Пристрої відображення інформації (ПВІ) широко використовуються для виведення алфавітно-цифрової та графічної інформації, відображення довідкових даних по об'єктах контролю та управління технологічними процесами. Пристрої відображення інформації дозволяють надавати людині інформацію у найсприятливішому вигляді типу текстів, таблиць, рисунків, діаграм. Висока швидкодія більшості пристроїв відображення дозволяє використовувати їх у реальному масштабі часу.

Пристрої відображення можна класифікувати:

а) за методом використання;

б) за часом поновлення інформації;

в) за використанням символів;

г) за технічною реалізацією.

Так, за методом використання ПВІ поділяються на групові та індивідуальні. Групові ПВІ є пристроями колективного використання, вони мають великий розмір екрана, розвинуте математичне забезпечення функціональних можливостей. Такі пристрої встановлюють в диспетчерських пунктах або залах керування польотами і дозволяють взаємодіяти з інформацією значній кількості операторів. Пристрої індивідуального використання відрізняються малими габаритами, вони призначені для взаємодії з одним або двома операторами.

В залежності від характеру задач можливі два режими поновлення інформації. Перший режим дозволяє відслідковувати відображення безперервно в режимі реального часу, а другий дозволяє дискретне відображення через певні проміжки часу. Робота ПВІ в реальному масштабі часу має на увазі наявність такого спостереження оператором візуальної інформації, коли забезпечується її повне сприйняття. В другому випадку інформація надається оператору з затримкою. Припустимість затримки визначається швидкістю протікання процесів в інформаційній системі.

За використанням символів поділ проводиться на алфавітно-цифрові, графічні та мнемонічні. За конкретною технічною реалізацією поділ ПВІ ведеться на пристрої на основі: електронно-променевих трубок безпосереднього відображення; електронно-променевих трубок з проектуванням на екран; газорозрядних, електролюмінісцентних, квантових та інших пристроїв індикації.

До основних характеристик пристроїв відображення інформації відносяться:

Швидкодія;

Об'єм інформації, що відображається;

Спосіб відображення інформації;

Параметри зображення;

Метод зв'язку з ЕОМ.

Швидкодія ПВІ характеризується швидкістю поновлення інформації на екрані ПВ, періодичністю зміни цієї інформації, часом накопичення даних для відображення кадру та максимальною частотою надходження запитів на відображення.

Об'єм інформації, що відображається, оцінюється загальним об'ємом даних, що одночасно відображаються, числом окремих пристроїв відображення та кількістю операторів, які одночасно працюють з ПВІ.

Спосіб відображення інформації характеризується методом кодування інформації, символікою, що використовується, та форматами даних.

До параметрів зображення відносять яскравість, контрастність, роздільну здатність. Метод зв'язку з ЕОМ визначається інтерфейсом.

2. Засоби відображення інформації

До засобів відображення інформації відносять електронно-променеві трубки, електролюмінісцентні панелі, газорозрядні індикатори та панелі, електролюмінесцентні індикатори, рідкокристалічні індикатори.

Електронно-променева трубка являє собою електронний прилад, в якому електронний промінь, що випромінюється катодом, фокусується в поперечному перерізі до розмірів крапки на екрані, покритому люмінесцентним матеріалом. Найбільш просто побудовані ЕПТ з електростатичним відхиленням (рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура електронно-променевої трубки

ЕПТ складаються з скляної (або металевої) колби, що розширюється від вузької горловини до екрана. В колбу вставляється електронна гармата, яка розташована в горловині колби і складається з катода, керуючого електрода, прискорювальних та фокусувальних електродів, відхиляючих пластин та інших елементів.

Електронна гармата випромінює з поверхні катода, вкритого окисною плівкою, потік електронів. Цей потік ініціюється шляхом нагрівання поверхні катода за допомогою спеціального підігрівача. Інтенсивність потоку електронів регулюється потенціалом керуючого електрода, який, як правило, є від'ємним по відношенню до потенціалів на прискорювальних електродах ПЕрі, ПРЕ2. Цей же електрод визначає коефіцієнт підсилення вхідного сигналу в проміжку керуючого електрода -- першого прискорювального електрода:

М= - Vnp/Uynp

Керуючий електрод є по суті модулятором електронного потоку, що випромінюється катодом. Ця модуляція здійснюється сигналом, який необхідно відобразити на екрані ЕПТ.

Прискорювальний електрод надає електронному потокові швидкості, достатньої для ефективного бомбардування люмінесцентного матеріалу з його засвічуванням в зоні бомбардування. Для того щоб електронний потік дозволяв формувати на екрані ЕПТ чіткі зображення, потрібно забезпечити його фокусування перед падінням на екран. Таку функцію забезпечує електростатична лінза, що складається з першого прискорювального електрода та фокусувального електрода ФЕ, відстань між якими А1 та потенціали впливають на розмір світлового елемента (крапки) на екрані ЕПТ.

Після фокусування необхідно забезпечити відхилення світлового елемента по екрану як в горизонтальному, так і в вертикальному напрямках. Таке відхилення в сукупності з відповідною модуляцією кожного з елементів дає можливість отримати на екрані ЕПТ відображення інформації, яка надходить на керуючий електрод. Забезпечує відхилення спеціальна відхиляюча система з 4-х попарно ортогональних пластин.

Для ЕПТ статичного типу потенціал катода дорівнює нулю, керуючого електрода - від мінус 100В до плюс 2В, першого прискорювача на рівні 400 - 500В, фокусуючого електрода від 0 до 400В -500В, на другому прискорювачі - до 15кВ.

Окрім електростатичного відхилення електронних променів застосовується також магнітне, яке має дещо гірші характеристики порівняно з електростатичними, проте використовується частіше.

Газорозрядні прилади з'явились в 40 - 50 роках нашого сторіччя у вигляді неонових сигнальних індикаторних ламп змінного струму. Однак з появою газорозрядного індикатора постійного струму, ці прилади досягли бурхливого розвитку у вигляді матричних панелей. Принцип роботи газорозрядного індикатора ґрунтується на тому, що при переході електрона з верхнього енергетичного рівня атома на більш низький, або втраті електрона атомом, газ випромінює світло. При втраті одного електрона більшістю атомів газу говорять про те, що газ іонізований (атоми перетворились на іони). Станом іонізації управляють за допомогою енергії зовнішнього електричного поля, що достатня для виведення електрона з поля атома. Ця енергія забезпечується подачею напруги на певні електроди між якими знаходиться газ. Існує багато схем газорозрядних приладів. Найбільш типова з них складається з двох скляних пластин, одна з яких прозора (рис.2). Простір між пластинами заповнюється газовою сумішшю, а на поверхні пластин напиляються провідники. При подачі на провідники напруги газ починає іонізуватися і при певному значенні напруги виникає світловий розряд. Колір світлового розряду визначається газом заповнення.

Рисунок 2 - Конструкція газорозрядної комірки

Електролюмінесцентні панелі. Першим прикладом використання явища люмінесценції стали матричні електролюмінесцентні поперечні панелі. Конструкція такої панелі (рисунок 3) складається з двох електродів, типу катода та анода, між якими нанесено люмінесцентний шар з порошку сульфату цинку (ZnS) та марганцю (Мп). На поверхню люмінесцентного шару наноситься порошкова мідь, яка виступає активатором формування люмінофорних комірок.

Рисунок 3 - Конструкція електролюмінесцентної панелі

При прикладанні до електродів постійної напруги на поверхні кожної люмінофорної гранули формується напівпровідниковий перехід, який починає випромінювати світло. Яскравість цього світла залежить від величини напруги та яскравості люмінофора. Деяке збільшення характеристик яскравості досягається в конструкції коли порошок замінюється на люмінофорну плівку, яка нанесена на скляну підкладку. Плівка також виготовляється з сульфату цинку (ZnS), марганцю (Мп) та міді (Од). Характерна напруга, що прикладається до пари електродів знаходиться на рівні 50В.

Рідкокристалічні індикатори. Рідкокристалічні індикатори відрізняються від люмінесцентних та газорозрядних індикаторів тим, що не випромінюють світла та не вимагають додаткового зовнішнього підсвічування. Вони працюють на принципі модулятора шляхом пропускання та відбивання світла. Регулювання потоку світла досягається тим, що рідкокристалічна комірка розміщується на шляху світлового потоку, а її коефіцієнт оптичного пропускання змінюється за рахунок подачі електричного поля. Рідкий кристал зовнішньо нагадує звичайну рідину, але подібно електролюмінесцентному кристалу має впорядковану структуру у вигляді витягнутих молекул.

Конструктивно рідкокристалічний індикатор (рис.4) являє собою скляний резервуар, обидві стінки якого мають провідникове покриття. Всередині цього резервуару знаходиться кристалічна рідина.

Рисунок 4 - Рідкокристалічний індикатор

В певних умовах, молекули рідини розміщуються перпендикулярно скляним пластинам. Якщо на провідникові покриття подати достатню напругу, характер розміщення молекул зміниться і зміниться коефіцієнт світловідбиття. Хоча рідкокристалічні комірки можуть збуджуватись постійним струмом в більшості випадків використовується збудження змінним струмом. Постійний струм швидше зруйновує комірки. На практиці частота перемикання складає 30Гц, хоча при певних умовах можлива робота і на частоті 1кГц.

3. Стандартизація пристроїв відображення на ЕПТ

Стандартизація пристроїв відображення на ЕПТ встановлює принципи взаємодії між складовими частинами ЕОМ та відеопідсистемою в склад якої входять монітор та відеоадаптер. За типом інтерфейсу відеомонітора з відеоадаптером пристрої відображення поділяються на композитні, цифрові та аналогові RGB, за типом відеоадаптера на MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA.

Композитні пристрої відображення (дисплеї) мають один аналоговий вхід на який надходить відеосигнал в відеостандартах NTSC (американський стандарт) або PAL - SECAM (Європа, СНГ). Композитні дисплеї застосовувались найчастіше з відеоадаптерами типу MDA та CGA. Вони мають однокольорове зображення (чорно-біле).

Цифрові пристрої відображення мають до шести вхідних ліній за їх допомогою відображаються до 2•n (12) кольорів (де n - кількість вхідних ліній). Цей тип дисплеїв застосовували найчастіше відеоадаптери типу CGA та EGA.

Аналогові пристрої відображення мають три аналогових лінії, кожна з яких управляє своїм кольором (червоним -- R, синім -- В, зеленим -G) електронного променя кольорової ЕПТ. Спектр кольорів на екрані ЕПТ утворюється шляхом зміни интенсивності базових кольорів та їх змішування. Аналоговий RGB дисплей, як правило, використовується з VGA та SVGA відеоадаптерами.

Відеоадаптер типу MDA (monohrome displey adapter) був розроблений для роботи з однокольоровими електронно-променевими трубками. Він мав роздільну здатність 80x25 знакомісць зображення, причому кожне знакомісце забезпечується матрицею 7x9 елементів зображення (крапок зображення, пікселів).

Відеоадаптер типу CGA забезпечував роботу з кольоровими ЕПТ. Кількість кольорів дорівнювала 4. Адаптер CGA дозволяв обробляти кольорову графічну інформацію з роздільною здатністю 320x200 елементів зображення. Окрім графічної CGA монітори можуть відтворювати символьну інформацію для чого мають до 16 кбайт пам'яті відеокартки. Вищевказані відеоадаптери практично не використовуються в сучасних комп'ютерах, їх замінили відеоадаптери реалізовані по стандартах EGA, VGA та SVGA.

Відеоадаптер EGA був поширений на комп'ютерах типу AT, XT та 286. він забезпечує відображення графічно-символьної інформації з 16 кольорами з роздільною здатністю до 640x350 елементів зображення.

Відеоадаптер VGA довгий час був загальноприйнятим для 386 комп'ютерів. Цей відеоадаптер забезпечує підтримку до 256 кольорів, однак може підтримувати і монохромний (однокольоровий) режим. В режимі підтримки 256 кольорів роздільна здатність забезпечується на рівні 320x200 елементів, в той же час режим підтримки 16 кольорів забезпечує роздільну здатність до 640x480 елементів.

Відеоадаптер SVGA дозволяє забезпечувати надвисоку роздільну здатність від 640x480 до 1024x1024 елементів зображення і більше при 256 кольорових відтінках. В основному SVGA адаптер поставляється починаючи з 486 машин.

Кожний відеоадаптер має відповідну програму керування, яка називається драйвером (EGA, VGA, SVGA). Монітори можуть працювати в різних стандартах шляхом використання відповідних драйверів та об'ємів оперативної пам'яті (відеокартка).

Розвиток пристроїв відображення відбувався паралельно розвитку ПК. До появи IBM PC більшість дисплеїв були алфавітно-цифровими. Це означало, що інформація, яка записувалась процессором у відеопам'ять складалась не з пікселів (крапок), а з символів і перетворення цих символів у пікселі здійснювалось самим пристроєм відображення (дисплеєм, відеомонітором). Перші ПК типу IBM PC поставлялись з алфавітно-цифровими дисплеями та відеоадаптером MDA. Роздільна здатність була 80x25 символів з матрицею пикселів 7x9. В подальшому вони були заміщені дисплеями з відеоадаптерами типу CGA та EGA, що забезпечили більш високу роздільну здатність та кольорове зображення.

4. Алфавітно-цифрові дисплеї

За ступенем складності і повнотою виконуваних функцій алфавітно-цифрові дисплеї можна підрозділити на дисплеї прості з апаратною реалізацією основних функцій і "інтелектуальні", у яких функції обробки інформації виконуються програмно- керованим дисплейним процесором.

На рисунку 5 наведена структурна схема алфавітно-цифрового дисплея

Рисунок 5 - Структурна схема АЦД

В цій схемі використано такі абревіатури:

БК - блок керування,

ВПС - відеопідсилювач сигналів,

ЕПТ - електронно-променева трубка,

БЗП - буферний запам'ятовувальний пристрій,

БРВ - блок розгортки та відхилення електронного променя,

БВВ - блок введення/виведення даних,

ІВВ - інтерфейс зв'язку з ЕОМ,

АЦК - алфавітно-цифрова клавіатура,

ЗГ - знакогенератор.

Двосторонній зв'язок з ЕОМ здійснюється за допомогою інтерфейсу введення-виведення (ІВВ). Блок введення-виведення (БВВ) керує напрямком переміщення інформації відповідно до режимів роботи дисплея: автономного, автоматичного, режиму передачі даних. За вибір цих режимів відповідають певні клавіші АЦК.

В автономному режимі роботи АЦД на вхід БЗП підєднується алфавітно-цифрова клавіатура, що дозволяє вводити текст, при цьому зв'язок з ЕОМ через інтерфейс ведення - виведення розривається.

В цьому режимі роботи забезпечується можливість редагування тексту. Функції редагування полягають у стиранні чи записуванні символу або рядка, чи заміні (вставці) символа або рядка, переміщенні сторінки чи стиранні сторінки.

В автоматичному режимі роботи встановлюється двосторонній зв'язок з ЕОМ, що забезпечує введення інформації в БЗП. Взаємодія оператора з АЦД забезпечується за допомогою клавіатури ЕОМ.

Режим передачі даних забезпечує передачу відредагованої на екрані АЦД інформації з пам'яті дисплея в ЕОМ.

Формування тексту на екрані ЕПТ забезпечують БЗП, ЗГ, блок розгортання та відхилення (БРВ) і відеопідсилювач (ВПс) при безпосередній участі блоку керування (БК). Місце розташування символа на екрані ЕПТ жорстко зв'язано з визначеною коміркою БЗП, у якій зберігається код символу.

При відображенні текстів інформація, яка надходить в пристрій відображення (ПВ), має вигляд стандартних кодів. Якщо відображається графічна інформація, то вхідні дані визначають координати окремих крапок чи елементів зображення. В текстових ПВ ємність буферного ЗП повинна бути достатньою для запам'ятовування всіх кодів символів, які відображуються на екрані ЕПТ. Оскільки відображення тексту розбивається на ряд текстових рядків з обмеженою кількістю знаків в них, то максимальний об'єм інформації яка відображується на екрані можна визначити як

NeKp = Nстp•N3H•n,

де NeKp - об'єм буферного ЗП для зберігання всіх символів екрана

NCTp - кількість рядків, що відображається на екрані

N3H - максимальна кількість знаків в рядку

n - кількість біт інформації, що кодує один знак (символ).

Для перетворення кодових слів, знаків (символів) в їх зображення на екрані ЕПТ використовується знакогенератор. Його вихідний сигнал може безпосередньо подаватися на керувальний електрод ЕПТ (модулятор яскравості) або через цифро-аналоговий перетворювач для керування роботою системи відхилення електронного променя. Для забезпечення відхилення променя по всьому екрану ЕПТ як в горизонтальному, так і в вертикальному напрямках, на систему відхилення додатково подаються спеціальні сигнали розгортки від блоку відхилення променів (БРВ). Цей блок керується та синхронізується сигналами пристрою управління (БК).

В деяких випадках, наприклад, коли ПВ використовуються як термінал, у його склад вводиться клавішний пристрій у складі алфавітно-цифрової та функціональної клавіатури. Задача такого пристрою полягає в забезпеченні зв'язку користувача з ЕОМ, оперативного коригування інформації.

Найбільш просто формування кадра зображення на екрані ЕПТ забезпечується при однозначному взаємозвязку між номером комірки БЗП, де зберігається код символу та знакомісцем на екрані, де буде відображатись цей символ (рисунок 3.6). Так, наприклад, символ, код якого зберігається в першій комірці БЗП повинен відображатись на першому знакомісці (перший знак в першому рядку), а символ, код якого знаходиться в другій комірці - на другому знакомісці і т.д. При такій організації процесу відображення пристрій керування (БК) організує послідовну вибірку кодів з памяті та синхронне з нею зміщення променя по екрану, по горизонталі (формування рядка) та по вертикалі (формування кадру).

Рисунок 3.6 - Кадр зображення на екрані ЕПТ

Коли необхідно відредагувати (стерти) знак, який відображається на першому знакомісці (1-1), то це означає, що необхідно замінити в першій комірці БЗП код одного символу на код іншого символу або на код відсутності символа. Для виконання цієї операції необхідно сформувати адресу комірки, код якої змінюється. Для цього можна використати символ курсора, який встановлюється під відповідним знакомісцем. Координати курсора фіксуються двома лічильниками, перший визначає положення символу (знакомісця) на рядку, а другий визначає номер рядка. По суті ці два лічильники визначають адресу комірки БЗП. Це дає можливість при черговій регенерації (поновлення) відображення занести у відповідну комірку код нового символу (відсутність символу). Зсув інформації на екрані ЕПТ зводиться до зсуву кодів в БЗП.

Для функції редагування інколи використовують так зване "світлове перо", що являє собою спеціальну конструкцію з фотоприймачем (рисунок 7).

Рисунок 7 - Структурна схема «світлового пера»

Де РА - регістр адреси, ФП - фотоприймач, ФСА - формувач сигналів адреси, ЛЧ - лічильник адреси, СК - схема керування, ІНТ -інтерфейс з ЕОМ.

При піднесенні світлового пера до обраного на екрані символу чи спеціально визначеної світлової області фотоприймач у черговому циклі регенерації зображення формує електричний сигнал, що фіксує адресу комірки БЗП, яка відповідає адресі символу на екрані. Далі виконуються ті ж процедури, що і при взаємодії з курсором. Такі функції редагування, як вставка символу, вставка рядка і т.д. фактично зводяться до переміщення тексту в БЗП і виконуються блоком керування разом із блоком радагування і блоком введення/виведення.

5. Інтелектуальні дисплеї

Застосування мікропроцесорів і периферійного устаткування привело до створення так званих "інтелектуальних дисплеїв", що крім досить широких функцій редагування можуть автономно, за допомогою дисплейного процесора, робити сортування інформації, її розміщення за даною формою, виконувати арифметико- логічні операції над відображуваними даними, програмування процедур обміну інформації, переданої з дисплея, і т.д.

На рисунку 8 наведено спрощений варіант дисплея, у якому функції дисплейного процесора реалізуються мікропроцесором (МП). В основу структури покладений магістрально-модульний принцип організації. До системної магістралі, що явлає собою об'єднаний інтерфейс, підключені модульні пристрої. В ОЗП зберігаються коди символів відображуваної інформації і програми функціонування дисплея під керуванням МП, у тому числі обробки запитів від ЕОМ і клавіатури. У ПЗП МП записані програми стандартних процедур, до яких відносяться процедури формування коду, відображення символу, редагування тексту, керування маркером. Для відображення символу на екрані МП через системну магістраль (CM) вибирає його код з ОЗП і пересилає на адресний вхід ПЗП знакогенератора. Отриманий на виході ПЗП ЗГ код відображення (один рядок матриці) передається на вхід контролера пристрою керування екраном, що перетворює його у відповідний електричний сигнал.

Рисунок 8 - Структурна схема інтелектуального дисплея

Кожен режим редагування реалізується своєю програмою, збереженою в ПЗП МП. Для виклику тієї чи іншої програми МП опитує клавіатуру, звертається до відповідної підпрограми, що змінює зміст масиву даних в ОЗП. Основний недолік розглянутої структури - обмеження інтервалу часу, що виділяється МП для виконання програм обробки інформації (час зворотного ходу електронного променя), тому що під час прямого ходу променя здійснюється перетворення кодів символів і формування коду відображення, тобто МП основний час зайнятий в циклі регенерації інформації. МП може бути звільнений від процесу регенерації, якщо до складу дисплея ввести спеціальний ЗП, який називають - бітовою картою, і увімкнути його між системною магістраллю(СМ) і контролером екрана (КЕ).

Структура ЗП бітова карта (ЗП БК) така, що кожному растровому елементу екрана (пікселу) повинен відповідати певний біт (елемент) памяті. У залежності від того, повинен цей елемент екрана світитися чи ні, у даний розряд памяті записується код, "1" чи "О". При цьому ємність ЗП БК повинна визначатися як

К = m•n

де n - кількість рядків екрана; m - кількість елементів в рядку.

Після заповнення ЗП БК МП звільняється від функцій перетворення кодів символів, а всім процесом регенерації зображення керує КЕ. Крім того, даний спосіб регенерації зображення дозволяє виводити не тільки алфавітно-цифрову, але й графічну інформацію.

Для формування кольорового зображення в код знаку додаються розряди кольоровості, що керують відеопідсилювачами кольору, на інші входи яких надходять сигнали, що визначають контури знаку.

Якщо до складу дисплея входять ЗП БК, то для керування кольором елемент памяті повинен мати кілька розрядів, тобто ЗП повинно складатися з декількох однорозрядних бітових карт, у кожній з них записується відображувана інформація для одного кольору; при цьому в найпростішому випадку кожен шар ЗП БК буде звязаний із своїм відеопідсилювачем кольору.

6. Піксельний принцип формування зображення на екрані ЕПТ

Зображення, що ви бачите на моніторі, створюється програмами Якщо уважно вдивитися в екран, на ньому можна помітити візерунок з малюсіньких кольорових крапок, кожна з який світиться з відповідною яскравістю і формує зображення Ці крапки називаються пикселями (pixels-- picture elements - елементи зображення). Ланцюжок електронних пристроїв, по якій передається зображення, починається від екрану електронно-променевої трубки (ЕПТ), проходить через монітор до відеоплати, а потім до інших компонентів комп'ютера На рисунку 3.9 показані головні елементи монітора, у тому числі сама трубка і й компоненти Електронний промінь рухається по трубці ліворуч праворуч і зверху вниз.

Відхиляюча система ЕПТ, що приводиться в дію підсилювачами горизонтального і вертикального відхилення керує рухом променя. Відеопідсилювачі вмикають і вимикають промінь, визначаючи світіння і яскравість крапок на поверхні екрана. Вхідний каскад підсилення відеосигналу в моніторі синхронізується по сигналах VGA і використовує їх для керування підсилювачами горизонтального і вертикального відхилення.

На рисунку 10 більш докладно показаний процес створення зображення, що полягає в тім, що промінь переміщається по крапках на екрані. Починаючи з позиції 1, промінь переміщується вправо, цілком перетинаючи екран. Наприкінці рядка (позиція 2) промінь різко переміщається вниз і вліво. При русі до позиції 3 (тобто до початку наступної рядка) він відключається. Перетинаючи екран по другому рядку, промінь рухається вправо, закінчуючи переміщення в позиції 4. Процес продовжується переміщенням променя вниз до позиції 5. Потім промінь відключається і повертається в положення 1, щоб знову повторити описаний шлях.

Рисунок 9 - Створення зображення на екрані

Візерунок із крапок різного кольору, що створюється у результаті руху променя, і визначає зображення, що ви бачите. Наприклад, зовсім синій колір екрана досягається шляхом відключення променя для червоних і зелених крапок і включення променя для синіх. Яскравість синіх крапок залежить від яскравості променя в той час, коли він знаходиться на кожній з них. Більш складні зображення -- це просто комбінації червоних, зелених і синіх крапок відповідної яскравості. Ваше око розрізняє не окремі крапки, а їхню сукупність, що і складає зображення.

Рисунок 10 - Процес створення зображення на екрані

Зображення на екрані - це масив зелених, червоних і синіх точок. Промінь, рухаючись зліва праворуч і зверху вниз, засвічує пікселі по черзі, утворюючи зображення.

Кожен закінчений прохід променя по екрані зверху вниз називається кадром, а кількість завершених кадрів у секунду - частотою кадрів. Асоціація відеоелектронних стандартів (VESA -- Video Electronics Standards Association) звичайно рекомендує частоту 75 кадрів у секунду. При такій частоті очі не помічають послідовної зміни кадрів. Якби ця зміна була помітна, то сприймалося б як мерехтіння екрану. Часткова продуктивність монітора визначається максимальними частотами розгортки променя по вертикалі і по горизонталі.

Продуктивність монітора визначається дозволяючою здатністю екрана і частотою кадрів Частота кадрів не повинна перевищувати максимальної частоти розгортки по вертикалі. Кількість рядків, що малюються на екрані, за 1 сек не може перевищувати частоти рядка. Щоб понизити частоту рядків у моніторі використовується метод чергування. Дисплей сканує рядки з чергуванням через одну, потім повертається нагору і проходить по пропущених рядках. Кожна половина розгортки називається полем, а один кадр складається з двох полів, що проходяться променем послідовно. Чергування дозволяє вдвічі скоротити частоту кадрів і тому зменшує необхідні частоти розгортки. Це приводить до здешевлення підсилювачів відхилення.

Рисунок 11 - Крок точки визначає степінь деталізації

Ще дві критичні специфікації монітора - це крок крапки (dot pitch) по горизонталі і вертикалі, тобто відстані між центрами сусідніх груп червоних, зелених і синіх крапок (рисунок 11). Крок крапки визначає ступінь деталізації образа на екрані монітора. Чим менше крок крапки, тим краще, але при цьому і дорожче монітор. Значення кроку крапки по горизонталі і по вертикалі для даного монітора не обов'язково однакові. Тому, якщо вказується тільки одна характеристика, нерідко виникає плутанина. У цьому випадку необхідно вказати і крок крапки по вертикалі.

Для того самого розміру екрана в міру збільшення дозволу зменшується крок, тому що необхідно вмістити більше пикселів у менший простір. Для того самого дозволу при збільшенні розмірів екрана крок крапки збільшується, оскільки для пікселів з'являється більше місця Крок крапки в 0,28 мм якоюсь мірою став стандартним для промисловості -- це найбільший крок, при якому можна підтримувати дозвіл 1024x768 на 14-дюймовому моніторі. У 21-дюймовому моніторі Hitachi забезпечується крок крапки по вертикалі, рівний 0,26 мм (0,21 мм по вертикалі). Такий крок допускає дозвіл дисплея навіть вище 1600x1200. Крок менш продуктивних 21-дюймових моніторів нерідко досягає 0,31 мм, і тому вони не можуть мати дозвіл вище 1280x1024.

7. Структура сучасного відео адаптера

Структурна схема сучасного відеоадаптера наведена на рисунку 12.

Рисунок 12 - Структурна схема відео плати

Відеоадаптери EGA і VGA умовно поділяються на декілька логічних блоків опис яких приведені нижче

Відеопам'ять. У відеопам'яті розміщаються дані, що відображаються адаптером на екрані дисплея. Для EGA і VGA ідеопам'ять звичайно має обсяг 256 Кбайт, на деяких моделях SVGA і XGA обсяг відеопам'яті може бути збільшений. Відеопам'ять знаходиться в адресному просторі процесора і програми можуть безпосередньо робити з нею обмін даними. Фізично відеопам'ять розділена на чотири зони, чи колірні шари, що використовують спільний адресний простір

Відеопроцесор. За допомогою його відбувається обмін даними між інтерфейсом і відеопамяттю. Апаратура відеопроцесора дозволяє обробляти дані що надходять у відеопам'ять

ЦАП. Вибирає з відеопам'яті один чи декілька байт, перетворює їх у аналоговий сигнал, потім передає монітору.

Схема синхронізації і управління керує всіма параметрами відеоадаптера. Синхронізатор також керує доступом процесора до колірних шарів відеоадаптера.

Відеопам'ять адаптерів EGA і VGA розділена на чотири зони, або на чотири колірних шари. Ці зони розміщаються в одному адресному просторі таким чином що по кожній адресі розташовано чотири байти (по одному байті в кожнім банку). Яка з зон пам'яті використовується для запису, чи читання даних процесором, визначається за допомогою регістрів адаптера.

Так як всі чотири зони знаходяться в одному адресному просторі, то процесор може робити запис в усі чотири зони за один цикл запис. Завдяки цьому деякі операції, наприклад заповнення екрана, відбуваються з більшою швидкістю У цьому випадку, коли запис в усі чотири зони не потрібно, можна дозволяти чи забороняти запис за допомогою регістра дозволу запису колірного шару. Для операції читання в кожен момент часу може бути дозволений за допомогою регістра вибору колірного шару, тільки один колірний шар.

У більшості режимів відеоадаптера відеопам'ять розділена на кілька сторінок При цьому одна з них є активною і відображається на екрані. За допомогою функцій BIOS чи програмування регістрів відеоадаптера можна переключати активні сторінки відеопам'яті. Виведення інформації може вироблятися як в активну, так і в неактивні сторінки відеопам'яті.

Схеми синхронізації на відеоплаті керують частотами розгортки монітора і роботою плати. Синхронізація всіх сигналів здійснюється генератором сигналів на відеоплаті що посилає імпульси щораз, коли промінь на екрані проходить три крапки (червону, зелену і синю). Ці три крапки і є піксель. Наприклад, якщо дисплей має дозвіл 640x480, то при перетинанні променем видимої частини зображення зліва направо надходить 640 імпульсів Генератор продовжує посилати імпульси коли промінь повторно сканує дисплей справа наліво а потім відновляє цикл на наступному рядку.

Якщо не брати до уваги надлишкове сканування і зворотний хід променя то частота генератора імпульсів буде дорівнювати добутку дозволяючої здатності на кількість кадрів у секунду. Для дисплея з дозволяючою здатністю) 1280x1024 при частоті кадрів 75 Гц частота генератора буде більшою 98 МГц

Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) -- це пристрій що видає аналоговий відеосигнал, який відповідає отриманому ним коду. Якщо перетворювач одержує нуль то видає нульовий сигнал, а при одержанні більшого числа -- більший сигнал. У відеоплату вбудовані три ЦАП для сигналів червоного зеленого і синього кольорів переданих монітору. Генератор фіксує час надходження даних про пікселах з відеопам'яті в перетворювачі і з кожним імпульсом надсилають нове значення пікселя Припустимо, що дисплей працює в режимі 256 кольорів, тобто кожен піксель кодується одним байтом. У попередньому прикладі при частоті 98Мгц (1280x1024 при 75 Гц) відеопам'ять повинна передавати дані ЦАП на швидкості 94 Мбайт/сек

Швидкість передачі даних по внутрішній шині відеоадаптера перевищує можливості шин у комп'ютерах з Windows. Такий дуже швидкий потік даних до ЦАП по внутрішній шині відеоплати змусив розроблювачів застосувати сучасні технології забезпечення швидкісного обміну.

8. Графічний контролер

Перший IBM PC не передбачав можливості виводу графічних зображень. Сучасний дозволяє виводити на екран двох- і тривимірну графіку й полнокольорове відео.

Графічний контролер має власну оперативну пам'ять: 128/ 256 … Mb

Роздільна здатність - здатність відеокарти розмістити на екрані певна кількість крапок, з яких складається зображення. Чим більше крапок буде на екрані, тим менш зернистим і якісним буде зображення, тим більше графічної інформації можна розмістити на екрані.

9. Матриця

Матриця складається з безлічі світлочутливих комірок - пікселей. Комірка при влученні на неї світла виробляє електричний сигнал, пропорційний інтенсивності світлового потоку. Таким чином використовується інформація тільки про яскравість світла, картинка виходить у відтінках сірого.

Шаблон Байєра

Трьохшарова матрица

Щоб картинка була кольоровий, комірку покривають кольоровими фільтрами - у більшості матриць кожний піксель покритий червоним, синім або зеленим фільтром.

На матриці фільтри розташовуються групами по чотири:

G R

B G

(людське око найбільш чутливе до зеленого кольору).

Фільтр пропускає в комірку промені тільки свого кольору. Отримана картинка складається тільки з пікселей червоного, синього і зеленого кольорів - саме в такому вигляді записуються файли формату RAW (сирий формат). Для запису файлів JPEG і TIFF процесор камери аналізує колірні значення сусідніх комірок і розраховує колір пікселей (колірна інтерполяція).

10. Електронно-променева трубка (CRT)

Світіння люмінофора екрана під впливом електронного променя, формованого електронною гарматою.

Люмінофор - речовина, що випромінює світло при бомбардуванні зарядженими частками.

Люмінофорний шар складається з маленьких елементів, які відтворюють основні кольори RGB (тріади).

Світіння утвориться під впливом прискорених електронів від трьох електронних гармат (кожна для свого елемента тріади).

Керування світлом лампи підсвічування, що проходить через шар рідких кристалів за рахунок зміни ними площини поляризації.

Видимий розмір монітора по діагоналі - 15'', 17'', 19'', 21''.

Дозволи, підтримувані монітором- VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA

Крок зерна - відстань між крапками на екрані (0,21 - 0,28 мм).

Частота регенерації - від 72 Hz. Стандарт VESA від 85 Hz.

11. Рідинно-кристалічні монітори (LCD)

Переваги:

При порівнянному розмірі діагоналі видимої області 14'' LCD ( 15'' ЭЛТ)

Відблисків на екрані в 3 і більше раз менше (менше коефіцієнт відбиття).

Не створює шкідливого для здоров'я постійного електростатичного потенціалу.

Напруга кожного пікселя запам'ятовується транзистором до наступного відновлення, мерехтіння практично відсутнє й досить частоти регенерації 60 Гц .

Мала вага й габарити.

Споживає в 3-4 рази менше електроенергії.

Недоліки:

Недоліки передачі кольору й неможливість калібрування (не підходить дизайнерам і художникам).

Тільки “рідне” дозвіл.

Недостатні контрастність, швидкодія й стійкість до механічних ушкоджень.

Обмежений кут огляду.

Наявність “битих” пікселів.

Більш висока ціна.

TFT LCD - з активною матрицею

12. Плазмові панелі (PDP)

Як і в CRT-моніторі, у плазмовому світиться люмінофор, але не під впливом потоку електронів, а під впливом плазмового розряду.

Кожний осередок плазмового дисплея - флуоресцентна міні-лампа, що здатна випромінювати тільки один колір зі схеми RGB.

До положок кожного пікселя плазмового дисплея, між якими перебуває інертний газ (ксенон або неон), прикладається висока напруга, у результаті чого випускається потік ультрафіолету, що викликає світіння люмінофора.

97 % ультрафіолетової складової випромінювання, шкідливого для очей, поглинається зовнішнім склом.

Переваги:

Більше соковиті кольори в більше широкому діапазоні.

Широкий кут огляду.

Більше контрастність, чим в LCD, більше яскравість, чим в CRT.

Можуть досягати більших розмірів (з діагоналлю від 32" до 50") з мінімальною товщиною.

Недоліки:

Досягти розміру пікселя менше 0,5 мм практично неможливо. Тому плазмові телевізори з діагоналлю менше 32" (82 див) не існують.

Темні відтінки страждають від недоліку світла - їх важко відрізнити друг від друга. Тому що піксель плазми вимагає електричного розряду для випромінювання світла, то він може або горіти, або не горіти, але проміжного стану немає. Щоб піксель горів яскраво, його потрібно часто запалювати. Для одержання більше темного відтінку піксель запалюють рідше.

Загальноприйнято, що людське око не зауважує мерехтіння із частотою вище 85 Гц. Насправді, око здатне сприймати й більше високі частоти, але мозок не встигає їх обробляти. Тому 85-гц картинка може приводити до стомлення очей, навіть якщо глядач і не бачить мерехтіння, що й відбувається у випадку із плазмовими панелями.

Люмінофорний шар вигорає. Якщо на екрані відображається той самий канал у режимі 24/7, на ньому можуть вигоріти піксели логотипа (МТВ, НТВ і т.д.). Це ставиться й до рекламних екранів, що демонструють ту саму картинку. Синій канал завжди вигорає раніше.

Наслідок високих напруг - високе енергоспоживання. PDP 42" (107 см) - 250 Вт, а LCD з тією же діагоналлю - 150 Вт.

Сфери застосування:

Високоякісні відеосистеми великого формату. Прекрасно підходять для перегляду DVD або телебачення високого дозволу. Позиціонуються на high-end сектор ринку, де проблеми високої ціни, старіння люмінофора й високого енергоспоживання вторинні в порівнянні з якістю.

Ця технологія мало підходить для комп'ютерних моніторів.