Відеопідсистема – один з найважливіших компонентів персонального комп'ютера. Вона складається з двох основних частин: монітора й відеоадаптера. Створенням зображення на моніторі управляє звичайно аналоговий відеосигнал, формований відеоадаптером. Комп'ютер формує цифрові дані про зображення, які з оперативної пам'яті поступають в спеціалізований процесор відеоплати, де обробляються і зберігаються у відеопам'яті Паралельно з накопиченням у відеопам'яті повного цифрового "зліпка" зображення на екрані дані прочитуються цифро-аналоговим перетворювачем (Digital Analog Converter, DAC). Оскільки DAC звичайно (хоч і не завжди) включає власну пам'ять довільного доступу (Random Access Memory, RAM) для зберігання палітри кольорів в 8-розрядних режимах, його ще називають RAMDAC. На останньому етапі DAC перетворює цифрові дані в аналогові і посилає їх на монітор. Ця операція виконується DAC декілька десятків разів за одну секунду; дана характеристика називається частотою оновлення (або регенерації) екрану.
Згідно сучасним ергономічним стандартам, частота оновлення екрану повинна складати не менше 85 Гц, інакше людське око помічає мерехтіння, що негативно впливає на зір. Навіть подібна спрощена схема, що описує механізм роботи універсального відеоадаптера, дозволяє зрозуміти, чим керуються розробники графічних прискорювачів і плат, коли приймають ті чи інші технологічні рішення. Очевидно, що тут, як і в будь-якій обчислювальній системі, є вузькі місця, що обмежують загальну продуктивність. Де вони і як їх намагаються усунути?
По-перше, продуктивність тракту передачі даних між пам'яттю на системній плат і графічним прискорювачем. Ця характеристика залежить в основному від розрядності, тактової частоти і організації роботи шини даних, що використовується для обміну між центральним процесором, розташованим на системній платі комп'ютера, і графічним прискорювачем, встановленим на платі відеоадаптера (втім, іноді графічний процесор інтегрується в системну плату). В даний час шина (а точніше, порт, оскільки до нього можна підключити тільки один пристрій) AGP забезпечує цілком достатню і навіть надмірну для більшості додатків продуктивність.
По-друге, обробка даних, що надходять, графічним прискорювачем. Підвищити швидкість цієї операції можна, вдосконалюючи архітектуру графічного процесора, наприклад, упровадивши конвеєрну обробку, коли нова команда починає виконуватися ще до завершення виконання попередньої. Виробники збільшують розрядність процесорів і розширюють перелік функцій, підтримуваних на апаратному рівні; підвищують тактові частоти. Всі ці вдосконалення дозволяють значно прискорити заповнення відеопам'яті графічними даними, готовими для відображення на екрані.
І, по-третє, обмін даними в підсистемі "графічний процесор – відеопам'ять – RAMDAC". Тут також існує декілька шляхів розвитку.
Один з них – використання спеціальної двохпортової пам'яті, VRAM, до якої можна одночасно звертатися з двох пристроїв: записувати дані з графічного процесора і читати з RAMDAC. Пам'ять VRAM досить складна у виготовленні і, отже, дорожча за інші типи. (Є ще один варіант двохпортової пам'яті, вперше застосований компанією Matrox – Window RAM, WRAM, – що забезпечує дещо більш високу продуктивність при собівартості на 20% нижче.) Оскільки використання двохпортової пам'яті дає відчутний приріст продуктивності лише в режимах з високими дозволами (1600×1200 і вище), цей шлях можна вважати перспективним лише для відеоприскорювачів вищого класу.
Ще один спосіб – збільшити розрядність шини даних. У більшості виробників розрядність шини даних досягла 128 біт, тобто за один раз по такій шині можна передати 16 байт даних. Ще одне, досить очевидне рішення, – підвищити частоту звернення до відеопам'яті. Стандартна для сучасних відеоадаптерів пам'ять SGRAM працює на тактовій частоті 100 Мгц, а у деяких виробників вже використовуються частоти 125 і навіть 133 Мгц. Чим швидше підготовлені графічним процесором дані поступають в RAMDAC і перетворяться в аналоговий сигнал, тим більший їх об'єм за одиницю часу буде "конвертований" в зображення, що дозволяє підвищити його реалістичність і деталізацію.
Між центральним процесором персонального комп'ютера і монітором розташований чіп (чіпсет), який перетворює машинні команди з даними про те, що повинно бути відображене на екрані, в три роздільні сигнали, несучі інформацію про яскравість і кольоровість кожної точки на екрані монітора. На цьому чіпові, в даний час званому відеопроцесором, який по складності і продуктивності мало поступається найпродуктивнішому процесору Pentium, створюються мультимедійні відеоадаптери, щодозволяють утілювати для людини віртуальну реальність.
Відеоадаптер частіше за все виконується у вигляді окремої печатної плати, яка встановлюється в слот ISA, PCI або AGP, причому останній варіант став для сучасних комп'ютерів PC стандартним. Відмітимо, що в ряді материнських плат чіп відеопроцесора інтегрований безпосередньо на ній, дозволяючи відмовитися від установки окремого відеоадаптера.
Розглянемо функціональну схему графічного адаптера (рис. 2.1), яка з деякими добавками або винятками застосовна практично до всіх адаптерів, вживаних в PC.
Рис. 2.1. Функціональна схема графічного адаптера
Оскільки адаптер призначений для підключення монітора, його обов'язковим елементом буде контроллер ЕПТ (CRT Controller). В задачу цього контроллера входить злагоджене формування сигналів сканування відеопам'яті (адреса і строби читання) і сигналів вертикальної і горизонтальної синхронізації монітора. Контроллер ЕПТ повинен забезпечувати необхідні частоти розгортки і режими сканування відеопам'яті, які залежать від режиму відображення (графічний чи текстовий) і організації відеопам'яті. Опорною частотою для роботи контроллера є DotCLK – частота виведення пікселів у графічних режимах або точок розкладання символів в текстовому режимі. В самих перших моделях адаптерів в якості контроллера ЕПТ застосовувалася мікросхема Motorola 6845, і її регістрова модель підтримується сучасними адаптерами при емуляції адаптерів CGA і MDA. В текстовомурежиміцей же вузол формує і апаратний курсор.
Відеопам'ять є спеціальною областю пам'яті, з якої контроллер ЕПТ організовує циклічне читання вмісту для регенерації зображення. Традиційно для відеопам'яті в карті розподілу пам'яті PC була виділена область адрес A0000-BFFFFh, безпосередньо доступна будь-якому процесору х86. Першим адаптерам (MDA, CGA) цієї області було більш, ніж достатньо. Адаптери EGA ці 128 Кбайт використовували вже повністю, а для подальшого збільшення об'єму, потрібного адаптерам VGA і SVGA, довелося застосовувати техніку перемикання банків. Цей вимушений захід ускладнює програмне формування зображення, яке в режимах високого дозволу з великою кількістю кольорів вже не поміщається в один банк. Сучасні графічні адаптери мають нагоду переадресації відеопам'яті в область старших адрес (вище за межу 16 Мбайт), що дозволяє в захищеному режимі процесорів 386+ працювати з суцільними образами екранів. Окрім апаратно-виділеної відеопам'яті, встановлюваної на графічних адаптерах, існує й архітектура уніфікованої пам'яті UMA (Unified Memory Architecture). При такому підході під відеобуфер виділяється область системного ОЗП, що дозволяє дещо здешевити комп'ютер. Ця "економія на сірниках" приводить до зниження продуктивності як графічної підсистеми, так і комп'ютера в цілому, і перспективи розвитку UMA сумнівні. Діаметрально протилежним підходом, націленим на підвищення продуктивності, є не просто виділення відеопам'яті, а ще і використання в ній мікросхем зі спеціальною архітектурою – VRAM, WRAM, MDRAM, RDRAM, SGRAM.
Необхідний об'єм відеопам'яті визначається бажаним графічним режимом (в текстовому режимі буде потрібно всього декілька кілобайтів, які "погоду не роблять"). Необхідні об'єми для однієї сторінки різних відеорежимів наведені в табл. 2.1. Якщо взяти подвоєне значення цього об'єму, то багато адаптерів дозволять організувати двохсторінковий режим з перемиканням буферів, що іноді корисне для виведення динамічних зображень.
Таблиця 2.1
Дозвіл і необхідний об'єм відеопам'яті
Біт/піксель
Кількість кольорів
640×480
800×600
1024×768
1280×1024
4
16
150 Кбайт
234 Кбайт
384 Кбайт
640 Кбайт
8
256
300 Кбайт
469 Кбайт
768 Кбайт
1,25 Мбайт
15
32 768
600 Кбайт
938 Кбайт
1,5 Мбайт
2,5 Мбайт
16
65 536
600 Кбайт
938 Кбайт
1,5 Мбайт
2,5 Мбайт
24
16 777 216
900 Кбайт
1,37 Мбайт
2,25 Мбайт
3,75 Мбайт
32
16 777 216
1,172 Мбайт
1,83 Мбайт
3,0 Мбайт
5,0 Мбайт
Контроллер атрибутів управляє трактуванням колірної інформації, що зберігається у відеопам'яті. В текстовому режимі він обробляє інформацію з байт атрибутів знакомісць (звідки й пішла його назва), в графічному – з біт поточного пікселя, що виводиться. Контроллер атрибутів дозволяє пов'язати об'єм збереженої колірної інформації з можливостями монітора. Для монохромних (не півтонових) моніторів частина колірної інформації може перетворюватися в такі елементи оформлення, як мигання, підкреслення і інверсія знакомісця. До складу контроллера атрибутів входять регістри палітр, які служать для перетворення кольорів, закодованих бітами відеопам'яті, в реальні кольори на екрані. В адаптері CGA колірна палітра міняється зовсім просто: у вихідний сигнал додається (або не додається) один із базисних кольорів (синій), внаслідок чого управління двома іншими кольорами даватиме по чотири кольори в двох різних палітрах. В адаптері EGA застосовані вже справжні програмовані регістри палітр, що дозволяють кожному з 16 можливих кодів поставити у відповідність один з 64 можливих кольорів, що відображаються монітором EGA. З появою адаптерів, здатних задавати велику (256 і більше) кількість кольорів, на плату графічного адаптера з монітора "переїхали" і цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) сигналів базисних кольорів. Функціонально виявилося доцільним об'єднати ці перетворювачі разом з регістрами палітр, які були невеликим (спочатку) швидкодійним ОЗП (RAM). Ця функціональна збірка в даний час виконується у виглядімікросхемRAMDAC (Digital-to-Analog Converter – цифро-аналоговий перетворювач). Мікросхеми RAMDAC характеризуються розрядністю перетворювачів, яка може доходить до 8 біт на колір, і граничною частотою вибірки точок (DotCLK), з якою вони здатні працювати. Природно, що чим точнішим повинно бути перетворення, тим важче його виконати швидко. Труднощі і висока вартість досягнення високого дозволу при високій частоті відрядкової розгортки (ці фактори вимагають високої швидкодії RAMDAC) з великою глибиною кольору (потребуючої високої точності перетворення) пов'язані і з цією причиною.
Знакогенератор призначений для формування растрового зображення символів в текстовому режимі екрану. Знакогенератори адаптерів MDA/HGC і CGA програмно недоступні; вони виконані у вигляді мікросхем ПЗП, що ніяк не відображаються в адресному просторі процесора. Ці знакогенератори визначають фіксований набір з 256 відображуваних символів, і з їх "начинкою" доводиться стикатися при "русифікації" адаптерів даного класу. Знакогенератор CGA має формат 8х8 і найпростішу дуже наочну організацію: біт 7 відповідає найлівішій точці рядка розкладання, а біт 0 – правій. Кожному символу відводиться по 8 байт (рядків його розкладання), об'єм ПЗП рівний 2 Кбайт. Знакогенератор MDA/HGC має формат 8×14 (при знакомісці 9×14) з тим же розташуванням біт у рядку, і для нього потрібен ПЗП місткістю 4 Кбайт. Проте в розташуванні рядків трапляються різноманітні варіанти. Це може бути і виділення для кожного символу по 16 суміжних байт ПЗП з ігноруванням двох останніх, і більш хитромудрі варіанти, включаючи чергування рядків. Поширений, наприклад, варіант, коли в першій половині ПЗП розташовані по 8 перших рядків для кожного символу, а їх нижня частина (по чотири використовуваних і чотири фіктивні рядки) розташовується в другій половині. Хоча для даного знакогенератора потрібно всього 4 Кбайт, часто використовують більш поширені мікросхеми 2764 (8Кх8). Іноді в них поміщають два знакогенератори, і адаптер дозволяє вибирати таблицю програмно (звичайно нікому не відомим способом). Для визначеності, при програмуванні можна в обидві половини записати однакові таблиці. Самі таблиці для русифікації можна запозичити, наприклад, із завантажуваних русифікованих фонтів для адаптера EGA.
Знакогенератори адаптерів EGA і VGA розміщуються в другому шарі відеопам'яті і тому програмно доступні. При ініціалізації адаптера вони завантажуються з образів, що зберігаються в ПЗП розширення BIOS, встановлених на плати графічних адаптерів. Адаптер EGA дозволяє одночасно зберігати до чотири таблиць по 256 символів, а VGA – до восьми. Активною (використовуваною для відображення) може бути або одна з них, або відразу дві. В останньому випадку набір символів, що одночасно відображаються, розширяється до 512, а одна з двох таблиць, що використовуються для конкретного символу, визначається бітом 3 його байта атрибутів.
Таблиці мають 32-байтну розгортку кожного символу в форматі 16×16, з якої в EGA використовується матриця 8×14, а в VGA – 9×16. Якщо таблицю знакогенератора (фонти) для EGA завантажити в VGA, символи виглядатимуть дрібнувато, а в лініях, намальованих символами псевдографіки, з'являться розриви. Якщо ж фонти для VGA завантажити в EGA, то символи виглядатимуть усіченими (особливо знизу). Програмна доступність знакогенератора знімає необхідність апаратної русифікації адаптера, але при бажанні можна переписати русифіковані фонти в BIOS графічного адаптера (не забувши виправити контрольну суму в останньому байті ПЗП). Така процедура позбавить від необхідності завантаження резидентного русифікатора, що займає місце в пам'яті. Оскільки знакогенератор розташований в одному з шарів відеопам'яті, після використання більшості графічних режимів його вміст доводиться перезавантажувати, а вбудований драйвер BIOS за умовчанням візьме образ, що зберігався в ПЗП адаптера. Якщо туди підставити потрібний фонт, то додатковий драйвер екрану не буде потрібний.
Графічний контроллер є засобом підвищення продуктивності програмної побудови зображень, точніше їх образів, у відеопам'яті. В перших графічних адаптерах (CGA і HGC) цей блок фактично був відсутній. Він оформився в адаптері EGA, звідки перекочував і в VGA. В цих адаптерах його функції реалізовані апаратними засобами спеціалізованих мікросхем. Розглянемо функції графічного контроллера адаптерів EGA і VGA. Він працює з чотиришаровою моделлю організації відеопам'яті. Адаптери EGA і VGA мають чотири 8-бітні регістри-клямки, в якихфіксуються дані з відповідних їм колірних шарів при виконанні будь-якої операції читання відеопам'яті. В подальших операціях запису у формуванні даних для кожного шару можуть брати участь дані від процесора (1 байт) і дані з регістрів-клямок відповідних шарів (рис. 2.2). Дані від процесора можуть бути заздалегідь циклічно зсунуті. Над даними від процесора (можливо, зсунутими) і з регістрів-клямок можуть виконуватися логічні операції І, АБО і ВИКЛЮЧНЕ АБО. Крім того, замість результатів цих операцій в деякі шари можуть бути записані байти нулів або одиниць. Регістр бітної маски дозволяєпобітно управляти джерелом записуваних даних: якщо біт регістра маски має нульове значення, то у відеопам'ять цей біт у всіх шарах буде записаний з регістра-клямки. Дані від процесора (логічно оброблені) поступатимуть тільки для біт з одиничним значенням маски. І нарешті, запис проводитиметься тільки в дозволені шари, правда, функція дозволу шарів відноситься вже до синхронізатора.
Рис. 2.2. Тракт запису графічного контроллера
При читанні графічний контроллер може задати номер читаного шару. Можливе і читання з порівнянням кольорів. В цьому випадку вказується код шуканого кольору (значення біт для відповідних шарів) і результатом читання відразу всіх шарів стане байт, в якого одиничне значення приймуть біти пікселів, колір яких співпадає із зразком (рис. 2.3). В порівнянні кольорів можуть брати участь і не всі шари.
Рис. 2.3. Зчитування з порівнянням кольору
Всіма функціями графічного контроллера управляють через його регістри. Звичайно, можливе і пряме звернення до окремого колірного шару як по читанню, так і по запису. Але знання можливостей графічного контроллера дозволяє багато часто використовуваних функцій покласти на його апаратні засоби. Проте якщо такий апаратний графічний контроллер ще прийнятний для чотиришарової організації (4 біти на піксель), то для більш глибоких кольорів (8 біт на піксель і більше) він буде вже дуже громіздким. В сучасних адаптерах функції графічного контроллера суттєво розширені в порівнянні з EGA і VGA, виконуються вбудованим мікропроцесором – графічнимакселератором.
Синхронізатор, що з'явився з адаптером EGA, дозволяє синхронізувати цикли звертання процесора до відеопам'яті з процесом регенерації зображення. Адаптери мають власні кварцовані генератори синхронізації (іноді й по декілька). Від внутрішнього генератора виробляється частота виведення пікселів DotCLock (DotCLK), щодо якої будуються всі тимчасові послідовності сканування відеопам'яті, формування відеосигналів і синхронізації монітора. В той же час процесор звертається до відеопам'яті асихронно щодо процесу регенерації. В задачу синхронізатора входить узгодження цих асинхронних процесів. В адаптерах SVGA для шини PCI в якості опорної для деяких відеорежимів може використовуватися і частота 33 Мгц прямо з шини, а цикли звертання процесора і так вже прив'язані до цього синхросигналу. Таким чином, задача синхронізатора спрощується. Шина PCI допускає частоти і 30 і 25 Мгц, а при частоті системної шини 83 Мгц частота PCI буде вже 41,5 Мгц. Отже не варто дивуватися, коли зміна процесора (при якій іноді доводиться міняти і системну частоту) приводить до зміни геометрії зображення на екрані монітора. Правда, монітор з хорошим автоматичним підстроюванням генераторів зміни частот синхронізації може і компенсувати.
Внутрішня шина адаптера призначена для високопродуктивного обміну даними між відеопам'яттю, графічним акселератором і зовнішнім інтерфейсом. Типова розрядність каналу даних у цієї шини зараз складає 32 біт, не рідкість адаптери і з 64-бітною шиною. Проте реально розрядність, що використовується, може виявитися меншою, якщо встановлені не всі передбачені мікросхеми відеопам'яті.
Блок зовнішнього інтерфейсу пов'язує адаптер з однією з шин комп'ютера. Якщо раніше для графічних адаптерів використовували шину ISA (8 або 16 біт), то сучасні графічні адаптери використовують в основному високопродуктивні шини. Локальна шина VLB досить швидко зійшла з сцени разом з процесорами класу 486. В даний час для цих цілей використовується канал AGP.
Блок інтерфейсу монітора формує вихідні сигнали відповідного типу (RGB-TTL, RGB-Analog, композитне відео або S-Video). Цей же блок відповідає і за діалог з монітором: в найпростішому випадку – читання біт ідентифікації (для VGA-моніторів), а в складнішому– обмін даними по каналу DDC. Ідентифікаціятипу підключеного монітора VGA може проводитися і по рівню відеосигналу на виходах червоного або синього кольору: монітор має термінатори (75 Ом) на кожному з аналогових входів. Таке навантаження при підключенні знижує напругу вихідного сигналу. В монохромного монітора використовується тільки канал зеленого кольору – лінії червоного і синього залишаються без навантаження. Цей факт і може зафіксувати інтерфейсний блок і повідомити систему про виявлення монохромного монітора. Правда, буває і конфуз: якщо в кольорового монітора відключити термінатори (деякі великі монітори дозволяють це зробити), то його приймуть за монохромний.
Модуль розширення BIOS (Video BIOS) зберігає код драйверів відеосервісу (INT10h) і таблиці знакогенераторів. Цей модуль з'явився з адаптерами EGA і VGA і забезпечує можливість установки будь-якої карти, не замислюючись про проблеми програмної сумісності. Модуль розширення отримує управління для ініціалізації графічного адаптера майже на самому початку POST (до тестування основної пам'яті), і його заставка з'являється на екрані до заставки системної BIOS. Модуль має початкову адресу C0000h, його розмір залежить від моделі адаптера: кінцева адреса EGA BIOS – C3FFFh, VGA BIOS – C7FFFh. Оскільки для розширення BIOS застосовують 8-розряднімікросхеми ПЗП, час доступу до яких суттєво перевищує час доступу мікросхем ОЗП, для підвищення продуктивності відеопобудов застосовують тіньову пам'ять (Video BIOS Shadowing) або кешування (Video BIOS Caching). Драйвери для адаптерів MDAі CGA вбудовані в системну BIOS. Природно, що для графічних адаптерів, інтегрованих в системну плату, програмна підтримка також вбудована в системну BIOS.
Відеокомпоненти поки що не стали обов'язковими обладнаннями дисплейного адаптера. Вони можуть включати апаратну підтримку різних кодеків (частіше всього – MPEG-плейєр), засоби підтримки відеооверлеїв, фрейм-граббер, TV-тюнер.
Перші графічні адаптери будувалися на базі контроллера ЕПТ (6845), обрамованого масою мікросхем середнього ступеня інтеграції. В сучасних дисплейних адаптерах застосовуються набори спеціалізованих інтегральних схем високого ступеня інтеграції – графічні і відеочіпсети. Ці мікросхеми разом з вживаними мікросхемами відеопам'яті визначають основні характеристики адаптерів.
В якості відеопам'яті дисплейних адаптерів звичайно застосовується динамічна пам'ять, що зумовлено необхідним об'ємом (до декілька мегабайт) і обмеженнями на ціну, швидкодію й енергоспоживання. Специфіка використання пам'яті в даному вузлі зумовлена необхідністю регулярного послідовного зчитування її даних в RAMDAC (або на елементи вихідної логіки адаптерів MDA, CGA, EGA). Період зчитування, відповідний частоті кадрової розгортки монітора, звичайно дозволяє не застосовувати спеціальних схем регенерації пам'яті. Проте постійна зайнятість відеопам'яті регенерацією зображення суттєво гальмує процес обміну даними з центральним процесором або графічним акселератором. Паузи у видачі даних в процесі регенерації чреваті "снігом" на екрані, очікування зворотного ходу променя (коли відеопам'ять "відпочиває" від регенерації) для обміну даними сильно знижують продуктивність графічної системи і, отже, комп'ютера в цілому.
В найпростіших моделях графічних адаптерів застосовується стандартна динамічна пам'ять, велику продуктивність мають графічні адаптери з EDO DRAM.
SGRAM (Synchronous Graphic RAM) – синхронна динамічна пам'ять для графічних адаптерів – здатна працювати без тактів очікування на робочій частоті 125 Мгц і вище. По суті, ця пам'ять є спеціальною версією SDRAM, орієнтованою на виконання блокових операцій. Так само як і в SDRAM, SGRAM дозволяє програмувати кількість елементів пакетного циклу (1, 2, 4, 8 або до кінця сторінки), причому цикл може бути по команді перерваний у будь-який момент. Можливе програмування затримки появи даних (Programmable CAS latency) для узгодження тимчасової діаграми. Спеціально для графічних використань (заповнення екранного буфера даними, що повторюються) введений 32-бітний регістр кольору (Color Register) іблоковийзапис (8-column Block Write), при якому за один цикл дані з цього регістра записуються у вісім суміжних осередків. Регістр маски (Mask Register) в парі з побітною маскою запису WPB (Write-реr-Bit), передаваного через інформаційні входи, дозволяє захистити від запису задані біти. Ці засоби дозволяють прискорювати такі операції, як заповнення великих областей (наприклад, полігонів) певним кольором.
Продуктивність відеопам'яті можна підвищувати і ускладненням архітектури, добиваючись розпаралелювання процесів звертання для регенерації і побудови зображення.
VRAM (Video RAM) – двохпортова пам'ять для відеоадаптерів, заснована на комірках DRAM. На додаток до інтерфейсу звичайної динамічної пам'яті VRAM має додатковий порт для послідовного зчитування даних, який використовується схемою регенерації зображення. Цей порт реалізується на регістрах SAM (Serial Access Memory) і після ініціації чергового циклу забезпечує незалежне виведення, що синхронізується спеціальним тактовим сигналом. Інший порт, що має інтерфейс звичайного DRAM, використовується для доступу з боку процесора і графічного контроллера, що забезпечує побудову зображень. VRAM має32-бітний регістр кольору (Color Register), забезпечує блоковий запис (8-column Block Write) і побітне маскування через регістр маски (Mask Register) в парі з побітною маскою запису WPB (Write-реr-Bit). Крім того, єфункція Flash Write, що забезпечує стиранняцілого рядка даних за один цикл.
VRAM здатна одночасно обслуговувати запити від обох портів. Оскільки матриця VRAM, що запам'ятовує, побудована на звичайних комірках DRAM, наявність другого порту зовсім не означає можливість подвоєння потенційної пропускної спроможності DRAM, обмеженої мінімальним часом передзаряду ліній вибірки рядка і стовпця. Проте вживання VRAM дозволяє підвищити частоту регенерації екрану в режимах високого дозволу з 24-бітним кольором. Існують двохпортові варіанти прогресивних модифікацій динамічної пам'яті; EDOVRAM – з розширеною часом відкриття вихідних буферів, SVRAM (Synchronous VRAM) – синхронна і CVRAM (Cached VRAM) – кешована пам'ять.
WRAM (Window RAM) – більш ефективна, ніж VRAM, і дорога двохпортова пам'ять для відеоадаптерів. В ній використовується 256-бітна внутрішня шина даних, що зв'язує масив елементів, що запам'ятовують, з внутрішньокристальною логікою. За допомогою мультиплексорів ця шина узгоджується із зовнішньою 32-розрядною шиною. Мікросхема має два послідовні регістри вихідних даних, що використовуються для регенерації зображення. Під час виведення даних одного з регістрів інший заповнюється даними з пам'яті, після чого регістри перемикаються і міняються ролями. Мікросхеми пам'яті мають чотири 32-бітні регістри, що використовуються для зберігання кольору фону, колір зображення, що будується, маскування і управління.
RDRAM (Rambus™ DRAM) – унікальна розробка динамічної пам'яті фірми Rambus, що має інтерфейс, принципово відмінний від звичайного пам'яті. Її "канал" невеликої розрядності забезпечує передачу даних з продуктивністю, що майже вдесятеро перевершує звичайну DRAM. Ця пам'ять є синхронною, передачі даних здійснюються кожні 2 нс по обох перепадах синхросигналу з частотою 250 Мгц, забезпечуючи продуктивність до 500 Мбайт/с. Високі частоти вимагають більш компактного розміщення мікросхем і спеціальної розводки провідників для мінімізації паразитних ємностей.
MDRAM (Multibank DRAM) – пам'ять для відеоадаптерів, що складається з незалежних 32-Кбайтних банків DRAM, що забезпечує можливість одночасного незалежного звернення до різних областей. Випускається модулями на 0,5, 0,75, 1, 1,125 і 1,25 Мбайт, що дозволяє набирати необхідний об'єм пам'яті з меншими невживаними залишками в порівнянні із звичним рядом 1, 2, 4... Мбайт.
Порівняти перераховані типи пам'яті за піковою продуктивністю допоможе табл. 2.2.
Монітор з'єднується з відеоадаптером обмеженою кількістю дротів, по яких передається інформація про всі точки, які повинні бути відображені на екрані. По трьох дротах передається інформація про колір і яскравість точки, а два дроти служать для посилання імпульсів синхронізації, які вказують монітору, коли починаються новий кадр і рядок.
Імпульси синхронізації зображення в персональних комп'ютерах не мають строго певної прив'язки за часом до рядків і кадрів, як це регламентовано у відеотехніці. В різних типах моніторів через технічні обмеження на швидкодію електронних схем початок виведенні зображення зсунутий на якусь величину від моменту дії імпульсу синхронізації. Крім того, імпульси синхронізації мають тривалість, нерівну тривалості гасіння (під час гасіння зворотного ходу променя як би припиняється виведення інформації на екран, точніше, передається сигнал, відповідний "найчорнішому" кольору або "чорніше за чорний"). Також тривалості імпульсів синхронізації і гасіння рядків і кадрів значно відрізняються за часом.
Монітор, будучи пасивним пристроєм, завжди старанно відображає все те, що передає йому відеоадаптер, навіть у тому випадку, якщо йому посилається явно неможлива для нього інформація, тому для кожного типу монітора вимагається правильно встановити параметри синхроімпульсів, а також початок і закінчення виведенні корисної інформації. Це досягається установкою службових регістрів в чіпсеті відеоплати.
Якщо будуть вибрані неправильні співвідношення між всіма згаданими параметрами, то на екрані монітора буде відображена незрозуміла смугаста картинка. Так виходить, коли в операційній системі Windows у вікні Свойства: экран вибираються параметри, неприпустимі для монітора чи відеоадаптера. На щастя, в операційній системі Windows користувача оберігають від зайвих технічних подробиць, тому йому пропонується вибрати тільки типи монітора і відеоадаптера (рис. 2.4). Далі вже для конкретної вибраної пари пропонується дуже обмежений набір, що складається з величини дозволу і кількості кольорів в палітрі (рис. 2.5) і частоти розгортки (рис. 2.6).
Рис. 2.4. Вибір типу відеоадаптера в операційній системі Windows
Рис. 2.5. Вибір дозволу і глибини кольору
Рис. 2.6. Вибір частоти кадрової розгортки
Більш зрозумілі технічні деталі установки параметрів відеоадаптера і монітора в операційній системі Linux (хоча це й приводить до великих проблем у користувачів, які, як завжди, не в курсі того, якими можливостями володіють монітор і відеоадаптер). Наприклад доводиться вказувати не тільки назви фірм і типів вживаних вузлів, але й параметри імпульсів синхронізації.
В операційній системі Linux для вказівки параметрів синхронізації у файлі XF86Config є рядок:
Modeline "найменування" р h hss hse hm v vss vse vm [опції], де:
p – частота елементів зображення в Мгц;
h – розмір видимої частини зображення по горизонталі;
hss – початок імпульсів рядкової синхронізації;
hse – кінець імпульсів рядкової синхронізації;
hm – повна широта кадру (видимої і невидимої частини);
v – розмір видимої частини зображення по вертикалі;
vss – початок імпульсів кадрової синхронізації;
vse – кінець імпульсів кадрової синхронізації;
vm – повна висота кадру (видимої і невидимої частини).
Програміст може примусити відеоадаптер видавати синхроімпульси достатньо довільно щодо зображення. Але, наприклад для монітора з вакуумним кінескопом потрібні цілком певні затримки для повернення променя в початкове положення після закінчення малювання останньої точки рядка і останнього рядка кадру. Відповідно, відеоадаптеру необхідно точно вказувати, де повинні знаходитися синхроімпульси щодо один одного і початкової точки растру. При цьому використовуються дещо дивні для більшості користувачів параметри – розміри видимої частини зображення по горизонталі і вертикалі, початок і кінець імпульсів рядкової і кадрової синхронізації, повна висота і ширина кадру (видимої і невидимої частини).
На рис. 2.7 і 2.8 показано, як прив'язані синхроімпульси до зображення.
Рис. 2.7. Рядкова синхронізація
Рис. 2.8. Кадрова синхронізація
Людина дуже погано сприймає зображення на екрані монітора з частотою кадрової розгортки 60 Гц. Воно здається миготливим, а свічення від ламп денного світла, які живлення від мережі змінного струму 50 Гц, створює неприємні відчуття. Щоб підвищити комфортність від роботи з комп'ютером, прагнуть підвищувати частоту кадрової розгортки – спочатку рекомендувалася частота 85 Гц, потім 100 Гц (рідкокристалічні панелі працюють на іншому принципі, тому в них немає такої необхідності підвищення частоти кадрової розгортки). Тепер, після вдосконалення електроніки моніторів рекомендована частота кадрової розгортки лежить в діапазоні 120-200 Гц. Відповідно, користувачу необхідно вибирати для роботи той режим відеоадаптера, який підтримується монітором, оскільки інакше монітор дуже швидко виходить з ладу. В табл. 2.3 наведені можливі комбінації дозволу, кадрових і рядкових частот розгортки, які можуть забезпечити сучасні відеоадаптери, а в табл. 2.4 вже тільки для двох найбільш популярних дозволів наведені комбінації кадрової і рядкової частот розгортки.
Таблиця 2.3
Дозвіл, глибина кольору і можлива частота кадрової розгортки відеоадаптера Abit Siluro GeForce 3
Дозвіл
Глибина кольору
Частота кадрової розгортки
640×480
8/16/32 біт
60-240 Гц
800×600
8/16/32 біт
60-240 Гц
1024×768
8/16 біт
60-240 Гц
1024×768
32 біт
60-200 Гц
1152×864
8/16 біт
60-200 Гц
1152×864
32 біт
60-170 Гц
1280×960
8/16 біт
60-170 Гц
1280×960
32 біт
60-150 Гц
1280×1024
8/16 біт
60-170 Гц
1280×1024
32 біт
60-150 Гц
1600×900
8/16 біт
60-150 Гц
1600×900
32 біт
60-120 Гц
1600×1200
8/16 біт
60-120 Гц
1600×1200
32 біт
60-100 Гц
1920×1080
8/16 біт
60-100 Гц
1920×1080
32 біт
60-85 Гц
1920×1200
8/16 біт
60-100 Гц
1920×1200
32 біт
60-85 Гц
1920×1440
8/16 біт
60-85 Гц
1920×1440
32 біт
60-75 Гц
2048×1536
8/16 біт
60-75 Гц
2048×1536
32 біт
60 Гц
Таблиця 2.4
Частоти кадрової і рядкової розгортки для дозволів 640×480 і 800×600 відеоадаптера ASUS AGP-V3400TNT/TV/8MB Layout
Під самим поняттям монітор в середовищі користувачів персональних комп'ютерів сьогодні мається на увазі два різних за конструкцією і способом формування зображення пристрої.
Перший, самий традиційний пристрій – родич домашнього телевізора, монітор з вакуумним кінескопом або, по-іншому, з електронно-променевою трубкою (ЕПТ). З англомовної технічної літератури прийшов термін – Cathode Ray Tube (CRT), який дослівно переводиться як катодно-променева трубка. В ЕПТ-моніторах зображення формується за допомогою потоку електронів на шарі люмінофора, який нанесений на внутрішню поверхню скляної вакуумної колби. Головна зовнішня відмінність таких моніторів – це великі габарити по глибині, оскільки електронно-променева трубка працює точно так, як і діапроектор, де замість світлового променя використовується тонкий потік електронів на екран. Зробити кінескоп товщиною із звичну книгу технічно неможливо.
Другий тип пристроїв для виведення зображення – це плоскі панелі, в яких не застосовується електровакуумний кінескоп. Часто їх називають рідкокристалічними дисплеями, або екранами LCD (Liquid Crystal Display), хоча це не зовсім вірно, оскільки існують декілька технологій виготовлення плоских моніторів, принципово відмінних за фізичними способами формування зображення. Наприклад виробляються плазмові дисплеї, в яких немає рідких кристалів. Але незалежно від типу панелі, плоскі монітори зовні досить схожі один на одного – товщина не перевищує декількох сантиметрів, низьке енергоспоживання, немає затримки в появі зображення на екрані після включення живлення.
Монітори підрозділяються на монохромні (Monochrome або Mono) і кольорові (Colour або Color).
Монохромні монітори можуть бути як чорно-білими, так і чорно-зеленими або чорно-жовтими. Люмінофор з жовтим і зеленим свіченням застосовувався в перших моніторах, призначених для адаптерів MDA і HGC. Ці монітори забезпечували передачу лише трьох рівнів градації яскравості і мали досить тривале післясвітіння. Чорно-білі монітори застосовувалися (дуже рідко) для адаптерів EGA і дотепер використовуються з адаптерами класів VGA і SVGA. Ці монітори поєднують високу дозвільну здатність (у них відсутні триколірні зерна люмінофора) з дуже низькою ціною. Висока чіткість зображення при режимах високого дозволу дозволяє тривало працювати з текстом, не стомлюючи очі. Ці монітори достатньо компактні і споживають небагато енергії (близько 30 Вт). На жаль, ця лінія моніторів практично перестала розвиватися – важко знайти монітор, що підтримує режим 1024х768 і вище, а цифрове управління в таких моніторах не застосовується. Багато сучасних додатків орієнтовано на кольорове зображення, і робота з ними на монохромному моніторі стає некомфортною.
Кольорові монітори набули найбільшого поширення. Перші кольорові монітори, що мають цифровий інтерфейс, використовувалися з адаптерами CGA і EGA. Монітори CGA працювали на частотах, близьких до телевізійних, і деякі умільці підключали замість них кольорові телевізори. Проте за якістю зображення телевізор звичайно поступається монітору. Монітори EGA мали нагоду перемикання частот розгортки і забезпечували досить високу якість зображення. В даний час поширені монітори класів VGA і SVGA, що мають аналоговий інтерфейс. Монітори VGA, що допускають роботу в режимі 640х480, практично витиснені моніторами класу SVGA, які повинні підтримувати принаймні режим 800×600. Саме про ці монітори в основному й піде мова.
Головним параметром монітора є розмір діагоналі екрану Screen Size, який прийнято вимірювати в дюймах. За умовчанням вважається, що ширина екрану більше його висоти і співвідношення цих розмірів складає 4:3. Таку орієнтацію можна назвати "пейзажною" (Landscape), хоча це визначення звичайно опускають. Відмітимо, що стандартні графічні режими з високим дозволом (640×480, 800×600 і далі) мають те ж співвідношення числа точок в рядку і числа рядків. Цим досягається неспотворене зображення фігур: квадрат на екрані матиме сторони з однаковим числом пікселів. Існують і монітори з "портретною" (Portrait) орієнтацією, в яких висота більше ширини. Це зовсім не повернені на бік звичайні монітори, оскільки рядки розгортки у них залишаються горизонтальними. Даний тип монітора призначений для видавничих систем і дозволяє більш повно використовувати площу екрану при виведенні книжкових сторінок. В даний час "портретні" монітори зустрічаються рідко, а у видавничій діяльності частіше використовують "просто" великі монітори (17", 20" і більше) Розміри екранів приведені в табл. 3.1. Відмітимо, що вказаний розмір діагоналі не є розміром зображення, що виводиться з гарантованим рівнем якості. По краях екрану (особливо по кутах) можливі геометричні спотворення, порушення фокусування і відомості проміння. З цих причин зображення (видима частина растру) виводиться на меншу площу. Так, наприклад, для 15" екрану розмір видимої (високоякісної) частини зображення може складати, наприклад, 13,7". Якщо виробнику монітора вдається досягти майже повного використання поверхні, він не забуде відрекламувати цю особливість. Іноді трапляється й так, що виробник, що домігся кращого використання кутів, вказує завищений розмір діагоналі екрану, що визначає продажну ціну монітора.
Таблиця 3.1
Розміри екрану моніторів
Діагональ, дюйми
Розмір по горизонталі
Розмір по вертикалі
мм
дюйми
мм
дюйми
14
284
11,2
213
8,4
15
305
12
229
9
16
325
12,8
244
9,6
17
345
13,6
259
10,2
20
406
16
305
12
21
427
16,8
320
12,6
Для кольорових моніторів важливим параметром є розмір зерна екрану. Тут доречно пояснити принцип роботи кольоровий ЕПТ. Її екран покривається не однорідним шаром люмінофора, як це робиться в монохромних трубках, а окремими зернами-тріадами. Кожне зерно складається з трьох крупиць люмінофора, які при попаданні на них потоку електронів світяться базисними кольорами. Крупиці тріад мають строго фіксоване відносне розташування, і самі тріади наносяться на поверхню у вигляді рівномірної матриці. Крупиці кожного кольору "обстрілюються" з окремої електронної гармати через тіньову маску з отворами, відповідними зернам матриці. Точність попадання проміння саме в свої крупиці забезпечується ретельністю виготовлення кінескопа і настройкою системи зведення проміння. Крок матриці зерен екрану – Dot Pitch – прийнято вимірювати в міліметрах. В першому наближенні можна вважати, що він співпадає з розміром зерна. Проте ототожнювати ці два параметри не дуже коректно, і параметр Dot Pitch краще перевести як зернистість екрану, але не розмір зерна. Існують монітори із зернистістю 0,42, 0,39, 0,31, 0,28, 0,26 мм і тонше.
Окрім кінескопів з тіньовою маскою (Shadow Mask) існує й конструкція з апертурною решіткою (Apperture Grilles) – так звані щілисті трубки Trinitron (винахід фірми Sony), але суть ефекту зернистості для них залишається загалом тією ж.
По зернистості і розміру екрану можна визначити "чесну" дозвільну здатність екрану, оскільки зерно є найдрібнішою одиницею зображення. Кількість зерен по рядку рівна ширині робочої області, діленої на зернистість. Проте розмір екрану задають по діагоналі, а не як ширину і висоту, причому вказується зовнішній розмір, а не розмір робочої області, і в дюймах, а не в міліметрах. Отже користувачу, якого стомлюють довгі перерахування, залишається повірити, що для режиму 800×600 зернистість 0,28 мм екрану 14" є прийнятною. А ось для режиму 1024×768 при такій же зернистості лише вистачає екрану розміром 15". Звичайно, ніхто не заборонить використовувати і режими з великим дозволом на невеликих або (і) крупнозернистих моніторах, але якість відображення дрібних елементів залишатиме бажати кращого. В результаті робота (не гра) на такому моніторі сильно стомлюватиме і може навіть привести до погіршення зору.
На реальну дозвільну здатність впливає і смуга пропускання відеотракту (Video Bandwidth). При недостатньо широкій смузі пропускання дрібні деталі – точки або вертикальні лінії товщиною в один піксель – можуть ставати нечіткими і навіть непомітними. В технічних даних на монітор звичайно вказують граничний дозвіл і максимальні частоти розгорток. Проте це зовсім не означає, що максимальний дозвіл можна використовувати на максимальній частоті, та ще й при нечергуючій розгортці. Оцінити межу можливостей дозволяє смуга пропускання. Дбайливий виробник, звичайно, позбавить користувача від рішення таких головоломних задач і наведе таблиці оптимальних настройок для всіх режимів (якщо йому немає чого соромитися). Грубо необхідну смугу пропускання можна оцінити як добуток частоти горизонтальної розгортки на число точок в рядку і на поправочний коефіцієнт 1,3. Так, наприклад, для прогресивної розгортки (N1) з частотою кадрів 75 Гц для режиму 800×600 потрібна смуга 45 Мгц, для 1024×768 – 75 Мгц, а для 1280×1024 – 125 Мгц. Монітори зі смугою пропускання більше 125 Мгц повинні мати і BNC-роз'єми для подачі відеосигналів. Зв'язок необхідної смуги частот з розміром екрану цілком очевидний – чим більший екран, тим більшого від нього вимагають дозволу. Так, за найжорсткішими мірками високоякісний монітор 15" повинен мати смугу 100 Мгц, а 17" – більше 135 Мгц.
Важливий параметр – це максимальний дозвіл, який підтримує електроніка) монітора. Дозвіл монітора указується в точках (пікселях) по горизонталі і вертикалі, наприклад, 800×640, 1024×768 і т.д.
Для CRT-моніторів максимально можливий дозвіл в більшості випадків практично ніколи не встановлюється, оскільки в цьому режимі очі людини швидко втомлюються. Слід знати, що максимальний дозвіл, який підтримує електроніка монітора, звичайно перевершує фізичний дозвіл електронно-променевої трубки. На практиці, оскільки якість зображення в першу чергу залежить від розміру діагоналі кінескопа, що використовується, для CRT-моніторів рекомендується встановлювати значення параметрів, наведені в табл. 3.2. Параметри вказані для типових конфігурацій комп'ютерів, але завжди бажано встановлювати велику величину кадрової розгортки, коли відеоадаптер дозволяє це зробити.
Таблиця 3.2
Рекомендації по настройці параметрів монітора
Діагональ, дюйми
Максимальний дозвіл, точок
Дозвіл, що використовується, точок
Частота кадрової розгортки*, Гц
14
1024×768
640×480
75-85
800×600
75-85
15
1280×1024
800×600
75-100
1024×768
75-85
17
1280×1024
800×600
75-110
1024×768
75-85
19
1600×1200
1024×768
75-110
1280×1024
60-75
21
1800×1440
1280×1024
75-110
1600×1200
60-75
* Мінімальні значення.
Необхідно встановлювати дозвіл 800×600 або 1024×768, а частоту кадрової розгортки якомога вище, наприклад 85 або 100 Гц. При цьому найпопулярніша колірна палітра – це High Color (16 бітів). Більшість програмістів розробляє свої програми й ігри саме для таких параметрів роботи монітора. Використання максимально можливих для даного монітора дозволів, якщо вони перевищують вищезгадані, приводить до швидкої стомлюваності зору і проблем при запуску і роботі багатьох програм. Виняток становлять комерційні програми, що продаються серйозними компаніями, що спеціалізуються на розробці програмного забезпечення.
Відмітимо, що для LCD-дисплеїв указується не максимальний дозвіл, а кількість елементів матриці. Це не значить, що LCD-дисплей не може працювати з іншим дозволом – ви можете встановити велику або меншу величину в операційній системі, але якість зображення буде значно гірше, оскільки в процесі роботи зображення, створене відеокартою, програмно приводитиметься до фізичного дозволу матриці.
Якість зображення визначається масою параметрів, багато з яких піддається регулюванню.
Настройка кольорів. Яскравість (Brightness) і контрастність (Contrast) зображення звичайно регулюють за допомогою органів управління, розташованих на лицьовій панелі монітора. Іноді користувачу дають можливість регулювання балансу базисних кольорів, але для задачі вірного відтворення кольору (в режимах High Color і True Color) таке регулювання може виявитися і шкідливим. В якісних моніторах передбачають можливість регулювання колірної температури (Colour Temperature) білого кольору, вручну або використовуючи канал DDC. Колірну температуру визначають через колір свічення розжареного заліза. Звичайні лампи розжарювання дають "білий" колір з температурою близько 3000 К, і це світло нам здається жовтуватим. Люмінесцентні лампи денного світла дають колірну температуру близько 10000 К, і це світло здається голубуватим. "Істинно білий" колір має деяку проміжну температуру. Kodak, наприклад, для кольорового фотодруку приймає за білий колір з температурою 5300 К. В моніторах використовують більш високі значення – 6500 і навіть 9300 К. Довільне значення температури білого кольору можна задати балансуванням яскравості двох кольорів (червоного і синього) щодо фіксованого рівня зеленого. Звичайно, з такими нюансами зіткнуться тільки користувачі, пов'язані із задачами точного перенесення кольорів (зберігання і відображення репродукцій картин, професійний кольоровий друк і т. п.). Рядового користувача більше цікавить чистота кольору (Colour Purity), яка може погіршуватися при намагнічуванні елементів кінескопа. Для розмагнічування кінескопа призначена спеціальна котушка, розташована по контуру екрану. Вона короткочасно включається в момент включення монітора, але деякі монітори дозволяють виконати розмагнічування (Degauss) і під час роботи. Монітор чутливий до зовнішніх магнітних полів. Наближення динаміків із сильним магнітним полем може привести до появи кольорових плям на екрані, а працюючий близько динамік дасть навіть "світломузичний" ефект. На щастя, система розмагнічування через деякий час зітре ці плями, але захоплюватися "дослідженнями" в цьому напрямі не рекомендується (кінескоп – іграшка дорога).
Важливим параметром монітора, що не має чисельного визначення, є якість зведення променів. При хорошому зведенні тонкі білі лінії (наприклад, символи) повинні бути білими, а не райдужними. Зведення променів частіше за все "кульгає" по кутах екрану. Для перевірки якості зведення в першому наближенні підходить нагляд за повідомленнями при завантаженні, що виводяться звичайно білими символами. Зручний також уважний огляд рамок вікон оболонки типа Norton Commander. В тестових програмах типа Checkit є відеотести із зображеннями тонких сіток, що виводяться в графічних режимах відносно високого дозволу. Регулювання зведення – заняття непросте, а погану якість зведення буває важко пред'явити як претензію на гарантійний ремонт або заміну монітора. Тому має сенс "покапризувати" при придбанні монітора, по можливості вибираючи самий хороший з ряду запропонованих – навіть в межах однієї моделі може виявитися великий розкид якості.
Настройка геометрії. В плоских моніторах (дисплеях), таких як рідкокристалічні панелі, де для кожного елементу зображення відведено строго певне місце, немає геометричних спотворень, пов'язаних із недосконалістю електроніки генераторів розгорток. Але в CRT-моніторах, як і в побутових телевізорів, існує проблема геометричних спотворень, яка завжди була головним болем розробників. Правда, телевізійну картинку ми спостерігаємо здалека, тому нам вистачає заводських настройок, які в більшості випадків задовольняють глядачів, а ось зображення на екрані монітора доводиться роздивлятися впритул. Тут навіть нікчемні з погляду телеглядача спотворення хворобливо сприймаються користувачем. Тому в моніторах завжди присутні регулятори, за допомогою яких можна настроїти зображення на екрані якомога ближче до ідеалу.
Геометричні спотворення, про які йде мова, з'являються тому, що параметри реальних електронних аналогових компонентів, на жаль, не можуть мати стабільних характеристик, як у цифрових компонентів. Навіть у кінескопів, технологія яких давно відпрацьована, спостерігаються серйозні відхилення в геометрії. Наприклад відхилення навіть на частку градуса осі електронної гармати від заданого параметра приводить до значних спотворень на екрані. А такі компоненти, як відхиляюча система і рядковий трансформатор, які містять сотні витків мідного дроту, не можуть бути абсолютно однакові, як мікросхеми.
Для усунення "найпопулярніших" спотворень на екрані в електронну схему монітора з вакуумним кінескопом завжди вводяться елементи, компенсуючі недоліки, властиві реальним комплектуючим виробам.
Регулювання розмірів по вертикалі (V.Size) і горизонталі (H.Size) дозволяє підігнати параметри генераторів розгортки так, щоб зображення потрапляло в задану область. Тут можливі два види "перегинів": зображення розвертається в меншу область, ніж потрібно (Underscan), або, навпаки, вилазить за межі екрану (Overscan). Потрібна, як завжди, "золота середина". Окрім регулювання розмірів важливе і юстирування – підбір зсуву по вертикалі (V-Shift, V-Position або V-Phase) і горизонталі (H-Shift, H-Position або H-Phase). Назва цих регулювань зсувом (Shift) або позицією (Position) ближча до користувача, оскільки відображає видиму на екрані дію. Назва їх же фазою (Phase) ближча інженеру, оскільки відображає фазовий зсув генераторів щодо синхроімпульсів. Окрім розміру і положення монітори можуть мати регулювання геометричних спотворень типу трапеції (Trapezoid) і "бочки" (Pincushion). Всі ці регулювання зручніше всьогопроводити при виведеннітестового зображення у вигляді сітки з квадратними комірками. Всі квадрати повинні виглядати дійсно квадратними. Бажано перевіряти одне і те ж зображення з різним рівнем яскравості – його розміри і форма не повинні помітно змінюватися. Якщо розмір міняється (чим яскравіше, тим крупніше), це означає недостатню потужність джерела високої напруги кінескопа і його нестабільність при зміні яскравості. Пояснення зв'язку просте: чим нижча напруга, тим нижча швидкість електронів і більший кут відхилення променя при такому ж магнітному полі розгортки. Окрім геометричних спотворень, нагляд сітки може виявити такі дефекти монітора, як нестабільність генераторів розгортки. Нестабільність може бути викликана поганою фільтрацією живильних напруг. Пульсації з частотою живильної мережі приводять до хвилястості вертикальної лінії справа (хвиля звичайно рухається вгору або вниз) або періодичної зміні розміру по вертикалі. Високочастотні пульсації приводять до тремтіння або розмитості зображення знову-таки в правій частині екрану (там набігає велика погрішність щодо синхроімпульсів).
Оскільки "на око" виправити геометричні спотворення недосвідченому користувачу дуже нелегко, то користуються спеціальними тестовими програмами, які створюють на екрані тестові картинки. Найпопулярніша програма – це Nokia Monitor Test (файл NTEST.EXE), за допомогою якої можна настроїти більшість колірних і геометричних параметрів монітора, а також протестувати його роботу. Зображення в нижній частині картинки у вигляді маленьких екранів – це кнопки виклику різних тестів.
Рис. 3.1. Вікно програми Nokia Monitor Test
При покупці монітора найбільш правильно протестувати його за допомогою програми NokiaMonitorTest. Якщо продавець заперечує проти цього, то, швидше за все, даний монітор має дефект, який виявиться вже в процесі роботи, коли користувач схоче або змінити дозвіл монітора, або почати використовувати програму, що не входить в комплект Windows і MicrosoftOffice.
Якщо в старих моніторах після включення живлення, навіть якщо не був підключений відеокабель, коли катоди кінескопа розігрівалися, з'являвся білий екран, що свідчить про роботу монітора, то в нових – відсутність свічення екрану не означає його несправність. Поява цифрового управління в моніторах дозволила використовувати в них функції інтелектуального управління енергозбереженням. Тепер індикатор включення живлення в монітора може змінювати свій колір залежно від режиму роботи. При включенні живлення він має зелений колір, який зберігається до тих пір, поки ви працюєте в операційній системі. Якщо системний блок вимкнений, не підключений відеокабель або комп'ютер перемкнутий в режим "сну", то індикатор живлення монітора міняє колір на оранжевий, а екран монітора гасне.
Зміною кольору індикатора монітора управляє функція економії електроенергії, відповідна стандарту VESA DPMS (Display Power-Management Signaling).
Таблиця 3.3
Режими монітора при роботі функції енергозбереження
Режим
Сигнал
Потужність
Кабель
H-Sync
V-Sync
Video
Індикатор
Потужність, Вт
Включений
Приєднаний
Так
Так
Актив.
Зелений
Менше 130
Standby
Приєднаний
Ні
Так
Неакт.
Оранжевий
Менше 15
Standby
Приєднаний
Так
Ні
Неакт.
Оранжевий
Менше 15
Вимкнений
Приєднаний
Ні
Ні
Неакт.
Оранжевий
Менше 8
Вимкнений
Ні
Менше 8
Можливі декілька режимів роботи монітора в режимі енергозбереження, які гасять екран і знижують споживану потужність блоку розгорток монітора (табл. 3.3). В режимі очікування, при якому немає сигналу H-Sync, гаситься екран, а при торканні користувачем клавіатури або миші зображення з'являється негайно. Аналогічно монітор працює в режимі переривання, коли немає сигналу V-Sync. З режиму "Вимкнено", коли немає обох сигналів синхронізації, вимикаються блоки розгорток монітора і, відповідно, не подається живлення на розжарення кінескопа, монітор виходить протягом десятка секунд, які потрібні на нагрів кінескопа.
В операційній системі Windows функція енергозбереження активізується і настроюється у вікні Свойства: параметры электропитания, яке можна викликати, якщо клацнути мишею на кнопці Настройка, що знаходиться на вкладці Заставка вікна Свойства: Экран(рис. 3.2).
Рис. 3.2. Енергозберігаючі функції монітора в ОС Windows
Тепер зупинимося на деяких ергономічних питаннях. Оператору, що працює з монітором тривалий час, небайдуже, яким діям він піддається. В першу чергу, звичайно, цікавить якість зображення. Природно, зображення повинно бути чітким і достатньо контрастним, а кольори – чистими. Несфокусований промінь і погана якість зведення проміння приводять до напруження очей і, отже, до підвищеної стомлюваності зі всіма витікаючими наслідками.
Важливо забезпечити і правильну орієнтацію екрану щодо джерел освітлення. Якщо монітор стоїть напроти вікна, то на екрані виникають відблиски. Установка монітора екраном від вікна, особливо з сонячної сторони, теж не дуже хороша: яскраве світло, що б'є в очі оператору, що дивиться на монітор, також стомлює очі. Традиційно поверхня екрану є злегка опуклою – це викликано прагненням наблизити до прямого кут падіння електронного променя ближче до країв екрану. Проте при опуклому екрані досить важко позбавитися відблисків, викликаних зовнішніми джерелами світла. Ряд нових моделей кінескопів має плоский екран Flat Screen. Такий екран забезпечує менші геометричні спотворення сприйняття зображення і полегшує позбавлення від відблисків. Зменшити відблиски дозволяє і спеціальне антивідблискове покриття екрану (Antiglare coating), а також вживання скляних поляризаційних фільтрів. Хороший фільтр дозволяє також поліпшити контрастність зображення, правда, і з деякою втратою яскравості, яку можна компенсувати настройкою монітора.
Окрім видимого світла – зображення на екрані, монітор є джерелом високого статичного електричного потенціалу, а також електромагнітного випромінювання в широкому спектрі частот. Для зниження статичного потенціалу застосовують антистатичне покриття, що знімає електростатичний заряд з екрану – це наголошується абревіатурою AS (Anti Static) в переліку достоїнств монітора. Потенціал також знижують і багато екранних фільтрів – у них навіть є дріт із затиском "крокодил" на кінці, який потрібно приєднати, наприклад, до незабарвленої металевої частини заземленого корпусу комп'ютера. Високий потенціал визначити просто – піднести палець до екрану, і якщо з відстані в декілька міліметрів відбудеться розряд (клацання зі слабким коленням або лоскотанням), значить, потенціал великий. Якщо розряд виникає з відстані сантиметра і більше, захисний антистатичний фільтр просто необхідний.
Що стосується радіації, то багато хто помилково вважає, що її дії найбільшою мірою піддається оператор. Насправді велика частина випромінювання виходить із задньої стінки (з тильної частини трубки) і дістається не оператору, а його сусіду при невдалій розстановці техніки. Рівень радіації моніторів прагнуть зменшувати, і абревіатура LR (Low Radiation) указує на турбування виробника про здоров'я користувача, але без конкретних цифр. Строгі норми по допустимому рівню електромагнітних випромінювань в різних частинах спектру задані шведським стандартом MPR II, який фактично став і міжнародним. Цей стандарт був прийнятий в 1990 році і визначає як магнітні, так і електричні складові випромінювання. В 1995 році був прийнятий більш жорсткий стандарт, званий ТСО 95, який змінився потім ще більш жорстким ТСО 99.
Плоскі дисплеї виконуються у вигляді матриці комірок з якими-небудь електрооптичними ефектами. Матриці скануються аналогічно телевізійному растру, так що кожна комірка управляється імпульсно. Для підвищення контрастності застосовують подвійне сканування: екран розбивається на дві частини, в яких сканування відбувається одночасно. Таким чином підвищується частота звернення до кожної комірки.
Дисплеї на рідкокристалічних (РК) панелях LCD (Liquid Crystall Display – РК-дисплей) засновані на зміні оптичної поляризації відбитого або прохідного світла під дією електричного поля. Панель є матрицею комірок, кожна з яких знаходиться на перетині вертикальних і горизонтальних координатних провідників. В пасивній матриці (Passive Matrix) на рідкі кристали впливаютьполя самих координатних провідників. В активній матриці (Active Matrix) кожний осередок управляється транзистором,яким, у свою чергу, управляють через координатні шини. В будь-якому випадку панелі вимагають підсвічування – або заднього (Back Light), або бічного (Side Light) від додаткового (частіше люмінесцентного) джерела освітлення. Іноді використовують зовнішнє освітлення, при цьому за панеллю розташовується дзеркальна поверхня. Активні матриці забезпечують більш високу контрастність зображення. Кольорові дисплеї мають складніші крмірки, що складаються з трьох елементів для управління кожним з базисних кольорів.
РК-дисплеї мають ряд недоліків, обумовлених їх природою: низьку контрастність, залежність якості зображення від кута погляду, інерційність комірок.
Газоплазмові панелі (Gas Plasma) засновані на свіченні газу під дією електричного поля. Ці панелі (часто жовто-чорні) споживають більше енергії, ніж LCD, що перешкоджає їх використанню в системах з автономним живленням.
3.Вильховченко С. Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация. – СПб.: Питер, 2000.
4.Глушаков С.В., Мельников И.В. Персональный компьютер: Учебный курс. – Харьков: Фолио, М.: ООО "Издательство АСТ", 2000.
5.Гук М. Аппаратные средства IBMPC: Карманная энциклопедия. – СПб.: Питер, 1999.
6.Гук М. Аппаратные средства IBMPC: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2000.
7.Гук М. Интерфейсы ПК: Справочник. – СПб.: Питер, 1999.
8.Информатика. Базовый курс. / Симонович С.В. и др. – СПб: Издательство "Питер", 1999.
9.Інформатика: Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології: Підручник для вузів / За ред. О.І. Пушкаря. – К.: Академія, 2002.
10.Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003.
11.Локазюк В.М., Савченко Ю.Г. Надійнсть, контроль, діагностика і модернізація ПК: Посібник для вузів / Під ред. В. М. Локазюка. – К.: Академія, 2004. – 376 с.
12.Модернизация и обслуживание ПК: Базовый курс / Пер. с. англ. Д.М. Шевеля. – К.: БЕК; М.: ЭНТРОП; СПб.: Корона принт, 2000. – 592 с.
13.Соломенчук В.Г. Аппаратные средства персональных компьютеров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 512 с.
Сегодня были уже 17 посетителей
Цікаве на сайті
Друзі Сайту!
1. СШ №4 м.Золочів
http://www.zolochiv-school4.org.ua
2. Інформація педагогу, конспекти уроків
http://ped-inform.org.ua
3. НВК Мавковичі
http://www.mavkovychi.org.ua
4. Інформатика
http://Flick.ho.ua
5. Географія
http://globys.ho.ua
Ссилку вставляйте в поле адреси вашої програми!!!!
Цей сайт присвячений інформатики та ІКТ в освіті. При його створенні ставилося завдання зібрати в одному місці велику кількість цікавого матеріалу з даної теми. А також, дати можливість вчителям інформатики і педагогам, що використовують комп'ютер на своїх уроках і позакласних заходах, обмінятися досвідом, методичними матеріалами, комп'ютерними програмами та ін. Ще один напрям діяльності сайту - розробка та надання ОУ зручного і надійного інструменту для створення єдиного-інформаційного простору школи, міста, району. Вдалося нам це чи ні - судити Вам.
