Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей видеосистемы ПК

• Пластиковые мониторы (LEP - Light Emission Plastics), или светящий пластик. По своей технологии похожи на ЖК и ELD-мониторы, но отличаются материалом, из которого изготовлен экран: в LEP-мoниторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий полупроводниковыми свойствами. При пропускании электрического тока такой материал начинает светиться. Данная технология аналогична светодиодной, но если там свет излучается обычными полупроводниковыми материалами, то здесь используется двухслойный полимер - полупроводниковый полимер (PPV - poly-phenylene vinylene) и эмиссионный слой цианозамещенного производного от PPV (CN-PPV) для получения того же эффекта. Пластиковый монитор показан на рисунке 3.

     Рисунок 4 – Работающий пластиковый монитор 

     На  сегодняшний день существуют монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся то эффективности к жидкокристаллическим дисплеям LCD, уступающие им по сроку службы, но имеющие ряд существенных преимуществ:

1. поскольку многие стадии процесса производства LEP-дисплеев совпадают с аналогичными стадиями производства LCD, производство легко переоборудовать. Кроме того, технология LEP позволяет наносить пластик на гибкую подложку большой площади, что невозможно для неорганического светодиода;
2. поскольку пластик сам излучает свет, не нужна подсветка и прочие хитрости, необходимые для получения цветного изображения на LCD-мониторе. Больше того, LEP-монитор обеспечивает  180-градусный угол обзора;
3. поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеет малый вес, его можно использовать в портативных устройствах, питающихся от батарей;
4. поскольку LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее одной микросекунды), его можно использовать для воспроизведения видеоинформации;
5. поскольку слой пластика очень тонок, можно использовать специальные поляризующие покрытия для достижения высокой контрастности изображения даже при сильной засветке.

     Эти преимущества плюс дешевизна привели к возникновению у LEP-технологии достаточно радужных перспектив. На рисунке 5 показано устройство пластикого экрана.

     Рисунок 5 – Схема устройства экранов LEP 

     1.1.4 Типы дисплеев 

     Различаются по способу передачи изображения  от компьютера к дисплею:

• Композитный дисплей: имеет одну аналоговую входную линию. Видеосигнал подается на дисплей в стандарте NTSC. Используется с ВА CGA.
• Цифровой дисплей: имеет до шести входных линий. На нем может отображаться до 2n различных цветов, где n - число входных линий. Используется с ВА EGA.
• Аналоговый RGB дисплей: имеет три аналоговые входные линии. Количество цветов, которые может отображать аналоговый дисплей ограничено только возможностями ВА. Используется с ВА VGA, SVGA, XGA.

     Мониторы, подобно динамикам акустических системах, проектируются на работу с информацией в определенном частотном диапазоне. Когда мы покупаем динамик, то хотим иметь гарантию, что он сможет без искажений работать с выходным сигналом усилителя нашей  стереосистемы. То же самое применимо  и к мониторам. Каждый дисплей  характеризуется некоторой заданной шириной полосы, определяющей диапазон частот сигналов, с которыми он может работать. Если требуется, чтобы изображение на экране было четким и не искажалось, то необходимо согласовать разрешение и частоту регенерации с техническими параметрами монитора.

     Ширина  полосы – это тот диапазон частот, с которым может работать электроника данного устройства. Все электронные схемы конструируют так, чтобы они могли обрабатывать сигналы, частоты которых не выходят за пределы некоторого диапазона. На ограничение частот иногда идут сознательно (предотвращают радиоизлучение и паразитные автоколебания). Чем шире полоса частот дисплея, тем выше рабочие частоты и лучше качество изображения на экране, поскольку четкость каждого пикселя определяется тем, как быстро происходит переход видеосигнала от уровня 0 к уроню 1 (этот промежуток называют временем нарастания). В состав видеоадаптера входит синхронизатор, частота работы которого настраивается изготовителем с запасом (на 50%). 

     1.1.5 Типы видеоадаптеров и доступ к периферии 

     Программное обеспечение (ПО), чтобы быть полезным, должно взаимодействовать с периферийным оборудованием и в первую очередь  с дисплеем. Такое взаимодействие может осуществляться на тремя методами:

• Первый метод – программа может взаимодействовать с ВС с помощью BIOS, в которую встроены аппаратно-программные средства такого взаимодействия. Управление дисплеем осуществляется через прерывание INT 10h, функции которого образуют драйвер дисплея. Такой вариант обеспечивает переносимость программ на ПК с однотипными видеоадаптерами и хорошую производительность.
• Второй метод – на уровне операционной системы с помощью программного системного прерывания. Такой способ обеспечивает наилучшую переносимость ПО, но имеет невысокую производительность.
• Третий метод – прямое управление видеосистемой. через программно доступные регистры. Производительность при этом максимальная, а мобильность низкая. Например, для реализации некоторой функции обслуживание дисплея DOS требуется 100 команд CPU, BIOS - 10, а при прямом доступе к регистрам - единицы. Видеосистема персонального компьютера предназначена для формирования изображений, наблюдаемых на экране монитора. Ее основу составляют специализированные схемы для генерирования электрических сигналов, управляющих мониторами и сам дисплей. В большинстве клонов IBM PC нет встроенных видеосхем и видеоадаптер является отдельным модулем, который устанавливается в слот расширения системной шины. Наиболее распространенным сейчас является видеоадаптеры VGA (и SVGA).

     Важной  характеристикой монитора и его  адаптера – скорость работы. В текстовом режиме все мониторы работают достаточно быстро, но при выводе графических изображений с высокой разрешающей способностью скорость работы может быть довольно существенна. В приложениях с интенсивным использованием графики (обработке изображений, анимации, конструировании и т.д.) может оказаться необходимым использование "быстрого" адаптера и соответствующего монитора. Многие фирмы выпускают видеоадаптеры с графическим сопроцессорами или ускорителями. Они работают параллельно с CPU и освобождают CPU от специализированных задач формирования изображений и делают это быстрее CPU. CPU выдает ВА команды высокого уровня для формирования графических примитивов. Примеры таких команд: пересылка блока изображения, формирование отрезка прямой, изменение масштаба, заполнение графического окна заданным цветом и т.д. Часто такие ВА устанавливаются на локальную шину (VL-bus, PCI), что существенно увеличивает скорость передачи данных между CPU и видеопамятью. 

     1.1.6 Режимы работы видеосистемы 

     Все видеосистемы персональных компьютеров (за исключением адаптера MDA) могут  работать в двух основных режимах - текстовом и графическом. Различия этих режимов работы связаны со способом интерпретации содержимого видеобуфера.

     В текстовом режиме, называемом также символьным, экран разделяется на отдельные символьные позиции, в каждой из которых выводится один символ. Символьные позиции определяются двумя координатами: номер текстовой строки и номер текстового столбца. Начало координат находится в верхнем левом углу рабочей области экрана.

     После загрузки, компьютер всегда начинает работать в текстовом режиме. На принимаемой по умолчанию текстовый  режим ориентирован на ОС DOS. Процедуры  вывода на экран ОС основаны на элементарных функциях BIOS, которые вызываются командой программного прерывания INT 10h.

     Изображение символа формируется на точечной матрице, размер которой зависит  от используемого адаптера и номера режима. Точки, образующие изображение  символа называются передним планом, а остальные фоном. Чем больше размер точечной матрицы, тем выше качество изображения.

     Во  всех видеосистемах персональных компьютеров  совместимых с IBM применяется один и тот же формат хранения текстовых  данных в видеобуфере. Каждый символ представлен двумя байтами.

     Байт  с четным адресом содержит код  символа и определяет, что выводится  на экран. Соседний байт с большим  нечетным адресом содержит атрибуты и определяет, как они выводятся  на экран. Байты, содержащие коды символов и атрибуты, размещаются в видеобуфере  последовательно. Адаптер считывает  их и с помощью аппаратного  знакогенератора преобразует код  каждого символа в точечное изображение  на экране. Одновременно контроллер атрибутов  формирует заданные атрибуты символа - цвет, яркость, мерцание. Благодаря  принятому способу представления  текстовых данных обеспечивается независимое  управление атрибутами каждого символа. Изображение символа формируется  на прямоугольной матрице пикселей.

     В графическом режиме цветовое значение каждого пикселя хранится, как один или несколько бит в видеобуфере и считывается на экран с дополнительным преобразованием. Графический режим называется еще режимом с двоичным или точечным отображением (bit - mapped display), т.к. в нем имеется взаимно однозначное соответствие между битами в видеобуфере и пикселями на экране. Говорят, что в видеобуфере хранится образ экрана.

     Если  в видеобуфере пиксель кодируется n битами, то одновременно на экране можно  наблюдать 2n цветов. Число бит, отведенных для кодирования цвета, иногда называют числом цветовых плоскостей. Адаптеры EGA и VGA осуществляют дополнительные преобразования битовых полей пикселей с целью  расширения отображаемой палитры. С  помощью специальных схем n-битный код расширяется до m-битного, причем m>n. При этом получается палитра  из 2m цветов, однако одновременно на экране можно наблюдать по-прежнему лишь 2n цветов.

     Видеоданные графических режимов хранятся в  виде двоичных полей представляющих значения пикселей. Они прямо (CGA)или  косвенно(EGA,VGA) определяют цвет каждого  пикселя на экране.

     Видеорежимы, превосходящие VGA по разрешению и числу  цветов, стали называть Super VGA или SVGA. Так же стали именовать поддерживающие эти режимы видеоадаптеры и мониторы. В настоящее время к стандартам VESA SVGA и стандартам SVGA, относятся:

     Разрешения: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768, 1152 на 864, 1280 на 1024, 1600 на 1280 (или 1200), 1800 на 1350

     Количество  бит/цветов: четыре бита/16 цветов, восемь бит / 256 цветов, 16 бит / 32768 или 65536 цветов, 24 бит / 16,7 млн. цветов, 32 бит / 16,7 млн. цветов.

     Для использования SVGA-видеорежимов под MS-DOS (в основном в компьютерных играх) ассоциация VESA предложила стандартное расширение системы команд обычного VGA, который хранится в VGA BIOS. Этот набор, называемый VESA BIOS Extension, реализуется производителем видеоадаптера либо в системе команд BIOS, либо в виде загружаемого драйвера. Существуют драйверы сторонних производителей, например программа UniVBE компании Scitech Software. 

     1.1.7 Принцип действия видеосистемы 

     Все видеосистемы содержат электронные  компоненты, формирующие сигналы  синхронизации, цветности и управляющие  генерированием текстовых символов. Кроме того, во всех видеосистемах  имеется видеобуфер. Он представляет собой область ОЗУ, которая предназначена  только для хранения текста или графической  информации, выводимой на экран. Основная функция ВА заключается в преобразовании данных из видеобуфера в те сигналы, которые управляют дисплеем и  формируют наблюдаемое на экране изображение.

     Программисту  в большинстве случаев не требуется  детального знания схем адаптера и  монитора. Но для разработки эффективного ПО необходимо знать, где и как  программа взаимодействует с  аппаратными средствами, чтобы сформировать требуемое изображение. Хотя переход  к визуальному программированию ставит под сомнение необходимость  и таких знаний.

     В персональных компьютерах видеобуфер (видеопамять) является частью адресного  пространства ЦП и в них реализуется  видеоподсистема с отображением на память. Каждая группа бит в видеобуфере  определяет цвет и яркость определенного  участка на экране. Такая организация  подсистемы позволяет существенно  повысить скорость отображения информации на экране, поскольку запись процессором  данных в Video RAM превращается в запись на экран, а считывание данных из Video RAM эквивалентно считыванию с экрана. В видеоподсистеме с отображением на память, выводимую на экран информацию можно изменять с такой скоростью, с какой процессор может записывать данные в память плюс задержка на передачу сигналов. 

     1.1.8 Архитектура видеоадаптеров 

     В видеоадаптере VGA можно условно выделить шесть логических блоков:

• Графический контроллер – управляет обменом данных между CPU и видеопамятью. Он позволяет производить над данными VRAM и данными в регистрах простейшие логические операции.
• Последовательный преобразователь(RAMDAC) – выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в последовательный поток битов, которые передаются в контроллер атрибутов.
• Контроллер ЭЛТ – генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.
• Контроллер атрибутов – преобразует информацию о цветах из формата, в котором она хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ. Преобразование цветов осуществляется в соответствии с таблицей цветовой палитры. Например, модифицируя таблицу цветовой палитры можно выбрать 16 цветов из 64, которые может отображать EGA или 256 цветов из палитры 256 К для VGA. В адаптере VGA контроллер атрибутов преобразует информацию о цветах текстового режима и пиксельные данные графического режима в 8-битные индексы, выбирающие регистры цвета ЦАП.
• Синхронизатор – управляет всеми временными параметрами видеоадаптера и доступом CPU к цветовым слоям видеопамяти.
• Видео-ПЗУ (Video ROM) – постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтpоллеpом напрямую - к нему обращается только центральный пpоцессоp, и в результате выполнения им пpогpамм из ПЗУ происходят обращения к видеоконтpоллеpу и видеопамяти. На многих видеокартах устанавливаются электрически пеpепpогpаммиpуемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта каpты. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС.