Периферийные устройства (стр. 12 )

Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. Шина PCI может иметь рабочие частоты от 25MHz до 66MHz. иногда до 83MHz (обычно 33MHz), а шина АGP работает на частотах 66МНz и 133МНz. Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы пойду до графического процессора видеоадаптера.

Для увеличения производительности используют различные типы памяти (VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM) или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамять, используя 12 разрядную, 64 разрядную или 128 разрядную видеошину.

Структурная схема видеоадаптера sVGA.

Видеоадаптер содержит следующие элементы:

-  видеопамять;

-  ROM Video BIOD;

-  контроллер ЭЛТ;

-  графический контроллер;

-  контроллер атрибутов;

-  секвенсор;

-  RAMDAC;

-  синхронизатор;

-  тактовый генератор;

-  интерфейс с шиной ввода-вывода;

-  15 контактный D-образный разъем для подключения монитора.

Структурная схема видеоадаптера представлена на рисунке 1.52.

Рисунок 1.52 – Структурная схема видеоадаптера sVGA

Видеопамять. Специализированное ОЗУ, размещенное на плате видеоадаптера. Предназначено для хранения цифрового образа формируемого изображения. Пропускная способность видеопамяти измеряется количеством Мбайт информации, которую можно передать через шину за 1 секунду. В современных видеоадаптерах используется 64 или 128 – разрядная внутренняя шина и тактовые частоты от 100 МГц.

Video BIOS. Фактически это набор подпрограмм, написанных в кодах команд ЦП и предназначенных для реализации основных функций видеосистемы (смена видеорежима, обмен данными с кадровым буфером (кадровым буфером называется часть видеопамяти, используемого для хранения цифрового изображения), управление курсором и т. д.).

Контроллер ЭЛТ. Контроллер ЭЛТ формирует сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, сигналы чтения-записи видеопамяти и т. д.

Секвенсер. Секвенсер или указатель последовательности, предназначен для генерации сигналов, необходимых для сканирования видеопамяти. Он преобразует условный 4-разрядный номер цвета пиксела, хранящийся в видеопамяти в 8-разрядный номер регистра RAMDAC, содержащий 18-ти разрядный код отображаемого символа. С выхода контроллера атрибутов данные поступают на RAMDAC видеоадаптера.

RAMDAC. Основная задача RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь данных, хранящихся в его регистрах) – преобразование кода цвета пиксела в аналоговый сигнал. RAMDAC включает: трехканальный 12 разрядный ЦАП; 256 18-разрядных регистров цвета; выходной 18-ти разрядный регистр цвета, выходы которого соединены с соответствующими входами ЦАП; схему адресации.

Синхронизатор. Управляет доступом ЦП к кадровому буферу.

Тактовые генераторы. Работа всех устройств видеоадаптера синхронизируется сигналом Dot Clock или производными от него тактовыми сигналами.

Интерфейс с шиной ввода-вывода. Видеоадаптер вставляется в 32-х (64-х) битовый слот шины PCI и поэтому снабжен специнтерфейсом, выполняющим следующие функции:согласование разрядности внутренней шины видеоадаптера и 32-х (64) разрядной шины PCI компьютера;

1.12 Мониторы

Классификация мониторов (дисплеев) показана на рисунке 1.53.

ЭЛТ-мониторы (мониторы с электронно-лучевой трубкой CRT - Cathode Ray Tube). Этот тип мониторов позволяет создание изображения с максимальной контрастностью, яркостью и цветностью. Их недостатки – высокое потребление электроэнергии, большие габариты.

В качестве основного элемента формирования изображения используется кинескоп (рисунок 1.54).

Рисунок 1.53 - Классификация мониторов

Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа.

Рисунок 1.54 – Устройство электронно-лучевой трубки

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.

Для формирования изображения на экране, электронный луч сканирует по экрану слева направо и сверху вниз, создавая "растр". Элементы текста или графики создаются включением либо выключением точек растра (рисунок 1.55).

Рисунок 1.55 - Прохождение луча для создания растра

Сплошные линии - это прямой ход луча, используемый для формирования изображения, пунктирные линии – обратный ход луча, в этом состоянии интенсивность его излучения минимальна (по сути он выключен), поэтому его не видно.

Для создания цветного изображения используют три пушки для реализации свечения красного, зеленого и синего люминфоров. Каждая пушка излучает электронный луч, который должен влияет на люминофорные элементы своего цвета.

В зависимости от конструкции такой маски, а так же формы и расположения отверстий, проделанных в ней, ЭЛТ может быть трёх типов.

В большинстве мониторов используется теневая маска. Она бывает двух типов – теневая и щелевая. Кроме теневой маски, применяются также апертурные решетки (рисунок 1.56).

Рисунок 1.56 - Типы масок (теневая, апертурная, щелевая)

Теневая маска (shadow mask) - это самый распространенный тип масок, она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов - зеленного, красного и синего - которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек.

Рисунок 1.57 - Люминофор для теневой маски

Недостатки теневой маски: во-первых, это малое соотношение пропускаемых и задерживаемых маской электронов (20-30% проходит через маску).

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм).

Рисунок 1.58 - Формирование светового пятна в ЭЛТ с теневой маской

Апертурная решетка (Aperture Grille). В трубках с апертурной решеткой применяется технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка (рисунок 1.59).

Рисунок 1.59 - Формирование светового пятна в ЭЛТ с апертурной решеткой

Эта технология имеет решетку из вертикальных линий, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Минимальное расстояние между полосами люминофора (для красного, зеленого и синего цвета) одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе.

Щелевая маска (slot mask). Представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов (рисунок 1.60).

Рисунок 1.60 - Формирование светового пятна с щелевой маской

ЖК-мониторы (жидкокристаллические мониторы). Работа таких мониторов (LCD, Crystal Display) основана на изменении ориентации молекул жидких кристаллов (и как следствие изменение их оптических свойств) под воздействием внешнего электрического поля. Экран LCD монитора представляет собой матрицу ячеек таких кристаллов, каждая из которых может светиться нужным цветом.

Устройство и принцип действия TFT-LCD мониторов показаны на рисунках 1.61.

Рисунок 1.61 – Устройство TFT монитора

Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры, где каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью. Без верхнего поляризатора увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.