Физическое окружение вычислительной техники



страница10/21
Дата09.05.2018
Размер2.52 Mb.
ТипРеферат
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   21

Видеоподсистемы


Одной из наиболее важных составных частей любого персонального компьютера является его видеоподсистема, под которой обычно подразумевают монитор, плату видеоадаптера и набор соответствующих программ-драйверов, поставляемых в комплекте с адаптером или в составе прикладных пакетов. Оба устройства (монитор-видеоадаптер) очень плотно взаимодействуют друг с другом, поэтому говоря одном из них, часто приходится упоминать и другое.
      1. Принцип работы мониторов


За исключением портативных и LCD, подавляющее большинство современных настольных компьютеров используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Кстати, ЭЛТ была изобретена почти сто лет назад (в 1897 году) немецким ученым Карлом Фердинандом Брауном. Принцип действия мониторов на базе ЭЛТ мало чем изменился с тех пор и заключается в том, что испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов находятся дополнительные электроды: отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка, и модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения. Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (как, впрочем, и телевизора) состоит, вообще говоря, из множества дискретных точек люминофора, называемых также пикселами (pixel — picture element). Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. Электронный луч периодически сканирует весь экран, образуя на нем близкорасположенные строки развертки. Именно этот шаблон и называется растром. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость определенных пикселов, образуя некоторое видимое изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые воспроизводятся по горизонтали и вертикали, например 640x480 или 1024x768 пикселов. Сразу же заметим, что существуют несколько обычных типоразмеров экранов мониторов, используемых для IBM PC-совместимых персональных компьютеров: 9, 14, 15, 17, 19, 20 и 21 дюйм (по диагонали).

Для формирования растра в мониторе используются специальные управляющие сигналы. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной), а по вертикали — кадровой (вертикальной) развертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный горизонтальный ход луча) и из крайней правой позиции последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (вертикальный обратный ход луча) осуществляется специальными сигналами обратного хода.


      1. Важные параметры


Итак, наиболее важными для монитора являются следующие параметры: частота вертикальной синхронизации (кадровая развертка), частота горизонтальной синхронизации (строчная развертка) и полоса пропускания видеосигнала. Кадровая частота измеряется обычно в герцах и во многом определяет устойчивость изображения (отсутствие мерцаний). Как известно, человеческий глаз воспринимает смену изображений с частотой выше 20—25 Гц практически как непрерывное движение. Чем выше частота кадров, тем устойчивее изображение. Так, организация VESA (Video Electronics Standards Association) рекомендовала использовать для разрешения 640x480 и 800x600 частоту кадровой развертки не ниже 72 Гц, а для разрешения 1024x768 — 70 Гц. В настоящее время речь уже идет о частоте 100 Гц. Однако повышение частоты требует увеличения частоты строчной развертки, так как уменьшается время, отводимое на формирование каждой точки изображения. Частота строк в килогерцах, вообще говоря, определяется произведением частоты вертикальной развертки на количество выводимых строк в одном кадре (разрешающая способность по вертикали). Полоса видеосигнала, измеряемая в мегагерцах, определяет самые высокие частоты в видеосигнале. Приблизительно эта величина может быть рассчитана как произведение количества точек в строке (разрешающая способность по горизонтали) на частоту строчной развертки. Иными словами, этот параметр отражает число точек в строке, которое монитор может воспроизвести за одну секунду.

Не менее значимым фактором, чем частота кадровой развертки, является способ формирования изображения на экране монитора в режимах высокого разрешения — построчный (прогрессивный) или чересстрочный. При построчном способе формирования изображения все строки кадра выводятся в течение одного периода кадровой развертки, при чересстрочном — за один период кадровой развертки выводятся четные строки изображения, а за следующий — нечетные. Таким образом, говорят, что один кадр делится на два поля. Последний способ, кстати, используется и в телевидении. Совершенно нетрудно заметить, что в случае чересстрочной развертки эквивалентная частота кадров снижается вдвое. Это позволяет достаточно легко увеличивать разрешающую способность монитора, хотя и в ущерб качеству изображения.

Цветной монитор работает примерно так же, как и монохромный (черно-белый). Вообще говоря, монохромные мониторы могут использовать люминофор не только белого, но и, например, янтарного цвета. Итак, в случае цветного монитора имеются уже три электронные пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: R (Red, красный), G (Green, зеленый) и В (Blue, синий). Таким образом, каждая пушка должна "стрелять" только по своей "цели". Для этого в каждом цветном кинескопе имеется либо теневая маска, либо (в кинескопах Trinitron) так называемая апертурная решетка. Они служат для того, чтобы лучи электронных пушек попадали только в точки люминофора соответствующего цвета. Если теневая маска содержит систему отверстий, то апертурная решетка образует систему щелей, выполняющих ту же функцию. В современных мониторах используется так называемая усовершенствованная теневая маска (advanced shadow mask). Обычно маска для монитора делается из специального сплава — инвара, который имеет очень маленький коэффициент температурного линейного расширения. Таким образом, даже при нагревании маски четкость изображения сохраняется. Тем не менее, в мониторах используются специальные схемы динамической фокусировки и сведения лучей. Отверстия маски соответствуют точкам люминофора, нанесенным на обратной стороне плоскости экрана. Величина точки люминофора, необходимая для обеспечения требуемого разрешения, зависит от размеров экрана. Чем больше нужно разместить точек и чем меньше экран, тем плотнее приходится располагать точки.

При прочих равных условиях четкость изображения на мониторе тем выше, чем меньше размеры точек люминофора на внутренней поверхности экрана. Обычно говорят не о размерах самих точек, а о расстоянии между ними (dot pitch). Этот параметр для различных моделей мониторов может лежать в диапазоне от 0,41 до 0,18 мм, однако для хороших моделей диапазон существенно сужается — от 0,25 до 0,18 мм. Интересно отметить, как примерно определяется расстояние между точками. Для обычного 14-дюймового монитора размер экрана в ширину составляет около 265 мм. Режим 640x480 требует отображения 640 точек на одну линию. Следовательно, расстояние между точками должно быть не более 0,41 мм: 265/640 (табл. 4).


Таблица 4. Зависимость между разрешением и расстоянием между точками люминофора

Размер экрана, дюйм

64ОХ480

8ООХ6ОО

1О24Х768

128ОХ1О24

14

0,32

О.28

О,22

0, 18

15

0,38

0,30

О.24

0, 19

17

6,43

0,34

0,27

0,22

21

0,50

О,4О

0,31

0,25

Мультичастотные (мультисканирующие) мониторы, именуемые иногда Multisync — по названию мониторов, выпускаемых фирмой NEC, обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некоторого заданного диапазона, например 30—64 кГц для строчной и 50—100 Гц — для кадровой развертки.

Основным управляющим сигналом для мониторов является видеосигнал, поступающий с платы видеоадаптера.



      1. "Зеленые" мониторы


Напомним, что оборудование, удовлетворяющее программе Energy Star (обычно называемое "зеленым"), должно потреблять в среднем (в режиме холостого хода) не более 30 Вт, не использовать токсичных материалов и допускать 100-процентную утилизацию после истечения срока службы. Требования агентства ЕРА учитываются при разработке различных промышленных стандартов. Так, например, ассоциация VESA приняла стандарт на систему управления энергопотреблением дисплея DPMS (Display Power Managament Signaling).

Данная спецификация, во-первых, описывает метод выведения монитора из режима активной работы, причем эта операция осуществляется в несколько последовательных этапов, на каждом из которых происходит определенное сокращение потребляемой мощности. Во-вторых, этот же стандарт предлагает метод опознавания частотных сигналов строчной и кадровой разверток, используемый для переключения из режима в режим при снижении расходуемой мощности.

Итак, спецификация DPMS устанавливает 4 режима потребления мощности для монитора: On (максимальной нагрузки), Standby (ожидания, или резервный), Suspend (приостановки работы) и Off (отключения). Режимы перечислены в порядке убывания потребляемой мощности. Кстати, напомним, что, по оценкам экспертов, например, на 14-дюймовый монитор приходится до 60% расходуемой компьютером энергии.

В режиме On компьютер включен и активно работает, а энергопотребление определяется характеристиками используемого оборудования. В режиме Standby отключаются видеосигнал и горизонтальная синхронизация, а контрастность и яркость удерживаются на минимальном уровне. Нажатие любой клавиши или движение мышью возвращает монитор в режим On. Потребление энергии в режиме Standby снижается примерно на 20%. В режиме Suspend включается горизонтальная, но отключается вертикальная синхронизация. Высокое напряжение в мониторе отключается. В режим On монитор может вернуться только спустя несколько секунд после соответствующей команды. Потребление энергии в Suspend-режиме снижается примерно на 70%. Режим Off обеспечивает максимум сохранения энергии. В мониторе отключены все блоки, за исключением DPMS-контроллера. Уровень потребления падает примерно до 5% от состояния On. Время возвращения к нормальной работе более продолжительное, чем из режима Suspend.

Кстати, реализация спецификации DPMS не является единственным способом уменьшения энергопотребления монитора. Более простой и не требующий специальных аппаратных средств способ — так называемое гашение экрана. В этом случае монитор реагирует на пропадание одного из сигналов основных цветов (обычно синего) переходом в один из режимов энергосбережения.

      1. Плоские экраны


Наиболее важными для монитора являются такие параметры, как хорошая "читаемость" изображения, высокая разрешающая способность, быстрая реакция на изменение изображения, низкое энергопотребление, малый вес, простое электронное управление, воспроизведение широкой цветовой гаммы или оттенков серого и, при всем при этом, невысокая стоимость.

За последние годы появился достаточно широкий спектр так называемых плоских экранов. Плоские дисплеи могут использовать различную технологию, например газоплазменную, электролюминесцентную и жидких кристаллов.

К основным недостаткам газоплазменных дисплеев можно отнести необходимость использования высокого напряжения (около 200 В) и небольшой срок службы. Этот тип дисплеев обеспечивает, как правило, только янтарный цвет экрана. Электролюминесцентные дисплеи хотя и обладают хорошими характеристиками, но достаточно дороги и в основном используются в военной технике. Наиболее распространенный цвет экрана элекролюминесцентных дисплеев — желтый. Последний тип плоских экранов — жидкокристаллические (ЖК). Они составляют сейчас более половины рынка мониторов компьютеров. Хотя технология жидких кристаллов применяется относительно недавно, в ее развитии произошел уже заметный прогресс.

      1. Жидкокристаллические экраны


Как известно, обычные кристаллы обладают симметрией атомной структуры и анизотропией физических свойств, то есть неодинаковостью этих свойств в зависимости от направления. Анизотропия характерна, например, для упругих, тепловых и оптических свойств различных кристаллов. Поскольку жидкости, газы и аморфные тела в отличие от кристаллов не имеют симметричной структуры молекул, то обладают поэтому изотропией свойств.

Современная наука определяет жидкий кристалл как некоторое мезоморфное состояние, в котором вещество обладает свойствами жидкости (текучестью) и некоторыми свойствами твердых кристаллов (например, анизотропией).

В конце 1966 года американской фирмой RCA (Radio Corporation of America) был продемонстрирован первый LC-дисплей. Английское название Liquid Crystal (сокращенно LC) соответствует русскому "жидкий кристалл" — ЖК. В 1971 году учеными США были предложены так называемые Twisted-Nematic-ячейки (TN-элементы).

Заметим, что для изготовления ЖК-экранов используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. Допустим, между двумя стеклами с прозрачными электродами находятся молекулы жидких кристаллов (слой вещества составляет приблизительно 5—10 мкм). В отсутствие электрического поля молекулы этого вещества образуют спирали, скрученные на 90 градусов (кстати, отсюда и их название Twisted). В результате такой ориентации молекул плоскость поляризации проходящего через ЖК-элемент света поворачивается примерно на этот же угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить поляризаторы, смещенные относительно друг друга также на угол 90 градусов, то свет беспрепятственно может проходить через этот элемент. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется (они просто ориентируются вдоль поля). Поворота плоскости поляризации уже не происходит, и, как следствие, выходной поляризатор не пропускает свет. Кстати, если несколько изменить конструкцию элемента (используя зеркало на выходе второго поляризатора), то темный или светлый сегмент можно увидеть и в отраженном свете. Примером в данном случае может служить ЖК- индикатор наручных электронных часов.

Молекулы элемента Super-Twisted-Nematic (STN) закручены на угол от 180 до 270 градусов, за счет чего несколько улучшается контраст изображения. Если при использовании TN-элементов контраст определяется как 3:1, то есть освещенная точка в три раза светлей темной, то для STN-элементов это соотношение может составлять уже 10:1 и даже выше. Однако в STN-элементах из-за эффекта эллиптической поляризации проявляется некоторый сдвиг цветов. В этом случае чисто белый цвет может становиться, например, бледно-оранжевым, а черный — зелено-голубым (цвет циан). Зачастую дисплеи, использующие STN-элементы, называют поэтому также Blue-Mode-STN-LCD.

Экран ЖК-дисплея имеет, как правило, либо заднюю подсветку (backlight, или просто backlit), либо боковую (sidelight, или просто sidelit). Для экономии заряда гальванических элементов могут использоваться ЖК- экраны без подсветки, которые работают только в отраженном свете (reflective LCD).

Таким образом, каждая точка изображения на ЖК-дисплее представляет из себя Соответствующий TSTN-элемент, а весь экран ЖК-дисплея — по сути, матрица этих элементов. В настоящее время существуют два основных метода, используемых для адресации ЖК-элемейтов: прямой (или пассивный) и косвенный (или активный).

При прямой адресации элементов матрицы каждая выбираемая точка изображения активируется подачей напряжения на соответствующий адресный (прозрачный) проводник-электрод для строки и соответственно для столбца. При таком способе управления точкой изображения говорят также, что используется пассивная матрица (passive matrix) ЖК- элементов. Очевидно, что такому методу управления присущи определенные недостатки. В частности, практически невозможно достичь высокого контраста изображения, так как электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока. Эта проблема вполне разрешима при использовании так называемой активной матрицы (active matrix) ЖК- элементов, когда каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель. Информация об изображении (видеосигнал) выдается построчно на все соответствующие столбцы матрицы экрана, а выбор необходимой точки изображения в Строке происходит через соответствующий электронный переключатель.

Каждую ячейку такого экрана можно представить в виде простой схемы замещения, представляющей собой RC-цепочку. Благодаря видеосигналу конденсатор заряжается, а через очень большое параллельно включенное сопротивление достаточно долго разряжается. Поскольку время разряда в несколько раз превышает время, через которое видеосигнал повторяется, то изображение получается устойчивым и контрастным. Возможность изменения амплитуды напряжения видеосигнала позволяет использовать в воспроизводимом изображении оттенки цвета. Следует, конечно, помнить о том, что стоимость реализации активной матрицы экрана существенно выше, нежели пассивной. Обычно активные матрицы реализованы на основе тонкопленочных полевых транзисторов (TFT, Thin Film Transistor), хотя это и не единственно возможное решение.

При применении активных матриц дисплеев большое значение имеют такие параметры, как малое время отклика (Response Time) и большой угол зрения (Viewing Angle). При использовании пассивных матриц ЖК- элементов значение первого параметра лежит в пределах 250—300 мкс, тогда как у активных матриц его значение составляет около 25 мкс. Изображение на экране с TFT-матрицей можно различить даже под углом 75 градусов, а, например, на дисплее с пассивной матрицей этот угол не превышает 45 градусов.

В цветных ЖК-дисплеях с активной матрицей, как обычно, каждый элемент изображения (или пиксел) состоит из трех точек — синей, зеленой и красной. Соответственно для каждой точки, составляющей элемент изображения, используются свой TFT-транзистор и фильтр (Red, Green или Blue). Общее количество транзисторов в случае VGA-дисплея (640 на 480 на 3) составляет 921 600. Кстати, надо заметить, что поскольку цветные фильтры поглощают свет от лампы подсветки довольно существенно, то ее (или их) мощность должна быть раз в пять выше, чем для обычных монохромных дисплеев.


    1. Каталог: upload -> iblock
      iblock -> Перечень работ и услуг по содержанию и ремонту общего имущества в многоквартирном доме
      iblock -> Часы-смартфон
      iblock -> Руководство пользователя для телефона Apple iPhone 6
      iblock -> Руководство по эксплуатации Методика калибровки Технические характеристики. Минимальный радиус кривизны поверхностей контролируемых изделий, 6мм
      iblock -> Технические требования
      iblock -> Технологические карты
      iblock -> Оптимизация процесса восстановления измененных и уничтоженных маркировочных обозначений на блоках двигателей транспортных средств
      iblock -> Инструкция по эксплуатации Температурный gsm извещатель Grinson T7 Благодарим Вас за выбор температурного gsm извещателя Grinson T7


      Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   21


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница