Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (Классификация по размерности отображения).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Монитор — устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от компьютера. Принципиальное отличие от телевизора заключается в отсутствии встроенного тюнера, предназначенного для приёма высокочастотных сигналов эфирного (наземного) телевещания. Кроме того, в большинстве мониторов отсутствует звуковоспроизводящий тракт и громкоговорители.

До пятидесятых годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Интересно отметить, что 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 компьютера «Вихрь». Данный компьютер использовался для фиксации информации о вторжении самолетов в воздушное пространство США.

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 создает линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. Соответственно нет 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 требуется уже не один, а три пучка, каждый из которых высвечивает определенные точки на поверхности дисплея. Подробнее об этом типе мониторов мы поговорим при рассмотрении принципа работы современных цветных CRT-мониторов. Со временем помимо CRT-мониторов появились и другие технологии, которые позволили создавать более компактные и легкие экранные панели.

Глава 1. Классификация мониторов

1.1. Классификация по виду выводимой информации

а) алфавитно-цифровые – система текстового (символьного) дисплея (character display system), начиная с MDA:

• • дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию – представляют собой активные устройства отображения информации (УОИ), предназначенные для организации диалога оператора с ЭВМ. Наиболее широкое распространение получили алфавитно- цифровые дисплеи растрового типа, в основу которых положены пассивные УОИ, формирующие изображение символов на микрорастре или на полном телевизионном растре;
  • дисплеи, отображающие псевдографические символы;
  • интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных.

б) графические, для вывода текстовой и графической (в том числе видео-) информации:

• • векторные (vector-scan display) – отображают графику на экране в виде линий, образованных периодическим движением луча вдоль них. В векторном дисплее с использованием цифрового преобразования в последовательность точек предусмотрены специальные цепи для получения по начальной и конечной точкам всех промежуточных изображаемых точек.
  • растровые (raster-scan display) — используются практически в каждой графической подсистеме PC. IBM назвала этот тип отображения информации (начиная с CGA) отображением с адресацией всех точек (All-Points-Addressable, APA), — в настоящее время дисплеи такого типа обычно называют растровыми (графическими), поскольку каждому элементу изображения на экране соответствует один или несколько бит в видеопамяти.

1.2 Классификация по способу вывода информации

1. Растровый – алфавитно-цифровая и графическая информация;
2. Векторный – вырисовывание лучом каждого символа.

1.3 Классификация по размерности отображения

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

1.4 Классификация по типу видеоадаптера

1. HGC (Hercules Graphics Card) – стандарт мониторов и видеоадаптеров для IBM PC. Он поддерживает текстовый режим с высоким разрешением и один графический режим. Видеоадаптер подключался к монохромному (зелёному, желтому, светло-коричневому или, довольно редко, чёрно-белому) монитору.

В текстовом режиме на экран выводилось 25 строк текста по 80 символов в каждой строке. Этот режим был совместим со стандартом MDA. Разрешение в графическом режиме составляет 720×348 пикселей. Так же, как и CGA и MDA, видеоконтроллер был построен на базе микросхемы MC6845, но был оснащён 64 кбайт видеопамяти — вчетверо больше, чем CGA, и в 16 раз больше, чем MDA. Адаптер обеспечивал отображение 2 независимых страниц, как в графическом, так и в алфавитно-цифровом режимах. Адрес «нулевой» страницы совпадал с адресами, занимаемыми MDA, а «первая» страница, будучи включена, занимала те же адреса, что и память адаптера CGA. Таким образом, программы, выводившие в память CGA напрямую, могли работать и на этом видеоконтроллере. В графических режимах, как и в CGA, видеопамять оказывалась разбита на «банки», только не на 2, а на 4. Поскольку 350 не кратно четырём, то разрешение в графическом режиме и было ограничено 348 строками.

1. CGA (Color Graphics Adapter) – видеокарта, выпущенная IBM в 1981 году, и первый стандарт цветных мониторов для IBM PC. Является первой видеокартой IBM, поддерживающей цветное изображение. Стандартная видеокарта CGA имеет 16 килобайт видеопамяти и может подключаться либо к NTSC-совместимому монитору или телевизору, либо к RGBI монитору. Основанная на видеоконтроллере Motorola MC6845, видеокарта CGA поддерживает несколько графических и текстовых видеорежимов. Максимальное поддерживаемое разрешение — 640×200, наибольшая цветовая глубина — 4 бита (16 цветов).
2. EGA (Enhanced Graphics Adapter) – стандарт мониторов и видеоадаптеров для IBM PC, расположенный между CGA и VGA по своим характеристикам (цветовое и пространственное разрешение). Выпущен IBM в августе 1984 года для новой модели персонального компьютера IBM PC/AT. Видеоадаптер EGA позволяет использовать 16 цветов при разрешении 640×350 пикселов. Видеоадаптер оснащён 16 кБ ПЗУ для расширения графических функций BIOS и заказным видеоконтроллером, обратно совместимым с микросхемой Motorola MC6845. Адаптер EGA при разрешении 640×350 позволяет одновременно использовать 16 цветов из возможных 64 (по два бита на красную, зелёную и синюю составляющие). EGA также поддерживает 16-цветные варианты графических режимов CGA 640×200 и 320×200; в этом случае можно использовать только цвета из палитры CGA. Исходные режимы CGA также поддерживаются, хотя EGA не полностью аппаратно совместим с CGA. EGA может выводить изображение на MDA-монитор, эта возможность включается с помощью переключателей на плате, при этом доступен только режим 640×350.
3. VGA/SVGA (Video Graphics Array) – компонентный видеоинтерфейс, используемый в мониторах и видеоадаптерах. Выпущен IBM в 1987 году для компьютеров PS/2 Model 50 и более старших. Видеоадаптер VGA, в отличие от предыдущих видеоадаптеров IBM (MDA, CGA, EGA), использует аналоговый сигнал для передачи цветовой информации. Переход на аналоговый сигнал был обусловлен необходимостью сокращения числа проводов в кабеле. Также аналоговый сигнал давал возможность использовать VGA-мониторы с последующими видеоадаптерами, которые могут выводить большее количество цветов. Официальным последователем VGA стал стандарт IBM XGA, фактически же он был замещен различными расширениями к VGA, известными как «Super VGA» (SVGA). В отличие от CGA и EGA, основные подсистемы располагаются в одной микросхеме, что позволяет уменьшить размер видеоадаптера (EGA тоже был реализован в одном чипе, по крайней мере его тайванские неоригинальные клоны). В компьютерах PS/2 видеоадаптер VGA интегрирован в материнскую плату. В стандартных текстовых режимах символы формируются в ячейке 9×16 пикселов, возможно использование шрифтов других размеров: 8-9 пикселов в ширину и 1-32 пиксела в высоту. Размеры самих символов, как правило, меньше, так как часть пространства уходит на создание зазора между символами. Функция для выбора размера шрифта в BIOS отделена от функции выбора видеорежима, что позволяет использовать различные комбинации режимов и шрифтов. Имеется возможность загрузки восьми и одновременного вывода на экран двух различных шрифтов.

1.5 Классификация по типу интерфейсного кабеля

1. Композитный – полный цветной аналоговый видеосигнал в исходной полосе видеочастот, передаваемый без звукового сопровождения по одному каналу (кабелю). По ГОСТ 21879—88 понятию англ. Composite Video Signal соответствует полный видеосигнал, содержащий сигнал синхронизации. В аналоговом цветном телевидении стандартной чёткости композитным видеосигналом называют полный цветной телевизионный сигнал (ПЦТС) стандартов PAL, SECAM или NTSC. Основным типом соединения для передачи композитного видеосигнала CVBS между профессиональными устройствами обработки и записи изображения, является коаксиальный кабель с разъёмами типа BNC. В бытовых устройствах для передачи такого же сигнала служит кабель с более дешёвыми и удобными в обращении разъёмами типа RCA, получившими в обиходе название «тюльпан» («колокольчики»). Бытовые шнуры для композитного видеосигнала редко имеют коаксиальную конструкцию, а цвет соответствующего разъёма в большинстве случаев жёлтый. Звук в вещательном видеопроизводстве передаётся отдельными проводами стандартов, соответствующих профессиональной звукозаписи. В бытовых устройствах звук также передаётся отдельным кабелем с разъёмами RCA белого (для монофонической фонограммы) или красного и белого цветов. Часто для передачи композитного видео и звука в бытовой технике используется комбинированный многожильный кабель с отдельными звуковыми и видеоразъёмами.
2. Компонентный – способ раздельной передачи цветного видео по двум и более каналам (кабелям), при котором отдельные составляющие видеосигнала несут разную информацию о цветном изображении. В первых компонентных видеоинтерфейсах, таких как S-Video, цветовая поднесущая передавалась отдельно от остальных компонентов цветного видеосигнала для уменьшения перекрёстных помех. В современных аналоговых интерфейсах используются три и более каналов для раздельной передачи информации о цвете изображения и сигналов синхронизации. Как и по композитным видеокабелям, по компонентным не передаётся звуковое сопровождение, для которого необходим отдельный провод.
3. D-subminiatur, или D-Sub – семейство электрических разъёмов, применяемых, в частности, в компьютерной технике. Своё название получило из-за характерной формы в виде буквы «D», однозначно ориентирующее правильное положение разъёмов при подключении. Часть названия англ. subminiature — «сверхминиатюрный», было уместно тогда, когда эти разъёмы только появились, в наше время эти разъёмы относятся к числу наиболее громоздких компьютерных сигнальных разъёмов.
4. DVI (Digital Visual Interface) – стандарт на интерфейс, предназначенный для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы, телевизоры и проекторы. Разработан консорциумом Digital Display Working Group.
5. USB (Universal Serial Bus) – последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств к вычислительной технике. Получил широчайшее распространение и фактически стал основным интерфейсом подключения периферии к бытовой цифровой технике. Интерфейс позволяет не только обмениваться данными, но и обеспечивать электропитание периферийного устройства. Сетевая архитектура позволяет подключать большое количество периферии даже к устройству с одним разъёмом USB.
6. HDMI (High Definition Multimedia Interface) – интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования. Разъём HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI в том, что разъём HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является заменой аналоговых стандартов подключения, таких как SCART, VGA, YPbPr, RCA, S-Video.
7. DisplayPort – стандарт сигнального интерфейса для цифровых мониторов. Принят VESA (Video Electronics Standard Association) в мае 2006, версия 1.1 принята 2 апреля 2007, версия 1.2 принята 7 января 2010, версия 1.3 принята 15 сентября 2014, а версия 1.4 — 1 марта 2016. DisplayPort предполагается к использованию в качестве наиболее современного интерфейса соединения аудио- и видеоаппаратуры, в первую очередь для соединения компьютера с дисплеем или компьютера и систем домашнего кинотеатра. Имеет свой логотип и торговую марку. DisplayPort поддерживает HDCP версии 1.3 и имеет пропускную способность вдвое большую, чем Dual-Link DVI, низкое напряжение питания и низкие посторонние наводки. Размеры разъёма Mini DisplayPort в 10 раз меньше, чем у стандартного разъёма DVI. Технология, реализованная в DisplayPort, позволяет передавать одновременно как графические, так и аудиосигналы. Основное отличие от HDMI — чуть более широкий канал для передачи данных (10,8 Гбит/с вместо 10,2 Гбит/с). Максимальная длина кабеля DisplayPort составляет 15 метров. Вместо HDCP, защиты от копирования HDMI, будет реализована технология DPCP (англ. DisplayPort Content Protection), основанная на 128-битном AES шифровании. DisplayPort 1.2 имеет максимальную скорость передачи данных 21,6 Гбит/с на расстоянии до 3 метров, что больше, чем HDMI Type B (2x10,2 Гбит/c). Также поддерживает несколько независимых потоков, пропускная способность вспомогательного канала в стандарте увеличена с 1 до 720 Мбит/с. Таким образом, через интерфейс DisplayPort 1.2 можно подключить до двух мониторов, воспроизводящих картинку размером 2560 х 1600 точек с частотой 60 Гц, либо до четырёх мониторов с разрешением 1920 х 1200 точек. При использовании одиночного монитора поддерживаемое разрешение возрастает до 3840 х 2400 точек с частотой 60 Гц, монитор с поддержкой частоты обновления 120-165 Гц поддерживается при разрешениях до 2560 х 1600 точек. Это позволяет стандарту DisplayPort 1.2 работать с технологиями построения стереоскопического изображения.
8. S-Video (Separate Video) – компонентный аналоговый видеоинтерфейс, предусматривающий раздельную передачу составляющих видеосигнала: яркости Y совместно c синхросигналом, и цветности С (совместно с цветовой синхронизацией), которые передаются по двум отдельным линиям связи, с волновым сопротивлением 75 Ом. Раздельная передача яркости и цветности обеспечивает более высокое качество изображения, чем композитные стандарты, так как при этом исключаются перекрёстные помехи при разделении сигналов. Интерфейс S-Video используется только для передачи сигнала телевидения стандартной чёткости и непригоден для HDTV. Для передачи звука необходим отдельный кабель.
9. Thunderbolt (с англ. — «раскат грома») – аппаратный интерфейс, ранее известный как Light Peak, разработанный компанией Intel, для подключения периферийных устройств к компьютеру с максимальной скоростью передачи данных до 10 Гбит/с по медному проводу и до 20 Гбит/с при использовании оптического кабеля. Thunderbolt комбинирует интерфейсы PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в одном кабеле. Допускается подключение к одному порту до шести периферийных устройств путём их объединения в цепочку.

1.6 Классификация по типу подключения

Персональные компьютеры обычно работают с одним монитором (серверы — вообще не требуют монитора), однако существуют видеоадаптеры, позволяющие подключить более одного монитора к одному ПК, к тому же обычно в ПК можно установить более одного видеоадаптера. Большинство современных ноутбуков обладают, помимо встроенного LCD-дисплея, разъёмом для подключения внешнего монитора, который позволяет расширить рабочее пространство или дублировать изображение с LCD-дисплея. Для подключения более одного монитора существуют такие разработки, как Xinerama, XRandR, ATI Eyefinity.

Глава 2. Типы экрана

2.1 ЭЛТ (CRT – cathode ray tube)

ЭЛТ — монитор на основе электронно-лучевой трубки (англ. Cathode Ray Tube, CRT)

Используемая в этом типе мониторов технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 г. и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно-лучевой трубкой. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5 и "свечение" происходит небольшое количество времени (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе 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.