Монитор. Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода текстовой и графической информации

Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода текстовой и графической информации. Экран монитора можно рассматривать как прямоугольную таблицу из светящихся точек разного цвета. Однако в реальности точки группируются, причем в разных режимах по-разному.

Мониторы персональных компьютеров могут работать в двух режимах — текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора делится строками и столбцами на клетки (в персональных компьютерах экран, как правило, состоит из 25 строк и 80 столбцов). Каждая клетка предназначена для одного символа. Все возможные символы сведены специальную таблицу, содержащую чаше всего 256 символов, таблица символов включает большие и малые латинские буквы, цифры, определенные символы, символы кириллицы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана т.д. Технически каждый символ представляет собой картинку в летке, нарисованную отдельными точками. Эти картинки хранятся в специальной памяти монитора и выводятся на экран его аппаратными средствами. Каждой ячейке экрана может соответствовать свой цвет (отдельно цвет символа и цвет фона), что позволяет выводить на экран цветные надписи.

В текстовом режиме для задания полного содержимого экрана (в случае 25 строк и 80 столбцов) необходимо задать 25 х 80 = = 2000 символов и, кроме того, для каждого из них указать цвет символа и цвет фона. Всего в текстовом режиме предусматривается 16 различных цветов, и поэтому для задания цвета достаточно 4 разряда, т.е. полбайта. Таким образом, для одного символа нужно иметь 1 байт для кода символа и 1 байт для цветов символа и фона. Всего для задания изображения на экране требуется 4000 байтов. Реально в текстовом режиме поддерживается не одна, а несколько видеостраниц размером 4000 байтов каждая, описывающих разные варианты видеоэкрана. Для быстрой смены экрана монитора необходимо задать полный вид экрана на одной из запасных видеостраниц, а затем просто переключить монитор на эту страницу — на экране при очередном выводе изображения появится полностью новая картинка.

В графическом режиме экран состоит из точек, полученных разбиением экрана на большое количество строк и столбцов. Эти точки называются пикселами. Количество пикселов на экране называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Сейчас мониторы персональных компьютеров могут работать в режимах 480 х 640, 600 х 800, 768 х 1024, 864 х 1152 или 1024 х 1280 пикселов. Каждый пиксел может быть окрашен в один из возможных цветов. В различных режимах работы монитора число различных цветов может составлять 2⁴ = 16, 2⁸ = 256, 2¹⁶ = = 65 536 или 2²⁴= 16 777 216. Для описания цвета пиксела в этих режимах нужно выделить соответственно 0,5, 1, 2 и 3 байта. Из окрашенных пикселов составляется любое изображение, в том числе надписи.

Информация, задающая изображение на экране монитора, хранится в памяти специального вида, которая называется видеопамятью. Логически видеопамять представляет собой участок оперативной памяти и характеризуется выделенным диапазоном адресов. Физически это отдельное устройство, вмонтированное в монитор (в отличие от остальной оперативной памяти, которая монтируется на материнской плате в системном блоке). Когда монитор работает в текстовом режиме, он через определенные промежутки времени (примерно 70 раз в секунду) считывает информацию из соответствующего участка памяти и воспроизводит ее на экране. При этом изображения символов хранятся в специальной таблице изображений символов, где каждый символ все равно строится из точек — пикселов. Например, при разрешающей способности экрана 600 х 800 и при размерах экрана в текстовом режиме 25 х 80 на каждый символ приходится прямоугольник размером 24 х 10 пикселов.

По аналогичной схеме работает монитор персонального компьютера в графическом режиме, только в этом случае 70 раз в секунду полностью перерисовывается каждый пиксел экрана. При 2²⁴ цветах для задания цвета одного пиксела требуется 3 байта, поэтому при разрешающей способности экрана 1024 х 1280 пикселов для полного задания экрана необходимо 3 х 1024 х 1280 байтов, или почти 4 Мб. Ясно, что такой режим возможен только при видеопамяти 8 или 16 Мб. При меньшей видеопамяти используется меньшее количество цветов. В остальном принцип работы монитора такой же. Каждый квант времени графическая страница видеопамяти переносится на экран. При изменении содержимого графической страницы видеопамяти автоматически меняется изображение на экране. Возможно сначала построить новое изображение на запасной странице видеопамяти, а затем переключить монитор на вывод этой страницы. В результате изображение на экране мгновенно изменится.

Следует отметить, что описанный принцип работы реализован в мониторе не программным, а аппаратным образом, что позволяет успевать прорисовывать экран в режиме реального времени.

По принципу действия мониторы подразделяются на мониторы с электронно-лучевой трубкой, жидкокристаллические мониторы и плазменные мониторы.

В мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), называемых также CRT (Cathode Ray Tube) изображение формируется с помощью зерен люминофора – вещества, которое светится под воздействием электронного луча. Различают три типа люминофоров в соответствии с цветами их свечения: красный, зеленый и синий. Цвет каждой точки экрана определяется одновременным свечением трех разноцветных точек (красной, зеленой и синей), объединенных в триады. Каждая триада образует одно цветное зерно, представляющее один пиксель. Яркость соответствующего цвета меняется в зависимости от мощности электронного пучка, попавшего в соответствующую точку.

Управление пучком электронов осуществляется отклоняющей и фокусирующей системой, которые состоят из набора катушек и пластин, воздействующих на электронный пучок с помощью магнитного и электрического полей. В соответствии с сигналами развертки, подаваемыми на электронную пушку, электронный луч побегает по каждой строчке экрана, последовательно высвечивая соответствующие точки люминофора. Дойдя до последней точки, луч возвращается к началу экрана.

ЭЛТ – это наиболее старый тип мониторов, его историю можно отсчитывать с создания первых электронно-лучевых трубок для телевизоров в 40-х годах 20 века. В течение нескольких десятков лет ЭЛТ-мониторы были единственным типом устройств вывода видеоинформации. За это время технология создания таких мониторов была отработана и доведена до совершенства, поэтому выпускающиеся сейчас ЭЛТ-мониторы отличаются хорошим качеством и невысокой ценой. Однако у таких мониторов есть существенный принципиальный недостаток: из-за необходимости использования ускоренного электронного луча неизбежно рентгеновское излучение, опасное для здоровья человека. Кроме того, конструкция электронно-лучевой трубки не позволяет сделать толщину монитора существенно меньше его поперечных размеров, в связи с чем ЭЛТ-монитор является весьма громоздким и массивным устройством.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК-панели), называемые также LCD - панелями (Liquid Crystal Display) – наиболее распространенный в настоящее время и наиболее быстро развивающийся тип мониторов. Принцип отображения на жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света. Источником излучения здесь служат лампы подсветки, равномерно освещающие слой жидких кристаллов (жидкокристаллическую матрицу). Свет от источника света однородным потоком проходит через слой жидких кристаллов. В зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл, проходящий луч света поляризуется в том или другом направлении. Далее свет проходит через специальное покрытие, которое пропускает свет только определенной поляризации. Там же происходит цветовая селекция, обеспечивающая цветное изображение. Состояние каждого жидкого кристалла устанавливается подачей на него соответствующего электрического импульса, эти импульсы вырабатываются управляющей схемой монитора в соответствии с сигналами, поступающими от видеокарты.

Жидкокристаллические мониторы имеют малую толщину (всего несколько сантиметров), поэтому они являются весьма компактными устройствами по сравнению с ЭЛТ-мониторами. Только после появления ЖК-панелей стало возможно появление переносных и карманных компьютеров. Вторым преимуществом ЖК-мониторов является абсолютно плоский экран без краевых искажений изображения (ЭЛТ-мониторы со сравнительно плоским экраном удалось создать только в результате очень сложных конструкторских ухищрений). Наконец, ЖК-панели практически не производят вредного для человека излучения. Перечисленные преимущества обуславливают постепенное вытеснение ЭЛТ-мониторов ЖК-панелями. Однако у ЖК-мониторов есть некоторые недостатки, которые еще предстоит преодолеть. Во-первых, ЖК-панели несколько дороже ЭЛТ-мониторов такого же размера, хотя цена на ЖК-панели неуклонно снижается со временем. Во-вторых, у ЖК-монитора ограничен угол обзора, если смотреть на него под углом, изображение сильно искажается. Наконец, из-за инерционности процесса переполяризации жидких кристаллов в ЖК-мониторах трудно получить высокую частоту смены изображения – а это один из наиболее важных технических параметров, определяющий комфортность работы с монитором. Впрочем, нет сомнений, что перечисленные недостатки будут со временем преодолены, т.к. технические параметры ЖК-мониторов очень быстро улучшаются, а цена – падает.

Плазменные панели используются в качестве больших выносных экранов

Принцип работы плазменной панели заключается в следующем. Пространство между двумя плоскими поверхностями, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга, заполнено газом. Первая поверхность - прозрачный экран, на второй поверхности размещена матрица из очень тонких коротких проводников, расположенных перпендикулярно поверхности. При подаче потенциала на любой из этих проводников вблизи его острия возникает разряд, видный через экран как светящаяся точка. Каждая такая точка является пикселем изображения. Соответственно, изображение состоит из сотен тысяч таких элементов. Плазменная панель, также как и ЖК-панель – это плоское устройство небольшой толщины. Кроме того, плазменные панели лишены таких недостатков ЖК-панелей как малый угол обзора и инерционность. Однако есть один существенный недостаток – трудно обеспечить малый размер разрядной ячейки и, соответственно, малый размер пикселя. В этой связи плазменные панели выпускаются обычно в виде широкоформатных телевизоров (добавление схемы телевизора лишь незначительно удорожает панель, зато существенно увеличивает потребительскую привлекательность товара). Размеры выпускающихся плазменных панелей – от 40” до 200” по диагонали. С ПК плазменная панель обычно используется в качестве дополнительного экрана для показа изображения большой аудитории.

Основными техническими характеристиками мониторов являются размер экрана, размер зерна, максимальное разрешение и частота обновления экрана.

Размер экрана - это длина диагонали экрана, выраженная в дюймах (1” = 2,54см). Наиболее распространенными размерами для экрана монитора являются 15", 17", 19", 20", 21". При работе с монитором прослеживается очень простая закономерность: чем больше монитор, тем комфортнее за ним работа. На экране большего размера можно увидеть более крупный фрагмент документа или одновременно открыть большее число окон. С другой стороны, чем больше монитор, тем больше места он занимает на столе (особенно, если это ЭЛТ-монитор). Для нормальной работы за компьютером минимальный размер экрана - 15 дюймов для ЖК или 17 дюймов для ЭЛТ. Для работы с графикой или версткой желательно выбирать монитор от 19 дюймов и выше.

Размер зерна – это размер цветной точки, т.е. минимальный размер пикселя. Чем меньше размер зерна, более четкое и контрастное изображение можно получить на мониторе. Нормальный размер зерна современных мониторов составляет 0,22 – 0,24 мм, у качественных профессиональных мониторов с обычным размером экрана размер зерна составляет 0,12 – 0,14 мм. В широкоформатных мониторах (с размером экрана более 30”) размер зерна увеличивается. Это оправдывается тем, что такие мониторы предназначены для обзора с большого расстояния.

Максимальное разрешение - это общее число цветных точек, т.е. максимально возможное число пикселей, выражаемое как произведение количества пикселей по ширине и высоте экрана. Например, разрешение 1024 x 768 означает, что изображение формируется из 1024×768 = 786432 пикселей, составляющих 768 горизонтальных рядов по 1024 пикселя в каждом ряду. Максимальное разрешение монитора определяется размером экрана и размером зерна: если ширину экрана разделить на размер зерна, то получится максимальное разрешение по ширине, если высоту экрана разделить на размер зерна, то получится максимальное разрешение по высоте. Следует отметить, что максимальное разрешение, обеспечиваемое видеоподсистемой, определяется не только характеристиками монитора, но и параметрами видеокарты. Для реализации очень высокого разрешения необходим не только высококачественный монитор, но и соответствующая видеокарта. Впрочем, ситуация, когда видеокарта не обеспечивает доступное монитору разрешение, встречаются редко.

Частота обновления экрана выражается в герцах (Гц, Hz) и обозначает количество перерисовок экрана в секунду. Это один из наиболее важных параметров монитора, определяющих степень его вредного воздействия на глаза. В настоящее время гигиенически допустимый минимум частоты обновления экрана считается равным 80 Гц, у профессиональных мониторов этот параметр составляет 120 - 150 Гц. Особенно важна высокая частота обновления экрана при работе с ЭЛТ монитором, т.к. изображение на таком мониторе прорисовывается последовательно – пиксель за пикселем. В ЖК – мониторах все пиксели изменяют свое состояние одновременно, поэтому для них допустимо чуть более низкое значение этого параметра. Для различных типов мониторов значение частоты обновления определяется разными факторами. В ЭЛТ мониторах можно повысить частоту обновления, понизив разрешение, т.к. в таких мониторах при изменении режима произведение этих параметров остается примерно постоянным. В ЖК мониторах частота обновления определяется инерционностью жидких кристаллов, поэтому для таких мониторов часто используют обратную величину – время отклика, выражаемое в миллисекундах.

Видеокарта (видеоадаптер) – это устройство, выполняющее роль посредника между материнской платой и монитором. Видеокарта подключается к материнской плате через интерфейс AGP (Accelerated Graphics Port) или PCIE (PCI Express). PCIE – наиболее мощный интерфейс, обеспечивающий очень высокую скорость передачи данных. Наиболее производительные видеоподсистемы используют именно этот интерфейс.

Современная видеокарта включает в себя, видеоконтроллер, обеспечивающий управление монитором и взаимодействие с RAM, видеопроцессор, выполняющий графические операции без участия CPU, собственную встроенную видеопамять и встроенный видео BIOS.

Основное назначение видеокарты – извлекать из RAM данные и преобразовывать их во входные сигналы монитора, для отображения на экране. Однако такая схема привела бы к весьма медленной работы видеоподсистемы, т.е. к большим запаздываниям вывода изображения на экран. Для ускорения работы видеоподсистемы используются встроенный графический процессор и встроенная видеопамять.