Особенности функционирования графической подсистемы компьютера
Графический контроллер, являющийся сердцем мультимедиа систем, как один из компонентов компьютера. Факторы, влияющие на производительность графической подсистемы. Графические процессоры и карты. Классификация мониторов по типу маски, плазменные панели.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.10.2012 |
| Размер файла | 96,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Видеопамять
- Производительность текстурных карт
- AGP: Графические процессоры и карты
- Мониторы с электронно-лучевой трубкой
- Классификация мониторов по типу маски
- LCD-мониторы
- Плазменные панели PDP
- Термины видеоподсистемы
- Список литературы
Видеопамять
Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.
На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов:
· скорость центрального процессора (CPU)
· скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)
· скорость видеопамяти
· скорость графического контроллера
Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), т.е. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.
Появление насыщенных мультимедиа и видеорядом приложений, так же, как и увеличение тактовой частоты современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные мультимедиа контроллеры требуют от основной системной памяти большей пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу новым требованиям, производители предлагают новые типы памяти, разработанные с помощью обычных и революционных методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.
Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры в ответ на требования более высоких скоростей работы памяти. Широкий выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка или каких приложений выбрать тот или иной тип.
Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.
Существующие типы памяти, доступные производителям видеоадаптеров, перечислены в нижеследующей таблице.
|
Тип |
Свойства |
Резюме |
|
|
3D RAM |
Встроенные вычислительные средства и кэш-память, реализованные на уровне чипа. Высокая оптимизация для использования при выполнении трехмерных операций. |
Технология рабочих станций для обработки 3D графики, которая обеспечивает таким платам, как Diamond Fire GL 4000 дополнительное увеличение производительности. Контроллер RealIMAGE обеспечивает продвижение этой технологии на рынок настольных компьютеров. |
|
|
Burst EDO |
Дополнительный пакет регистров обеспечивает быстрый вывод строки из последовательных адресов. |
Долгое время ожидания, если следующий адрес не является соседним в последовательности. |
|
|
CDRAM |
Предшественник 3D RAM со встроенным в микросхему кэшем. Работает с внешним контроллером кэш-памяти. |
Идеально приспособлен быть основой для текстурной памяти и может быть органичным дополнением памяти типа 3D RAM с ее высокой пропускной способностью, например, в адаптере Diamond Fire GL 4000. Контроллер RealIMAGE обеспечивает продвижение этой технологии на рынок настольных компьютеров. |
|
|
DRAM |
Относится к группе промышленных стандартов. Дальнейшие совершенствования технологии DRAM основываются на низкой стоимости производства, но также произошло существенное увеличение пропускной способности. За два цикла данные считываются в и из памяти. |
На основе этой технологии производятся некоторые из самых распространенных типов памяти. |
|
|
EDO DRAM |
Использует стандартный интерфейс DRAM, но передача данных в и из памяти происходит с более высокой скоростью (или на более высокой частоте). Улучшение производительности достигается за счет дополнительного внешнего чередования данных графическим контроллером (интерливинг). |
В зависимости от графического контроллера может иметь производительность на уровне более дорогой двухпортовой технологии памяти, такой, как VRAM, использующейся в графических контроллерах для систем на базе ОС Windows. |
|
|
MDRAM |
Высокая пропускная способность, низкие задержки по времени, мелкоячеистость. |
Компания Tseng Labs разработала контроллер, который смог использовать все преимущества архитектуры этой памяти. В среде DOS были достигнуты отличные результаты, в среде Windows всего лишь удовлетворительные. |
|
|
RDRAM |
Возможный претендент на широкое распространение и принятие в качестве стандарта на память с высокой производительностью. |
Поддерживается ограниченным числом графических контроллеров, но со временем ситуация может измениться. |
|
|
SDRAM |
Производится по стандартам JEDEC, имеет большую производительность, чем DRAM. |
Чаще используется в качестве основной системной памяти, нежили в графических адаптерах. |
|
|
SGRAM |
Производится по стандартам JEDEC, разновидность SDRAM, однопортовая. Производительность оптимизирована для графических операций, но при этом имеет характеристики, свойственные для высокоскоростной памяти, позволяющие использовать этот тип памяти для хранения текстур и z-буферизации. |
Снабжена уникальными свойствами, большими и лучшими, чем у SDRAM, обеспечивающих высокую скорость обработки графики. Идеально подходит для графических адаптеров с одним недорогим банком памяти, использующимся для 2D/3D графики и цифрового видео. |
|
|
VRAM |
Технология двухпортовой памяти, которая все еще остается лучшим решением для создания буферов кадра с высокой производительностью. |
Не является дешевым решением, но для приложений, которым требуется разрешение 1280х1024 при истинном представлении цвета (True color), особенно с двойной буферизацией, это лучший из доступных выборов. |
|
|
WRAM |
Высокоскоростная, двухпортовая технология памяти, используемая только двумя производителями видеоадаптеров - компаниями Matrox и Number Nine. Этот тип памяти изготавливает один производитель - Samsung. По своему дизайну этот тип памяти аналогичен VRAM и RDRAM. |
Нестандартный тип памяти, требующий использования специальной технологии в контроллерах. Технология изготовления таких контроллеров запатентована, следовательно, не является общедоступной. |
Для чего используется видеопамять?
Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера и передается на экран - все зависит от трех факторов:
· разрешение вашего монитора
· количество цветов, из которых можно выбирать при создании изображения
· частота, с которой происходит обновление экрана
Разрешение определяется количеством пикселов на линии и количеством самих линий. Поэтому на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.
Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.
Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета - это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов.32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.
Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.
Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур. [6], [7].
Ускоренный Графический Порт (AGP)
Шина персонального компьютера (PC) претерпела множество изменений в связи с повышаемыми к ней требованиями. Исходным расширением шины PC была Industry Standard Architecture (ISA), которая, несмотря на свои ограничения, все еще используется для периферийных устройств с преимущественно низкой шириной полосы пропускания, как, например, звуковые карты типа Sound Blaster. Шина Peripherals Connection Interface (PCI), стандарт пришедший на смену спецификации VESA VL bus, стала стандартной системной шиной для таких быстродействующих периферийных устройств, как, например, дисковые контроллеры и графические платы. Тем не менее, внедрение 3D графики угрожает перегрузить шину PCI.
Ускоренный графический порт (AGP) - это расширение шины PCI, чье назначение - обработка больших массивов данных 3D графики. Intel разрабатывала AGP для решения двух проблем перед внедрением 3D графики на PCI. Во-первых, 3D графике требуется как можно больше памяти информации текстурных карт (texture maps) и z-буфера (z-buffer). Чем больше текстурных карт доступно для 3D приложений, тем лучше выглядит конечный результат. При нормальных обстоятельствах z-буфер, который содержит информацию, относящуюся к представлению глубины изображения, использует ту же память, что и текстуры. Этот конфликт предоставляет разработчикам 3D множество вариантов для выбора оптимального решения, которое они привязывают к большой значимости памяти для текстур и z-буфера, и результаты напрямую влияют на качество выводимого изображения.
Разработчики PC имели ранее возможность использовать системную память для хранения информации о текстурах и z-буфера, но ограничением в этом подходе была передача такой информации через шину PCI. Производительность графической подсистемы и системной памяти ограничиваются физическими характеристиками шины PCI. Кроме того, ширина полосы пропускания PCI, или ее емкость, не достаточна для обработки графики в режиме реального времени. Чтобы решить эти проблемы, Intel разработала AGP.
Если определить кратко, что такое AGP, то это - прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Это решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI, и явно разрабатывалось, чтобы удовлетворить требованиям вывода 3D графики в режиме реального времени. AGP позволит более эффективно использовать память страничного буфера (frame buffer), тем самым увеличивая производительность 2D графики также, как увеличивая скорость прохождения потока данных 3D графики через систему.
Определением AGP, как вида прямого соединения между графической подсистемой и системной памятью, является соединение point-to-point. В действительности, AGP соединяет графическую подсистему с блоком управления системной памятью, разделяя этот доступ к памяти с центральным процессором компьютера (CPU).
Через AGP можно подключить только один тип устройств - это графическая плата. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены.
Производительность текстурных карт
Определение Intel, подтверждающее, что после реализации AGP становится стандартом, следует из того, что без такого решения достижение оптимальной производительности 3D графики в PC будет очень трудным.3D графика в режиме реального времени требует прохождения очень большого потока данных графическую подсистему. Без AGP для решения этой проблемы требуется применение нестандартных устройств памяти, которые являются дорогостоящими. При применении AGP текстурная информация и данные z-буфера могут хранится в системной памяти. При более эффективном использовании системной памяти графические платы на базе AGP не требуют собственной памяти для хранения текстур и могут предлагаться уже по значительно более низким ценам.
Теоретически PCI могла бы выполнять те же функции, что и AGP, но производительность была бы недостаточной для большинства приложений. Intel разрабатывала AGP для функционирования на частоте 133 MHz и для управления памятью по совершенно другому принципу, чем это осуществляет PCI. В случае с PCI, любая информация, находящаяся в системной памяти, не является физически непрерывной. Это означает, что существует задержка при исполнении, пока информация считывается по своему физическому адресу в системной памяти и передается по нужному пути в графическую подсистему. В случае с AGP Intel создала механизм, в результате действия которого, физический адрес, по которому информация хранится в системной памяти, совершенно не важен для графической подсистемы. Это ключевое решение, когда приложение использует системную память, чтобы получать и хранить необходимую информацию. В системе на основе AGP не имеет значения, как и где хранятся данные о текстурах, графическая подсистема имеет полный и беспроблемный доступ к требуемой информации.
Intel ожидает, что AGP будет внедрен почти в 90% всех систем к концу столетия. Индустрия компьютерной графики как сообщество разработчиков аппаратных и программных средств поддержала и приняла спецификацию AGP. В отличие от PCI, где существует много соперничающих между собой различных устройств для управления шиной, в случае с AGP единственным устройством является графическая подсистема. [6], [7].
AGP: Графические процессоры и карты
Как известно, вскоре после анонсирования компанией Intel спецификации ускоренного графического порта (AGP), для дальнейшего продвижения и реализации этой идеи был создан так называемый AGP Forum, в который вошли крупнейшие производители процессоров, материнских плат, чипсетов, графических процессоров и плат. Следующим шагом компаний-разработчиков, поддержавших добрые начинания Intel, стал выпуск и предоставление на суд широкой аудитории своих продуктов, основанных на этой современной технологии.
3D-графика, которая за последние несколько лет завоевала сердца владельцев компьютеров и стала основным критерием оценки работы той или иной видеокарты. Подчас, в своей погоне за плавностью работы и полнотой эффектов при выводе 3-мерных сцен мы забываем про то, что в большинстве случаев при работе за компьютером мы все же пользуемся 2D-графикой, и что ее производительность и качество не должны уходить на задний план. Тем не менее, феномен трехмерной графики имеет место, оценка показателей этой части видеосистемы играет огромную роль, отчасти просто из-за того, что в 2D-графике уже достигнуто почти все, что может быть необходимо большинству пользователей.
Что касается 3D-графики, то, справедливости ради, надо отметить, что качество и уровень исполнения некоторых игровых видеокарт последнего поколения таковы, что они могут даже соперничать с супердорогими профессиональными платами. Рабочая частота RAMDAC в игровых платах достигла очень высоких значений - 350 и более МГц. Многие платы представляют из себя уже не просто видеокарты, а целые комбайны, где есть и ТВ-тюнеры, и устройства захвата видеопотока, и вывода сигнала на ТВ. В прошлом году возник прямо-таки бум по производству стереоочков, которые усиливают восприятие трехмерности сцены. Этими очками некоторые производители комплектуют свои продукты, продавая таким образом целый "комплект для любителей поиграть".
Мониторы с электронно-лучевой трубкой
Как устроена электронно-лучевая трубка (CRT)
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ; Cathode Ray Tube, или CRT) - это традиционная технология формирования изображения на "дне" герметично запечатанной стеклянной "бутылки”. Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в "горлышке” огромной колбы. Пушка "стреляет” в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из "теневой маски" и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом; рис.1). Такая технология называется "эмиссионной”
Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы (зависящей от конкретной технологии изготовления - см. далее). Каждое такое гнездо состоит из трех элементов (точек, полос или других структур), формирующих RGB-триаду, в которой основные цвета располагаются настолько близко друг к другу, что отдельные элементы неразличимы для глаза. Таким образом, электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:
· электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);
· отклоняющую систему, то есть набор электронных "линз”, формирующих пучок электронов;
· теневую маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в "свои” точки экрана;
· слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.
С этими элементами и связана непрерывная борьба производителей за качество изображения. Электронная пушка состоит из подогревателя, катода, испускающего поток электронов, и модулятора, ускоряющего и фокусирующего электроны. В современных кинескопах применяются оксидные катоды, в которых электроны испускаются эмиссионным покрытием из редкоземельных элементов, нанесенным на никелевый колпачок с расположенной внутри него нитью накала. Подогреватель обеспечивает нагревание катода до температуры 850-880°C, при которой и происходит испускание (эмиссия) электронов с поверхности катода. Остальные электроды трубки используются для ускорения и формирования пучка электронов. Соответственно каждая из трех электронных пушек создает пучок электронов для формирования своего цвета. При этом различают ЭЛТ с дельтовидным и планарным расположением пушек. В случае дельтовидного расположения электронные пушки размещаются в вершинах равностороннего треугольника под углом 1° к оси кинескопа. Ошибка в значении угла наклона не должна превышать 1'. Наклон пушек выбирается таким образом, чтобы электронные лучи пересекались в некоторой точке (точке схождения) и дальше, расходясь на определенный угол, образовывали на маске небольшой круг, в пределах которого одновременно может находиться только одно отверстие теневой маски и одна RGB-триада (три точки люминофора основных цветов). Соответственно точки люминофора при этом также располагают по вершинам равностороннего треугольника, образующего эту триаду. Центр каждого отверстия в теневой маске расположен напротив оси симметрии данной триады точек люминофора. Электронные лучи, расходясь после теневой маски, попадают на точки люминофора соответствующего цвета и заставляют их светиться
Теневая маска
Электронный луч достигает экрана, пройдя через теневую маску, которая может иметь различную (точечную или линейную) структуру. Теневая маска, выполненная из тонкого сплава, направляет электронный луч на флуоресцирующий материал определенного цвета.
контроллер графический компьютер монитор
При этом маска задерживает 70-85% всех электронов, испускаемых катодами, в результате чего она нагревается до высокой температуры. Раньше маски изготавливали из сплавов на основе железа, и при сильном нагревании они деформировались, в результате чего отверстия смещались относительно триад люминофора. Для компенсации смещений маска крепилась к экрану при помощи системы "замков” из материала со специально подобранным коэффициентом температурного расширения; при нагревании эти "замки" перемещали маску вдоль оси ЭЛТ в сторону экрана. В современных моделях применяется теневая маска из инвара - специального сплава с очень небольшим коэффициентом температурного расширения, поэтому смещение масок при нагреве остается минимальным. В кинескопах с планарным расположением пушек используются щелевые маски, а люминофор трех основных цветов наносится на экран в виде вертикальных чередующихся полосок таким образом, чтобы одному щелевидному отверстию соответствовала своя RGB-триада. В таких ЭЛТ все три электронные пушки соосны друг другу, расположены в одной вертикальной плоскости и наклонены под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Такое расположение в значительной мере позволяет скомпенсировать воздействие на пучки электронов магнитного поля Земли и упростить сведение лучей. Расходясь после точки схождения, лучи образуют эллипс, охватывающий одновременно только одно отверстие щелевой маски и соответственно три находящиеся за ней полоски люминофора. Отверстие щелевой маски находится напротив средней (зеленой) полоски люминофора. Отношение площади отверстий к общей площади маски в электронно-лучевых трубках такого типа значительно выше, чем у теневой маски, поэтому та же яркость свечения может быть достигнута при значительно меньшей мощности электронных пучков и, следовательно, срок службы таких кинескопов существенно больше
Отклоняющая система
С тыльной стороны монитора устанавливаются катушки горизонтального и вертикального отклонения луча, придающие лучу, при протекании по ним тока, нужное направление. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.
Экран монитора
По достижении поверхности экрана луч взаимодействует с ним, при этом энергия электронов преобразуется в световую. Экран представляет собой обладающую особыми оптическими свойствами стеклянную поверхность, на которой распылен специальный фосфоресцирующий материал. Высокое качество изображения достигается правильным выбором материалов и технологии. Фосфоресцирующий материал должен обеспечивать требуемую энергетическую эффективность, разрешающую способность, долговечность, точную цветопередачу и послесвечение
"Величина зерна”
Маска электронно-лучевой трубки монитора имеет определенное число отверстий, через которые проходят электронные лучи RGB. Под величиной зерна понимается расстояние между соседними точками одного цвета. Распространенный показатель разрешающей способности монитора - число точек на дюйм (dpi - dots per inch) - определяется отношением числа точек к размеру экрана в дюймах по горизонтали. Например, dpi 14-дюймового монитора в режиме VGA (640 точек по горизонтали) составляет 65
Антибликовая панель (AR panel)
Для минимизации отражающих свойств экрана используются специальные антибликовые панели. Не ухудшая изображения, они ослабляют блики, а также уменьшают электромагнитное излучение монитора. Однако, ввиду высокой стоимости таких панелей, они используются в дорогих мониторах с большим разрешением, например в 21-дюймовых. В последнее время вместо антибликовой панели на мониторах с диагональю 21 дюйм и меньше используют антибликовое покрытие. Такое покрытие, как и панели, ограничивает излучение в соответствии со стандартами ТСО. Новые технологии позволяют перейти к коммерческому использованию мониторов с антибликовым покрытием
Антибликовое покрытие
Используя тот же принцип и те же свойства, что и в антибликовых панелях, для придания монитору антибликовых свойств непосредственно на экран монитора наносят многослойное антибликовое покрытие, не ухудшающее фокусировку монитора
Антистатическое покрытие
Антистатическое покрытие экрана обеспечивается с помощью напыления специального химического состава для предотвращения накопления электростатического заряда. Оно требуется в соответствии с рядом стандартов по безопасности и эргономике, в том числе MPR II
Светопередача монитора
Отношение полезной световой энергии, прошедшей через переднее стекло монитора, к излученной внутренним фосфоресцирующим слоем называется коэффициентом светопередачи. Как правило, чем темнее выглядит экран при выключенном мониторе, тем ниже этот коэффициент. При высоком коэффициенте светопередачи для обеспечения требуемой яркости изображения требуется небольшой уровень видеосигнала и упрощаются схемотехнические решения. Однако при этом уменьшается перепад между излучающими участками и соседними, что влечет за собой ухудшение четкости и снижение контрастности изображения и, как следствие, - ухудшение его общего качества. В свою очередь, при низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения и качество цвета, однако для получения достаточной яркости требуется мощный видеосигнал и усложняется схема монитора. Обычно 17-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи 52-53%, а 15-дюймовые - 56-58%, хотя в зависимости от конкретно выбранной модели эти значения могут варьироваться. Поэтому при необходимости определения точного значения коэффициента светопередачи следует обращаться к документации производителя
Горизонтальная развертка
Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратно пропорциональная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки, или просто горизонтальной разверткой (иногда встречаются названия "частота строчной развертки”, или "строчная частота”), и измеряется в килогерцах (кГц). Например, для монитора с разрешением 1024 x 768 пикселов горизонтальная развертка обратно пропорциональна времени, за которое луч сканирует 1024 пиксела. При увеличении разрешающей способности за тот же период времени лучом должно быть отсканировано большее число пикселов. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки также должна быть увеличена
Вертикальная развертка, или частота кадров
Монитор с электронно-лучевой трубкой обновляет изображение на экране десятки раз в секунду. Это число называется частотой вертикальной развертки, или частотой обновления экрана, и измеряется в герцах (Гц). Монитор с вертикальной разверткой 60 Гц имеет такую частоту мерцания, как лампа дневного света в США (несколько выше, чем в Европе, где частота сети 50 Гц). Обычно при частотах выше 75 Гц мерцание незаметно для глаза (режим без мерцания). Стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц, считая это важным потребительским показателем эргономичности монитора. Расчет частоты горизонтальной развертки исходя из частоты кадров: Горизонтальная развертка = (число строк) x (вертикальная развертка) x 1,05. Например, требуемая горизонтальная развертка при вертикальной частоте 85 Гц и разрешении 1024 x 768 составляет: 768 x 85 x 1,05 = 68 500 Гц = = 68,5 кГц
Разрешение
Разрешающая способность характеризует качество воспроизведения изображения монитором. Для получения высокого разрешения в первую очередь высококачественным должен быть видеосигнал. Электронные цепи должны обработать его таким образом, чтобы обеспечить правильные уровни и сочетания фокусировки, цвета, яркости и контраста. Разрешающая способность характеризуется числом точек, или пикселов (dot) на число строк (line). Например, разрешение монитора 1024 x 768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768
Полоса пропускания
Под частотой точек (dot rate) понимают максимальное число входящих точек в секунду, которое определяется разрешением по горизонтали и периодом сканирования по горизонтали источника сигнала. Полоса пропускания характеризует то, насколько полно исходный видеосигнал преобразуется в выходной. Частота точек = (разрешение по горизонтали) / (горизонтальная развертка) Полоса пропускания = 0,35 x 2/ (время нарастания или спада сигнала)
Частота пикселов
Например, если горизонтальное разрешение 820 точек, а период отображения данных по горизонтали 10,85 нс = 10,85 x 10-6 с, то требуется частота пикселов (pixel rate) примерно 76 МГц. Монитор с высоким разрешением может выводить на экран в 24 раза больше информации, нежели телевизор
Яркость
Регулировкой яркости устанавливается ее уровень на экране в целом, включая зону растра. Управление контрастом позволяет устанавливать яркость зоны данных, изменяя коэффициент усиления входного видеосигнала и не влияя на яркость зоны растра
Контраст, равномерность
Контраст характеризует яркость экрана по сравнению с темной зоной в отсутствие видеосигнала. Контраст можно настроить регулировкой "Усиление”, воздействуя на входной видеосигнал. Под равномерностью понимается постоянство уровня яркости по всей поверхности экрана монитора, которое обеспечивает пользователю комфортные условия для работы. Временная неравномерность цвета может быть устранена размагничиванием экрана. Принято различать "равномерность распределения яркости" и "равномерность белого”
Равномерность распределения яркости, белого
Большинство мониторов имеют различную яркость в разных участках экрана. Отношение яркости в наиболее светлой части к яркости в наиболее темной называется равномерностью распределения яркости. Равномерность белого (white uniformity) характеризует различие в яркости белого цвета на экране монитора по всей его поверхности (при выводе изображения белого цвета). Численно равномерность белого равна отношению максимальной и минимальной яркости
Сведение: статическое, динамическое
Для получения четкого изображения и чистых цветов на экране монитора красный, зеленый и синий лучи, исходящие из всех трех электронных пушек, должны попадать в точно заданное место на экране. Термин "несведение лучей" означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого. Под статическим несведением понимается несведение трех цветов (RGB), одинаковое на всей поверхности экрана, вызванное незначительной погрешностью при сборке электронной пушки. Изображение на экране может быть откорректировано регулировкой статического сведения. В то время как в центре экрана монитора изображение остается четким, на его краях может проявиться несведение. Оно вызывается ошибками в обмотках или при их установке и может быть устранено с помощью магнитных пластин
Динамическая фокусировка
Электронный луч, если не предприняты специальные меры, расфокусируется (увеличивается в диаметре) по мере удаления его от центра экрана. Для компенсации искажения формируется специальный компенсирующий сигнал. Величина компенсирующего сигнала зависит от свойств ЭЛТ и ее отклоняющей системы. Чтобы устранить смещение фокуса, вызванное различием в путях пробега луча (расстоянии) от электронно-лучевой пушки до центра и до краев экрана, требуется увеличивать напряжение с ростом отклонения луча от центра с помощью высоковольтного трансформатора.
Чистота изображения
Чистота и четкость изображения достигается, когда каждый из электронных лучей RGB падает на поверхность экрана в строго определенной точке. Отсюда следует, что требуется выверенная взаимосвязь между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками фосфоресцирующей поверхности (люминофора) экрана. Нарушение чистоты и четкости изображения могут быть обусловлены следующими причинами:
· наклоном электронной пушки или смещением луча;
· смещением центра пушки вперед или назад;
· отклонением луча, вызванным влиянием внешних магнитных полей, включая магнитное поле Земли.
Мерцание
Монитору свойственно мерцание. Оно связано с тем, что по истечении определенного времени происходит ослабление излучения света фосфором. Чтобы поддерживать свечение, экран должен быть подвержен периодическому воздействию луча от электронно-лучевой трубки. Мерцание становится заметным, если интервал времени между воздействиями слишком велик или недостаточно время послесвечения фосфоресцирующего вещества экрана. Эффект мерцания может также усугубляться ярким экраном и большим углом зрения к нему. Устранению мерцания как проблеме эргономики в последнее время уделяется все больше внимания - мерцание экрана, таким образом, становится ключевым коммерческим показателем товара. Уменьшение мерцания достигается увеличением частоты регенерации (обновления) экрана на каждом уровне разрешения. Стандарт VESA рекомендует использовать частоту не менее 85 Гц
Муар
Под муаром понимаются искажения, воспринимаемые глазом как "волокнистость" и волнообразные разводы изображения, вызванные неправильным взаимодействием теневой маски и сканирующего луча. Фокус и муар являются взаимосвязанными показателями мониторов на базе ЭЛТ. Так, муар должен допускаться в некоторой мере для обеспечения хорошего фокуса
Дрожание (Jitter)
Дрожание изображения возникает вследствие высокочастотных вибраций отверстий маски монитора, вызванных как взаимовлиянием сети, сигналов видео, смещения, блока управления микропроцессорными цепями, так и неправильной организацией заземления. Термин "дрожание” относится к колебаниям с частотами выше 30 Гц. При частотах от 1 до 30 Гц чаще употребляют термин "плавание”, а ниже 1 Гц - "дрейф”. Дрожание в той или иной степени свойственно всем мониторам. Хотя незначительное дрожание может остаться для пользователя незаметным, оно все же вызывает утомление глаз и должно быть отрегулировано. В части 3 ISO 9241 (Предписания по эргономике) допускается диагональное отклонение точки не более 0,1 мм
Классификация мониторов по типу маски
Современные мониторы с любой маской имеют практически плоскую форму экрана, благодаря которой существенно снижаются искажения геометрии, особенно по углам. Поэтому тип маски по форме экрана определить не так просто
На сегодняшний день в CRT-дисплеях используются три основные технологии формирования матриц и масок для RGB-триад:
· трехточечная теневая маска (DOT-TRIO SHADOW-MASK CRT);
· щелевая апертурная решетка (APERTURE-GRILLE CRT);
· гнездовая маска (SLOT-MASK CRT).
Тип маски можно определить, посмотрев на экран в 10-20-кратную лупу. Однако при создании мониторов помимо масок используются различные отклоняющие системы и другая электроника. Хотя сам экран и является наиболее важным фактором, определяющим эксплуатационные параметры дисплея, отклоняющая система и видеоусилитель также играют важную роль. Поэтому не следует думать, что при использовании одного и того же типа матрицы изготовители получают мониторы с одинаковыми параметрами
Изготовители различных моделей говорят о больших преимуществах именно своей технологии, но тот факт, что на рынке предлагается несколько моделей и, кроме того, многие производители мониторов выпускают модели с различными типами матриц, показывает, что однозначного выбора не бывает. Предпочтения определяются только вкусами пользователя и его задачами
CRT-мониторы с трехточечной теневой маской
Наиболее старая и широко используемая технология с так называемой теневой маской использует перфорированную металлическую пластину, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдельных луча, каждый из которых управляется собственной электронной пушкой. Маскирование обеспечивает необходимую концентрацию каждого луча и обеспечивает его попадание только на нужный цветовой участок люминофора. Однако практика показывает, что ни один из мониторов не обеспечивает идеального выполнения этой задачи по всей поверхности экрана
Ранние CRT-дисплеи с теневой маской имели выраженную криволинейную (сферическую) поверхность. Это позволяло добиваться лучшей фокусировки и уменьшало нежелательные эффекты и отклонения, вызываемые нагревом. В настоящее время большинство профессиональных и специализированных мониторов имеет практически плоский прямоугольный экран (типа FST)
Мониторы с теневой маской имеют свои преимущества:
· текст выглядит лучше (особенно при малом размере точек);
· цвета "натуральнее" и точнее (что особенно важно для компьютерной графики и в полиграфии);
· отлаженная технология обеспечивает лучшее соотношение стоимости и эксплуатационных качеств.
Из недостатков можно отметить меньшую яркость таких мониторов, недостаточную контрастность изображения и более короткий срок службы, по сравнению с другими типами дисплеев
CRT-мониторы с щелевой апертурной решеткой
Новую технологию изготовления CRT-дисплеев - с апертурной решеткой вместо традиционной точечной маски - впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron. В электронных пушках этих трубок используются динамические квадрупольные магнитные линзы, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов. Благодаря такому решению значительно снижается астигматизм - рассеивание электронного пучка, приводящее к недостаточной резкости и контрастности изображения (особенно по горизонтали). Но главное отличие от технологии с теневой маской здесь состоит в том, что вместо металлической пластины с круглыми отверстиями, выполняющей функции маски, здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка) и люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос
Мониторы с апертурной решеткой имеют следующие преимущества:
· в тонкой сетке меньше металла, что позволяет использовать больше энергии электронов на реакцию с люминофором, а значит, меньше рассеивается на решетке и уходит в тепло;
· увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов;
· в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение;
· экран монитора с апертурной решеткой более плоский, чем у дисплеев с теневой маской, а в последних моделях даже не цилиндрический, как раньше, а почти абсолютно ровный, что гораздо удобнее в работе и уменьшает количество бликов и отражений.
Из недостатков можно отметить только "неприятные” горизонтальные нити - ограничители, используемые в таких мониторах для придания проволочной сетке дополнительной жесткости. Хотя проволочки в апертурной решетке туго натянуты, в процессе работы они могут вибрировать под воздействием пучков электронов. Демпферная нить (а в экранах больших размеров - две нити) служит для ослабления колебаний и гашения вибрации. По этим нитям мониторы с трубкой Trinitron можно отличить от других моделей. Кроме того, если в процессе работы такого монитора его слегка качнуть, колебания изображения будут видны даже невооруженным глазом. Именно поэтому мониторы с этими трубками не рекомендуется ставить на системные блоки типа desktop
Остается добавить, что в электронно-лучевых трубках Sony Trinitron используется система трех пучков электронов, излучаемых одной пушкой, а в трубках с подобной апертурной решеткой компании Mitsubishi - Diamondtron - система из трех лучей с тремя пушками
CRT-мониторы с гнездовой маской
И, наконец, последний, комбинированный тип электронно-лучевой трубки, так называемый CromaСlear/OptiClear (впервые предложенный фирмой NEC) - это вариант теневой маски, в которой используются не круглые отверстия, а щели, как в апертурной решетке, только короткие - "пунктиром”, и люминофор наносится в виде таких же эллиптических полосок, а полученные таким образом гнезда для большей равномерности расположены в "шахматном" порядке
Такая гибридная технология позволяет сочетать все преимущества вышеописанных типов при отсутствии их недостатков. Четкий и ясный текст, натуральные, но достаточно яркие цвета и высокая контрастность изображения неизменно привлекают к этим мониторам все группы пользователей
LCD-мониторы
Первые жидкокристаллические материалы были открыты более 100 лет назад австрийским ученым Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно
Технология LCD-дисплеев основана на уникальных свойствах жидких кристаллов, которые одновременно обладают определенными свойствами как жидкости (например, текучестью), так и твердых кристаллов (в частности, анизотропией). В LCD-панелях используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму продолговатых пластин, объединенных в скрученные спирали. LCD-элемент, помимо кристалла, включает в себя прозрачные электроды и поляризаторы. При приложении напряжения к электродам спирали распрямляются. Используя на входе и выходе поляризаторы, можно использовать такой эффект раскручивания спирали, как электрически управляемый вентиль, который то пропускает, то не пропускает свет. Экран LCD-дисплея состоит из матрицы LCD-элементов. Для того, чтобы получить изображение, нужно адресовать отдельные LCD-элементы. Различают два основных метода адресации и соответственно два вида матриц: пассивную и активную. В пассивной матрице точка изображения активируется подачей напряжения на проводники-электроды строки и столбца. При этом электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока, что препятствует достижению высокого контраста. В активной матрице каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель, что обеспечивает высокий уровень контрастности. Обычно активные матрицы реализованы на основе тонкопленочных полевых транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). TFT-экраны, иначе называемые экранами с активной матрицей, обладают самым высоким среди плоскопанельных устройств разрешением, широко используются в ноутбуках, автомобильных навигационных устройствах и разнообразных цифровых приставках. В активной матрице LCD-дисплея переключающий тонкопленочный транзистор и диод обеспечивают включение и отключение связанного с ними элемента цвета. Электроды X и Y связаны с той же панелью, на которой расположены транзисторы TFT. Электрод X обеспечивает сигнал включения, а Y - сигнал цвета
LCD-дисплей не излучает, а работает как оптический затвор. Поэтому для воспроизведения изображения ему требуется источник света, который располагается позади LCD-панели. Время жизни внутреннего источника света TFT LCD-монитора зависит от его типа. Как правило, источники света для 15-дюймовых мониторов теряют около 50% первоначальной яркости за 20 000 часов
Плазменные панели PDP
Разработка плазменных панелей активно ведется примерно с конца семидесятых. Массовый выпуск цветных плазменных дисплеев был начат в конце восьмидесятых, в конце девяностых появились плазменные панели с диагональю 42 дюйма
Как и в электронно-лучевой трубке, изображение в PDP формируется посредством света, излучаемого специальным веществом - люминофором, только в отличие от CRT в плазменной панели на люминофор воздействует не поток электронов, а ультрафиолетовое излучение, инициируемое электрическим разрядом (пространство внутри плазменной панели заполнено инертным газом, обычно гелием или ксеноном). Наименьшим структурным элементом PDP является светоизлучающая ячейка. Три ячейки (синяя, зеленая, красная) в совокупности образуют один пиксел экрана. Для включения ячеек может использоваться переменный или постоянный электрический ток. Большинство выпускаемых в настоящее время цветных PDP работают от переменного тока и построены по трехэлектродной схеме поверхностного разряда. Электрический разряд, возникающий между управляющими электродами, вызывает ионизацию содержащегося в ячейке газа (так называемое состояние холодной плазмы), в результате чего возникает ультрафиолетовое излучение, воздействующее на люминофор, который, в свою очередь, излучает свет видимого диапазона
Для достижения конкурентоспособного качества изображения, позволившего PDP успешно соперничать с CRT - и LCD-мониторами, разработчикам пришлось решить ряд серьезных проблем
Во-первых, необходимо было сохранить высокую четкость изображения, избежав при этом потери яркости. Дело в том, что при увеличении количества пикселов на экране площадь каждого из них уменьшается, что влечет за собой снижение яркости
Во-вторых, для качественного воспроизведения темных участков изображения и расширения динамического диапазона требовалось достичь высокой контрастности. Проблема здесь заключается в том, что для нормальной работы цветных PDP необходим предварительный разряд, создающий условия для возникновения основного разряда и излучения видимого света. Под действием предварительного разряда возникает тусклое свечение, создающее на экране фоновую засветку, заметную даже при выводе абсолютно черного изображения. В-третьих, определенная сложность состояла в обеспечении точности цветопередачи. Дело в том, что газ, которым заполнено внутреннее пространство PDP, имеет примесь неона, под воздействием электрического разряда светящегося оранжевым цветом. Примешиваясь к свету люминофора, это излучение снижает контрастность и искажает цветопередачу
Технологические решения
В выпускаемых в настоящий момент изделиях используются такие технологические решения, направленные на устранение описанных выше проблем
1. Повышение яркости.
Поскольку в PDP интенсивность свечения ячейки определяется числом инициирующих импульсов за единицу времени, для повышения яркости белого цвета необходимо увеличить количество таких импульсов, что, в свою очередь, требует повышения скорости работы системы управления. Однако в силу ограничений, связанных с конечной скоростью возникновения разряда и ресурсом защитной пленки на электродах, возможности увеличения частоты зажигания небезграничны. Для повышения яркости и расширения динамического диапазона была разработана система обработки сигнала Adaptable brightness Intensification system (адаптивное повышение яркости). Автоматическая коррекция соотношения между самой яркой и самой темной точкой производится с учетом подаваемого на вход видеосигнала
2. Повышение контрастности.
Двукратное увеличение значения контрастности (от 300: 1 до 600:
1) удалось обеспечить путем снижения яркости свечения предварительного разряда относительно общего светового потока за счет ослабления пилотной подсветки: вместо одного сильного разряда было использовано несколько более слабых
3. Улучшение цветопередачи.
Одним из способов борьбы с искажениями цветопередачи, вызванными оранжевым свечением неона, является применение специального цветного фильтра. Он выполнен в виде полосок, расположенных поверх светоизлучающих ячеек каждого из трех базовых цветов. Этот фильтр подавляет паразитное излучение неона, содержащегося в газовой смеси, тем самым повышая точность цветопередачи, а в сочетании с высококонтрастной системой управления он дает возможность расширить диапазон воспроизводимых оттенков в 1,6 раза. Кроме того, фильтр позволяет подавлять блики от внешних источников света
Термины видеоподсистемы
ALU (Arithmetic Logic Unit)
Блок арифметической логики. Управляет арифметическими вычислениями, являющимися существенной частью при обработке данных. Важнейшая часть каждого процессора.
applications
Приложение. Компьютерная программа, созданная для специфичного применения, например, текстовый процессор или верстка.
bandwidth
Пропускная способность (ширина полосы пропускания). Максимальная частота приема видеосигнала монитором без потерь. Измеряется в миллионах циклов в секунду, или мегагерцах (MHz). Пропускная способность является важной составляющей при определении суммарной разрешающей способности монитора. Другое название - видео пропускная способность (video bandwidth).
binary
Двоичность (бинарность). Имеет два состояния. В компьютерной технике, двоичность - это ноль и единица (0 и 1). Используется для кодирования данных, чтобы выполнить вычисления над ними.
bus
Шина (шина данных). Линия связи, содержащая параллельные пути следования данных внутри компьютера для обмена информацией между компонентами системы. Важным параметром при описании шины является ширина доступных параллельных линий. Типичная шина компьютера имеет ширину 8, 16 или 32 бит.
CAD
Автоматизированное проектирование (computer aided design), или создание чертежей с помощью компьютера.
cache
Кэш. Очень быстрая память, используемая в качестве буфера при передаче информации. Обычно в видеоконтроллерах используется на шине между чипсетом и видеопамятью.
Подобные документы
Факторы, влияющие на производительность графической подсистемы. Пропускная способность видеоконтроллера. Шины PCI и AGP, их основные преимущества и недостатки. Характеристики наиболее распространенных видеокарт. Графические адаптеры будущего.
реферат [27,0 K], добавлен 12.06.2009Стандартное устройство вывода графической информации в компьютере IBM - система из монитора и видеокарты. Основные компоненты видеокарты. Графическое и цветовое разрешение экрана. Виды мониторов и видеокарт. Мультимедиа-проекторы, плазменные панели.
контрольная работа [38,7 K], добавлен 09.06.2010Монитор (дисплей) компьютера - устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. История создания и эволюции компьютерных мониторов: электронно-лучевые, жидкокристаллические, газоразрядные или плазменные панели.
реферат [31,7 K], добавлен 22.02.2008Представление графической информации в компьютере. Графические форматы и их преобразование. Информационные технологии обработки графической информации. Формирование и вывод изображений. Файлы векторного формата и растровый графический редактор.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.04.2013Полуавтоматические и автоматические устройства ввода графической информации. Устройство указания, сенсорные панели, экраны, графические планшеты. Цифровые камеры и ТВ-тюнеры. Основные виды сканеров. Автоматизация поиска и выделения элементов изображения.
презентация [1,6 M], добавлен 22.04.2015Оперативная память как один из главных компонентов компьютера. Роль и значение оперативной памяти в качестве буфера между центральным процессором и винчестером. Факторы, влияющие на производительность всего компьютера. Общая характеристика SRAM и DRAM.
эссе [25,5 K], добавлен 09.12.2014Описание устройств ввода графической, звуковой информации, их назначение, классификация, конструкция, характеристики. Графические планшеты, сканнеры. Анализ способов представления и кодирования информации. Программные средства для архивации данных.
контрольная работа [31,2 K], добавлен 22.11.2013Представление графической информации в компьютере. Графические форматы и их преобразование. Назначение и функции Corel Draw и Adobe Photoshop. Практическое построение таблиц в MS Excel о доходах и расходах семьи за квартал, общий вид гистограммы.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 27.04.2013Способы оценки производительности компьютера. Метрики типа "rate", "non-rate". Двухбитный конечный автомат для прогнозирования переходов. Внеочередное завершение команд. Проблемы реализации точного прерывания в конвейере. Процессоры шестого поколения.
лекция [800,1 K], добавлен 14.12.2013Основные понятия компьютерной графики. Представление графической информации в компьютере. Внутреннее устройство персонального компьютера. История графической программы Macromedia Flash, принципы и методы работы с рисунками, технология создания фильма.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 06.04.2012
