Видеоадаптеры

Видеоадаптеры
Система отображения компьютера состоит из двух главных компонентов.
Монитор (дисплей) обычно представляет собой жидкокристаллический экран или переднюю панель
электронно_лучевой трубки, но может быть и широкоформатным телевизором, плазменной панелью и проектором,
использующими технологии LCD и DLP.
Видеоадаптер (графический адаптер или видеокарта) в большинстве систем представляет собой карту
расширения, вставляемую в один из разъемов материнской платы. В некоторых системах он интегрирован в саму
системную плату или в ее набор микросхем системной логики, однако и такие компьютеры можно дополнить
обособленным и более производительным видеоадаптером AGP, PCI или PCI_Express.
Компьютерный монитор обычно базируется на одной из двух основных технологий: жидкокристаллический дисплей
LCD (Liquid Crystal Display) или электронно_лучевая трубка CRT (Cathode_Ray Tube). Проекторы базируются на
технологии LCD или DLP (Digital Light Processing — цифровая обработка света).
Жидкокристаллические мониторы
Жидкокристаллические (ЖК, LCD) мониторы благодаря своему малому весу, размерам и цветопередаче в настоящее
время практически вытеснили с рынка мониторы на электроннолучевой трубке (ЭЛТ, CRT). Настольные
LCD_мониторы во многом похожи на экраны ноутбуков. По сравнению с классическими ЭЛТ_мониторами у них есть
целый ряд преимуществ: плоский экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению
со100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ_монитора). По цветопередаче жидкокристаллические мониторы уже
приблизились (если не превзошли) к ЭЛТ_мониторам (правда, при этом нельзя забывать об ограничениях, связанных с
углом обзора).
Как работает жидкокристаллический монитор
В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает
только ту, плоскость поляризации которой параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй
светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света
(экран будет темным). Вращая ось поляризации второго фильтра, т.е. изменяя угол между осями светофильтров, можно
изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана.
В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на
каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Красная, зеленая и синяя
ячейки, формирующие пиксель, иногда называются субпикселями.
‘‘Зависшие’’ пиксели
Так называемый “зависший” пиксель — это пиксель, красная, зеленая или синяя ячейка которого постоянно включена
или выключена. Постоянно включенные ячейки очень хорошо видны на темном заднем фоне как ярко_красные, зеленые
или синие точки. Хотя даже пара точек может помешать работе, гарантийные обязательства производителей
относительно количества “зависших” пикселей, необходимого для замены монитора, серьезно отличаются.
Некоторые производители обращают внимание как на количество таких пикселей, так и на их расположение. К счастью,
в ходе постоянного усовершенствования технологии производства вероятность появления “зависших” пикселей на
настольном жидкокристаллическом экране или дисплее ноутбука снижается.
Хотя не существует универсального способа исправления таких пикселей, можно посоветовать пару нехитрых приемов.
Некоторые испорченные пиксели можно исправить, если слегка нажать пальцем на область экрана, где они
расположены. Это часто срабатывает, особенно если ячейка постоянно включена, а не погашена. Пусть уж лучше
“зависший” пиксель будет темным, чем ярко светящимся, что немало раздражает пользователя. Более точно можно
выполнить эту операцию, используя перо планшета. Иногда удается избавиться от “мертвых” пикселей, тщательно
протерев область, где они расположены.
Еще один метод предполагает использование специального программного обеспечения, которое очень быстро
переключает цвета “зависших” пикселей (а также пикселей, находящихся рядом с ними).
Жидкокристаллические экраны с активной матрицей
В большинстве жидкокристаллических мониторов используются тонкопленочные транзисторы (TFT). В каждом
пикселе есть один монохромный или три цветных (RGB) транзистора, упакованных в гибком материале, имеющем
точно такие же размер и форму, что и сам дисплей. Таким образом, транзисторы каждого пикселя расположены
непосредственно за жидкокристаллическими ячейками, которыми они управляют.
В настоящее время для производства дисплеев с активной матрицей используется два ма_
териала: гидрогенизированный аморфный кремний (a_Si) и низкотемпературный поликри_
сталлический кремний (p_Si). В принципе, основная разница между ними заключается в се_
бестоимости производства. Изначально TFT_мониторы выпускались с помощью процесса
a_Si, так как для него требуется более низкий температурный режим (менее 400°С), чем для
p_Si. Сейчас низкотемпературный процесс p_Si является полноценной альтернативой a_Si с
достаточно приемлемой ценой.
Для увеличения горизонтального угла обзора жидкокристаллических дисплеев некоторые
производители модифицировали классическую технологию TFT. Например, технология
плоскостного переключения (In_Plane Switching — IPS), также известная как STFT, подразу_
мевает параллельное выравнивание жидкокристаллических ячеек относительно стекла экра_
на, подачу электрического напряжения на плоскостные стороны ячеек и поворот пикселей
для четкого и равномерного вывода изображения на всю панель. Суть еще одного новшества
компании Hitachi — технологии Super_IPS — заключается в перестраивании жидкокристал_
лических молекул в соответствии с зигзагообразной схемой, а не по строкам и столбцам, что
позволяет уменьшить нежелательное цветовое смешение и улучшить равномерное распреде_
ление цветовой гаммы на экране. В аналогичной технологии мультидоменного вертикального
выравнивания (MVA) компании Fujitsu экран монитора подразделяется на отдельные облас_
ти, для каждой из которых изменяется угол ориентации.
Как Super_IPS, так и MVA предназначены для улучшения видимого угла обзора традици_
онного TFT_экрана. В различных компаниях эта технология называется по_разному. Напри_
мер, в компании Sharp она называется ультравысокой апертурой (UHA). Производители час_
то придумывают собственные специальные термины, пытаясь таким образом выделить свою
продукцию на фоне товаров конкурентов. Поскольку в больших жидкокристаллических эк_
ранах (17'' и больше) угол обзора играет немаловажную роль даже для отдельного пользова_
теля, эти технологии используются в больших и дорогих панелях, а также лицензированы
другими производителями жидкокристаллических дисплеев. Следует заметить, что в недоро_
гих ЖК_мониторах используются структура с полной переориентацией (STN) и управление
частотой кадров, позволяющее эмулировать 24_разрядный цвет.
Интерфейсы DFP и DVI для подключения цифровых
жидкокристаллических мониторов
Как уже отмечалось в этой главе, жидкокристаллические мониторы используют цифро_
вые сигналы. Чтобы избежать преобразования аналоговых сигналов от традиционного видео_
адаптера VGA в цифровую форму, были разработаны два стандарта, касающиеся работы
цифровых ЖК_мониторов, которые позволяли передавать данные от видеоадаптера к мони_
тору исключительно в цифровом виде.
Digital Flat Panel (DFP), принятый Ассоциацией по стандартам в области видеоэлек_
троники (VESA) в феврале 1999 года. Стандарт DFP ранее был известен как PanelLink.
В настоящее время он практически вытеснен интерфейсом DVI.
Digital Visual Interface (DVI), принятый рабочей группой DDWG в апреле 1999 года.
Он более популярен среди производителей аппаратного обеспечения и, по сути, явля_
ется промышленным стандартом. Им оснащены все видеоадаптеры среднего и высоко_
го уровней, включая модели, поддерживающие два монитора. Стандарт DVI_D извес_
тен как DVI HDCP. Этот порт используется во многих жидкокристаллических и
плазменных телевизорах.
На рис. 13.2 показаны разъемы DFP и DVI, применяемые в некоторых графических пла_
тах и цифровых жидкокристаллических мониторах, а также стандартные разъемы VGA, ис_
пользуемые в традиционных видеоадаптерах, мониторах с электронно_лучевой трубкой и
аналого_совместимых жидкокристаллических мониторах.
Интерфейс HDMI
Мультимедийный интерфейс высокой четкости (High Definition Multimedia Interface —
HDMI) был разработан группой компаний Hitachi, Panasonic, Philips, Silicon Image, Sony,
Thompson и Toshiba для объединенного переноса звукового и видеосигналов по одному кабелю между разными
аппаратными устройствами, такими как телевизоры, проигрыватели DVD, игровые приставки, цифровые усилители и
домашние кинотеатры. Версия 1.0 этого стандарта была представлена в декабре 2002 года, а последняя версия 1.3 — в
июне 2006 года.
Текущая версия интерфейса HDMI способна передавать 8_канальный 24_разрядный (192 кГц) цифровой аудиосигнал
форматов Dolby Digital, DTS, Dolby TrueHD и DTS_HD Master Audio. HDMI 1.3 обеспечивает пропускную способность
видеосигнала в 10,2 Гбит/с (эквивалент 340 МГц), что позволяет поддерживать миллиарды цветов и разрешение,
выходящее за пределы WQXGA (25601600), а также, среди прочего, синхронизацию HDTV. Высокая пропускная
способность в отношении видеосигнала может быть использована в нескольких целях: для повышения четкости
изображения, для поддержки более глубоких цветов, а также более высоких разрешений.
Так как для аудио и видеосигналов используется всего один кабель, интерфейс HDMI способен разгрузить кабельную
паутину, связывающую различные системы в домашнем кинотеатре. Тем владельцам домашних кинотеатров, которые
подписаны на кабельные или спутниковые службы телевидения высокой четкости (HDTV), интерфейс HDMI подойдет
лучше всего, поскольку он обеспечивает высокую защищенность цифрового содержимого потока (HDCP), которую
используют данные службы для исключения пиратских подключений. Во избежание ухудшения качества защищенного
содержимого все устройства, включая
проигрыватели DVD, аудиосистемы, ресиверы и мониторы, должны поддерживать HDCP.
В дополнение к передаче высококачественного аудио и видео между устройствами интерфейс HDMI поддерживает
дополнительные сигналы. Он использует канал данных монитора (DDC) для идентификации таких возможностей
дисплея, как разрешение, глубина цветности и поддержка звука. Канал DDC гарантирует оптимальное качество
воспроизведения на раз_
личных типах устройств. Также HDMI поддерживает дополнительную функцию электронного управления (CEC),
которая обеспечивает управление с помощью одной кнопки всеми CEC_совместимыми устройствами (например, запуск
с помощью одной кнопки воспроизведения или записи).
Интерфейс HDMI обратно совместим с DVI_I и DVI_D, которые в настоящее время имеют все видеокарты среднего и
высокого классов, что позволяет ПК выступать в роли источника HDTV. Это особенно ценно для пользователей
программы Media Center, входящей в поставку отдельных редакций Windows XP и Vista, а также других
мультимедийных программ.
Однако, если видеокарта не поддерживает HDCP, вы не сможете воспроизводить поток телевидения высокой четкости
(HDTV) на компьютере (а если и сможете, то разрешение сильно понизится). Несмотря на то что в характеристиках
некоторых видеоадаптеров, выпущенных с начала 2006 года, заявлена поддержка HDCP, изменения в данном стандарте
могут не позволить этим адаптерам работать корректно. Чтобы проверить совместимость своей видеокарты или набора
микросхем с текущим стандартом HDCP, лучше связаться с производителем.
Текущая версия кабелей HDMI имеет два типа: A и С. Кабель типа А имеет 19_контактный разъем. Разъем типа С
представляет собой уменьшенную версию разъема типа А и предназначен для использования с видеокамерами и
прочими портативными устройствами. В стандарте HDMI версии 1.0 был определен и 29_контактный разъем типа B,
однако он так и не нашел свой путь в производство.
Разъем DVI_I (см. рис. 13.2) может быть “преобразован” в порт VGA, к которому можно под_
ключить ЭЛТ_монитор или жидкокристаллический монитор с аналоговым портом, для чего
Как работает электронно-лучевой монитор
Информация на мониторе может отображаться несколькими способами. Самый распространенный — отображение на
экране электронно_лучевой трубки (ЭЛТ), такой же, как в телевизоре. ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный
прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран, покрытый
люминофором.
Нагреваясь, электронная пушка испускает поток электронов, которые с большой скоростью устремляются к экрану.
Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушки, которые направляют его
в определенную точку покрытого люминофором экрана. Под воздействием ударов электронов люминофор излучает
свет, который видит пользователь, сидящий перед экраном компьютера. В электронно_лучевых мониторах
используются три слоя люминофора: красный, зеленый и синий. Для выравниванипотоков электронов применяется так
называемая теневая маска — металлическая пластина,
имеющая щели или отверстия, которые разделяют красный, зеленый и синий люминофор на группы по три точки
каждого цвета. Качество изображения определяется типом используемой теневой маски; на резкость изображения
влияет расстояние между группами люминофора (шаг расположения точек).
Химическое вещество, используемое в качестве люминофора, характеризуется временем послесвечения, которое
отражает длительность свечения люминофора после воздействия электронного пучка. Время послесвечения и частота
обновления изображения должны соответствовать друг другу, чтобы не было заметно мерцание изображения (если
время послесвечения очень мало) и отсутствовали размытость и удвоение контуров в результате наложения
последовательных кадров (если время послесвечения слишком велико).
Электронный луч движется очень быстро, прочерчивая экран строками слева направо и сверху вниз по траектории,
именуемой растром. Период сканирования по горизонтали определяется скоростью перемещения луча поперек экрана.
В процессе развертки (перемещения по экрану) луч воздействует на те элементарные участки люминофорного
покрытия экрана, где должно появиться изображение. Интенсивность луча постоянно меняется, в результате чего
изменяется яркость свечения соответствующих участков экрана. Поскольку свечение исчезает очень быстро,
электронный луч должен вновь и вновь пробегать по экрану, возобновляя его. Этот процесс называется регенерацией
изображения.
В большинстве мониторов частота регенерации, которую также называют частотой вертикальной развертки, во многих
режимах приблизительно равна 85 Гц, т.е. изображение на экране обновляется 85 раз в секунду. Снижение частоты
регенерации приводит к мерцанию изображения, что очень утомляет глаза. Следовательно, чем выше частота
регенерации, тем комфортнее себя чувствует пользователь. В некоторых дешевых мониторах частота регенерации без
мерцания (72 Гц и выше) возможна только при разрешениях 600480 и 800600; следует подбирать монитор,
поддерживающий достаточную частоту регенерации при разрешении 1024768 и выше.