Архітектура комп'ютерів

 

Вывод. Дисплей с активной матрицей обеспечивает лучшее качество: хорошую безынерционность, разрешающую  способность, контрастность и яркость изображения, но он существенно более сложный и дорогой. Например, монитор, который может показывать изображение с разрешением 800 х 600 пикселов в режиме SVGA и только с тремя цветами, имеет 1 440 000 отдельных транзисторов.

В табл. 12.6 представлены основные параметры некоторых моделей  современных LCD-мониторов.

 

 

 

Таблица 12.6. Параметры  некоторых LCD-мониторов

Марка	Фирма	Диагональ, дюймов	Размер пиксела, мм	Угол обзора, град	Время отклика, мс	Разрешение, пикселов	Контрастность	Яркость, кд/м2	Глубина с подстав-кой, см	Вес, кг
1503М	NEC	15	0,297	100/120	25	1024 х 768	400:1	250	18,3	6,6
1703М	NEC	17	0,264	140/160	16	1280 х 1024	400:1	250	19,6	5,3
91VM	NEC	19	0,294	170/170	25	1280 х 1024	700:1	250	20,7	6,0
L1530S	LG	15	0,297	140/160	16	1024 х 768	400:1	250	10,5	3,6
L1730S	LG	17	0,264	140/160	12	1280 х 1024	550:1	250	11,5	4,9
L1910S	LG	19	0,294	176/176	25	1280 х 1024	400:1	250	22,3	7,2
AL-1512	Acer	15	0,297	110/120	23	1024 х 768	450:1	350	18	3,7
А1-1714	Acer	17	0,264	130/160	14	1280 х 1024	350:1	370	20,4	5,6
190P5EG	Philips	19	0,264	170/170	15	1280 х 1024	700:1	300	21,0	6,2
510N	Samsung	15	0,297	140/120	16	1024 х 768	450:1	250	17,5	3,1
710N	Samsung	17	0,264	160/160	12	1280 х 1024	600:1	300	17,5	4,4
193Р	Samsung	19	0,294	178/178	20	1280 х 1024	800:1	250	23,6	7,1
НХ73	Sony	17	0,264	160/160	16	1280 х 1024	500:1	400	26,0	7,1
НХ93	Sony	19	0,294	170/170	25	1280 х 1024	800:1	450	26,5	8,5
VG910b	ViewSonic	19	0,294	170/170	25	1280 х1024	600:1	250	18,0	7,5

Компания NEC в конце 2003 года анонсировала две новых модели LCD-мониторов с диагональю экрана 21,3 дюйма, впервые поддерживающих сверхвысокое разрешение 2048 х 1536 пикселов. Первая модель отображает 16 млн цветовых оттенков, контрастность 500: 1, яркость 235 кд/м² (кд — кандела), время отклика 25 мс; вторая модель монохромная: отображает 766 градаций серого, контрастность 700 : 1, яркость 800 кд/м², время отклика 30 мс.

 

Плазменные  мониторы

В плазменных мониторах (PDP — Plasma Display Panels) изображение формируется сопровождаемыми излучением света газовыми разрядами в пикселах панели. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну пластину — горизонтально, на другую — вертикально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пикселы. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом: неоном или аргоном. При подаче высокочастотного напряжения на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводников в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает газовый разряд.

Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовой части спектра, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксел на экране работает, как обычная лампа дневного света.

При разрешающей способности 512 х 512 пикселов панель имеет размеры порядка 200 х 200 мм, при 1024 х 1024 пиксела — 400 х 400; толщина панели порядка 6-8 мм.

Высокая яркость и  контрастность наряду с отсутствием  дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть хорошее изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45° в случае с LCD-мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме того, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет в офисных условиях). Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Сейчас ведутся работы по созданию технологии PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая обещает соединить в себе преимущества плазменных и LCD-экранов с активной матрицей с целью эффективного использования PALC-панелей в компьютерах.

 

Электролюминесцентные мониторы

Электролюминесцентные мониторы (FED — Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта слоем люминофора. Пластины складываются так, что их провода пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы. На пару пересекающихся проводов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для возбуждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения.

 

Светоизлучающие мониторы

В светоизлучающих мониторах (LEP — Light Emitting Polymer) используется в качестве панели полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как панели FED, но через полупроводниковые пикселы пластины пропускается ток (а не создается электрическое поле). На сегодняшний день имеются монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к дисплеям LCD, но уступающие им по сроку службы.

Удалось создать органический полупроводник, имеющий широкий  спектр излучения — в диапазоне  от синего до инфракрасного с эффективностью (коэффициентом полезного действия по мощности) излучения порядка 1 %. Дисплеи  на органических светоизлучателях называют OLED — органические излучающие свет дисплеи.

Многие фирмы (CDT, Seiko-Epson и др.) планируют создать на основе этого материала полноразмерный цветной дисплей. Прототип цветного дисплея был создан с использованием красных, синих и зеленых полимерных материалов с нанесением на подложку экрана по технологии струйной печати. Качество отображения цвета нового экрана аналогично качеству жидкокристаллических дисплеев.

Достоинства LEP-панелей:

□   пластик сам  излучает свет, поэтому не нужна  подсветка, как в LCD-мониторе;

□   LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

□  LEP-дисплеи работают при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеют малый вес, их можно использовать в портативных ПК.

LEP-дисплей обладает крайне малым временем отклика (менее 1 мкс), он годится для воспроизведения видеоинформации.

 

Мониторы на основе «электронной бумаги»

несколько фирм (Philips, Xerox и Е Ink), независимо друг от друга, объявили о разработке технологии создания «электронных чернил» на основе тонкопленочных органических полимеров, позволяющих создавать мониторы на «электронной бумаге». Пикселы на подложке — специальной электропроводящей водо-

отталкивающей «бумаге» — создаются масляными капельками органического светоизлучателя, а  нужная конфигурация размещения капелек формируется электростатическим полем (при снятии электрического поля капли растекаются по «бумаге» и изображение исчезает). Сверху масляная пленка закрывается стеклом с напыленным на него прозрачным электродом. Если вместо стекла использовать полимерную пленку, то электронную бумагу и весь экран монитора можно сворачивать в рулон. Возможно создание и цветных мониторов на «электронной бумаге» - пикселы разного цвета из капель красных, синих и зеленых полимерных материалов формируются разными напряженностями электрического поля.

 

Стереомониторы

Разработано и второе поколение мониторов, создающих  объемное трехмерное изображение. Для  создания трехмерного (3D), а точнее стереоскопического изображения необходимо показывать левому и правому глазам разные картинки, как бы снятые с разных точек в пространстве. В первом поколении 3D- мониторов для разделения картинок, показываемых левому и правому глазам, использовали специальные очки. В «шлемах виртуальной реальности» перед глазами помещают два разных монитора.

В 2004 году предложена иная технология. Экран покрывается пленкой  с рядами вертикальных треугольных  призм, и получается эффект, используемый в детских стереооткрытках: левый  глаз видит только нечетные столбцы  пикселов, а правый — четные. В  результате можно создать полное впечатление стереоизображения.

 

Лекция 23

Видеоконтроллеры

 

Видеоконтроллер {видеоадаптер) является внутрисистемным устройством, преобразующим данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющим монитором и выводом информации на его экран. Видеоконтроллер содержит графический контроллер, растровую оперативную память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, а для аналоговых мониторов — и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие  сигналы для монитора и управляет  выводом закодированного изображения  из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным  процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной графикой и т. п. Основными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 20-ускорителя, ядро ЗО-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле (видеочипсете) видеоконтроллера.

Поясним некоторые компоненты:

□   2D-ускоритель — устройство, осуществляющее обработку графики в двух координатах на одной плоскости;

□   3D-ускоритель — устройство, осуществляющее формирование и обработку трехмерных изображений. В процессе формирования 3D-изображения аппаратный 3D-ускоритель взаимодействует со специализированным программным обеспечением. Таким программным обеспечением, существенно облегчающим работу 3D-ускорителя, являются интерфейсы API: Direct X, Open GL, Open ML. Эти интерфейсы поддерживаются большинством современных видеочипсетов.

В чипсете GeForce3 впервые стали использоваться небольшие программки — шейдеры, которые прикладные программы посылают на видеоконтроллер. Если последний распознает их, то обеспечивается возможность обрабатывать трехмерные изображения с гораздо большей точностью.

Процесс построения трехмерных компьютерных изображений (часто называемый конвейером) имеет несколько этапов:

1.   Определение  состояния объектов.   

2.   Определение  соответствующих текущему состоянию  геометрических трехмерных моделей.

3.   Разбиение этих  моделей на простые элементы  — графические примитивы, в  качестве которых чаще всего  используют треугольники. Треугольники  в качестве примитива весьма удобны: для их размещения в пространстве достаточно указать координаты всего трех углов; эти же координаты полностью определяют положение и всей плоскости в трехмерном пространстве (именно на этом этапе подключается аппаратный 3D-ускоритель).

4.  Преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с которыми работают аппаратные компоненты.

5.   Закраска примитивов (формирование текстур) и финальная  обработка.

Текстура — это  поверхность среза трехмерного  объекта, фрагмент изображения, заносимый в примитив или на весь графический слой. Текстуры хранятся в буфере видеопамяти и путем прямой адресации могут оперативно выводиться на отображение в мониторе.

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

Важная характеристика — емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.