Крумина К.В., Корниенко М.В. Основы аппаратного обеспечения персонального компьютера
Подождите немного. Документ загружается.
Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный) DVD-10
На таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне). Нетрудно
заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска.
Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск
или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска
самостоятельно.
Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный) DVD-18
Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по
8.5 Гб на каждой стороне).
1.8. Адаптеры.
Адаптеры используются для поддержки взаимодействия различных устройств. Так как
формы представления данных и управляющих сигналов, используемых в различных
устройствах ПК, существенно различаются, то необходимы согласующие устройства. Эту роль и
выполняют адаптеры. Они оформлены в виде печатных плат, которые с одной стороны имеют
специфический разъем для связи с соответствующим устройством. Эти платы также
называются контроллерами, потому что самая важная установленная на них микросхема
носит это название. Эта микросхема лишь немногим ниже по рангу такого интеллектуала, как
сам центральный процессор. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы,
которые и выполняют необходимые преобразования. В качестве примеров можно рассмотреть
видеоадаптеры (видеоплаты, видеокарты) и сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые
адаптеры.
Видеокарта.
Видеокарта – устройство, обеспечивающее вывод информации на монитор.
Необходимость в видеокарте вытекает из факта, что мониторы управляются аналоговыми
сигналами, а компьютер работает с числами, т.е. видеокарта преобразовывает числовые
сигналы в аналоговые.
Происходящее на рынке графических адаптеров в немалой степени напоминает ситуацию
на рынке системных плат: основные тенденции и направления развития определяются
действиями двух лидирующих изготовителей процессоров — графических и центральных. На
рынок системных плат противоборство Intel и AMD влияет в меньшей степени, поскольку кроме
ЦП эти платы содержат наборы микросхем системной логики и другие компоненты, прямо не
зависящие от процессорных технологий. Возможности же современного графического
адаптера почти полностью определяются его базовой микросхемой (графическим
процессором), поэтому их развитие проходит в русле конкурентной борьбы компаний ATI и
NVIDIA — лидирующих разработчиков графических технологий и микросхем.
В настоящее время на рынке присутствует почти три десятка моделей графических
микросхем, выпускаемых серийно ATI и NVIDIA (количество адаптеров на них можно примерно
оценить путем умножения этой циф ры на число производителей графических плат), кроме
того, не следует забывать и о продукции компаний Matrox, SiS, Trident и S3.
Что касается профессиональных графических адаптеров, применяемых в
высокопроизводительных рабочих станциях для решения задач трехмерного моделирования и
автоматического проектирования (CAD), то здесь изделиям, построенным на базе самых
высокопроизводительных микросхем ATI и NVIDIA, противостоят специализированные
микросхемы, например компании 3Dlabs. Однако самые мощные, профессиональные
21
графические контроллеры для рабочих станций, равно как и самые миниатюрные —
встраиваемые в наборы микросхем системной логики и портативные компьютеры, — мы здесь
рассматривать не будем.
Архитектура видеоадаптера
Необходимость в создании отдельного контроллера, обеспечивающего вывод изображения,
была вызвана тем, что использовавшиеся в первых ПК мониторы были построены по ЭЛТ-
технологии. Для управления электронно-лучевой трубкой необходим аналоговый сигнал —
преобразование цифровой информации об изображении в аналоговый управляющий сигнал и
стало первой задачей графических адаптеров. Любой, в том числе и современный, графический
адаптер содержит три цифроаналоговых преобразователя-ЦАП-(по одному на каждый из
основных цветов) и память — так называемый кадровый буфер. Информация о каждой точке
экрана считывается последовательно из кадрового буфера и превращается в аналоговый
сигнал цифроаналоговым преобразователем. Модуль, состоящий из кадрового буфера (RAM) и
трех ЦАП (DAC) носит название RAMDAC. Для построения изображения с разрешением
1600*1200 при частоте обновления экрана 75 Гц необходимо 144 млн. обращений к кадровому
буферу в секунду, т. е. RAMDAC должен работать на частоте 144 МГц. Современные
графические адаптеры оснащаются 400 МГц RAMDAC, которые обеспечивают получение
изображения с гораздо большим разрешением. Что касается цветопередачи, то для
формирования изображения с 16 млн. цветов необходимо использовать 24 бит информации на
точку — 8 бит на каждый цветовой канал. Используемые в настоящее время RAMDAC
оборудованы, как правило, 10 разрядными ЦАП. Необходимо отметить, что современные
графические микросхемы оснащаются, как правило, сразу двумя RAMDAC, что позволяет
вывести изображение одновременно на два монитора.
Интерфейсы и память.
Объем информации, обрабатываемый RAMDAC, достаточно велик — легко посчитать, что
для разрешения 1600*1200 при частоте 75 Гц и 24_бит цвете необходимо обработать 432 Мбайт
за каждую секунду. Первые графические адаптеры имели интерфейс PCI и делили ресурсы этой
шины с другими PCI-устройствами. Поэтому особенно важен объем памяти графического
адаптера: поместив в видеопамять информацию, полностью описывающую кадр, можно было
освободить шину на время его обработки. Однако учитывая, что даже при разрешении
1024*768, частоте 60 Гц и 16_бит цвете графическому контроллеру требовалось более двух
третей общей пропускной способности (около 95 из 133 Мбайт/с, обеспечиваемых 32-разрядной
шиной PCI), даже самое экономное использование ресурсов шины не спасало положения.
Решением стало применение интерфейса AGP (Accelerated Graphics Port), представляющего
собой выделенный канал, соединяющий только два устройства — графический контроллер и
системное ОЗУ.
С появлением графических ускорителей первого и второго поколения требования к
быстродействию интерфейса и объему памяти значительно возросли. Объем информации о 3D-
сцене, передаваемой ускорителю с блоком T&L, составляет десятки мегабайт. Более того, в
процессе обработки этой информации контроллер получает множество промежуточных
данных, которые также хранит в видеопамяти. Поэтому современные графические адаптеры
очень требовательны к быстродействию подсистемы памяти и объему видеоОЗУ. Как правило,
платы с самыми высокопроизводительными микросхемами оснащаются 128/256-Мбайт
видеоОЗУ. Новейшие графические процессоры имеют четырехканальные контроллеры памяти
22
со 128- и даже 256-разрядной шиной и совместимы с памятью DDR второго, а самые
современные — и третьего поколения.
Используемая в настоящее время третья модификация интерфейса AGP обеспечивает
пропускную способность 2,1 Гбайт/с, что вполне достаточно даже для самых мощных
графических ускорителей, однако, уже началась замена на последовательную шина PCI
Express.
3D-графика.
В процессе развития графических адаптеров у них появилось множество новых
возможностей: работа с несколькими мониторами, вывод изображения на цифровые дисплеи,
захват и оцифровка видеосигнала (у некоторых моделей). Однако наибольшее влияние на
развитие графических адаптеров, безусловно, оказало появление средств ускорения обработки
трехмерных сцен. Удивительно, но функция, используемая практически только в игровых
программах, оказала громадное влияние на рынок графических контроллеров, стимулировала
серьезнейшую конкуренцию и динамичное совершенствование технологий. Высокие
требования, задаваемые графическими процессорами, потребовали оптимизации и других
подсистем графического адаптера — в первую очередь это касается памяти. Как результат —
новейшие технологии памяти стали применяться в графических адаптерах задолго до
использования их в системном ОЗУ компьютера. Так, например, микросхемы DDR второго
поколения уже год устанавливаются на платы с GeForce FX, в то время как в системных платах
для ПК память DDR-II только начинает использоваться.
Обработка трехмерных сцен для их последующего отображения состоит из нескольких
этапов, часть которых выполняется на аппаратном уровне графическим процессором. Первое
поколение таких процессоров выполняло лишь текстурирование — закраску точек экрана, или
элементов изображения (пикселов), в цвета, взятые из двухмерной карты цветов (текстуры),
«накладываемой» на поверхность какого-либо объекта сцены.
Второе поколение графических процессоров выполняет так называемые геометрические
преобразования и освещение.
Графические процессоры третьего поколения, совместимые с DirectX 9.0, оснащаются
программируемыми блоками обработки вершин и пикселов — вершинными и пиксельными
шейдерами. Это позволяет использовать сложные оптические эффекты, даже если средства их
обработки не были изначально заложены в архитектуру графического процессора.
Основные характеристики видеокарт.
1. Базовая микросхема.
2. Интерфейс подключения (AGP, PCI-Express).
3. Разрядность ядра/шины памяти. (64, 128, 256 бит)
4. Объём оперативной памяти видеокарты (32, 64, 128, 256 Мбайт)
5. Частота ядра и шины памяти, МГц.
6. Тип видеопамяти (DDR, DDR2, DDR3).
7. Максимальное поддерживаемое разрешение.
8. Видео-выходы.
9. Наличие видео-входов.
10. Наличие захвата видео.
23
Звуковая карта
Чтобы понять, для чего необходимо и как работает звуковая карта, рассмотрим основные
этапы обработки звуковой информации в компьютере:
1. Звуковая информация хранится в виде файлов на различных носителях (жесткий диск,
CD-ROM, DVD-ROM, другие носители).
2. Программа, воспроизводящая звуковой файл (Winamp, Windows Media Player, RealAudio
Player, игровая программа, мультимедийная обучающая программа и др.), считывает
информацию из файла, если нужно — декодирует ее с помощью своих или системных кодеков в
стандартный звуковой поток PCM и передает драйверам указанного пользователем или
выбранного по умолчанию звуковоспроизводящего устройства.
3. Специализированное звуковое устройство обрабатывает звук на программном и/или
аппаратном уровне в соответствии с установками пользователя или игры (различные эффекты
объемного звучания, эквалайзер, преобразование частоты семплирования и разрядности
данных и пр.).
4. Звуковой сигнал из цифровой формы переводится в аналоговую (этим занимаются
специальные устройства — цифроаналоговые преобразователи, обычно встроенные в одну
микросхему вместе с другими родственными им компонентами).
5. Уровень звукового сигнала увеличивается усилителем мощности (с линейного уровня
до мощного сигнала, необходимого акустическим системам для воспроизведения звука).
6. Акустические системы (колонки) воспроизводят звук.
В реальности эти этапы часто группируются или даже дублируются в различных
отдельных частях персонального компьютера.
Специализированное звуковое устройство компьютера может быть реализовано
несколькими способами.
Перечислим их в порядке распространенности: звуковая карта (возможно, с внешним
блоком); интегрированный на материнскую плату кодек; внешний декодер или ЦАП с S/PDIF-
входом; внешний декодер или ЦАП с USB-входом.
Звуковая карта в настоящее время — это отдельное специализированное звуковое
устройство, которое устанавливается в слот расширения и выполняет, полностью или частично,
перечисленное выше в пунктах 3—5. В настоящее время можно встретить звуковые карты на
шинах PCI или AMR/CNR/ACR. Альтернативный вариант — AC’97-кодек, встроенный в системную
плату.
Звуковые карты на шине PCI.
В соответствии с тенденцией постепенного отказа в персональных компьютерах от
медленной и ресурсоемкой шины ISA, в 1997 году корпорация Intel разработала спецификацию
AC’97 (Audio Codec’97 Component Speci•cation) для реализации звуковых устройств на
перспективных и современных шинах PCI и USB. Этой спецификацией предусматривались
следующие преимущества устройств AC’97:
1. Совместимость с Sound Blaster для DOS-игр.
2. Низкая загрузка процессора.
3. Полный дуплекс (full duplex) — возможность записи во время воспроизведения с
различными частотами дискретизации.
4. Высококачественный звуковой выход.
5. Высококачественный микрофонный вход.
24
6. Линейный выход для подключения к бытовой Hi-Fi-аппаратуре.
7. Декодирование потока AC-3 для DVD-фильмов.
9. Аппаратная поддержка MIDI-синтеза.
10. Аппаратная поддержка DirectSound 3D.
Спецификация AC’97 предусматривает разделение звуковоспроизводящего устройства на
2 части: цифровой контроллер (Digital Controller) и кодек (Audio Codec). Контроллер выполняет
цифровую обработку, а кодек — оцифровку, воспроизведение, а также цифровое и аналоговое
микширование сигналов от разных источников. Спецификация AC’97 позволяет реализовать
различные варианты компоновки звуковых плат — как с одним стерео выходом, так и с
большим количеством выходов.
Практический вывод из всего вышеизложенного таков: качество звучания карты во
многом определяется кодеком, который и занимается оцифровкой и воспроизведением звука.
Встроенный в системную плату АС’97_кодек.
С выходом спецификации AC’97 и ростом быстродействия процессоров у разработчиков
появилась возможность уменьшить стоимость компьютера, убрав цифровой контроллер и
возложив его функции на центральный процессор. Корпорация Intel, стала выпускать наборы
микросхем для системных плат со встроенным в южный мост контроллером шины AC-link.
Через нее подключается устанавливаемый на плате AC’97 кодек. Изготовители системных плат
стали называть такую схему реализации звуковой подсистемы «интегрированным AC’97-
звуком».
Преимущества такой системы для пользователя очевидны: дешевизна и легкость
модернизации, проводимой на программном уровне. Недостатки — возможное снижение
производительности на слабых системах и зачастую ограниченная функциональность.
Звуковые адаптеры и игры
Не секрет, что большинство пользователей PC покупают звуковую плату для
использования исключительно в играх. В настоящее время во многих играх имеется поддержка
так называемого трехмерного звука.
Генерацией «звуковой картины» в играх занимается специальный программный
интерфейс (так называемый 3D-sound API). Это означает, что игровая программа задает
звуковой карте параметры источников звука в игровой сцене.
Самые распространенные в игровых программах 3D-sound API —Microsoft DirectSound3D,
Creative EAX и Aureal A3D. Качественную и быструю поддержку первого из них можно считать
обязательным требованием к современному звуковому адаптеру.
Основные параметры и функции звуковых карт.
Разрядность и динамический диапазон
Современные звуковые карты позволяют записывать звук с разрешением 8 и 16 разрядов,
что соответствует 256 и 65536 различным уровням сигнала. Этот параметр прежде всего
определяет динамический диапазон воспроизводимого звука, то есть во сколько раз
интенсивность самого громкого звука может быть больше, чем интенсивность самого тихого.
Эта величина обычно выражается в логарифмическом масштабе и измеряется в децибелах. Для
8-разрядного звука динамический диапазон составляет всего 48 дБ, для 16-разрядного он
равен 96 дБ. Если записываемый звук имеет большие перепады в громкости (например,
звучание симфонического оркестра), то при его записи с недостаточной разрядностью
25
происходят сильные искажения сигнала. Поэтому профессиональные звуковые карты имеют
разрядность 20 или даже 22 бита.
Отношение сигнал/шум
Отношение сигнал/шум (S/N или SNR — Signal to Noise Ratio) показывает, во сколько раз
громкость сигнала больше громкости шума, возникающего в звуковой плате по различным
причинам, прежде всего в результате ошибки дискретизации.
Частота дискретизации
Частота дискредитации определяет максимальную частоту записываемого или
воспроизводимого сигнала. Частота дискретизации (оцифровки) сигнала должна быть как
минимум в два раза больше максимальной частоты входного сигнала. Современные звуковые
платы поддерживают частоты дискретизации 8,0, 11,025, 22,05 и 44,1 кГц, а некоторые и 48
кГц, что соответствует сигналам с частотами до 22-24 кГц, выше которых человеческий слух
уже не воспринимает
Возможность работы в дуплексном режиме
Работа в дуплексном режиме (Full Duplex) позволяет одновременно записывать и
воспроизводить звук. Эта функция особенно важна при работе с приложениями наподобие
Интернет-телефонов, в которых пользователи ведут диалог друг с другом. В полудуплексном
режиме (Half Duplex) им приходится говорить и слушать по очереди.
Способ синтеза и параметры синтезатора
Наиболее распространены два способа синтеза воспроизводимого звука: FM (Frequency
Modulation) — ЧМ-синтез (или частотная модуляция), и синтез по таблице волн WT (WaveTable).
Поддерживаемые спецэффекты
К спецэффектам, поддерживаемым звуковыми картами, относятся реверберация, хорус и
т.д. Реверберация (Reverberation) создает эффект эха, придавая звучанию объемность (как в
большом зале). Хорус (Chorus) представляет собой эффект «pазмножения» голоса или
инстpумента, что производит впечатление хорового пения или игpы оркестра.
Сетевая карта.
Сетевая карта плата адаптера, обеспечивающая физическое подключение компьютера к
локальной сети. Работает под управлением программного драйвера, основная функция
передача данных. Характеризуются скоростью передачи данных. Некоторые устройства
используют для передачи витую пару, коаксиальный кабель, также возможны беспроводные
решения. На современном этапе развития часто встречаются встроенные в материнские платы
решения, это становится общим стандартом производителей.
Скорость работы адаптера определяется сетью и на данный момент существуют
следующие основные типы сетей:
10/100 Мбит/с Ethernet.
Для построения вычислительных сетей масштаба офиса или здания чаще всего
применяется протокол Ethernet (IEEE 802.3), появившийся в 1972 году (название Ethernet
появилось чуть позже — в 1973 г.) и разработанный для передачи информации между двумя
рабочими станциями Xerox Alto.
В 1980 году объединение DEC_Intel_Xerox (DIX) выработало первый вариант стандарта
Ethernet (IEEE 802), определивший скорость передачи данных 10 Мбит/с. Однако первая
официальная спецификация появилась несколько позже — в 1985 году. Спецификация IEEE
26
802.3 определила требования к физическому уровню среды Ethernet и способу передачи данных
— CSMA/CD (множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий).
Позже спецификация IEEE 802.3 подверглась некоторым эволюционным изменениям, в
частности скорость передачи данных при использовании кабелей с витой парой достигла 100
Мбит/с.
1/10-Гбит/с Ethernet.
Новые спецификации, учитывающие возросшие требования к пропускной способности
сетевой среды и появление новых типов кабельных соединений, были опубликованы в середине
90-х годов прошлого века. Основная задача, поставленная перед разработчиками, —
совместимость с IEEE 802.3 на уровне протокола передачи данных — была выполнена.
Спецификации IEEE 802.3z (создана на базе стандарта, определяющего требования к
физическому уровню оптических линий связи) и 802.3ab предусматривали передачу данных со
скоростью 1 Гбит/с по оптическим и электрическим (витая пара) линиям соответственно.
Дальнейшим развитием протокола Ethernet стал стандарт IEEE 802.3ae, опубликованный 12
июня 2002 года и регламентирующий передачу данных в сетях Ethernet со скоростью 10 Гбит/с.
В отличие от 1-Гбит/с Ethernet новый стандарт не предусматривает передачу данных по
электрическим проводам — применяются только оптоволоконные линии. Для построения сетей
масштаба здания используются линии 100-Мбит/с Ethernet, а 1-Гбит/с применяется для
соединения коммутационного оборудования Ethernet сетей.
Беспроводные сети
IEEE 802.11a, 802.11b и 802.11g.
Стандарты беспроводных сетей Wi-Fi (802.11х) были опубликованы в 1999 году. Первой
спецификацией, получившей воплощение в реальных устройствах, стала 802.11b,
определяющая физический уровень передачи данных — три 2,4_ГГц радиоканала обеспечивали
передачу данных со скоростью до 11 Мбит/с. Однако необходимо отметить, что реальная
скорость передачи данных была как минимум вдвое ниже и сильно зависела от расстояния
между передающим и принимающим устройствами.
Следующая модификация стандарта — IEEE 802.11a, появившаяся в том же 1999 году,
предусматривала использование 11 радиоканалов на частоте 5 ГГц, что позволило поднять
максимальную скорость передачи до 54 Мбит/с.
Bluetooth.
Технология Bluetooth была разработана в 1998 году группой компаний, в которую вошли
Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba, Intel, IBM, 3Com и некоторые другие. Она предназначена для
организации беспроводного соединения на расстояниях до 10 метров (для передачи данных
используется 2,4_ГГц радиоканал, скорость передачи данных достигает 800 Кбит/с).
После преодоления проблем несовместимости, свойственных всем новым стандартам,
Bluetooth стремительно набирает популярность и применяется во все большем количестве
устройств. Сейчас применяется для связи внешних носителей информации с компьютером,
подключения цифровых фотокамер и сотовых телефонов. Например, в аэропортах существуют
специально выделенные зоны, находясь в которых вы можете использовать беспроводное
соединение и выход в Интернет.
TV-Тюнер.
TV-тюнер – это приемник телевизионного сигнала, т.е. практически то же самое
устройство, которое имеется абсолютно в каждом телевизоре или видеомагнитофоне.
27
Компьютерный TV-тюнер является неким расширением к видео и аудиоподсистеме компьютера.
Способ взаимодействия с компьютером зависит от непосредственно вида TV-тюнера.
Помимо просмотра телепрограмм, что естественно позволяет любой TV-тюнер, возможно
совершать захваты отдельных кадров, записывать видеоролики непосредственно на свой
жесткий диск, просматривать телетекст и многое другое.
Многие TV-тюнеры выпускаются с интегрированным FM-тюнером. Дополнение весьма
полезное, особенно если привык работать за компьютером под легкий фон радиоприемника.
Так же как и телевизионные программы, радио можно не только слушать, но и записывать.
Кстати, видеоданные тюнер способен получать не только из эфира, но и с таких устройств, как,
например, бытовые видеокамеры или видеомагнитофоны.
В общем, установка любого TV-тюнера позволяет обычному персональному компьютеру
выполнять функции телевизора и FM-радио, а также обмениваться информацией между
компьютером и бытовой видеоаппаратурой.
Виды TV-тюнеров
Из основных видов TV-тюнеров можно выделить следующие три:
1. Внешние TV-тюнеры;
2. Комбинированные устройства;
3. Платы расширения (внутренние TV-тюнеры).
Внешние устройства
Подключаются в разрыв монитора с графическим адаптером компьютера. Естественно,
такой вариант имеет как свои плюсы, так и минусы. Плюсы – не надо открывать кожух
системного блока и что-то устанавливать. Налицо действительная легкость подключения.
Также можно добавить и то, что внешний вариант тюнера, вследствие отсутствия наводящих
помех, обладает лучшей чувствительностью, что является неотъемлемым гарантом
качественности изображения. Но, есть и недостатки, внешний тюнер обойдется гораздо
дороже, хотя в части функциональности он проигрывает своему внутреннему собрату. В
частности это касается невозможности захвата стоп-кадров и просмотра картинки в оконном
режиме (только полноэкранный режим). Таким образом, внешние тюнеры нельзя признать
полноценными компьютерными устройствами – это скорее своеобразный "подвид бытовой
техники", подключаемый к чисто компьютерному монитору.
Комбинированные устройства.
Комбинированные устройства являются подвидом внутренних TV-тюнеров. Такие тюнеры
конструктивно объединены на одной плате с видеоадаптером. Выпуском таких моделей
издревле занимается компания ATI. Недостаток комбинированных устройств очевиден: если TV-
тюнеры практически морально не устаревают, то век видеоадаптеров недолог. Ну а апгрейд
комбинированного видео обойдется значительно дороже обычного.
Внутренние устройства (платы расширения)
Внутренние TV-тюнеры выпускаются в варианте для шины PCI. Такие платы передают
декодированные видеоданные по шине, используя библиотеки DirectX.
Основной недостаток внутренних PCI-тюнеров – в большой загрузке центрального
процессора и шины PCI. В заявленных минимальных требованиях к системе производителями
указывается процессор не хуже Pentium III 500 и объем оперативной памяти не ниже 128 Мбайт.
2. Мониторы.
Монитор устройство отображения информации.
28
В течение всего периода существования ПК, вплоть до последнего времени, на рынке
мониторов безраздельно господствовала технология электроннолучевых трубок (ЭЛТ, CRT —
Cathode Ray Tube), основы которой были заложены более 70 лет назад, в конце 20-х годов XX
века. В результате постоянного совершенствования параметры ЭЛТ, определяющие объем
отображаемой информации (разрешение экрана) и качество отображения (геометрические
искажения, сведение, цветопередача), на каждом этапе развития вполне соответствовали
растущим потребностям компьютерной техники. За отсутствием реальных альтернатив
приходилось мириться и с недостатками ЭЛТ, такими, как громоздкость конструкции (особенно
при больших размерах экрана) и аналоговый способ формирования изображения, чуждый
самой компьютерной среде, основанной на цифровых технологиях.
Эти два главных недостатка ЭЛТ и определили основные требования к начавшим
разрабатываться уже в компьютерную эпоху альтернативным средствам отображения —
плоским панелям матричного типа с цифровым управлением, то есть индивидуальной
адресацией элементов изображения. Предложено довольно много технологий реализации
подобных панелей, из них этапа массового или хотя бы опытного производства достигли
следующие:
1. LCD (Liquid Crystals Display) — ЖК (жидкокристаллический) дисплей;
2. OLED (Organic Light Emitting Diodes) — органические светоизлучающие диоды (опытное
производство);
3. LED (Light Emitting Diodes) — светоизлучающие диоды;
4. PDP (Plasma Display Panel) — плазменная дисплейная панель;
5. VFD (Vacuum Fluorescent Display) — вакуумный флуоресцентный дисплей.
Каждая из перечисленных технологий обладает своими достоинствами и недостатками. На
сегодняшний день единственной реальной альтернативой ЭЛТ смогли стать ЖК-панели,
которые в течение последних нескольких лет развиваются бурными темпами. В перспективе
речь идет о практически полном вытеснении ЭЛТ плоскими панелями, как
жидкокристаллическими, так и других типов, например OLED.
На нынешнем этапе соревнования технологий ЖК-мониторы уже отвоевали у ЭЛТ-
мониторов заметную часть рынка. Основу рынка по-прежнему составляют ЭЛТ-мониторы,
занимающие 55% рынка. Но за 2004 ЭЛТ потеряли 20% рынка, а в четвертом квартале 2004
года доля ЭЛТ-мониторов составила 35%. Для того чтобы прогнозы по полному вытеснению
электронно-лучевых трубок ЖК-панелями сбылись, необходимо выполнение двух условий. Во-
первых, для наращивания производства ЖК-панелей должны быть созданы соответствующие
мощности. И, во-вторых, ЖК-мониторы должны по совокупности параметров превзойти своих
ЭЛТ-конкурентов.
Технологии и параметры
Наиболее существенные отличия между ЭЛТ- и ЖК-технологиями обусловлены самими
принципами создания изображения. В электронно-лучевой трубке изображение на экране
формируется электронным лучом, создающим растровое изображение. Параметры растра
(разрешение) задаются системой управления и могут варьироваться в широких пределах,
предоставляя возможность работы при разных разрешениях, что является несомненным
достоинством. Однако предельные значения разрешения лимитированы не параметрами
системы управления, а параметрами экрана, то есть количеством физических экранных
элементов, формирующих изображение (люминофорных точек, светящихся под действием
29
электронного луча). Точка изображения (пиксел) выглядит слегка размытой, что можно считать
и достоинством, и недостатком. Достоинство заключается в том, что в результате своеобразной
фильтрации фото-изображения выглядят гладкими и естественными. Недостаток же
заключается в размытости самых маленьких элементов изображения, например букв в мелких
шрифтах. Другие недостатки ЭЛТ проистекают из не-идеальности аналоговой системы
управления лучом.
Среди них геометрические искажения и несведение (погрешности сведения «красного»,
«зеленого» и «синего» лучей). Приблизить систему управления к идеальной, с тем чтобы
сделать отмеченные недостатки практически незаметными, вполне возможно, но имеется и
принципиально неустранимый недостаток. Глубину ЭЛТ нельзя сделать малой по сравнению с
размерами ее экрана, так как для отклонения луча требуется определенное пространство.
Таким образом, ЭЛТ-мониторы как были, так и останутся довольно громоздкими,
кубообразными конструкциями.
Жидкокристаллические панели, в отличие от ЭЛТ, имеют очень незначительную глубину,
никак не связанную с размерами экрана: растровая матрица состоит из жидкокристаллических
ячеек, сформированных непосредственно на внутренней поверхности экрана. Сзади
располагается источник освещения (бывают также матрицы, работающие на отражение, а не
на просвет). Ячейки фактически служат клапанами, регулирующими количество проходящего
света (ячейка состоит из трех подъячеек, снабженных красным, зеленым и синим
светофильтрами). Границы ячеек четко определены, никакого размытия нет. Поэтому мелкий
текст, да и крупный тоже, выглядит четче, чем на ЭЛТ. В то же время на графических
изображениях сильнее заметны артефакты, вызванные растровой структурой изображения,
например зубчатость наклонных линий и границ между областями с разными цветами.
Матричная структура экрана автоматически решает проблемы с геометрическими искажениями
и несведением. Однако фиксированное разрешение экрана является определенным
недостатком. Переход к меньшему разрешению возможен, но приводит к существенным
искажениям изображения.
Плоский дизайн — одна из наиболее сильных сторон ЖК-мониторов, и наоборот,
существенная трехмерность, громоздкость — одна из наиболее слабых сторон ЭЛТ-мониторов.
По другим, не менее существенным, параметрам складывается следующее соотношение.
Размер экрана, размер точки и разрешение.
В принципе, по всем этим параметрам ЖК-технология способна обеспечить подавляющее
превосходство над ЭЛТ-технологией.
Разрешающая способность характеризуется межточечным интервалом, который указывает
расстояние между центрами светящихся точек люминофора на экране ЭЛТ, воспроизводимых
как минимальные структуры изображения. Чем меньше межточечный интервал, тем мельче
точки и выше разрешающая способность экрана, которая определена как способность
воспроизводить мелкие детали изображения. Применительно к мониторам ПК она измеряется в
числе точек, из которых состоит изображение размером в полный экран. Так, разрешение
1024*768 означает, что монитор способен воспроизводить 1024 точки по горизонтали и 768
точек по вертикали.
Разрешение экрана не является независимой величиной, а определяется двумя другими
параметрами — размером экрана и величиной экранного элемента изображения. Размеры
экрана ЭЛТ (диагональ) соответствуют стандартному ряду 15, 17, 19 и 21—22 дюйма, при этом
30