конспект лекций. Конспект лекций по МДК 02.02 Установка и конфигурирование перифе. 3 содержание тема ведение 5
 Скачать 4.73 Mb.
|
|
Тема 4. ВИДЕОПОДСИСТЕМА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 4.1 Технология отображения информации. Видеоадаптер. План 1. Типы видеосистем 2. Видеоадаптеры 3. Графические видеоадаптеры точечные 4. Графические видеоадаптеры векторные 66 5. Графические видеоадаптеры растровые Типы видеосистем В общем случае видеосистема (дисплей) ЭВМ включает монитор, преобразующий сигналы от ЭВМ в изображение на экране в темпе их поступления без запоминания и обработки; и видеоконтроллер для обработки, передачи данных и согласования интерфейсов. В ЭВМ применяются три основных типа построения видеосистемы: 1. ее электронные схемы без монитора входят в состав системного блока ЭВМ и в качестве экранного ОЗУ используют основную память ЭВМ; 2. ее электронные схемы без монитора входят в состав системного блока ЭВМ и имеют отдельное экранное ОЗУ; 3. все ее электронные схемы и монитор выполняются в виде отдельного устройства, связанного с ЭВМ стандартным интерфейсом. Возможны также различные комбинации типов. Дисплеи ПЭВМ классифицируются по ряду признаков: по виду отображаемой информации: алфавитно-цифровые, графические и комбинированные; по способу формирования изображения графические дисплеи ПЭВМ делятся на векторные и растровые; по способу поддержания изображения: с регенерацией и запоминанием изображения в специальных электронных трубках; по способу сопряжения монитора с адаптером: композитные и RGB - дисплеи. В RGB -дисплеях сигналы яркости основных цветов передаются от адаптера к монитору по трем отдельным проводам, а в композитных все три сигнала яркости подаются в монитор по одному проводу, где затем разделяются; по виду управления: цифровые и аналоговые. В цифровых дисплеях по одному сигналу включается только один уровень яркости. В аналоговых дисплеях яркость и цвет любой точки пропорциональны уровню напряжения управляющего аналогового сигнала. Аналоговые дисплеи поддерживают больше цветов, чем цифровые. 67 В ПЭВМ обычно применяются растровые монохромные или цветные видеомониторы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). По виду сигнала управления такие видеомониторы, как CGA и EGA, являются цифровыми, а видеомониторы PGA, VGA, SVGA - аналоговыми. 2 Видеоадаптеры Видеоадаптеры (дисплейные процессоры) представляют собой специализированные процессоры с собственным набором команд, специфическими форматами данных и собственным счетчиком команд. Алфавитно-цифровые видеоадаптеры, так же как и принтеры, имеют ПЗУ для хранения постоянного знакогенератора и ОЗУ - для переменного знакогенератора. Страница текста, отображаемая на экране, записывается в видеопамять и координаты каждого символа однозначно определяются его местонахождением в видеопамяти. 3 Графические видеоадаптеры точечные Графические видеоадаптеры с произвольным сканированием разделяются на точечные и векторные. В точечных дисплеях любая картинка рисуется из отдельных точек, координаты которых в произвольном порядке задаются в графическом файле. В векторных дисплеях изображение составляется из 68 отдельных векторов, которые задаются в файле координатами начальных и конечных точек. Для управления точечными дисплеями используются два типа команд: команда рисования точки и команда безусловного перехода. При выполнении каждой команды рисования луч перемещается от точки к точке по указанным в команде координатам, активизируя их. Последней командой графического файла является команда безусловного перехода на начало файла, что обеспечивает регенерацию изображения. При такой организации вычислений адаптер содержит два ЦАП, которые преобразует цифровые координаты точки в напряжения отклонения луча ЭЛТ по координатам X и Y. Основным недостатком точечных графических адаптеров является то, что координаты каждой точки вычисляются ЦП. От этого недостатка свободны векторные адаптеры. 4 Графические видеоадаптеры векторные В векторных графических адаптерах команды начальной и конечной точки вектора вычисляются ЦП, а рисование векторов осуществляется автоматически специальным блоком - генератором векторов или генератором напряжения развертки. Для задания координат начала и конца вектора используются абсолютные или относительные координаты. Если используются относительные координаты, то в структуре адаптера добавляется сумматор для сложения базовых координат с относительными. В таких адаптерах используются команды следующего типа: загрузить Х ; загрузить Y и переместить луч в позицию Х, Y ; загрузить Y, переместить луч в позицию X,Y и нарисовать точку; загрузить Y и нарисовать вектор от начальной до конечной точки; безусловный переход. Если адаптер работает в абсолютных координатах, то ЦП сильно загружен в режиме редактирования или перемещения изображения. 69 5 Графические видеоадаптеры растровые Графические адаптеры растрового типа позволяют создавать изображение с непрерывным уровнем яркости, т.к. вывод содержимого видео-ЗУ на экран всегда производится с постоянной частотой и обеспечивается одинаковая яркость для векторов разной длины. Адаптеры такого типа обладают отсутствием мерцания, возможностью наложения изображения из видео-ЗУ на стандартное телевизионное изображение от телекамеры или видеомагнитофона. В растровых адаптерах каждая точка изображения вычисляется и записывается в видео-ЗУ. Такое ЗУ должно быть большой емкости и его быстродействие должно быть соизмеримо с работой монитора. Графический файл преобразуется сначала в векторный, где осуществляется масштабирование и перемещение изображения, а затем векторный файл преобразуется в растровую форму, где каждый вектор заменяется последовательностью пиксель, записываемых в видео-ЗУ. С учетом этого в структуре растровых адаптеров выделяют два процессора - векторный и растровый. 70 Растровый графический процессор работает под управлением своей программы. Входными данными для него являются команды, записанные в ОЗУ ДФ и описывающие вектора, которые программным или аппаратным способом должны быть преобразованы в пикселы. Вычисленные точки вектора между его начальными и конечными точками записываются в видео-ЗУ. Видеоконтроллер формирует видеосигналы на видеомонитор, для чего производится периодический опрос ячеек видео-ЗУ. РГП выполняет также кодирование изображения - вычисление пиксель по полученному списку векторов, определяющему небольшую часть изображения (окно), которое можно перемещать по экрану. В связи с этим РГП должны обладать большим быстродействием. Для черно-белых адаптеров для задания атрибутов пиксела отводится один бит, если он установлен, то это означает черный цвет. Для создания тонового черно-белого изображения видео-ЗУ имеет несколько плоскостей, число которых определяется количеством градаций черно-белого тона. Разрядность задания атрибутов пикселя n и число градаций тона L связаны между собой соотношением n=log2L. Считанный из видео-ЗУ двоичный код пикселя преобразуется на ЦАП в напряжение, соответствующее требуемому уровню тона. Способы формирования цветного изображения Цветные изображения могут быть получены двумя способами. Первый способ основывается на первичной форме изображения в графическом файле с постоянно заданным цветом. В ячейки видео-ЗУ записываются все атрибуты цвета, например, красный ( R ), синий ( B ) и зеленый ( G ) цвет. Затем двоичные коды интенсивности каждого цвета преобразуются ЦАП в уровни напряжения (рис, а). Для простого изображения достаточно иметь три слоя атрибутов пиксела. Цвет изображения можно поменять, только изменив графический файл. 71 Второй способ позволяет выводить цветные изображения с изменяемым цветом. В состав видеоконтроллера вводится специальное ЗУ, в котором записывается таблица цветов (рис. б). Каждый пиксель содержит адрес этой таблицы. Меняя адреса таблицы цветов можно изменить цвет изображения Мониторы с электронно-лучевой трубкой Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), кинескоп - электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Принципиальное устройство: Электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор; Экран, покрытый люминофором - веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов; Отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение. 1 Устройство и принцип работы черно-белого кинескопа 72 В баллоне 9 создан глубокий вакуум - сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощенных газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер. Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов впределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединенное с одноименным электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 73 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт. Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие. Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создает на экране изображение. Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия - люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединенный с общим проводом слой аквадага - проводящей смеси на основе графита (6). Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7. В черно-белых телевизорах состав люминофора подбирают таким, чтобы он светился нейтрально-серым цветом. В видеотерминалах, радарах и т. д. люминофор часто делают желтым или зеленым для меньшего утомления глаз. Угол отклонения луча Углом отклонения луча ЭЛТ называется максимальный угол между двумя возможными положениями электронного луча внутри колбы, при которых на экране еще видно светящееся пятно. От величины угла зависит отношение диагонали (диаметра) экрана к длине ЭЛТ. У осциллографических ЭЛТ составляет как правило до 40 градусов, что связано с необходимостью повысить чувствительность луча к воздействию отклоняющих пластин. У первых советских телевизионных кинескопов с круглым экраном угол отклонения составлял 50 градусов, у черно-белых кинескопов более поздних выпусков был равен 70 74 градусам, начиная с 60-х годов увеличился до 110 градусов. У отечественных цветных кинескопов составляет 90 градусов. При увеличении угла отклонения луча уменьшаются габариты и масса кинескопа, однако, увеличивается мощность, потребляемая узлами развертки. В настоящее время в некоторых областях возрождено применение 70-градусных кинескопов: в цветных VGA мониторах большинства диагоналей Ионная ловушка Так как внутри ЭЛТ невозможно создать идеальный вакуум, внутри остается часть молекул воздуха. При столкновении с электронами из них образуются ионы, которые, имея массу, многократно превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно выжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемое ионное пятно. Для борьбы с этим до середины 60 гг. применялись ионная ловушка, обладающая крупным недостатком: ее правильная установка - довольно кропотливая операция, а при неправильной установке изображение отсутствует. В начале 60 гг. был разработан новый способ защиты люминофора: алюминирование экрана, кроме того позволившее вдвое повысить максимальную яркость кинескопа, и необходимость в ионной ловушке отпала. Задержка подачи напряжения на анод либо модулятор В телевизоре, строчная развертка которого выполнена на лампах, напряжение на аноде кинескопа появляется только после прогрева выходной лампы строчной развертки и демпферного диода. Накал кинескопа к этому моменту успевает разогреться. Внедрение в узлы строчной развертки полностью полупроводниковой схемотехники породило проблему ускоренного износа катодов кинескопа по причине подачи напряжения на анод кинескопа одновременно с включением. Для борьбы с этим явлением разработаны любительские узлы, обеспечивающие задержку подачи напряжения на анод либо модулятор кинескопа. Интересно, что в некоторых из них, несмотря на то, что они предназначены для установки в полностью полупроводниковые телевизоры, в качестве элемента задержки использована радиолампа. Позднее начали выпускаться телевизоры 75 промышленного производства, в которых такая задержка предусмотрена изначально. Развертка Чтобы создать на экране изображение, электронный луч должен постоянно проходить по экрану с высокой частотой - не менее 25 раз в секунду. Этот процесс называется разверткой. Есть несколько способов развертки изображения. Растровая развертка Электронный луч проходит весь экран по варианта: 1-2-3-4-5-… (построчная развертка); 1-3-5-7-…, затем 2-4-6-8-… (чересстрочная развертка). Векторная развертка Электронный луч проходит вдоль линий изображения. ( Vectrex - единственная игровая консоль с векторной разверткой). Развертка на экране радара Электронный луч проходит вдоль радиусов экрана. Служебная информация (карта, надписи) дополнительно развертывается растровым или векторным способом. 76 2. Цветные кинескопы Устройство цветного кинескопа. 1 -Электронные пушки. 2 - Электронные лучи. 3 - Фокусирующая катушка. 4 - Отклоняющие катушки. 5 - Анод. 6 - Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д. 7 - Красные, зеленые и синие зерна люминофора. 8 - Маска и зерна люминофора (увеличенно). Цветной кинескоп отличается от черно-белого тем, что в нем три пушки - "красная", "зеленая" и "синяя" (1). Соответственно, на экран 7 нанесены в некотором порядке три вида люминофора - красный, зеленый и синий (8). На красный люминофор попадает только луч от красной пушки, на зеленый - только от зеленой, и т. д. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решетка, именуемая маской (6). В современных кинескопах маска выполнена из инвара - сорта стали с небольшим коэффициентом температурного расширения. Существует два типа масок: собственно теневая маска, которая существует двух видов: 77 o Теневая маска для кинескопов с дельтаобразным расположением электронных пушек. Часто, особенно в переводной литературе, упоминается как теневая решетка. В настоящее время применяется в большинстве мониторных кинескопов. o Теневая маска для кинескопов с планарным расположением электронных пушек. Известна также, как щелевая решетка. апертурная решетка ( Sony Trinitron, Mitsubishi Diamondtron ). Эта маска, в отличие от остальных видов, состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально. Кинескопы с такой маской применяются и в мониторах, и в телевизорах. Существуют цветные кинескопы специального типа - однолучевые хромоскопы. По устройству и принципу действия они разительно отличаются от иных видов цветных кинескопов. Несмотря на явные преимущества, включая пониженную потребляемую мощность, сравнимую с аналогичным показателем черно-белого кинескопа с диагональю того же размера, широкого распространения такие кинескопы не получили. Среди этих масок нет явного лидера: теневая обеспечивает высокое качество линий, апертурная дает более насыщенные цвета. Щелевая сочетает достоинства теневой и апертурной, но склонна к муарам. Типы решеток, способы замера шага на них 78 Чем меньше элементы люминофора, тем более высокое качество изображения способна дать трубка. Показателем качества изображения является шаг маски. Для теневой решетки шаг маски - расстояние между двумя ближайшими отверстиями маски (соответственно, расстояние между двумя ближайшими элементами люминофора одного цвета). Для апертурной и щелевой решетки шаг маски определяется как расстояние по горизонтали между щелями маски (соответственно, горизонтальное расстояние между вертикальными полосами люминофора одного цвета). В современных мониторных ЭЛТ шаг маски находится на уровне 0,25 мм. Телевизионные кинескопы, просмотр изображения на которых осуществляется с большего расстояния, используют шаги порядка 0,8 мм. Сведение лучей Так как радиус кривизны экрана много больше расстояния от него до электронно-оптической системы вплоть до бесконечности в плоских кинескопах, а без применения специальных мер точка пересечения лучей цветного кинескопа находится на постоянном расстоянии от электронных пушек, необходимо добиться того, чтобы эта точка находилась точно на поверхности теневой маски, в противном случае образуется рассовмещение трех цветовых составляющих изображения, увеличивающееся от центра экрана к краям. Чтобы этого не происходило, необходимо должным образом сместить электронные лучи. В кинескопах с дельтаобразным расположением пушек это делается специальной электромагнитной системой, управляемой отдельно устройством, которое в старых телевизорах была вынесена в отдельный блок - блок сведения - для периодических регулировок. В кинескопах с планарным расположением пушек регулировка производится при помощи специальных магнитов, расположенных на горловине кинескопа. Со временем, особенно у кинескопов с дельтаобразным расположением электронных пушек, сведение нарушается и нуждается в |