Министерство образования Республики Башкортостан

ГАОУ СПО Уфимский топливно-энергетический  колледж

Дневное отделение

Специальность 230103

ВИДЕОСИСТЕМА
РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АРХИТЕКТУРА ЭВМ»

Выполнила

_______Д.Ш. Шайдуллина,

студентка группы 2 АС

Проверила

_____________М.А. Яхина,

преподаватель

г. Уфа 2010 г.

Оглавление
Введение.. 3

1.         Принцип работы видеосистемы компьютера... 4

2.         Современная видеокарта... 4

     2.1.................................................................................................. Видеоадаптеры VGA... 4

     2.2................................................................................................ Видеоадаптеры SVGA... 4

3.         Мониторы... 4

     3.1......................................... Монитор на базе электронно-лучевой трубки.. 4

     3.2.................................................................. Жидкокристаллические мониторы... 4

     3.3................................................................................................. Газоразрядный экран.. 4

     3.4........................................................................................ Органический светодиод.. 4

     3.5................................................................ Виртуальный ретинальный монитор... 4

Заключение.. 4

Список использованных источников.. 4

Введение

Во времена, когда видеоадаптер предназначался лишь для передачи сигнала монитору, все было просто и понятно: есть адаптер, а к нему драйвер — как говорится, включил и работай. Пользователь мог лишь варьировать рабочее разрешение экрана с целью подбора оптимального. Но все изменилось, когда пришли — ускорители трехмерной графики. В современном компьютере, даже в самом дешевом, архитектура видеосистемы предполагает наличие специального блока, осуществляющего значительное количество математических расчетов и таким образом обеспечивающего высокое качество графики. Большинству пользователей нравятся зрелищные трехмерные игры, и сейчас уже мало кто помнит, что совсем недавно и качество графики, и скорость отображения обеспечивались лишь силами центрального процессора.

В настоящее время благодаря открытой архитектуре IBM PC, компьютер имеет модульное строение и обладает весьма мощным центральным процессором. Между тем остальные подсистемы компьютера за годы существования тоже прошли значительный путь в своем развитии, но если бы сегодня вдруг пришлось переложить все их функции на ЦП, это вряд ли пришлось бы по вкусу пользователю, поскольку работать за таким компьютером не очень комфортно. Обработка звука и графики, скоростные коммуникации — все это требует значительных ресурсов, и именно поэтому современный компьютер оснащен значительным количеством специализированных процессоров и контроллеров, повышающих быстродействие системы.

Видеокарты способны выводить сигнал более чем на один монитор, поддерживают ввод и вывод видеосигналов всех распространенных стандартов. А сложная архитектура графического процессора, отвечающего за ускорение трехмерной графики, позволяет выбирать разумное, с точки зрения пользователя, сочетание производительности и качества картинки.

1.                Принцип работы видеосистемы компьютера

Видеосистема – обязательный компонент компьютера. Она предназначена для отображения на экране монитора видеоданных и состоит из платы видеоадаптера (видеокарты, графической платы) и дисплея (монитора).

 Изображение на экране монитора состоит из отдельных точек. Точки формируются электронным лучом и располагаются в виде строк. Монитор делает две независимых вещи: развертку луча и высвечивание отдельных точек, из которых строится изображение на экране. Управление монитором заключается в том, чтобы задать число точек в строке (разрешение по горизонтали), число строк на экране (разрешение по вертикали) и интенсивность каждого из трех основных цветов в каждой точке. Функцию управления монитором осуществляет видеоадаптер. Видеоадаптер передает в монитор три сигнала: видео сигнал, строчную синхронизацию, кадровую синхронизацию.

По сигналу горизонтальной (строчной) синхронизации происходит возврат луча с конца каждой строки к началу следующей, а сигнал вертикальной (кадровой) синхронизации определяет момент возврата луча из правого нижнего угла экрана в верхний левый. Частоты генерации этих двух сигналов (измеряемые числом импульсов в секунду) необходимо знать для правильной установки и настройки X сервера. Частота вертикальной синхронизации обычно указывается в герцах и находится в пределах 50 - 180 Гц. Частота горизонтальной синхронизации задается в килогерцах и принимает значения в диапазоне от 31 до 64 Гц. Современные мониторы обычно являются многочастотными, то есть допускают выбор частот вертикальной и горизонтальной синхронизации из определенного диапазона допустимых значений. Некоторые мониторы (особенно дешевые) могут иметь несколько фиксированных значений допустимых частот.

Изображение для вывода на экран формируется в видеопамяти, которая физически расположена на плате видеоадаптера, но входит в общее адресное пространство оперативной памяти компьютера. Изображение хранится в памяти в цифровом виде, и преобразование его в аналоговый сигнал RGB является одной из основных задач видеоадаптера, для чего на плате видеоадаптера обычно ставится цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП. Количество возможных цветов для каждой точки, очевидно, ограничено тем, сколько различных уровней сигнала для каждого луча может сформировать видеоадаптер, а также объемом видеопамяти. Но обычно выходные сигналы видеоадаптера обеспечивают число уровней, достаточное для отображения картинки, записанной в видеопамять, так что определяющим параметром становится именно ее объем.

Формула, определяющая ограничения на разрешение экрана и количество воспроизводимых цветов,:

Например, если разрешение экрана 1024 х 768 и имеет 16 миллионов цветов для каждой точки (4 байта на точку), то надо иметь 1024х768х4=3145728 байт памяти. Если же всего 2 Мбайта памяти, то придется либо выбрать меньшее разрешение, либо меньшее количество цветов.

2.2.        Видеоадаптеры SVGA

SuperVGA (англ. Super Video Graphics Array) — стандарт и реализующий его графический видеоадаптер. Обеспечивает более высокое разрешение, чем стандарт VGA. Поддерживает режимы работы с разрешением 800×600, 1024×768, 1280×1024 точек (и более) с одновременным выводом на экран 2 в 4, 8, 16, 24 степени количеством цветов.

Сразу после появления видеоадаптера VGA многие фирмы начали выпуск новых моделей видеоадаптеров, обеспечивающих отображение большего количества цветов и большую разрешающую способность. Такие видеоадаптеры получили общее название Super VGA или SVGA.

Подавляющее большинство видеоадаптеров SVGA обеспечивают полную совместимость с VGA на уровне регистров. Поэтому все программное обеспечение, разработанное для видеоадаптера VGA, работает с видеоадаптерами SVGA без дополнительных изменений.



Рисунок 3 – Видеокарта SVGA
Естественно, чтобы расширить возможности видеоадаптера VGA, пришлось дополнить его новыми регистрами. Видеоадаптеры SVGA имеют значительно больше регистров, чем простые видеоадаптеры VGA. Чтобы видеоадаптер SVGA смог проявить все свои возможности, необходимо, чтобы программное обеспечение правильно использовало все регистры видеоадаптера.

К сожалению, SVGA не является стандартом, наподобие EGA или VGA. Различные модели видеоадаптера SVGA обладают различным набором регистров, расположенных по разным адресам и выполняющих различные функции. Это значительно затрудняет создание программ, использующих все возможности SVGA, так как такая программа должна правильно определить тип вашего видеоадаптера и работать с ним соответствующим образом.

Ассоциация VESA разработала стандарт на функции BIOS, позволяющие управлять видеоадаптерами SVGA. Текущая версия стандарта VESA не позволяет реализовать все возможности современных видеоадаптеров, например, отображать геометрические фигуры с использованием аппаратных возможностей акселераторов. Мы опишем стандарт VESA и приведем несколько примеров программирования видеоадаптеров SVGA при помощи функций BIOS.

Самые широкие возможности для использования видеоадаптеров SVGA предоставляет операционная система Windows. В ней используются специальные драйверы, выполняющие всю работу по программированию видеоадаптеров на аппаратном уровне. Обычно драйверы разрабатываются самой фирмой создавшей видеоадаптер. Поэтому кропотливая работа с регистрами адаптера скрыта от программистов, разрабатывающих программы Windows. Они имеют дело с хорошо документированными высокоуровневыми функциями графического интерфейса.

3.                Мониторы

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.з

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.

3.1.        Монитор на базе электронно-лучевой трубки

Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов.


Рисунок 4 – Схема строения электронно-лучевой трубки
Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксель — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture element, элемент картинки).

Расстояние между центрами пикселей называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.

На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксель, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны. Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета.


Рисунок 5 – Монитор на базе электронно-лучевой трубки
Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселей, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.

На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пиксели строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д.

Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 85 Гц, иначе изображение будет мерцать.

3.2.        Жидкокристаллические мониторы

Все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами. Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.
Большинство ЖК-мониторов (Рисунок 6) использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).


Рисунок 6 – Жидкокристаллический монитор
Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана.

Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 млн точек, каждая из которых управляется собственным транзистором. По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 — 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

3.3.        Газоразрядный экран

Газоразрядный экран (также широко применяется английская калька «плазменная панель») (Рисунок 7) — устройство отображения информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.

Рисунок 7 – Газоразрядный монитор

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено высокочастотное напряжение, появится емкостной высокочастотный разряд. В межэлектродном пространстве образуется плазма. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Рисунок 8 – Газоразрядный индикатор

Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:

Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+

Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3+

Синий: BaMgAl10O17:Eu2+

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего.

Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, для получения требуемого оттенка нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние — в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, быстрее, чем сканирование лучом на ЭЛТ-мониторах. Тем не менее, многие зрители замечают мерцание плазменных экранов, особенно на больших светлых участках изображения. Лишь самые последние модели PDP (начиная, примерно, с 2009 года) не имеют этого недостатка (они мерцают на частотах 200-400 Гц, что совершенно незаметно для человеческих глаз).

3.4.        Органический светодиод

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) — органический светодиод) (Рисунок 9) — прибор, изготовленный из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.


Рисунок 9 – Монитор на основе органического светодиода
Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)
Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.

3.5.        Виртуальный ретинальный монитор

Виртуальный ретинальный монитор (Virtual retinal display, VRD; retinal scan display, RSD) (Рисунок 10)— технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним.


Рисунок 10 - Виртуальный ретинальный монитор
В предшественниках VRD изображение формировалось непосредственно перед глазом пользователя на маленьком «экране», обычно в виде больших очков. Неудобство этих систем было связано с малым углом обзора, большим весом устройств, необходимостью фокусировки глаза на определенной «глубине» и низкой яркостью.

Технология VRD стала возможной благодаря нескольким разработкам. В частности, это появление LED-систем высокой яркости, позволившие видеть изображение при дневном свете, и появление адаптивной оптики.

Первые образцы VRD были созданы в Университете Вашингтона (Лаборатория технологий интерфейса пользователя) в 1991 году. Большая часть подобных разработок было связано с системами виртуальной реальности[2].

Позже возник интерес к VRD как к устройству вывода для портативных устройств. Рассматривался такой вариант использования: пользователь помещает устройство перед собой, система обнаруживает глаз и проецирует на него изображение, используя методы компенсации движения. В таком виде небольшое VRD-устройство могло бы заменить полноразмерный монитор.

Кроме указанных выше преимуществ, VRD, проецирующая изображение на один глаз, позволяет видеть одновременно компьютерное изображение и реальный объект, что может применяться для создания иллюзии «рентгеновского зрения» — отображения внутренних частей устройств и органов (при ремонте автомобиля, хирургии).

VRD, проецирующая изображение на оба глаза, позволяет создавать реалистичные трехмерные сцены. VRD поддерживает динамическую перефокусировку, что обеспечивает более высокий уровень реализма, чем у классических шлемов виртуальной реальности.

Система, примененная в мобильном телефоне или нетбуке, может существенно увеличить время работы устройства от батареи благодаря «целевой доставке» изображения непосредственно на сетчатку глаза.

Заключение

Видеоподсистема компьютера является одной из самых важных и сложных систем. Особенно активно она стала развиваться в последнее время в условиях стремительного роста производительности ПК. В целом, состав видеоподсистемы за последнее время изменился незначительно. Она включает в себя устройство отображения информации, устройство формирования и преобразования сигналов и интерфейсы соединения. Ранее эта видеосистема представляла собой лишь преобразователь цифрового изображения, записанного в кадровый буфер, в аналоговый видеосигнал, подаваемый на монитор и собственно сам монитор.

Безусловно, основной элемент видеоподсистемы - видеоадаптер. В последнее время именно он развивался наиболее активно, что вызвало некоторую путаницу в поколениях и особенностях отображения информации видеоадаптеров различных типов.  Современный видеоадаптер - это сложное почти самостоятельное устройство, представляющее собой мини-компьютер. Помимо своей основной задачи он способен выполнять ряд дополнительных функций: аппаратное ускорение 2D и 3D-графики, обработку видеоданных, прием теле- и видеосигналов и многое другое.

Список использованных источников

·                   Википедия энциклопедия

·                   Домашний компьютер. (Ежемесячный журнал)

·                   Жигарев А. Н. Основы компьютерной  грамоты – Л. Машиностроение. Ленинг. отд-ие, 1987 г. - 255 с.

·                   Растригин Л. А. С компьютером наедине - М.: Радио и связь, - 1990 г. - 224 с.

·                   Фигурнов В.Э. IBM PS для пользователя. - М.: ИНФРА, 1997.