Архітектура комп'ютерів

Щелевая маска состоит из параллельных металлических проводников перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Щели между проводниками обеспечивают точное попадание луча на требуемые полосы экрана. Люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы, фактически, разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется щелевым шагом (slot pitch). Щелевая маска используется, помимо мониторов фирмы NEC (разработчика данной технологии), в мониторах Panasonic с плоским экраном PureFlat и LG с плоским экраном Flatron.

Фирма Sony разработала плоские трубки с апертурной решеткой (Aperture Grill), которые более известны как трубки Trinitron. Апертурная решетка представляет собой металлическую решетку из вертикальных линий. Вместо эллиптических ячеек экран содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов трех основных цветов, выстроенных в виде вертикальных полос. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирм Sony, а также СТХ, Mitsubishi, ViewSonic, представляет собой тонкую фольгу, в которой прорезаны тонкие вертикальные линии. Она держится на одной (в больших мониторах — на нескольких) горизонтальной проволочке-струне, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется демпфирующей (стабилизирующей) нитью (damper wire).

Минимальное расстояние между двумя одноцветными нитями на экране называется шагом полосы (strip pitch). Введенные выше понятия: «шаг точки», «щелевой шаг», «шаг полосы» — можно связать с более распространенным общим термином «размер зерна», рассмотренным далее.

В качестве цветных мониторов используются также композитные цветные мониторы, обеспечивающие и цвет, и графику, но с довольно низкой разрешающей способностью.

RGB-мониторы являются более качественными, обладающими высокой разрешающей способностью графики и детализацией цвета, в них для каждого из основных цветовых сигналов отведен свой провод (в композитных все 3 цветовых сигнала проходят по одному проводу).

RGB-мониторы работают совместно с цветным графическим контроллером.

Три типа видеомониторов: CD (Color Display), ECD (Enhanced CD) и PGS (Professional Graphics System) — определяли стандарт цветных мониторов широкого применения, но в настоящее время заслуживают внимания только последние из них.

 

Виды развертки  изображения на мониторе

Блок разверток может  подавать в отклоняющую систему  монитора напряжения разной формы, от которой зависит вид развертки  изображения. Различают три типа разверток:

□ растровую;

□  матричную;

□  векторную.

Растровая развертка представляет собой набор непрерывных горизонтальных линий, последовательно заполняющих весь экран, то есть весь экран сканируется последовательно строка за строкой. Такая развертка выполняется при подаче на горизонтальные (для строк) и вертикальные (для кадров) пластины отклоняющей системы напряжений пилообразной формы.

Матричная развертка отличается от растровой тем, что заполняющие экран горизонтальные линии не непрерывны, а состоят из отдельных точек. Электронный луч перемещается по экрану скачками от одного пиксела к другому. Такой эффект достигается при предварительном квантовании пилообразных напряжений, подаваемых в отклоняющую систему через цифроаналоговые преобразователи. Обычно в составе такой системы имеются счетчики, что позволяет перемещать отклоняющий луч сразу в любую заданную точку экрана путем установки кодов в счетчиках строчной и кадровой развертки, соответствующих координатам нужного пиксела.

Векторная развертка используется для отображения на экране сложных фигур с помощью сплошных линий. Управление вертикальным и горизонтальным отклонением луча осуществляется с помощью набора функциональных генераторов, каждый из которых настроен на формирование определенного простого графического контура (примитива).

 

Цифровые и  аналоговые мониторы

В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые.

В аналоговых мониторах  ручное управление строится на основе поворотных потенциометров, в цифровых — на основе кнопок. В цифровых мониторах удобно

строится многоуровневое экранное меню, используются заранее  установленные графические режимы, но аналоговые мониторы позволяют более  качественно, с большим количеством  полутонов и цветовых оттенков формировать  изображение на экране в высококачественных стандартах (например, стандарт True Color поддерживающий 16,7 млн цветовых оттенков, пока реализуется не во всех цифровых мониторах из-за необходимой большой разрядности шин).

Размер экрана монитора

Мониторы выпускаются  с экранами разных размеров.

Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали  в дюймах: для IBM PC-совместимых ПК приняты типоразмеры экранов 12, 14, 15, 17, 19, 21 и 22 дюйма. Наиболее типичное значение размера экрана для 2003 года — 17 дюймов. Такие мониторы имеют хорошую разрешающую способность, существенно удобнее в работе и менее вредны для здоровья (оператор дальше отодвигается от экрана), но они и заметно дороже, чем их более маленькие собратья. Мониторы с диагональю 14 дюймов еще широко используются на практике, но в продаже их уже почти нет, мониторы с диагональю 15 дюймов пока активно продаются, но былой популярностью уже не пользуются. Дело в том, что монитор — чрезвычайно вредный для здоровья человека компонент компьютера, и экономить деньги при его покупке не следует. Поэтому лучше иметь монитор с большим экраном.

Вертикальная (кадровая) развертка

Важной характеристикой  монитора является частота его кадровой развертки. Смена изображений (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное движение, но глаз при этом из-за мерцания экрана быстро устает. Для большей устойчивости изображения и снижения усталости глаза у современных качественных мониторов поддерживается частота смены кадров (регенерации экрана) не ниже 70-75 Гц; при этом частота строчной развертки достигает значения 40-50 кГц, и обеспечивается хорошая полоса частот видеосигнала — важный параметр, обусловливающий совместимость видеомонитора с видеоконтроллером (по четкости изображения).

Согласованию с видеоконтроллером для достижения устойчивости изображения подлежит и сама частота кадровой развертки. В этом аспекте все мониторы можно разделить на три группы:

□   мониторы с фиксированной  частотой, которые поддерживают всего  один режим изображения;

□ мониторы с несколькими фиксированными частотами, поддерживающие несколько фиксированных режимов изображения;

□ мультичастотные мониторы, автоматически подстраивающиеся под  видеоконтроллер и поддерживающие большое число видеорежимов (например, мультичастотные мониторы с частотами кадровой и строчной разверток, соответственно, 50-120 Гц и 30-60 кГц).

Оптимальной частотой кадровой развертки для 17-дюймовых мониторов  с разрешением 1024 х 768 пикселов считается 85 Гц, ее все современные мониторы выдерживают с максимальной четкостью (резкостью); это значение обусловлено временем послесвечения люминофора.

Строчная развертка

Строчная развертка  может быть построчной и чересстрочной, последняя позволяет получить большую разрешающую способность, но снижает вдвое фактическую кадровую частоту, то есть увеличивает мерцание экрана. Поэтому предпочтительнее построчная развертка (есть мониторы, работающие и в том, и в другом режимах, — при необходимости получения большего разрешения включается чересстрочная развертка).

Разрешающая способность мониторов

Видеомониторы обычно могут  работать в двух режимах: текстовом  и графическом.

В текстовом режиме изображение  на экране монитора состоит из отображаемых символов расширенного набора ASCII, формируемых программным или аппаратным знакогенератором. В текстовом режиме возможно изображение простейших рисунков, диаграмм, рамок, составленных с использованием символов псевдографики.

При выводе символа на экран сначала определяются его  координаты (номер строки и номер  столбца), а затем по коду символа генерируется его форма, в которой он и высвечивается на экране.

Максимальное число  символов, которое может быть отображено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, то есть информационная емкость составляет 2000 символов. В других режимах может отображаться 50 и 60 строк и 40 и 132 символа в строке.

В графическом режиме на экран выводятся видеоизображения, сложные схемы и чертежи, надписи  с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов — пикселов.

Разрешающая способность  мониторов нужна прежде всего  в графическом режиме и связана  с размером пиксела.

Измеряется разрешающая  способность максимальным количеством  пикселов, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Зависит разрешающая способность как от характеристик монитора, так, даже в большей степени, и от характеристик видеоконтроллера. В общем случае каждому пикселу экрана соответствует несколько битов видеопамяти: для отображения 16,7 млн цветовых оттенков, например, требуется 24 бит.

Стандартные значения разрешающей  способности мониторов 640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768, 1280 х 1024, 1600 х 1200, 1800 х 1440, 1920 х 1440, 2048 х 1536, но

реально могут быть и иные значения. Следует заметить, что чем больше разрешающая способность, тем меньше рабочая частота кадровой развертки у мультичастотных мониторов, но в любом случае она не должна быть меньше 65 Гц. Например, у монитора Sony Multiscan 20sf II частота кадров в видеорежиме 640 х 480 составляет 150 Гц, при 800 х 600 - 120 Гц, при 1024 х 768 - 100 Гц, при 1280 х 1024 - 80 Гц и при 1600 х 1200 - 67 Гц.

Из характеристик видеоконтроллера сильнее всего влияет на разрешающую  способность и качество изображения  объем видеопамяти.

Наиболее важной характеристикой  самого монитора, определяющей разрешающую  способность и четкость изображения  на экране, является размер зерна (точки, dot pitch) люминофора экрана монитора: чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Величина зерна современных мониторов имеет значения от 0,25 до 0,28 мм. Строго говоря, определяется не диаметр зерна, а расстояние между центрами зерен.

Следует иметь в виду, что у мониторов с большим  зерном не может быть достигнута высокая разрешающая способность. Например, экран с диагональю 14 дюймов имеет ширину 265 мм, для получения разрешающей способности 1024 точек по горизонтали размер зерна не должен превышать 265 / 1024 = 0,22 мм, в противном случае пикселы сливаются и изображение не будет четким.

В табл. 12.1 указан обеспечивающий высокую четкость максимально допустимый размер зерна экрана мониторов некоторых  типоразмеров для стандартных значений разрешающей способности.

Таблица 12.1. Максимально допустимый размер зерна, мм

Разрешающая способность		Диагональ
		14"	15"	17"	19"
640 х 480	0,35	0,38	0,43	0,50
800 х 600	0,28	0,30	0,34	0,40
1024 х 768	0,23	0,24	0,27	0,31
1280 х 1024	0,18	0,19	0,22	0,25

 

Частотная полоса пропускания

Ширина полосы пропускания  частот имеет важное самостоятельное значение, поскольку от нее зависит четкость изображения на экране (очень часто на коробке от монитора указывается только это значение). Зная лишь ширину полосы пропускания (bandwidth) монитора, можно определить достаточно точно, может ли он работать в требуемом разрешении при необходимой частоте регенерации. Ширина полосы пропускания измеряется в мегагерцах и характеризует, какой может быть минимальная длительность импульса, соответствующего отображению одиночной точки на экране, и, следовательно, ее размер при предельных скоростях строчной развертки. Четкость изображения данных на экране зависит

от полосы пропускания  не только ЭЛТ, но и видеоадаптера, то есть они должны быть согласованы.

Необходимая ширина полосы пропускания зависит от количества пикселов, отображаемых по вертикали и горизонтали, а также от частоты регенерации экрана. Предположим, что Y обозначает число пикселов по вертикали, X — число пикселов по горизонтали, a R — частота регенерации экрана. Чтобы учесть дополнительное время на синхронизацию по вертикали, умножим Y на коэффициент 1,05. Время, необходимое для горизонтальной синхронизации, соответствует примерно 30 % от времени сканирования, поэтому используем коэффициент 1,3. В результате получим формулу для расчета ширины полосы пропускания монитора:

Bandwidth = 1,05 • Y • 1,3 • Х • R

Приведем пример. Если необходимо работать при разрешении 1280 х 1024 и частоте кадровой развертки 90 Гц, то требуемая ширина полосы пропускания  монитора ориентировочно будет равна 1,05 • 1024 • 1280 • 1,3 • 90 = 161 МГц.