По длительности хранения информации на экране мониторы делятся на регенерируемые и запоминающие.

В регенерируемых мониторах изображение после однократной прорисовки держится на экране недолго, доли секунды, постепенно угасая. Угасание изображения иногда заметно на глаз (например, нижние строки могут быть ярче верхних). Для поддержания постоянной яркости изображение приходится повторно прорисовывать (регенерировать) 20 - 25 раз в секунду, а чтобы яркость в различных частях экрана не очень отличалась и для снижения полосы пропускания применяют чересстрочную развертку: при каждой прорисовке сначала рисуются нечетные строки, а затем - четные.

Регенерируемые мониторы незаменимы при визуализации быстро протекающих динамических процессов.

В запоминающих мониторах после однократной прорисовки изображение держится на экране в течение нескольких часов. Для его стирания приходится подавать на экран специальное стирающее напряжение.

Запоминающие мониторы эффективны там, где выведенное изображение нуждается в длительной обработке, например подвергается редактированию или должно быть воспринято (изучено) оператором.

По способу управления яркостью луча мониторы делятся на цифровые и аналоговые.

В цифровых мониторах для управления яркостью на сетку подаются дискретные сигналы, которые в зависимости от настройки могут полностью запирать трубку (0) или полностью отпирать ее (1); снижать яркость до 1/2 (0) или обеспечивать полную яркость (1) и т.д.

В аналоговых мониторах на сетку подается непрерывный (аналоговый) сигнал, который может плавно изменять яркость от полного запирания до полного отпирания.

По цветности изображения мониторы делятся на монохромные и цветные.

Цветность монитора на ЭЛТ зависит от люминофорного покрытия экрана. В монохромном мониторе на экране распыляется один люминофор, который и определяет цвет экрана: белый, зеленый и др. В цветном мониторе на экран последовательно напыляются три различных люминофора, каждый из которых светится под воздействием электронного пучка своим цветом. В цветных мониторах в качестве основных цветов применяются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), в связи с чем они получили название RGB-мониторы. Люминофоры наносятся в виде точек, образующих цветные триады на месте каждого пиксела. В цветных ЭЛТ используются три электронные пушки, каждая из которых может подсвечивать точку только одного цвета. Изменяя интенсивность каждого электронного пучка, можно регулировать яркость точек в цветных триадах. Но точки, из которых состоит пиксел, глазом по отдельности не воспринимаются, так как имеют очень малые размеры и расположены близко друг от друга. Глаз воспринимает их слитно, как одну цветную точку, цвет которой зависит от яркости ее компонентов.

В аналоговых мониторах для управления цветом может использоваться одна общая сетка, одновременно воздействующая на все три луча, - такой монитор называется композитным. В нем одновременно с изменением яркости изображения изменяется и цвет. Это один из самых ранних мониторов, и в настоящее время для получения цветного изображения он не применяется. Самые большие возможности цветообразования у аналоговых RGB-мониторов с раздельным управлением яркостью трех лучей. В этих мониторах применяется три сетки, каждая из которых находится в непосредственной близости от «своей» электронной пушки и управляет интенсивностью только ее луча. Такие мониторы способны воспроизводить на экране миллионы различных цветов.

В цифровых мониторах управление цветом осуществляется раздельно по каждому лучу. При использовании трех сеток (на каждую из которых может подаваться один из двух сигналов - 0 или 1) на экране могут быть воспроизведены 2³ = 8 цветов (цифровой RGB-монитор).

Если, кроме трех таких сеток, в мониторе установлена общая сетка, управляющая интенсивностью всех трех лучей сразу (сетка интенсивности - Intensity), то такой монитор называется IRGB-монитором и способен воспроизвести на экране 2⁴ = 16 различных цветов.

В третьей разновидности цветных цифровых мониторов для управления цветом каждого луча установлено по две сетки. Поскольку сетки находятся на разном расстоянии от электронной пушки, их влияние на электронный луч различно - одна из сеток может ограничить интенсивность луча на 1/3, другая - на 2/3, а вместе они способны полностью отпереть или запереть электронный луч. Такой цифровой монитор называется RGBrgb-монитором, он способен воспроизвести на экране 2⁶ = 64 различных цвета.

По эргономическим характеристикам мониторы делятся на:

• обычные;

• с пониженным рентгеновским излучением (LR - Low Radiation) - соответствующие стандарту на ограничение электромагнитных излучений;

• с антистатическим экраном (AS);

• работающие в энергосберегающем режиме - снижающие потребление энергии в режиме ожидания (Green).

Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера - устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ.

Существуют пять стандартных видеоадаптеров, в полной мере обеспечивающих совместимость различных по конструкции мониторов с ЭВМ:

• MDA - монохромный дисплейный адаптер;

• CGA - цветной графический адаптер;

• MGA - монохромный графический адаптер;

• EGA - улучшенный графический адаптер;

• VGA - видеографическая матрица.

Кроме них существуют и другие адаптеры, например «Геркулес», PGA, SVGA и др.

Адаптер MDA, разработанный фирмой IBM, является одним из самых ранних адаптеров. Он может воспроизводить лишь алфавитно-цифровую информацию и небольшое количество служебных символов. В нем отсутствуют графические возможности. Адаптер MDA обеспечивает разрешающую способность экрана 80х25 символов, размер точечной матрицы символа 9х14 пиксел.

Адаптер CGA, производимый той же фирмой, обеспечивает воспроизведение информации только со средним разрешением и ограниченным количеством цветов (этот адаптер был предназначен для работы с цифровыми RGB-мониторами). Обеспечивает разрешающую способность 80х25 символов на экране, имеет точечную символьную матрицу 8х8 пиксел. Из-за небольшого объема видеопамяти (всего 16 Кбайт) в графическом режиме адаптер обеспечивал при низкой разрешающей способности (320х200 пиксел) воспроизведение 4 цветов (способность монитора - 8 цветов), а при нормальной разрешающей способности мог работать только в монохромном режиме. Поскольку монитор позволял воспроизвести большее количество цветов, все цвета были разделены на две палитры: палитра 0 - зеленый, красный и коричневый (+ черный); палитра 1 - голубой, фиолетовый и белый. Переключение палитр производится с помощью прерывания BIOS.

Адаптер EGA начал выпускаться с 1984 г. и был оснащен видеопамятью емкостью 64, 128 или 256 Кбайт. Адаптер разрабатывался для монитора RGBrgb, способного воспроизводить 64 цвета, но малый объем видеопамяти позволял работать с 4 палитрами по 16 цветов.

Видеографический матричный адаптер VGA, разработанный в 1988 г., позволял реализовать 640х480 точек в графическом режиме при 64 - 256 (в зависимости от объема видеопамяти) одновременно отображаемых цветах из 262144 возможных. В текстовом режиме адаптер VGA позволяет отображать на экране 80х25 или 80х50 символов. Количество цветов, отображаемых в этом режиме, ограничено 16 цветами из 256 возможных. Ограничение на количество воспроизводимых цветов накладывает архитектура адаптера, стремление сделать его совместимым с адаптером EGA.

В настоящее время основным является видеографический адаптер SVGA (Super VGA).

Исторически сложилось так, что дисплеи могут работать в одном из двух режимов: символьном или графическом.

В символьном режиме на экран может выводиться ограниченный состав символов, имеющих четко определенный графический образ: буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и знаки псевдографики, Состав этих символов определен системой кодирования, применяемой в данной ЭВМ. Например, в Robotron 1715 состав символов определяется кодом КОИ-7; в ЕС ЭВМ - кодом DKOI, в IBM PC - кодом ASCII.

Для вывода символа на экран дисплея сначала определяется позиция, в которой должен появиться символ (номер символа в строке и порядковый номер строки), а затем по коду символа определяется его форма, которая и высвечивается на экране. Предельное количество символов, одновременно размещаемых на экране, называется информационной емкостью экрана.

В графическом режиме изображение на экране формируется из отдельных точек (пиксел), имеющих свои адреса (номер пиксела в строке х номер пиксельной строки). В простейшем случае каждому пикселу экрана соответствует один пиксел видеопамяти, который и определяет, светлым или темным должна быть соответствующая точка на экране. Если кроме этого необходимо указывать цвет пиксела, то количество битов видеопамяти, характеризующих каждый пиксел, приходится увеличивать. Поэтому для графического режима требуется большая память, чем для символьного при той же разрешающей способности экрана.

Основу адаптера любого типа составляет видеопамять: обычная динамическая (DRAM) или специальная двухпортовая (VRAM), допускающая одновременное обращение как со стороны системной магистрали, так и со стороны монитора.

Начиная с адаптера EGA видеопамять имеет плоскостную структуру: вся память делится на битовые плоскости. В каждой битовой плоскости одному пикселу выделяется один бит. Длина битовой плоскости определяет разрешающую способность экрана. Количество битовых плоскостей (в каждой из которых выделено по одному биту для соответствующего пиксела) определяет, сколько бит отводится для хранения атрибутивного признака пиксела. Если видеопамять имеет одну битовую плоскость, то такой дисплей может работать только в монохромном режиме (пиксел может быть либо ярким, либо темным). При наличии двух битовых плоскостей в видеопамяти может храниться 2⁴ значения, определяющие, как должен выглядеть пиксел на экране (при цветном мониторе - четыре цвета, один из которых с кодом 00 - черный (т.е. фактически с помощью двух битовых плоскостей можно управлять RGB-монитором). При восьми битовых плоскостях атрибут пиксела обеспечивает кодирование 2²⁵⁶ цветов - такой адаптер эффективно применять только для аналоговых RGB-мониторов, в которых между видеопамятью и управляющими цветом электродами ЭЛТ ставится цифроаналоговый преобразователь (Digital to Analog Converter, DAC). В DAC из видеопамяти подается код цвета. Из DAC в ЭЛТ выдается аналоговый сигнал (код цвета преобразуется в величину напряжения на управляющем электроде).

Иногда между видеопамятью и DAC ставятся регистры палитры (RAM DAC). Атрибутивный признак каждого пиксела в этом случае обозначает номер регистра палитры, в котором хранится код цвета данного пиксела. При выборке соответствующего регистра палитры находящийся в нем код цвета передается в DAC и управляет свечением пиксела. Объем RAM DAC равен количеству имеющихся в наличии регистров палитры (в адаптере EGA - 16, в адаптере VGA для цифрового монитора - 64). RAM DAC загружается кодами цветов выбранной палитры с помощью специальной видеофункции BIOS перед началом работы, поэтому объем RAM DAC определяет, сколько цветов могут одновременно находиться на экране (монитор может обеспечить и большее количество цветов, но количество регистров палитры ограничивает количество цветов выбранной палитрой).

Начиная с адаптеров SVGA (Super VGA), на которые нет единого стандарта, предпринимаются попытки снять ограничения,, накладываемые выбором палитры; для этого код цвета из видеопамяти передается на DAC в момент «разжигания» пиксела. В режиме High Color на DAC передается 15-битовый код цвета (по 5 бит на каждый луч), а в режиме True Color - 24-битовый код цвета (по 8 бит на каждый луч). Видеопамять для этого должна иметь соответственно 15 или 24 битовых плоскости.

Скорость обмена видеопамяти с DAC определяется продолжительностью разжигания (регенерации) одного пиксела и характеризуется частотой, которая при достаточно большой разрешающей способности превышает 200 Мгц. Поэтому указанные режимы используются для профессиональной обработки цветных изображений и нуждаются в очень дорогой, быстродействующей аппаратуре.

Физически видеопамять может иметь линейную структуру. Разбиение ее на видеоплоскости в этом случае может осуществляться программным путем - с помощью драйвера дисплея. Поэтому есть возможность одну и ту же видеопамять использовать для различной разрешающей способности экрана (изменяя длину битовой плоскости) и для различного количества воспроизводимых на экране цветов (изменяя количество битовых плоскостей). Поэтому при фиксированном объеме памяти можно увеличить разрешающую способность (но при этом сократится количество воспроизводимых цветов) или увеличить количество воспроизводимых цветов (снизив соответственно разрешающую способность экрана). Если же видеоплоскости реализованы аппаратно, переключение режимов (мод экрана) может в ограниченных пределах эмулироваться драйвером дисплея.

Для воспроизведения динамических (движущихся, анимационных) изображений видеопамять приходится делить на страницы, которые поочередно выводятся на экран при каждой регенерации (пока одна страница выводится на экран, вторая заполняется очередным кадром).

Во всех адаптерах часть видеопамяти отводится под знакогенератор, в котором записаны коды формы выводимых на экран символов. В некоторых случаях в видеопамяти приходится хранить несколько знакогенераторов, например с национальными шрифтами.

Кроме видеопамяти в состав адаптера входят блок сопряжения с монитором, различные ускорители (графический, Windows-ускоритель, ЗD-ускоритель и др.), которые предназначены для выполнения вычислительных операций без обращения к МП ЭВМ, и блок управления.

Общие параметры видеосистемы

Необходимо сформулировать и объяснить основные параметры видеосистемы, определяемые используемым монитором, дисплейным адаптером и интерфейсом, их связывающим.