Как работает электронно - лучевой монитор

Технологии отображения информации

Информационную связь между пользователем и компьютером обеспечивает монитор. В наши дни компьютерные мониторы достигли высшей ступени развития, что впрочем не избавляет пользователя от необходимости разбираться в аппаратном обеспечении. Медленный видеоадаптер может затормозить работу даже самого быстрого компьютера. А неправильное сочетание монитора и видеоадаптера не только не позволит полноценно выполнять поставленные задачи, но может привести к ухудшению зрения.

Система отображения компьютера состоит из двух главных компонентов:

􀂄 монитора (дисплея);

􀂄 видеоадаптера (называемого также видеоплатой или графической платой).

Компьютерный монитор обычно базируется на одной из двух основных технологий: электронно - лучевая трубка CRT(cathode_ray tube) или

жидкокристаллический дисплей LCD (liquid crystal display)

Информация на мониторе может отображаться несколькими способами. Самый распространенный — отображение на экране электронно-_лучевой трубки ЭЛТ), такой же, как в телевизоре. ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран, покрытый люминофором. Нагреваясь, электронная пушка испускает поток электронов, которые с большой скоростью устремляются к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушки, которые направляют его в определенную точку покрытого люминофором экрана. Под воздействием ударов электронов люминофор излучает свет, который видит пользователь, сидящий перед экраном компьютера. В электронно-лучевых мониторах используются три слоя люминофора: красный, зеленый и синий. Для выравнивания потоков электронов применяется так называемая теневая маска — металлическая пластина, имеющая щели или отверстия, которые разделяют красный, зеленый и синий люминофор на группы по три точки каждого цвета. Качество изображения определяется типом используемой теневой маски; на резкость изображения влияет расстояние между группами люминофора (шаг расположения точек).

Химическое вещество, используемое в качестве люминофора, характеризуется временем послесвечения, которое отображает длительность свечения люминофора после воздействия электронного пучка. Время послесвечения и частота обновления изображения должны соответствовать друг другу, чтобы не было заметно мерцание изображения (если время послесвечения очень мало) и отсутствовала размытость и удвоение контуров в результате наложе ния последовательных кадров (если время послесвечения слишком велико). Электронный луч движется очень быстро, прочерчивая экран строками слева направо и сверху вниз по траектории, именуемой растром. Период сканирования по горизонтали определяется скоростью перемещения луча поперек экрана.

В процессе развертки (перемещения по экрану) луч воздействует на те элементарные участки люминофорного покрытия экрана, где должно появиться изображение. Интенсивность луча постоянно меняется, в результате чего изменяется яркость свечения соответствующих участков экрана. Поскольку свечение исчезает очень быстро, электронный луч должен вновь и вновь пробегать по экрану, возобновляя его. Этот процесс называется возобновлением (или регенерацией) изображения. В большинстве мониторов частота регенерации, которую также называют частотой вертикальной развертки, во многих режимах приблизительно равна 85 Гц, т.е. изображение на экране

обновляется 85 раз в секунду. Снижение частоты регенерации приводит к мерцанию изображения, которое очень утомляет глаза. Следовательно, чем выше частота регенерации, тем комфортнее себя чувствует пользователь. В некоторых дешевых мониторах частота регенерации без мерцания возможна только при разрешениях 600.480 и 800.600; следует приобретать монитор,

поддерживающий достаточную частоту регенерации при разрешении 1 024.768 и выше.

На рис.10.1 наведено принципову схему електронно-проміневого монітору (ЕПТ-монітора).

Рис. 10.1.

К - катод

Ф - фокусуюча система

М - модулятор

СР - система розгортання (развертки)

ЕП - електронний промінь

А - анод

Е - екран (люмінесцентний)

Між катодом (К) і анодом (А)подається висока напруга (декілька Квольт), яка „вириває" з катода електронний потік, що фокусується у тонкий промінь фокусуючою системою (Ф). Цей промінь падає на екран, покритий зернистим люмінофором - рідиною, яка світиться під впливом енергії променя електронів.

За допомогою модулятора можна міняти інтенсивність потоку електронів і таким чином одержувати на екрані різну яскравість крапки, в яку попадає промінь.

Система розгортання за допомогою пилоподібної напруги (Рис. 9.2) створює растр на поверхні екрана (Рис. 9.3)

Кожна крапка цього растра адресується і може бути засвічена чи не засвічена. Таким
чином створюється графічне зображення. Мінімальний елемент растра (крапка) називається
пікселем.

Кольорові монітори мають піксели більш складної форми (рис. 10.4)
створенні з трьох крапок: червоної (Red), зеленої (Green) і синьої (Blue).

Рис.10.4

Такі монітори засвічують кожен свою крапку на трьохкольоровому пікселі. Як відомо, комбінація цих трьох кольорів може створити будь-який колір світлової гами. Кольорові монітори, побудовані на описаному принципі, називаються RGB-моніторами.

Якість зображення на моніторі залежить від розміру пікселів і частоти регенерації зображення. Розмір пікселів у різного класу моніторів складає 0,22 - 0,4 мм. У хороших - не більше 0,28. Аналогічною характеристикою може бути розпізнвальна спроможність (разрешающая способность), тобто число пікселей по горизонталі і вертикалі екрану. Наприклад, 1024x768.

Частота регенерації (повтор кадрів) є дуже важливий показник якості при

відображенні динамічних зображень. Для хороших моніторів вона повинна бути на рівні 70—80 Гц і навіть вище.

Перевагою ЕПТ -моніторів є якість зображення. Недоліком - небезпечність для користувача (випромінювання), габарити, використання високої напруги, високе енергоспоживання.

10.3. Рідинно-кристалеві монітори (РК-монітори)

Жидкокристаллические (LCD) мониторы в настоящее время практически вытеснили с рынка мониторы на электронно_лучевой трубке (ЭЛТ, CRT). Однако это вовсе не означает, что ЭЛТ_мониторы полностью устарели — это далеко не так. Настольные LCD_мониторы во многом похожи на CD_экраны ноутбуков. По сравнению с классическими ЭЛТ_мониторами у них есть целый ряд преимуществ: плоский экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению со 100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ_монитора). По цветопередаче жидкокристаллические мониторы уже приблизились (если не превзошли) к ЭЛТ_мониторам (правда, при этом необходимо помнить об ограничениях, связанных с углами обзора).

Основою РК-моніторів є екран, що складається з двох скляних пластин, між якими розміщено прошарок рідинно - кристалевої речовини, розбитої на окремі зерна – піксели (Рис.10.5). Кожне таке зерно являє собою електронно-керуємий світловий фільтр, принцип дії якого базується на поляризації світлової хвилі. Екран засвітлюється з протилежної сторони поляризованим світлом (через три RGB-фільтра) і це проміння чи проходить чи не проходить через піксел в залежності від його вектора поляризації, який задається керуючою напругою. Це досить складна технологія, яку користувачам знати в подробицях не обов'язково.

Рис.10.5

Безумовною перевагою РК-моніторів є їх площинність, малі габарити і вага, мале енергоспоживання, безпечність. Недоліком сучасних моніторів цього типу порівняно до електронно-променевих є менша чіткість зображення, менша швидкодія (важливо при динамічних зображеннях), залежність картинки від кута зору, більша вартість. Але технологія весь час удосконалюється і можна спрогнозувати подальше широке впровадження саме плоских моніторів.

10.1.3. Відеоадаптер.

Другим після монітора основним компонентом відеосистеми є відеоадаптер (відеокарта).
В самому загальному випадку відео адаптер містить в собі слідуючи основні елементи:

- відеопам'ять, для збереження цифрового зображення;

- набір функціональних мікросхем, реалізуючих обробку зображення

- ROM Video BIOS для керування відео системою;

- цифро-аналоговий перетворювач;

- схеми інтерфейсу з шиною введення/виведення монітору.

Основна функція відео адаптера: перетворення цифрового сигналу з РК в аналогові електричні сигнали, що подаються на монітор.

Коротко логіку роботи відео адаптера можна викласти таким чином. СРU формує зображення у вигляді матриці NxM n -розрядних чисел і записує його у відеопам'ять. Частина пам'яті, відведена для збереження цифрового образу поточного зображення (кадра) називається кадровим буфером, або фрейм-буфером (frame-buffer). Відеоадаптер послідовно читає (сканує) вміст (содержимое) комірок кадрового буфера і формує на виході відеосигнал, рівень якого в кожній момент часу пропорційний значенню коду комірки. В результаті яскравість кожного піксела виявляється пропорційною коду відповідної комірки пам'яті.

Існує два відеорежима роботи адаптера - графічний і текстовий (символьний). В графічному режимі вміст кожної комірки кадрового буфера (матриці NxM n -розрядних чисел) є кодом кольору відповідного піксела екрана. Розпізнавальна спроможність екрана при цьому дорівнює NxM, а адресуємим елементом є кожний піксел. Число п називають глибиною кольору. При цьому кількість одночасно відображуваних кольорів дорівнює 2ⁿ, розмір буфера становить N х М х п.

Залежність об'єму кадрового буферу від формату монітора і глибини кольору можна прослідкувати з таблиці.

Тип	Формат,	Глибина	Кількість	Об'єм
	NxM	кольору, п	кольорів	буферу
VGA	640x480			512 Кбайт
SVGA	1024x768			1 Мбайт
SVGA	1024x768			2 Мбайт
SVGA	1280x1024			4 Мбайт

SVGA – Super Video Graphics Adapter.

Важливою характеристикою відеопам'яті є пропускна спроможність, що дорівнює добутку розрядності шини пам'яті на тактову частоту шини. Ця характеристика повинна забезпечити регенерацію кадрового буфера з частотою 70-80-100 гц. В реальних відеосистемах розрядність шини дорівнює 16-32-64 і навіть 128 розрядів, частота від 100, 200 і більше мегагерц.

Графічний режим є основним режимом роботи відео системи. В цьому режимі можна вивести на екран текст, малюнок, фотографію, анімацію або відеосюжет.

В текстовому режимі всі піксели розбиті на групи, що називаються знакомісцями розміром p x q (рис. 10.6).

Рис.10.6

В типовому текстовому режимі на екрані розміщується 80x25 символів. Як видно з рис. 10.6 зображення символу можна зберігати в пам'яті у вигляді набору двійкових чисел („0" або „1"). Для цього використовується спеціальна постійна пам'ять (ROM), яку називають апаратним знакогенератором. В знакогенераторі зберігається 256 символів. Для кодування символів всього використовується два байта: один для вибору потрібного символу, другий – для надання необхідних атрибутів символу.

В текстовому режимі на екрані адресується не піксели, а знакомісця. В стандартному режимі на сторінці всього місць 80x25=2000, по два байта на кожен символ. Тобто необхідно 4 Кбайта оперативної пам'яті. Набагато менше ніж в графічному режимі.

10.1.4. Апаратне прискорення графічних функцій.

В графічному режимі процесор вимушений виконувати багато елементарних команд (на рівні пікселей) для модифікації кадрового буфера. В результаті в нього не залишається потужності для прикладних задач, наприклад, створення стандартного графічного інтерфейсу користувачів в середовищі Windows. В той же час ці операції здебільш пов'язані зі створенням графічних примітивів (ліній, прямокутників, кіл тощо). Виконання цих операцій можливо значно прискорити, якщо передати ці функції спеціальному пристрою -акселератору, який стандартно виконує операції високого рівня типу „Побудувати коло". Такі прискорювачі є в кожному сучасному комп'ютері.

Ще більше навантаження випадає на процесор при роботі зі складними (ЗО) графічними об'єктами в динамічному режимі. (3D—3Dimensional—тримірний). В цьому режимі необхідно в реальному вимірі часу обчислювати координати і всі атрибути кожного піксела. Для цього використовується спеціальні сопроцесори, які по своїм потужностям і функціям не поступаються центральному процесору.

Дата добавления: 2014-01-04