Практична робота №5 Робота з відеосистемою

 Мета: 1) Вивчити,  з яких частин складається  відеосистема;

            2) Ознайомитися  зі складом моніторів,  із основними технологіями  моніторів, принципом дії моніторів різних технологій;

            3) Закріпити практичні навички роботи з усіма типами моніторів.

 

Хід роботи:

  1. Вивчити теоретичний матеріал, користуючись методичними вказівками ( у тому числи відеороліками), конспектом лекцій та рекомендованою літературою.
  2. Відповісти на контрольні питання.
  3. Підготуватися до захисту практичної роботи.

 

Теоретичні основи:

 

Відеосистема складається з двох компонентів: монітора і відеоадаптера.

Монітор (дисплей) — це кінцевий пристрій, що підтримує інтерфейс між користувачем і ПК.

Монітор отримує від відеоадаптера такі сигнали:

— відеосигнали кольоровості;

— сигнали рядкової (горизонтальної) синхронізації;

— сигнали кадрової (вертикальної) синхронізації;

— екрануючу землю для кожного з сигналів кольоровості .

У ПК через виводи синхронізації монітор повертає службову інформацію, яка використовується для автоконфігурування .

Монітор містить два канали: канал розгортки, а також канал зображення і кольоровості. Конструкція монітора нагадує телевізійний приймач.

 

Кольороподіл.

У відеосистемах , як і в телевізійній техніці застосовується адитивна ( що випромінює) модель кольороподілу.

Адитивна модель кольороподілу передбачає використання в якості первинних кольорів базові кольори — RGB ( червоний, блакитний , синій). Якщо на екрані монітора три кольори збуджуються з однаковою інтенсивністю , то рецептори зору людини сприймають цей сумарний яркісний сигнал як білий колір.

Субтрактивна модель кольороподілу прийнята в поліграфії, де людина сприймає світло, відбите від барвників, нанесених на якусь основу ( папір, плівку) .

 

Роздільна здатність екрану.

Роздільна здатність екрану, або просто дозвіл екрана характеризується числом пікселів, відтворюваних по осях координат Х і У. Роздільна здатність залежить від якості виготовлення кінескопа, розмірів екрану і частот, що генеруються відеоадаптером.

Зображення на екрані монітора розгортається построково (рядок за рядком) від лівого верхнього кута до правого нижнього кута .

Порядковою, або прогресивною розгорткою називається спосіб формування растрового зображення на екрані. Цілий образ екрану відтворюється за один прохід трьома променями прожекторів кінескопа.

Частотою рядкової розгортки, або горизонтальною розгорткою називається число ліній розверстки, що виводяться на екран за 1 с. Ця частота вимірюється в кГц.

Частотою кадрової розгортки, або вертикальною розгорткою (оновлень екрану) називається число кадрів, що генеруються на екрані за 1 с. (частота регенерації) . Ця частота вимірюється в Гц.

Смугою частот, або частотою відеосигналу називається число пікселів в рядку, яке монітор може відобразити за 1 с. Ця частота вимірюється в МГц.

Роздільна здатність моніторів визначається як добуток кількості пікселів в рядку розгортки на число рядків. (SVGA 1280 х 1024).

Які бувають дозволи екрану для моніторів?
Всього їх існує більше одного десятка.  Наприклад, SXGA (1280х1024), WXGA + (1440х900 точ), WFHD (2560 на 1080 px). Який максимальний дозвіл монітора? 8K. В пікселях це буде 7680 на 4320 точок. Подібні дозволи поки не сильно поширені через дорожнечу  пристроїв, що їх підтримують і дуже малої кількості 8К контенту.

Який дозвіл екрана монітора краще, залежить від цілей використання агрегату: для розваги, серфінгу інету, роботи з графікою та іншого підійде стандартне — 1920 на 1080 px. Співвідношення сторін при цьому буде 16 на 9. 

Який найпоширеніший дозвіл монітора:

  • HD — недорогі монітори , кількість пікселів тут становить 1366 на 768 Нескладні іграшки, відео, проста офісна робота — саме те для HD монітора.
  • FullHD — становить 1920х1080 пікс, зараз це найпопулярніший дозвіл.
  • — розміри тут 3840 на 2160 px, оптимальний варіант для сфери розваг: перегляд кіно, ігрові програми.

Режими роботи відеосистеми:

Символьний (текстовий) режим — це візуалізація на екрані найбільш простих шрифтів, що не вимагають графічних перетворень. У цьому режимі на екран монітора надсилаються послідовності яркістних точок (пікселів), об’єднаних в матриці символів (наприклад, 8х8, 8х14, 8х16 точок). Це означає, що в кожному, що  відображається на екрані, рядку сканування, для зображення кожного символу по осі Х виділяється по 8 окремих пікселів растра (рядки сканування).

Піксель (pixel) — це один елемент великого масиву графічної інформації. Піксель несе відомості про яскравість і колір невеликої ділянки зображення. Відповідно по 8, 14, 16 пікселів відводиться для кожної матриці по осі Y екрану.

Наприклад, на екрані з роздільною здатністю 720х480 (текстовий режим 18Н SVGA) можна розмістити (по горизонталі/вертикалі) 80х30 символів з ​​матрицею символу 9х16 .

Знакогенератор являє собою мікросхему флеш-пам’яті, в якій записані коди символів, що використовуються даної відеосистемою. Якщо на вхід знакогенератора надходить код символу, то він вибирається з цієї пам’яті і поточечно пересилається на екран монітора.

Мультиплексор — це апаратний вузол, який змішує точки символів з ​​бітами кодів атрибутів. Таким чином, на екрані ми бачимо кольорові, підкреслені, мерехтливі , а також інвертовані символи .

Графічний режим передбачає зберігання в відеоОЗП не утворюються символів , а описів для кожного пікселя екрану ,

Наприклад, для символу в матриці 9х14 у відео ОЗУ потрібно вже більше 2 -х байтів. Для зберігання кожного біта відводиться окрема комірка пам’яті .

У графічному режимі знакогенератор і мультиплексори на відеоадаптері відключаються. Для роботи задіюються апаратні вузли графічного режиму. Кожен символ виводиться не точками певного знакомісця, а відображається з будь-якого місця екрану.

Технології екранів :

Екрани моніторів бувають на кинескопах , рідко-кристалічних панелях і панелях плазменно-екранної технології.

1  Монітори на кинескопах

Пристрій кольорового кінескопа. 1 — Електронні гармати. 2 — Електронні промені. 3 — фокусується котушка. 4 — Відклоняюсі котушки. 5 — Анод. 6 — Маска, завдяки якій червоний промінь потрапляє на червоний люмінофор, і т. д. 7 — Червоні, зелені та сині зерна люмінофору. 8 — Маска і зерна люмінофору (збільшено).

CRT- або ЕПТ-монітор має скляну трубку, усередині якої вакуум, тобто все повітря видалено. З передньої сторони внутрішня частина скла трубки покрита люмінофором (Luminofor). У якості люмінофорів для кольорових ЕПТ використовуються досить складні склади на основі рідкоземельних металів — ітрію , ербію і т.п. Люмінофор — це речовина, яка випромінює світло при бомбардуванні його зарядженими частинками. Для створення зображення в CRT- моніторі використовується електронна гармата, яка випускає потік електронів крізь металеву маску або грати на внутрішню поверхню скляного екрана монітора, яка покрита різнокольоровими люмінофорними точками. Потік електронів на шляху до передньої частини трубки проходить через модулятор інтенсивності яка і прискорює систему.

В результаті, електрони набувають великої енергіі, частина з якої витрачається на світіння люмінофора. Електрони потрапляють на люмінофорний шар, після чого енергія електронів перетворюється на світло, тобто потік електронів змушує точки люмінофора світитися. Ці світні точки люмінофора формують зображення, яке ви бачите на вашому моніторі. У кольоровому CRT-моніторі використовуються три електронні гармати або прожектора.

Люмінофорний шар, що покриває передню частину електронно-променевої трубки, складається з дуже маленьких елементів (настільки маленьких, що людське око їх не завжди може розрізнити). Ці люмінофорні елементи відтворюють основні кольори, фактично є три типи різнобарвних частинок, чиї кольори відповідають основним кольорам RGB (звідси і назва групи з люмінофорних елементів — тріади ).

Люмінофор починає світитися, як було сказано вище, під впливом прискорених електронів, які створюються трьома електронними гарматами. Кожна з трьох гармат відповідає одному з основних кольорів і посилає пучок електронів на різні частинки люмінофор, чиє світіння основними кольорами з різною інтенсивністю комбінується, і, в результаті, формується зображення з необхідним кольором. Наприклад, якщо активувати червону, зелену і синю люмінофорні частинки, то їх комбінація сформує білий колір.

Для управління електронно-променевою трубкою необхідна і керуюча електроніка, якість якої багато в чому визначає і якість монітора.

Зрозуміло, що електронний промінь, призначений для червоних люмінофорних елементів, не повинен впливати на люмінофор зеленого або синього кольору. Щоб досягти такої дії використовується спеціальна маска.

Тип маски можна визначити в термінах форми і розташування зерен (dotes) люмінофора на екрані (тіньова маска, щілинна маска, апертурна решітка). Слід зазначити, що саме зерно є мінімальним «атомом» зображення на екрані, а піксель може складатися з декількох зерен (залежно від дозволу) .

 

2  Рідкокристалічна технологія

LCD (Liquid Crystal Display, рідкокристалічні монітори) зроблені з речовини, яка знаходиться в рідкому стані, але при цьому володіє деякими властивостями, властивими кристалічним тілам.

У рідких кристалах спостерігається так званий мезоморфний стан. Речовини, перебуваючи в подібному стані, володіють одночасно властивостями як рідини (властивість текучості) , так і твердих кристалів (властивість анізотропії ) .

Одне з основних фізичних властивостей рідких кристалів, які використовуються на практиці , — поляризація світла .

Білий світ, як відомо, можна представити послідовністю електромагнітних хвиль довжиною від 0,4 до 0,8 мкм. Електромагнітні хвилі мають величиною (скаляром ) і напрямом (вектором). Для спрямованої орієнтації світлових хвиль використовуються спеціальні речовини — поляризатори, що змушують вектори світла орієнтуватися в одній площині.

Рідкі кристали мають здатність поляризувати світло, змінювати колір світла.

Найпростіший РК-екран являє собою дві скляні пластини з прозорими електродами, між якими розташований шар матриці ЖК товщиною близько 5 мкм. Подібну багатошарову конструкцію зверху і знизу охоплюють два поляризатора .

Як джерело світла РК-дисплеїв використовуються флуоресцентні або електролюмінісцентні лампи.

Піксель складається з: кольорового фільтра; горизонтального поляризатора; оточеного двома шарами скла рідкокристалічного шару, який здатен змінювати свою поляризацію; вертикального фільтра.

Далі докладніше про те, які бувають РК-монітори, а також про технології IPS і TN.

LCD
Такі екрани користуються популярністю у виробників TV, використовуються і для мобільних девайсів. Абревіатура розшифровується як Liquid Crystal Display. Дослівний переклад — рідкокристалічний екран. З моменту своєї появи LCD успішно «посунув» ЕПТ дисплеї.

TFT
Скорочення від Thin Film Transistor. Технологія екранів з активною матрицею. Це звичайний ЖК-екран, але на тонкоплівкових транзисторах. Велика частина моніторів у продажу — це LCD TFT.

Як же влаштований LCD монітор? Його основа — пікселі і субпіксель, за допомогою яких можна створювати мільйони відтінків на екрані. Окремий підсвічений включає в себе: колірний, вертикальний і горизонтальний фільтр, прозорі електроди і ЖК-молекули.

Як працює LCD монітор? Кожен з величезного числа пікселів несе колірну інформацію в окремий часовий відрізок, що в сукупності дає картинку. Для її виведення на екран використовується матриця і підсвічування з світлодіодів.

TN
Одна з найпростіших технологій матриці. TN плюс film означає додатковий шар, який використовується для забезпечення огляду на 90-170 градусів по горизонталі і 65-160 — по вертикалі. Слово film часто упускають в назві, називаючи просто — монітори T. Вони найбільш бюджетні з усіх описаних вище. Через те, що у таких екранів не ідеальна зображення при перегляді під кутом і передача кольору поступається моніторам на IPS або MVA, їх не рекомендують купувати фоторедакторам або відеомонтажери.

IPS
РК-матриця. Була створена для ліквідації недоліків TN матриці. Технологія збільшила огляд до 178 ° по вертикалі і горизонталі, її характеризує високий рівень контрастності і хороша передача відтінків. Така матриця дозволяє створити яскраву і чітку картинку. Оптимально підходить для екранів, які використовуються для роботи в инете, перегляду кінострічок, обробки фото.

До переваг РК-моніторів можна віднести те, що вони дійсно плоскі в буквальному сенсі цього слова, а створюване на їх екранах зображення відрізняється чіткістю і насиченістю кольорів. Відсутність спотворень на екрані і маси інших проблем, властивих CRT- моніторам.

Найпопулярніший тип підсвічування в сучасних ЖК-моніторах — світлодіодна (LED).

LED і OLED монітори

Світлодіоди відрізняються низьким енергоспоживанням, мінімальним рівнем нагріву і стійкістю до високих навантажень. Саме з цих причин технологія швидко освоювалася виробниками різноманітної техніки і розвивається в даний час. Знайшла своє застосування в екранах для TV  і ПК.

На полицях інтернет і оффлайн-магазинів можна зустріти екрани:

LED — різновид підсвічування ЖК-матриць, де замість лампової використовується світлодіодна LED-підсвітка монітора, що ж це таке? Світлодіоди знаходяться або по краях панелі, або позаду кристаликів, підсвічуючи матрицю. Остання регулює ступінь проходить світла, створюючи картинку на екрані. Зображення тут дуже соковите і контрастне. Також присутній неймовірна глибина чорного відтінку. Завдяки світлодіодному підсвічуванню картинка стає максимально реалістичною.
OLED — монітор, в матриці якого основним елементом є органічні світлодіоди. OLED монітори  не потребують додаткової підсвічуванню, тому що органічні світлодіоди випромінюють світло самостійно. Завдяки відсутності підсвічування такі пристрої можуть бути дуже тонкими. Подібні вироби менш поширені через дорожнечу.
Дана технологія широко використовуються в екранах для суперсучасних TV, смартфонів. При прямих сонячних променях зображення залишається чітким і контрастним.

Ще кілька переваг LED технології:

  • істотна економія електроенергії;
  • не містить шкідливих речовин (наприклад, ртуть);
  • здатність витримувати вібрації, низькі температури;
  • дозволяє створювати супертонкі монітори.

Мінус — OLED дисплеї в даний час досить дорогі.

 

3 Плазмово-екранна технологія .

У плазмових панелях ксенон і неон міститься в сотнях маленьких мікрокамер, розташованих між двома стеклами. З обох сторін, між стеклами і мікрокамерами, розташовуються два довгих електрода. Електроди розташовані під мікрокамерами, уздовж тилового скла. Прозорі скануючі електроди, оточені шаром діелектрика і покриті захисним шаром оксиду магнію, розташовані над мікрокамерами, уздовж фронтального скла.

Пристрій плазмової панелі
Електроди розташовані хрест-навхрест на всю ширину екрану. Скануючі електроди розташовані горизонтально, а керуючі електроди — вертикально. Як ви можете бачити нижче, на діаграмі, вертикальні і горизонтальні електроди формують прямокутну сітку. Для іонізації газу в певній мікрокамеру, процесор заряджає електроди безпосередньо на перетині з цією мікрокамерою. Тисячі подібних процесів відбуваються за частку секунди, заряджаючи по черзі кожну мікрокамеру.

Розряд і світіння в плазмі
Коли пересічні електроди заряджені (один негативно, а інший позитивно), через газ в мікрокамеру проходить електричний розряд. Як було сказано раніше, цей розряд призводить заряджені частинки в рух, внаслідок чого атоми газу випускають фотони ультрафіолету, які, в свою чергу, змушують світитися фосфорне покриття мікрокамер, вибиваючи з них фотони основних видимих ​​кольорів.

Кожен піксель плазмової панелі складається з трьох мікрокамер (субпікселів): червоного зеленого і синього (як в кінескопів телевізорах), чим менше розмір пікселів в дисплеї, тим точнішим виходить зображення 

Як і чим світить плазма
Плазмові дисплеї відрізняються хорошою яскравістю, чіткістю і красивою передачею кольору. На відміну від LCD і LED (рідкокристалічних дисплеїв), які працюють на «просветку», плазма світить сама, забезпечуючи гарний і глибокий чорний колір і чудову контрастність зображення практично з будь-якого кута огляду. Цифрових гальм і глюків на ній практично непомітно, проте, разер пікселів трохи більше, ніж у ЖК, тому розмір плазмової панелі (зазвичай) починається від 32 дюймів

Плюси плазмових панелей:

  • плоский і дуже яскравий екран з мінімальною товщиною;
  • можна конструювати великі за розміром панелі;
  • широкі кути огляду екрану;
  • зображення з суперконтрастностью;
  • тривалий термін служби агрегатів (від 10 років);
  • дисплей не притягає до себе пил.

До недоліків плазми можна віднести чималу вартість і велике споживання електроенергії. Якщо у Вас вдома є маленькі діти, врахуйте, що одного удару м’ячиком або інший іграшкою може бути досить для того, щоб вся плазмова панель вирушила на звалище (там немає 5-10 сантиметрового скла перед екраном, як в кинескопах)

 

Відеоадаптер.

Відеоадаптер формує для монітора сигнали відеоданих і синхронізації. Три сигналу кольоровості, промодульовані за інтенсивністю, втілюються на екрані в пікселі рядків сканування в точній відповідності з умовами синхронізації. Відеоадаптер містить програмно-доступні регістри, ініціалізація яких дозволяє налаштувати режим кольоровості і дозвіл. Сучасні відеоадаптери побудовані на базі графічних сопроцесорів.

Завдання:

       Необхідно ознайомитися з теоретичними основами та переглянути  їх на практиці при роботі з ЕОМ та монітором, після чого відповісти на контрольні запитання.


Контрольні питання:

1 З яких компонентів складається відеосистема ?

2 Для чого призначений монітор ?

3 Що собою представляє кольороподіл монітору?

4. Що собою представляє роздільна здатнісь екрану? Який є найпоширеніші дозволи моніторів?

4 Що являє собою текстовий режим роботи відеосистеми ?

5 Що являє собою графічний режим роботи відеосистеми ?

6 Які основні характеристики має монітор ?

7 Які існують технології екранів моніторів ?

8 Який принцип роботи монітора на кінескопі ?

9 Які недоліки ЕПТ — моніторів ?

10 Що собою представляють рідкі кристали ? Яка властивість рідких кристалів лягла в основу рідкокристалічної технології екранів?

11 Який принцип роботи РК- монітора ?

12 Який принцип роботи плазмового монітора ?

13 Яка з технологій моніторів відрізняється найменшим енергоспоживанням ?

14 Яка з технологій моніторів не боїться електромагнітних полів ?

15 Які переваги РК- екранів у порівнянні з PDP- екранами ?

16 Які функції відеоадаптера ?

17 Які компоненти входять до складу відеоадаптера ?


Рекомендована 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.