение slot pitch, тем выше качество изображения на мониторе. Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в мониторах Panasonic.

Есть и еще один вид трубок, в которых используется "Aperture Grill" (апертурная или теневая решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка. Апертурная решетка это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но имеющих одинаковую суть, например технология Trinitron от Sony или Diamondtron от Mitsubishi. На рисунке 1.2 показан принцип формирования изображения.

Апертурная решетка.

Рис. 1.2.

Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение strip pitch, тем выше качество изображения на мониторе. Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. А вот расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше шаг точки, тем лучше монитор: изображения выглядят более четкими и резкими, контуры и линии получаются ровными и изящными. Стандартной для 14" монитора является величина равная 0,28 мм, встречаются также 0,26; 0,21; 0,31; 0,22 и др. На рисунке 1.3 показан принцип формирования изображения.

Формирование изображения в Slot Mask.

Рис. 1.3.

1.2 Жидкокристаллические мониторы

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Жидкие кристаллы были открыты давным-давно, но изначально они использовались для других целей. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD мониторы для настольных компьютеров. Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветки монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.

Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 19" и более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии. STN это акроним, означающий "Super Twisted Nematic". Технология STN позволяет увеличить угол кручения ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

В будущем следует ожидать расширения вторжения LCD мониторов на рынок, благодаря тому факту, что с развитием технологии конечная цена устройств снижается, что дает возможность большему числу пользователей покупать новые продукты.

Вкратце расскажем о разрешении LCD мониторов. Это разрешение одно и его еще называют native, оно соответствует максимальному физическому разрешению CRT мониторов. Именно в native разрешении LCD монитор воспроизводит изображение лучше всего. Это разрешение определяется размером пикселей, который у LCD монитора фиксирован. При этом есть возможность использовать и более низкое, чем native, разрешение. Для этого есть два способа. Первый называется центрирование, суть метода в том, что для отображения изображения используется только то количество пикселей, которое необходимо для формирования изображения с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в середине. Все неиспользуемые пиксели остаются черными, т.е. вокруг изображения образуется широкая черная рамка. Второй метод называется растяжение. Суть его в том, что при воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением используются все пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако из-за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения, и ухудшается резкость. Поэтому, при выборе LCD монитора важно четко знать какое именно разрешение вам нужно. К преимуществам LCD мониторов можно отнести то, что они действительно плоски в буквальном смысле этого слова, а создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов. Отсутствие искажений на экране и массы других проблем свойственных традиционным CRT мониторам. Добавим, что потребляемая и рассеивая мощность у LCD мониторов существенно ниже, чем у CRT мониторов. В таблице 1 приведены сравнения LCD мониторов с активной матрицей и CRT мониторов:

Сравнение LCD и CRT мониторов. Таблица 1.

Главной проблемой развития технологий LCD для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. С ростом размеров дисплеев снижаются производственные возможности. В настоящее время максимальная диагональ LCD монитора пригодного к массовому производству достигает 20", а недавно некоторые разработчики представили 43" модели и даже 64" модели TFT-LCD мониторов готовых к началу коммерческого производства. Но похоже, что исход битвы между CRT и LCD мониторами за место на рынке уже предрешен. Причем не в пользу CRT мониторов. Будущее, судя по всему, все же за LCD мониторами с активной матрицей. Исход битвы стал ясен после того, как IBM объявила о выпуска монитора с матрицей, имеющей 200 пикселей на дюйм, то есть с плотностью в два раза больше, чем у CRT мониторов. Как утверждают эксперты, качество картинки отличается так же как при печати на матричном и лазерном принтерах. Поэтому вопрос перехода к повсеместному использованию LCD мониторов лишь в их цене.

1.3 Плазменные мониторы

Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels) или просто "plasma" и FED (Field Emission Display).

Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие уже начали производство плазменных мониторов с диагональю 40" и более, причем некоторые модели уже готовы для массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Фактически, каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах существенно больше, чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.

Технологии, которые применяются при создании мониторов, могут быть разделены на две группы: 1) мониторы основанные на излучении света, например традиционные CRT мониторы и плазменные, т.е. это устройства, элементы экрана которых излучают свет во внешний мир и 2) мониторы трансляционного типа, такие как LCD мониторы. Одним из лучших технологических направлений в области создания мониторов, которая совмещает в себе особенности обоих технологий, описанных нами выше, является технология FED (Field Emission Display). Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в CRT мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. Главное отличие между CRT и FED мониторами состоит в том, что CRT мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча, последовательно сканирующих панель, покрытую люминофорным слоем, а в FED мониторе используются множество маленьких источников электронов, расположенных за каждым элементом экрана и все они размещаются в пространстве по глубине меньшем, чем требуется для CRT. Каждый источник электронов управляется отдельным электронным элементом, так же как это происходит в LCD мониторах и каждый пиксель затем излучает свет, благодаря воздействию электронов на люминофорные элементы, как и в традиционных CRT мониторах.

1.4 Пластиковые мониторы

Есть и еще одна новая и, на наш взгляд перспективная технология, это LEP (Light Emission Plastics) или светящий пластик. На сегодняшний день компания может представить монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к жидкокристаллическим дисплеям LCD, уступающие им по сроку службы, но имеющие ряд существенных преимуществ:

поскольку многие стадии процесса производства LEP- дисплеев совпадают с аналогичными стадиями производства LCD, производство легко переоборудовать. Кроме того, технология LEP позволяет наносить пластик на гибкую подложку большой площади, что невозможно для неорганического светодиода (там приходится использовать матрицу диодов);

поскольку пластик сам излучает свет, не нужна подсветка и прочие хитрости, необходимые для получения цветного изображения на LCD-мониторе. Больше того, LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

поскольку устройство дисплея предельно просто: вертикальные электроды с одной стороны пластика, горизонтальные - с другой, изменением числа электродов на единицу протяженности по горизонтали или вертикали можно добиваться любого необходимого разрешения, а также, при необходимости, различной формы пиксела;

поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 V) и имеет малый вес, его можно использовать в портативных устройствах, питающихся от батарей;

поскольку LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 микросекунды), его можно использовать для воспроизведения видеоинформации;

поскольку слой пластика очень тонок, можно использовать специальные поляризующие покрытия для достижения высокой контрастности изображения даже при сильной внешней засветке.

Эти преимущества плюс дешевизна привели к возникновению у LEP-технологии достаточно радужных перспектив.

2. СТАНДАРТЫ БЕЗОПАСНОСТИ

А теперь логичнее перейти к вопросу о стандартах безопасности, тем более что на всех современных мониторах можно встретить наклейки с аббревиатурами TCO и MPR II. Правда еще встречаются надписи Low Radiation, но на самом деле это не свидетельствует о какой-либо защите, просто так делали производители Юго-Восточной Азии для привлечения внимания к своей продукции. С целью снижения риска для здоровья различными организациями были разработаны рекомендации по параметрам мониторов, следуя которым производители мониторов борются за наше здоровье. Все стандарты безопасности для мониторов регламентируют максимально допустимые значения электрических и магнитных полей создаваемых монитором при работе. Практически в каждой развитой стране есть собственные стандарты, но особую популярность во всем мире завоевали стандарты, разработанные в Швеции и известные под именами TCO и MPRII.

TCO

TCO (The Swedish Confederation of Professional Employees, Шведская Конфедерация Профессиональных Коллективов Рабочих). Более 80% служащих и рабочих в Швеции имеют дело с компьютерами, поэтому главная задача TCO это разработать стандарты безопасности при работе с компьютерами, т.е. обеспечить своим членам и всем остальным безопасное и комфортное рабочее место. Кроме разработки стандартов безопасности, TCO участвует в создании специальных инструментов для тестирования мониторов и компьютеров.

Стандарты TCO разработанные с целью гарантировать пользователям компьютеров безопасную работу. Этим стандартам должен соответствовать каждый монитор, продаваемый в Швеции и в Европе. Рекомендации TCO используются производителями мониторов для создания более качественных продуктов, которые менее опасны для здоровья пользователей. Суть рекомендаций TCO состоит не только в определении допустимых значений различного типа излучений, но и в определении минимально приемлемых параметров мониторов, например поддерживаемых разрешений, интенсивности свечения люминофора, запас яркости, энергопотребление, шумность и т.д. Более того, кроме требований в документах TCO приводятся подробные методики тестирования мониторов. Рекомендации TCO применяются как в Швеции, так и во всех Европейских странах для определения стандартных параметров, которым должны соответствовать все мониторы.

MPR II

MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation) и определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, а также методы их измерения. MPRII базируется на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие как монитор для компьютера, не должны создавать электрические и магнитные поля, большие чем те, которые уже существуют. Заметим, что стандарты TCO требуют снижения излучений электрических и магнитных полей от устройств на столько, насколько это технически возможно, вне зависимости от электрических и магнитных полей уже существующих вокруг нас.

3. ВИДЕОАДАПТЕРЫ И ВИДЕОПАМЯТЬ

3.1 Видеопамять

Монитор по отношению к процессору выступает в той же роли, что телевизор по отношению к телецентру: он показывает изображение, формируемое процессором компьютера. Но телевизор непрерывно получает видеосигнал из телецентра, а монитор на это "рассчитывать" не может. Дело в том, что процессор должен заниматься многими другими заданиями, а не только передавать изображение на монитор. Поэтому видеоадаптер должен иметь специальную память, в которую процессор записывает изображение. А уже затем видеоадаптер независимо от процессора может выводить содержимое этой видеопамяти на экран.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM - синхронное динамическое ОЗУ) продвигается как стандарт на замену EDO DRAM и других асинхронных одно-портовых типов памяти. После того, как произведено первое чтение из памяти, или первая запись в память, последующие операции чтения или записи происходят с нулевыми задержками. Этим достигается максимально возможная скорость чтения и записи данных.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM - динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) - основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхронный доступ, при котором управляющие сигналы жестко не привязаны к тактовой частоте системы. Активно применялся примерно до 1996 г.

VRAM (Video RAM – видео ОЗУ) - так называемая двухпоpтовая DRAM с поддержкой одновременного доступа со стороны видеопроцессора и центрального процессора компьютера. Позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки и увеличивает скорость работы.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM - динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) - тип памяти с элементами конвейеризации, позволяющий несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM - синхронное графическое ОЗУ) - вариант DRAM с синхронным доступом, когда все управляющие сигналы изменяются только одновременно с системным тактовым синхросигналом, что позволяет уменьшить временные задержки за счет "выравнивания" сигналов.

WRAM (Window RAM) - вариант VRAM, с увеличенной на 25% пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций, таких как отрисовка шрифтов, перемещение блоков изображения и т.п. Применяется практически только на акселераторах фирм Matrox и Number Nine, поскольку требует специальных методов доступа и обработки данных, наличие всего одного производителя данного типа памяти сильно сократило возможности ее использования. Видеоадаптеры построенные с использованием данного типа памяти не имеют тенденции к падению производительности при установке больших разрешений и частот обновления экрана, на одно-портовой же памяти в таких случаях RAMDAC все большее время занимает шину доступа к видеопамяти и производительность видеоадаптера может сильно упасть.

MDRAM (Multibank DRAM - многобанковое ОЗУ) - вариант DRAM, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32 Кб каждый, работающих в конвейерном режиме.

RDRAM (RAMBus DRAM) – память, использующая специальный канал передачи данных (Rambus Channel), представляющий собой шину данных шириной в один байт. По этому каналу удается передавать информацию очень большими потоками, наивысшая скорость передачи данных для одного канала на сегодняшний момент составляет 1600MB/сек (частота 800MHz, данные передаются по обеим срезам импульса). Hа один такой канал можно подключить несколько чипов памяти. Контроллер этой памяти работает с одним каналом Rambus, на одном чипе логики можно разместить четыре таких контроллера, значит теоретически можно поддерживать до 4 таких каналов, обеспечивая максимальную пропускную способность в 6.4GB/сек. Hа сегодняшний момент этот тип памяти обеспечивает наивысшую пропускную способность на один чип памяти среди всех остальных типов памяти. Увеличение скоpости обpащения видеопpоцессоpа к видеопамяти, помимо повышения пpопускной способности адаптеpа, позволяет поднять максимальную частоту pегенеpации изобpажения, что снижает утомляемость глаз опеpатоpа.

3.2 Видеоадаптеры

Когда появился компьютер IMB PC, единственным совместимым с ним видеоадаптером был адаптер MDA. Он оказался неплохим дополнением для посимвольно ориентированного коммерческого программного обеспечения, в том числе для таких текстовых процессоров, как WordStar, устанавливавшихся в микрокомпьютерах того времени. Но по мере роста объема данных, вводимых в электронные таблицы, появилось желание отобразить эти данные в графическом виде. Для первых пользователей электронных таблиц существовало два выхода:

Использовать видеоадаптер Color Graphics Adapter (CGA) фирмы IBM. Адаптер CGA позволил решить проблему отсутствия графики в MDA и увеличить количество цветов. Кроме того, в нем были предусмотрены отдельные режимы для текста и для графики. Графическое разрешение было недостаточно высоким для качественного отображения текста, и даже в текстовом режиме матрица символов имела размер 8х8 точек вместо 9х14 у MDA. При замене MDA на CGA приходилось покупать новый монитор. Многие использовали MDA и CGA одновременно.

Использовать видеоплату Hercules Graphics Card (HGC). Видеоплата HGC сохраняла качественное отображение монохромного текста MDA и дополняла его монохромной графикой для коммерческих приложений. Возможно, это стало наиболее заметным вкладом в создание рынка независимых производителей аппаратного обеспечения для IBM PC. Плата HGC открыла доступ к каждому пикселю на экране монохромного адаптера, имеющем разрешение 720х350, что составляло более 80% пикселей на стандартном дисплее с разрешением 640х480, все еще используемом в настоящее время.

У адаптера CGA было слишком низкое разрешение и очень мало цветов – аппаратное обеспечение превращало изображение на экране в нечто наподобие мультфильмов. У него также была проблема с совместным доступом к видеопамяти генератора изображения и шины. Если процесс обращался к видеопамяти в тот момент, когда луч на электронно-лучевой трубке не возвращался снизу вверх, на экране появлялся белый шум ("снег", или импульсный точечный узор).

Чтобы решить проблемы адаптера CGA, фирма IBM разработала видеоадаптер Enhanced Graphics Adapter (EGA), в котором устранялись многие недостатки CGA, а также увеличивалось количество цветов и разрешение экрана. Это улучшило качество текста и графики. Однако разрешение и количество цветов оставались все еще ограниченными. Это открывало широкое поле деятельности для независимых фирм. Адаптер EGA хорошо продавался благодаря программному обеспечению, но был достаточно дорогим. Фирма IBM продавала EGA по частям: сначала вы покупали плату и монитор, а затем, чтобы получить максимальное разрешение и цветность, - дополнительную память и чипы.

Дороговизна и ограниченная производительность адаптера EGA стимулировали спрос на лучшие видеосистемы. Фирма IBM выпустила Professional Graphics Controller, но он оказался дорогим и несовместимым с большей частью программного обеспечения. В Windows никогда не существовало драйверов для этого контролера. Другие предприниматели создали свои адаптеры, свои программы-драйверы и свои проблемы совместимости.

Решением этой проблемы стал один из самых долговечных стандартов, когда-либо существовавших в персональных компьютерах: Video Graphics Adapter (VGA), который IBM впервые представила с компьютерами PS/2 в 1987 году, изменил ключевые характеристики видеоподсистем:

Интерфейс аналоговых сигналов к монитору. Все мониторы с MDA, HGC, CGA и EGA получали от видеоплаты цифровые сигналы, иными словами, сигнал состоял из нулей и единиц. Однако новые функциональные возможности последующих поколений видеоплат нельзя было реализовать в мониторах со стандартом MDA, CGA и EGA. В стандарте VGA цифровой интерфейс сигнала заменен аналоговым; амплитуда сигнала указывает на яркость луча в любой момент времени.

Повышенное разрешение и большее количество цветов. Стандарт VGA повысил графическое разрешение до 640х480 с 16 цветами. В расширении Super VGA обычно используется 256 цветов.

Переход к аналоговому интерфейсу монитора был необходим для увеличения количества цветов, поддерживаемых VGA. Покажем кратко различие интерфейсов EGA и VGA:

EGA – по соединительному кабелю проходят двухразрядные цифровые сигналы для красного, зеленого и синего. Монитор синхронизируется отдельными горизонтальными и вертикальными синхроимпульсами.

VGA - по соединительному кабелю проходят аналоговые сигналы интенсивности для красного, зеленого м синего. Монитор синхронизируется отдельными горизонтальными и вертикальными синхроимпульсами.

Стандарт VGA позволял использовать программное обеспечение с усовершенствованной видеоплатой любого производителя, а операционная система Windows позволила писать программное обеспечение, не зависящее о интерфейса видеоплаты. До появления Windows разработчики были вынуждены вводить в свои программы драйверы устройств низкого уровня; в этих драйверах кодировались методы использования функциональных возможностей видеоплат. Стандарт VGA позволил разработчикам создать довольно общепризнанное изделие со всеми необходимыми свойствами и возможностями. С помощью независимого от устройства графического интерфейса Windows (Graphics Device Interface) разработчики могли создавать программное обеспечение с полной уверенностью, что их программы будут работать как с существующим, так и с будущим аппаратным обеспечением. Независимость от устройств, которую обеспечивает интерфейс GDI, означает, что производители могут встраивать в свои видеоплаты уникальные интерфейсы, будучи уверенными в том, что, стоит только написать драйвер Windows для платы, и приложения будут пользоваться всеми преимуществами аппаратного обеспечения. Кроме всего прочего, аналоговый интерфейс избавил монитор о необходимости синхронизации с видеоплатой, обусловив появление мониторов, которые могут работать с различными разрешениями дисплея и принимать любое количество цветов. Теперь перечислим основные типы и характеристики видеоадаптеров:

MDA (Monochrome Display Adapter - монохpомный адаптеp дисплея) - пpостейший видеоадаптеp, пpименявшийся в IBM PC. Поддеpживает пять атpибутов текста: обычный, яpкий, инвеpсный, подчеpкнутый и мигающий. Частота стpочной pазвеpтки - 15 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой: сигналы синхpонизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яpкости.

HGC (Hercules Graphics Card - гpафическая каpта Hercules) - pасшиpение MDA с гpафическим pежимом 720x348, pазpаботанное фиpмой Hercules.

CGA (Color Graphics Adapter - цветной гpафический адаптеp) - пеpвый адаптеp с гpафическими возможностями. Работает либо в текстовом pежиме, либо в гpафическом. В текстовых pежимах доступно 256 атpибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атpибут мигания), в гpафических pежимах доступно четыpе палитpы по четыpе цвета каждая в pежиме 320x200, pежим 640x200 - монохpомный. Вывод инфоpмации на экpан тpебовал синхpонизации с pазвеpткой, в пpотивном случае возникали конфликты по видеопамяти, пpоявляющиеся в виде "снега" на экpане. Частота стpочной pазвеpтки - 15 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой: сигналы синхpонизации, основной видеосигнал (тpи канала - кpасный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яpкости.

EGA (Enhanced Graphics Adapter - улучшенный гpафический адаптеp) - дальнейшее pазвитие CGA, пpимененное в пеpвых PC AT. Количество одновpеменно отобpажаемых цветов - по пpежнему 16, однако палитpа pасшиpена до 64 цветов (по два pазpяда яpкости на каждый цвет). Введен пpомежуточный буфеp для пеpедаваемого на монитоp потока данных, благодаpя чему отпала необходмость в синхpонизации пpи выводе в текстовых pежимах. Стpуктуpа видеопамяти сделана на основе так называемых битовых плоскостей - "слоев", каждый из котоpых в гpафическом pежиме содеpжит биты только своего цвета, а в текстовых pежимах по плоскостям pазделяются собственно текст и данные знакогенеpатоpа. Совместим с MDA и CGA. Частоты стpочной pазвеpтки - 15 и 18 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой: сигналы синхpонизации, видеосигнал (по две линии на каждый из основных цветов).

MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный гpафический адаптеp) - введен фиpмой IBM в pанних моделях PS/2. Количество воспpоизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уpовня на каждый из основных цветов). Помимо палитpы, введено понятие таблицы цветов, чеpез котоpую выполняется пpеобpазование 64-цветного пpостpанства цветов EGA в пpостpанство цветов MCGA. Введен также видеоpежим 320x200x256, в котоpом вместо битовых плоскостей используется пpедставление экpана непpеpывной областью памяти объемом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экpана. Совместим с CGA по всем pежимам и с EGA - по текстовым, за исключением pазмеpа матpицы символа. Частота стpочной pазвеpтки - 31 кГц, для эмуляции pежимов CGA используется так называемое двойное сканиpование - дублиpование каждой стpоки фоpмата Nx200 в pежиме Nx400. Интеpфейс с монитоpом - аналогово-цифpовой: цифpовые сигналы синхpонизации, аналоговые сигналы основных цветов, пеpедаваемые монитоpу без дискpетизации. Поддеpживает подключение монохpомного монитоpа и его автоматическое опознание - пpи этом в видео-BIOS включается pежим суммиpования цветов по так называемой шкале сеpого для получения полутонового чеpно-белого изобpажения. Суммиpование выполняется только пpи выводе чеpез BIOS - пpи непосpедственной записи в видеопамять на монитоp попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встpоенного цветосмесителя).

VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной гpафики) - pасшиpение MCGA, совместимое с EGA, введен фиpмой IBM в сpедних моделях PS/2. Фактический стандаpт видеоадаптеpа с конца 80-х годов. Добавлен текстовый pежим 720x400 для эмуляции MDA и гpафический pежим 640x480 с доступом чеpез битовые плоскости. В pежиме 640x480 используется так называемая квадpатная точка. Совместим с MDA, CGA и EGA, интеpфейс с монитоpом идентичен MCGA.

IBM 8514/a - специализиpованный адаптеp для pаботы с высокими pазpешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами гpафического ускоpителя. Hе поддеpживает видеоpежимы VGA. Интеpфейс с монитоpом аналогичен VGA/MCGA.

IBM XGA - следующий специализиpованный адаптеp IBM. Интеpфейс с монитоpом аналогичен VGA/MCGA.

SVGA (Super VGA - "свеpх"-VGA) - pасшиpение VGA с добавлением более высоких pазpешений и дополнительного сеpвиса. Цветовое пpостpанство pасшиpено до 65536 (High Color) или 16.7 млн (True Color). Из дополнительного сеpвиса добавлена поддеpжка VBE. Фактический стандарт видеоадаптера примерно с 1992 г.

В таблице 2 приводятся сравнительные характеристики адаптеров.

Сравнительные характеристики адаптеров. Таблица 2.

А теперь поясним встречающиеся выше термины: High Color, True Color и т.д. В обычных VGA-адаптерах цветовая информация записывается в видеопамять и занимающая 4 или 8 бит, перекодируется в 18-разрядное слово. В контролере графической карты эта информация преобразуется из цифровой в аналоговую и передается на монитор. В режимах High Color, True Color и Real Color введенное в память слово сразу передается в цифрово-аналоговый преобразователь, поэтому цветовая информация о каждом пикселе записывается в это слово своим полным значением.

High Color вводит в действие палитру из 32768 цветовых оттенков. Real Color поддерживает 65536 оттенков, при True Color видеокарта поддерживает 16,7 миллионов цветов.

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНИТОРОВ

4.1 Типы развертки

В режимах высокого разрешения немаловажным фактором является тип развертки построчная (Non-Interlaced) или чересстрочная. При построчном способе формирования изображения все строки кадра выводятся в течение одного периода кадровой развертки, то есть передача всех строк на экране монитора за один прием без чередования. Обладающие построчной разверткой мониторы позволяют быстрее выводить изображение на экран и менее подвержены мерцанию. Все современные мониторы являются мониторами со построчной разверткой. При чересстрочном способе за один период кадровой развертки выводятся нечетные строки изображения, за второй – нечетные. Поэтому, говорят что один кадр делится на два поля. Заметно, что в случае чересстрочной развертки частота кадров снижается вдвое. Стандартные VGA карты при 800х600 поддерживают построчный способ, а 1024х728 – чересстрочный. В чем же из различие. Мониторы с построчной разверткой обладают лучшими характеристиками, так как они воспроизводят изображение на экране быстрее и без мерцания. Они также имеют более резкие и четкие изображения. Все мониторы высокого качества отображают изображения во всех режимах разрешения с построчной разверткой. Мониторы, имеющие "штатные" режимы с чересстрочной разверткой, ни одной из ведущих фирм, производящих мониторы, не выпускаются. Поэтому не стоит даже и думать о приобретении

монитора с такой разверткой.

4.2 Разрешающая способность монитора

Разрешающая способность или разрешение означает плотность отображаемого на экране изображения. Она определяется количеством точек или элементов изображения вдоль одной строки и количеством горизонтальных строк. Экран VGA c разрешением 640х480 точек имеет 640 точек вдоль строки и 480 строк, развернутых на экране. Чем выше разрешающая способность, тем больше информации выводится на экран. В настоящее время максимально возможное разрешение достигает значения 1800х1440 (Монитор ViewSonic P815), что значительно превышает разрешающую способность цветного телевизора, равную приблизительно 800х625 точек. В режиме максимального разрешении монитора, как правило, работать нельзя (слишком мелко). Но максимальное разрешение является одним из важнейших параметров оценки качества монитора. Чем выше максимальное разрешение, тем лучше монитор.

Однако реальную максимальную разрешающую способность монитора вы можете определить сами. Для этого надо иметь три числа: шаг точки (шаг триад для трубок с теневой маской или горизонтальный шаг полосок для трубок с апертурной решеткой) и габаритные размеры используемой области экрана в миллиметрах. Последние можно узнать из описания устройства либо измерить самостоятельно. Если вы пойдете вторым путем, то максимально расширьте границы изображения и проводите измерения через центр экрана. Подставьте полученные числа в соответствующие формулы для определения реальной максимальной разрешающей способности.

Примем сокращения:

максимальное разрешение по горизонтали = MRH

максимальное разрешение по вертикали = MRV

Для мониторов с теневой маской:

MRH = горизонтальный размер/(0,866 x шаг триад);

MRV = вертикальный размер/(0,866 x шаг триад).

Так, для 17-дюймового монитора с шагом точек 0,25 мм и размером используемой области экрана 320x240 мм мы получим максимальную действительную разрешающую способность 1478x1109 точек: 320 /(0,866x0,25) = 1478 MRH; 240 /(0,866x0,25) = 1109 MRV.

Для мониторов с трубкой использующую апертурную решетку:

MRH = горизонтальный размер/горизонтальный шаг полосок;

MRV = вертикальный размер/вертикальный шаг полосок.

Так, для 17-дюймового монитора с трубкой использующую апертурную решетку и шагом полосок 0,25 мм по горизонтали и размером используемой области экрана 320x240 мм получим максимальную действительную разрешающую способность 1280x600 точек: 320/0,25 = 1280 MRH; Апертурная решетка не имеет шага по вертикали, и разрешающая способность по вертикали такой трубки ограничена только фокусировкой луча.

Оптимальное разрешение жестко связано с размерами кинескопа монитора. Рекомендованные врачами режимы сведены в таблицу 3:

Рекомендованные режимы работы. Таблица 3.

4.3 Частота регенерации

Это одна из важнейших характеристик монитора, определяющая скорость, с которой происходит воспроизведение кадра или полное восстановление (обновление) экрана в единицу времени. Частота регенерации измеряется в Hz (Герцах, Гц), где один Гц соответствует одному циклу в секунду. Частота регенерации дисплея и соответствующие характеристики графической платы, с которой работает монитор, предопределяют мерцание изображения для всех режимов работы монитора. Чем выше частота регенерации, тем меньше мерцание экрана и, как следствие, комфортнее условия работы в силу значительно меньшей утомляемости глаз пользователя. Стандарты VESA определяют сегодня частоту кадровой развертки в отсутствие мерцания изображения для любых режимов работы монитора не хуже 85 Гц. Частота строчной развертки, выражающаяся в килогерцах (кГц), равна количеству строк, которое луч может пробежать за одну секунду. Более высокая частота строчной развертки позволяет выводить на экран изображения с более высоким разрешением. Частота кадровой развертки или частота смены кадров, выраженная в герцах (Гц), соответствует частоте кадров: сколько раз луч формирует полное изображение - от самой верхней строки до самой нижней - за одну секунду. Чем выше частота кадровой развертки, тем меньше уровень нежелательного мерцания изображения, на которое невольно реагируют глаза и, следовательно, меньше нагрузка на зрение. Заметим, что чем больше экран монитора, тем более заметно мерцание, особенно периферийным (боковым) зрением, так как угол обзора изображения увеличивается. Значение частоты регенерации зависит от используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от возможностей видеоадаптера.Частоты строчной и кадровой разверток подбираются так, чтобы сформировать на экране изображение с высоким разрешением и отсутствием мерцания. Минимально допустимая частота кадровой развертки - 72 Hz. Но это минимум, при этом многие пользователи замечают мерцание экрана, особенно в помещении, освещенном люминисцентными лампами. Ниже мы приводим таблицу 4 с минимально допустимыми частотами регенерации мониторов по новому стандарту TCO’99 для разных разрешений:

Допустимые частоты регенерации. Таблица 4.

4.4 Полоса пропускания

Это диапазон в частот в МГц, в пределах которого гарантирована устойчивая работа монитора. Полоса пропускания также может быть представлена как быстродействие монитора, с которым он способен воспринять графическую информацию в условиях воспроизведения изображения с максимальным разрешением, и рассчитана по формуле: W = Hmax * Vmax * Fmax, где Hmax – максимальное разрешение по вертикали, Vmax – максимальное разрешение по горизонтали, Fmax – максимальная частота кадров.

4.5 Настройка монитора

Иногда, из-за изменения освещенности или при начальной установке монитора, требуется корректировка качества изображения, воспроизведения цветов или яркости. Существуют три типа систем управления и регулирования монитора: аналоговые, цифровые и цифровые с экранным меню. Аналоговые средства управления - это обычные вращающиеся ручки или кнопки, устанавливаемые на всех не слишком дорогих мониторах. Цифровые средства управления основаны на использовании микропроцессора, они обеспечивают точные настройки и более просты в эксплуатации. Большинство цифровых средств управления снабжены экранным меню, которое появляется каждый раз, когда активизируются настройки и регулировки. С помощью цифровых средств управления установки сохраняются в специальной памяти и не изменяются при отключении электропитания. Экранные средства управления удобны, наглядны, пользователь видит процесс настройки, который становится проще, точнее и понятнее. Кроме этого, все мониторы с меню на экране показывают частоты кадровой и строчной развертки, приходящие на монитор, и можно проверить правильность установки этих параметров видеокартой компьютера.

4.6 Сводная таблица параметров мониторов

Ниже в таблицах 5, 6 и 7 мы приводим мультимедийные характеристики мониторов фирм Samsung, Sony и Goldstar.

Параметры мониторов фирмы SAMSUNG. Таблица 5.

Параметры мониторов фирмы VIEWSONIC. Таблица 6.

Параметры мониторов фирмы LG. Таблица 7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенной работы были получены результаты на, основе которых можно говорить, что развитие технологий в видеосистемах идет полным ходом. И какие изобретения или открытия будут сделаны в будущем предсказать невозможно. Однако на основе исследований видно, что появление новых разработок в среде мониторов необходимо, так как в результате развития компьютерных технологий в других составляющих компьютера неизбежно приводит к актуальности развития мониторов. В настоящее время мониторы – это одна из главных составных компьютера, и поэтому мы решили провести анализ последних стандартов и области видеосистем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

В.Э. Фигурнов "IBM PC для пользователя". Изд. 6-е, перераб. и доп. – М.:ИНФРА – М, 1995.

Айдек, Колесниченко, Крамер "Аппаратные средства PC". Изд. 2-е – М, 1998.

www.ixbt.com/. Компьютеры и периферия.

Журнал "Мир ПК". №3 март 1999.

Журнал "Мир ПК". №5 май 1999.