Мониторы.

Немного истории.

История развития дисплеев и телевизоров шла параллельтно. и те и другие основаны на технологии электронно-лучевой трубки(ЭЛТ), разработанной для осциллографов в начале 30х годов.

рис.1. БЭСМ-6. Вывод информации только через принтер и индикаторы.

До пятидесятых годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Во многом этому сопутствовала медлительность машин того типа, что позволяло операторам обрабатывать информацию на бумаге. Однако ускорение работы компьютеров, а так же быстрые темпы применения дисплеев позволили в начале 50-х годов оснастить компьютеры осциллографами, которые, однако, использовались не для вывода информации, а для проверки электронных цепей вычислительной машины. Впервые в 1950 году в Кембриджском университете электронно-лучевая трубка осциллографа была использована для вывода графической информации на компьютере EDSAC. Через полгода английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера "Марк 1" программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Через некоторое время, в Америке, на базе компьютера "Вихрь", в рамках военного проекта произошла демонстрация графического представления на мониторе (20 апреля 1951 года). Тогда радиолокатор передавал монитору данные, и монитор выводил положение самолета на экран в виде точки и буквы "Т" (от слова target - цель).

рис.2. Осциллограф 70х годов.

Следует так же отметить, что мониторы тех дней были векторные, то есть в мониторе пучок электронов (один на то время) создает линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому, таких понятий как частота экрана еще не было. Не было также необходимости разбивать экран на пиксели. Такие мониторы не предполагали наличие видеоадаптеров, процессор сам указывал дисплею место, куда надо было направить пучёк электронов.

Потом начали появляться первые персональные компьютеры. Для удешевления, а так же в связи с довольно широким распространением телевизоров, решено было использовать последние в качестве мониторов. Надо так же отметить, что было 2 вида подключения ЭВМ. Первый – это непосредственно блок ЭВМ подключался телевизионным кабелем напрямую к телевизору в качестве приставки, второй – ЭВМ подключался коаксиальным кабелем к непосредственно экрану телевизора, который был отдельно от телевизорного блока.

рис.3. Монитор CGA

Потом начали появляться первые ЭЛТ мониторы. На вход им подавалась уже картинка, которую они сами рисовали.

Первые мониторы CGA обладали целыми четырьмя цветами, а так же грфикой, что по сравнению с текстовыми Hercules-адаптерами было большим прорывом. Кстати, цвета на некоторых компьютерах(Например, советсткий компьютер Поиск) были чёрный/белый/жёлтый и фиолетовый и картинка, соответственно, была несколько странной.

Потом уже появились EGA/VGA/SVGA/XGA... Начиная с EGA мониторы начали получать информацию в аналоговом виде, потому что цифрового уже не хватало на передачу всех цветов и разрешений.

Шнур CGA	Разъём VGA	Разъёмы DVI.

рис.4. Разъёмы.

Не так давно появились жидкокристаллические(ЖК) мониторы. А вместе с ними-новый(хорошо забытый старый) способ передачи данных-цифровой. Был разработан новый разъём для мониторов: DVI. Из-за его цифровой структуры, на него наводится намного меньше помех, что намного повышает качество изображения. Кроме того, в нём остались линии, передающие аналоговый сигнал.

Принципы работы ЭЛТ мониторов.

рис.5. Устройство монитора. 1-Электронные пушки, 2-лучи, 3-фокусирующие катушки,

4-отклоняющие катушки, 5-вывод анода, 6-теневая маска, 7-люминофор, 8-увеличение люминовора

На монитор приходят несколько сигналов. Это: красный цвет, зелёный цвет, синий цвет. Эти сигналы кодируются несколькими уровнями в зависимости от количества цветов. Кроме того, присутствует синхронизация ит земля для каждого цвета, синхронизация вертикальной и горизонтальной развёртки. Монитор "расшифровывает" этот сигнал, декодирует и подаёт на электронные пушки(цвета) и отклоняющую систему(синхронизацию).

Электронных пушек[1] у цветных мониторов три: краснаяя, зелёная и синяя. На самом деле, они одинаковы, цвет задаёт люминофор, которым покрыт экран кинескопа. Смешивая эти цвета в разных пропорциях(разная скорость электронов), можно получить очень много разных цветов и оттенков(16-х битные мониторы способны показать два в тридцать второй степени, т.е. 65536 цветов и это не предел).

Затем лучи [2] проходят через систему фокусирующих катушек [3]. Как ясно из названия, она фокусирует лучи, чтобы они сходились точно на люминофорном покрытии.

После этого лучи проходят сквозь отклоняющую систему[4]. Она делится на две части: горизонтальную и вертикальную. Они отклоняют лучи соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Т.к. лучи-это потоки электронов, то их можно легко отклонять магнитным полем. Состоит эта система из четырёх электромагнитов и управляется вертикальной и горизонтальной синхронизацией.

Отклонившись на нужный угол, лучи должны ройти через теневую маску[6](или апертурную решётку у некоторых моделей). Это очень мелкая сетка, которая служит для ещё более точного фокусирования лучей на люминофоре нужного цвета.

И, наконец, электроны попадают на люминофор[8]. Это специальное вещество, которое светится при попадании на него высокоэнергетических электронов. Важной характеристикой люминофора является время послесвечения-время, которое он светится досле попадания на него электрона. Это время должно соответствовать частоте обновления монитора. Если люминофор светится слишком мало, будет заметно мерцание, если слишком долго-картинка будет размытой.

рис.6. Формирование изображения.

Изображение формируется следующим образом:

Монитор получает цвет пикселя. Пушки постоянно выбрасывают нужный поток электронов. Поток проходит через все системы и попадает на экран. Затем, при получении следущего пикселя, отклоняющая система отклоняет поток электронов на один пиксель вправо. И так для всей строки. После окончания строки, отклоняющая система отклоняет пучки электроноу на одну строку вниз и проходит строку справа на лево. Так перерисовывается весь экран. Затем система возвращается в левый верхний угол.

Принцип работы ЖК мониторов.

рис.7. Принцип работы ЖК-монитора.

В ЖК мониторах, как ясно из их названия, используются жидкие кристаллы. Немного углубимся в историю жидких кристаллов. Как обычно и происходит в науке, жидкие кристаллы были открыты случайно. В 1888 году Фридрих Рейнзер (Friedrich Reinitzer), австрийский ботаник, изучал роль холестерина в растениях. Один из экспериментов заключался в нагреве материала. Ученый обнаружил, что кристаллы становятся мутными и текут при 145,5°, а далее кристаллы превращаются в жидкость при 178,5°. Фридрих поделился открытием с Отто Леманном (Otto Lehmann), немецким физиком, который обнаружил у жидкости свойства кристалла в отношении реакции на свет. С тех пор и пошло название "жидкие кристаллы".

рис.8. Поворот молекулы жидкого кристалла.

Жидкие кристаллы способны под воздействием электричества "скручиваться" на определённый угол, как показано на рисунке 8. При этом они изменяют поляризацию проходящего через них светового потока.

рис.9. Принцип работы ЖК мониторов.

Если необходимо в данном пикселе показать цвет, то поворачиваем кристалл на нужный угол, свет, проходящий через него поляризуется так же, как и стекло-поляризатор, и свет способен выйти за пределы монитора. Если необходимо погасит данный пиксель, просто поворачиваем его на другой угол, свет поляризуется в перпендикулярной поляризатору плоскости, и свет не проходит. Если нужен цветной монитор, прпосто увеличиваем количество кристаллов в три раза. Яркость каждого цвета задаётся углом поворота кристалла.