Группа сотрудников итм и вт ан ссср в день награждения за создание бэсм в Кремле, 1956 г.

Слева направо: сидят - Ю.А. Крицкий, В.В. Бардиж, Ю.Д. Панов, А.Ф. Горкин, С.А. Лебедев, К.М. Озолин, М.А. Лаврентьев, С.И. Судариков, В.В. Похлебкин, В.Д. Горчев; стоят - Г.А. Хавкин, П.А. Зольников, В.И. Ерофеев, В.К. Зайденберг, А.Н. Зимарев, З.А. Московская, О.П. Васильев, Е.П. Ландер, П.П. Головистиков, М.П. Сычева, А.М.Чепурнов, А.С. Федоров, Ю.В. Никитин, B.C. Заборовский, И.И. Осипов, А.К. Соцков.  

Слайд 24

Слайд 25

После завершения работ по ламповым БЭСМ-2 и ЭВМ М-20 началось проектирование полупроводниковой БЭСМ-6 - шедевра творчества коллектива ИТМ и ВТ АН СССР, первой супер-ЭВМ второго поколения. С.А. Лебедеву - главному конструктору БЭСМ-6 - активно помогали его ученики, ставшие заместителями и выросшие к этому времени в известных молодых ученых, - В.А. Мельников и Л.Н. Королев.

БЭСМ-6 стала первой отечественной вычислительной машиной, которая была принята Государственной комиссией с полным математическим обеспечением. В его создании принимали участие многие ведущие специалисты страны. Лебедев одним из первых понял огромное значение совместной работы математиков и инженеров в создании вычислительных систем. Значение этого становится очевидным, когда разработка эффективной вычислительной техники перерастает из проблемы инженерно-технологической в проблему математическую, которую можно решить только совместными усилиями инженеров и математиков.

Наконец - и это тоже важно, - все схемы БЭСМ-6 по инициативе СА. Лебедева были записаны формулами булевой алгебры. Это открыло широкие возможности для автоматизации проектирования и подготовки монтажной и производственной документации. Она выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на БЭСМ-2, где проводилось и моделирование структурных схем. В дальнейшем система проектирования была существенно усовершенствована, благодаря работам ГТ. Рябова (система "Пульс").

При советско-американском космическом полете "Союз-Аполлон" управление осуществлялось новым вычислительным комплексом, в состав которого входили БЭСМ-6 и другие мощные вычислительные машины отечественного производства, разработанные учениками С.А. Лебедева. Если раньше сеанс обработки телеметрической информации длился около получаса, то на новом комплексе это делалось за одну минуту, вся информация обрабатывалась почти на полчаса раньше, чем у коллег в США.

Слайд 26

Слайд 27

История развития ЭВМ неразрывно связана с развитием вычислительно-управляющих систем (процессоров) и памяти. Проследим развитие процессоров на примере развития процессоров фирмы Intel (США)

Человеческий ум может судить

о будущем не иначе, как обдумывая прошедшее.

Ферран

 

Процессор — важнейший элемент ЭВМ, поэтому производством процессоров занимается большое число фирм. Наиболее массовое распространение в настоящее время получили процессоры, произведенные фирмой Intel (США).

По конструктивному признаку все процессоры делятся на разрядно-модульные (собираемые из нескольких микросхем) и однокристальные (они изготавливаются в виде одной микросхемы, на одной подложке, на одном кристалле). Однокристальные процессоры в настоящее время получили наибольшее распространение.

По способу представления команд (иногда говорят — инструкций) все микропроцессоры можно разделить на две группы:

— процессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;

— процессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд. Эти процессоры нацелены на быстрое выполнение небольшого набора простых команд. При выполнении сложных команд RISC-процессоры работают медленнее, чем CISC-процессоры.

Заметим, что эти две архитектуры процессоров постоянно сближаются, отбирая лучшие свойства из каждой. Тем не менее более перспективной считается RISC-архитектура.

Под термином «архитектура» понимается конструкция процессора и имеющаяся система команд процессора (набор инструкций).

Самым первым процессором, выпущенным фирмой Intel в 1971 г., был четырехразрядный процессор Intel 4004 (см. табл. 1).

В 1974 г. был разработан восьмиразрядный процессор Intel 8080 (отечественный аналог КР580ВМ80А), а в 1978 г. — процессор Intel 8086, который был совместимс микропроцессором Intel 8080. Система команд процессора насчитывала 134 команды. На базе микропроцессора 8086 и его модификации 8088 выпускались компьютеры IBM PC и IBM PC/XT.

Заметим, что в технической литературе порой используют термин «процессор», а иногда термин «микропроцессор». Различие указанных терминов заключается в уточнении технологии изготовления и габаритов процессора.

Микропроцессор (МП) изготавливается по полупроводниковой технологии и размещается на одном кристалле, в одной микросхеме (иногда говорят — в одном чипе).

Таблица 1

В 1980 г. был анонсирован сопроцессор с плавающей точкой 8087, который расширил состав команд процессора 8086 почти на 60 новых команд.

Сопроцессор — это специальная микросхема (помощник), которая берет на себя часть важных функций процессора, чаще всего выполнение арифметических операций с плавающей точкой. Сопроцессор реализует арифметические операции аппаратным способом, что осуществляется намного быстрее по сравнению с программным способом вычислений, которым реализуются операции процессором без использования сопроцессора. По этой причине его иногда называют математическим сопроцессором.

Разработанный в 1982 г. микропроцессорIntel 80286 еще больше усовершенствовал конструкцию МП 8086. Была реализована защита памяти, расширено адресное пространство, а также добавлено несколько команд.

Заметим, что во многих литературных источниках вместо полного наименования марки процессоров используются их сокращенные названия. Например, вместо Intel 80286 пишут 286, а вместо Intel 80386 — 386. Порой для общего обозначения процессоров серий 80286, 80386, 80486 записывают 8086 (и даже  86). Название фирмы Intel иногда сокращают до одной буквы, например i80486.

Процессор Intel 80286 может выполнять программы, разработанные для процессора Intel 8086. Способность процессора последующей модификации выполнять программы, разработанные для процессоров предыдущей конструкции, называется совместимостью процессоров снизу вверх. Другими словами, программы, разработанные для предыдущих конструкций процессоров, работают без исправлений и дополнений на процессорах новых конструкций.

Начиная с МП 80286, процессоры фирмы Intel поддерживают режим выполнения нескольких задач (так называемый многозадачный режим). При работе в многозадачном режиме процессор поочередно переключается от одной задачи к другой, но в каждый текущий момент времени обслуживается лишь одна программа.

Для процессора 80286 выпускался сопроцессор 80287. На базе этих микросхем, начиная с 1984 г., компания IBM производила персональные компьютеры IBM PC/AT.

В 1987 г. появился микропроцессор 80386. Начиная с этого процессора, во всех процессорах используется конвейерное выполнение команд — одновременное выполнение в разных частях МП нескольких последовательно записанных в ОЗУ команд. Конвейерное выполнение команд увеличивает быстродействие ЭВМ в 2—3 раза.

МП 80386 может функционировать в двух основных режимах:

— режиме реальной адресации, который характеризуется тем, что МП работает как очень быстрый процессор 8086 с 32-разрядными шинами;

— режиме защищенной виртуальной адресации, который характеризуется параллельным выполнением нескольких задач, как бы несколькими процессорами 8086, по одному на каждую задачу.

Процессор 80486 разработан в 1989 г. и содержит более миллиона транзисторов.

Процессоры i486SX и i486DX — это 32-разрядные процессоры, у которых внутренняя кэш-память первого уровня имеет емкость 8 Кбайт. Основное отличие между ними заключается в том, что в процессоре i486DX впервые сопроцессор размещен на общей подложке (на одном кристалле) с процессором. В МП i486SX отсутствует встроенный сопроцессор для выполнения операций с плавающей точкой. Поэтому он имеет меньшую цену и применяется в ЭВМ, для которых не очень важна производительность при обработке вещественных чисел. По желанию пользователя такие ЭВМ могут быть укомплектованы дополнительным сопроцессором i487SX, который изготовляется в виде отдельной микросхемы.

В процессоре i486DX2 применяется технология удвоения внутренней тактовой частоты. Это позволяет увеличить производительность процессора почти на 70%. Процессор i486DX4/100 использует технологию утроения тактовой частоты. Он работает с внутренней тактовой частотой 99 МГц, в то время как внешняя тактовая частота составляет 33 МГц (частота, на которой работает системная шина).

В процессоре Pentium (появился в 1993 г.) стали использоваться элементы структуры RISC-процессоров. Он изготовлен по 0,8-микронной технологии и содержит 3,1 миллиона транзисторов. Процессор Pentium иногда обозначают P5 или 80586.

Термин «0,8-микронная технология» означает, что каждый транзистор размещается на кристалле внутри квадрата с указанным размером стороны.

Первоначальная реализация процессора Pentium была рассчитана на работу с тактовыми частотами 60 и 66 МГц. Впоследствии были разработаны процессоры Pentium, работающие с тактовыми частотами 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 МГц.

Прогресс в области разработки и производства процессоров идет непрерывно.

1 ноября 1995 г. появился первый процессор Pentium Pro (80686, Р6) с тактовой частотой 150 МГц.

8 января 1997 г. появился процессор Pentium MMX с тактовой частотой 166 МГц.

Технология ММХ (MultiMedia Extension мультимедийное расширение) предполагает включение в состав команд процессора Pentium набора из 57 новых команд. Новые команды предназначены в первую очередь для реализации алгоритмов обработки видео- и аудиоданных: фильтрации, преобразований Фурье, свертки и пр.

Технология Intel MMX позволяет обрабатывать несколько пакетов данных одинаковым образом, т. е. использует технологию SIMD.

Число транзисторов в процессоре Pentium MMX составляет 4,5 млн. штук, а кэш-память первого уровня имеет объем 32 Кбайт. Как показали испытания, MMX-процессор увеличивает производительность по сравнению с обычным процессором Pentium на величину до 34%.

В 1995—1997 г.г. корпорация Intel выпустила еще несколько моделей: Pentium MMX 266 МГц и Pentium Pro 200 МГц.

7 мая 1997 г. появился процессор Pentium II с тактовой частотой 233 МГц.

15 апреля 1998 г. фирма Intel представила модели Pentium II с тактовыми частотами 350 и 400 МГц.

Процессор Pentium II изготавливается по так называемой 0,25-микронной технологии. При этом каждый транзистор умещается в квадрате со сторонами в четверть микрометра. На срезе человеческого волоса можно уместить 30 000 таких транзисторов. В будущем предстоит переход на технологии 0,18 и 0,13 микрометра.

С целью завоевания рынка фирма Intel выпустила недорогой процессор Celeron, в котором первоначально отсутствовала кэш-память второго уровня.

24 августа 1998 г. фирма Intel представила еще два процессора семейства Celeron — 300A и 333. Новые процессоры выполнены по 0,25 мкм технологии и содержат кэш-память второго уровня размером 128 Кбайтов.

2 августа 1999 г. вышел Pentium III, работающий на частоте 600 МГц.

По сравнению с Pentium II в нем для увеличения быстродействия еще больше усилено распараллеливание процессов.

Кроме того, Pentium III отличается наличием уникального идентификационного номера, который может быть считан программно для определения личности пользователя (например, при совершении покупок через Интернет).

В ноябре 2000 г. выпущен процессор Pentium 4 с тактовыми частотами 1,4 и 1,5 ГГц. Процессор Pentium 4 изготавливается по 0,18-микронной технологии. В процессоре используется 144 новых команд (инструкций), предназначенных для ускорения обработки видео-, мультимедиа, трехмерной графики и криптографии.

Слайд 28

Intel® Core™ i3-2330M Processor (3M Cache, 2.20 GHz)

Дата выпуска	Q2'11	Макс. расч. мощность	35 W
Номер процессора	i3-2330M	Макс. объем памяти (зависит от типа памяти)	16 GB
Кол-во ядер	2	Типы памяти	DDR3-1066/1333
Кол-во потоков	4	Количество каналов памяти	2
Тактовая частота	2.2 GHz	Макс. пропускная способность памяти	21,3 GB/s
Кэш-память 3 уровня	3 MB	Встроенная в процессор графическая система	Intel® HD Graphics 3000
Соотношение ядер и шин	22	Базовая частота графической системы	650 MHz
DMI	5 GT/s	Макс. динамическая частота графической системы	1.1 GHz
Набор команд	64-bit	Технология Intel® Clear Video HD	Yes
Расширения набора команд	AVX	Количество поддерживаемых дисплеев	2
Литография	32 nm	Размер корпуса	37.5mm x 37.5mm (rPGA988B); 31mm x 24mm (BGA1023)

Advanced Technologies
Технология Intel® Hyper-Threading	Yes
Технология Intel® Virtualization (VT-x)	Yes
Архитектура Intel® 64	Yes
Технология Intel® My WiFi	Yes
Беспроводная технология 4G WiMAX	Yes
Технологии термоконтроля	Yes

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

мире на по состоянию на 2008 год суперкомпьютер BlueGenen/L производства IBM, установленный в Ливерморской национальной лаборатории министерства энергетики США, содержит 131072 процессора и обладает производительностью в 280 TFLOPS. И это не предел, как показывает развитие вычислительной техники каждые 2 года возможности вычислительной техники увеличиваются в 2 раза.

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Слайд 37

Далее Информатика часть 6-2

Слайд 31 (2) Информатика часть 6-2

Слайд 32 (3)Информатика часть 6-2

Слайд 33 (4)

Windows 8 (МФА: [ˈwɪn.doʊz eɪt]) — операционная система, принадлежащая к семейству ОС Microsoft Windows, в линейке следующая за Windows 7 и разработанная транснациональной корпорацией Microsoft. Номер версии в линейке NT — 6.2. Поступила в продажу 26 октября 2012 года.

Серверной версией является Windows Server 2012. На июль 2013 года было продано 100 миллионов лицензий^[4].

Внешний вид и новый интерфейс Metro

Windows 8, в отличие от своих предшественников — Windows 7, Windows Vista, Windows XP и более ранних, использует новый интерфейс под названием Metro. Этот интерфейс появляется первым после запуска системы; он схож по функциональности с рабочим столом — стартовый экран имеет плитки приложений (сродни ярлыкам и иконкам), по нажатию на которые запускается приложение, открывается сайт или папка (в зависимости от того, к какому элементу или приложению привязана плитка). Интерфейс Metro ориентирован на сенсорный экран, но не исключает пользование на несенсорных ПК.

Также в системе присутствует и «классический» рабочий стол, в виде отдельного приложения. Вместо меню «Пуск» в интерфейсе используется «активный угол», нажатие на который открывает стартовый экран. Прокрутка в Metro-интерфейсе идет горизонтально. Также, если сделать жест уменьшения (или нажать на минус внизу экрана), будет виден весь стартовый экран. Плитки на стартовом экране можно перемещать и группировать, давать группам имена и изменять размер плиток (доступно только для плиток, которые были изначально большими). В зависимости от разрешения экрана система автоматически определяет количество строк для плиток — на стандартных планшетных компьютерах три ряда плиток. Цвет стартового экрана меняется в новой панели управления, также меняется и орнамент на заднем фоне.

Windows 8 — переосмысленная Windows 7, и приёмы работы с рабочим столом остались теми же.

Слайд 34 (5)

Основные нововведения

Учетная запись Майкрософт и синхронизация параметров: Возможность войти в Windows с помощью Live ID. Это позволит войти в профиль пользователя и загрузить настройки через интернет, а также добавляет интеграцию со OneDrive.

Магазин приложений Windows Store: единственный способ покупки и загрузки Metro-приложений, а также приложений для рабочего стола в Windows RT.

Два новых метода для аутентификации пользователя: картинка-пароль, позволяющая пользователю войти в систему при помощи трех касаний, и четырёхзначный PIN-код, а также встроенная поддержка биометрических устройств. Пароль нелокальной учетной записи пользователя соответствует паролю учетной записи Майкрософт.

Internet Explorer 10. IE 10 в Windows 8 включен в настольном и сенсорном вариантах. Последний не поддерживает плагины или ActiveX, но включает в себя версию проигрывателя Adobe Flash Player, который оптимизирован для сенсорного управления.

Проводник. Проводник включает в себя Ribbon-ленту (наподобие ленты в Microsoft Office и Windows Essentials) и улучшения в способах разрешения конфликтов при переносе или копировании файлов.

Восстановление системы. Добавлено две новые функции: Восстановление (англ. Refresh) и Сброс (англ. Reset). Восстановление для Windows возвращает все системные файлы в исходное состояние, сохраняя при этом все настройки, пользовательские файлы и приложения. Сброс же возвращает компьютер к заводским настройкам.^[5]

Слайд 35 (6)

Новый диспетчер задач. В Windows 8 диспетчер задач был полностью изменен. Добавлены новые графики производительности, оптимизировано управление выполняющимися приложениями, фоновыми процессами и службами на единой вкладке «Производительность». Также в диспетчер задач было перенесено управление автозагрузками из «Конфигурации системы».

Функция «Семейная безопасность» была встроена в Windows, управление семейной безопасностью осуществляется в панели управления.

Добавлена поддержка USB 3.0, Bluetooth 4.0, DirectX 11.1 и NET.Framework 4.5.

Персонализация: после запуска на экране появляется картинка с текущим временем и датой. Для начала работы нужно нажать любую кнопку, открыв экран приветствия. Саму картинку можно сменить в настройках. Добавлено автоопределение цвета в темах для рабочего стола.

Новая панель управления в стиле Metro UI, которая позволяет быстро изменить некоторые настройки системы.

Усовершенствованный поиск: На начальном экране нужно лишь нажать любую клавишу для начала поиска по приложениям, параметрам и т. п.

Переключение раскладки клавиатуры: менять раскладку клавиатуры можно также с помощью сочетаний клавиш  Windows  +  Space  либо  ⇧ Shift  +  Alt .

Слайд 36 (7)

Слайд 37 (8)

Слайд 38 (9)

Слайд 39 (10)

Слайд 40 (11)

Слайд 41 (12)

Слайд 42 (13)

Слайд 43 (14)

Слайд 44 (15)

Слайд 45 (16)

Слайд 46 (17)

Слайд 47 (18)

Слайд 48 (19)

Слайд 49 (20)

Слайд 50 (21)

Слайд 51 (22)

Слайд 52 (23)

Слайд 53 (24)

Слайд 54(25)

Слайд 55 (26)

Слайд 56 (27)

Слайд 57 (28)

Слайд 58 (29)

Слайд 59 (30)

Слайд 60 (31)

Процессор (микропроцессор) - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении.

ПК содержит центральный процессор (Central Rpocessing Unit - CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцессор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцессор для обработки графических изображений, сопроцессор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами.

Основными параметрами процессоров являются:

тактовая частота,

разрядность,

 рабочее напряжение,

 коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,

размер кеш памяти.

Название

1. Элемент

2. Монитор

3. Материнская плата

4.Центральный процессор

5.Оперативная память

6.Карты расширений

7.Блок питания

7Оптический привод

8Жесткий диск

9Мышка

10Клавиатура

Состав персоналного компьютера

Слайд 61 (32)

Рис. 6.30. Составные слои монитора

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании. Первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах. Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра. В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Слайд (62) 33

Матрица

Матрица — совокупность элементов , расположенных по прямоугольной схеме и взаимосвязанных между собой. Матрица монитора представляет собой панель , в которой встроены отдельные самостоятельные элементы.

Каждый элемент состоит из трех подэлемнтов.

Каждый пиксель ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым. Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Тип ЖК матрицы

Базовым компонентом ЖК-матрицы являются жидкие кристаллы. Существует три основных типа жидких кристаллов: смектические, нематические и холестерические. По электрическим свойствам все жидкие кристаллы делятся на две основные группы: к первой относятся жидкие кристаллы с положительной диэлектрической анизотропией, ко второй — с отрицательной диэлектрической анизотропией. Разница заключается в том, как эти молекулы реагируют на внешнее электрическое поле. Молекулы с положительной диэлектрической анизотропией ориентируются вдоль силовых линий поля, а молекулы с отрицательной диэлектрической анизотропией — перпендикулярно силовым линиям. Нематические жидкие кристаллы обладают положительной диэлектрической анизотропией, а смектические, наоборот, — отрицательной. Другое замечательное свойство ЖК-молекул заключается в их оптической анизотропии. В частности, если ориентация молекул совпадает с направлением распространения плоскополяризованного света, то молекулы не оказывают никакого воздействия на плоскость поляризации света. Если же ориентация молекул перпендикулярна направлению распространения света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул. Диэлектрическая и оптическая анизотропия ЖК-молекул дает возможность использовать их в качестве своеобразных модуляторов света, позволяющих формировать требуемое изображение на экране. Принцип действия такого модулятора довольно прост и основан на изменении плоскости поляризации проходящего через ЖК-ячейку света. ЖК-ячейка располагается между двумя поляризаторами, оси поляризации которых взаимно перпендикулярны. Первый поляризатор вырезает плоскополяризованное излучение из проходящего от лампы подсветки света. Если бы не было ЖК-ячейки, то такой плоскополяризованный свет полностью поглотился бы вторым поляризатором. ЖК-ячейка, размещенная на пути проходящего плоскополяризованного света, может поворачивать плоскость поляризации проходящего света. В таком случае часть света проходит через второй поляризатор, то есть ячейка становится прозрачной (полностью или частично). В зависимости от того, каким образом осуществляется управление поворотом плоскости поляризации в ЖК-ячейке, различают несколько типов ЖК-матриц. Итак, ЖК-ячейка, помещаемая между двумя скрещенными поляризаторами, позволяет модулировать проходящее излучение, создавая градации черно-белого цвета. Для получения цветного изображения необходимо применение трех цветных фильтров: красного (R), зеленого (G) и голубого (B), которые, будучи установленными на пути распространения белого цвета, позволят получить три базовых цвета в нужных пропорциях. Итак, каждый пиксель ЖК-монитора состоит из трех отдельных субпикселов: красного, зеленого и голубого, представляющих собой управляемые ЖК-ячейки и различающихся только используемыми фильтрами, установленными между верхней стеклянной пластиной и выходным поляризующим фильтром

Подсветка экрана

Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света (лампы или светодиоды), кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Общая блок-схема монитора

Таким образом, полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Основные характеристики ЖК-монитора или телевизора.

• Диагональ — физический размер экрана монитора. Определяется путем замера между двумя противоположенными углами. Указывается обычно в дюймах , реже в сантиметрах.

• Соотношение сторон — показывает отношение ширины экрана к его высоте. Измеряется кратностью. Например 4:3 , 16:10 , 16:9. Соответственно мониторы имеющие ширину больше , чем в 1,5 раза больше высоты называются широкоформатными.

• Яркость — колличество света, излучаемое монитором. Сегодня в ЖК-мониторах максимальная яркость, заявляемая в технической документации, составляет от 250 до 500 кд/м2. И если яркость монитора достаточна высока, то это обязательно указывается в рекламных буклетах и преподносится как одно из основных преимуществ монитора. Впрочем, как раз в этом кроется один из подводных камней. Парадокс заключается в том, что ориентироваться на цифры, указанные в технической документации, нельзя. Это касается не только яркости, но и контраста, углов обзора и времени реакции пикселя. Мало того, что они могут вовсе не соответствовать реально наблюдаемым значениям, иногда вообще трудно понять, что означают эти цифры. Прежде всего, существуют разные методики измерения, описанные в различных стандартах; соответственно измерения, проводимые по разным методикам, дают различные результаты, причем вы вряд ли сможете выяснить, по какой именно методике и как проводились измерения. Вот один простой пример. Измеряемая яркость зависит от цветовой температуры, но когда говорят, что яркость монитора составляет 300 кд/м2, то возникает вопрос: при какой цветовой температуре достигается эта самая максимальная яркость? Более того, производители указывают яркость не для монитора, а для ЖК-матрицы, что совсем не одно и то же. Для измерения яркости используются специальные эталонные сигналы генераторов с точно заданной цветовой температурой, поэтому характеристики самого монитора как конечного изделия могут существенно отличаться от заявленных в технической документации. А ведь для пользователя первостепенное значение имеют характеристики собственно монитора, а не матрицы. Яркость является для ЖК-монитора действительно важной характеристикой. К примеру, при недостаточной яркости вы вряд ли сможете играть в различные игры или просматривать DVD-фильмы. Кроме того, окажется некомфортной работа за монитором в условиях дневного освещения (внешней засветки). Однако делать на этом основании вывод, что монитор с заявленной яркостью 450 кд/м2 чем-то лучше монитора с яркостью 350 кд/м2, было бы преждевременно. Во-первых, как уже отмечалось, заявленная и реальная яркость — это не одно и то же, а во-вторых, вполне достаточно, чтобы ЖК-монитор имел яркость 200-250 кд/м2 (но не заявленную, а реально наблюдаемую). Кроме того, немаловажное значение имеет и тот факт, каким образом регулируется яркость монитора. С точки зрения физики регулировка яркости может производиться путем изменения яркости ламп подсветки. Это достигается либо за счет регулировки тока разряда в лампе (в мониторах в качестве ламп подсветки используются лампы дневного света с холодным катодом Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), либо за счет так называемой широтно-импульсной модуляции питания лампы. При широтно-импульсной модуляции напряжение на лампу подсветки подается импульсами определенной длительности. В результате лампа подсветки светится не постоянно, а только в периодически повторяющиеся интервалы времени, но за счет инертности зрения создается впечатление, что лампа горит постоянно (частота следования импульсов составляет более 200 Гц). Очевидно, что, меняя ширину подаваемых импульсов напряжения, можно регулировать среднюю яркость свечения лампы подсветки. Кроме регулирования яркости монитора за счет лампы подсветки, иногда это регулировка осуществляется самой матрицей. Фактически, к управляющему напряжению на электродах ЖК-ячейки добавляется постоянная составляющая. Это позволяет полностью открывать ЖК-ячейку, но не позволяет полностью ее закрывать. В этом случае при увеличении яркости черный цвет перестает быть черным (матрица становится частично прозрачной даже при закрытой ЖК-ячейке).

• Контрастность — Не менее важной характеристикой ЖК-монитора является его контрастность, которая определяется как отношение яркости белого фона к яркости черного фона. Существует два вида контрастности — статическая и динамическая. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению. Например 1000:1 , 50000:1 ...Теоретически контрастность монитора не должна зависеть от установленного на мониторе уровня яркости, то есть при любом уровне яркости измеренный контраст должен иметь одно и то же значение. Действительно, яркость белого фона пропорциональна яркости лампы подсветки. В идеальном случае отношение коэффициентов пропускания света ЖК-ячейкой в открытом и закрытом состоянии является характеристикой самой ЖК-ячейки, однако на практике это отношение может зависеть и от установленной цветовой температуры, и от установленного уровня яркости монитора. За последнее время контрастность изображения на цифровых мониторах заметно выросла, и сейчас этот показатель нередко достигает значения 500:1. Но и здесь все не так просто. Дело в том, что контраст может указываться не для монитора, а для матрицы. Впрочем, как показывает опыт, если в паспорте указывается контраст более 350:1, то этого вполне достаточно для нормальной работы.

• Время отклика — время за которое пиксель экрана загорается белым и гаснет. Считают обычно время поджига плюс время гашения точки. Для комфортного просмотра быстродвижущихся изображений время поджига должно быть не более 16-18 миллисекунд (мс) , а гашения 4-6мс. Соответственно полное время 20-25мс.

Типичная временная диаграмма включения пикселя для TN+Film-матрицы

Типичная временная диаграмма выключения пикселя для TN+Film-матрицы

Время реакции, или время отклика пикселя, как правило, указывается в технической документации на монитор и считается одной из важнейших характеристик монитора (что не совсем верно). В ЖК-мониторах время реакции пикселя, которое зависит от типа матрицы, измеряется десятками миллисекунд (в новых TN+Film-матрицах время реакции пикселя составляет 12 мс), а это приводит к смазанности меняющейся картинки и может быть заметно на глаз. Различают время включения и время выключения пикселя. Под временем включения пикселя понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки, а под временем выключения — промежуток времени, необходимый для ее закрытия. Когда же говорят о времени реакции пикселя, то понимают суммарное время включения и выключения пикселя. Время включения пикселя и время его выключения могут существенно различаться. Когда говорят о времени реакции пикселя, указываемом в технической документации на монитор, то имеют в виду время реакции именно матрицы, а не монитора. Кроме того, время реакции пикселя, указываемое в технической документации, различными производителями матриц трактуется по-разному. К примеру, один из вариантов трактовки времени включения (выключения) пикселя заключается в том, что это время изменения яркости пикселя от 10 до 90% (от 90 до 10%). До сих пор, говоря об измерении времени реакции пикселя, подразумевается, что речь идет о переключениях между черным и белым цветами. Если с черным цветом вопросов не возникает (пиксель просто закрыт), то выбор белого цвета не очевиден. Как будет меняться время реакции пикселя, если измерять его при переключении между различными полутонами? Этот вопрос имеет огромное практическое значение. Дело в том, что переключение с черного фона на белый или, наоборот, в реальных приложениях встречается сравнительно редко. В большинстве приложений реализуются, как правило, переходы между полутонами. И если время переключения между черным и белым цветами окажется меньше, чем время переключения между градациями серого, то никакого практического значения время реакции пикселя иметь не будет и ориентироваться на эту характеристику монитора нельзя. Какой же вывод можно сделать из вышеизложенного? Все очень просто: заявляемое производителем время реакции пикселя не позволяет однозначно судить о динамической характеристике монитора. Более правильно в этом смысле говорить не о времени переключения пикселя между белым и черным цветами, а о среднем времени переключения пикселя между полутонами.

• Угол обзора — Угол в градусах от перпендикуляра (прямая линия , проходящая под углом в 90 градусов от плоскости монитора) центральной оси. Показывает , насколько можно отклониться в сторону от центра монитора и не потерять качество изображения. Для современных мониторов обычно угол составляет от 140 до 170 градусов

• Разрешение монитора — колличество рабочих пикселей по горизонтали на колличество рабочих пикселей по вертикали. Например 1024х768, 1366х768, 1920х1080, 1920х1200. Вообще термин разрешение обозначает несколько другое , но по факту , что бы не запутаться, введем термин разрешение изображения и разрешение монитора. Можно ли привязать разрешение и размер монитора ? Нет , нельзя. Монитор с разрешением 1366х768 точек может иметь диагональ 11 дюймов и 42 дюйма. Как ? Очень просто. Отличается физический размер каждого пикселя (измеряют правда не сам пиксель , а расстояние между центрами рядом стоящих пикселей).Зависит ли четкость картинки или текста на мониторе от его разрешения ? Нет , не зависит. Если текст имеет толщину в один пиксель , то он будет четким при любом разрешении , просто если на экране 17 дюймов разрешение 1440х900 точек сможете увидеть к примеру 10 колонок текста (например таблица в Excel) и 25 строк , то при разрешении 1920х1080 увидите 14 колонок и 40 строк. Текст, при этом будет мельче, но четкость текста будет идеальной как в одном, так и в другом случае.

Интерфейс монитора

ЖК-мониторы по своей природе являются цифровыми устройствами, поэтому «родным» интерфейсом для них считается цифровой интерфейс DVI, который может обладать двумя видами конвекторов: DVI-I, совмещающим цифровой и аналоговый сигналы, и DVI-D, передающим только цифровой сигнал. Считается, что для соединения ЖК-монитора с компьютером более предпочтителен интерфейс DVI, хотя допускается подключение и через стандартный D-Sub-разъем. В пользу DVI-интерфейса говорит и то, что в случае аналогового интерфейса происходит двойное преобразование видеосигнала: сначала цифровой сигнал преобразуется в аналоговый в видеокарте (ЦАП-преобразование), который затем трансформируется в цифровой электронным блоком самого ЖК-монитора (АЦП-преобразование), вследствие чего возрастает риск различных искажений сигнала. Многие современные ЖК-мониторы обладают как D-Sub-, так и DVI-коннекторами, что позволяет одновременно подключать к монитору два системных блока. Также можно найти модели, имеющие два цифровых разъема. В недорогих офисных моделях в основном присутствует только стандартный D-Sub-разъем.

Слайд 63 (34)

Классификация TFT-LCD дисплеев

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS (SFT) и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, применённый в конкретных разработках.

TN-матрица

Структура TN-ячейки

Жидкокристаллическая матрица TN-типа (Twisted Nematic) представляет собой многослойную структуру, состоящую из двух поляризующих фильтров, двух прозрачных электродов и двух стеклянных пластинок, между которыми располагается собственно жидкокристаллическое вещество нематического типа с положительной диэлектрической анизотропией. На поверхность стеклянных пластин наносятся специальные бороздки, что позволяет создать первоначально одинаковую ориентацию всех молекул жидких кристаллов вдоль пластины. Бороздки на обеих пластинах взаимно перпендикулярны, поэтому слой молекул жидких кристаллов между пластинами изменяет свою ориентацию на 90°. Получается, что ЖК-молекулы образуют скрученную по спирали структуру (рис. 3), из-за чего такие матрицы и получили название Twisted Nematic. Стеклянные пластины с бороздками располагаются между двух поляризационных фильтров, причем ось поляризации в каждом фильтре совпадает с направлением бороздок на пластине. В обычном состоянии ЖК-ячейка является открытой, поскольку жидкие кристаллы поворачивают плоскость поляризации проходящего через них света. Поэтому плоскополяризованное излучение, образующееся после прохождения первого поляризатора, пройдет и через второй поляризатор, так как ось его поляризации будет параллельна направлению поляризации падающего излучения. Под воздействием электрического поля, создаваемого прозрачными электродами, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою пространственную ориентацию, выстраиваясь вдоль направления силовых линий поля. В этом случае жидкокристаллический слой теряет способность поворачивать плоскость поляризации падающего света, и система становится оптически непрозрачной, так как весь свет поглощается выходным поляризующим фильтром. В зависимости от приложенного напряжения между управляющими электродами можно менять ориентацию молекул вдоль по полю не полностью, а лишь частично, то есть регулировать степень скрученности ЖК-молекул. Это, в свою очередь, позволяет менять интенсивность света, проходящего через ЖК-ячейку. Таким образом, установив лампу подсветки позади ЖК-матрицы и меняя напряжение между электродами, можно варьировать степень прозрачность одной ЖК-ячейки. TN-матрицы являются наиболее распространенными и дешевыми. Им свойственны определенные недостатки: не очень большие углы обзора, невысокая контрастность и невозможность получить идеальный черный цвет. Дело в том, что даже при приложении максимального напряжения к ячейке невозможно до конца раскрутить ЖК-молекулы и сориентировать их вдоль силовых линий поля. Поэтому такие матрицы даже при полностью выключенном пикселе остаются слегка прозрачными. Второй недостаток связан с небольшими углами обзора. Для частичного его устранения на поверхность монитора наносится специальная рассеивающая пленка, что позволяет увеличить угол обзора. Данная технология получила название TN+Film, что указывает на наличие этой пленки. Узнать, какой именно тип матрицы применяется в мониторе, не так-то просто. Однако если на мониторе имеется «битый» пиксель, возникший вследствие выхода из строя управляющего ЖК-ячейкой транзистора, то в TN-матрицах он всегда будет ярко гореть (красным, зеленым или синим цветом), поскольку для TN-матрицы открытый пиксель соответствует отсутствию напряжения на ячейке. Распознать TN-матрицу можно и посмотрев на черный цвет при максимальной яркости — если он скорее серый, чем черный, то это, вероятно, именно TN-матрица.

IPS-матрицы

Структура IPS-ячейки

Мониторы с IPS-матрицей называют также Super TFT-мониторами. Отличительной особенностью IPS-матриц является то, что управляющие электроды расположены в них в одной плоскости на нижней стороне ЖК-ячейки. При отсутствии напряжения между электродами ЖК-молекулы расположены параллельно друг другу, электродам и направлению поляризации нижнего поляризующего фильтра. В этом состоянии они не влияют на угол поляризации проходящего света, и свет полностью поглощается выходным поляризующим фильтром, поскольку направления поляризации фильтров перпендикулярны друг другу. При подаче напряжения на управляющие электроды создаваемое электрическое поле поворачивает ЖК-молекулы на 90° так, что они ориентируются вдоль силовых линий поля. Если через такую ячейку пропустить свет, то за счет поворота плоскости поляризации верхний поляризующий фильтр пропустит свет без помех, то есть ячейка окажется в открытом состоянии (рис. 4). Варьируя напряжение между электродами, можно заставлять ЖК-молекулы поворачиваться на любой угол, меняя тем самым прозрачность ячейки. Во всем остальном IPS-ячейки подобны TN-матрицам: цветное изображение также формируется за счет использования трех цветовых фильтров. IPS-матрицы имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с TN-матрицами. Преимуществом является тот факт, что в данном случае получается идеально черный цвет, а не серый, как в TN-матрицах. Другим неоспоримым преимуществом данной технологии являются большие углы обзора. К недостаткам IPS-матриц стоит отнести большее, чем для TN-матриц, время реакции пикселя. Впрочем, к вопросу о времени реакции пикселя мы еще вернемся. В заключение отметим, что существуют различные модификации IPS-матриц (Super IPS, Dual Domain IPS), позволяющие улучшить их характеристики.

MVA-матрицы

Доменная структура MVA-ячейки

MVA является развитием технологии VA, то есть технологии с вертикальным упорядочиванием молекул. В отличие от TN- и IPS-матриц, в данном случае используются жидкие кристаллы с отрицательной диэлектрической анизотропией, которые ориентируются перпендикулярно к направлению линий электрического поля. В отсутствие напряжения между обкладками ЖК-ячейки все жидкокристаллические молекулы ориентированы вертикально и не оказывают никакого влияния на плоскость поляризации проходящего света. Поскольку свет проходит через два скрещенных поляризатора, он полностью поглощается вторым поляризатором и ячейка оказывается в закрытом состоянии, при этом, в отличие от TN-матрицы, возможно получение идеально черного цвета. Если к электродам, расположенным сверху и снизу, прикладывается напряжение, молекулы поворачиваются на 90°, ориентируясь перпендикулярно к линиям электрического поля. При прохождении плоскополяризованного света через такую структуру плоскость поляризации поворачивается на 90° и свет свободно походит через выходной поляризатор, то есть ЖК-ячейка оказывается в открытом состоянии. Достоинствами систем с вертикальным упорядочиванием молекул являются возможность получения идеально черного цвета (что, в свою очередь, сказывается на возможности получения высококонтрастных изображений) и малое время реакции пикселя. С целью увеличения углов обзора в системах с вертикальным упорядочиванием молекул используется мультидоменная структура, что и приводит к созданию матриц типа MVA. Смысл этой технологии заключается в том, что каждый субпиксел разбивается на несколько зон (доменов) с использованием специальных выступов, которые несколько меняют ориентацию молекул, заставляя их выравниваться по поверхности выступа. Это приводит к тому, что каждый такой домен светит в своем направлении (в пределах некоторого телесного угла), а совокупность всех направлений расширяет угол обзора монитора. К достоинствам MVA-матриц следует отнести высокую контрастность (благодаря возможности получения идеально черного цвета) и большие углы обзора (вплоть до 170°). В настоящее время существует несколько разновидностей технологии MVA, например PVA (Patterned Vertical Alignment) компании Samsung, MVA-Premium и др., которые в еще большей степени повышают характеристики MVA-матриц.

Слайд 64 (35)

Слайд 65 (36)

Слайд 66 (37)

Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно — на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В универсальных интерфейсах (например, в оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором — указателем — манипулятором элементами интерфейса. Иногда используется ввод команд мышью без участия видимых элементов интерфейса программы: при помощи анализа движений мыши. Такой способ получил название «жесты мышью» (англ. mousegestures).

В дополнение к детектору перемещения, мышь имеет от одной до трёх и более кнопок, а также дополнительные элементы управления (колёса прокрутки, потенциометры, джойстики, трекболы, клавиши и т. п.), действие которых обычно связывается с текущим положением курсора (или составляющих специфического интерфейса).

Элементы управления мыши во многом являются воплощением идей аккордной клавиатуры (то есть, клавиатуры для работы вслепую). Мышь, изначально создаваемая в качестве дополнения к аккордной клавиатуре, фактически её заменила.

В некоторые мыши встраиваются дополнительные независимые устройства — часы, калькуляторы, телефоны.