Видеотерминальные устройства

Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее поль­зователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтрол­лера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а ви­деомониторы — это внешние устройства ПК. Видеомонитор, дисплей или просто монитор — устройство визуализации информации на экране. В стационарных ПК пока еще чаще всего экран представляет собой электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), в портативных ПК он построен на плоских индикаторах. Видеоконтрол­лер предназначен для преобразования данных в сигнал, отображаемый монито­ром, и для управления работой монитора.

Видеомониторы на базе ЭЛТ

В состав монитора входят:

• электронно-лучевая трубка;

• блок разверток;

• видеоусилитель;

• блок питания и т. д.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, CRT, Cathode Ray Tube, катодно-лучевая труб­ка) представляет собой запаянную вакуумную стеклянную колбу, дно (экран) которой покрыто слоем люминофора, а в горловине установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью формирующей и отклоняю­щей систем поток электронов модулируется для отображения нужного символа и направляется на нужное место экрана. Энергия, выделяемая попадающими на люминофор электронами, заставляет его светиться. Светящиеся точки люмино­фора формируют изображение, воспринимаемое визуально.

В компьютерах применяются как монохромные, так и цветные мониторы.

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ, LCD — Liquid Crystal Display) — это цифровые плоские мониторы.

Эти мониторы используют специальную прозрачную жидкость, которая при определенных напряженностях электростатического поля кристаллизуется, при этом изменяются ее прозрачность, коэффициенты поляризации и преломления световых лучей. Эти эффекты и используются для формирования изображения. Конструктивно такой дисплей выполнен в виде двух электропроводящих стеклян­ных пластин, между которыми и помещается тончайший слой такой кристаллизую­щейся жидкости. В качестве источника света для задней или боковой подсветки экранов обычно используются флуоресцентные лампы с холодным катодом или электролюминесцентные панели.

LCD бывают с активной и пассивной матрицами.

В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксел) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов, а в активной для каждого элемента экрана есть свой управляющий транзистор, поэтому их часто называют TFT-экранами (TFT — Thin Film Transistor, тонкопленочный транзистор).

Наряду с монохромными широко используются и цветные дисплеи. У цветных дисплеев каждый элемент изображения состоит из 3-х отдельных пикселов (R, G и В), покрытых тонкими светофильтрами соответствующих цветов. Современ­ные дисплеи с активной матрицей поддерживают стандарт TrueCoJor, что позво­ляет отображать до 16,7 млн цветовых оттенков. Сами цвета достаточно глубо­кие и яркие.

Дисплеи с активной матрицей имеют лучшую яркость и предоставляют воз­можность смотреть на экран даже с отклонением до 80° и более (то есть при угле обзора 160°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пас­сивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD-мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 170°, и есть все основания предполагать, что технология будет и дальше совершенствовать­ся. На панели с активной матрицей можно отображать движущиеся изображе­ния без видимого искажения, так как время реакции у них около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, а контрастность изображения даже лучше, чем у CRT-мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люми­нофора CRT-монитора сразу после прохождения по этому элементу электрон­ного луча. Именно поэтому для LCD-мониторов достаточной является частота регенерации 60 Гц. Благодаря лучшему качеству изображений эта технология также используется и в применении к настольным компьютерам, что позволяет создавать компактные мониторы, менее опасные для нашего здоровья.

Плазменные мониторы

В плазменных мониторах (PDP — Plasma Display Panels) изображение формиру­ется сопровождаемыми излучением света газовыми разрядами в пикселах панели. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну пластину — горизонтально, на другую — вертикально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пикселы. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом: неоном или аргоном. При подаче высокочастотного напряже­ния на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводни­ков в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает газовый разряд.

Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовой части спектра, кото­рый вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком.

Фактически, каждый пиксел на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света).

При разрешающей способности 512 х 512 пикселов панель имеет размеры по­рядка 200 х 200 мм, при 1024 х 1024 пиксела — 400 х 400; толщина панели по­рядка 6-8 мм.

Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть хорошее изображение на плазменных мо­ниторах, существенно больше, чем 45°, как в случае с LCD-мониторами. Главны­ми недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разре­шающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограни­чен 10 000 часами (это около 5 лет в офисных условиях). Из-за этих ограниче­ний такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Сейчас ведутся работы по созданию технологии PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая обещает соединить в себе пре­имущества плазменных и LCD-экранов с активной матрицей с целью эффектив­ного использования PALC-панелей в компьютерах.

Электролюминесцентные мониторы

Электролюминесцентные мониторы (FED — Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них про­зрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта слоем люминофора. Пласти­ны складываются так, что провода пластин пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы. На пару пересекающихся про­водов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для воз­буждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения.

Светоизлучающие мониторы

В светоизлучающих мониторах (LEP — Light Emitting Polymer) в качестве пане­ли используется полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как панели FED, но через полупроводниковые пикселы пла­стины пропускается ток (а не создается электрическое поле). На сегодняшний день имеются монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к дисплеям LCD, но уступающие им по сроку службы.

Удалось создать органический полупроводник, имеющий широкий спектр излу­чения — в диапазоне от синего до инфракрасного с эффективностью (коэффици­ентом полезного действия по мощности) излучения порядка 1%. Многие фирмы (CDT, Seiko-Epson и др.) планируют создать на основе этого материала полно­размерный цветной дисплей. Прототип цветного дисплея был создан с использо-

ванием красных, синих и зеленых полимерных материалов CDT с нанесением на подложку экрана по технологии струйной печати. Качество отображения цвета нового экрана аналогично качеству жидкокристаллических дисплеев (LCD).

Достоинства LEP-панелей:

• пластик сам излучает свет, поэтому не нужна подсветка, как в LCD-мониторе;

• LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

• LEP-дисплеи работают при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеют малый вес и их можно использовать в портативных ПК.

LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 мкс), он годится для воспроизведения видеоинформации.

Видеоконтроллеры

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопа­мять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифро-аналоговый преобразователь.

Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Кон­троллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется ак­селератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т. п. Основ­ными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 20-ускорителя, ядро ЗБ-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле видеоконтроллера.