Видеомонитори – принцип на работа.

Мониторът е типично изходно устройство.Идеята за мониторът се е зародила от телевизора, само че той няма тунер и обикновенно разделителната способност при мониторите е по-голяма от тази на телевизрите.

Монитори

1.Монитори с електронно лъчева тръба (CRT — Cathode-Ray Tube)

Колкото и трудно да е за вярване тази технология е на повече от 100 години.

При тази технология монитора имат електронно лъчева тръба, която има специфична форма, нещо като вакуумирана стъклена бутилка.В дъното на тази бутилка има разположен катод, който излъчва поток от електрони, при достигане на определена температура. От катода се освобождават отрицателно заредени частици, които образуват поток(сноп) от електрони, който в последствие минава през фокусиращите елементи на монитора. Такива елементи са вертикални и хоризонтални успоредни плочи, които при определено предадено напрежение. В зависимост от техния потенциал се отклонява снопа, като вертикалните плочи служат за хоризонтално изместване и обратното. Снопът от електрони, вече насочен от плочите, минава през вертикална решетка с дупки, допълнително се фокусира, насочва и удря задната част от екрана(отвътре). Тя е покрита от луминофор,а вътре в самата тръба е вакуум (нужно е, за да не светят частиците на наличния газ).
Луминофорите са вещества, които се активират от поток от електрони. Като при този процес различните луминофори излъчват светлина с различен цвят. С цел един сноп електрони да удря едно единствено зърно луминифор, те са калибрирани. Едно зърно има период на запалване и такъв на угасване.С тази система е разработено растерното изображение.

На хоризонталната, вертикалната развивка и лъчът се подава трианголобразно напрежение и се образува растер. Като в края на всеки ред се преминава с хоризонталната развивка в началото на следващия (от най-дясно на горния към най-ляво на долния), а при края на екрана (долу-дясно) се преминава в началото му (горе-ляво). Като при обратен ход снопът се спира, защото иначе ще свети.

PIXEL: Всяка точка се състои от три частици оцветен луминофор — червена (R), зелена (G) и синя (B). Тези групи, съставени от по три луминофорни частици образуват така наречения пиксел. За да свети един пиксел са му нужни отделни 3 снопа, които да го осветяват. В зависимост от интензитета на снопа съответното зърно свети в цвета си с различен интензитет. По този начин различните интензитети на трите зърна (RGB) се получават различни цветове. Тези 3 лъча се движат заедно и минават цялата развивка , съответно при осветяването на последния пиксел от развивката първия още свети. Най-важният аспект на един монитор е това дали може да възпроизведе стабилно изображение. За да не е видимо трептенето е нужно екрана да бъде обновяван поне 60 пъти за секунда (60Hz) като се счита, че нормалното е 75Hz.

Главна характеристика на мониторите е големината им, която се измерва в инчове в зависимост от диагонала. Ето и таблица, която демонстрира връзката между дължината на диагонала и големината на един пиксел.

			17''	17''	19''	19''	21''	21''
X	B	Отношение	X	B	X	B	X	B
800	600	1.33	0.43	0.43	0.48	0.48	0.53	O.53
1280	1024	1.25	0.27	0.25	0.30	0.28	0.33	0.31
1600	1200	1.33	0.22	0.22	0.24	0.24	0.27	0.27

Първите X и B са съответно броят на пикселите по ширина и дължина. Следва тяхното отношение и в зависимост от колко инчов е монитора съответната ширина/дължина на един пиксел.

Недостатъци:Намаляването на броя потребители, използващи CRT монитори е било предричано доста време, по следните причини:
- електронно лъчевата тръба е тежка и заема доста място;
- изразходват голямо количество електроенергия — за 17-инчов монитор са нужни 150 W;
- специфичната им форма води до не толкова правилното изобразяване на прави линии около краищата на монитора;

и още

Всички тези недостатъци налагат преминаването към друг вид монитори – LCD.

2.Течнокристалален монитор (LCD – Liquid Crystal Display)

LCD мониторите започват да навлизат на пазара около 90-те години на миналия век.(Открити са през 1888г. от Friedrich Reinitzer)
LCD дисплеите използват два листа поляризиран материал с разтвор от течни кристали, намиращ се между тях. Електричните потоци, преминали през течността предизвикват подравняване на кристалите, такова че светлината, поляризирана от единия лист, не може да премине през другия.

Какво представлява течния кристал? Това са органически молекули, които се местят една спрямо друга и имат отношение спрямо поляризирана светлина. Една молекула може да спре или пропусне подходящо поляризирана светлина. Това става по следния начин: първоначално ( без да е подадено напрежение на електродите ) молекулите не пропускат светлина и са черни, но при подаване на подходящо напрежение молекулите започват да се “местят и въртят”, като пропускат светлината.

Видове матрици

Цветните LCD дисплеи използват два вида матрици – пасивни и активни.
Пасивната матрица е по-евтината от тези две технологии. При нея за всеки ред и всека колонка от пиксели има отделен извод.
Другия вид матрици са активните матрици. Дисплеите произвеждани с такива матрици използват TFT(Thin Film Transistor — тънкослоен транзистор) за управление на всяка точка от изображението, което се получава почти толкова реалистично, колкото и това на стандартните CRT дисплеи. Наличието на допълнителни елементи в самата матрица оскъпява производството. При този тип матрични индикатори броят на точките и електродите е еднакъв, така че всеки електрод си управлява своята позиция и върти собствените молекули. Типично за TFT мониторите е, че при изгарянето на един електрод, спира въртенето на молекулите и този пиксел става перманентно черен.Цветовете зависят от интензитета на всеки основен цвят.

Видео контролери

Подава аналогови сигнали в синхрон с движението на лъча( при CRT с нужния интензитет за да удари точката). Аналоговата стойност на напрежението определя интензитета, а информацията за цвета е цифрова. Преобразуването на данните от аналогов към цифров сигнал се извършва от DAC (Digital Analog Converter) или ЦАП(цифрово-аналогов пеобразовател). Кадъра се запомня като цифрова информация във видео памет, като информацията за точката се разделя на 3 канала по един за RGB. Има видеопроцесор с вграден видеоконтролер. Шинния интерфейс служи за връзка на видеопаметта с компютъра.

Цифрово представяне на пикселите

За един пиксел представен в цифров вид може да бъдат отделени 1 Byte /2 Byte /3 Byte .
-3 Byte – всеки байт съответства на 1 цвят, което прави по 256 нива на интерполация за всеки цвят или общо около 16 милиона цвята и нюанси.
-2 Byte – по 5 бита за червеното и синьото и 6 за зеленото, което прави общо 65 536 цвята
-1 Byte – или 256 цвята (който изглеждат доста малко) или този 1 B сочи към съответната таблица. По този начин (с сатблица) се получават цветове като 3 байтовите, но получаването(извличането) на съответен цвят от таблиците става трудно в рамките на 1 кадър.
Обема на паметта при 1280 x 1024 за един кадър:
-1B - 1.25 MB
-2B - 2.50 MB
-3B - 3.75 MB

Графични ускорители

Изчисляването на всеки нов кадър при бързата им смяна води до забавяне на изображението. За постигането на бързодействие при смяната на кадрите е измислен графичния ускорител. Наличието на честосрещани промени в изображението, валидни за всички изображения прави този тип промени определени като функции.Тези функции са реализирани хардуерно. Основното за графичния ускорител е, че той има блокове от добре дефинирани функции.Той трябва да познава вградените функции и начина на тяхното изпълнение.

Управление

Управлението на един графичен ускорител се извършва от специална програма, наречена
драйвер (driver) през определени портове, които са тясно свързани с операционната система. Практически е много трудно да се прави такава програма извън нея. Драйверите са сложни програми, това ги прави скъпи за произвеждане. По тази причина и те са основно свързани с Windows (както знаем няма много игри под Linux). DirectX е драйверът разработен от Windows за работа с графични ускорители.

Групи функции:

Стандартните функции за ускорители са заложени хардуерно.

2D функции

-Bit Blit: преместване на съдържанието на прозорци (блокове от пиксели) от едно място на друго и съответно смяна на координатите им;
-Cursor: служи за изображението на курсора. Поради непрестанното местене на мишката и не толкова непрестанното на екрана, Cursor-а се грижи токава смяна да става само за курсора. Той преизчислява новите координати и позиционира курсора. Така всичко се свежда до промяната на няколко пиксела, а не на целия екран.
-Drаwing: използва се за изчертаването на геометрични обекти при растерно изображение. Нужно е единствено да му бъдат подадени координати.
-Zoom : служи за свиване/разпъване на определена област от пиксели.

3D функции

-Shading: за правене на сенки и полусенки на обектите. Дефакто обемността се задава чрез тази функция.
-Fogging: за замъгляване на контури.Това е нужно примерно, когато даден обект се отдалечава.Той вече не е нужно да бъде толкова детайлен.
-Mapping: за запълване на обектите с подобекти, придава им текстура и ги прави по реалистични.
При 3D ускорителите има функции за 3-мерните изображения.Те са по-сложни, защото изискват повече кадри за 1 минута.

Изобразяване на символи

Изобразяването на символи върху екрана е започнало още с първите монитори. Към монитора не се подават точки, а поредица от кодове от символи. Екранът представлява редове от кодове от символи. Пр:25 реда от по 80 символа или общо 2000 символа на екран. Тези 2000 символа се подават като 1 кадър на ASCII код.

Изобразяването на такъв екран става чрез набор от font-ове. Font-ове преставляват таблица с толкова елементи колкото е броя и кодовете на валидните символи. Над тези таблици са възможни преизчисления за големината(свиване/разпъване). Всеки символ от една фонтова таблица предтавлява, в най-простия си вид, двумерна матрица от нули и единици. Точките, които са единици, са черни, останалите са бели. Когато изображението е цветно единиците са в цвета на символа а нулите в този на фона. Като графичния контролер чете от матрицата ред по ред.
Преобразуването се извършва от графичния ускорител и не натоварва PC шината.

Видове монитори

     Мониторите са един от многото важни елементи в компютърната конфигурация. Най-общо казано тяхната роля се състои в навременно изобразяване на получената от компютъра информация. По този начин се дава възможност да се контролират абсолютно всички компютърни процеси, нужни за работа или забавление. Благодарение на мониторите, компютрите намират широко приложение и се използват навсякъде –  в домовете, офисите, автосервизите, магазините и т.н. Именно функционалността на компютрите е основен фактор за бързите темпове на развитие на технологиите за производство на монитори. В нашето съвремие се използват редица софтуери за 3D моделиране и проектиране, които изискват наличието на дисплеи, способни да дадат нужната кристална яснота дори за най-малкия компонент в проекта.  Освен това, видеоигрите днес разполагат със изключително завишени графични характеристики и добрият монитор значително ще повиши насладата от тях.

    Качествата на мониторите напълно зависят от технологията, по която са изработени. До момента света познава няколко типа, всеки от които разполага с предимства и недостатъци. Най-общо компютърните дисплей се делят на:

1. Монитори с електроннолъчева тръба (CRT – Cathode-Ray Tube)

 CRT технологията е най-старата от всички. Първоначално по нея се изработват всички телевизори, а след 1950 година започват да се произвеждат и монитори. Функционирането на мониторите става с помощта на електроннолъчева тръба. Тя наподобява стъклена колба, която в по тесния си край разполага с катод (източник на постоянен ток).  Чрез него, с висока скорост, се подава лъч с електрони към екрана на монитора. Това,само по себе си, не е достатъчно монитора да изобрази картина. За целта, във своята вътрешна част екраните са оборудвани с полупрозрачно вещество, наречено луминофор, с чиято помощ се създава желаното изображение. Важно е да се отбележи, че електроните трябва да се блъскат в луминофора на точно определени места и с определена сила. Освен това електроните се движат в електроннолъчевите тръби в пълен вакуум, тъй като при взаимодействие с въздушни молекули не биха стигнали до екрана и следователно изобразяването на картината би било невъзможно.

1. LCD (Liquid Cristal Display – дисплей с течни кристали)

Технологията на течните кристали е една от най-иновативните такива в производството на телевизори и монитори. Макар днес да е широко популярна в световен мащаб, малцина знаят че тя е въведена през 1973 година.  Важно е да се отбележи, че функциите и свойствата на течните кристали са разпознати през 1888г!

     Принципът, по който LCD мониторите функционират, включва преминаване на светлината през течно кристално вещество. Обикновено молекулите на кристалите се движат хаотично и затова се нуждаят от електромагнитно поле, което да осигури насочено поляризиране на светлината. За да се осигурят тези условия, всеки монитор се състои от две успоредно разположени метални пластини , между които се намира течното вещество. За тях са залепени ленти (проводници), които подават електрически заряд и така насочено се поляризира светлината. Цветовете се постигат чрез преминаване на светлината през цветни филтри, подредени плътно един до друг.

1. TFT (thin-film transistor) монитори

 Течно кристалните дисплеи с активни матрици, по известни като TFT дисплеи, на практика функционират на същия принцип като останалите LCD  монитори. Но съществуват някои съществени разлики. Най-голямата от всички е фактът, че  всяка отделна единица за осветяване на екрана (пикселите) разполага със отделен микротранзистор. Така те могат да се включват и изключват поотделно и независимо от останалите и са способни да реагират по-бързо на промени (достатъчно бързо да отрази скоростта курсора на мишката). Това дава възможност за по-бързо включване на клетките, което от своя страна води до по-висок контраст и по-ярко изображение.

1. LED (Light-Emitting Diodes)

  На практика LED дисплеите функционират по същия начин като LCD, но се различават по вида на своята подсветка. Всички LCD монитори използват CCFL, които представляват флуоресцентни лампи със студен катод. От своя страна LED дисплеите са оборудвани със светодиодни лампи за източник на светлина зад екрана. Благодарение на това те са далеч по енергийно ефективни и се отличават със значително по-тънък корпус. Въпреки това трудно би могло да се открие драстична разлика в качеството на картината спрямо LCD дисплеите.

1. OLED  (Organic Light Emitting Diode) монитори

Определено OLED технологията е по-добрата от двата типа технологии LED.  Този тип технология се базира на електролуминисцентните свойства на някои органични материал на въглеродна основа. Най-съществената разлика е, че OLED дисплеите не включва течни кристали и не се нуждаят от диоди, лампи и какъвто да е друг вид външен източник на светлина.Светлината се произвежда, чрез наелектризиране на органичната смес, с помощта на катод. Вследствие от подаденото напрежение се произвеждат фотони, и така се осветява екрана на монитора.

   OLED дисплеите се отличават със значително тънкия си корпус, но най-вече със своята енергийна ефективност. Освен това те са способни да поддържат висока постоянна честота на яркост и осигуряват по-добро качество на картината, в сравнение с LCDи LED.

1. PDP(Plasma Display Panel) монитори

 Плазмените дисплеи представляват плоски екрани, които използват електрически зареден йонизиран газ за осветяване на пикселите. Всеки модел се състои от съвсем малки джобове (подпиксели) намиращи се в тясно пространство между два стъклени панела.  Всички подпиксели са групирани по три и са покрити с фосфор в различни цветове – синьо, червено и зелено. Под въздействието на газа, те се превръщат в плазма и по този начин излъчват ултравиолетова светлина, която е невидима за човешкото око.  В последствие тя се абсорбира от подпикселите и отново се излъчва в цветовете на фосфора. Нюансите се постигат чрез промяна на интензитета на иимпулсите, приложени върху субпикселите.

Въпреки,че в последните години мониторите и дисплеите набират по-голяма популярност, технологиите, по които се изработват, далеч не са нови открития. Всички са изработени и въведени в средата на миналия век. Благодарение на развитие на компютърните устройства, днес мониторите също са обект на сериозен интерес от милиони хора. Поради тази причина на пазара постоянно излизат нов модели, които се различават най-вече по своите функции. Макар технологиите да не са нови, те все още се използват от всички производители.