Видеосистема ПК

Инертно ли изображение ЖК-панелей?

       Если  вы работали со старыми моделями ноутбуков, то, наверное, замечали, что изображение, создаваемое ЖК-экранами, имеет некоторую инертность. Однако у современных ЖК-панелей скорость реакции при быстром перемещении по экрану уже сравнима с ЭЛТ-мониторами (во всяком случае, инерционность практически незаметна Стоит обратить внимание еще на одну удобную особенность, которую имеют некоторые модели ЖК-мониторов, — возможность повернуть дисплей на 90°, то есть изменить альбомную (Landscape) ориентацию экрана на портретную (Portrait). Это очень удобно при работе с Web-страницами или большими документами, где дополнительная высота изображения в портретной ориентации оказывается весьма полезной.

          По габаритам и весу ЖК-панели  имеют неоспоримое преимущество  перед традиционными ЭЛТ-мониторами: при одинаковом размере и высокой  контрастности изображения они  значительно легче и практически не занимают места, а многие модели можно и вовсе снять с подставки и повесить на стену, то исключает необходимость отводить под монитор место на рабочем столе.² 

1.2  Видеоадаптер

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер) – устройство, входящее в состав компьютера, которое предназначено для формирования, обработки изображения и выдачи соответствующих сигналов на устройство графического вывода – монитор. Устанавливается на материнской плате в свободный разъем AGP или PCI. Основными компонентами современной видеокарты являются: SVGA-ядро, ядро 2D-ускорителя, ядро 3D-ускорителя, видеоядро, видео- BIOS (базовая система ввода-вывода), контроллер памяти, видеопамять, интерфейс главной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода, RAMDAC. Аппаратно часть этих компонентов, как правило, реализуется на одном кристалле видеоконтроллера.

2D-ускоритель – устройство, осуществляющее обработку графики в двух координатах на одной плоскости.

3D-ускоритель – устройство, осуществляющее построение и обработку трехмерных (3D) изображений. В процессе формирования 3D-изображения аппаратный 3D-ускоритель взаимодействует с программным обеспечением. Сам же процесс имеет несколько этапов: определение состояния объектов; определение соответствующих текущему состоянию геометрических трехмерных моделей; разбиение этих моделей на простые элементы – графические примитивы, в качестве которых чаще используют треугольники (именно на этом этапе подключается аппаратный 3D-ускоритель); привязка текстур и освещения; геометрические преобразования координат вершин примитивов относительно виртуальной точки наблюдения; игнорирование невидимых примитивов; преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с которыми работают аппаратные компоненты; закраска примитивов и финальная обработка.

       Основные  аппаратные элементы 3D-ускорителя: геометрический процессор, механизм установки и  механизм закраски примитивов. Характеристиками ускорителей являются максимальная пропускная способность (треугольников  в секунду, triangle throughput), максимальная производительность закраски (точек в секунду, fill rate), скорость (кадров в секунду, frames per second, fps).

       RAMDAC – цифро-аналоговый преобразователь памяти с произвольным доступом. Это устройство отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе. RAMDAC преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от других компонентов видеокарты, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующую электронную пушку трубки монитора – красную, зеленую или синюю. Помимо цифро-аналоговых преобразователей для каждого цветового канала (красного, зеленого, синего), RAMDAC имеет встроенную память для хранения данных о цветовой палитре и т. д. Такие характеристики RAMDAC, как его частота и разрядность, определяют качество изображения. 
Частота говорит о том, какое максимальное разрешение и при какой частоте кадровой развертки монитора сможет поддерживать видеокарта. RAMDAC современных видеоадаптеров имеют частоты не ниже 170 MHz. 
Разрядность определяет, сколько цветов может поддерживать видеокарта. Наиболее распространенное 8-битное представление на каждый канал цвета монитора обеспечивает отображение около 16.7 миллиона цветов, а 10-битное – более 1 миллиарда.

       AGP (Accelerated Graphics Port) – специальная графическая шина, предназначенная для передачи потока видеоданных. Особенности шины AGP состоят в том, что, во-первых, она работает с частотой системной шины до 133 MHz, что вчетверо больше, чем у PCI, а во-вторых, теперь графический акселератор через эту шину напрямую обменивается информацией с системной памятью.

       В режиме AGP 2x за один 66 MHz такт шина способна передавать два блока данных, в  результате чего пропускная способность  шины имеет величину 532 Мb в секунду.

       В режиме AGP 4x (версия AGP 2.0) по шине за один 66 MHz такт передается 4 блока данных, что дает пиковую пропускную способность до 1066 Мb в секунду.

       Стандарт AGP вытеснил такие устаревшие интерфейсы, использовавшиеся видеокартами, как ISA, VLB, PCI. Разъем AGP на материнской плате  предназначен исключительно для  подключения видеоадаптера. 
 
1, 2, 4, 8, 12, 16, 32 Mb – объем локальной видеопамяти графического адаптера (в мегабайтах). Объем видеопамяти во многом определяет производительность видеокарты. Минимальным размером в настоящее время принято считать 8 Mb для карты на шине PCI или 4 Mb на шине AGP.

       DRAM, SDRAM, SGRAM, VRAM, WRAM, 3D RAM, CDRAM, MDRAM, Direct RAMBus DRAM – типы видеопамяти. 
DRAM (Dynamic RAM) – динамическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – тип памяти с динамической выборкой. Для считывания (записи) данных требуется два цикла вычислений. 
SDRAM (Synchronous DRAM) – тип памяти с синхронной динамической выборкой. Отличается большей производительностью по сравнению с DRAM. 
SGRAM (Synchronous Graphics RAM) – синхронное графическое ОЗУ. Разновидность SDRAM. Поддерживает специальные функции масочной и блоковой записи. Производительность оптимизирована для графических операций. Имеет уникальные свойства, обеспечивающие высокую скорость обработки графики. 
VRAM (Video RAM) – видео ОЗУ. В отличие от DRAM осуществляет считывание и запись данных за один цикл и тем самым повышает производительность. Используется в видеоконтроллерах, рассчитанных на очень высокое разрешение и минимум 24-битное представление цвета. 
WRAM (Windows RAM) – оконное ОЗУ. Отличается лучшей, чем у VRAM, пропускной способностью и встроенной поддержкой некоторых функций. Применяется только двумя производителями – Matrox и Number Nine. 
3D RAM – трехмерное ОЗУ. Этот тип памяти оптимизирован для выполнения трехмерных операций. Имеет собственные встроенные в кристалл вычислительный блок и "быструю" кэш-память. 3D RAM объединяет в себе лучшие свойства архитектур VRAM, WRAM и DRAM, но в силу высокой

стоимости область применения ограничена видеоускорителями  графических станций. 
CDRAM (Cached DRAM) – кэшированная память. Включает обычный блок (4 или 16Mb) памяти типа DRAM и 16 Kb кэш-памяти. Как правило, CDRAM используют в профессиональных видеокартах.  
MDRAM (Multibank DRAM) – многобанковое ОЗУ. Используется только в видеоадаптерах компании Tseng Labs. 
Direct RAMBus DRAM – этот тип памяти отличается наличием собственной внутренней шины (RAMBus Channel) с высокой пропускной способностью. Является возможным претендентом на широкое применение в будущем.

       TV-in, Video-in – подразумевается наличие разъема для подключения телевизионной антенны (в случае, если на плате установлен TV-Tuner) или линейного видеовхода для подключения видеомагнитофона или видеокамеры. С помощью такой видеокарты возможен просмотр теле/видеопередач на экране монитора. При наличии видеокамеры эту особенность видеоадаптера можно использовать для проведения телеконференций в сети Internet.

       TV-out, Video-out – подразумевается возможность подключения телевизора через специальный разъем и вывода изображения на его экран. Этот режим может быть использован для просмотра видеофильмов с CD-Video или DVD-дисков.³

Video BIOS

   С целью упрощения процедуру конфигурирования видеоадаптера и разгрузки CPU все наборы команд (микропрограмм) CPU, реализующие графические функции. Помещаются в специальное ПЗУ (ROM), расположенное на плате видеоадаптера. Набор этих команд принято называть видеосервисом BIOS. Он реализуется с помощью программного прерывания INT 10h, которое имеет несколько десятков функций управления изображением на экране монитора.

       Существует  и альтернативный, более быстрый  способ управления регистрами видеоадаптера: их может изменять прикладная программа (например, драйвер). Часто для тонкой настройки используется программа  PowerStrip, которая позволяет менять содержимое регистров контроллеров и управлять контроллером ЭЛТ. Для видеокарт nVidia существует специализированная программа RivaTuner.

       2.        Принципы создания  электронного изображения

       2.1Принципы  создания изображения электронно-лучевых мониторов

       Основным  элементом электронно-лучевого монитора является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), формирующая изображение. ЭЛТ  представляет собой стеклянную колбу, дно которой покрыто слоем  люминофора, а в горловине установлена  электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью управляющей системы поток электронов отклоняется в нужном направлении, а затем, проходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение. В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue), а слой люминофора состоит из близко расположенных группами по три (в сочетании Red, Green, Blue) точек или полосок цветного люминофора⁴. Для точного попадания в соответствующую точку или полоску широкий электронный луч необходимо сузить до требуемых пределов. Это осуществляется путем установки перед покрытием из люминофора маски, имеющей отверстия с размерами, близкими к размеру единичной точки или ширине полоски люминофора. 

       Поток электронов (луч) может отклоняться  в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы [см. рис 1.2]. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.

       Отклоняющая система состоит из нескольких катушек  индуктивности, размещенных у горловины  кинескопа. С помощью переменного  магнитного поля две катушки создают  отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а другие две - в вертикальной.  
Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Путь электронного луча на экране схематично показан на рис. 1.3. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

       Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) развертки. Частота перехода из нижнего  правого угла в левый верхний  называется частотой вертикальной (или  кадровой) развертки. Амплитуда импульсов  перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов учитываемых при проектировании мониторов.  
После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию [см. формулу 1.1], часть из которой расходуется на свечение люминофора.

       Электроны попадают на люминофорный слой, после  чего энергия электронов преобразуется  в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе.⁵

       2.2 Принципы создания  изображения жидко  - кристаллического  монитора

       Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой [см. рис. 2.1] На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели [см. рис. 2.2].  
При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы [см. рис. 2.3].  
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем [см. рис 2.4а].