Электронные вычислительные средства

Примечание: для удаления 5.25" дискету из дисковода необходимо:

a) Повернуть рукоятку-фиксатор дискеты на 90 градусов против часовой стрелки;

b) достать дискету из дисковода и положить в футляр.

Для удаления 3.5" дискеты необходимо:

a) нажать кнопку выброса дискеты из дисковода (ниже щели для вставки дискеты);

b) вынуть дискету из дисковода и положить в футляр.

Рис. 4.

9. Включите кнопку "Сеть" на передней панели компьютера (рисунок C.4.)

Примечание: После выключения компьютера его можно повторно включать через 30 секунд.

При включении компьютера он тестирует свои устройства и пытается выполнить загрузку операционной системы (ОС) - программы, осуществляющей управление компьютером. Этот процесс называется начальной загрузкой. Процесс начальной загрузки может быть инициирован и без включения электропитания, в этом случае он обычно называется перезагрузкой.

Когда выполняется начальная загрузка

Начальная загрузка компьютера осуществляется автоматически:

- в начале работы с компьютером, то есть при включении электропитания компьютера;

- при нажатии на клавишу «Reset» на корпусе компьютера (такая клавиша есть практически у всех моделей компьютеров).

Кроме того, начальная загрузка может быть осуществлена по требованию пользователя или программы. Например, при работе в ОС MS DOS для этого требуется одновременно нажать клавиши Ctrl, Alt и Del на клавиатуре. В ОС Windows 95, OS/2 и Windows NT для перезагрузки требуется выбрать соответствующий пункт в меню ОС.

Проверка оборудования

При начальной загрузке содержимое оперативной памяти компьютера очищается, после чего автоматически запускаются находящиеся в постоянной памяти компьютера (BIOS) программы проверки оборудования. Если эти программы находят ошибку, то выводят код ошибки или иное сообщение на экран. Если ошибка не критическая (т.е. дающая возможность продолжения работы), то пользователю обычно предоставляется возможность продолжить процесс загрузки, нажав клавишу F1 на клавиатуре. Если же неисправность критическая, то процесс загрузки прекращается.

Для ошибок, выявленных еще до проверки видеоподсистемы компьютера, сообщение на экран не выводится. В этих случаях об ошибке и ее типе сообщается посредством звуковых сигналов. О том, что означает каждый звуковой сигнал (скажем, пять коротких гудков или два коротких и один длинный), Вы можете узнать в документации по системной плате Вашего компьютера.

При серьезных ошибках о возникшей ситуации и о выданном сообщении (коде ошибки, звуковом сигнале) следует сообщить специалистам по техническому обслуживанию компьютеров.

Запрос пароля

Компьютеры с некоторыми типами BIOS (например, BIOS фирм AMI и Award) могут при начальной загрузке запрашивать пароль, выводя сообщение типа «Enter password» (введите пароль). Вводимый пароль для секретности на экран не выводится. Если пароль неправилен, то компьютер загружаться не будет. Установка и смена пароля осуществляется с помощью программы настройки конфигурации, входящей в состав BIOS.

Замечание. Если Вы забыли установленный пароль компьютера, то Вам придется отсоединить от системной платы компьютера аккумулятор, питающий CMOS, и разрядить его, закоротив его контакты. Однако после этого Вам придется заново установить все параметры конфигурации компьютера, хранящиеся в CMOS.

Программа конфигурирования

Все современные BIOS содержат программу, позволяющую установить параметры конфигурации компьютера (эти параметры хранятся в CMOS-памяти). Как правило, в нее Вы можете попасть только в процессе начальной загрузки компьютера. Обычно после проверки базовых устройств компьютера, его оперативной памяти и видеоподсистемы на экран выводится сообщение о комбинации клавиш, которую надо нажать для входа в программу конфигурирования компьютера (например: Hit <DEL>, If you want to run SETUP). При нажатии данной клавиши или комбинации клавиш Вы попадаете в экран программы конфигурирования, в котором можете задать текущие дату и время, типы дисководов для дискет и жесткого диска, другие параметры компьютера. Обычно управление программой конфигурирования достаточно простое - с помощью меню и клавиш, причем назначение клавиш отображается на экране. Пояснения по поводу параметров конфигурации обычно (хотя далеко не всегда) можно найти в документации на системную плату. Вход в программу конфигурирования (у некоторых типов BIOS) может быть защищен паролем.

Замечание. Некоторые устройства компьютера могут содержать расширения BIOS, включающие собственные программы конфигурирования данных устройств. Например, программы конфигурирования «интеллектуальных» SCSI-контроллеров позволяют настраивать параметры этих контроллеров, производить проверку и низкоуровневое форматирование подключенных к этому контроллеру дисков. Для вызова программы конфигурирования данных устройств надо нажать клавишу или комбинацию клавиш в соответствии с сообщением, выводимом на экран. Например, для программы конфигурирования SCSI-контроллеров фирмы Adaptec необходимо нажать комбинацию клавиш Cntrl A.

Другие операционные системы.

Операциомнная системма, сокр. OS (англ. operating system) -- комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны -- предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных OS общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы OS занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами -- с одной стороны -- и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения OS позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см. интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем OS являются основной, наиболее важной (а иногда единственной) частью системного ПО. С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами являются OS семейства Microsoft Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).



Функции операционных систем

Основные функции:

* Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

* Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

* Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

* Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

* Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

* Обеспечение пользовательского интерфейса.

* Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

Дополнительные функции:

* Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

* Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

* Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

* Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

* Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

* Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

* Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).

Понятие операционной системы

Существуют две группы определений ОС: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны ОС.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки -- также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры -- могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске. Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных ОС. В большинстве случаев это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: межсетевых экранов, маршрутизаторов).

ОС нужны, если:

* вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

* различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция -- тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

* между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

* необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

* наконец, оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых -- оболочка и набор стандартных утилит -- является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).

Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать, прежде всего, как

* использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),

* многопользовательские (с разделением полномочий),

* многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:

* ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;

* системные библиотеки;

* оболочка с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

Ядро операционной системы

Ядро -- центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Объекты ядра ОС:

* Процессы

* Файлы

* События

* Потоки

* Семафоры

* Мьютексы

* Каналы

* Файлы, проецируемые в память

Эволюция операционных систем и основные идеи

Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

В 1950--1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.

Пакетный режим

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём ОС может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Разделение времени и многозадачность

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) -- в пакетном режиме.

Разделение полномочий

Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой ОС прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в ОС была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора -- «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).

Реальный масштаб времени

Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») -- синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции реального масштаба времени в ОС позволило создавать системы, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).

Файловые системы и структуры

Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках).

Файловая система -- способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.

Существующие операционные системы

UNIX, стандартизация операционных систем и POSIX

К концу 1960-х годов отраслью и научно-образовательным сообществом был создан целый ряд ОС, реализующих все или часть очерченных выше функций. К ним относятся Atlas (Манчестерский университет), CTTS и ITSS (Массачусетский технологический институт, MIT), THE (Эйндховенский технологический университет), RS4000 (Университет Орхуса) и др. (всего эксплуатировалось более сотни различных ОС).

Наиболее развитые ОС, такие как OS/360 (IBM), SCOPE (CDC (англ.)) и завершённый уже в 1970-х годах MULTICS (MIT и Bell Labs), предусматривали возможность исполнения на многопроцессорных компьютерах.

Эклектичный характер разработки ОС привёл к нарастанию кризисных явлений, прежде всего, связанных с чрезмерными сложностью и размерами создаваемых систем. ОС были плохо масштабируемыми (более простые не могли использовать все возможности крупных вычислительных систем; более развитые неоптимально исполнялись на малых или не могли исполняться на них вовсе) и полностью несовместимыми между собой, их разработка и совершенствование затягивались.

Задуманная и реализованная в 1969 году Кеном Томпсоном при участии нескольких коллег (включая Денниса Ритчи и Брайана Кернигана), ОС UNIX (первоначально UNICS, что обыгрывало название MULTICS) вобрала в себя многие черты более ранних ОС, но обладала целым рядом свойств, отличающих её от большинства предшественниц:

* простая метафорика (два ключевых понятия: вычислительный процесс и файл);

* компонентная архитектура: принцип «одна программа -- одна функция» плюс мощные средства связывания различных программ для решения возникающих задач («оболочка»);

* минимизация ядра (кода, выполняющегося в «реальном» (привилегированном) режиме процессора) и количества системных вызовов;

* независимость от аппаратной архитектуры и реализация на машиннонезависимом языке программирования (язык программирования Си стал побочным продуктом разработки UNIX);

* унификация файлов.

UNIX, благодаря своему удобству прежде всего в качестве инструментальной среды (среды разработки), была тепло принята сначала в университетах, а затем и в отрасли, получившей прототип единой ОС, которая могла использоваться на самых разных вычислительных системах и, более того, могла быть быстро и с минимальными усилиями перенесена на любую вновь разработанную аппаратную архитектуру.

В конце 1970-х годов сотрудники Калифорнийского университета в Беркли внесли ряд усовершенствований в исходные коды UNIX, включая работу с протоколами TCP/IP. Их разработка стала известна под именем BSD (Berkeley Software Distribution).

Задачу разработать независимую (от авторских прав Bell Labs) реализацию той же архитектуры поставил и Ричард Столлман, основатель проекта GNU.

Благодаря конкурентности реализаций архитектура ОС UNIX стала вначале фактическим отраслевым стандартом, а затем обрела статус и стандарта юридического -- ISO/IEC 9945[1].

Только ОС, отвечающие спецификации Single UNIX Specification, имеют право носить имя UNIX. К таким системам относятся AIX, HP-UX, IRIX, Mac OS X, SCO OpenServer, Solaris, Tru64 и z/OS.

ОС, следующие стандарту POSIX или опирающиеся на него, называют «POSIX-совместимыми» (чаще встречается словоупотребление «UNIX-подобные» или «семейство UNIX», но оно противоречит статусу торгового знака «UNIX», принадлежащего консорциуму The Open Group и зарезервированному для обозначения ОС, строго следующих стандарту). Сертификация на совместимость со стандартом стоит некоторых денег, из-за чего некоторые системы не проходили этот процесс, однако считаются POSIX-совместимыми просто потому, что это так.

К UNIX-подобным ОС относятся системы, основанные на последней версии UNIX, выпущенной Bell Labs (System V), на разработках университета Беркли (FreeBSD, OpenBSD, NetBSD), на основе Solaris (OpenSolaris, BeleniX, Nexenta), а также ОС GNU/Linux, разработанная в части утилит и библиотек проектом GNU и в части ядра -- сообществом, возглавляемым Линусом Торвальдсом.

Стандартизация ОС гарантирует возможность безболезненной замены самой ОС и/или оборудования при развитии вычислительной системы или сети и дешёвого переноса прикладного программного обеспечения (строгое следование стандарту предполагает полную совместимость программ на уровне исходного текста; из-за профилирования стандарта и его развития некоторые изменения бывают всё же необходимы, но перенос программы между POSIX-совместимыми системами обходится на порядки дешевле, чем между альтернативными), а также преемственность опыта пользователей.

Самым заметным эффектом существования этого стандарта стало эффективное разворачивание Интернета в 1990-х годах.

Пост-UNIX-архитектуры операционных систем

Коллектив, создавший ОС UNIX, развил концепцию унификации объектов ОС, включив в исходную концепцию UNIX «устройство -- это тоже файл» также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: «что угодно -- это файл». Эта концепция стала одним из основных принципов ОС Plan9 (название было позаимствовано из фантастического триллера «План 9 из открытого космоса» Эдварда Вуда-младшего), призванной преодолеть принципиальные недостатки дизайна UNIX и сменившей «рабочую лошадку» UNIX System V на компьютерах сети Bell Labs в 1992 году.

Кроме реализации всех объектов ОС в виде файлов и размещения их на едином и персональном для каждого терминала вычислительной сети пространстве (namespace), были пересмотрены другие архитектурные решения UNIX. Например, в Plan9 отсутствует понятие «суперпользователь», и, соответственно, исключаются любые нарушения режима безопасности, связанные с нелегальным получением прав суперпользователя в системе. Для представления (хранения, обмена) информации Роб Пайк и Кен Томпсон разработали универсальную кодировку UTF-8, на сегодняшний день ставшую стандартом де-факто. Для доступа к файлам используется единый универсальный протокол 9P, по сети работающий поверх сетевого протокола (TCP или UDP). Таким образом, для прикладного ПО сети не существует -- доступ к локальным и к удалённым файлам единообразен. 9P -- байт-ориентированный протокол, в отличие от других подобных протоколов, являющихся блок-ориентированными. Это также результат работы концепции: доступ побайтно -- к унифицированным файлам, а не поблочно -- к разнообразным и сильно изменяющимися с развитием технологий устройствам. Для контроля доступа к объектам не требуется иных решений, кроме уже существующего в ОС контроля доступа к файлам. Новая концепция системы хранения избавила администратора системы от изнурительного труда по сопровождению архивов и предвосхитила современные системы управления версиями файлов.

ОС, созданные на базе или идеях UNIX, такие как всё семейство BSD и системы GNU/Linux, постепенно перенимают новые идеи из Bell Labs. Возможно, эти новые идеи ждёт большое будущее и признание ИТ-разработчиков.

Новые концепции были использованы Робом Пайком в «Inferno».

На основе «Plan9» в Испании разрабатываются ОС Off++ и Plan B, носящие экспериментальный характер.

К попыткам создать пост-UNIX-архитектуру можно также отнести разработку системы программирования и операционной среды Оберон в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH Zurich) под руководством профессора Никлауса Вирта.

Тема 8. Видеоподсистема ПК: типы мониторов, назначение и принципы работы видеоадаптера. Режимы работы и характеристики. Видео ускорители. Хранение данных в компьютере. Накопители на гибких и жестких дисках (устройство, характеристики, подготовка к работе). Накопители на оптических и магнитооптических дисках. Ведущие производители, современные модели

Монитомр -- устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Современный монитор состоит из корпуса, блока питания, плат управления и экрана. Информация (видеосигнал) для вывода на монитор поступает с компьютера посредством видеокарты, либо с другого устройства, формирующего видеосигнал.

Классификация мониторов

По виду выводимой информации

* алфавитно-цифровые [система текстового (символьного) дисплея (character display system) - начиная с MDA][1]

o дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию

o дисплеи, отображающие псевдографические символы

o интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных

* графические[1] для вывода текстовой и графической (в том числе видео) информации.

o векторные (vector-scan display) - лазерное световое шоу

o растровые (raster-scan display) - используется практически в каждой графической подсистеме PC; IBM назвала этот тип отображения информации (начиная с CGA) отображением с адресацией всех точек (All-Points-Addressable, APA), - в наст. время дисплеи такого типа обычно называют растровыми (графическими)[1], поскольку каждому элементу изображения на экране соответствует один или несколько бит в видеопамяти

По типу экрана

* ЭЛТ -- на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT)

* ЖК -- жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)

* Плазменный -- на основе плазменной панели (plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel)

* Проектор -- видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант -- через зеркало или систему зеркал); и Проекционный телевизор

* OLED-монитор -- на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode -- органический светоизлучающий диод)

* Виртуальный ретинальный монитор -- технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза.

* Лазерный -- на основе лазерной панели (пока только внедряется в производство)

По размерности отображения

* двухмерный (2D) - одно изображение для обоих глаз

* трехмерный (3D) - для каждого глаза формируется отдельное изображение для получения эффекта объема.

По типу видеоадаптера

* HGC

* CGA

* EGA

* VGA, SVGA

По типу интерфейсного кабеля

* композитный

* раздельный

* D-Sub

* DVI

* USB

* HDMI

* DisplayPort

* S-Video

По типу устройства использования

* в телевизорах

* в компьютерах

* в телефонах

* в калькуляторах

* в инфокиосках

* в навигаторах

Основные параметры мониторов

* Соотношение сторон экрана -- стандартный (4:3), широкоформатный (16:9) или другое соотношение (например 5:4)

* Размер экрана -- определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах

* Разрешение -- число пикселей по вертикали и горизонтали

* Глубина цвета -- количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32-битного)

* Размер зерна или пикселя

* Частота обновления экрана (Гц)

* Время отклика пикселей (не для всех типов мониторов)

* Угол обзора

Основные производители

* Acer Inc.

* Apple Computer

* ASUSTek

* BenQ

* CTX

* Dell, Inc.

* Eizo

* Hitachi

* HP

* iiyama

* LG Electronics

* NEC/Mitsubishi

* Philips

* Samsung

* Sony (выпускмониторовпрекращён)

* ViewSonic

Технология TN + film

Достоинства технологии TN + film:

- низкая стоимость;

- минимальное время отклика пикселя на управляющее воздействие. (2мс в настоящее время)

Недостатки технологии TN + film:

- средняя контрастность;

- проблемы с точной цветопередачей;

- сравнительно небольшие углы обзора. (160/170 градусов)

Технология MVA

Достоинства технологии MVA:

- небольшое время реакции;

- глубокий черный цвет (хорошая контрастность);

- отсутствие винтовой структуры кристаллов и двойного магнитного поля привело к минимальному потреблению электроэнергии;

- неплохая цветопередача (несколько уступающая S-IPS).

Недостатки технологии MVA:

- при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пикселя время отклика увеличивается;

- технология получилась довольно дорогой.

Технология PVA

Достоинства технологии PVA:

- отличная контрастность (уровень черного цвета у PVA-панелей может составлять всего 0,1-0,3 кд/м2);

- великолепные углы обзора (при оценке углов обзора согласно стандартному показателю падения контрастности до 10:1 получается, что их ограничивает не панель, а выступающая над ней пластиковая рамка экрана - у последних моделей мониторов на PVA заявлены углы 178°);

- хорошая цветопередача.

Недостатки технологии PVA:

- мониторы на PVA-панелях малопригодны для динамичных игр. Из-за большого времени отклика при переключении пикселя между близкими состояниями изображение будет заметно смазываться;

- не самая низкая стоимость.

Технология IPS

Достоинства технологии S-IPS:

- отличная цветопередача;

- большие, чем у TN+Film-панелей, углы обзора.

Недостатки технологии S-IPS:

- высокая стоимость;

- повышенное потребление энергии;

- значительное время отклика при переключении пикселя между двумя состояниями;

- средняя контрастность.

Для тех кто хочет знать больше:

Технология TN + film

Twisted Nematic + film (TN + film). Часть "film" в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно до 160°). Это самая простая и самая дешевая технология. Она существует достаточно давно и используется в большинстве проданных за последние несколько лет мониторов.

Достоинства технологии TN + film:

- низкая стоимость;

- минимальное время отклика пикселя на управляющее воздействие.

Недостатки технологии TN + film:

- средняя контрастность;

- проблемы с точной цветопередачей;

- сравнительно небольшие углы обзора.

Технология IPS

В 1995 году компанией Hitachi была разработана технология In-Plane Switching (IPS), предназначавшаяся для избавления от недостатков, присущих панелям, изготовленным по технологии TN + film. Маленькие углы обзора, весьма специфичные цвета и неприемлемое (на тот момент) время отклика подтолкнули компанию Hitachi к разработке новой технологии IPS, давшей хороший результат: приличные углы обзора и хорошую цветопередачу.

В IPS-матрицах кристаллы не образуют спираль, а поворачиваются при приложении электрического поля все вместе. Изменение ориентации кристаллов помогло добиться одного из основных преимуществ IPS-матриц - углы обзора удалось увеличить до 170° по горизонтали и вертикали. Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй поляризационный фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Отображение черного цвета является идеальным. При выходе из строя транзистора "битый" пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным. При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению параллельно основе и пропускают свет.

Параллельное выравнивание жидких кристаллов потребовало размещения электродов гребенкой на нижней подложке, что значительно ухудшило контрастность изображения, потребовало более мощной подсветки для установки нормального уровня резкости и привело к высокому потреблению энергии и значительному времени. Поэтому время отклика IPS-панели, как правило, больше, чем у TN-панелей. Изготовленные по технологии IPS-панели оказываются заметно дороже. Впоследствии на базе IPS были также разработаны технологии Super-IPS (S-IPS) и Dual Domain IPS (DD-IPS), однако из-за высокой стоимости вывести этот тип панелей в лидеры производители так и не смогли.

Компания Samsung некоторое время выпускала панели, выполненные по технологии Advanced Coplanar Electrode (АСЕ) - аналог технологии IPS. Однако сегодня выпуск АСЕ-панелей свернут. На современном рынке технология IPS представлена мониторами с большой диагональю - 19 дюймов и более.

Значительное время отклика при переключении пикселя между двумя состояниями с лихвой компенсируется отличной цветопередачей, особенно у панелей, выполненных по модернизированной технологии под названием Super-IPS.

Super-IPS (S-IPS). LCD-мониторы на S-IPS-панелях - это вполне разумный выбор для профессиональной работы с цветом. Увы, с контрастностью у S-IPS-панелей точно такие же проблемы, как и у IPS и TN+Film, - она сравнительно невелика, так как уровень черного составляет 0,5-1,0 кд/м2.

Наряду с этим, углы обзора если и не идеальны (при отклонении в сторону изображение заметно теряет контрастность), то весьма велики по сравнению с TN-панелями: сидя перед монитором, заметить какую-либо неравномерность цвета или контрастности по вине недостаточных углов обзора невозможно.

Достоинства технологии S-IPS:

- отличная цветопередача;

- большие, чем у TN+Film-панелей, углы обзора.

Недостатки технологии S-IPS:

- высокая стоимость;

- повышенное потребление энергии;

- значительное время отклика при переключении пикселя между двумя состояниями;

- средняя контрастность.

Этот тип панелей хорошо подходит для работы с цветом, но при этом мониторы на S-IPS-панелях вполне пригодны и для игр, некритичных ко времени отклика 20 - 25 мс.

Технология MVA

Технология IPS получилась сравнительно дорогой, это обстоятельство заставило других производителей разрабатывать собственные технологии. На свет появилась технология производства LCD-панелей Vertical Alignment (VA) компании Fujitsu, а затем Multidomain Vertical Alignment (MVA), предоставляющие пользователю разумный компромисс между углами обзора, скоростью и цветопередачей.

Итак, в 1996 году компания Fujitsu предложила еще одну технологию изготовления LCD-панелей VA - вертикальное выравнивание. Название технологии вводит в заблуждение, т.к. жидкокристаллические молекулы (в статическом состоянии) не могут быть полностью вертикально выравнены из-за выпячивания. Когда создается электрическое поле, кристаллы выравниваются горизонтально и свет подсветки не может пройти через различные слои панели.

Технология MVA - многодоменное вертикальное выравнивание - появилась через год после VA. Символ M в аббревиатуре MVA означает "многодоменный", т.е. множество областей в одной ячейке.

Суть технологии в следующем: каждый сабпиксель разбит на несколько зон, а поляризационные фильтры сделаны направленными. В настоящее время Fujitsu производит панели, в которых каждая ячейка включает до четырех таких доменов. С помощью выступов на внутренней поверхности фильтров каждый элемент разбит на зоны так, чтобы ориентация кристаллов в каждой конкретной зоне наиболее подходила для взгляда на матрицу с определенного угла, а кристаллы в разных зонах перемещались независимо. Благодаря этому удалось добиться отличных углов обзора без заметных цветовых искажений изображения - попавшие при отклонении наблюдателя от перпендикуляра к экрану в поле зрения более яркие зоны будут компенсироваться находящимися рядом более темными, поэтому контрастность упадет незначительно. При подаче же электрического поля кристаллы во всех зонах выстраиваются так, что практически независимо от угла наблюдения видна точка с максимальной яркостью.

Чего же удалось добиться в результате применения новой технологии?

Во-первых, хорошей контрастности - уровень черного у качественной панели может опускаться ниже 0,5 кд/м2 (превышать 600:1), что хоть и не позволяет на равных конкурировать с ЭЛТ-мониторами, но однозначно лучше результатов TN- или IPS-панелей. Черный фон экрана монитора на MVA-панели в темноте уже не выглядит столь отчетливо серым, да и неравномерность подсветки заметно меньше сказывается на изображении.

Более того, MVA-панели обеспечивают еще и весьма неплохую цветопередачу - не такую хорошую, как S-IPS, но вполне подходящую для большинства нужд. "Битые" пиксели выглядят черными, время отклика стало приблизительно в 2 раза меньше, чем для IPS- и старых TN-панелей. Т.о., наблюдается оптимальный компромисс практически во всех областях. Что же в сухом остатке?

Достоинства технологии MVA:

- небольшое время реакции;

- глубокий черный цвет (хорошая контрастность);

- отсутствие винтовой структуры кристаллов и двойного магнитного поля привело к минимальному потреблению электроэнергии;

- неплохая цветопередача (несколько уступающая S-IPS).

Однако две ложки дегтя несколько испортили сложившуюся идиллию:

- при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пикселя время отклика увеличивается;

- технология получилась довольно дорогой.

К сожалению, теоретические преимущества этой технологии не были в полной мере реализованы на практике. 2003 год, все аналитики предсказывают блестящее будущее LCD-мониторам, оборудованным MVA-панелью, пока компания AU Optronics не представила TN+Film-панель со временем отклика всего 16 мс. По остальным параметрам она была не лучше, а в чем-то даже хуже существовавших 25-мс TN-панелей (уменьшившиеся углы обзора, плохая цветопередача), однако малое время отклика оказалось отличной маркетинговой приманкой для потребителей. Кроме того, дешевизна технологии на фоне продолжающихся ценовых войн, когда каждый лишний доллар за панель был для производителя тяжким бременем, подкрепила финансово-маркетинговую компанию. TN-панели и сегодня остаются самыми дешевыми (заметно дешевле и IPS-, и MVA-панелей). В результате сочетания этих двух факторов (удачной приманки для потребителя в виде малого времени отклика и низкой цены) в настоящий момент мониторы на панелях, отличных от TN+Film, выпускаются в ограниченных количествах. Исключение составляют разве что топ-модели Samsung на PVA да весьма дорогие мониторы на S-IPS-панелях, предназначенные для профессиональной работы с цветом.

Разработчик технологии MVA, компания Fujitsu, посчитала рынок LCD-мониторов для себя недостаточно интересным и сегодня не занимается разработками новых панелей, передав права на них компании AU Optronics.

Технология PVA

Вслед за Fujitsu компания Samsung разработала технологию Patterned Vertical Alignment (PVA), в общих чертах повторяющую технологию MVA и отличающуюся, с одной стороны, несколько большими углами обзора, но с другой - худшим временем отклика.

Судя по всему, одной из целей разработки было создание технологии, аналогичной MVA, но свободной от патентов Fujitsu и связанных с ними лицензионных выплат. Соответственно, все недостатки и достоинства PVA-панелей те же, что и у MVA.

Достоинства технологии PVA:

- отличная контрастность (уровень черного цвета у PVA-панелей может составлять всего 0,1-0,3 кд/м2);

- великолепные углы обзора (при оценке углов обзора согласно стандартному показателю падения контрастности до 10:1 получается, что их ограничивает не панель, а выступающая над ней пластиковая рамка экрана - у последних моделей мониторов на PVA заявлены углы 178°);

- хорошая цветопередача.

Недостатки технологии PVA:

- мониторы на PVA-панелях малопригодны для динамичных игр. Из-за большого времени отклика при переключении пикселя между близкими состояниями изображение будет заметно смазываться;

- не самая низкая стоимость.

Большой интерес к этому типу матриц вызывает их распространенность в продаже. Если монитор на хорошей 19-дюймовой MVA-матрице найти практически невозможно, то с PVA их разработчик (компания Samsung) старается регулярно выпускать в продажу новые модели. Справедливости ради надо заметить, что другие компании выпускают мониторы на PVA-матрицах ненамного охотнее, чем на MVA, но присутствие как минимум одного серьезного производителя, причем такого как Samsung, уже дает PVA-матрицам ощутимое преимущество.

Монитор на базе PVA-матриц - практически идеальный выбор для работы благодаря своим характеристикам, наиболее близким к ЭЛТ-мониторам среди всех типов матриц (если не учитывать большое время отклика - единственный серьезный недостаток PVA). 19-дюймовые модели на их основе легко найти в продаже, причем по вполне умеренным ценам (по сравнению, скажем, с мониторами на S-IPS-матрицах), так что при выборе рабочего монитора, для которого не слишком важно поведение в динамичных играх, обязательно надо обратить внимание на PVA.

В прошлом году компания Samsung представила технологию Dynamical Capacitance Compensation, DCC (динамическая компенсация емкости), которая, по заверениям инженеров, способна сделать время переключения пикселя не зависящим от разности между его конечным и начальным состояниями. В случае успешной реализации DCC PVA-панели окажутся одними из самых быстрых среди всех существующих сейчас типов панелей, сохранив при этом прочие свои достоинства.

Производителей LCD-панелей значительно меньше, чем изготовителей мониторов. Это связано с тем, что производство панелей требует постройки недешевых (особенно в условиях постоянной конкуренции) высокотехнологичных фабрик. Изготовление монитора на базе готового LCD-модуля (обычно поставляется LCD-панель в сборе с лампами подсветки) сводится к обычным монтажным операциям, для которых не требуется ни сверхчистых помещений, ни какого-либо высокотехнологичного оборудования.

Сегодня крупнейшими производителями и разработчиками панелей являются совместное предприятие Royal Philips Electronics и LG Electronics под названием LG.Philips LCD и компания Samsung.

LG.Philips LCD в первую очередь специализируется на IPS-панелях, поставляя их сторонним крупным компаниям, например, Sony и NEC. Компания Samsung более известна TN+Film- и PVA-панелями, преимущественно для мониторов собственного производства.

Точно определить, на чьей панели собран тот или иной монитор, можно, только разобрав его, либо найдя неофициальную информацию в Интернете (официально производитель панели указывается редко). При этом информация о какой-либо конкретной модели распространяется только на эту модель и никак не затрагивает другие мониторы того же производителя. Например, в разных моделях мониторов Sony в разное время использовались панели от LG.Philips, AU Optronics и Chunghwa Picture Tubes (СРТ), а в мониторах NEC - помимо перечисленных, еще и компаний Hitachi, Fujitsu, Samsung и Unipac, не считая собственных панелей NEC. Более того, многие производители устанавливают в мониторы одной и той же модели, но разного времени выпуска различные панели - по мере появления более новых моделей панелей старые просто заменяются без изменения маркировки монитора.

CRT мониторы. В их основе лежит электронно-лучевая трубка. Технология была создана давным-давно, но с большим успехом применяется до наших дней и в электронно-измерительной аппаратуре, и в телевизионной технике.

Принцип работы CRT : стеклянная трубка, внутри - вакуум, внутренняя часть стекла трубки (там где экран) покрыта люминофором - веществом, которое испускает свет при попадании на него электронов. Для создания потока электронов используется электронная пушка. Поток электронов на пути к люминофору проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, а также через металлическую маску или решетку. Электроны попадают на люминофорный слой, часть энергии электронов преобразуется в свет, а часть - в рентгеновское излучение (но низкой интенсивности). Cветящиеся точки люминофора формируют изображение, которое мы видим. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах.

Люминофорный слой, покрывающий внутреннюю часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов. Эти люминофорные элементы воспроизводят три основных цвета. Имеются три типа разноцветных люминофора, чьи цвета соответствуют основным цветам Red, Green, Blue (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофора, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Для управления электронно-лучевой трубкой нужна "электронная начинка", качество которой во многом определяет качество монитора. Разница в качестве этой "начинки", создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. Кроме того, необходимо, чтобы электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, например не влиял на люминофор зеленого или синего цвета, и наоборот. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов. CRT 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.

Теневая маска (shadow mask) - это самый распространенный тип масок для CRT мониторов. Теневая маска состоит из металлической сетки, чаще всего изготавливается из инвара (сплав железа и никеля). Теневая маска создает решетку с однородными точками - триадами, где каждая такая точка состоит из трех люминофрных элементов основных цветов - зеленного, красного и синего.

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется dot pitch (или шаг точки) и является индексом качества изображения (стандарт - 0,28 - 0,29, меньше - лучше, а больше этого значения - недопустимо). Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм). 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.

Щелевая маска (slot mask) - технология широко применяется компанией NEC под именем "CromaClear". Люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. 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 (стандарт - 0,27).

Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC в мониторах Panasonic. LG использует плоскую щелевую трубку Flatron с шагом 0,24.

Есть и еще один вид CRT, в которых используется - апертурная решетка (aperture Grill). Эти трубки известны как Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году.

Апертурная решетка (aperture grill) это тип маски, где прменяется решетка 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. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой сделаны тонкие вертикальные окна. Она держится на горизонтальной проволочке (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21" CRT) проволочке. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее тень хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на экране.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение strip pitch, тем выше качество изображения на мониторе (стандарт - 0,26).

Апертурная решётка используется в мониторах от Viewsonic, Radius, Nokia, CTX, Mitsubishi, во всех мониторах от SONY.

Некорректно сравнивать размер шага для CRT разных типов: шаг точек CRT с теневой маской измеряется по диагонали, а шаг апертурной решетки - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для примера, 0.25 мм strip pitch приблизительно эквивалентно 0.27 мм dot pitch.

CRT с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими CRT хорошо использовать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики, например в AUTOCAD. CRT с апертурной решеткой позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах, что хорошо подходит для работы с фотографией и для настольных издательских систем.

Кроме электронно-лучевой трубки внутри монитора есть еще и управляющая электроника, которая обрабатывает сигнал, поступающий напрямую от видеокарты вашего PC. Эта электроника должна оптимизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек. Чем выше качество этой "электронной начинки" - тем лучше и сам монитор.

Попробуем представить себе какие процессы происходят внутри монитора, чтобы разобраться , на что важно обратить внимание при его покупке.

На самом деле, на экране монитора изображение реально отсутствует. Почему же мы его видим? За счет инерции зрения (кстати, на принципе инерции зрения основана и мультипликация, и телевидение, и кино). В сетчатке наших глаз изображение "хранится" около 1/16 секунды. Это означает, что если электронный луч будет двигаться по экрану медленно, мы можем видеть это движение как отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться, быстро прочерчивая на экране строку хотя бы 16- 20 раз в секунду, наши глаза не увидят движущейся точки, а - равномерную линию на экране. Если теперь заставить луч последовательно пробегать по многим горизонтальным линиям сверху вниз за время меньшее 1/25 секунды, мы увидим равномерно освещенный экран с небольшим мерцанием. Движение самого луча будет происходить настолько быстро что наш глаз не будет в состоянии его заметить. Чем быстрее электронный луч проходит по всему экрану, тем меньше будет заметно и мерцание картинки. Считается, что такое мерцание становится практически незаметным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем элемента изображения) примерно 75 в секунду. (Эта величина зависит от размера монитора. Периферийные области сетчатки глаза содержат светочувствительные элементы с меньшей инерцией) Естественно чем выше частота обновления картинки - тем меньше утомляются ваши глаза. Экспериментально установлено, что оптимальные значения 85 -110 Гц (различия больше 110 Гц глаз уже не воспринимает). Способность электронных схем управления монитора формировать на экране мелкие элементы изображения зависит от ширины полосы пропускания (bandwidth). Ширина полосы пропускания монитора пропорциональна числу пикселей из которых формирует изображение видеокарта вашего компьютера. Ширина полосы пропускания измеряется в MHz (Мегагерцах, МГц) и характеризует, какой может быть минимальная длительность импульса, соответствующего отображению одиночной точки на строке изображения, а следовательно и ее размер при предельных скоростях строчной развертки. Значения ширины полосы пропускания монитора и предельной скорости передачи импульсов отдельных пикселов видеоадаптером (dot clock, т.е. данные об отображении скольких пикселей может передать видеоадаптер в монитор в секунду; измеряется тоже в MHz), в комбинации определяют резкость изображения по горизонтали на предельных разрешениях и частотах разверток. При примерно равных значениях этой частоты общая предельная частота системы видеокарта-монитор будет примерно на 40% меньше обоих. При большей разнице двух таких частот итоговое значение полосы пропускания будет определяться худшим элементом. Поэтому при выборе монитора следует внимательно изучить характеристики видеокарты и оценить ее влияние на резкость изображения в используемом вами режиме работы монитора. В противном случае, случае нарушение резкости при увеличении разрешения или частоты кадров может быть обусловлено недостаточно хорошими характеристиками видеокарты. Чем больший запас по dot clock видеоадаптера, тем лучше.