Устройства отображения информации

207

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Дисплей, видеокарта

ПОНЯТЬ

Название. ДИСПЛЕЙ, МОНИТОР

От английского display - показывать.

Дисплей относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходимую пользователю информацию о работе и состоянии системы на принтер (так оно и было в первых моделях ЭВМ), но это длительный процесс и не очень наглядный. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, как и реакция системы на них.

Назначение

Устройство визуального отображения информации. Или, более точно, устройство отображения информации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и программным обеспечением компьютера. Важнейший компонент пользовательского интерфейса.

Принципы работы

Так как информация бывает разной, то используются разнообразные устройства отображения информации. Приведем краткую классификацию дисплеев.

Рис. 1 Виды дисплеев

Отличие алфавитно-цифровых (иногда называют “знакоместных”) и графических дисплеев состоит в том, что:

первые способны воспроизводить только ограниченный набор символов, причем символы могут выводиться только в определенных позициях экрана (чаще всего на экран можно вывести 24 или 25 строк по 40 или 80 символов в строке);

вторые отображают как графическую, так и текстовую информацию, при этом экран разбит на множество точек (пикселей от англ. piсture element - элемент картинки), каждая из которых может светиться тем или иным цветом. Из этих светящихся точек и формируется изображение.

Монохромные устройства способны воспроизводить информацию только в каком-либо одном цвете, возможно, с различными оттенками (градациями яркости). Встречаются черно-белые экраны, а также зелено-желтые. Многие специалисты признают, что для длительной работы за компьютером лучше использовать монохромный монитор: глаза при этом устают намного меньше.

Цветные дисплеи обеспечивают отображение информации в нескольких цветах (от 16 до более чем 16 миллионов). Фактически, современные мониторы могут отображать столько цветов, сколько позволяет видеокарта.

Как образуются цвета на экране современного дисплея?

Изображение состоит из отдельных точек (зерно экрана). Каждое зерно экрана состоит из трех точек, одна из которых может светиться красным цветом (англ. Red), вторая - зеленым (англ. Green), третья - синим (англ. Blue), а могут и не светиться (быть темными). Комбинация красного и зеленого дает желтый, синего и зеленого - голубой, синего и красного - пурпурный, комбинация всех трех цветов одной яркости дает белый, отсутствие всех цветов дает черный. Любой оттенок, различимый человеческим глазом, можно получить, “смешивая” эти три цвета в той или иной пропорции. Как такового смешения цветов не происходит - физически каждая точка располагается на определенном месте. Особенность зрения человека состоит в том, что на некотором расстоянии от экрана он воспринимает близко расположенные цветовые точки различной яркости как единый элемент - пиксель. Воспринимаемый цвет пикселя является результатом смешения в восприятии основных составляющих его цветов. Такая модель цветообразования называется RGB-моделью.

Наиболее распространены дисплеи на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Большинство персональных компьютеров оснащено в основном ЭЛТ-дисплеями. Работают подобно бытовому телевизору.

Под воздействием электрических полей в “электронной пушке” разгоняется поток электронов. Далее при помощи электромагнитных полей пучок отклоняется в нужную сторону. Затем, проходя через апертурную решетку, этот поток фокусируется, доходит до экрана и заставляет светиться маленькое пятнышко люминофора (зерно экрана) с яркостью, пропорциональной интенсивности пучка. Так работают монохромные устройства. В цветных мониторах зерно экрана составляют три пятнышка люминофоров разного цвета (красного, зеленого и синего) и потоки электронов посылаются тремя “пушками”, причем, электронный луч для каждого цвета должен попадать на свой люминофор.

Преимущества: современные ЭЛТ-мониторы имеют высокое качество изображения, достаточно дешевы и надежны.

Недостатки: достаточно громоздки и потребляют много энергии.

Жидкокристаллические панели (Liquid-Crystal Display). Действие основано на эффекте потери жидкими кристаллами своей прозрачности при пропускании электрического тока. Применяются преимущественно в портативных компьютерах (notebook).

Преимущества: не создают вредного для здоровья пользователя излучения, наиболее экономичны в потреблении энергии, обеспечивают хорошее качество изображения.

Недостатки: достаточно дороги, небольшие (14’’) размеры экрана, если смотреть на экран сбоку, то почти ничего нельзя разглядеть.

Интересный факт. Первое описание таких странных веществ, как жидкие кристаллы, было сделано еще в 1888 году. Первый дисплей на них был создан в 1966 году, но интересен он был лишь с точки зрения науки, а не практики, так как работал лишь при температуре 80⁰С и имел очень маленькие размеры. Сегодня технология изготовления LCD-дисплев достигла того уровня, когда бракованным считается экран, на котором не работает всего одна точка.

Газо-плазменные дисплеи (plasma displays). Действие основано на свечении газа при пропускании через него электрического тока. Схема такова: два листа, между ними инертный газ; один из листов прозрачный, а на втором расположены электроды, на которые подается напряжение. Обычно газо-плазменные индикаторы состоят из нескольких подобных элементарных ячеек, число точек в каждой из которых подобрано наиболее оптимальным образом для отображения одиночных символов. (Выглядит это примерно так же, как часы в метро). Эти дисплеи применяются в основном в специализированных ЭВМ для отображения строк символов.

Светодиодные матрицы (LED display). Обычно применяются во встроенных ЭВМ (используемых в автоматизированных линиях на промышленном производстве, в робототехнике и т.д.) для отображения небольших объемов текстовой информации.

Перспективная разработка - панели на основе светящихся пластмасс (LEP-панели) - Чем хороши LEP - элементы. Во-первых, они светятся сами, что снижает энергопотребление. Наносятся кусочки пластика, излучающего красный, синий, зеленый свет на гибкую пластиковую основу точно так же, как люминофор на поверхность кинескопа, к ним подводятся проводники - экран готов. Во-вторых, небольшой вес при больших размерах. Например, гибкий пластиковый экран размером метр на метр может весить несколько десятков грамм. В-третьих, надежность.

Особенности

На протяжении многих лет механизмы (способы) связи между компьютером и дисплеем непрерывно видоизменялись, все более совершенствуясь. Для подключения дисплея к компьютеру необходим соответствующая карта - видеоадаптер.

Пользовательские характеристики

1. Размер экрана по диагонали. Измеряется в дюймах. Имеются 14’’, 15’’, 17’’, 21’’ и др. мониторы.

Следует помнить, что размер изображения как правило на дюйм меньше размера кинескопа.

Считается, что 15’’ монитор отлично подходит для работы в домашних условиях; 17’’ монитор необходим для профессиональной работы с графикой; размеры экрана, большие 21’’ для персонального монитора на сегодняшний день не очень удобны для пользования, так как экран тяжело окинуть взглядом.

1. Размер зерна экрана (шаг точки экрана) - расстояние миллиметрах между двумя соседними люминофорами одного цвета. Меньший шаг точки соответствует более резкой и контрастной картинке, создавая общее впечатление чистоты цвета и четкого контура изображения. У мониторов разного типа размер зерна экрана может находиться в пределах от 0.18 до 0.50. Наиболее оптимальными для восприятия считаются мониторы с зерном экрана от 0.24 до 0.28

2. Разрешающая способность - число пикселей (точек экрана) по горизонтали и вертикали. Эта характеристика определяет контрастность изображения. Она зависит от размера экрана и размера зерна экрана, но может изменяться (в определенных пределах) с помощью программной настройки.

В таблице 1 приведены некоторые оптимальные с точки зрения эргономики разрешающая способность при различных размерах кинескопа, размерах зерна экрана.

Таблица 1

Взаимосвязь размера экрана, размера зерна, разрешения экрана

ПРИМЕР

Монитор Вашего компьютера 14’’. По паспортным данным Вы определили, что размер зерна экрана 0.24. Объем памяти видеакарты 512 Кб. Как определить, какую разрешающую способность и какую цветность Вы можете установить на своем мониторе?

Определим, какое максимальное разрешение возможно.

Диагональ экрана: 14 дюймов  14 * 2.54 *10 мм = 355.6

Сторона экрана: диагональ /  2  250.42

Максимальное количество точек определяется как отношение сторона экрана к размеру зерна = 250.42 / 0.24  1044. Таким образом, на Вашем экране можно установить максимальную разрешающую способность 1024х768. Конечно же, можно установить ее и как 800х600, и как 640х480.

Рассмотрим сначала возможность установления разрешения 640х480.

Поделим 512000 байт на (640х480) точек экрана. Получим, что на одну точку у нас будет приходиться 1.67 байт.

Для хранения информации о цвете одной точки используется либо 4 бита, либо 8 бит (1 байт), 16 бит (2 байта), 24 бита (3 байта) - эта характеристика называется глубина цвета.

В нашем случае, для хранения кода цвета будет использоваться 8 бит и всего можно установить 2⁸ = 256 цветов.

Рассмотрим возможность установления разрешения 800х600.

512000 / (800х600) = 1.07 (байт). То есть можно установить 256-цветный режим работы.

Рассмотрим возможность установления разрешения 1024х768.

512000 / (1024х768) = 0.65 (байт). То есть можно установить только 2⁴ = 16-цветный режим работы.

Если же для работы Вам требуется экран с наилучшими на сегодня параметрами, то для установки фотореалистичной цветовой палитры (16777216 оттенков) (глубина цвета при этом 24 бита) и высокой разрешающей способности (1600х1280) Вам потребуется:

1600х1280х24 ~ 6 Мб видеопамяти и

21 дюймовый монитор с зерном экрана не выше 0.24 или

17-дюймовый монитор с зерном экрана 0.19.

1. Число передаваемых цветов. Начиная со стандарта VGA любой монитор способен отображать столько цветов, сколько обеспечивает видеокарта, вернее, объем памяти видеокарты.

2. Частота кадровой развертки (скорость регенерации экрана, частота синхронизации) - это число изображений на экране монитора, перерисовываемых лучом электронной трубки за единицу времени. Данный параметр показывает, с какой скоростью обновляется изображение на экране. Измеряется в герцах.

При изменении изображения с частотой кадровой развертки менее 50-60 Гц человеческий глаз успевает реагировать на изменение картины экрана, становится заметным мерцание экрана. При этом глаза устают, воспаляются, появляется головная боль. Именно поэтому разработан европейский стандарт, определяющий минимальную допустимую частоту кадровой развертки на уровне 70 Гц, а рекомендуемую - не менее 85 Гц.

1. Соответствие стандартам безопасности.

Поскольку при работе за компьютером наибольшее “внимание” пользователем уделяется именно изображению на экране дисплея, а ЭЛТ-мониторы, как любой телевизор, излучает электромагнитные волны во всех диапазонах - от частоты развертки кадров (50-100 Гц) до рентгеновского, то здоровья это не добавляет. И если от телевизора хоть можно отодвинуться, то при работе с компьютером... Были разработаны мониторы с внутренним экранированием и пониженным уровнем излучения (LR - Low Radiation). Позже был приняты стандарты на допустимый уровень излучения монитора - MPR II и ТСО’92.

Глазу вредят и блики - отражение от экрана постороннего света. Специальные антибликовое покрытие хороших мониторов поглощает отраженный свет. Снизить излучение и отражение можно, навесив на монитор специальный экран.

ЗАМЕЧАНИЕ

Кинескоп излучает мощные электромагнитные волны не только вперед, но и вбок, и назад. Экран может защитить от излучений Вас, но не Ваших соседей по комнате. Ставьте монитор “спиной” к стене, поскольку наиболее опасной зоной в персональном компьютере являются задние панели системного блока и дисплея. И старайтесь не работать за мониторами, не соответствующими стандарту безопасности.

Интересный факт

Исторически сложилось, что устройство отображения называют и дисплеем, и монитором (видеомонитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины часто используются как синонимы, хотя в общем случае каждое из названий используется, чтобы подчеркнуть, высветить ту или иную особенность применения.

Дисплей - это общее название для устройства показывающего, отображающего информацию. Под управлением ЭВМ в качестве дисплея может работать даже бытовой телевизор. Казалось бы проблема решена - есть устройство, позволяющее быстро отображать состояние системы. Однако оказалось, что при продолжительной работе пользователь быстро устает: это устройство существенно влияет на работоспособность, эмоциональный настрой, самочувствие и способно привести даже к потере зрения. Возникла необходимость оптимизировать характеристики экрана, добиться более четкого и устойчивого изображения, чтобы избежать излишней утомляемости. Были разработаны специализированные устройства - мониторы, предназначенные для контроля вычислительного процесса и управления системой (от англ. monitor - староста в классе, наблюдающий за порядком; корректирующее или управляющее устройство).

Клавиатуру и монитор можно связать с компьютером как отдельные устройства или соединить их в терминал, связанный с компьютером как единое целое. Обычно терминалы используются в системах коллективного пользования, когда с одним и тем же центральным компьютером одновременно работают много пользователей. Такой способ называют работой в режиме удаленного доступа.

Название. ВИДЕОКАРТА, ВИДЕОАДАПТЕР

Назначение

Устройство, управляющее дисплеем и обеспечивающее вывод изображений на экран. Определяет разрешающую способность дисплея и количество отображаемых цветов.

Сигналы, которые получает дисплей (числа, символы, графическую информацию и сигналы синхронизации) формируется именно видеокартой.

Возможности ПК по отображению информации определяются совокупностью (и совместимостью) технических характеристик дисплея и его адаптера, то есть видеосистемы в целом.

Практически все современные видеокарты принадлежат к комбинированным устройствам и помимо главной своей функции - формирование видеосигналов - осуществляют ускорение выполнения графических операций, для этого на видеокарте устанавливаются специальные процессоры, позволяющие выполнять многие операции с графическими данными без использования центрального процессора. Такие устройства называются видеоадаптерами или видеоакселераторами. Они значительно ускоряют вывод информации на экран дисплея при работе с графическими программными оболочками, трехмерной графикой и при воспроизведении динамических изображений.

Принципы работы

Видеоадаптер состоит из:

• набора микросхем (или одной интегрированной микросхемы - видеоакселератора);

• цифро-аналогового преобразователя данных, находящихся в видеопамяти, в видеосигнал;

• видеопамяти;

• самой платы с разъемами.

Основные виды и пользовательские характеристики

В настоящее время насчитывается более 30 модификаций видеокарт, различающихся конструкцией, параметрами и стандартами. Приведем классификацию видеокарт по принятым стандартам.

Исторический факт

К началу 80-х годов в качестве мониторов обычно использовались алфавитно-цифровые видеотерминалы (терминал – рабочее место пользователя большой ЭВМ – дисплей + клавиатура), которые подключались к большой или мини-ЭВМ при помощи обыкновенных последовательных каналов связи. Скорость обмена данными по таким линиям была очень низкой, поэтому об отображении графики не шло и речи. Первые персональные компьютеры ради удешевления конструкции обходились без специализированного монитора: вместо этого они снабжались специальным видеовыходом, сигнал с которого подавался на обычный бытовой телевизор.

Первые серийные IBM PC комплектовались MDA в качестве видеокарты и монохромными алфавитно-цифровыми мониторами MD с максимальным разрешением 720х350 точек.

ЗНАТЬ

Пользовательские характеристики дисплеев:

• размер экрана по диагонали (измеряется в дюймах);

• размер зерна экрана;

• разрешающая способность;

• число передаваемых цветов;

• частота кадровой развертки;

• соответствие стандартам безопасности.

Формирование видеосигналов, в соответствии с которыми дисплей может отображать информацию различных видов на экран, и ускорение выполнения операций над данными графического вида осуществляется видеокартой (видеоадаптером, видеоакселератором - в настоящее время это почти синонимы).

Пользовательские характеристики видеоадаптеров:

• объем и тип видеопамяти;

• функциональные возможности процессора (микросхем);

• совместимость с дисплеем и шиной соединения.