Лаб_ВМСиС. Вычислительные машины, системы и сети
 Скачать 2.31 Mb.
|
Лабораторная работа № 4. Внешние устройства ПК
В результате выполнения данной работы студенты должны знать состав внешних устройств ПК 2.Основы теории 1. ВидеоподсистемаВидеоподсистема ПК предназначена для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем. Видеоподсистема состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы или интегрированы на системной плате), а видеомониторы – это внешние устройства ПК. В стационарных ПК монитор представляет собой электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) или ЖК-панель, в портативных ПК он построен на плоских индикаторах. Видеоконтроллер предназначен для преобразования данных в сигнал, отображаемый монитором, и для управления работой монитора. Видеомониторы на базе ЭЛТВ состав монитора входят: электронно-лучевая трубка; отклоняющая система; видеоусилитель; блок питания и т. д. (Рис. 1).  Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, CRT) представляет собой запаянную вакуумную стеклянную колбу, дно (экран) которой покрыто слоем люминофора, а в горловине установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью формирующей и отклоняющей систем поток электронов модулируется для отображения нужного символа и направляется на нужное место экрана. (Рис. 2).  Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. (Рис. 3)  Энергия, выделяемая попадающими на люминофор электронами, заставляет его светиться. Светящиеся точки люминофора формируют изображение, воспринимаемое визуально. (Рис. 4)  В компьютерах применяются как монохромные, так и цветные мониторы. Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отобразить десятки оттенков «серого цвета», менее вредны для здоровья человека. Поэтому многие профессиональные программисты предпочитают именно их. Наибольшую разрешающую способность с хорошей передачей полутонов из применяемых в настоящее время мониторов имеют монохромные мониторы с черно-белым изображением типа «paper white» (используемые часто в настольных издательских системах); их разрешающая способность при совместной работе с хорошим видеоадаптером превышает 1600 х 1200 пикселов. Используются монохромные мониторы и на серверах. Цветные мониторы. В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах. Каждая пушка отвечает за один из трех основных цветов: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), путем смешивания которых создаются все остальные цвета и цветовые оттенки, вплоть до 16 миллионов разных оттенков, предусмотренных стандартом TrueColor, Люминофор цветной трубки содержит мелкие группы точек, в каждой из которых имеются три вида элементов (отсюда и название группы из люминофорных элементов – триады), светящихся этими основными цветами, а поток электронов от каждой электронной пушки направляется на соответствующие группы точек. Такие мониторы иногда называют RGB-мониторами, по первым буквам названия основных цветов, формирующих спектр. Видеомониторы на плоских панеляхСреди ВМПП выделяют:
Мониторы на жидкокристаллических индикаторах Мониторы на жидкокристаллических индикаторах – это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют специальную прозрачную жидкость, которая при определенных напряженностях электростатического поля кристаллизуется, при этом изменяются ее прозрачность, коэффициенты поляризации и преломления световых лучей. Эти эффекты и используются для формирования изображения. Конструктивно такой дисплей выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пластин, между которыми и помещается тончайший слой такой кристаллизующейся жидкости. При отсутствии напряжения ячейка жидкого кристалла прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем (рис. 1а).  а) нет напряжения  б) есть напряжение В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью) (рис. 1б). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (на разных ячейках), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. В качестве источника света для задней или боковой подсветки экранов обычно используются флуоресцентные лампы с холодным катодом или электролюминесцентные панели. LCD бывают с активной и пассивной матрицами. В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксел) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов, а в активной для каждого элемента экрана есть свой управляющий транзистор, поэтому их часто называют TFT-экранами (TFT – Thin Film Transistor, тонкопленочный транзистор). Наряду с монохромными широко используются и цветные дисплеи. У цветных дисплеев каждый элемент изображения состоит из 3-х отдельных пикселов (R, G и В), покрытых тонкими светофильтрами соответствующих цветов. Современные дисплеи с активной матрицей поддерживают стандарт TrueColor, что позволяет отображать до 16,7 млн. цветовых оттенков. Сами цвета достаточно глубокие и яркие. Плазменные мониторы В плазменных мониторах изображение формируется сопровождаемыми излучением света газовыми разрядами в пикселах панели. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники; на одну пластину – горизонтально, на другую – вертикально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пикселы. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом: неоном или аргоном. При подаче высокочастотного напряжения на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводников в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает г  азовый разряд.Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовой части спектра, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксел на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света). При разрешающей способности 512 х 512 пикселов панель имеет размеры порядка 200 х 200 мм, при 1024 х 1024 пиксела – 400 х 400; толщина панели порядка 6-8 мм. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть хорошее изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45°, как в случае с LCD-мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10 000 часами (это около 5 лет в офисных условиях). Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Сейчас ведутся работы по созданию технологии PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая обещает соединить в себе преимущества плазменных и LCD-экранов с активной матрицей с целью эффективного использования PALC-панелей в компьютерах. Электролюминесцентные мониторы Электролюминесцентные мониторы в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта слоем люминофора. Пластины складываются так, что провода пластин пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы, На пару пересекающихся проводов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для возбуждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения. Светоизлучающие мониторы В  светоизлучающих мониторах в качестве панели используется полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как люминесцентные панели, но через полупроводниковые пикселы пластины пропускается ток (а не создается электрическое поле). На сегодняшний день имеются монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к дисплеям LCD, но уступающие им по сроку службы.Удалось создать органический полупроводник, имеющий широкий спектр излучения – в диапазоне от синего до инфракрасного с эффективностью (коэффициентом полезного действия по мощности) излучения порядка 1%. Многие фирмы (CDT, Seiko-Epson и др.) планируют создать на основе этого материала полноразмерный цветной дисплей. Прототип цветного дисплея был создан с использованием красных, синих и зеленых полимерных материалов CDT с нанесением на подложку экрана по технологии струйной печати. Качество отображения цвета нового экрана аналогично качеству жидкокристаллических дисплеев (LCD). Достоинства LEP-панелей:
ВидеоконтроллерыВ  идеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифро-аналоговый преобразователь.Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т. п. Поясним некоторые компоненты.
Сам же процесс имеет несколько этапов:
Важная характеристика видеоадаптера – емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран. Под разрешающей способностью здесь (так же как и для мониторов) понимается то количество выводимых на экран монитора пикселов, которое может обеспечить видеоконтроллер. При разрешении 1024 х 768 на экран должно выводиться 786 432 пиксела, а при разрешении 2048 х 1536 – 3 145 728 пикселов. Для каждого пиксела должна храниться и его характеристика – атрибут. Количество воспроизводимых цветовых оттенков (глубина цвета) зависит от числа двоичных разрядов, используемых для представления атрибута каждого пиксела. Выделение 4 битов информации на пиксел (контроллеры CGA) позволяло отображать 24=16 цветов, 8 битов (контроллеры EGA и VGA) – 28=256 цветов, 16 битов (стандарт HighColor), 24 и 25 битов (стандарт TrueColor в контроллерах SVGA), соответственно, 216=65 536, 224=16 777 216 и 225=33 554 432 цветов. В стандарте TrueColor в отображении каждого пиксела обычно участвуют 32 бита, из них 24 или 25 нужны для характеристики цветового оттенка, а остальные – для служебной информации. Необходимую емкость видеопамяти для работы с графикой можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселов, выводимых на экран. Например, в стандарте TrueColor при разрешающей способности монитора 1024 х 768 пикселов емкость видеопамяти должна быть не менее 2,5 Мбайт, а при разрешении 2048 х 1536 – не менее 9,5 Мбайт. При работе с текстом необходимая емкость видеопамяти существенно меньше. Скорость вывода изображения на экран зависит от скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифро-аналоговым преобразователем и, в несколько меньшей степени, с центральным процессором. Для увеличения скорости обмена данными используются:
Скорость обмена данными с центральным процессором определяется пропускной способностью шины, через которую осуществляется обмен. В современных компьютерах вместо шины PCI используется более скоростная шина AGP (в частности AGP 4х). Основные характеристики видеоконтроллера:
Видеоконтроллер устанавливается на материнской плате – в свободный разъем AGP или PCI или интегрируется на системной плате. Некоторые видеокарты имеют вход для подключения телевизионной антенны (TV in) и тюнер, то есть позволяют через ПК просматривать телепередачи, видеофильмы с видеомагнитофона и видеокамеры; ряд видеокарт имеют разъем для подключения телевизора(TV out) для просмотра видео. |