PDF-лекции (1128548), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Существуютфизические явления – фотохромизм и фоторефракция, позволяющие еще жестче фокусировать лазерныйпучок. Рассмотрим явление фотохромизм. При облучении квантом света молекулы, они поглощают свет.Далее молекулы должны «избавиться» от полученной энергии. Для этого существуют три возможности:1. излучение кванта света обратно (переизлучение)2. поглощение (переход во внутреннюю энергию, нагрев)3. изменение структуры молекулы (переход в некоторое другое состояние)При изменении структуры молекулы происходит изменение свойств, в частности коэффициентапоглощения. Для перевода молекулы в исходное состояние необходимо снова сообщить молекулеэнергию.Явление фоторефракции заключается в изменении коэффициента преломления.Основной характеристикой для данного типа памяти являются энергозатраты на запись терабитаинформации.
Пока данная величина слишком велика для того, чтобы использовать трехмерную записьнаравне с другими.Лекция №11Устройства вывода информацииМониторРабота компьютера самого по себе бессмысленна. Пользователь должен знать не только о том, что какаято операция успешно завершилась, но и видеть результат завершения. Поэтому необходимость вустройствах вывода информации очевидна.Человек способен воспринимать огромное количество информации, причем параллельно. Глаз человекапредставляет из себя классический оптический прибор. В его состав вход линза, которая адаптируется истроит изображение на сетчатке.
Поверхность сетчатки покрыта чувствительными клетками , каждая изкоторых по нейронам передает сигнал в головной мозг, где полученная информация обрабатывается. Крометого, существует несколько видов чувствительных клеток. Опыты ученого Вавилова показали, чточеловеческий глаз способен воспринимать отдельные фотоны света. Светочастота восприятия изображенийсоставляет 25 кадров в секунду. Почти весь вывод информации ориентирован на зрение (оно обладаетнаибольшей восприимчивостью и «пропускной способностью»). Конечно, нельзя забывать и о другихспособах вывода.В свете вышесказанного, основными устройствами вывода информации являются мониторы и принтеры.За время развития ЭВМ мониторы прошли путь от предельно простых до довольно нетривиальныхустройств. Примером самого простого монитора (если даже его можно так назвать) может служитьустройство, состоящее из рядов лампочек по десять в каждом ряду.
Каждый ряд означал некоторый разрядчисла, а лампочка в этом ряду – цифру в разряде. Такой «монитор» мог выдавать в качестве результататолько число, зажигая необходимые лампочки. Следующим устройством стал декатрон. Принципиальногоотличия от предыдущего устройства он не имел, но его работа была основана на направленном переносетлеющего заряда с одного электрода на другой под действием управляющих импульсов.Прародителями современных мониторов стали алфавитно-цифровые мониторы, способные выдаватьтолько символы. Эти устройства содержали около 20 строк и по 80 символов в каждой строке. По своейприроде данные мониторы были текстовыми.Далее речь пойдет о графических мониторах. Основная проблема в данных устройствах заключается впреобразовании информации из формы, удобной для обработки внутри ЭВМ, в форму, доступную длявосприятия человеком.
То есть некоторая последовательность перепадов напряжения должнапреобразовываться в световую волну. Для этого необходимо понять, что из себя представляет битинформации и какова энергия, запасенная в ячейке памяти с эти битом. Для сохранения бита информациинужно определить некоторый минимум потенциальной энергии, необходимый для его сохранения в ячейке.Данный предел энергии определяется уровнем кинетической энергии, которая определятся скоростьюдвижения электрона. Скорость, в свою очередь, зависит от температуры. То есть температура характеризуетсреднюю кинетическую энергию, где усреднение ведется по модулю скорости движения электрона:me v 2 3= K Б T , где22K Б – постоянная Больцмана,T – температура.Это так называемая электронная яма:Можно провести аналогию с физическими процессами (вода в яме):Если электрон проходит ускоряющую разность потенциалов 1 В, то его энергия составляет 1 эВ.
Вдальнейшем мы будем пользоваться этой единицей измерения. Если длина волны кванта света составляетоколо 600 нм, то энергияhν ≅ 2 эВ.Величина3K Б T в нормальных условиях составляет примерно 20 мэВ. Для выравнивания уровней2энергии бита информации и кванта света необходим некоторый усилитель. Помимо него требуется наличиекомпонента для преобразования одного вида энергии в другой. Вещества, способные выделять энергию ввиде кванта света, называются люминофорами.Если электрон будет иметь энергиюme v 2= 20 ⋅ 10 3 эВ ,24то при его попадании на люминофор будет выдано порядка 10 квантов света.Проведение электронной эмиссии, то есть вырывание электронов с поверхности металла, возможнодвумя способами.
Во-первых, можно прикладывать к куску металла внешнее электрическое поле. Во-вторых,нагревание металла позволяет увеличить среднюю кинетическую энергию электронов в металле и,соответственно, увеличить число электронов, способных вырваться с поверхности металла.В состав электронно-лучевой трубки обязательно должен входить катод, подключенный к источникуинформации. Движением электронов, вышедших из нагретого металла, управляет электрод, препятствующийих «зависанию». Кроме того, движение электронов осуществляется в вакууме, иначе электроны сталкивалисьбы с молекулами воздуха и потребовалось бы огромное количество энергии для их ускорения.
После проходачерез направляющие электроды пучок электронов попадает на поверхность люминофора, вызывая егосвечение. Основная проблема с такой системой состоит в том, что если мы хотим, чтобы все точки экранаимели одинаковый размер, поверхность экрана должна быть сферической, что, конечно же, неудобно приработе с большими экранами. Для корректировки, то есть приведения изображения в одну плоскость,используется линза.Так же с помощью электронных элементов осуществляется ускорение и управление движениемэлектронов:Формирование изображения на экране происходит следующим образом: луч движется позигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего. Прописывается строка за строкой,между каждой парой строк луч совершает так называемый обратный ход от конца прописанной строки кновой.
Существует так же способ формирования изображения с помощью чересстрочной развертки, то естьполный кадр получается за два прохода: сначала прописываются нечетные строки, а затем четные.Принципформирования7изображения у6цветногомониторатакой же, как и у монохромного. Одним из важнейших свойств цветового зрения является трехкомпонентностьцветового восприятия. Это означает, что все цвета могут быть получены путем сложения (смешения) трехсветовых потоков, например красного, зеленого и синего. Это свойство позволяет использовать в цветныхмониторах метод аддитивного смешения цветов.
Электронно-лучевая трубка цветного монитора насчитываеттри электронных пушки и три люминофора, одна для каждой компоненты цвета, но содержит по-прежнемуодну ускоряющую, отклоняющую и фокусирую системы. Чтобы каждая пушка «стреляла» только по своимпятнам люминофора, в каждом цветном кинескопе имеется специальная цветоделительная маска.Изображение пикселя на экране формируется из трёх компонет одним из нижеследующих образов:1024......В зависимости от конструкции цветоделительные маски делятся на теневые, улучшенные теневые,щелевые и маски с апертурной решеткой.
Теневая маска представляет собой металлическую пластину изспециального материала с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора. Щелевая и апертурнаярешетки образованы системой щелей, выполняющих ту же функцию, что и отверстия в теневой маске.Основными недостатками монитора с электронно-лучевой трубкой являются:1.
малое КПД его работы;2. большой размер;3. излучение, сопровождающее его работу, может отрицательно сказываться на здоровье человека;4. высокие частоты работы, что следует из принципа сканирования.Последний недостаток может быть устранен, если использовать не три, а гораздо большее число пушек,их должно насчитываться примерно столько же, сколько и цветовых триад. Конечно, такая организациямонитора совершенно недопустима ввиду того, что такая система из огромного количества электронныхпушек в несколько раз увеличивает вредное для человека излучение.Тем не менее, технология с большим количеством электронных пушек существует и носит название FED(Field Emission Display)–технология.
FED монитор насчитывает огромное количество электронных пушек –острых конусов с основанием в несколько нанометров. При малой разности потенциалов за счетзаостренности конусов наводится сильное электрическое поле, способное вырывать электроны без какоголибо нагревания. Данное явление носит название автоэлектронной эмиссии.В этом мониторе также присутствует маска, направляющая электроны в точки люминофора. Посравнению с ЭЛТ–мониторами интенсивность излучения падает за счет того, что не требуется ускоряющейэлектроны системы. Основная проблема FED мониторов заключается в их высокой стоимости, так какизготовление пластины с огромным количеством мелких конусов технически довольно сложно. Кроме того,стоимость такого монитора сильно растет с увеличением его размеров.Несмотря на широкое распространение мониторов на основе электронно-лучевой трубки, постепенноначинает появляться и использоваться несколько альтернативных технологий производства мониторов.Одним из примеров может служить новая технология под названием E–Ink или электронная бумага,разработанная фирмой Xerox.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
