Аппаратные средства вывода графической информации. Средства визуального отображения графической информации контрольная 2010 по информатике , Экзамены из Информатика

Скачай Аппаратные средства вывода графической информации. Средства визуального отображения графической информации контрольная 2010 по информатике и еще Экзамены в формате PDF Информатика только на Docsity! Федеральное агентство по образованию Тольяттинский Государственный Университет Кафедра информатики и вычислительной техники Реферат на тему ”Аппаратные средства вывода графической информации. Средства визуального отображения графической информации." Выполнили: студентки группы ПИ-202 Проверила: Тольятти, 2009 Введение Стандартным устройством вывода графической информации в компьютере IBM считается система, которая состоит из монитора и видеокарты. Монитор. Размер монитора измеряется по диагонали в дюймах. Мониторы имеют размер от 10 до 21 дюйма. Существуют монохромные (черно-белые) и цветные мониторы. Видеокарта. Основные компоненты видеокарты - это видеопроцессор и видеопамять. Видеопроцессор - это специальная микросхема, которая реагирует на команды управления экраном. От свойств видеопроцессора зависит скорость, с которой выполняются операции с графическими объектами на экране. Видеопамять - это часть оперативной памяти для хранения сформированного изображения. От объема видеопамяти зависит доступное графическое и цветовое разрешение. Графическое разрешение экрана. Экран состоит из отдельных точек изображения, которые называются пикселами. Количество точек изображения (пикселов), размещающихся на экране по горизонтали и вертикали определяет графическое разрешение экрана. Графическое разрешение зависит от свойств монитора и видеокарты. Стандартный ряд графических разрешений: 320х200, 640х480, 800х600, 1024х768, 1152х864, 1200х1024, 1600х1200 и т.д. Минимальным графическим разрешением для Windows95 считается 640 пикселов по горизонтали и 480 пикселов по вертикали (640х480). От разрешающей способности монитора зависит качество изображения. Чем выше разрешение экрана, тем меньше размер каждого пиксела, тем выше четкость изображения. Цветовое разрешение экрана. VESA DDC для передачи информации о параметрах монитора в компьютер, увеличение частоты обновления экрана, снижение энергопотребления и улучшение эргономических характеристик. Все перечисленные стандарты и технологии внедрялись постепенно, причем зачастую одновременно, поэтому мы упоминаем их в произвольном порядке. Малоизлучающие мониторы, отмеченные значками MPR II и TCO-92, в начале 1990-х гг. существенно снизили утомляемость при длительной работе за экраном. Благодаря стандарту VESA DDC дисплеи присоединились к длинному перечню устройств класса PnP: система Windows начиная с версии 95 ограждает пользователя от случайной установки чрезмерно жестких графических режимов, выводящих частоты синхронизации монитора за предельные значения. С увеличением диапазонов частот горизонтальной и вертикальной развертки в 90-х гг. увеличилось максимальное разрешение, а частота обновления изображения возросла до уровня 85-100 Гц, при котором большинство пользователей не замечают мерцания. После внедрения технологий энергосбережения отпала необходимость отдельно включать и выключать питание системного блока компьютера и монитора. Многочисленные ручки и кнопки настройки на мониторах уступили место удобным экранным меню, а некоторые фирмы (например, Mitsubishi) даже применили USB-интерфейс для того, чтобы пользователь мог настраивать монитор из программы. Среди изобретений последних лет отметим систему LightFrame фирмы Philips, которая аппаратным способом увеличивает яркость картинки в отдельных областях экрана, и ее аналоги от других производителей. Примерно до конца 1990-х гг. фирмы продолжали создавать новые варианты электронных пушек и масок, но в нынешнем десятилетии мало кто из производителей всерьез занимается совершенствованием ЭЛТ-технологии, гораздо больше внимания уделяя ЖК-дисплеям. Благодаря быстрому снижению цен, ЖК-мониторы за последние год- два в глазах большинства покупателей превратились из недоступных принцев/принцесс в спутников жизни. Приятно, что расширение углов обзора и увеличение контрастности сопровождалось удешевлением матриц. Схемы управления ЖК-мониторами цифровые по своей природе, поэтому именно ЖК-технология принесла в мониторы цифровые интерфейсы DVI. Сегодня ЖК-мониторы уверенно вытесняют ЭЛТ во многих областях применения, кроме самых недорогих компьютеров и станций для графических работ и предпечатной подготовки, где требуется точная цветопередача. В последний год на рынке появились большие ЖК-панели размером до 42 дюймов по диагонали, которые должны составить серьезную конкуренцию плазменным панелям. LCD-мониторы LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Жидкие кристаллы были открыты давным-давно, но изначально они использовались для других целей. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. 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. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD- мониторы для настольных компьютеров. Далее речь пойдет только о традиционных LCD-мониторах, так называемых Nematic LCD. Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в такой световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидко-кристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидко-кристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. Устройство LCD-экрана При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля и на угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90°. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет. традиционным CRT-мониторам. Добавим, что потребляемая и рассеивая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у CRT-мониторов. Главной проблемой развития технологий LCD-для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. С ростом размеров дисплеев снижаются производственные возможности. В настоящее время максимальная диагональ LCD-монитора пригодного к массовому производству достигает 20″, а недавно некоторые разработчики представили 43″ модели и даже 64″ модели TFT-LCD- мониторов готовых к началу коммерческого производства. Но похоже, что исход битвы между CRT и LCD-мониторами за место на рынке уже предрешен. Причем не в пользу CRT-мониторов. Будущее, судя по всему, все же за LCD-мониторами с активной матрицей. Исход битвы стал ясен после того, как IBM объявила о выпуске монитора с матрицей, имеющей 200 пикселей на дюйм, то есть с плотностью в два раза больше, чем у CRT- мониторов. Как утверждают эксперты, качество картинки отличается так же как при печати на матричном и лазерном принтерах. Поэтому вопрос перехода к повсеместному использованию LCD-мониторов лишь в их цене. Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels) или просто "plasma" и FED (Field Emission Display). СRT-мониторы Сегодня самый распространенный тип мониторов это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Рассмотрим принципы работы CRT-мониторов. CRT или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т.е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (Luminofor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT- мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны. Все мы знаем или слышали о том, что наши глаза реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно- лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады). Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофор, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет. Графические платы. Отвечая на вопрос, что первично, алгоритм или аппаратура, разработчики графических плат наверняка назовут алгоритм. Исторически получилось так, что акселераторы двухмерной графики появились как средство для ускорения операций прорисовки прямоугольников и их заливки цветом при выводе окон в Windows 3. x. Трехмерные графические акселераторы разрабатывались под стандартные алгоритмы построения 3D- изображений путем расчета каркасов и обтягивания их текстурами, что нашло отражение, например, в специализированных вершинных и пиксельных процессорах. В развитии графических плат за последнее десятилетие наблюдались тенденции увеличения объема видеопамяти, разрядности представления цвета, разрешения, а также расширения диапазона частот синхронизации. Система Windows, как мы уже упоминали, стимулировала внедрение акселераторов двумерной графики, а компьютерные игры служат двигателем постоянного совершенствования 3D-акселераторов. Любопытно, что первые 3D-ускорители (пионером в данной сфере стала фирма 3dfx) выполнялись отдельно от традиционной графической платы и подсоединялись к ее выходу через обычный 15-контактный VGA- разъем. Сегодня 2D - и 3D-акселераторы объединены не только на одной плате, но и в одном кристалле графического процессора (ГП), причем 3D- акселераторы по скорости своего развития заметно опережают центральные процессоры. Судите сами: ЦП Pentium 4 содержит 54 млн. транзисторов, а мощные ГП фирм ATi Technology и NVIDIA - свыше 100 млн. каждый! История внедрения шины AGP изобилует поучительными примерами. Когда Intel разрабатывала спецификацию AGP, она расположила разъем привлекают любителей смотреть кино на большом экране. Панели развиваются по пути увеличения диагонали и удешевления технологии производства. В качестве компьютерных мониторов плазменные панели используются редко в силу невысокого разрешения. Какую выбрать видеокарту? Чтобы правильно выбрать видеокарту, нужно понять, зачем она нужна. Мощь видеокарты нужна в основном для игр с хорошей графикой, а для программ, просмотра фильмов, и простеньких игр подойдет и слабая. Видеокарта, по-другому ее называют графический процессор, формирует изображение и выводит его на монитор. Она так же должна подходить материнской плате. Если вы думаете при слабой видеокарте качество изображения на мониторе будет плохое, то вы ошибаетесь. Сейчас все, даже самые дешевые видеокарты обеспечат хорошее изображение. Ну а дорогие и мощные видеокарты нужны для того чтобы можно было играть в новые игры с 3D графикой. Так что если вы человек далекий от игр хорошим и экономным вариантом будет выбрать слабую видеокарту. Виды видеокарт. Видеокарты бывают двух видов: PCI и AGP. AGP - это утаревший тип видеокарт, он отличается от PCI тем, что на AGP та часть, которая вставляется в материнскую плату, имеет 2 выреза, а на PCI - 1. Видеокарту типа PCI невозможно вставить в разъём на материнской плате типа AGP. Итак, какую видеокарту выбрать. Основной показатель видеокарты - объем ее памяти, измеряется в МегаБайтах, так же есть еще один показатель - скорость шины, я вам не советую покупать видеокарту со скоростью шины менее 128 бит в секунду. У меня стоит видеокарта GeForce 4 объем памяти - 64 Mb, скорость шины - 128 бит в секунду. Если вас не интересуют игры, можете выбрать слабую видеокарту. Как видите, даже такая слабая видеокарта может обрабатывать игры с неплохой графикой. Существуют материнские платы со встроенной видеокартой, с таким вариантом вы не сможете играть, практически, ни в какие игры. Нужно заметить, что для воспроизведения фильмов мощь видеокарты не нужна, следовательно, для того чтобы смотреть фильмы подойдет любая, если, конечно, не лезть в "древнюю историю" компьютеров. Все же я вам не советую брать видеокарту слабее 64 Мб, прочем в магазинах такие фразы как видеокарта 64 Мб уже давно ушли в историю. Единственный способ найти слабенькую и дешевую видеокарту - взять ее б / у. Одним из первых шагов в улучшении существующих качеств Вашего компьютера является покупка видеокарты для Вашего компьютера. Если Вы купили компьютер в собранном виде в магазине розничной торговли или компьютерном сетевом магазине, вероятно, Ваш компьютер имеет интегрированный графический процессор. Что это будет означать для Вас? Интегрированный графический процессор - это типичная электронная микросхема, которая использует свою память совместно с существующей системной памятью Вашего компьютера. Она вмонтирована в материнскую плату и по качеству находится ниже некоторых поколений последних графических карт. Даже если Вы не играете в компьютерные игры или не проектируете графики, Вы почувствуете существенное увеличение скорости, модернизируя ваш компьютер установкой современной графической карты. Графическая карта обрабатывает все команды для того, чтобы создавать графику в Вашей системе, при этом оставляя процессор для выполнения других задач. Графическая карта имеет свою собственную память, которая намного быстрее системной памяти, и, таким образом, Ваш компьютер имеет больше доступной памяти для выполнения других задач. В то время как есть большое количество производителей графических карт, существует всего две крупные компании, производящие микропроцессоры, которые используются в этих графических картах - ATI и NVIDIA. Эти микросхемы известны как GPU's (Graphics Processing Units). Вы встретите такие популярные марки, как Radeon, All-in-Wonder и Crossfire - изготовленные ATI; и NForce, GeForce и Quadro - изготовленные NVIDIA. Когда Вы покупаете графическую карту, Вам необходимо узнать вид разъемов для видеокарт на Вашей материнской плате. Существует три вида разъемов для видеокарт: PCI, AGP и PCI-E. Почти каждая материнская плата имеет доступный PCI слот. Но интерфейс PCI не особенно быстр по сравнению с другими вариантами, поэтому посмотрите, можете ли Вы использовать AGP или PCI-E. В противном случае, сначала рассмотрите модернизацию Вашей материнской платы, чтобы использовать в своих интересах более высокие скорости. AGP слот обычно окрашивается в зеленый цвет. Вам нужно будет узнать от изготовителя Вашей материнской платы, может ли ваш AGP слот оперировать с самыми быстрыми AGP картами (8X), вместо более медленных карт (4X и 2X). Если Вы имеете довольно новую систему, то, скорее всего, у Вас есть PCI-E (PCI-Express) слот. Это позволит Вам использовать самые быстрые графические карты на сегодняшнем рынке. Однако знайте, тем не менее, что эти графические карты могут быть более дорогими. Второй фактор, который увеличивает цену графической карты, - количество памяти, которую имеет карта. Типичный интегрированный графический процессор имеет 32 Мб, но графические карты могут иметь от 64 Мб до 512 Мб. Чем больше памяти, тем больше вероятность, что Ваш компьютер будет оперировать с графикой с легкостью и без особых затрат времени. Это также позволит более быстрое переключение приложений или клавиш табуляции, и это особенно полезно для игр, которые могут иметь сотни фреймов, сохраняемых в памяти каждую секунду. У трехмерных игр, типа стрелков в первом лице и симуляторов полета, особенно интенсивная память. Последний фактор - свойства, в которых Вы, возможно, будете нуждаться. Графические карты предлагают Super-Video выход, TV-tuner вход (для того, чтобы записывать видео для мультимедийных проектов) и многие другие свойства. Убедитесь в том, что Ваша графическая карта может сделать все, что Вам, возможно, понадобится в будущем. Так, прежде чем Вы модернизируете Ваш жесткий диск, добавите больше памяти или купите второй монитор, настоятельно рекомендуем и выше), этот путь можно считать перспективным лишь для видеоускорителей высшего класса. Еще один способ - увеличить разрядность шины данных. У большинства производителей разрядность шины данных достигла 128 бит, то есть за один раз по такой шине можно передать 16 байт данных. Еще одно, довольно очевидное решение, - повысить частоту обращения к видеопамяти. Стандартная для современных видеоадаптеров память SGRAM работает на тактовой частоте 100 МГц, а у некоторых производителей уже используются частоты 125 и даже 133 МГц. Для чего все это нужно? Чем быстрее подготовленные графическим процессором данные поступают в RAMDAC и преобразуются в аналоговый сигнал, тем больший их объем за единицу времени будет “конвертирован” в изображение, что позволяет повысить его реалистичность и детализацию. Назначение устройства. Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеокартой, видеоплатой, видимокартой, видюхой, видео), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой, - преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию. Таким образом, связку видеоадаптер и монитор можно назвать видеоподсистемой компьютера. То, как эти компоненты справляются со своей работой, и в каком виде пользователь получает видеоинформацию, включая графику, текст, живое видео, влияет на производительность как самого пользователя и его здоровье, так и на производительность всего компьютера в целом. Принцип работы видеоадаптера. Прежде, чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение. Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать. Рассмотрим подробнее этапы следования данных от центрального процессора системы до монитора. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. При существующих версиях чипсетов шина PCI может иметь рабочие частоты от 25 MHz до 66 MHz, иногда до 83 MHz (обычно 33 MHz), а шина AGP работает на частотах 66 MHz и 133 MHz. Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров, это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера, графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения. Например, используют различные типы памяти, с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамять, используя 32-разрядную, 64-разрядную или 128-разрядную видеошину. Чем более высокое разрешение экрана используется и чем больше глубина представления цвета, тем больше данных требуется передать из графического процессора в видеопамять и тем быстрее данные должны считываться RAMDAC для передачи аналогового сигнала в монитор. Нетрудно заметить, что для нормальной работы видеопамять должна быть постоянно доступна для графического процессора и RAMDAC, которые должны постоянно осуществлять чтение и запись. В нормальных условиях доступ RAMDAC к видеопамяти на максимальной частоте возможен лишь после того, как графический процессор завершит обращение к памяти (операцию чтения или записи), т.е. RAMDAC вынужден дожидаться, когда наступит его очередь обратиться с запросом к видеопамяти для чтения и наоборот. Объемные изображения. После появления первых движущихся картинок Cinema началось великое шествие кино по планете. Сам факт появления на белом экране оживших фотографий производил сильное впечатление: все, происходившее на экране, казалось абсолютно реальным. Но как только страсти поутихли, некоторые инженеры-изобретатели уже в начале XX века стали задумываться над тем, как сделать плоское изображение более реальным, более объемным