Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера

 

1.2.1.4.4 Разрешение

 

Разрешающая способность  характеризует качество воспроизведения  изображения монитором. Для получения высокого разрешения в первую очередь высококачественным должен быть видеосигнал. Электронные цепи должны обработать его таким образом, чтобы обеспечить правильные уровни и сочетания фокусировки, цвета, яркости и контраста. Разрешающая способность характеризуется числом точек или, как еще говорят, пикселов (Dot) на число строк (Line). Например, разрешение монитора 1024×768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768.

 

1.2.1.4.5 Dot Pitch, Slot Pitch, Strip Pitch и качество монитора

 

Под шагом точки (величиной  «зерна») монитора понимается расстояние между соседними точками одного цвета. С этим параметром обычно связывается разрешающая способность, а следовательно, и качество той или иной модели монитора.

Заметим, однако, что размер шага для трубок разных типов нельзя сравнивать напрямую: шаг точек (или триад) электронно-лучевой трубки с трехточечной теневой маской измеряется по диагонали, а шаг щелевой маски или апертурной решетки — по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге трубка с теневой маской имеет большую плотность точек по горизонтали, чем трубка с щелевой маской или апертурной решеткой. Так, 0,27 мм Dot Pitch равны примерно 0,22 мм шага по горизонтали, а с учетом конфигурации триад и полосок в других типах масок монитор с трехточечной теневой маской и шагом 0,27 мм Dot Pitch эквивалентен по разрешению монитору с щелевой маской на 0,26 мм Slot Pith (то есть меньшим примерно на 0,01) или монитору с апертурной решеткой 0,25 Strip Pitch (меньшим примерно на 0,02). Не следует забывать и о том, что некоторые производители используют в своих кинескопах переменный шаг полосы, например в мониторах с трубкой от Mitsubishi.

Отсюда, кстати, следует  простой вывод о максимальном разрешении мониторов с различными типами масок: если вы аккуратно выполните все расчеты (поделите ширину и высоту рабочей области экрана на шаг точки), то получите, что оптимальным разрешением экрана, например, для 17-дюймовых мониторов с 0,27 мм Dot Pitch, 0,26 мм Slot Pith или 0,25 Strip Pitch является 1024×768 пикселов, а для того, чтобы повысить его до 1280×1024, необходимо иметь 0,26 мм Dot Pitch на трехточечной теневой маске, 0,25 мм Slot Pith на щелевой маске или не более 0,24 Strip Pitch на апертурной решетке, что бы ни писали наэтот счет производители. Имея хорошую видеокарту и электронику монитора, можно, конечно, повысить рабочее разрешение, но тогда вы получите недостаточно четкое, размытое изображение и рискуете испортить себе зрение.

 

1.2.1.4.6 Горизонтальная развертка

 

Кроме шага точки, или  величины «зерна», на максимально поддерживаемое монитором разрешение напрямую влияет частота горизонтальной развертки электронного луча, измеряемая в килогерцах (кгц). Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратно пропорциональная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки, или просто горизонтальной разверткой (иногда встречаются названия «частота строчной развертки», «строчная частота»). Например, для монитора с разрешением 1024×768 пикселов горизонтальная развертка обратно пропорциональна времени, за которое луч сканирует 1024 пиксела. При увеличении разрешающей способности за тот же период времени луч должен отсканировать большее число пикселов. При увеличении частоты кадров также должна быть увеличена частота горизонтальной развертки. Соответственно, чем больше предельное значение (именно оно, как правило, указывается на коробке для монитора), тем выше разрешение может поддерживать монитор при приемлемой частоте кадров. Предельная частота строк является критичным параметром при разработке CRT-монитора. В таких мониторах используются магнитные системы отклонения электронного луча, представляющие собой обмотки с довольно большой индуктивностью. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому данный узел оказывается одним из самых узких мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также серьезно учитывается при проектировании мониторов.

 

1.2.1.4.7 Вертикальная развертка, или частота кадров

 

Частота регенерации (обновления) экрана - важный параметр, определяющий, как часто перерисовывается все изображение. Монитор с электронно-лучевой трубкой обновляет изображение на экране десятки раз в секунду. Это число называется частотой вертикальной развертки, или частотой кадровой развертки, и измеряется в герцах (Гц). Один герц соответствует одному циклу в секунду. Монитор с вертикальной разверткой 60 Гц имеет такую же частоту мерцания, как лампа дневного света в США, что несколько выше, чем в Европе, где частота сети 50 Гц. Если частота обхода экрана становится меньше 70 Гц, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Обычно при частотах выше 75 Гц мерцание незаметно для глаза (режим без мерцания). Однако стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц, считая это важным потребительским показателем эргономичности монитора.

При этом чем выше частота  регенерации, тем более устойчивым выглядит изображение на экране: правда, исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Гц глаз человека уже не может заметить никакого мерцания. Но здесь следует опять же вспомнить о лампочке (частота сети питания у нас — 50 Гц) и других электроприборах. В этом случае следует учесть эффект наложения частот при искусственном освещении (особенно люминесцентном) и различных наводках в сети питания, порождающих неприятное мерцание экрана, приводящее, в свою очередь, к утомлению глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. Решением этой проблемы может быть повышение рабочей частоты до 100 Гц (удвоенная частота сети — 2×50) или даже выше — до 150 Гц (3×50). Заметим, что, чем больше экран монитора, тем более заметно такое мерцание, особенно для периферийного (бокового) зрения, так как угол обзора изображения увеличивается.

Поэтому при работе с  плохой электропроводкой (недостаточно хорошо или вообще не экранированной) или окружающим электрическим оборудованием  желательно иметь монитор, обеспечивающий частоту регенерации не менее 100 Гц.

Заметим, что значение частоты регенерации зависит  не только от используемого разрешения или электрических параметров монитора, но и от возможностей видеоадаптера.

 

1.2.1.4.7 Полоса пропускания

 

Под частотой точек (Dot Rate) понимают максимальное число входящих точек в секунду, которое определяется разрешением по горизонтали и периодом сканирования по горизонтали источника сигнала. Полоса пропускания видеоусилителя характеризует то, насколько полно исходный видеосигнал преобразуется в выходной. Грубо говоря, это максимальная частота, с которой электронный луч перескакивает с пиксела на пиксел. Таким образом, видеоусилитель и генератор строчной развертки должны соответствовать друг другу по качеству:

• Частота точек = (разрешение по горизонтали) : (горизонтальная развертка).
• Полоса пропускания = 0,35 × 2 : (время нарастания или спада сигнала).

 

1.2.1.4.8 Светопередача монитора

 

Отношение полезной световой энергии, прошедшей через переднее стекло монитора, к излученной внутренним фосфоресцирующим слоем называется коэффициентом светопередачи. Как правило, чем темнее выглядит экран при выключенном мониторе, тем ниже данный коэффициент.

При высоком коэффициенте светопередачи  для обеспечения требуемой яркости изображения нужен небольшой уровень видеосигнала, а схемотехнические решения упрощаются. Однако при этом уменьшается перепад между излучающими участками и соседними, что влечет за собой ухудшение четкости и снижение контрастности изображения и, как следствие, — ухудшение его общего качества.

При низком же коэффициенте светопередачи  улучшаются фокусировка изображения и качество цвета, но для получения достаточной яркости необходим мощный видеосигнал и усложнение схемы монитора.

Монитор должен позволять осуществлять регулировку яркости и контрастности в широких пределах. Именно «заделы» яркости и контрастности являются показателями качества.

Обычно 17-дюймовые мониторы имеют  коэффициент светопередачи 52-53%, а 15-дюймовые — 56-58%, хотя в зависимости от конкретно  выбранной модели эти значения могут варьироваться. Поэтому для определения точного значения коэффициента светопередачи следует обращаться к документации производителя.

 

1.2.2 Жидкокристаллические мониторы

 

Что же представляет собой  современный ЖК-дисплей?  Хотим мы этого или нет, но традиционные ЭЛТ-мониторы дают излучения. Собственно, излучают две части ЭЛТ-трубки: электромагнитное излучение генерируется пушкой, которая разгоняет электроны и расположена в задней части монитора, а рентгеновское излучение возникает в момент столкновения электронов с внутренней поверхностью экрана. Конечно, современные ЭЛТ-мониторы имеют противорадиационную защиту, однако подавить возникающее излучение полностью пока не удается, так что пользователь подвергается неблагоприятному воздействию электромагнитных полей и рентгеновского излучения.       

Кроме того, мониторы с электронно-лучевой  трубкой имеют еще один вредный  для здоровья недостаток — мерцающее  изображение. Это связано с тем, что в ЭЛТ-трубке изображение создается электронным лучом, который для прорисовки одного кадра изображения должен построчно пробежать по всей поверхности экрана. Из-за этого возникает эффект мерцания изображения, особенно хорошо заметный на частотах кадровой развертки 50-60 Гц. При частотах 75 Гц и более мерцание визуально уже незаметно, но изображение все равно дрожит, что хотя и в меньшей степени, но все же приводит к дополнительной нагрузке для глаз.

В совокупности электромагнитное и рентгеновское  излучения и мерцание изображения оказывают очень вредное воздействие: при работе за монитором у человека быстро устают глаза и создается дополнительное нервное напряжение. При ежедневной продолжительной работе за ЭЛТ монитором практически у всех пользователей в той или иной степени снижается острота зрения, а у некоторых появляются головные боли, ухудшается общее самочувствие, возникает нервное перенапряжение, которое может привести даже к нервному расстройству.       

ЖК монитор  не имеет этих недостатков — он не излучает, а создаваемое им изображение не мерцает. Опыт работы с ЖК-панелями показывает, что если «тренированный» пользователь может высидеть за ЭЛТ-монитором хорошего качества максимум 8-10 часов в день без ощутимой потери производительности, то за ЖК монитором можно работать сколько угодно долго. Уже только одно это обстоятельство заставляет тех, кто профессионально связан с компьютерной техникой, серьезно задуматься над приобретением ЖК-панели.

Есть  и еще одно соображение в пользу приобретения ЖК монитора с точки зрения эргономики. В первую очередь это касается тех, кто любит проводить много времени перед экраном телевизора. Дело в том, что некоторые модели ЖК-мониторов помимо стандартного VGA-входа для подключения к компьютеру имеют также видеовход, на который можно подать сигнал с телевизора, TV-тюнера или видеомагнитофона. Это дает возможность избавиться от вредного воздействия телевизионной ЭЛТ, которая в плане неблагоприятного влияния ничем не лучше ЭЛТ-монитора.

Традиционные  ЭЛТ-мониторы обновляют изображение на экране по одному пикселю. Поэтому для них крайне важна частота кадровой развертки, которая определяет время обновления изображения. От ее значения зависит визуальное мерцание изображения на экране. В ЖК-мониторах изображение обновляется построчно, поэтому оно не дрожит практически при любом разумном значении частоты кадровой развертки.

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

 Как ни странно, но жидкие  кристаллы старше ЭЛТ почти  на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. Корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. Именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. Уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселей.

Итак, работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока (Световой поток изначально не поляризованный, т.е поперечные колебания происходят в разных плоскостях. См рисунок ниже.). Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет. Данный эффект называется поляризацией света.

 

 

Рисунок 12 – Поляризация  света

 

Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых  чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, и назвали жидкими кристаллами. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения.

 Полноценный монитор  с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной  электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

 Экран LCD монитора  представляет собой массив пикселей, которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию (что интересно, сам по себе ЖК-материал не имеет таких свойств. Его "насильно" заставили сменить ориентацию в пространстве. По природе жидкий кристалл хаотичен и "ленив". И мало на что способен. Но вот под действием чужой воли, то есть ориентации, его можно заставить поработать. Огромная роль в придании поляризационной селективности играет ориентирующее покрытие (бороздки), которое наносится на поверхности обеих подложек. Именно качество ориентирующего покрытия и определяют селективность процесса поляризации. Благодаря ориентирующему слою происходит выстраивание и закручивание молекул ЖК.). Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках.