8. Организация вывода информации

Видеомонитор (или монитор) – устройство отображения текстовой и графической информации на экране.

Формирование изображения на мониторе

Экран ЭЛТ

Контроллер ЭЛТ выполняет функцию связующего звена между видеопамятью и монитором: он принимает поток битов из памяти и преобразует его в свечение соответствующих точек экрана. Эти светящиеся точки (пиксели (pixel – picture element)) производятся в результате соударения электронного луча с внутренней поверхностью экрана ЭЛТ, на которую нанесён фосфоресцирующий состав. Электронный луч, управляемый системой отклонения, пробегает по экрану строка за строкой слева направо и сверху вниз (развёртка), при этом контроллер включает и выключает интенсивность луча, повторяя “узор” битов в памяти. За одну секунду электронный луч побегает по экрану N раз; при обычном N>60 глазу человека изображение представляется ясным и устойчивым. Между кадрами луч должен из правого нижнего угла экрана вернуться в левый верхний. Это движение называется обратным ходом кадра. Во время обратного хода (обычно его время составляет 1,25 мс) интенсивность луча выключена и на экран ничего не выводится.

Жидкокристаллический дисплей (LCD – Liquid Crystal Display)

Жидкий кристалл - это вязкая жидкость, которая, в отличие от обыч­ной (например, воды), пропускает свет не одинаково во всех направ­лениях, а по-разному, в зависимости от пространственной ориентации большинства ее молекул. Такая неравномерность оптических харак­теристик свойственна кристаллам - отсюда и название вещества. По­лучается, что если повернуть молекулы жидкого кристалла опреде­ленным образом, то можно заставить его пропускать лишь нужную часть светового потока. Это на самом деле так, правда, дополнитель­но приходится применять еще и систему поляризационных фильтров. Для вращения молекул используется электрическое поле. При смене его характеристик частицы перестраиваются по-новому, что требует некоторого времени (жидкий кристалл - вещество вязкое). Поэтому изображение на экране ЖК-дисплея инерционное и теряет четкость при резких изменениях.

Для создания точечного дисплея изготовляют матрицу из миниа­тюрных прозрачных ячеек, заполненных жидким кристаллом. Она по­мещается между двумя электродами, один из которых - цельная пла­стина, а другой состоит из множества миниатюрных контактов, соот­ветствующих отдельным ячейкам. В современных мониторах подача электрического сигнала на индивидуальные электроды происходит через так называемые тонкопленочные транзисторы (TFT). Это позво­лило увеличить время, на протяжении которого яркость точки сохра­няется, и, как следствие, избавиться от мерцания изображения.

LCD-мониторы (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. И поэтому стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров.

Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов.

Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD-монитора.

Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность воспроизвести любой цвет.

В настоящее время нет никаких стандартов для определения того, достаточной ли яркостью обладает LCD-монитор. При этом в центре яркость LCD-монитора может быть на 25% выше, чем у краев экрана.

Контрастность LCD-монитора определяется отношением яркостей между самым ярким белым и самым темным черным цветом. Хорошим контрастным соотношением считается 120:1, что обеспечивает воспроизведение живых насыщенных цветов. Контрастное соотношение 300:1 и выше используется тогда, когда требуется точное отображение черно-белых полутонов.

Преимуществам LCD-мониторов:

• создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов

• отсутствие искажений на экране

• потребляемая и рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у мониторов на основе ЭЛТ.

Плазменный дисплей

Форми­рование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, запол­ненном смесью благородных газов - ксенона и неона. На переднюю, про­зрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или элек­троды, а на заднюю - ответные проводники.

В современных цветных дисплеях переменного тока задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цве­тов - красного, синего и зеленого, по три ячейки на каждый пиксель. Так как оба электрода в дисплеях переменного тока закрыты слоем диэлектрика, прямого разряда, как в моделях постоянного тока, не получается. Вместо этого каждый элемент (электрод-электрод) работает как очень емкий кон­денсатор.

Этот принцип существенно продлевает срок жизни дисплея, оставляя в сохранности электроды и увеличивая цветность и яркость. Однако, в этом случае резко повышается цена устройства из-за усложняющейся управ­ляющей электроники - для дисплеев переменного тока требуется более вы­сокая частота. При разряде смесь газов излучает ультрафиолетовый свет, который в свою очередь воздействует на люминофор, заставляя его све­титься в видимом спектре. Интенсивности излучения вполне хватает, чтобы плазменные дисплеи могли использоваться в помещениях с любым уров­нем освещенности.

Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии собственные ноу-хау, улучшающие цветопереда­чу, контрастность и управляемость.

Характеристики мониторов и видеоадаптеров

Характеристики мониторов:

1) Размер экрана монитора (в дюймах).

2. Разрешающая способность определяется максимальным количеством пикселей (точек экрана), размещающихся по горизонтали и вертикали экрана монитора. Зависит от характеристик монитора и характеристик видеоадаптера.

Стандартные значения: 640х480; 800х600; 1024х768; 1600х1200, но могут быть и другие значения.

3) Размер зерна (точки экрана).

Чем меньше размер зерна, тем выше четкость изображения.

Мониторы работают в двух режимах: в текстовом и графическом.

в текстовом режиме изображение на экране состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором; при этом экран разбивается на знакоместа (отдельные области - обычно 25 строк по 80 символов).

в графическом режиме на экране выводится более сложные изображения и надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов - пикселей.

Видеоадаптеры

Видеоадаптеры являются внутрисистемными устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на экран.

Стандартные видеоадаптеры хранят содержание изображения в видеопамяти (расположенной на плате адаптера) таким образом, что определенному адресу памяти соответствует определенное место экрана монитора. Аппаратура видеоадаптера периодически считывает содержимое видеопамяти и помещает его на экран. Таким образом, информация на экране теоретически может меняться с такой же скоростью, с какой программа записывает информацию в оперативную память.

Современные видеоадаптеры передают цвет, с использованием 32 битов, при этом 24 бита передают истинный цвет (true color), а остальные 8 бит передают степень прозрачности истинного цвета. Таким образом, возможности представления цвета в современных вычислительных системах заключаются в использовании 16,7 млн. (2²⁴) цветов и 256 (2⁸) степеней прозрачности каждого цвета.

Обычный видеоадаптер состоит из четырех основных устройств:

видеопамяти, видеоконтроллера (видеоускорителя), цифроаналогового преобразователя и ПЗУ.

Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема за­висит максимально возможное полное разрешение видеоадаптера:

А х В х С, где А - количество точек по горизонтали; В - по вертикали; С - количество возможных цветов каждой точки.

Например, для разрешения 1024x768x65536 (другое обозначе­ние - 1024x768x64k) достаточно 2 Мбайт памяти. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов - 4 разряда, 256 - 8 разрядов, 65 536 -16 разрядов и т.д.).

Видеоконтроллер является основой видеоадаптера, и именно от не­го зависит быстродействие и возможности видеоадаптера. Он отвеча­ет за вывод изображения из видеопамяти, за регенерацию ее содер­жимого, за формирование сигналов развертки для монитора и за об­работку запросов центрального процессора.

Кроме того, обязательно присутствуют контроллеры видеопамяти и порта главной системной шины, дополнительно может присутствовать также контроллер какого-либо внешнего порта.

Все современные видеоконтроллеры являются потоковыми - их ра­бота основана на создании и смешивании нескольких потоков графи­ческой информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши, и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее, например, от TV-приемника или MPEG-декодера, Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором, или ускорителем, и служит для разгрузки центрального процессора от рутинных операций по формированию изображения

Основные характеристики видеоадаптеров:

1) ёмкость видеопамяти;

2) разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали);

3) разрядность шины данных, определяющая скорость передачи данных;

4) количество передаваемых цветных оттенков.

Факторы, влияющие на скорость вывода информации на экран монитора:

• разрешающая способность;

• количество цветов, передаваемых видеоадаптером;

• частота кадровой и строчной развертки.

Печатающие устройства

Для вывода на печать подготовленного на ЭВМ текста и графики применяются специальные устройства - принтеры, чертежи и схемы на больших форматах печатаются на графопостроителях (плоттерах).

Обычно принтер подключается к системному блоку персонального компьютера через порт шины USB, однако принтеры, предназначенные для издательских систем, и плоттеры подключаются через специальные порты с использованием высокоскоростных интерфейсов.

Важной характеристикой печатающих устройств, которая определяет качество печати, является разрешающая способность (количество точек на дюйм - dpi).

В печатающих устройствах необходимо наличие собственной оперативной памяти для хранения шрифтов и построения рисунков. В цветных лазерных принтерах при печати с высокой разрешающей способностью объем собственного ОЗУ принтера достигает десятки мегабайт.

По технологии печати, связанной с особенностями печатающего элемента, принтеры разделяются на следующие типы:

• матричные;

• струйные;

• лазерные.

Матричные принтеры

Принцип действия заключается в том, что печатающая головка содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок) и движется вдоль печатаемой строки, при этом стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование на бумаге изображения. Количество иголок составляет обычно от 9 до 48 (чем их больше, тем выше качество печати и требуется меньше проходов головки по строке). Обычная скорость печати от 10 сек. до 5 мин. в зависимости от модификации.

Струйные принтеры

Принцип действия струйной печати основан на формировании изображения микрокаплями специальных чернил, выдуваемых из емкости с помощью сопел. Современные модели струйных принтеров дают качество печати, схожее с лазерными принтерами. Разрешающая способность до 720 dpi.

Лазерные принтеры

Процесс лазерной печати основан на технологии ксерографии фирмы Xerox: изображение переносится со специального фоточувствительного барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. В отличие от копировального устройства, печатающий барабан электризуется с помощью луча лазера по командам из компьютера. Разрешающая способность от 360 dpi до 2400 dpi.

Плоттеры предназначены для использования в системах автоматизированного проектирования (САПР) и конструирования.

По технологии печати плоттеры разделяются на следующие типы:

• электромеханические векторного типа;

• растровые устройства вывода графической информации, изображение в которых получается за счет использования различных физических принципов (электростатики, электрографии и др.);

• фотооптические и устройства вывода на микрофильм.

Графопостроители (плоттеры) могут работать автономно, воспринимая исходные данные промежуточного носителя (магнитного диска), а также непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов.

Основные характеристики графопостроителей:

• тип применяемых подложек или носителей графической информации;

• размеры рабочей области печати;

• быстродействие;

• разрешающая способность;

• наличие устройств сопряжения с ЭВМ.

Вследствие развития вычислительных систем, технические характеристики печатающих устройств постоянно улучшаются, что позволяет получать высококачественное изображение за короткое время.