Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров.pdf

Рисунок 6. Монитор

Принтер предназначен для выдачи данных из компьютера на бумаге, пленке в удобном для чтения виде (в твердой копии). По способу печати принтеры делятся на:

• матричные (ударные – краска наносится на носитель с помощью выдвигающихся штырьков матрицы);
• термические (специальная красящая лента при нагреве оставляет краску на бумаге от быстро нагревающихся элементов печатающей головки);
• струйные (форсунка разбрызгивает чернила по контуру символа);
• лазерные (с помощью лазера изображение переносится на фоточувствительный барабан, красящий порошок прилипает к барабану по контуру изображения и затем переносится на бумагу).

Основные характеристики принтеров – скорость печати, качество печати [2].

Рисунок 7 . Принтер

Плоттер – графопостроитель – выводит из компьютера данные в графическом виде (используется в системах автоматического проектирования).

Рисунок 8. Плоттер

3. Мониторы для персональных компьютеров

История мониторов

Одна из важнейших частей персонального компьютера – монитор. Именно с этим устройством визуального отображения информации регулярно происходит зрительный контакт. Параметры этого устройства напрямую влияют на то, насколько глазам человека будет комфортно работать. Поэтому по мере развития ПК люди пытались улучшить и работу монитора, сделать его более универсальным и безопасным для зрения.

Открытие Фердинанда Брауна во второй половине XIX века положило путь к созданию монитора, ученый путем долгих экспериментов на протяжении 18 лет пытался создать и, в конце концов, создал прибор, который формировал изображение при помощи электронно–лучевой трубки [8].

Рисунок 9. Фердинанд Браун

Браун не запатентовал свое изобретение и на протяжении десятилетий этот механизм совершенствовали другие специалисты в области техники. Такие приборы получили названия «кинескопы». Изначально они были векторными: один луч с высокой скоростью передвигался по экрану и «рисовал» изображение. Именно это устройство было заложено в основе первых ЭВМ.

Главный минус векторного кинескопа – невозможность отображать долгое время графические элементы. Поэтому на смену векторным пришли растровые, однако они в свою очередь подходили больше для телевидения, чем для компьютерной техники. Их использование требовало большой объем памяти для восстановления картинки. Первые компьютеры выводили всю информацию на печатные носители. По мере развития электронно–лучевой трубки, ее начали внедрять в ЭВМ. Впервые такое устройство было представлено 1948 году и носило название «Manchester Small–Scale Experimental Machine» [13].

Рисунок 10. Manchester Small–Scale Experimental Machine

Наряду с этим механизмом были созданы и другие, но все они отличались от современных компьютерных мониторов, так как в основном работали как осциллографы. Начиная с 1951 года, электронно–лучевые трубки активно развиваются в США. Их использовали для отображения в небе вражеских самолетов в случае воздушной атаки.

Рисунок 11. Монитор с ЭЛТ

Уже к 1960–м годам такие мониторы стали одной из составляющих ЭВМ. При этом для улучшения работы монитора, а также качества изображения, в устройство добавили дисплейные станции. Они форматировали знаки на экране. Так как в те времена ЭВМ была дорогостоящая вещь, решением этой проблемы стало создание терминалов (экранов), позволявших подключаться к одному компьютеру с разных мониторов. Сначала это приспособление помогало отображать только текст из 12 строк по 80 символов в каждом [13].

В 1972 году терминал мог демонстрировать 4 цвета. В 1975 году был выпущен первый компьютер со встроенным монитором. Однако скорость его работы была медленной. Поэтому в 1981 году был создан видеоадаптер Monochrome Display Adapter, бравший на себя работу центрального процессора. Однако он мог выводить лишь текстовые изображения. Несколько месяцев спустя был выпущен цветовой адаптер, отображавший 16 цветов на экране, но такие устройства не позволяли сделать картинку качественной и четкой. Монитор, использовавший все функции адаптера, был создан в 1983 году.

Первопроходцем можно назвать компанию IBM, уже за ней стали появляться аналоги по всему миру. На протяжении нескольких лет каждая фирма вносила новшества в свои изобретения, улучшая тем самым объем памяти, качество изображения, а также возможности мониторов. Стоит выделить видеоадаптер VGA, который был представлен в 1987 году [9].

Рисунок 12. Видеоадаптер VGA

По сравнению с другими устройствами он мог отобразить 256 цветов, а его разрешение было 640×480 пикселей, чего не было раньше. Это разрешение признали мониторным стандартом [9]. Однако вскоре на смену ЭЛТ пришли ЖК мониторы. И если XX век можно назвать эрой электронно–лучевых трубок, то последние десятилетия на пике популярности находятся ЖК–мониторы.

Типы мониторов и их характеристики

Одной из наиболее важных составных частей персонального компьютера является его видеоподсистема, состоящая из монитора и видеоадаптера (обычно размещаемого на системной плате). Монитор предназначен для отображения на экране текстовой и графической информации, визуально воспринимаемой пользователем персонального компьютера. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов. Их можно охарактеризовать следующими основными признаками:

По режиму отображения мониторы делятся на:

• растровые дисплеи;
• векторные дисплеи [10].

В векторных дисплеях с регенерацией изображения на базе электронно–лучевой трубки (ЭЛТ) используется люминофор с очень коротким временем послесвечения. Такие дисплеи часто называют дисплеями с произвольным сканированием. Из–за того, что время послесвечения люминофора мало, изображение на ЭЛТ за секунду должно многократно перерисоваться или регенерироваться. Минимальная скорость регенерации должна составлять, по крайней мере, 30 (1/с), а предпочтительнее 40–50 (1/с). Скорость регенерации меньшая 30 приводит к мерцанию изображения.

Кроме ЭЛТ, для векторного дисплея необходим дисплейный буфер и дисплейный контроллер. Дисплейный буфер – непрерывный участок памяти, содержащий всю информацию, необходимую для вывода изображения на ЭЛТ. Функция дисплейного контроллера заключается в том, чтобы циклически обрабатывать эту информацию со скоростью регенерации. Сложность рисунка ограничивается двумя факторами – размером дисплейного буфера и скоростью контроллера.

Растровое устройство можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (точек), каждая из которых может быть подсвечена. Таким образом, оно является точечно–рисующим устройством. Невозможно, за исключением специальных случаев, непосредственно нарисовать отрезок прямой из одной адресуемой точки или пиксела в матрице в другую адресуемую точку. Отрезок можно только аппроксимировать последовательностями точек (пикселов), близко лежащих к реальной траектории отрезка.

Отрезок прямой из точек получится только в случае горизонтальных, вертикальных или расположенных под углом 45 градусов отрезков. Все другие отрезки будут выглядеть как последовательности ступенек. Это явление называется лестничным эффектом или «зазубренностью» [101].

Чаще всего для графических устройств с растровой ЭЛТ используется буфер кадра. Буфер кадра представляет собой большой непрерывный участок памяти компьютера. Для каждой точки или пиксела в растре отводится как минимум один бит памяти. Эта память называется битовой плоскостью. Для квадратного растра размером 512 х 512 требуется 2 18, или 262144 бита памяти в одной битовой плоскости. Из–за того, что бит памяти имеет только два состояния (двоичное 0 или 1), имея одну битовую плоскость, можно получить лишь черно–белое изображение. Битовая плоскость является цифровым устройством, тогда как растровая ЭЛТ – аналоговое устройство. Поэтому при считывании информации из буфера кадра и ее выводе на графическое устройство с растровой ЭЛТ должно происходить преобразование из цифрового представления в аналоговый сигнал. Такое преобразование выполняет цифро–аналоговый преобразователь (ЦАП) [10].

По типу экрана мониторы делятся на:

• Дисплеи на основе ЭЛТ;
• Жидкокристаллические (ЖК);
• Плазменные.
• Дисплеи на основе электронно–лучевой трубки

Чтобы понять принципы работу растровых дисплеев и векторных дисплеев с регенерацией, нужно иметь представление о конструкции ЭЛТ и методах создания видеоизображения.

На рисунке 13 схематично показана ЭЛТ, используемая в видеомониторах [6].

Рисунок 13. Электронно–лучевая трубка

Катод (отрицательно заряженный) нагревают до тех пор, пока возбужденные электроны не создадут расширяющегося облака (электроны отталкиваются друг от друга, так как имеют одинаковый заряд). Эти электроны притягиваются к сильно заряженному положительному аноду. На внутреннюю сторону расширенного конца ЭЛТ нанесен люминофор. Облако электронов с помощью линз фокусируется с узкий, строго параллельный пучок, и луч дает яркое пятно в центре ЭЛТ. Луч отклоняется или позиционируется влево или вправо от центра и (или) выше или ниже центра с помощью усилителей горизонтального и вертикального отклонения. Именно в данный момент проявляется отличие векторных и растровых дисплеев. В векторном дисплее электронный луч может быть отклонен непосредственно из любой произвольной позиции в любую другую произвольную позицию на экране ЭЛТ (аноде). Поскольку люминофорное покрытие нанесено на экран ЭЛТ сплошным слоем, в результате получается почти идеальная прямая. В отличие от этого в растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ тоже не непрерывно, а представляет собой множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику [6].

Экран жидкокристаллического дисплея (ЖКД) состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы, которые изменяют свои оптические свойства в зависимости от прилагаемого электрического заряда. Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому ЖКД нуждаются в подсветке или во внешнем освещении.

Основным достоинством ЖКД являются их габариты (экран плоский). К недостаткам можно отнести недостаточное быстродействие при изменении изображения на экране, что особенно заметно при перемещении курсора мыши, а также зависимость резкости и яркости изображения от угла зрения.

Жидкокристаллические дисплеи

ЖК – дисплеи обладают неоспоримыми преимуществами перед конкурирующими устройствами отображения:

1. Размеры. ЖК–дисплеи отличаются малой глубиной и небольшой массой и поэтому их более удобно перемещать и устанавливать, чем ЭЛТ–мониторы, у которых размер в глубину приблизительно равен ширине.

2. Энергопотребление. ЖК–дисплей потребляет меньшую мощность, чем ЭЛТ–монитор с сопоставимыми характеристиками.

3. Удобство для пользователя. В ЭЛТ электронные лучи при развертке движутся по экрану, обновляя изображение. Хотя в большинстве случаев можно установить такую частоту регенерации (число обновлений экрана электронными лучами в секунду), что изображение выглядит стабильным, некоторые пользователи все же воспринимают мерцание, способное вызвать быстрое утомление глаз и головную боль. На экране ЖК–дисплея каждый пиксел либо включен, либо выключен, так что мерцание отсутствует. Кроме того, для ЭЛТ–мониторов характерно в небольших количествах электромагнитное излучение; в ЖК–мониторах такого излучения нет.

Недостаток – высокая цена [12]

Еще одно достижение, благодаря которому может произойти снижение цен в скором времени, – усовершенствование технологии панелей на супертвистированных нематических кристаллах (dual supertwist nematic, DSTN). DSTN–дисплеи всегда были дешевле, чем ЖК–устройства на тонкопленочных транзисторах, но несколько уступали им по качеству: DSTN–дисплеи не обеспечивают такой контрастности и четкости, как матрицы TFT, а их медленная реакция приводит к мерцанию и появлению паразитных (повторных) изображений на экране, особенно при отображении движущихся объектов. Однако фирма Sharp, крупнейший поставщик DSTN–панелей, недавно провела презентацию панели, в которой используется разработанная ею технология HCA (высококонтрастная адресация).