Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (Мониторы с электронно-лучевой трубкой )

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Монитор — конструктивно законченное устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Данное устройство – одно из важнейших составляющих компьютера, монитор является визуальным каналом связи со всеми прикладными программами, относится к внешним устройствам, подключаемым к персональному компьютеру. Бурное развитие ИТ-технологий требует разработки новых моделей мониторов с новыми возможностями и большего размера, так как процесс развития информационных систем неутомимо набирает обороты в жизни людей и общества. Появляются все новые технологии, одна приходит на замену другой. И, вследствие чего, становится необходимым разработка и производство нового оборудования, а в частности самих мониторов. Данная тема актуальна, так как чтобы приобрести более или менее качественны й монитор желательно предварительно хотя бы в общих чертах изучить его устройство и разбираться в его характеристиках. Цель данной работы рассмотреть основные характеристики и типы мониторов для персонального компьютера. Будут проанализированы результаты и сделаны соответствующие выводы. В соответствии с темой были выделены следующие задачи:
1. Изучение источников информации по данной теме;
2. Рассмотрение разных типов мониторов и принцип их работы;
3. Изучить характеристики мониторов.

1. Типы мониторов и принцип их действия

1.1. Мониторы с электронно-лучевой трубкой

В настоящее время это наиболее распространенный тип мониторов для
персональных компьютеров. Мониторы с (ЭЛТ, CRT — Cathode Ray Tube) по принципу действия напоминают обыкновенные цветные телевизоры, имеют чуть меньший размер и обладают очень четким изображением. В качестве основного элемента формирования изображения используется кинескоп. Изображение на экране ЭЛТ появляется вследствие свечения нанесенных на его поверхность триад элементов люминофора (вещества, испускающие свет при попадании на них разогнанных электронов). Если говорить простыми словами, каждая точка изображения на экране монитора с ЭЛТ состоит из трех расположенных рядом друг с другом элементов люминофора. Каждый элемент при попадании триады, начинает излучать свет с разной интенсивностью, собственным цветом (красным, зеленым или синим) Общий результат свечения всех трех элементов виден человеческому глазу как какой-то один из бесконечного количества цветов. Для того чтобы разогнанные электроны попадали именно на те элементы триад, которые нужно, перед ними установлена специальная маска, представляющая собой металлический экран с проделанными в нем отверстиями, расположенными напротив элементов триад. В зависимости от конструкции такой маски, а так же формы и расположения отверстий, проделанных в ней, ЭЛТ может быть трех типов:

А) ЭЛТ с теневой маской (shadow mask);

Б) ЭЛТ с апертурной решеткой (aperture grill);

В) ЭЛТ со щелевой маской (slot mask).

1.1.1. Элт с теневой маской

У ЭЛТ этого типа маска представляет собой металлическую (обычно инваровую) сетку с круглыми отверстиями напротив каждой триады элементов люминофора. Критерием качества (четкости) изображения является так называемый шаг зерна или точки (dot pitch), который характеризует расстояние в миллиметрах  между двумя элементами (точками) люминофора одинакового цвета. Чем меньше это расстояние, тем более качественное изображение сможет воспроизводить монитор. Экран ЭЛТ с теневой маской обычно представляет собой часть сферы достаточно большого диаметра, что может быть заметно по выпуклости экрана мониторов с таким типом ЭЛТ (а может и не быть заметно, если радиус сферы очень большой). К недостаткам ЭЛТ с теневой маской следует отнести то, что большое количество электронов (порядка 70%) задерживается маской и не попадает на люминофорные элементы. Это может привести к нагреву и тепловой деформации маски (что в свою очередь может вызвать искажение цветов на экране). Кроме того, в ЭЛТ такого типа приходится использовать люминофор с большей светоотдачей, что приводит к некоторому ухудшению цветопередачи. Если же говорить о достоинствах ЭЛТ с теневой маской, то следует отметить хорошую четкость получаемого изображения и их относительную дешевизну.

1.1.2. Элт с апертурной решеткой

В такой ЭЛТ точечные отверстия в маске (обычно изготавливаемой из фольги) отсутствуют. Вместо них в ней проделаны тонкие вертикальные отверстия от верхнего края маски до нижнего. Таким образом она представляет собой решетку из вертикальных линий. Из-за того, что маска изготовлена таким образом она очень чувствительна ко всякому виду вибраций, (которые например могут возникнуть при легком постукивание по экрану монитора. Она дополнительно удерживается тонкими горизонтальными проволочками. В мониторах с размером 15 дюймов такая проволочка одна в 17 и 19 две, а в больших три и более. На всех таких моделях заметны тени от этих проволочек особенно на светлом экране. Сначала они могут несколько раздражать, но со временем вы привыкните. Наверное, это можно отнести к основным недостаткам ЭЛТ с апертурной решеткой. Экран таких ЭЛТ представляет собой часть цилиндра большого диаметра.  В результате он полностью плоский по вертикали и чуть выпуклый по горизонтали. Аналогом шага точки (как для ЭЛТ с теневой маской) здесь является шаг полосы (strip pitch) — минимальное расстояние между двумя полосами люминофора одинакового цвета (измеряется в миллиметрах).  Достоинством таких ЭЛТ по сравнению с предыдущим, является более насыщенными цветами и более контрастным изображением, а также более плоский экран, что достаточно ощутимо снижает количество бликов на нем. К недостаткам можно отнести чуть меньшую четкость текста на экране.

1.1.3. ЭЛТ с щелевой маской

ЭЛТ с щелевой маской представляет собой компромисс между двумя уже описанными ранее технологиями. Здесь отверстия в маске, соответствующие одной триаде люминофора, выполнены в виде продолговатых вертикальных щелей небольшой длины. Соседние вертикальные ряды таких щелей немного смещены друг относительно друга. Считается, что ЭЛТ с таким типом маски обладают сочетанием всех достоинств, присущих ей. На практике же, разница между изображением на ЭЛТ с щелевой или апертурной решеткой мало заметна. ЭЛТ с щелевой маской обычно имеют названия Flatron, DynaFlat и др.

1.2. Жидкокристиллические мониторы

Сейчас технологии плоскопанельных и жидкокристаллических мониторов являются наиболее перспективными. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Экраны LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 году. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот, в конце 1966 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD — цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975-го уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 году Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет. Этот эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.

Рисунок 1. Конструкция ЖК дисплея

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 электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD для настольных компьютеров.

Рисунок 2. Плоскость поляризации

Экран LCD представляет собой массив маленьких сегментов, называемых пикселями, которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка. Слои собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой (см. рис. 1). На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Как видно на рисунке 2, плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы (см. рис. 3).

Рисунок 3. Плоскость поляризации.

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем (см. рис. 4).

Рисунок 4. Поляризация светового луча без напряжения

Рисунок 5. Поляризация светового луча с напряжением.

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью) (см. рис. 5). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут принимать любую форму. 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 подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD. 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.
Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.

Первые LCD были очень маленькими, около 8 дюймов по диагонали, в то время как сегодня они достигли 15-дюймовых размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся LCD с диагональю 20-дюймов и более. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее. 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.

1.3. Сенсорные мониторы

Сенсорный экран (touch монитор) – это монитор, который чувствителен к прикосновениям, позволяющий людям работать с компьютером с помощью касаний к картинкам и словам.

Сенсорные мониторы (touch мониторы) обычно используются на информационных панелях, в компьютеризированной подготовке устройств и просто людей, которые лишены возможности пользоваться мышью и клавиатурой.

Сенсорные технологии также можно использовать и в других приложениях, где может потребоваться мышь, например Web-браузеры. Некоторые приложения разработаны специально для сенсорных технологий, в которых обычно используются наиболее большие изображения(иконки), нежели в обычных ПК-приложениях. Мониторы, поддерживающие функцию встраиваемых сенсоров, также могут оснащаться сенсорным управлением.

Существует три вида сенсорных технологий:

Резистивные: резистивные сенсорные панели покрыты металлической пластинкой проводящей электричество и резистивным слоем, вызывающим изменение в электрическом потоке который распознается как прикосновение и посылает его в диспетчер для обработки. Резистивные сенсорные панели обычно наиболее доступные, но выдают только 85% ясности, к тому же их можно повредить любым острым предметом. Попадание пыли или воды, не влияют на работу резистивных сенсорных панелей.

Поверхностно акустически волновые (ПАВ): ПАВ технологии используют ультразвуковые волны, проходящие через поверхность сенсорной панели. Когда к панели прикасаются, часть волн поглощается. Это изменение в ультразвуковых волнах фиксируется как прикосновение и посылает информацию в контроллер для обработки. ПАВ панели наиболее прогрессивны.

Емкостный: емкостные сенсорные панели покрыты материалом, содержащие электрический заряд. Когда к панели прикасаются, точка соприкосновения получает небольшой заряд. Цепь расположена по всем углам панели, измеряет заряд и посылает информацию в диспетчер для обработки. Емкостные сенсорные панели должны быть использованы прикосновением пальцев, в отличие от резистивных и ПАВ панелей, которые могут быть использованы пальцем или пером. Попадание пыли или воды, не влияют на работу емкостных сенсорных панелей.

1.4. 3D мониторы

Мониторы с поддержкой технологии воспроизведения 3D появились относительно недавно, однако они уже успели завоевать немалую популярность. Всего лишь несколько лет назад посмотреть фильм в 3D можно было только в кинотеатре, да и то не в каждом, теперь же любой желающий может приобрести 3D телевизор или монитор и наслаждаться качественным стереоизображением у себя дома. Однако, несмотря на широкую распространенность этой технологии, далеко не все потребители имеют представление о том, как работает 3D-монитор, и чем отличаются между собой различные 3D-мониторы. Поэтому предлагаем вам рассмотреть поподробнее, что же представляет собой 3D-технология и какие бывают ее виды.

Когда мы смотрим на какой-нибудь трехмерный объект, каждый из глаз видит данный предмет под своим углом. Затем наш мозг совмещает два изображения, полученные от каждого из глаз, в одно целое и в результате мы воспринимаем не только цвет и форму предмета, но также его глубину и удаленность.

Но ведь картинка на мониторе всегда остается плоской, как же сделать так, чтобы мозг воспринимал ее, как трехмерную? Для этого используется технология, принцип работы которой заключается в том, что каждый из глаз видит на мониторе свое изображение, немного отличающееся, от того, что видит другой глаз. Благодаря этому изображение на 3D-мониторах кажется нам объемным, хотя на самом деле оно таковым не является.

На сегодняшний день популярностью пользуются три разновидности технологии передачи 3D-видео. Все они схожи по принципу своей работы, однако техническая реализация 3D в них происходит несколько по-разному.

1.4.1. Технология анаглиф

Наиболее простой вариант достижения эффекта трехмерного изображения на мониторе заключается в использовании двух одинаковых кадров, пропущенных через светофильтры разного цвета. Для того чтобы смотреть такой фильм или изображение, нужны специальные очки с линзами-светофильтрами. Благодаря тому, что каждая из этих линз будет поглощать ту часть изображения, которая предназначена для другого глаза, в целом картинка на экране будет восприниматься объемной.

Главным достоинством технологии анаглиф является его высокая доступность – для просмотра нужен лишь фильм в формате анаглиф и очки со светофильтрами, которые стоят относительно недорого. Однако данная технология имеет и существенные недостатки. Качество передачи цветов и оттенков в анаглифе оставляет желать лучшего, а после просмотра некоторое время может ощущаться дискомфорт.

1.4.2. Поляризационная технология

Второй способ реализации 3D-видео возможен благодаря эффекту поляризации света. На поляризационный монитор поступают два изображения, которые поляризованы между собой. При просмотре такого 3D через поляризационные очки, каждая линза которых принимает свет только соответствующей поляризации, создается эффект трехмерного изображения. Отличительной особенностью поляризационных очков является высокое качество цветопередачи, особенно по-сравнению с анаглифом, а также хорошая яркость и контрастность.

Поскольку данная технология все еще развивается, в продаже можно найти не так уж и много качественных мониторов с поддержкой поляризационного 3D. К тому же для просмотра фильма через поляризационные очки желательно, находиться на некотором расстоянии от экрана, так как вблизи изображение будет казаться не столь четким.

1.4.3 Затворная технология

Мониторы с использованием затворной технологии являются наиболее распространенным вариантом 3D-мониторов на сегодняшний день. Трехмерное изображение в них формируется по следующему принципу: на экран монитора с высокой частотой выводятся кадры поочередно для каждого глаза, а затворные стекла 3D-очков попеременно закрываются, позволяя глазу видеть только ту картинку, которая предназначена для него. Как правило, такие очки идут в комплекте с 3D-монитором, так как для качественного отображения 3D-видео они должны быть точно синхронизированы с ним. Для синхронизации очков с монитором используется инфракрасный порт, радиопередатчик или Bluetooth.

Затворная технология позволяет смотреть фильмы, и играть в 3D-игры, при этом ни расстояние от экрана, ни угол, под которым вы смотрите, не имеют принципиального значения. Однако при длительном просмотре 3D через затворные очки может наблюдаться повышенная утомляемость глаз. Еще один недостаток данной технологии – недостаточно высокая яркость изображения, в сравнении с поляризационной технологией. Впрочем, к последнему со временем можно привыкнуть. В любом случае, затворная технология на данный момент остается самым доступным и удобным вариантом 3D для среднестатического пользователя.

1. Видеоадаптеры и видеопамять

2.1 Видеоадаптеры

Устройство, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ принято называть видеоадаптером (или видеоплатой, видеокартой), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента – платы расширения. Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

2.1.1 Стандартные типы видеоадаптеров

MDA (Monochrome Display Adapter - монохромный адаптер дисплея) - простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80x25 (720x350, матрица символа - 9x14), поддерживает пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мигающий. Частота строчной развертки - 15 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яркости.

HGC (Hercules Graphics Card - графическая карта Hercules) - расширение

MDA с графическим режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules.

CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер) - первый адаптер с графическими возможностями. Работает либо в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и 80x25 (матрица символа - 8x8), либо в графическом с разрешениями 320x200 или 640x200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графических режимах доступно четыре палитры по четыре цвета каждая в режиме 320x200, режим 640x200 монохромный. Вывод информации на экран требовал синхронизации с разверткой, в противном случае возникали конфликты по видеопамяти, проявляющиеся в виде "снега" на экране.

Частота строчной развертки - 15 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал (три канала - красный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яркости.

EGA (Enhanced Graphics Adapter - улучшенный графический адаптер) - дальнейшее развитие CGA, примененное в первых PC AT. Добавлено разрешение 640x350, что в текстовых режимах дает формат 80x25 при матрице символа 8x14 и 80x43 - при матрице 8x8. Количество одновременно отображаемых цветов - по-прежнему 16, однако палитра расширена до 64 цветов (по два разряда яркости на каждый цвет). Введен промежуточный буфер для передаваемого на монитор потока данных, благодаря чему отпала крайне важность в синхронизации при выводе в текстовых режимах. структура видеопамяти сделана на базе так называемых битовых плоскостей - "слоев", каждый из которых в графическом режиме содержит биты только своего цвета͵ а в текстовых режимах по плоскостям разделяются собственно текст и данные знакогенератора. Совместим с MDA и CGA. Частоты строчной развертки - 15 и 18 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, видеосигнал (по две линии на каждый из базовых цветов).

MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный графический адаптер) - введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2. Добавлено разрешение 640x400 (текст), что дает формат 80x25 при матрице символа 8x16 и 80x50 - при матрице 8x8. Количество воспроизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уровня на каждый из базовых цветов). Помимо палитры, введено понятие таблицы цветов, через которую выполняется преобразование 64-цветного пространства цветов EGA в пространство цветов MCGA. Введен также видеорежим 320x200x256, в котором вместо битовых плоскостей используется представление экрана непрерывной областью памяти объёмом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экрана. Совместим с CGA по всем режимам, а с EGA - по текстовым, за исключением размера матрицы символа.

Частота строчной развертки - 31 Кгц, для эмуляции режимов CGA используется так называемое двойное сканирование - дублирование каждой строки формата Nx200 в режиме Nx400. интерфейс с монитором - аналогово-цифpовой: цифровые сигналы синхронизации, аналоговые сигналы базовых цветов, передаваемые монитору без дискретизации. Поддерживает подключение монохромного монитора и его автоматическое опознание - при этом в видео-BIOS включается режим суммирования цветов по так называемой шкале серого (grayscale) для получения полутонового чеpно-белого изображения. Суммирование выполняется только при выводе через BIOS - при непосредственной записи в видеопамять на монитор попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встроенного цветосмесителя).

VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной графики) - расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. В режиме 640x480 используется так называемая квадратная точка (соотношение количества точек по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана - 4:3). Совместим с MDA, CGA и EGA, интерфейс с монитором идентичен MCGA.

IBM 8514/а - специализированный адаптер для работы с высокими разрешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами графического ускорителя. Не поддерживает видеорежимы VGA. интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

IBM XGA - следующий специализированный адаптер IBM. расширено цветовое пространство (режим 640x480x64k), добавлен текстовый режим 132x25 (1056x400). Интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

SVGA (Super VGA - "сверх" VGA) - расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 - все с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16.7 млн. (True Color). Также добавляются расширенные текстовые режимы формата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сервиса добавлена поддержка VBE.

2.1.2 Режимы изображений

Компьютерные видеоподсистемы могут работать в одном из двух базовых видеорежимов: текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора разбивается на отдельные символьные позиции, в каждой из которых одновременно может выводиться только один символ. Текстовый режим в современных операционных системах используется только на этапе начальной загрузки. В графическом режиме для каждой точки изображения, называемой пикселем, отводится от одного (монохромный режим) до 32 бит информации. Графический режим часто называют режимом с адресацией всех точек (All Points Addresable), поскольку только в данном случае имеется доступ к каждой точке изображения. Максимальное разрешение и количество воспроизводимых цветов конкретной видеоподсистемы в первую очередь зависят от общего объёма видеопамяти и количества бит, приходящихся на один пиксель.

2.1.3 Видеопамять

Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.

На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов:

· скорость центрального процессора (CPU)

· скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)

· скорость видеопамяти

· скорость графического контроллера

Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, принято называть буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), ᴛ.ᴇ. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.

Появление насыщенных мультимедиа и видеорядом приложений, аналогично тому, как и увеличение тактовой частоты современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные мультимедиа контроллеры требуют от основной системной памяти большей пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу новым требованиям, производители предлагают новые типы памяти, разработанные с помощью обычных и революционных методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.

Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры в ответ на требования более высоких скоростей работы памяти. Широкий выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка или каких приложений выбрать тот или иной тип.

Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ выходит из видеоадаптера и передается на экран - все зависит от трех факторов:

· разрешение вашего монитора

· количество цветов, из которых можно выбирать при создании изображения

· частота͵ с которой происходит обновление экрана

Разрешение определяется количеством пикселов на линии и количеством самих линий. По этой причине на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета - это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало данный размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объёма памяти крайне важно в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх крайне важно й для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур.

2.1.4 Анимация изображений

Анимация - это движение объекта͵ можно сказать, что анимация это последовательность изменяющихся изображений, которая произошла за определенный промежуток времени. Совокупность кадров, сменяющих друг друга в единицу времени создают иллюзию движения, что и есть не что иное как анимация.

Сегодня часто используется такое понятие как флеш-анимация. Флеш-анимация - это анимация, применяемая в Web-технологиях, для разработки анимационных роликов, заставок, презентаций, рекламных блоков (флеш баннер) и т.д. Распространенной средой разработки как флеш анимации так и анимированных приложений является программный продукт фирмы Macromedia - Macromedia Flash MX.

Предназначение АНИМАЦИИ как таковой состоит в том, что у человека, как и у любого другого хищника органы зрения имеют одну интересную особенность - хищник способен заметить или обнаружить объект с гораздо большей долей вероятности, в случае если тот находится в движении. Отсюда вывод - чтобы обратить внимание на рекламируемый объект, его нужно анимировать. Вот для этого и предназначена флеш анимация. Суть в том, что любая информация воспринимается лучше, в случае если она носит динамический характер.

2.2 Видеопамять

Так как видеокарта является, по сути, «компьютером в компьютере», то у неё естественно имеется и своя видеопамять, которая является одной из её основных составляющих.

Для чего же нужна видеопамять? Задача видеопамяти довольно логично вытекает из её названия – запоминать видеоданные. Видеопамять играет роль некого кадрового буфера, в который направляются видеоданные, для дальнейшего считывания и обработки их графическим процессором, также здесь хранятся текстуры.

Если по своему назначению видеопамять напоминает оперативную память, то логично, что и параметры (характеристики) у них будут весьма схожи. Основными характеристиками здесь будет пропускная способность шины памяти, тип видеопамяти, объём видеопамяти и латентность. Теперь пройдёмся более подробно по каждому из пунктов характеристик.

2.2.1 Пропускная способность шины памяти

Пропускная способность шины памяти определяет количество передаваемых данных в единицу времени. Она определяется разрядностью шины и тактовой частотой работы памяти.

Соответственно, чем больше будет разрядность, тем эффективней будет работа всей видеосистемы. В современных видеокартах разрядность шины колеблется от 64 бит (для офисных компьютеров)  до  768 бит (для  геймерских систем и оверклокинга). Ну а частота памяти современных видеокарт превышает отметку в 1300 МГц.

Пропускная способность шины памяти = тактовая частота памяти х разрядность шины. Давайте посчитаем пропускную способность шины памяти, к примеру, для видеокарты  AMD Radeon HD 7970 . Частота памяти данного девайса = 1375 МГц, но так как тип памяти GDDR5, то мы умножаем реальную частоту на 4 и получаем эффективную частоту 5500 МГц. Разрядность шины памяти составляет 384 бита (48 байт). Нехитрыми  вычислениями находим: 5500 х 48  =  264 Гбайт/c. Вот мы и  нашли  пропускную способность шины памяти, которая для данной модели составляет 264 Гбайт/c. Отмечу, что это одна из топовых видеокарт данной линейки и стоит она недешево, поэтому не пугайтесь, если показатели вашей видеокарты, более старой версии, смотрятся «блекло» на фоне этих результатов.

Рисунок 6. Видеокарта AMD Radeon HD 7970
 

2.2.2 Тип видеопамяти

В современных видеокартах используется тип памяти GDDR5, до этого были соответственно GDDR4, GDDR3, GDDR2. Как вы уже заметили, названия типов видеопамяти очень схожи с названия типов оперативной памяти (DDR2, DDR3), к ним лишь добавилась буква “G” (GDDR5 – Graphics Double Data Rate 5). Но если названия похожи, то структура и функциональность значительно различается. Стоит понимать, что оперативную память типа DDR3 по структуре и функциональным возможностям нельзя приравнивать к GDDR3, её скорее можно поставить в одну нишу с GDDR5 (и то частично).

2.2.3 Объём видеопамяти

Как говорится: «Памяти много не бывает». Да действительно, если объём видеопамяти будет составлять 128 Мбайт, то графический процессор будет простаивать в ожидании новой «порции» данных, поэтому если вы желаете комфортно играть в новые и требовательные к ресурсам компьютера игры, то при покупке видеокарты, вам следует обращать взор на модели с объёмом памяти 1Гбайт и более. При этом не следует забывать и о разрядности шины, а также о частоте памяти. Ведь с разрядностью шины 64 бита, 1 Гбайт объема видеопамяти огромной «радости» не принесут – скорее разочарование :). Поэтому не стоит «клевать» на дешёвые и «объёмные» решения на рынке видеокарт, а стоит соблюдать баланс между всеми характеристиками для того чтобы добиться максимальной эффективности за оптимальную цену. 

2.2.4 Латентность

Латентность – это время выборки данных из памяти, чем меньше данный параметр, тем лучше, так как не будут наблюдаться значительные задержки при обращении к памяти. У современных видеокарт латентность схем памяти составляет менее 1-2 нс.

Вот мы и ознакомились с основными параметрами (характеристиками) видеокарт. Цена видеокарты может колебаться в различных пределах в зависимости от характеристик.

1. Характеристики мониторов

3.1 Типы развертки

Блок разверток может подавать в отклоняющую систему монитора напряжения разной формы, от которой зависит вид развертки изображения. Различают 3 типа разверток: растровую; матричную; векторную.

Растровая развертка представляет собой набор непрерывных горизонтальных линий, последовательно заполняющих весь экран, то есть весь экран сканируется последовательно строка за строкой. Такая развертка выполняется при подаче на горизонтальные (для строк) и вертикальные (для кадров) пластины отклоняющей системы напряжений пилообразной формы.

Матричная развертка отличается от растровой тем, что заполняющие экран горизонтальные линии не непрерывны, а состоят из отдельных точек. Электронный луч перемещается по экрану скачками от одного пиксела к другому. Такой эффект достигается при предварительном квантовании пилообразных напряжений, подаваемых в отклоняющую систему через цифро-аналоговые преобразователи. Обычно в составе такой системы имеются счетчики, что позволяет перемещать отклоняющий луч сразу в любую заданную точку экрана путем установки кодов в счетчиках строчной и кадровой развертки, соответствующих координатам нужного пиксела.

Векторная развертка используется для отображения на экране сложных фигур с помощью сплошных линий. Управление вертикальным и горизонтальным отклонением луча осуществляется с помощью набора функциональных генераторов, каждый из которых настроен на формирование определенного простого графического контура (примитива).

3.2 Разрешающая способность монитора

Разрешающая способность мониторов определяет, как много пикселей, или элементов изображения, отображается на экране.
Количество пикселей в одном дюйме экрана, которые может отображать монитор, определяет разрешающую способность монитора. Она зависит от размера экрана и текущего разрешения видеокарты, которое в современных мониторах может изменяться от 640×480 до1800×1440 пикселей. В большинстве случаев монитор настраивается так, что его разрешающая способность составляет 72 пикселя на дюйм (ppi). Это означает, что при низком разрешении видеокарты — 640×480 — экранные пиксели будут велики, а при высоком -1800 х 1440 — очень малы.
Когда растровое изображение выводится на экран монитора, все пиксели изображения представляются с помощью определенного числа экранных пикселей. Разрешающая способность монитора определяет размер экранного изображения, и ее не следует путать с графическим разрешением, характеризующим плотность пикселей в изображении.
Например, размер фотографии с разрешением 144 ppi на экране монитора с разрешающей способностью 72 ppi будет вдвое превышать реальный размер, поскольку в каждом дюйме экрана могут быть отображены только 72 из 144 пикселей. При выводе на монитор с разрешающей способностью 120 ppi то же самое изображение будет лишь незначительно больше оригинала, так как в этом случае в каждом дюйме экрана смогут уместиться уже 120 из 144 пикселей. Если вы предполагаете подготовить изображение для просмотра на экране компьютера,то максимальный размер такого изображения следует выбирать исходя из минимально возможной размерности экрана (в пикселях). Например, если вы заранее знаете о том, что изображение будет отображаться на экране 14-дюймового монитора с разрешением
видеокарты 800×600, то следует ограничиться размером 800×600 пикселей. При большем размере для просмотра этого изображения придется пользоваться полосами прокрутки или программно масштабировать изображение перед выводом на экран.

3.3 Частота регенерации

Частота регенерации или обновления (кадровой развертки для CRT мониторов) экрана - это параметр, определяющий, как часто изображение на экране заново перерисовывается. Частота регенерации измеряется в Hz (Герцах, Гц), где один Гц соответствует одному циклу в секунду. Например, частота регенерации монитора в 100 Hz означает, что изображение обновляется 100 раз в секунду. Как мы уже говорили выше, в случае с традиционными CRT-мониторами время свечения люминофорных элементов очень мало, поэтому электронный луч должен проходить через каждый элемент люминофорного слоя достаточно часто, чтобы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого обхода экрана становится меньше 70 Hz, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Чем выше частота регенерации, тем более устойчивым выглядит изображение на экране. Мерцание изображения (flicker) приводит к утомлению глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. 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. Минимально безопасной частотой кадров считается 75 Hz, при этом существуют стандарты, определяющие значение минимально допустимой частоты регенерации. Считается, что чем выше значение частоты регенерации, тем лучше, однако исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Hz глаз человека уже не может заметить никакого мерцания. В табл. 2 приводятся требования к минимально допустимым частотам регенерации мониторов по новому стандарту TCO’99 для разных разрешений.

Таблица 1

Минимальная частота регенерации.

Диагональ монитора	Частота регенерации	Разрешение
14" - 15"	>= 85 Hz	>= 800x600
17"	>= 85 Hz	>= 1024x768
19"-21"	>= 85 Hz	>= 1280x1024
> 21"	>= 85 Hz	>= 1280x1024

Если вместо размера CRT используется видимый размер экрана, то данные в таблице выше также применимы. Заметим, что приведены минимально допустимые параметры, а рекомендованная частота регенерации >= 100 Hz.

В табл. 3 представлены основные параметры для CRT-мониторов.

Таблица 2

Основные параметры CRT-мониторов.

Физический размер диагонали монитора	14"	15"	17"	19"	21"	24"
Видимый размер диагонали монитора	12,5" - 13"	13,5" - 14"	15,5" - 16"	17,5" - 18"	19,5" - 20"	21,5" - 22"
Максимальное разрешение	1024x768	1280x1024	1600x1200	1600x1200	1600x1200	1900x1200
Рекомендуемое разрешение	640x480	800x600	1024x768	1280x1024	1280x1024	1600x1200
Объем локальной памяти для 256 цветов	0,5	1	1	2	2	2
Объем локальной памяти для 65K цветов	1	2	2	4	4	4
Объем локальной памяти для 16М цветов	2	2	4	4	4	8

3.4 Полоса пропускания

Говоря простым языком, полоса пропускания монитора -- это максимальная скорость, с которой точки могут посылаться на монитор. Типичные мониторы VGA имеют полосу пропускания 30 МГц. Это означает, что монитор за секунду может отобразить на экране до 30 миллионов точек. Примем во внимание, что каждая строка состоит из 640 точек, а частота строчной развертки -- 31,45 кГц, то есть ежесекундно рисуются 31450 строк. При этом монитор обрабатывает 20128000 точек в секунду. Новейшие цветные мониторы имеют полосу пропускания в 135 МГц. Такие мониторы, имеющие разрешение 1280x1024 точки и частоту строчной развертки 79 кГц должны обрабатывать ежесекундно 101120000 точек в секунду (1280 точек в строке, умноженные на 79000 строк в секунду), поэтому расширение полосы пропускания действительно необходимо для получения высоких разрешений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие технологий в видеосистемах идет полным ходом. И какие изобретения или открытия будут сделаны в будущем, предсказать невозможно. В настоящее время мониторы – это одно из главных устройств компьютера, поэтому сейчас можно сказать, что появление новых разработок в среде мониторов необходимо, так как развитие компьютерных технологий (таких как 3D-моделирование, компьютерная анимация и др.) неизбежно приводит к актуальности развития мониторов. Можно выделить несколько типов мониторов, таких как: мониторы с электронно-лучевой трубкой, жидкокристаллические мониторы, сенсорные и 3D мониторы. Каждый из типов отличается своей уникальной особенностью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глушаков С. В., Сурядный Ф.С. Персональный компьютер. — М.; Издательство АСТ; Харьков: Фолио, 2002.

2. Кацнельсон Б. В., Калугин А. М., Ларионов А. С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. —М.: Радио и связь, 1985

3. Леонтьев В.П. Компьютер просто и наглядно. — М.; Олма-Пресс, 2005.

4. Сеннов А.С. Курс практической работы на ПК. — СПБ.; БХВ — Петербург, 2003.

5. Симонович С.В., Евсеев Т.А., Мураховский В.И. Вы купили компьютер. — М.; АСТпресс, 2001

6. Зеленов А.А. Научная работа «Анализ и прогнозирование развития устройств пк (на примере мониторов)»

7. Компьютерная газета [Электронный ресурс]- www.nestor.minsk.by- (дата обращения: 02.06.2015).

8. Web — сервер журнала Компьютер Пресс www.compress.ru

9. Сайт «Мониторы: ВДТ» — [Электронный ресурс]

http://monitors.narod.ru-(дата обращения: 01.08.2018).

10. Web — сервер журнала Компьютера [Электронный ресурс]

• http://www.computerra.ru- (дата обращения: 29.07.20185).

11. Википедия — свободная энциклопедия [Электронный ресурс].

• http://wikipedia.org. — (дата обращения: 08.08.2018).