Видеоустройства персональных ЭВМ и их основные характеристики

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.