ВИДЕОУСТРОЙСТВА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Видеоустройства ПЭВМ состоят из 2-х частей: монитора и адаптера. Пользователь видит только монитор - похожий на телевизор прибор, а адаптер спрятан в корпус машины. На экране монитора воспроизводится видеосигнал, поступающий от адаптера. В самом мониторе находится только электронно-лучевая трубка и схемы развертки.

В адаптере содержатся логические схемы, преобразующие данные, поступающие для отображения, в видеосигнал. Адаптер обеспечивает формирование также строчных и кадровых синхроимпульсов, необходимых для управления работой схем развертки. Так как электронный луч “пробегает” экран примерно за 1/50 долю секунды (период кадровой развертки - 20 миллисекунд),а изображение на экране монитора меняется довольно редко, то видеосигнал, поступающий на монитор, должен снова и снова порождать (регенерировать) одно и то же изображение. Для его хранения в адаптере имеется буферная память (видеобуфер).

Каждому участку видеобуфера соответствует своя область на экране монитора. Информация в видеобуфер заносится центральным процессором компьютера программным путем. А адаптер периодически, с частотой смены кадров, считывает видеобуфер и преобразует его содержимое в видеосигналы, поступающие на управляющий электрод ЭЛТ монитора.

Центральный процессор имеет к видеобуферу точно такой же доступ, как и к основной памяти машины. Благодаря этому несложное изображение можно формировать на ПЭВМ очень быстро - в тысячи раз быстрее, чем на традиционной ЭВМ, соединенной с дисплеем медленным интерфейсом.

Монитор и адаптер должны быть совместимы, но это вовсе не означает, что они должны жестко соответствовать друг другу. Напротив, большинство адаптеров способно работать с мониторами нескольких типов, правда не всегда в оптимальном режиме.

Совместимость монитора с тем или иным типом адаптера во многом определяется его характеристиками.

Характеризуя монитор, прежде всего говорят о его цветности - цветной или монохромный (одноцветный). Далее мониторы отличаются разрешением. Наконец, они подразделяются на RGB и композитные, а также на аналоговые и цифровые. Особый класс образуют многочастотные мониторы - “мультисинки”.

Разрешение монитора измеряется количеством строк в кадре и числом элементов изображения (“пиксел”, а проще говоря - точек) в строке. Оно обозначается формулой H x V. Например, на мониторе разрешением 720 х 348 изображается 348 строк по 720 пиксел в строке. Практически все профессиональные мониторы имеют разрешение 640 х 200 и более. В настоящее время чаще всего встречаются мониторы с разрешением от 640 х 350 до 720 х 480.

Луч монитора обычно пробегает строку за строкой, слева направо и сверху вниз (горизонтальная и вертикальная развертки),а затем возвращается к началу верхней строки кадра. Частота, с которой луч пробегает весь экран, называется частотой кадров или частотой вертикального сканирования, и обычно равна 50-70 Гц. Частота, с которой выводятся строки, называется частотой строк. Она примерно равна числу строк в кадре и у подавляющего числа мониторов лежит в пределах 15-40 кГц. Наконец, частота, с которой на экран выводятся точки, т.е. с которой адаптер может переключать видеосигнал, примерно равна числу пиксел в строке, умноженному на частоту строк и составляет десятки мегагерц. В то время, пока электронный луч возвращается к началу следующей строки (обратный ход горизонтальной развертки) и к вершине кадра (обратный ход вертикальной (кадровой) развертки),на экран ничего не выводится. В это время центральный процессор может обновлять информацию в видеобуфере.

Изредка в мониторах используется чересстрочная развертка, используемая в обычных телевизорах: сперва выводятся все нечетные строки кадра, а затем луч возвращается на верх экрана и начинает роспись четных строк.

Известно, что каждый цвет можно разложить на сумму трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Различные соотношения интенсивностей основных цветов дают целую гамму цветов и оттенков. На этом принципе основана работа цветных мониторов (и телевизоров). Экран цветного кинескопа покрыт фосфором трех цветов. Участки каждого цвета расположены обычно в виде перемежающихся узких полосок с шагом около 1/3 мм. Каждый участок возбуждается своим электронным лучом, однако все три луча движутся синхронно и всегда освещают соседние точки.

При управлении монохромным монитором видеосигнал должен нести информацию об уровне яркости каждой точки экрана, а при управлении цветным монитором - об уровнях яркости трех основных цветов, образующих цвет пиксела.

Различия между RGB и композитными мониторами связано с их сопряжением с адаптером. RGB - мониторы получают сигналы яркости трех основных цветов по отдельным проводам (красный, зеленый и синий по-английски red, green и blue, сокращенно RGB). Композитные мониторы получают все три сигнала по одному каналу, как в обычном телевизоре. Другими словами, сначала три сигнала объединяются в адаптере в один, а затем уже в мониторе вновь разделяются. Очевидно, что объединение и разделение сигналов вносит помехи, поэтому композитные мониторы дают гораздо худшие качества изображения и в настоящее время ис-пользуются редко.

Различия между аналоговыми мониторами во многом совпадают с различием между композитными и RGB-мониторами. Так, для управления цветным RGB аналоговым монитором нужны три канала - по одному на каждый основной цвет. Амплитуда сигнала в каждом канале, а следовательно и интенсивность основных цветов, может меняться плавно. Это обеспечивается высококачественной дорогостоящей электроникой адаптера, однако большие затраты компенсируются возможностью получать любые цвета любой точки экрана.

Рис.1. Схема подключения CGA-монитора к адаптеру.

(Уровни всех сигналов соответствуют ТТЛ-уровням: “1” - 2,4 В;

“0” - 0-0,4 В).

Цифровые мониторы,напротив,обеспечивают вывод лишь ограничен-ного числа цветов. Они позволяют включать/выключать по одному кана-лу только один уровень яркости. Управление несколькими уровнями интенсивности приходится разделять по разным проводам, как цвета в RGB -мониторах. Так, цифровой монитор Color Grafics Monitor фирмы IBM, чаще называемый просто CGA-монитором, получает информацию о цвете точки по четырем линиям. Три из них включают/выключают основные цвета (рис.1),а сигнал по четвертому увеличивает яркость сразу всех цветов.

Такая система управления называется RGBI, буква I обозначает интенсивность и позволяет отображать различные пикселы в одном из 16 возможных цветов. В таблице 1 показана зависимость цвета пиксела от кодовой комбинации на RGBI - линиях.

Цветовая палитра для CGA - монитора.

Таблица 1.

+------------------------------------------------------------------+

¦ N% ¦ Наличие сигнала ¦ ¦

¦ цвета ¦ на линии ¦ Цвет пиксела ¦

¦ +------------------¦ ¦

¦ ¦ I R G B ¦ ¦

¦-------+------------------+---------------------------------------¦

¦ 1 ¦ 0 0 0 0 ¦ черный ¦

¦ 2 ¦ 0 0 0 1 ¦ синий ¦

¦ 3 ¦ 0 0 1 0 ¦ зеленый ¦

¦ 4 ¦ 0 0 1 1 ¦ голубой (циан) ¦

¦ 5 ¦ 0 1 0 0 ¦ красный ¦

¦ 6 ¦ 0 1 0 1 ¦ сиреневый (магента) ¦

¦ 7 ¦ 0 1 1 0 ¦ коричневый ¦

¦ 8 ¦ 0 1 1 1 ¦ белый ¦

¦ 9 ¦ 1 0 0 0 ¦ серый ¦

¦ 10 ¦ 1 0 0 1 ¦ ярко-синий ¦

¦ 11 ¦ 1 0 1 0 ¦ ярко-зеленый ¦

¦ 12 ¦ 1 0 1 1 ¦ ярко-голубой ¦

¦ 13 ¦ 1 1 0 0 ¦ ярко-красный ¦

¦ 14 ¦ 1 1 0 1 ¦ ярко-сиреневый ¦

¦ 15 ¦ 1 1 1 0 ¦ желтый ¦

¦ 16 ¦ 1 1 1 1 ¦ ярко-белый ¦

+------------------------------------------------------------------+

Еще один представитель цифровых мониторов фирмы IBM - усовершенствованный цветной монитор EGD (Enhanged Graphics Display), называемый обычно EGA - монитором. Он допускает вывод 64-х цветов, и для этого принимает сигнал по шести каналам, обозначаемых буквами rgbRGB. Линии r,g,b управляют 50-процентным уровнем интенсивности каждого из основных цветов.

До последнего времени использование аналоговых мониторов было затруднительным из-за отсутствия относительно дешевых адапте-ров, обеспечивающих формирование аналоговых, а не цифровых сигналов управления цветом. Ситуация существенно изменилась в 1987г.,когда фирма IBM начала выпуск адаптера VGA (Video Graphics Array) и предназначенных для работы с ним аналоговых мониторов. VGA поддерживает одновременную работу с любыми 256 цветами из палитры, состоящей из 262144 цветов. И для этого необходимо только три линии связи с монитором - R,G и B. Цветовая палитра, воспроизведенная аналоговым монитором, практически безгранична. Следует отметить, что VGA является универсальным адаптером, так как его программный интерфейс совместим с программным интерфейсом усовершенствованного графического адаптера EGA. Совместимость означает, что большинство программ, написанных для EGA, без изменений пойдут и на VGA.

В настоящее время различные фирмы выпускают несколько сотен видов адаптеров. Такое разнообразие адаптеров натолкнуло разработчиков японской фирмы NEC на создание универсального монитора, который мог бы работать под управлением широкого класса адаптеров. Этот монитор получил название “мультисинк”. Он способен автоматически синхронизироваться с различными адаптерами, меняя для этого в широких пределах частоту кадров, строк и видеосигналов. Кроме того, этот монитор можно переключать из цифрового режима работы в аналоговый и обратно. В результате своей универсальности мониторы “мультисинк” обладают еще одним важным достоинством: они резко удешевляют нестандартные подсистемы видео. Дело в том, что разработка и подготовка производства адаптеров требует намного меньших затрат, чем налаживание производства мониторов. Теперь изготовители адаптеров могут рассчитывать на “мультисинки”.

Мониторы одного класса, обладающие одинаковыми принципиальными характеристиками, различаются конструкцией. Среди наиболее важных параметров назовем размер экрана, его форму, цвет фосфора монохромных мониторов. Некоторые характеристики понятны без пояснений (вес, дизайн, расположение ручек управления и др.) и мы не станем их обсуждать.

Монохромные мониторы выпускаются с кинескопом, покрытым зеленым, желтым и белым фосфором. Желтые мониторы предпочтительны для работы в светлом помещении, а зеленые - в затемненном.

Белые монохромные мониторы появились сравнительно недавно. Они особо хороши для ввода и редактирования текстов в настольных издательских системах и вообще при имитации работы с бумагой. По-английски их так и называют: paper-white, т.е. белые как бумага.

Экраны различных мониторов имеют размеры от 22 до 61 см по диагонали (9 - 24 дюйма). Для большинства работ оптимальный размер экрана равен 30 - 35 см (12 - 14 дюймов). При этом получается достаточно четкое изображение и буквы мало утомляют глаза.

У подавляющего числа мониторов горизонтальная сторона экрана относится к вертикальной в пропорции 4:3. Иногда встречаются мониторы с портретной ориентацией (вертикальной) стороны и еще реже - квадратные. Мониторы с портретной ориентацией используются в основном в настольных издательских системах, где позволяют имитировать целую страницу текста.

Отражение от экрана постоянных источников света, особенно осветительных ламп, мешает работе и портит зрение. Чтобы ослабить такие блики, экраны мониторов либо изготавливают из матового стекла, либо наносят на него матовое покрытие.

Персональный компьютер обладает огромными возможностями наглядного представления информации. Данные и различные объекты можно показать в цвете и движении. Умело пользуясь этими возможностями компьютера, вы сможете создавать и оживлять графические объекты, манипулировать цветом.

Но прежде всего Вы должны разобраться в аппаратных средствах.

Возможности визуального представления информации на персональном компьютере определяются типом монитора и видеоадаптера, к которому он подсоединен. Обычно стараются подобрать монитор, на котором полностью можно использовать возможности видеоадаптера.

Видеоадаптер - это, как правило, отдельная плата, на которой расположены микросхемы оперативной памяти самого адаптера (видеобуфер),контроллер дисплея и микросхемы с программным обеспечением.

Адаптеры могут работать в одном из алфавитно-цифровых (текстовых) или графических режимов. В алфавитно-цифровом режиме экран дисплея рассматривается как текстовая страница с определенным количеством строк текста и знакомест (символов) в строке. Обычно экранная страница содержит 25 строк по 80 знакомест в строке, хотя возможны режимы 80*43 и 40*25. Каждому знакоместу на экране соответствуют две смежные однобайтные ячейки памяти в видеобуфере адаптера.

Так, например, нулевому знакоместу в нулевой строке (строки и знакоместа в экранной странице отсчитываются от нуля) соответствуют нулевая и первая ячейки видеобуфера, а 79-тому знакоместу 24-й строки - соответственно 3998 и 3999 ячейки. Номер ячейки видеобуфера и позиция символа на экранной странице связаны следующим выражением:

n=2*(80*k + b), (1) где n - номер ячейки видеобуфера;

k=0,1,2,..,24 - номер символьной строки на экране: b=0,1,2,..,79 - номер знакоместа в строке;

2 - количество ячеек памяти, отводимых в видеобуфере для описания одного символа;

80 - количество знакомест в строке.

Используя выражение (1), легко подсчитать объем памяти, необходимый для хранения в видеобуфере одной символьной страницы с форматом 80*25 :

N=n max +2 =2*(80*24 +79)+2 = 4000 байт.