ЛЕКЦІЯ №9 Відеосистема

План лекції:

1 Поняття відеосистеми

2 Принцип роботи  та склад відеоадаптера

3 Класифікація моніторів

4 Види моніторів

5 Режими роботи відеосистеми

6 Графічні адаптери і мультимедіа

1 Поняття відеосистеми

Відеосистема складається з двох компонентів: монітора і відеоадаптера, який може бути представлений як окремої платою, так і елементом, інтегрованим на системну плату або в монітор.

Монітор походить від телевізійного приймача. Один з перших моніторів з’явився в ЕОМ Вихор в 1951 році і був зібраний на базі трубки Вільямса .

Принцип роботи будь-якого монітора в головному вельми схожий: відеокарта формує відеосигнал і подає інформацію на дисплей. Власне, єдине завдання монітора — це показати картинку.

 

2 Принцип роботи  та склад відеоадаптера

      

За час існування ПК змінилося декілька стандартів відеоадаптерів :

— MDA ( Monochrom адаптера дисплея) — монохромний ,

— CGA ( Color Graphics Adapter ) — 4 кольори ,

— EGA ( Enchanced графічний адаптер) -16 кольорів,

— VGA ( Video Graphics Array ) — 256 кольорів,

— SVGA ( Super VGA ) — до 16,7 млн. кольорів.

На ці стандарти розраховані всі програми , призначені для IBM- сумісних комп’ютерів.

Сформоване графічне зображення зберігається у внутрішній пам’яті відеоадаптера , яка називається відеопам’яттю . Необхідна ємність відеопам’яті залежить від заданої роздільної здатності та палітри кольорів , тому для роботи в режимах з високою роздільною здатністю та повноцінною кольоровою гаммою потрібно якомога більше відеопам’яті. Якщо ще недавно типовими були відеоадаптери з 2-4 Мбайт відеопам’яті , то вже сьогодні нормальним вважається ємність в 32-64 Мбайт. Більшість сучасних відеокарт володіє можливістю розширення об’єму відеопам’яті до 128 Мбайт , а також властивістю відеоакселерації . Суть цієї властивості полягає в тому , що частина операцій з побудови зображення може відбуватися без виконання математичних обчислень в основному процесорі , а чисто апаратним шляхом — перетворенням даних у спеціальних мікросхемах відеоакселератора .

Відеоакселератори можуть входити до складу відеоадаптера , а можуть поставлятися у вигляді окремої плати розширення , що встановлюється на материнській платі і під’єднується до відеокарти. Розрізняють два типи відеоакселераторів: плоскою (2D ) і тривимірної ( 3D) графіки. Перші найбільш ефективні для роботи з прикладними програмами загального призначення і оптимізовані для ОС Windows , інші орієнтовані на роботу з різними мультимедійними та розважальними програмами.

 

3 Класифікація моніторів

За розмірністю відображення:

— двовимірний (2D ) — одне зображення для обох очей;

— тривимірний (3D ) — для кожного ока формується окреме зображення для отримання ефекту обсягу .

За типом інтерфейсного кабелю:

 — VGA — аналоговий роз’єм. Стандарт з’явився в 1987-му, був створений компанією IBM. Роз’єм використовується і понині на деяких відкритих, комп’ютерних дисплеях, TV. Це 3-рядний 15-контактний DE-15 роз’єм. У нових девайсах зазвичай використовується разом з роз’ємами, представленими нижче.
— DVI — цифровий відеоінтерфейс. DVI-I роз’єм може передавати цифрові дані і VGA сигнал.
— HDMI — мультимедійний інтерфейс. З’явився відносно недавно, в 2003 році. Найчастіше зустрічається в ЖК-дисплеях. Тут використовується метод цифрової передачі інфо. Є передача аудіосигналу (на відміну від попередніх варіантів).
— DP (DisplayPort) — один з новітніх інтерфейсів. У продажу також є девайси з DP ++, за допомогою перехідників до них можна приєднати монітори HDMI і DVI.
Наявність додаткових, сучасних портів в моніторі — розширення функціональності девайса.

За типом екрану:

ЕПТ — на основі електронно-променевої трубки (англ. електронно- променева трубка , ЕПТ);

РК — рідкокристалічні монітори (англ. рідкокристалічний дисплей , РК);

Плазмовий — на основі плазмової панелі ( дисплей англ. Плазмова панель , PDP , газовий плазмовий дисплей панелі);

Проектор — відеопроектор і екран , розміщені окремо або об’єднані в одному корпусі (як варіант — через дзеркало або систему дзеркал ) ; та проекційний телевізор;

OLED-монітор — на технології OLED (англ. органічних світловипромінюючих діодів — органічний світловипромінювальних діод );

Віртуальний ретинальний монітор — технологія пристроїв виводу , що формує зображення безпосередньо на сітківці ока;

Лазерний — на основі лазерної панелі ( поки тільки впроваджується у виробництво).

 

Основні параметри:

Співвідношення сторін екрану — стандартний (4:3) , широкоформатний ( 16:9 , 16:10 ) або інше співвідношення (наприклад 5:04 );

Розмір екрану — визначається довжиною діагоналі , найчастіше в дюймах;

Дозвіл — число пікселів по вертикалі і горизонталі;

Глибина кольору — кількість біт на кодування одного пікселя ( від монохромного до 32 — бітного );

Розмір зерна або пікселя;

Частота оновлення екрану (Гц);

Час відгуку пікселів ( не для всіх типів моніторів);

Кут огляду.

 

4 Види моніторів

За принципом роботи монітори прийнято розділяти на 3 види: ЕПТ -монітори (монітори з електронно-променевою трубкою), РК- монітори (рідкокристалічні) і PDP -монітори (плазмові). Розглянемо їх головні особливості .

 

ЕПТ -монітори

                  

Зображення на ЕПТ — моніторі формується за допомогою пучків електронів, які пускає електроннопроменева трубка. Висока електрична напруга розганяє ці електрони. Вони потрапляють на поверхню екрана (з внутрішнього боку) , яка покрита люмінофором . В результаті, створюється растр .

Растр — це результат роботи системи управління електронів , яка змушує їх пробігати по всій поверхні дисплея. Електрони заповнюють площину монітора так швидко , що людина встигає побачити тільки вже сформоване зображення , а не сам процес.

Якість картинки безпосередньо залежить від розміру точки зображення (пікселя ) . 0,25 мм — це, мабуть , середній розмір пікселя на сьогодні.

ЕПТ — моніторів сьогодні в магазині вже не побачиш. Але ще до недавнього часу вони займали левову частину ринку. ЕПТ -монітори мали ряд мінусів , тому й не витримали конкуренції .

Недоліки наступні:

— Великі габарити;

— Випромінювання і тепловиділення в великих кількостях ;

— Значна енергоємність .

 

Рідкокристалічні монітори

РК- монітори також відомі як РК- монітори ( Liquid Crystal Display). Такі монітори зроблені з рідкого речовини. Вони також має властивості характерними для кристалічних тіл .

Особливість цієї технології полягає в тому , що електрична напруга може змінити форму молекули цього рідкого речовини. У результаті таких модифікацій змінюються властивості світлового променя і , відповідно, саме зображення .

РК- монітори мають незаперечні переваги:

— Компактність ;

— Мінімальний шкоду для очей ;

— Доступність ;

— Енергоощадність.

 

PDP-монітори

     

PDP-монітори  також відомі як плазмові.  Лампи денного освітлення можна вважати прообразом плазмових екранних матриць . PDP- монітор — це по суті своїй скляна панель , заповнена газом. Електроди виводяться з внутрішньої сторони стінок і утворюють симетричні матриці . Зовні конструкція покрита люмінофором . В результаті електричного між ними виникають розряди , які провокують світіння молекул газу.

Поки PDP-монітори трохи дорожче , ніж РК . Також вони зустрічаються відносно рідко. Але з часом складуть серйозну конкуренцію РК-технології.

Переваги :

— Висока яскравість і контрастність картинки;

— Дуже компактні .

Недоліки:

— Низька роздільна здатність;

— Висока вартість;

— Вживають багато електроенергії .

 

5 Режими роботи відеосистеми.

Всі відеосистеми персональних комп’ютерів (за винятком адаптера MDA) можуть працювати в двох основних режимах — текстовому і графічному. Відмінності цих режимів роботи пов’язані зі способом інтерпретації вмісту відеобуфера .

5.1 Текстовий режим

У цьому режимі, званому також символьним, екран поділяється на окремі символьні позиції, у кожній з яких виводиться один символ . Символьні позиції визначаються двома координатами: номер текстового рядка і номер текстового стовпчика. Початок координат знаходиться у верхньому лівому куті робочої області екрана.

Логічне представлення  екрану в текстовому режимі

 

Після завантаження комп’ютер завжди починає працювати в текстовому режимі. приймається за замовчуванням текстовий режим орієнтований на ОС DOS. Процедури виведення на екран ОС засновані на елементарних функціях BIOS, які викликаються командою програмного переривання INT 10h .

Зображення символу формується на точкової матриці, розмір якої залежить від використовуваного адаптера і номера режиму. Точки, що утворюють зображення символу називаються переднім планом, а решта — фоном. Чим більше розмір точкової матриці , тим вища якість зображення.

У всіх відеосистемах персональних комп’ютерів, сумісних з IBM, застосовується один і той же формат зберігання текстових даних в відеобуфері. Кожен символ представлений двома байтами .

Байт з парною адресою містить код символу і визначає , що виводиться на екран. Сусідній байт з великим непарних адресою містить атрибути і визначає, як вони виводяться на екран. Байти, що містять коди символів і атрибути , розміщуються в відеобуфері послідовно. Адаптер зчитує їх і за допомогою апаратного знакогенератора перетворює код кожного символу в точкове зображення на екрані. Одночасно контролер атрибутів формує задані атрибути символу — колір, яскравість, мерехтіння . Завдяки прийнятому способу представлення текстових даних забезпечується незалежне управління атрибутами кожного символу. Зображення символу формується на прямокутної матриці пікселів .

Поширена два формати текстового режиму 25*40 або 25*80 ( рядків* символів), тобто ємність видеобуфера становить 2000 або 4000 байт (по 2 байти на символ). Цю область називають сторінкою .

Для виведення символу на екран необхідно помістити його код і атрибути в певну комірку видеобуфера . Спосіб інтерпретації байта атрибутів залежить від конкретного адаптера. У адаптері VGA для перетворення атрибутів в сигнали кольорів призначений форматер і ЦАП. Форматер дешифрує атрибути і утворює 8-мибітні коди , які передаються в ЦАП. ЦАП формує аналогові сигнали RGB, що подаються в монітор. При цьому використовується 8-мибітний вхід для вибору одного з 256 внутрішніх 18-бітових регістрів кольору. Кожен з них має 3 поля по 6 біт на кожен колір . Ці поля обраного регістра ЦАП окремо перетворюються в аналогові сигнали для монітора.

5.2 Графічний режим

У цьому режимі колірне значення кожного пікселя зберігається як один або кілька біт в відеобуфері і зчитується на екран з додатковим перетворенням. Графічний режим називається ще режимом з двійковим або точковим відображенням (bit — mapped display), тому що в ньому є взаємно однозначна відповідність між бітами в відеобуфері і пікселями на екрані. Кажуть, що в відеобуфері зберігається образ екрана.

Якщо у відеобуфері піксель кодується «n» бітами, то одночасно на екрані можна спостерігати 2n кольорів. Число біт, відведених для кодування кольору, іноді називають числом колірних площин. Адаптери EGA і VGA здійснюють додаткові перетворення бітових полів пікселів з ​​метою розширення відображуваної палітри. За допомогою спеціальних схем n-бітний код розширюється до m-бітного , причому m > n. При цьому виходить палітра з 2m квітів, проте одночасно на екрані можна спостерігати і раніше, лише 2n кольорів.

Завдяки управлінню кожним пікселем в графічному режимі з’являється можливість формування складних зображень і рухомих графічних об’єктів. Однак це вимагає від ПК підвищених ресурсів .

Порівняємо обсяги інформації, з якими доводиться оперувати в текстовому і графічному режимі:

    а ) 16-тиколірний текстовий режим (80* 25)

80*25*2 = 4000 байт ;

    б) 16 — тіцветний графічний режим з дозволом 640 ‘ 480

(640*480* 4)/8 = 153 600 байт (або 150 Кб) .

Це ті обсяги інформації, які необхідно пересилати з відеобуфера в монітор (і перетворювати) при регенерації. З цієї причини комп’ютери з низькою продуктивністю повільно працюють в графічному середовищі навіть при редагуванні текстів. Адже в графічному режимі для зберігання 25 рядків тексту ( тобто екран ) все одно вимагає 150 Кб пам’яті. Якщо 256 кольорів , то обсяг відеобуфера ( 640*480*’8 )/8 = 307 200 байт , тобто точно 300 Кб.

Відеодані графічних режимів зберігаються у вигляді двійкових полів , що представляють значення пікселів. Вони прямо (CGA) або побічно (EGA , VGA) визначають колір кожного пікселя на екрані.

6 Графічні адаптери і мультимедіа

6.1 Поняття графічного адаптера

Відеокарта (також відеоадаптер, графічний адаптер) — електронний пристрій, що перетворює графічний образ, що зберігається як вміст пам’яті комп’ютера (або самого адаптера), у форму, придатну для подальшого виведення на екран монітора. Перші монітори , побудовані на електронно- променевих трубках, працювали по телевізійному принципом сканування екрану електронним променем , і для відображення був потрібний відеосигнал , генерований відеокартою.

У першу чергу, зараз під графічним адаптером розуміють пристрій з графічним процесором — графічний прискорювач, який і займається формуванням самого графічного образу. Сучасні відеокарти не обмежуються простим виведенням зображення , вони мають вбудований графічний процесор, який може виробляти додаткову обробку, знімаючи це завдання з центрального процесора комп’ютера.

Зазвичай відеокарта виконана у вигляді друкованої плати (плата розширення) і вставляється в роз’єм розширення, універсальний або спеціалізований (AGP , PCI Express). Також широко поширені і вбудовані (інтегровані ) в системну плату відеокарти — як у вигляді окремого чіпа , так і в якості складової частини північного мосту чіпсетаілі ЦПУ; в цьому випадку пристрій , строго кажучи , не може бути названо відкритий .

6.2 Прискорювачі

3D-прискорювач — плата розширення (PCI , PCI -E , AGP , ISA) , яка відповідає за прискорення двомірної графіки , а пізніше і тривимірної графіки.

Ігрові відеоприскорювачі — це відеокарти , орієнтовані на прискорення 3D графіки в іграх.

IGP ( скор. від англ. Integrated Graphics Processor , дослівно — інтегрований графічний процесор ) — графічний процесор (GPU) , вбудований (інтегрований ) в материнську плату. Вбудована графіка дозволяє побудувати комп’ютер без окремої відеоплати , що скорочує вартість і енергоспоживання систем . Дане рішення зазвичай використовується в ноутбуках , настільних комп’ютерах нижньої цінової категорії та бізнес- комп’ютерах ( для яких не потрібен високий рівень продуктивності графічної системи). В якості відеопам’яті дані графічні системи використовують оперативну пам’ять комп’ютера , що призводить до обмежень продуктивності , так як і центральний і графічний процесори для доступу до пам’яті використовують одну шину.

6.3 Поняття мультимедіа

Поняття мультимедіа охоплює цілий ряд комп’ютерних технологій, пов’язаних з аудіо , відео та способами їх зберігання. У найзагальніших рисах — це можливість об’єднати зображення , звук і дані. В основному, мультимедіа увазі додавання до комп’ютера звукової плати і накопичувача CD- ROM.

Для прийняття стандартів, що стосуються мультимедіа — компьютерів , компанією Microsoft був створений Маркетингова рада з комп’ютерів для мультимедіа ( Multimedia PC Marketing Council ) . Цією організацією було створено кілька MPC -стандартів , емблеми та торгові знаки , які дозволялося використовувати виробникам , продукція яких відповідає вимогам даних стандартів . Це дозволило створювати спільні апаратні і програмні продукти в області мультимедіа для IBM- сумісних систем .

Радою було розроблено два перших мультимедіа -стандарту , званих MPC Level 1 і MPC Level 2 . У червні 1995 року , після створення групи Software Publishers Association (SPA) , ці стандарти були доповнені третім — MPC Level 3. Даний стандарт визначає мінімальні вимоги до мультимедіа — комп’ютера.

 


Контрольні питання:

  1. З яких компонентів складається відеосистема ?
  2. Для чого призначений монітор ?
  3. Які функції відеодадаптера ?
  4. Які основні характеристики має монітор ?
  5. Які існують технології екранів моніторів ?
  6. Який принцип роботи монітора на кінескопі ?
  7. Які недоліки ЕПТ — моніторів ?
  8. Що собою являють рідкі кристали ?
  9. Який принцип роботи РК- монітора ?
  10. Який принцип роботи плазмового монітора ?
  11. Яка з технологій моніторів відрізняється найменшим енергоспоживанням ?
  12. Яка з технологій моніторів не боїться електромагнітних полів ?
  13. Які переваги РК- екранів у порівнянні з PDP- екранами ?
  14. Які є режими роботи відеосистеми?
  15. Як формується зображення у текстовому режимі роботи відеосистеми?
  16. Що таке сторінка?
  17. Як формується зображення у графічному режимі роботи відеосистеми?
  18. Які є особливості зберігання відеоданих в графічному режимі?
  19. Назовіть функції графічного адаптеру.
  20. Як конструктивно представлений відеоадаптер?
  21. Для чого призначений 3D-прискорювач?
  22. Що собою представляють ігрові відеоприскорювачі?
  23. Що собою представляють графічні процесори?
  24. Що собою представляє мультимедіа ?

Література:
1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.
2 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: — М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.
3 Железо ПК 2010/ В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 448 с.
4 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html