Файл: История создания и развития мониторов.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня человек, который использует в повседневной своей жизнедеятельности современный компьютер, как правило, никогда не задумывается о том, насколько разительно он отличается от тех, что существовали на заре становления вычислительной техники. Какой поразительный эволюционный путь он прошел, прежде чем превратиться в то, что мы наблюдем сегодня! Взять хотя бы привычный для нашего взгляда современный компьютерный монитор. Он не всегда выглядел таким, каким мы видим его в наши дни. Если оглянуться назад, лет на сорок – пятьдесят, то можно увидеть, что первые мониторы, в нашем сегодняшнем понимании, являли собой неотъемлемую часть компьютера, которая предназначалась для контроля над вводом или выводом исключительно текстовой информации. Это были так называемые «Видеотелетайпы», маленькие экраны которых были снабжены электронно-лучевой трубкой, способной выводить информацию лишь в двух цветах – чёрном и белом. Такое положение дел было вплоть до конца семидесятых годов, пока на основе телевизоров не разработали первые дисплеи для компьютеров с композитным видеовыходом.

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

1. Изучение источников информации по данной теме;

2. Рассмотрение разных типов мониторов и принцип их работы;

3. Изучить характеристики мониторов.

1. Мониторы и их назначение

---

Монитор — устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от внешнего источника (Компьютер, видеорегистратор, приемник телевизионного или спутникового телевидения, проигрыватели Blu-Ray, DVD дисков и т. д).

Монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта). В качестве монитора может применяться также телевизор.

Монитор, предназначенный для вывода информации компьютера, выполняет функцию дисплея и отличается от видеомонитора стандартом разложения, не совпадающим с телевизионными. Как правило, компьютерные дисплеи, в том числе с кинескопом, обладают более высокой строчной и кадровой частотой и чёткостью, чем видеомониторы для стандартного телевидения. Это продиктовано условиями продолжительного наблюдения изображения с близкого расстояния. Кроме того, видеовходы компьютерных мониторов выполняются по компонентному, а не композитному принципу.

1. История создания и развития мониторов

До 50-х годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Достаточно часто компьютеры тех лет оснащались осциллографами, которые, однако, использовались не для вывода информации, а всего лишь для проверки электронных цепей вычислительной машины.

Впервые в 1950 году в Кембриджском университете (Англия) электронно-лучевая трубка осциллографа была использована для вывода графической информации на компьютере EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer).

Примерно полтора года спустя английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера "Марк 1" программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Однако это были лишь отдельные примеры, не носившие серьезного системного характера.

Реальный прорыв в представлении графической информации на экране дисплея произошел в Америке в рамках военного проекта на базе компьютерной системы "Вихрь" (whirlwind), который был разработан американскими инженерами в 1951 году. Этот военный компьютер использовался для фиксации информации о вторжении самолетов в воздушное пространство США. Вражеские самолеты представлялись на экране в виде графических символов. Первая демонстрация "Вихря" состоялась 20 апреля 1951 года - радиолокатор посылал информацию о положении самолета компьютеру, и тот передавал на экран положение самолета-цели, которая отображалась в виде движущейся точки и буквы T (Target). Это был первый крупный проект, в котором электронно-лучевая трубка использовалась для отображения графической информации.

---

Первые мониторы были векторными - в мониторах этого типа электронный пучок создавал линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. Соответственно не было необходимости разбивать в подобных мониторах экран на пикселы. Позднее появились мониторы с растровым сканированием. В мониторах подобного типа электронный пучок сканирует экран слева направо и сверху вниз, пробегая каждый раз всю поверхность экрана.

Следующей ступенькой развития мониторов явилось цветное изображение, для получения которого требовался уже не один, а три пучка, каждый из которых высвечивал определенные точки на поверхности дисплея. Подробнее этот тип мониторов будет рассмотрен при изучении принципа работы современных цветных CRT-мониторов. Со временем помимо CRT-мониторов появились и другие технологии, которые позволили создавать более компактные и легкие экранные панели.

В 1981-ом году IBM представила первый персональный компьютер, который состоял из трёх частей: клавиатуры, системного блока и монитора. В этом же году компания IBM выпустила монохромные дисплеи, поддерживающие видеоадаптер MDA (Monochrome Display Adapter), что принесло компьютерам резкость изображения. Чуть позже появились мониторы, которые поддерживали новый стандарт CGA (Color Graphics Adapter) для цветной графики. Они передавали четыре цвета и давали разрешение 320 x 200 пикселей. Далее IBM уже к 1984-му году представила улучшенный стандарт EGA (Enhanced Graphics Adapter). Теперь мониторы отображали 16 цветов и имели разрешение экрана 640 x 350 пикселей. В 1987-ом году IBM представила следующий стандарт для видеоадаптеров и мониторов – VGA (Video Graphics Array). Этот стандарт для передачи цветовой информации предполагал использование аналогового сигнала, который разрешал использовать VGA-мониторы совместно с последующими адаптерами новых поколений, способных осуществлять вывод большего количества цветов. На 1987-ой год мониторы при разрешении 640x480 пикселей были способны отображать уже 254 цвета. В 90-х годах вместе с прогрессом в создании комплектующих для компьютеров развивались и компьютерные мониторы, которые достигли цветопередачи в 16,8 миллионов цветов при разрешении 1600 x 1200 пикселей. Однако распространённые в то время мониторы на основе электронных лучевых трубок (ЭЛТ-мониторы) обладали целым рядом серьёзных недостатков, основными из которых были их громоздкость и высокая величина электромагнитного излучения. Тем не менее можно смело утверждать, что до начала 21-го века была эра ЭЛТ-мониторов. Однако вскоре разрабатывавшиеся ещё с шестидесятых годов дисплеи на основе жидких кристаллов громко заявили о себе. Поначалу это были очень несовершенные конструкции, которые не могли похвастаться ни размерами экрана, ни цветопередачей, ни контрастностью. В восьмидесятых они лишь нашли применение в качестве дисплеев калькуляторов и электронных часов. Однако вскоре с развитием новых материалов и технологий они сперва достигли по всем параметрам ЭЛТ – мониторы, а скоро по некоторым параметрам и превзошли их. На сегодняшний день ЖК-мониторы являются наиболее распространёнными. Прогресс не стоит на месте, и уже на замену ЖК – мониторам пришли новые мониторы на основе органических светодиодов (OLED), которые, как предполагается, в будущем, будут значительно дешевле и намного удобнее в использовании, чем ЖК - мониторы. Кроме этого ведутся разработки по созданию доступных 3D – мониторов. Развитие мониторов, как и жизнь, продолжается.

---

3. Основные типы мониторов.

ЭЛТ (CRT) - монитор на основе электронно-лучевой трубки (cathode ray tube).

ЖК (LCD) - жидкокристаллические мониторы (liquid crystal display).

Плазменный (PDP) - на основе плазменной панели (plasma display panel).

Проекционный - видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал).

LED-монитор - на технологии светоизлучающих диодов LED (light-emitting diode — светоизлучающий диод).

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

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

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

3.1. Классификация компьютерных мониторов:

1. По виду выводимой информации:

• алфавитно-цифровые (система текстового (символьного) дисплея (character display system) - начиная с MDA
• дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию;
• дисплеи, отображающие псевдографические символы;
• интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных;
• графические, для вывода текстовой и графической (в том числе видео-) информации:
• векторные (vector-scan display);
• растровые (raster-scan display) — используются практически в каждой графической подсистеме ПК; IBM назвала этот тип отображения информации (начиная с CGA) отображением с адресацией всех точек (All-Points-Addressable, APA), — в настоящее время дисплеи такого типа обычно называют растровыми (графическими), поскольку каждому элементу изображения на экране соответствует один или несколько бит в видеопамяти.

1. По способу вывода информации

• Растровый (алфавитно-цифровая и графическая информация)
• Векторный (вырисовывание лучом каждого символа)

1. По размерности отображения

• двумерный (2D) — одно изображение для обоих глаз;
• трехмерный (3D) — для каждого глаза формируется отдельное изображение для получения эффекта объёма.

1. По типу видеоадаптера

• HGC
• CGA
• EGA
• VGA/SVGA

1. По типу интерфейсного кабеля

• Композитный
• Компонентный
• D-Sub
• DVI
• USB
• HDMI
• DisplayPort
• S-Video
• Thunderbolt

3.2. ЭЛТ мониторы 

---

Монитор получает сигнал от компьютера и передает его на электронно-лучевую пушку, которая формирует луч, передающий совокупность сигналов: красный, зеленый, синий (RGB) на переднюю панель трубки. 
Луч направляется отклоняющей системой проходит через отверстия в теневой маске, теневая маска направляет луч на флуоресцирующий материал; соударение луча с фосфоресцирующим экраном и вызывает свечение, видимое глазу (рис. 1).

На рисунке 2 показана точечная теневая маска, которая используется в большинстве мониторов. Кроме точечной маски, применяются также полосовые маски и апертурные решетки. 
Апертурная решетка обеспечивает повышенную четкость изображения благодаря технологии, в соответствии с которой (для горизонтальной изоляции пикселов) используются тонкие вертикальные проволочки. В частности, апертурная решетка используется в ЭЛТ мониторах Sony Trinitron.

Наиболее существенное различие между теневой маской и апертурной решеткой состоит в заметном увеличении яркости при использовании последней. Это происходит потому, что на красный, зеленый или голубой люминофор через вертикальные полосы апертурной решетки попадает луч большей интенсивности, так как решетка ограничивает лучи только по горизонтали. При этом нельзя однозначно утверждать, что технология, использующая апертурную решетку, лучше - поскольку ответ на этот вопрос зависит от того, требуют ли приложения, с которыми вы работаете, более четкой картинки или более насыщенных цветов.

Дело в том, что использование апертурной решетки позволяет получить пикселы большего размера и меньшее общее разрешение, но яркость в целом увеличивается, а при использовании решетки с теневой маской пикселы получаются меньшего размера, разрешение больше, но при этом снижается яркость.

В любом случае качество маски определяется тем, насколько тесно на ней расположены отверстия или щели, и измеряется так называемым шагом (dot pitch) теневой маски и шагом апертурной решетки. Расстояние между соседними отверстиями теневой маски влияет на величину зерна изображения.

Обычно у мониторов хорошего качества шаг не превышает 0,28 мм в моделях с теневой маской и 0,3 мм - в мониторах с апертурной решеткой. Наименьшие значения шага - 0,25 мм - использует компания Sony (в частности, в модели Multiscan 20seII).

3.3. ЖК 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.

---