Устройство и назначение мониторов

Размещено на http://allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт градостроительства, управления и региональной экономики

Контрольная работа

Мониторы

Выполнил ст.гр. ЗИС-08 Агапонова А.В.

Принял Ковалевич И.А.

Красноярск 2009

Содержание

Назначение

Элементы

Характеристики

Подключение к ПК

Принцип работы

История развития

Обзор новейших моделей

Назначение

Монитор - это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят в состав любой компьютерной системы. Они являются визуальным каналом связи со всеми прикладными программами и стали жизненно важным компонентом при определении общего качества и удобства эксплуатации всей компьютерной системы

Элементы

Главным элементом монитора является дисплей. Дисплей - это часть монитора, на которой отображаются данные.

Для управления монитором есть различные функциональные кнопки. Сетевой выключатель, рядом с которым обычно располагается сетевой индикатор, регуляторы яркости и контрастности, они могут быть аналоговыми или цифровыми. Все без исключения мониторы имеют регуляторы размера и положения изображения. В современных аппаратах предусматривается компенсация многих типов геометрических искажений, подавление муара. Помимо регуляторов компенсации геометрических изображений на мониторах встречаются следующие органы управления. Кнопка восстановления заводских настроек, кнопка ручного размагничивания. Чем больше диагональ монитора, тем больше существует настроек для регулировки изображения. Ведь оно занимает практически всю полезную площадь экрана.

«Внутренности» монитора различны, в зависимости от его вида.

Это электронно-лучевая трубка (ЭЛТ-монитор), слой жидких кристаллов (ЖК-монитор), инертный газ (плазменный монитор) и так далее (подробнее устройство каждого вида мы рассмотрим ниже).

И конечно, кабель для подключения к системному блоку с различными разъемами. VGA (Video Graphics Array) -- стандарт мониторов и видеоадаптеров. SVGA (Super Video Graphics Array) обеспечивает более высокое разрешение, чем стандарт VGA. DVI (Digital Visual Interface) -- стандарт на интерфейс и соответствующий разъём, предназначенный для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы и проекторы. HDMI (High-Definition Multimedia Interface) -- мультимедийный интерфейс высокой чёткости, позволяет передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования.

Характеристики

Я укажу характеристики для двух самых распространенных видов мониторов: ЭЛТ и ЖК.

ЭЛТ-монитор

Разрешающая способность или разрешение означает плотность отображаемого на экране изображения. Она определяется количеством точек или элементов изображения вдоль одной строки и количеством горизонтальных строк. Чем выше разрешающая способность, тем больше информации выводится на экран. В режиме максимального разрешении монитора, как правило, работать нельзя, т.к. слишком мелкое изображение. Но максимальное разрешение является одним из важнейших параметров оценки качества монитора. Чем выше максимальное разрешение, тем лучше монитор. Оптимальное разрешение жестко связано с размерами дисплея монитора.

В режимах высокого разрешения немаловажным фактором является тип развертки: построчная или чересстрочная. При построчном способе формирования изображения все строки кадра выводятся в течение одного периода кадровой развертки, то есть передача всех строк на экране монитора за один прием без чередования. Обладающие построчной разверткой мониторы позволяют быстрее выводить изображение на экран, менее подвержены мерцанию и имеют более четкие изображения. При чересстрочном способе за один период кадровой развертки выводятся нечетные строки изображения, за второй - нечетные. Поэтому говорят, что один кадр делится на два поля. Заметно, что в случае чересстрочной развертки частота кадров снижается вдвое. Все современные мониторы являются мониторами с построчной разверткой.

Частота регенерации - это одна из важнейших характеристик монитора, определяющая скорость, с которой происходит воспроизведение кадра или полное восстановление (обновление) экрана в единицу времени. Частота регенерации измеряется в герцах, где один Гц соответствует одному циклу в секунду. Чем выше частота регенерации, тем меньше мерцание экрана и, как следствие, комфортнее условия работы в силу значительно меньшей утомляемости глаз пользователя. Частота строчной развертки, выражающаяся в килогерцах, равна количеству строк, которое луч может пробежать за одну секунду. Более высокая частота строчной развертки позволяет выводить на экран изображения с более высоким разрешением. Частота кадровой развертки или частота смены кадров, выраженная в герцах, соответствует частоте кадров: сколько раз луч формирует полное изображение - от самой верхней строки до самой нижней за одну секунду. Чем выше частота кадровой развертки, тем меньше уровень нежелательного мерцания изображения, на которое невольно реагируют глаза и, следовательно, меньше нагрузка на зрение. Частоты строчной и кадровой разверток подбираются так, чтобы сформировать на экране изображение с высоким разрешением и отсутствием мерцания. Минимально допустимая частота кадровой развертки - 72 Гц. Но это минимум, при этом многие пользователи замечают мерцание экрана, особенно в помещении, освещенном люминесцентными лампами.

Полоса пропускания - это диапазон частот в МГц, в пределах которого гарантирована устойчивая работа монитора. Полоса пропускания также может быть представлена как быстродействие монитора, с которым он способен воспринять графическую информацию в условиях воспроизведения изображения с максимальным разрешением.

ЖК-мониторы

Разрешение - горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение

Время отклика - это суммарное время переключения пикселя с черного цвета на белый и обратно. Яркость пикселя в LCD-панели меняется за счет изменения угла поворота жидких кристаллов под действием приложенного к ним электрического поля. Поскольку жидкие кристаллы - вещество вязкое, то поворот происходит не мгновенно, а за достаточно большое время - единицы или десятки миллисекунд. Момент начала загорания пикселя и момент достижения им яркости 100% невозможно достоверно определить из-за наличия шумов и ограниченной точности измерительного оборудования, поэтому говорят лишь о вхождении яркости пикселя в 10% интервал. Полученное таким образом время отклика является минимальным. Гораздо чаще происходит переключение пикселя не с черного на белый, а с черного на темно-серый цвет. В этом случае кристаллам необходимо повернуться на меньший угол, но скорость их поворота пропорциональна напряженности приложенного электрического поля (именно напряженностью поля и определяется угол поворота: чем меньший угол нам необходим, тем меньше должна быть напряженность прикладываемого электрического поля). Следовательно, мы имеем две противоположные тенденции. Как показывают исследования, с уменьшением угла поворота падает и скорость реакции пикселя. То есть в реальности время отклика всегда будет больше, чем при переключении с черного цвета на белый.

Угол обзора - это угол относительно перпендикуляра к центру панели, при наблюдении под которым контрастность изображения в центре панели падает до 10:1.

Цветовая температура определяет тональность изображения на экране монитора. Чем ниже температура, тем теплее цвета. Необходимость в цветовой температуре возникает потому, что нет универсального белого цвета, который глаз всегда бы воспринимал как белый. В зависимости от условий глаз подстраивается под определенный цветовой диапазон. Оттенок белого цвета на экране монитора будет слегка меняться в зависимости от внешнего освещения, под которое подстраивается и глаз. Рекомендуется устанавливать на экране монитора такую цветовую температуру, при которой белый цвет на экране не имеет каких-то дополнительных оттенков.

Подключение монитора к компьютеру

монитор графический текстовый изображение

Требования к видеоадаптеру. Видеоадаптер в составе видеосистемы выполняет важную роль согласования монитора с системной шиной. Он вырабатывает сигналы синхронизации и видеосигналы красного, зеленого и синего цветов, которые и подаются на входы монитора. Следовательно, видеоадаптер должен обеспечивать выработку этих сигналов в тех частотных диапазонах, которые могут быть реализованы монитором.

Кадр, передаваемый от видеоадаптера монитору, представляет собой матрицу пикселей с числом строк и рядов, равным формируемому разрешению. Каждый пиксель имеет определенный цвет, зависящий от интенсивности трех основных составляющих. Эта матрица с информацией об интенсивности цветов хранится в памяти видеоадаптера.

Стыковка монитора с видеоадаптером осуществляется обычно при помощи кабеля. Кабель может либо просто “торчать” из корпуса монитора (неразъемный кабель, detachable), либо присоединяться при помощи разъема (разъемное соединение с монитором, attachable). Некоторые мониторы имеют переключатель входа. Такой аппарат можно подключить к двум компьютерам и коммутировать источник изображения.

Поддержка технологии Plug and Play. При подключении монитора к компьютеру необходимо сообщить системе его параметры. Стандарт Plug and Play предполагает, что пользователь вообще не должен вмешиваться в этот процесс - система сама определит тип монитора и выполнит все необходимые установки для оптимальной работы программного обеспечения.

Принцип работы

ЭЛТ-монитор (CRT - Cathode Ray Tube)

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно-лучевой трубкой. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С широкой стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.

Поток электронов может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы, которая состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а другие две - в вертикальной.

После поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный, зеленый и синий и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов. Эти элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. Теневая маска - это самый распространенный тип масок, она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов.

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Этот материал имеет предельно низкий коэффициент теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях.

Есть еще один вид трубок, в которых используется апертурная решетка. 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. Маска представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний.

Щелевая маска представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.

ЖК-монитор (LCD - Liquid Crystal)

Первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были малопригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри. Жидкие кристаллы расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света.

Как и в традиционных электронно-лучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

Как в традиционных CRT экранах, OLED экран представляет собой матрицу, состоящую из комбинаций ячеек трех основных цветов - красного, синего, зеленого. В соответствии от того, какой цвет от него требуется - регулируется уровень напряжения на каждой из ячеек матрицы, в результате чего смешением трех получившихся оттенков и получается требуемый результат. Схема до боли знакомая и привычная, но, по-видимому, до сих пор ничего более простого и эффективного так и не придумано.

Оrganic Light-Emitting Diode означает органический светодиод, то есть материал, обладающий светоизлучающими свойствами. Пионером в их исследовании стали ученые Чин Тэнг и Стив Ван Слайк, которые еще в 1987 году издали статью “Organic electroluminescent diodes”, описывающую новый класс тонкопленочных устройств на базе органических материалов, обладающих электролюминесцентными качествами, заметно превосходящими все, что было создано в этой области ранее.

OLED-монитор (Оrganic Light-Emitting Diode)

Впервые предложенная Kodak схема с двумя слоями органики между электродами и сегодня остается основным вариантом, используемым для создания OLED устройств. Вот как она выглядела в оригинале - со стороны зрителя - слой за слоем. Естественно, все закрыто стеклом, покрытым со стороны OLED тончайшим слоем оксидa олова индия, выступающим в роли анода. Непосредственно к нему прилегает первый органический слой, порядка 75 нм ароматического диамина, выступающего в роли полупроводника р-типа, следом идет основной, светоизлучающий слой из пленки. В роли полупроводника n-типа может выступать много органических соединений на основе тех же ароматических углеводов. И, наконец, последним слоем в этом сэндвиче является катод, состоящий из смеси магния с серебром с атомным соотношением 10:1. Вся эта система имеет толщину менее 500 нм, вместе с задней подсветкой, каковой она, помимо всего прочего, сама и является! При прохождении тока напряжением от 2,5 В базовый слой начинает излучать фотоны, чей поток становится все более интенсивным по мере увеличения силы тока, усиливаясь практически линейно и позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость минимум в два раза превышающею соответствующий показатель сегодняшних LCD экранов.

Новые OLED материалы представляют куда более сложные комбинации веществ, чем это было на заре их истории. Новые химические формулы базовых слоев, отдельные обогащающие добавки, отвечающие каждая за свою часть спектра - красную, синюю, зеленую. Основные усилия разработчиков направлены в настоящий момент на улучшение характеристик органических полупроводников. Успехи более чем впечатляют: хотя в синем спектре последние перспективные OLED материалы и остаются наименее долговечными, тем не менее, даже в условиях синей светимости их срок жизни достигает 10 тысяч часов. Красный и зеленый цвета дают до 40 тысяч, универсальный белый - 20 тысяч часов. Уже прилично, учитывая, что для тех же цифровых камер, к примеру, среднее время жизни экрана считается нормальным от 1 000 часов.

Газоразрядные или плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel)

Плазменный эффект известен науке довольно давно: он был открыт еще в 1966 году. Неоновые вывески и лампы дневного света - лишь некоторые виды применения этого явления свечения газов под воздействием электрического тока.

Каким же образом плазменную технологию учёным удалось применить для создания мониторов? Плазменная технология используется при создании сверхтонких, плоских экранов. Лицевая панель такого экрана состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии около 100 микрометров друг от друга. Между этими пластинами находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники - электроды, а на заднюю - ответные проводники. В современных цветных дисплеях переменного тока задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель. Именно при помощи смешения в определённых пропорциях этих трёх цветов и получаются различные оттенки цветного изображения в каждой точке экрана монитора. Газ, который находится между двух пластин, переходит в плазменное состояние и излучает ультрафиолетовый свет. Благодаря необычайной цветовой четкости и высокой контрастности перед вами возникает просто очень качественное изображение, которое, поверьте мне, порадует глаз даже самого дотошного зрителя.

История развития

История развития дисплеев идет параллельно с историей развития телевизоров, и те и другие основаны на технологии электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), разработанной для осциллографов. Главным событием в истории мониторов стало создание первой электронно-лучевой трубки в начале 30-х годов ХХ века. Однако первоначально трубка заняла свое почетное место в зародившемся после ее появления телевещании. До пятидесятых годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Во многом этому сопутствовала медлительность и узкая специализация машин того времени, что позволяло операторам обрабатывать информацию без визуального представления. Но усложнение компьютеров привело к тому, что в начале 50-х годов они стали оснащаться осциллографами, которые, однако, использовались не для вывода информации, а для проверки электронных цепей вычислительной машины. Но, как это часто бывает, осциллографы стали применять не по назначению.

В 1950 году в Кембриджском университете (Англия) на компьютере EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer) электронно-лучевую трубку осциллографа впервые использовали для вывода информации в графическом виде. Через полгода английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера «Марк 1» программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Это нельзя считать настоящим прорывом, но основа была заложена, и через некоторое время в Америке, на базе компьютера «Вихрь», в рамках военного проекта произошла демонстрация графического представления на мониторе. Тогда радиолокатор передавал компьютеру данные, и монитор выводил положение самолета на экран в виде точки и буквы «Т» (от слова target - цель). Основное назначение осциллографов в компьютере теряло свою актуальность. Теперь у компьютера уже был дисплей (все от того же осциллографа), который выполнял вполне определенные задачи. Как всегда, первыми почувствовали эффект от мониторов военные - теперь можно было во много раз облегчить слежение за воздухом. Началось большое финансирование науки в этой области. Следует также отметить, что мониторы тех дней были векторные, то есть в пучок электронов формировал линии на экране, перемещаясь непосредственно от одной точки к другой, таких понятий как частота кадровой развертки еще не было. Не было также необходимости разбивать экран на пиксели.

Время шло, и большие машины уже стали многопользовательскими, а в начале 70-х, на рынок вышли первые компактные персональные компьютеры, сперва в качестве эксперимента, а потом и в массовое производство.

Персональные компьютеры предназначались уже не только для работы, но и для развлечения, поэтому графический вывод имел для них большое значение. Но что использовать для вывода графической информации, ведь изображение уже стало достаточно сложным? Вкладывать в новые разработки для еще только начинающей свое становление отрасли - непозволительная роскошь! Но к тому времени уже существовало устройство, обеспечивающее вывод качественной картинки на экран. Правильно, это телевизор, который к тому времени избавился от линзы, заимел большой экран и перестал быть чем-то экстраординарным. Пойдя по пути наименьшего сопротивления, производители подключили телевизор к компьютеру. Появились 13-дюймовые черно-белые мониторы, которые собирали из тех же блоков, что и телевизоры. В первых ПК не было понятия видеоадаптера в том виде, как мы понимаем его сейчас. Существовало два способа подключения компьютера к дисплею: первый - ЭВМ подключалась телевизионным кабелем напрямую к телевизору в качестве приставки, второй - компьютер имел свой телевизионный блок и подключался коаксиальным кабелем непосредственно к «облегченному» варианту телевизора без блоков, отвечающих за прием и декодирование телевизионного сигнала. Такая схема пользователей устраивала. В данном случае не было необходимости покупать монитор как таковой, достаточно было иметь дома телевизор.

Однако в разных странах, в частности, в нашей, возникала проблема совместимости. Дело в том, что для передачи телевизионного сигнала существовало два стандарта, основанных на частоте электрического тока - это стандарты PAL и SECAM. Система PAL применялась в США, Японии и странах западной Европы (за исключением Франции), где опорной частотой (частотой питающей сети) является 60 герц, соответственно строчная развертка телевизоров, ориентированных на систему PAL, составляла 900 строк на кадр. Однако в СССР применялась французская система SECAM: частота - 50 герц, соответственно строчная развертка составляла 625 строк на кадр. Очевидно, что телевизор, настроенный на систему PAL, при получении сигнала SECAM будет формировать неполный кадр, и произойдет вертикальное сужение экрана, и наоборот, сигнал PAL, попав в телевизор, настроенный на систему SECAM, вызовет избыточное вертикальное расширения кадра, и мы увидим только полкартинки. Персональные компьютеры советского производства, ориентированные на систему SECAM, использовали мониторы, сделанные из тех же блоков, что и телеприемники. Так, например, ПК «Электроника» использует такой же кинескоп, как и телевизионный комплект «Чайка». Естественно, ПК западного производства не могли работать с отечественными мониторами. Поскольку основным стандартом телевизионного сигнала для техники зарубежного производства является PAL, то для подключения отечественных телеприемников к компьютеру был необходим специальный блок, декодер PAL/SECAM. Он получил достаточно широкое распространение в конце 80-х годов ХХ века для просмотра импортных видеофильмов на отечественных телевизорах. Декодеры PAL/SECAM первоначально были самодельными, а затем, ближе к окончанию «холодной войны», с прекращением идеологической борьбы со всем западным, стали изготавливаться промышленно. Чтобы подключить ПК к телевизору, необходимо было проапгрейдить его в телемастерской. Телевизоры четвертого поколения ужи имели блок PAL/SECAM изначально.

Однако на этом «дружба» телевизоров и компьютеров закончилась по весьма весомой причине: использование персональных компьютеров, оснащенных телевизионными кинескопами, для «офисных» целей было весьма затруднительным, так как телевизионный кинескоп имеет угол отклонения луча 110 градусов, что ведет к деформации изображения на краях экрана. Учитывая, что монитор офисного ПК в основном отображает текст, таблицы, графики и тому подобное, искажение делает визуальное восприятие информации крайне неудобным. Чем меньше угол отклонения луча в кинескопе, тем меньше указанные выше искажения. В мониторах ПК применяют кинескопы (ЭЛТ) с углом отклонения луча не более 90 градусов, именно поэтому глубина монитора 17-19" сравнима с глубиной телевизора 21-24".

Большое влияние на развитие компьютерных мониторов оказала развертка экрана. В телевизорах применялась чересстрочная развертка, в то время как в мониторах построчная развертка. За счет этого увеличилась четкость изображения в мелких деталях. Кроме того телевизионный кинескоп вне зависимости от размера имеет одно и тоже количество пикселей, тогда как в компьютерных мониторах с увеличением размера необходимо увеличивать и разрешающую способность. Это обусловлено различиями в условиях применения мониторов и телеприемников: рекомендуемое расстояние от телеприемника до зрителя для любого телевизора составляет 5-7 диагональных размеров, и для большого телевизора требуется большее расстояние для его просмотра, а монитор располагается вне зависимости от габаритов на фиксированном расстоянии.

Первым общепринятым стандартом мониторов для победившего на рынке благодаря своей открытой архитектуре IBM PC стал монохромный MDA-монитор. Это был первый шаг в освоении новой технологии, отличающейся от технологии производства телевизоров. Монохромный дисплей отличался четкостью изображения и высоким разрешением и был идеальным для деловых приложений, работавших под DOS, в основном это были электронные таблицы и текстовые редакторы. С самого начала этот монитор завоевал солидную популярность у офисных работников. MDA-дисплеи нельзя было использовать для работы с графическими программами, тем не менее, символы монохромный дисплей IBM выводил прекрасно - для каждого символа использовалась матрица размером 9х14 пикселей.

Основным отличием MDA-монитора от телевизора было то, что в нем изображение формировалось цифровым методом, то есть присутствием или отсутствием свечения люминофора в каждой конкретной точке. Телевизионное изображение получается аналоговым способом - даже в черно-белом телеприемнике для формирования картинки используются градации серого, задаваемые уровнями сигнала для каждой точки. Соответственно, схемотехника MDA-монитора была несколько проще телевизионной.

Революцией в дисплеях была разработка цветного монитора. Появились так называемые RGB-мониторы. Монитор RGB отдельно получает сигналы красного, зеленого и синего цветов и, комбинируя их, отображает все прочие цвета.

В RGB-мониторах стандартов CGA и EGA изображение также формируется цифровым способом, то есть посылает или не посылает каждая из трех катодных пушек электронный пучок в данную точку.

Из усовершенствований в EGA-мониторах по сравнению с CGA можно отметить уменьшение зерна экрана, связанное с наращиванием объема видеопамяти, что позволило увеличить разрешение изображения и, соответственно, его качество, и добавление дополнительных сигналов яркости для каждого из цветов, что позволило увеличить количество выводимых цветов до 16. Так как принципиальных различий в формировании изображения нет, EGA мониторы были совместимы с CGA-видеокартами.

Началом следующей эры развития мониторов можно считать появление VGA-мониторов. Микросхемы памяти подешевели настолько, что на видеоадаптере рентабельно стало размещать 256 килобайт памяти, видеокарта персонального компьютера смогла одновременно воспроизводить 256 оттенков. С приходом VGA (Video Graphics Array) передача данных между монитором и видеоадаптером перешла с цифровой на аналоговую форму. Почему же в век, когда аналоговое оборудование уходит в небытие, цифровые мониторы вдруг стали заменять аналоговыми? Все дело в цвете. Мониторы персональных компьютеров до выпуска IBM MCGA в рамках стандарта PS/2 принимали цифровые сигналы. Подаваемые по соответствующим жилам сигналы включали-выключали нужные RGB-пушки для каждой точки изображения. Нетрудно посчитать, что таким образом можно получить 8 цветов: черный (все пушки выключены), белый (все пушки включены), красный, зеленый, синий (включена одна из пушек), желтый, голубой, фиолетовый (включено по две пушки). В EGA количество цветов увеличилось за счет сигналов яркости, однако дальнейшее расширение палитры таким способом представлялось проблематичным. Между тем, необходимость в большом количестве оттенков назрела, так как персональный компьютер уже активно использовался для работы с графикой и для развлечения, а большое количество цветов для человеческого восприятия гораздо важнее, чем высокое разрешение. Производителям ничего не оставалось, кроме как вернуться обратно к аналоговому представлению графической информации. Изображение в мониторе по-прежнему формировалось при помощи трех RGB пушек, но в стандарте VGA IBM внедрила для каждого цветового канала 64 уровня яркости, что позволяло получить 262144 оттенка. Однако объем видеопамяти позволял одновременно использовать только 256.

Мониторы VGA для удешевления выпускались и в монохромном варианте. Они имели 64 градации серого вместо оттенков разных цветов, причем преобразование цвета в яркость выполнялось программами BIOS, хранящимися в ПЗУ.

В последующие годы CRT-мониторы не претерпели глобальных изменений. Постепенно уменьшался шаг точки и размер зерна экрана, что позволяло получать более четкое изображение и высокое разрешение.

Важным шагом в развитии CRT-мониторов является переход к «плоскому» кинескопу. Выпуклая поверхность экрана приводила к искажению изображения и появлению бликов, что было очень нежелательно при работе. Кинескоп был искривлен как по вертикали, так и по горизонтали, до тех пор, пока в конце 1980-х годов на рынке не появились мониторы, плоские в горизонтальном и вертикальном сечении. Однако они не получили широкого распространения из-за своей дороговизны. Немного позже, в начале 1990-х годов была разработан кинескоп, у которого поверхность экрана имеет небольшую кривизну только в горизонтальном сечении. Кривизна же вертикального сечения стремится к нулю. Сама трубка в этом случае называется «плоской» (flat square tube - FST). Поначалу плоские экраны были очень дороги, но как только цена снизилась, плоскоэкранные мониторы захватили рынок.

Помимо модернизации трубки, произошло изменение аппаратной начинки мониторов. Первыми были усовершенствованы блоки развертки мониторов. Если раньше частота регенерации была одна для каждого типа монитора, то в начале 1990-х появились многочастотные дисплеи, которые могли работать с разными стандартами видеосигнала и с учетом производительности видеоадаптера.

Последним аккордом в развитии электронно-лучевых мониторов стало внедрение цифрового входа в соответствии со стандартом DVI (Digital Video Interface), применяемым в плоских дисплеях.

Развитие CRT-мониторов оборвалось с неожиданным расцветом LCD-технологии. Отдельные фирменные «фишки» призваны, скорее, краткосрочно привлечь внимание потребителя, нежели улучшить качество картинки. Технология CRT уходит в прошлое и остается на рынке только в силу дешевизны этих мониторов. Сейчас балом правят LCD и PDP-мониторы, а на арену постепенно выходят и новые разработки.

Для нахождения принципиально новой схемы производства мониторов было сразу несколько мощных стимулов. Во-первых, CRT-мониторы имели весьма значительные размеры и вес, а также потребляли немалое количество энергии, что ограничивало сферу их применения, а также сводило на нет все попытки создать полноценные портативные компьютеры. Чемоданы (весом 10-20 кг) с ЭЛТ-мониторами - назвать портативными язык как-то совсем не поворачивается. Во-вторых, при длительной работе за CRT-монитором у многих изрядно уставали глаза, а затем и вообще заметно ухудшалось зрение. В-третьих, мониторы на лучевой трубке генерировали вокруг себя неслабое магнитное поле, а также негативно реагировали на соседние поля. В-четвертых, ЭЛТ-дисплеи значительно искажали геометрию изображения, что откровенно не нравилось многим дизайнерам и инженерам. И вот, наконец, технология, лишенная всех этих недостатков, была найдена. Так называемые жидкие кристаллы были открыты еще в далеком 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Рейницером. Особые свойства нового органического вещества заключались в том, что при определенных температурах жидкие кристаллы одновременно приобретали свойства, присущие и жидкостям (текучесть) и твердым кристаллам (анизотропия ряда физических свойств и некоторая упорядоченность в расположении молекул). Однако долгие годы данная находка пользовалась исключительно научным интересом и никак не применялась на практике.

Только спустя восемьдесят лет, в конце 1966 года, корпорации RCA (Radio Corporation of America) удалось создать первый работоспособный прототип индикатора с применением жидких кристаллов. Первые серийные образцы часов и калькуляторов, основанных на LCD-дисплеях (Liquid Crystal Display), появились уже в середине 70-х годов. Изображение на них формировалось из нескольких ячеек, которые, загораясь в определенной комбинации, представляли собой некоторую цифру. За несколько последующих лет ЖК-индикаторы полностью оккупировали нишу экранов для различных переносных устройств. Следующим принципиально важным шагом на пути к появлению полноценного монитора стало создание дисплеев с пиксельным экраном, в которых каждая ячейка имела отдельную адресацию.

Жидкокристаллические матрицы разделяются на два типа: пассивные и активные. В пассивных матрицах для адресации каждой ячейки используется система из «сетки» горизонтальных и вертикальных контактных полос. Для того чтобы «зажечь/погасить» определенную ячейку, требуется подать напряжение одновременно на горизонтальную и вертикальную полосы, на пересечении которых находится искомый пиксель. Недостаток этого подхода заключается в высоком времени отклика, а также сильном ограничении в размерах диагонали. Первые компьютерные LCD-мониторы как раз были основаны на пассивных (монохромных) матрицах, а длина их диагоналей не превышала 8-ми дюймов. Подобные устройства не были восприняты пользователями с должным энтузиазмом, однако с появлением первых ноутбуков к новой технологии стали проявлять определенный интерес.

Гораздо более широкие возможности предлагают мониторы с активной матрицей. Эта технология также часто обозначается аббревиатурой TFT (Thin Film Transistors). В этом случае за каждую ячейку матрицы отвечают отдельные микроскопические транзистор, резистор и конденсатор. Такое решение позволяет значительно уменьшить время отклика, увеличить контрастность изображения и избежать влияния соседних ячеек друг на друга. Конечно, первые серийные TFT LCD-мониторы стоили просто издевательски дорого, примерно в 10 раз дороже, чем аналогичные CRT-устройства. Такое удовольствие могли себе позволить лишь военные правительственные, и немногие другие организации. И это учитывая то, что ЖК-мониторы того времени обладали весьма посредственными характеристиками, по многим параметрам уступая ЭЛТ. Но ряд явных преимуществ дал толчок для дальнейшего развития технологии, из года в год мониторы совершенствовались, причем, как ни странно, каждая крупная фирма старалась идти своим путем, проталкивая собственные уникальные разработки.

Одной из напастей, с древнейших времен преследующих ЖК-мониторы, являются «битые» пиксели. Чаще всего причиной такой неисправности является выход из строя транзистора, отвечающего за умершую ячейку. В силу технологических особенностей производства и огромного количества таких ячеек (более миллиона) полное отсутствие подобных дефектов гарантироваться не может. Но технология не стоит на месте, и если еще пару лет назад нахождение в магазине монитора всего с одним мертвым пикселем можно было считать большой удачей, то сейчас уже стоит несколько раз подумать, перед тем как купить девайс с подобным бельмом. Другая хроническая проблема LCD-дисплеев заключалась в значительном времени отклика. Изначально для того, чтобы избежать мерцания изображения, при производстве специально выбирались «медленные» кристаллы. Такие мониторы отлично справлялись с различными статичными приложениями, но при попытках просмотра видео или запуске компьютерной игры, кристаллы просто не успевали вовремя видоизменяться, из-за чего все движущие объекты размывались, что выглядело весьма неприятно. С появлением каждого нового поколения мониторов данный недостаток постепенно сходил на нет. Сейчас уже существуют модели, обладающие временем отклика всего 4 мс, и ни о какой «заторможенности» монитора не может идти и речи.

У LCD-мониторов есть один существенный недостаток - «ограничение» по максимальной длине диагонали. Просто производство ЖК-панелей с диагональю более 30 дюймов нецелесообразно с экономической точки зрения. Поэтому состязание крупных фирм в изготовлении LCD-панелей самого большого диаметра, носит лишь характер престижа. Цена подобного монстра зашкаливает за все мыслимые и немыслимые пределы. К тому же большинство презентационных моделей выполнено лишь в качестве прототипов, и до массового производства, с высокой вероятностью, так и не дойдут. Нишу широких экранов оккупировала совершенно другая технология. История развития PDP-панелей (Plasma Display Panel) весьма напоминает эволюцию LCD. Разработка технологии плазменных экранов началась примерно в одно и то же время с LCD-дисплеями. В 1966 году в Иллинойском университете приступили к первым экспериментам, и спустя всего лишь несколько лет, в начале 1970-х годов, первые опытные образцы под маркой Owens-Illinois стали доступны для заказа. Продажи плазменных панелей в начале производства носили в основном единичный характер. Практическое применение огромной монохромной панели с не самым высоким качеством изображения, стоящей при этом астрономические деньги, поначалу было не так просто найти. Одним из первых покупателей подобного устройства стала Нью-йоркская фондовая биржа, затем новой технологией заинтересовались в аэропортах и гостиницах. В дальнейшем PDP-панели были приспособлены для проведения различных презентаций, так как они были значительно удобнее и проекторов, и гигантских CRT-мониторов. Окончательное признание к плазменной технологии пришло с добавлением цвета и падением цен до разумных пределов.

Изначально у плазменной технологии перед LCD было несколько важных преимуществ. Это более высокая контрастность и яркость, а также значительно меньшее время отклика. Однако у современных устройств PDP и LCD различие в этих характеристиках стремится к нулю. Одно из главных достоинств плазменных панелей - широченный экран - в то же время является и недостатком. Для комфортной работы за PDP-мониторов рекомендуется находиться от него на расстоянии в 4-5 диагоналей. То есть, если диагональ, допустим, равняется 40 дюймам, выходит, что кресло нужно ставить примерно в 4-5 метрах от экрана, что для многих комнат является непозволительной роскошью. Поэтому до сих пор плазма широко применяется, в основном, в системах home theatre, при организации различных конференций-презентаций и, возможно, игр, а о полной замене компьютерного монитора обычно речь не идет.

У плазменных панелей есть один еще один значительный недостаток - они поедают примерно вдвое больше энергии, чем LCD-мониторы, так что вряд ли стоит ожидать появления, например, ноутбуков с плазменным экраном. Плюс ко всему, срок службы PDP-панели также примерно в два раза короче, чем у LCD, тем более что смерть одной самосветящейся ячейки является незаменимой утратой, в то время как выдохшуюся лампу LCD-монитора можно заменить, причем за разумные деньги.

К сожалению, картинки, просто расположенной на экране плоского монитора, для создания эффекта присутствия явно не достаточно. Трехмерное реалистичное изображение является мечтой не только каждого геймера, но и вообще любого пользователя компьютера. Наш мозг воспринимает объемность окружающего мира так: правый и левый глаз видят картинку с немного разных точек зрения, и, при наложении этих изображений, мы понимаем, что окружающие нас предметы не плоские, а обладают определенным объемом. На этом принципе основано подавляющее большинство разработок по созданию трехмерных дисплеев.

Наибольшую достоверность происходящего позволяют создать различные шлемы виртуальной реальности, где перед каждым глазом расположен отдельный маленький дисплей. Но по своим особенностям шлемы малопригодны для регулярной работы. Другая популярная технология разделения изображения на две части использует красно-синие (красно-зеленые) очки-светофильтры. Для создания иллюзии объема изображение в них особым образом видоизменяется, и при просмотре его через данные очки нам представляется трехмерная картина. Довольно много интересных разработок создано с применением LCD-панелей. В одной из них вместо единственного экрана используется сразу два, расположенных друг за другом на небольшом расстоянии. Через верхнюю полупрозрачную панель свободно просматривается изображение на нижней. Если отключить полупрозрачный экран, то с таким 3D-монитором можно спокойно работать как с обыкновенным LCD. В другой оригинальной разработке используется всего один ЖК-экран, а для имитации объема подсветка дисплея происходит преднамеренно неравномерно. Уровень реалистичности у таких подходов находится на весьма высоком уровне. Но пока все подобные мониторы не получили широкой поддержки у разработчиков операционных систем и компьютерных игр, а для успешности разработки это, увы, является одним из основополагающих факторов.

Можно сказать совсем недавно, в 2003 году, на рынке мобильных устройств появились дисплеи, построенные по принципиально новой технологии. Новинкой стали так называемые OLED-дисплеи (Organic Light Emitting Diodes), основанные на органических светоизлучающих полупроводниках. Они не случайно называются органическими - по сходным принципам «работают» и светлячки, и некоторые глубоководные рыбы. На данный момент OLED-дисплеи по многим характеристикам уже сравнялись с LCD, а в чем-то даже их и превосходят. Правда, пока особо не впечатляет их непродолжительный срок работы - не более 8000 часов. Стоит заметить, что одним из важных преимуществ является то, что OLED-дисплеи не требуют задней подсветки, следовательно, толщина подобного экрана может быть заведомо меньше миллиметра. Плюс ко всему технология OLED настолько универсальна, что позволяет создавать даже гибкие дисплеи. Как пример была продемонстрирована кредитная карточка с индикатором текущего баланса банковского счета, построенном на OLED. Как и LCD, OLED-дисплеи выпускаются как в активном, так и в пассивном вариантах. В самом ближайшем будущем ожидается появление и полноценных OLED-мониторов для компьютеров, уже давно существуют вполне работоспособные прототипы. В том, что новая технология составит полноценную конкуренцию LCD, уверены практически все крупные производители мониторов. Не просто же так они инвестировали за последнее время сотни миллионов долларов в развитие новой перспективной отрасли!

Другая, вполне возможно, что перспективная технология называется E-ink (электронные чернила). Типичный дисплей E-ink состоит из двух слоев белого - верхнего и черного - нижнего. При подаче напряжения частицы нижнего слоя могут переходить в верхний, а затем, если потребуется, возвращаться на свое место. Основные козыри новой разработки: сверхнизкое электропотребление и сохранение последнего изображения даже после отключения питания. Недостатком же является то, что пока электронные чернила остаются лишь в черно-белом варианте.

Скорее всего, рынок устройств вывода изображения является самым богатым на всякие оригинальные, нестандартные и подчас фантастические идеи. Существуют даже совсем уж невероятные устройства, которые позволяют передавать изображение напрямую в мозг через электроды, вживленные в зрительные доли. Конечно, подобное решение было изобретено не от хорошей жизни, оно позволяет слепым в некоторой степени ориентироваться в пространстве. Я думаю, вряд ли найдутся зрячие желающие, которые добровольно согласятся на подобный апгрейд.

Из более жизненных разработок в последнее время все большей популярностью пользуются различные носимые дисплеи. Изображение либо формируется на миниатюрном полупрозрачном экране, закрепляемом на очках, либо проецируется непосредственно на сетчатку. Подобное решение предоставляет возможность пользоваться компьютером практически в любой обстановке, сохраняя при этом контроль над окружающей ситуацией. Но такие устройства поначалу весьма не привычны, рекомендуется делать регулярные перерывы, чтобы дать возможность глазу немного передохнуть. Плюс ко всему частое использование также чревато различными неприятными последствиями, наподобие кратковременной потери ориентации в пространстве. Мечтой многих ученых является создание устройств вывода независимого полностью трехмерного изображения в пространстве или так называемых голограмм. Пока, к сожалению, ни одной разработки, способной добраться до массового производства, даже близко не существует, но нельзя утверждать, что они не появятся лет через 10-20. Зато вот разнообразных опытных образцов существует вагон и маленькая тележка, к каким только ухищрениям не приходят изобретатели, чтобы сотворить нечто такое, как в фантастических фильмах наподобие «Звездных войн»: изображение проецируют на сгустках пара, задействуют десятки LCD-панелей, применяют лазер и многое-многое другое. Будем надеяться, может, через несколько лет их старания увенчаются успехом.

Новейшие модели устройств

Список использованных источников

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

2. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. - М.; Олма - пресс, 2003.

3. Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия http://www.megabook.ru

4. Сайт Монитор master-tv.com

5. журнал Иллюминатор № 4(6)-5(7) 2003 Органические светоизлучающие диоды: технологии и перспективы

6. журнал Железо №1(11) 2005 - Динозавры визуализации: История развития CRT-мониторов

7. журнал Железо №8(18) 2005 - Эволюция мониторов: Развитие современных технологий вывода изображения

Размещено на Allbest.ru