Устройства для хранения данных. Устройства ввода/вывода информации

Информация на мониторе может отображаться несколькими способами. Самый распространенный — отображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), такой же, как в телевизоре. ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран, покрытый люминофором.

Нагреваясь, электронная пушка испускает поток электронов, которые с большой скоростью движутся к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушки, которые направляют его в определенную точку покрытого люминофором экрана. Под воздействием ударов электронов люминофор излучает свет, который видит пользователь, сидящий перед экраном компьютера. В электронно-лучевых мониторах используются три слоя люминофора: красный, зеленый и синий. Для выравнивания потоков электронов используется так называемая теневая маска — металлическая пластина, имеющая щели или отверстия, которые разделяют красный, зеленый и синий люминофоры на группы по три точки каждого цвета. Качество изображения определяется типом используемой теневой маски; на резкость изображения влияет расстояние между группами люминофоров (шаг расположения точек).

На рис.1 показан разрез типичного электронно-лучевого монитора.

Химическое вещество, используемое в качестве люминофора, характеризуется временем послесвечения, которое отображает длительность свечения люминофора после воздействия электронного пучка. Время послесвечения и частота обновления изображения должны соответствовать друг другу, чтобы не было заметно мерцание изображения (если время послесвечения очень мало) и отсутствовала размытость и удвоение контуров в результате наложения последовательных кадров (если время послесвечения слишком велико).

Электронный луч движется очень быстро, прочерчивая экран строками слева направо и сверху вниз по траектории, именуемой растром. Период сканирования по горизонтали определяется скоростью перемещения луча поперек экрана.

В процессе развертки (перемещения по экрану) луч воздействует на те элементарные участки люминофорного покрытия экрана, где должно появиться изображение. Интенсивность луча постоянно меняется, в результате чего изменяется яркость свечения соответствующих участков экрана. Поскольку свечение исчезает очень быстро, электронный луч должен вновь и вновь пробегать по экрану, возобновляя его. Этот процесс называется возобновлением (или регенерацией) изображения.

Жидкокристаллические дисплеи

Позаимствовав технологию у изготовителей дисплеев для портативных компьютеров, некоторые компании разработали жидкокристаллические дисплеи, называемые также LCD-дисплеями (Liquid-Crystal Display). Для них характерен безбликовый экран и низкая потребляемая мощность (некоторые модели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в то время как мониторы с электронно-лучевой трубкой — порядка 100 Вт). По качеству цветопередачи жидкокристаллические панели с активной матрицей в настоящее время превосходят большинство моделей мониторов с электронно-лучевой трубкой.

На рис.2 представлен внешний вид обычного жидкокристаллического монитора.

В жидкокристаллических панелях используются аналоговые или цифровые активные матрицы. Как правило, дешевые 15-дюймовые жидкокристаллические панели оснащены традиционным разъемом VGA, поэтому аналоговые сигналы преобразуются в цифровые. Более дорогие жидкокристаллические дисплеи с размером экрана 15" и более предоставляют как аналоговый (VGA), так и цифровой (DVI) разъемы, которыми оснащены многие видеоадаптеры средней и высокой стоимости.

Как работает жидкокристаллический монитор

В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту, у которой плоскость поляризации параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света (экран будет темным). Вращая ось поляризации второго фильтра, т. е. изменяя угол между осями светофильтров, можно изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана.

В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр; который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Красная, зеленая и синяя ячейки, формирующие пиксель, иногда называются субпикселями (subpixel).

"Мертвые" пиксели

Так называемый мертвый пиксель (dead pixel) — это пиксель, красная, зеленая или синяя ячейка которого постоянно включена (что встречается гораздо чаще) или выключена. Постоянно включенные ячейки очень хорошо видны на темном заднем фоне как ярко-красная, зеленая или синяя точка.

Жидкокристаллические экраны с активной матрицей

В большинстве жидкокристаллических мониторов используются тонкопленочные транзисторы (TFT). В каждом пикселе есть один монохромный или три цветных RGB транзистора, упакованные в гибком материале, имеющем точно такой же размер и форму, что и сам дисплей. Поэтому транзисторы каждого пикселя расположены непосредственно за жидкокристаллическими ячейками, которыми они управляют.

В настоящее время для производства дисплеев с активной матрицей используется два материала: гидрогенизированный аморфный кремний (a-Si) и низкотемпературный поликристаллический кремний (p-Si). В принципе основная разница между ними заключается в производственной цене.

Для увеличения видимого горизонтального угла обзора жидкокристаллических дисплеев некоторые производители модифицировали классическую технологию TFT. Технология плоскостного переключения (in-plane switching — IPS), также известная как STFT, подразумевает параллельное выравнивание жидкокристаллических ячеек относительно стекла экрана, подачу электрического напряжения на плоскостные стороны ячеек и поворот пикселей для четкого и равномерного вывода изображения на всю жидкокристаллическую панель. Суть еще одного новшества компании Hitachi — технологии Super-IPS — заключается в перестраивании жидкокристаллических молекул в соответствии с зигзагообразной схемой, а не по строкам и столбцам, что позволяет уменьшить нежелательное Цветовое смешение и улучшить равномерное распределение цветовой гаммы на экране. В аналогичной технологии мультидоменного вертикального выравнивания (MVA) компании Fujitsu экран монитора подразделяется на отдельные области, для каждой из которых изменяется угол ориентации.

Жидкокристаллические экраны с пассивной матрицей

В жидкокристаллических мониторах с пассивной матрицей, которая встречается в старых и дешевых портативных компьютерах, яркостью каждой ячейки управляет электрический заряд (точнее, напряжение), протекающий через транзисторы, номера которых равны номерам строки и столбца данной ячейки в матрице экрана. Количество транзисторов (по строкам и столбцам) и определяет разрешение экрана. Например, экран с разрешением 1024x768 содержит 1024 транзисторов по горизонтали и 768 по вертикали. Ячейка реагирует на поступающий импульс напряжения таким образом, что поворачивается плоскость поляризации проходящей световой волны, причем угол поворота тем больше, чем выше напряжение. Полная переориентация всех кристаллов ячейки соответствует, например, состоянию включено и определяет максимальный контраст изображения — разницу яркости по отношению к соседней ячейке, которая находится в состоянии выключено. Таким образом, чем больше перепад в ориентации плоскостей поляризации соседних ячеек, тем выше контраст изображения.

На ячейки жидкокристаллического монитора с пассивной матрицей подается пульсирующее напряжение, поэтому они уступают по яркости изображения жидкокристаллическим мониторам с активной матрицей, в каждую ячейку которых подается постоянное напряжение. Для повышения яркости изображения в некоторых конструкциях используется метод управления, получивший название двойное сканирование, и соответствующие ему устройства — жидкокристаллические мониторы с двойным сканированием (double-scan LCD). Экран разбивается на две половины (верхнюю и нижнюю), которые работают независимо, что приводит к сокращению интервала между импульсами, поступающими на ячейку. Двойное сканирование не только повышает яркость изображения, но и снижает время реакции экрана, поскольку сокращает время создания нового изображения.

Поэтому жидкокристаллические мониторы с двойным сканированием больше подходят для создания быстро изменяющихся изображений, например телевизионных.

Недостатки жидкокристаллических мониторов

• Если вам приходится часто переключать экранное разрешение (например, разработчикам Web-приложений это нужно для проверки конечного продукта), смена разрешения жидкокристаллического монитора осуществляется одним из двух представленных далее методов. Некоторые старые мониторы уменьшают экранное изображение для использования только пикселей нового разрешения, в результате чего для вывода изображения 640x480 используется определенная область экрана монитора с разрешением 1024x768. В то же время новые жидкокристаллические мониторы имеют возможность растягивать изображение на весь экран. Масштабирование стало популярной функцией после того, как Digital Display Work Group определила в изданной спецификации, что масштабирование должно поддерживаться как жидкокристаллической панелью, так и видеоадаптером. К сожалению, масштабирование приводит к уменьшению (иногда существенному) четкости изображения жидкокристаллического монитора.

•Выбор аналогового жидкокристаллического монитора не только позволяет немного сэкономить, но и дает возможность использовать имеющийся видеоадаптер. Однако это может сказаться на качестве выводимого на экран текста или изображения, что связано с преобразованием цифрового сигнала компьютера в аналоговый (в видеоадаптере) и обратно в цифровой (в жидкокристаллическом мониторе). Это преобразование зачастую приводит к 'флуктуации, или плаванию пикселей, происходящему при беспорядочном включении и выключении смежных ячеек жидкокристаллической панели из-за невозможности определения порядка инициализации ячеек. Большинство мониторов поставляются со специальным программным обеспечением, которое позволяет улучшить качество выводимого изображения, но не дает возможности устранить эту проблему в полной мере.

•Цифровые жидкокристаллические панели, подключенные к совместимым видеоадаптерам, позволяют избежать проблем, связанных с преобразованием сигнала. К сожалению, многие существующие видеоадаптеры не поддерживают цифровые сигналы. Некоторые цифровые жидкокристаллические панели рассчитаны на работу лишь с определенными цифровыми видеоадаптерами, что приводит к повышению их стоимости.

• Высококачественные цифровые или аналоговые жидкокристаллические панели великолепно подходят для отображения текста и графики. Тем не менее, в отличие от ЭЛТ-мониторов, они не так хорошо справляются с отображением очень светлых или темных участков изображения.

• Ахиллесова пята жидкокристаллических панелей — время реакции пикселей (время послесвечения). Большое время реакции (более 25 мс) приводит к тому, что при полноэкранном воспроизведении видео, трехмерных игр, анимации, а также быстром просмотре текста изображение смазывается. Обращайте внимание на мониторы, в которых используется жидкокристаллический материал, обеспечивающим быстрое переключение пикселей. Например, такой материал компании ViewSonic называется 3X-LCD.

Параметры мониторов

Разные принципы, разные технологии... Однако, какой бы тип монитора вы ни выбрали для своего домашнего или офисного ПК, при покупке вам придется обратить внимание на ряд важных параметров.

1) Размер диагонали экрана в дюймах (1 дюйм — это около двух с половиной сантиметров).

Учтите, что диагональ видимого вами изображения для стандартного ЭЛТ-монитора всегда окажется... на целый дюйм меньше заявленной величины. 15-дюймовый ЖК-монитор соответствует 17-дюймовому на основе ЭЛТ.

2) Величина экранного  «зерна». Второй важный показатель — величина минимальной точки (пикселя) экрана. Эта величина напрямую влияет на качество получаемой картинки: чем зерно больше, тем «глубже» изображение.

3) Разрешающая способность. Эта величина показывает, сколько минимальных элементов изображения — «точек» — может уместиться на экране вашего монитора.

Разрешающую способность описывают две величины — количество точек по вертикали и по горизонтали. Изменяется она в компьютере не плавно, как и количество цветов, а как бы прыгает со ступеньки на ступеньку, с режима на режим:

•640x480 (стандартный режим для 14-дюймовых мониторов);

•800x600 (стандартный режим для 15-дюймовых мониторов);

•1024x768 (стандартный режим для 17-дюймовых мониторов);

•1152x864 (стандартный режим для 19-дюймовых мониторов);

•1280x1024 (стандартный режим для 20-дюймовых мониторов);

•1600x1200 (стандартный режим для 21-дюймовых мониторов).

4) Максимальная частота  развертки (Refresh Rate) — эту величину можно грубо определить как аналог «частоты обновления кадров» в кино. Чем выше частота развертки — тем меньше будет «рябить» экран монитора. Как правило, для комфортной работы необходимо, чтобы частота вертикальной развертки составляла не менее 85 Гц, т. е., чтобы изображение на экране обновлялось с частотой не менее 85 раз в секунду.

5) Возможности настройки  и коррекция изображения. Все современные устройства снабжены специальным цифровым управлением, позволяющим вручную отрегулировать множество параметров:

•Пропорциональное сжатие/растяжку изображения по горизонтали и вертикали.

•Сдвиг изображения по горизонтали или вертикали.

•Коррекция «бочкообразных искажений» (т. е. таких, когда края изображения на экране слишком выпуклы или, наоборот, вогнуты).

•Трапециевидные и параллелограммные искажения, также связанные с «геометрией» изображения.

•Цветовую «температуру», соотношение основных экранных цветов — красного, зеленого и синего.

6) Тип «теневой маски».

В современных мониторах используется несколько типов решеток. Первый, самый простой — точечная инваровая «маска»-сеточка с крохотными отверстиями через которые и просеиваются лучи ЭЛТ.

В более дорогих и совершенных мониторах используется второй тип маски — апертурная решетка, состоящая из множества тонких, вертикально натянутых металлических нитей. Отличаются эти мониторы качеством, контрастностью и «сочностью» изображения.

7) Вид кинескопа.

• Мониторы с плоским экраном. Кинескопы этого типа обеспечивают самое реалистическое и привычное для глаз человека изображение.
• Выпуклый экран.