Основные типы характеристики дисплеев
Скачать доклад: Основные типы характеристики дисплеев |
|||
|
|
Основными техническими характеристиками дисплея являются:
- размер экрана по диагонали;
- емкость экрана;
- способ формирования изображения (растровый или векторный);
- способ формирования символов;
- частота регенерации изображения;
- зернистость монитора.
Как правило, дисплей состоит из цветного или черно-белого монитора, блока управления и клавиатуры.
По типу отображаемой информации дисплеи делятся на алфавитно-цифровые и графические.
Применяется три различных типа алфавитно-цифровых дисплеев:
1) дисплеи, способные отображать только алфавитно-цифровую информацию;
2) дисплеи, способные отображать псевдографические символы;
3) интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных.
Графические дисплеи делятся на два типа: векторные и растровые.
Векторные дисплеи предназначены для получения статических и динамических изображений ограниченного объема в виде совокупности точек, отрезков векторов и символов с высокой разрешающей способностью (свыше 2048x2048 точек). Изображение, как правило, является черно-белым с несколькими градациями яркости.
Растровые дисплеи с режимом регенерации и матричным растровым способом получения графических образов на экране позволяют получать черно-белые и цветные статические и динамические изображения. Их разрешающая способность достигает 1280x1024 точек.
Дисплеи без режима регенерации с запоминающими экранами на ЭЛТ или плоских индикаторных панелях используются для отображения статических образов большого объема. Они дают черно-белое изображение без градаций яркости и имеют разрешающую способность до 4096x4096 точек.
В настоящее время все IBM-совместимые персональные компьютеры комплектуются графическими растровыми дисплеями с разрешающей способностью от 640x350 до 1280x1024 точек и размером по диагонали от 9 до 31 дюйма (в некоторых особых случаях в качестве дополнительного устройства может использоваться алфавитно-цифровой или векторный дисплей). На наиболее дешевых моделях и на файл-серверах устанавливаются 14-дюймовые черно-белые (стоимостью около 100 $) или цветные (стоимостью 200-250 $). Модели среднего класса снабжаются 15-дюймовым монитором, снабженным защитой от вредных излучений (Low Radiation), соответствующей стандарту MPR II. На графические станции устанавливаются мониторы с размером по диагонали 17 и более дюймов.
Контроллеры растровых дисплеев обеспечивают палитру от 2 до 256 цветов, а наиболее современные модели - 516 (65536) и даже 524 (свыше 16 миллионов) цветов. В графическом режиме дисплея в видеопамяти для каждой точки экрана должен быть записан тот цвет, которым эта будет изображаться. Так что чем больше разрешающая способность дисплея и чем больше может одновременно изображаться цветов на экране, тем больший размер должна иметь видеопамять, т.е. встроенное в контроллер монитора ОЗУ. Контроллеры, обеспечивающие режим 640x480 точек с 16 цветами имеют 256 Кбайт памяти, обеспечивающие режим 800x600 точек с 256 цветами и 1024x768 с 16 цветами - 512 Кбайт памяти, а обеспечивающие режим 1024x768 с 256 цветами - 1 Мбайт.
На четкость изображения на экране монитора существенное влияние оказывает размер точки (зерна) экрана. Чем меньше размер точки, тем более четким получается изображение. На мониторах стандартного размера (14 дюймов) при разрешении 640x480 удовлетворительное изображение получается при размере зерна 0,39 мм, а хорошее - при зерне 0,31 мм. При разрешении 800x600 точек необходимо зерно 0,31 мм, а для режима 1024x768 - 0,28 или 0,25 мм. На мониторах с большим зерном изображение получается нечетким.
ОСОБЕННОСТИ РАСТРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Растровое устройство можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (точек), каждая из которых может быть подсвечена.
Таким образом, оно является точечно-рисующим устройством. Невозможно, за исключением специальных случаев, непосредственно нарисовать отрезок прямой из одной адресуемой точки (пиксела) в матрице в другую адресуемую точку. Отрезок можно лишь аппроксимировать последовательностями точек, близко лежащих к реальной траектории отрезка.
Отрезок прямой из точек получится только в случае горизонтальных, вертикальных или расположенных под углом 45 градусов отрезков. Все другие отрезки будут выглядеть как последовательности ступенек. Это явление называется лестничным эффектом (ступенчатостью изображения):
--¬
--¬ --¬ ¦ ¦
+-+ --+-- --+--
+-+ --+-- ¦ ¦
+-+ --+-- ----¬ ¦ ¦
+-+-+-- ----+---- --+--
+-+-+-T-T-T-¬ ----+---- ¦ ¦
L-+-+-+-+-+-- L---- L--
Чаще всего для графических устройств с растровой ЭЛТ используется буфер кадра. Буфер кадра представляет собой большой непрерывный участок памяти компьютера. Для каждой точки (пиксела) в растре отводится как минимум один бит памяти. Эта память называется битовой плоскостью. Изображение в буфере кадра строится побитно. Из-за того что бит памяти имеет только два состояния (0 или 1), имея одну битовую плоскость, можно получить лишь черно-белое изображение. Битовая плоскость является цифровым устройством, тогда как растровая ЭЛТ - аналоговое устройство. Поэтому при считывании информации из буфера кадра и ее выводе на графическое устройство с растровой ЭЛТ должно происходить преобразование из цифрового представления в аналоговый сигнал. Такое преобразование выполняет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Графическое устройство с черно-белой растровой ЭЛТ:
г===T===T===T===¬ г===T===T===T===¬
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Триггер ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦---+---+---+---¦ ----¬ ------¬ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ 1 +---+---+------>¦ 1 +----->¦ ЦАП +------+---+>* ¦ ¦ ¦
¦---+---+---+---¦ L---- L------ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦---+---+---+---¦ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L===¦===¦===¦===- L===¦===¦===¦===-
Буфер кадра Растр ЭЛТ
Цвет или полутона серого цвета могут быть введены в буфер кадра путем использования дополнительных битовых плоскостей.
Схема буфера кадра с N битовыми плоскостями для градаций серого цвета:
г===T===T===T===¬ N-разрядный
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ регистр
г===+===+===+===+---¦ ----¬ г===T===T===T===¬
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ 0 +-->¦ 0 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
г===+===+===+===+---+---¦ +---+ ------¬ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ 1 +---+-->¦ 1 ¦===>¦ ЦАП +-----+---+---+---+>* ¦
¦---+---+---+---+---+---¦ +---+ L------ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ 0 +---+---+-->¦ 0 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦---+---+---+---+---+===- L---- ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦---+---+---+---+===- L===¦===¦===¦===-
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L===¦===¦===¦===- Растр ЭЛТ
Буфер кадра
Интенсивность каждого пиксела на ЭЛТ управляется содержимым соответствующих пикселов в каждой из N битовых плоскостей. В соответствующую позицию регистра загружается двоичная величина из каждой плоскости. Двоичное число, получившееся в результате, интерпретируется как уровень интенсивности между 0 и 2 5N-1. Всего можно получить 2 5N уровней интенсивности за счет увеличения необходимого объема памяти буфера кадра в N раз.
Число доступных уровней интенсивности можно увеличить, незначительно расширив требуемую для этого память и воспользовавшись таблицей цветов:
г=T=T=T=¬ N-разрядный
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ регистр W=4
г=+=+=+=+-¦ ----¬ --T-T-T-¬ г===T===T===T===¬
¦ ¦ ¦ ¦ ¦0+-->¦ 0 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
г=+=+=+=+-+-¦ +---+ 2 +-+-+-+-+ ------¬ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦1+-+-->¦ 1 ¦=¬ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ г==>¦ ЦАП +--+---+---+---+>* ¦
¦-+-+-+-+-+-¦ +---+ ¦ +-+-+-+-+ ¦ L------ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦0+-+-+-->¦ 0 ¦ L=>¦1¦0¦1¦0¦=- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦-+-+-+-+-+=- L---- +-+-+-+-+ ¦---+---+---+---¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦-+-+-+-+=- +-+-+-+-+ L===¦===¦===¦===-
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L=¦=¦=¦=- +-+-+-+-+ Растр ЭЛТ
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
Буфер кадра +-+-+-+-+
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-+-+-+-+
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L-+-+-+--
Таблица
цветов
(2 5N 0 элементов)
После считывания из буфера кадра битовых плоскостей получившееся число используется как индекс в таблице цветов. В этой таблице содержится 5N элементов. Каждый ее элемент может содержать W бит, причем W>N, т.е. можно получить 5W значений интенсивности, но одновременно будут доступны только 5N из них. Для получения дополнительных интенсивностей таблицу цветов следует изменить (перезагрузить).
Поскольку существует три основных цвета, можно реализовать простой цветной буфер кадра с тремя битовыми плоскостями, по одной для каждого из основных цветов. Каждая битовая плоскость будет управлять индивидуальной электронной пушкой для каждого из трех основных цветов, используемых в видеотехнике (красный, зеленый, синий). Три основных цвета, комбинируясь на ЭЛТ, дают 8 цветов:
------------T---------T---------T-------¬
¦ ¦ Красный ¦ Зеленый ¦ Синий ¦
+-----------+---------+---------+-------+
¦ Черный ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦
¦ Красный ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦
¦ Зеленый ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦
¦ Синий ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦
¦ Желтый ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦
¦ Голубой ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦
¦ Пурпурный ¦ 1 ¦ 0 ¦ 1 ¦
¦ Белый ¦ 1 ¦ 1 ¦ 1 ¦
L-----------+---------+---------+--------
Для каждой из трех цветовых пушек могут использоваться дополнительные битовые плоскости. Если используется по 8 плоскостей
на каждый цвет (буфер с 24 битовыми плоскостями), то каждая такая
группа может генерировать 256 оттенков красного, зеленого или синего цвета, и в общей сложности можно получить 16777216 =524
цветов.
ВИДЕОСИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРОВ СЕРИИ IBM AT
Из-за большого количества пикселов в растровых графических устройствах трудно достичь производительности, необходимой для работы в реальном времени, а также приемлемой скорости регенерации (смены кадра). Например, если среднее время доступа к каждому индивидуальному пикселу равно 200 нс, то для доступа ко всем пикселам кадра размером 512 Х 512 потребуется 0,0524 с. Это эквивалентно скорости регенерации 19 кадров в секунду, что значительно ниже минимально необходимой скорости 30 кадров в секунду. В буфере кадра размером 1024 Х 1024 более 1 млн. пикселов, и при среднем времени доступа 200 нс требуется 0,21 с для доступа ко всем пикселам. Это составляет 5 кадров в секунду.
Буфер кадра 4096 Х 4096 содержит свыше 16 млн. пикселов. Для достижения скорости регенерации 30 кадров в секунду при таком растре требуется средняя эффективная скорость доступа 2 нс/пиксел.
Работа в реальном времени с растровыми графическими устройствами осуществляется путем одновременного доступа к группам по 16, 32, 64 и более пикселов. В случае цветного буфера кадра пиксел может содержать до 32 бит, при этом все битовые плоскости для каждого пиксела доступны одновременно.
Хотя производительности, необходимой для работы в реальном масштабе времени с приемлемыми скоростями регенерации, на растровых устройствах достичь труднее, чем на векторных дисплеях с регенерацией, на них легче изображать сплошные фигуры с плавными переходами цветов.
ВИДЕОКОНТРОЛЛЕРЫ EGA, VGA И SVGA
Видеоконтроллеры IBM AT и совместимых с ними машин могут работать в двух режимах - текстовом и графическом. В связи с тем, что стандартные процедуры BIOS, предназначенные для вывода на экран текста и графики, выполняются медленно (вследствие допущенных на начальном этапе разработки операционной системы MS DOS ошибок и просчетов), на практике применяются только процедуры переключения видеорежимов и процедуры управления цветовой палитрой. Все остальные операции выполняются путем прямого взаимодействия с аппаратурой видеоадаптеров. Реализовать переключение видеорежима напрямую через регистры очень трудно, так как в этой операции участвуют некоторые регитры, для которых нет универсального общего стандарта (т.е. для контроллеров разных фирм требуется загрузка в эти регистры различных значений).
Программирование видеоадаптеров усложняется тем, что при их разработке широко использовались методы "экономии адресного пространства": один и тот же регистр может выполнять различные функции в зависимости от состояния управляющих регистров адаптера, и выполняемой над регистром операции (запись или считывание информации).
При работе в текстовых режимах контроллеры EGA, VGA И SVGA мониторов отображают на видеопамять область адресного пространства B8000h-BFFFFh. Начало этой области соответствует левому верхнему углу экрана.
Каждому символу соответствует два байта памяти: младший байт кодирует вид символа, а старший байт - цвет символа и цвет фона, на котором будет отображен символ.
Старший байт (код цвета):
----T---T---T---T---T---T---T---¬
¦ 7 ¦ 6 5 4 ¦ 3 ¦ 2 1 0 ¦
L---+---+---+---+---+---+---+----
¦ L-----T------ ¦ L-----T------
¦ Цвет фона ¦ Цвет символа
¦ ¦
Мерцание Яркость
Видеопамять в текстовом режиме имеет следующую структуру:
Символ 0 Символ 1 Символ N
------+-----¬ ------+-----¬ ------+-----¬
-------T------T------T------T-- - - - --T------T------¬
B8000h ¦ код ¦ цвет ¦ код ¦ цвет ¦ ¦ код ¦ цвет ¦
+------+------+------+------+-- - - - --+------+------+
B8000h+2N ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+------+------+------+------+-- - - - --+------+------+
B8000h+4N ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+------+------+------+------+-- - - - --+------+------+
где N - длина строки в символах (40, 80, 128, 132).
Стандартные цветовые атрибуты:
--------------T--------------------T---------------------¬
¦ Код цвета ¦ Стандартный цвет ¦ Цвет с повышенной ¦
¦ ¦ ¦ интенсивностью ¦
+-------------+--------------------+---------------------+
¦ 000 ¦ Черный ¦ Темно-серый ¦
¦ 001 ¦ Синий ¦ Светло-синий ¦
¦ 010 ¦ Зеленый ¦ Светло-зеленый ¦
¦ 011 ¦ Морской волны ¦ Голубой ¦
¦ 100 ¦ Красный ¦ Светло-красный ¦
¦ 101 ¦ Фиолетовый ¦ Малиновый ¦
¦ 110 ¦ Коричневый ¦ Желтый ¦
¦ 111 ¦ Светло-серый ¦ Ярко-белый ¦
L-------------+--------------------+----------------------
