Monitory a grafické karty

Monitory - fyzikální principy
1) KATODOVÁ OBRAZOVKA

Tyto obrazovky jsou momentálně nejrozšířenější a finančně nejdostupnější.
Elektronová tryska (v případě barevného obrazu jsou tři pro 3 základní barvy RGB, jejichž vzájemným mícháním se sestavuje barevný obraz) je zdrojem elektronového paprsku vyslaného ke stínítku obrazovky. Paprsek je pak vychylován v horizontálním i vertikálním směru (putuje zleva doprava, pak návrat zpět, posun o jeden řádek níže a celý proces se znovu opakuje). Takto se vykreslí na obrazovce celý obraz, poté se paprsek vrátí do výchozí polohy a celý děj se opakuje s novým obrazem. Působením vnějších vlivů je paprsek rozostřen. Proto před dopadem na luminofory prochází paprsek ještě maskou, která jeho tok usměrní. V případě barevného obrazu musí maska přesně vedle sebe usměrnit 3 paprsky současně. Jejich kombinací se vytváří jeden barevný bod. V následující části je uvedena možná klasifikace obrazovek. Předem uvádím, že dle dostupných materiálů neexistují žádná přesvědčivá objektivní a všeobecná kritéria upřednostňující jednu technologii proti druhé.

Podle způsobu usměrňování barevných paprsků se katodové obrazovky dělí :

Katodová obrazovka s bodovou maskou (Delta uspořádání)

Jedná se o nejstarší typ barevné obrazovky se stínící maskou. Elektronové trysky jsou umístěny do vrcholů rovnostranného trojúhelníku.
Jednou z hlavních nevýhod je deformace obrazu v okrajích obrazovky, která se u invarových obrazovek eliminuje klenutím obrazovky.

Katodová obrazovka s aperturní mřížkou (Trinitron)

Tyto obrazovky patří mezi ploché (Trinitron firmy Sony, Diamondtron firmy Mitsubishi). Maska je vytvořena ze svislých drátků, zpevněných dvěma příčnými drátky.
Výhodami jsou vyšší jas, kontrast bez ztráty ostrosti, deformace obrazových bodů je eliminována snížením vzdálenosti jednotlivých drátků.
Velkou nevýhodou je naopak měkkost masky, která tak snáze podléhá deformacím (např. magnetické pole reproduktorů dokáže masku trvale poškodit).

Katodová obrazovka se štěrbinovou maskou (CromaClear)

Hybridní obrazovka firmy NEC. Jedná se o kombinaci trinitronového obrazu s osvědčenou trvanlivostí invarové obrazovky s bodovou maskou.Používá se maska s elipticky varovanými luminofory. Díky nim by se mělo zvýšit vodorovné a svislé rozlišení, což je výhodné zvlášť pro aplikace pracující s textem.

2) PLOCHÉ DISPLEJE

2.1. LCD (Liquid Crystal Displays) - displeje z tekutých krystalů
- pasivní TN displeje (Twisted Nematic)
První ploché displeje. Tekuté krystaly jsou umístěny mezi dvěma skleněnými deskami, na nichž jsou elektrody a polarizační filtr. Jestliže je na elektrodách napětí, molekulární tyčinky (Twisted Nematic) se díky svým optoelektrickým vlastnostem jinak prostorově orientují a polarizují světlo. Barevný účinek určuje výška LC vrstvy. Protože světlo na své cestě tekutými krystaly ztrácí na intezitě trpí LCD slabým kontrastem.

- pasívní STN displeje (Super Twisted Nematic)
Úhel natáčení tyčinek se z původních 90° zvětší na 240°. Znatelně se zlepší kontrast, ale zvětší se rovněž barevné zkreslení (dopadající světlo se láme více nebo méně dle různých vlnových délek každé barvy).

- DSTN displeje ( Double Super Twisted Nematic)
Dvě vrstvy STN na sobě. Jedna vrstva (aktivní) je elektricky ovlivněna tak, že se tyčinky přestanou natáčet. V druhé (pasivní) se tyčinky stále otáčí o 240° proti směru hodinových ručiček. Dopadající světlo se v této vrstvě lomí stejně jako u STN panelů, druhá vrstva tuto chybu opět koriguje. Výsledkem je lepší kontrast než u předchzích typů.

- TFT displej (Thin Film Tranzistor)
LC vrstvy jsou osazeny drobnými tranzistory, přičemž každý z těchto tranzistorů řídí jeden obrazový bod.

Výhody:

urychlení reakční doby (rychlost překreslení obrazu)
pohyby na displeji bez stínů
bez barevných chyb
menší spotřeba proudu
menší tloušťka
velký kontrastní poměr
Nevýhody:
komplikovaná výroba
vysoká cena.

- Fero LCD (Feroelektrický displej)
LCD buňky nahrazeny feroelektrickými, které jsou schopny zachovávat obraz až do nového impulsu bez překreslování a zároveň reagují rychleji než LCD buňky. Tato technologie přináší lepší obraz než STN, ale výroba je nákladná a navíc displeje jsou těžké, tzn pro přenosné počítače nepoužitelné.

2.2. PLAZMOVÉ DISPLEJE (PD)
Objevily se v polovině 80- tých let. V těchto obrazovkách je směs plynů neonu a argonu, kterou elektrické pole přiměje k vyzařování. Barva vzniká přimísením svítících látek, které se aktivují ultrafialovým zářením plazmy. Nevýhodou je nedostatečná kvalita obrazu (reflexe poškozují kontrast a reprodukci barvy). Výhodami jsou nízké pořizovací náklady a dlouhá životnost. Předpokládá se jejich uplatnění spíše jako televizních než počítačových monitorů.

2.3. PLAZMATRONOVÉ DISPLEJE (PALC) (Plazma Adressed Liquid Crystal)
(firma Sony). Jedná se o kombinaci techniky LCD a plazmy. Pomocí přesně dávkovaného výboje plynů se zapínají a vypínají tekuté krystaly. Celkový obraz se pak skládá z asi 450 horizontálních plazmových kanálů. Výhodou je jednoduchá stavba pro velké a lehké obrazovky, cenově výhodná výroba, dobrá obrazová kvalita. Předpoklad je, že se nejprve uplatní v televizních příjmačích.

Technická data monitorů

úhlopříčka -běžné velikosti obrazovek monitorů (15", 17", 19", 21" , 23"), u některých monitorů se ještě udává skutečně viditelná plocha
rozlišení - obraz na monitoru se skládá z bodů (pixelů) s určitou roztečí, ty se udávají v horizontálním a vertikálním směru (např. 800x600 - 600 řádků a každý s 800 body)
Optimální rozlišení
pro 15" 800x600
pro 17" 1024x768
pro 19" 1152x870
pro 21" 1280x1024; 1600x1200
rozteč bodů (Dotch pitch) - vzdálenost mezi body (proužky nebo elipsami) stejné barvy. Čím vyšší rozlišení, tím nižší vzdálenost.
Standart pro obrazovky :
s bodovou maskou 0,27 mm a méně

Trinitron a CromaClear 0,25 mm a méně
frekvence -
Řádková (horizontální) [kHz] - udává řádky za s.
Obnovovací (vertikální) [Hz] - udává kolikrát se nakreslí (obnoví) obraz za s. Obnovovací frekvence od 72 Hz se považuje za neblikavé zobrazení. Při vyšších obnovovacích frekvencích obraz sice nebliká, ale je obětována kvalita obrazu. Aby totiž vedle sebe mohl být zobrazen bílý a černý bod je třeba, aby elektronový paprsek přešel od nulové k plné intenzitě za velmi krátkou dobu. Jestliže nemá dost času, přechod mezi těmito body bude šedivý. Řešením pak je zvolit nejnižší obnovovací frekvenci při níž už nepozorujeme blikání - optimální 85 Hz.
ergonomické normy -
MPR II.
TCO 92
TCO 95.
Standartem je TCO 92, který obsahuje pro monitory doporučené hraniční hodnoty magnetického a elektrického střídavého pole a elektrostatického náboje.
TCO 95 obsahuje pro monitory totéž co TCO 92, navíc však obsahuje předpisy pro záření a mechanismy pro úsporu energie u počítačů a klávesnic, u monitorů pak ještě kvalitu obrazu (blikání, ostrost, reflexe, rozdělení jasu), rovněž normy pro tepelné vyzařování, hluk a ekologická hlediska.
šířka videopásma - [MHz] odpovídá počtu obrazových bodů, které mohou být zobrazeny za s.
vztahy šířky pásma k obnovovací frekvenci při daném rozlišení současných monitorů:

69 MHz - 1024x768 / 86 Hz, 1152x870/ 76 Hz, 1280x1024 / 65 Hz (pro monitory 15' a slabší 17')

86 MHz - 1024x768 / 105 Hz, 1152x870 / 94 Hz, 1280x1024 / 81 Hz (pro monitory 17' )

95 MHz - 1024x768 / 116 Hz, 1152x870 / 104 Hz, 1280x1024 / 89 Hz, 1600x1200 / 76 Hz (typický 21')

---

GRAFICKÉ KARTY

Digitálně pracující počítač potřebuje ke spolupráci s analogově pracující obrazovkou vhodné rozhraní, tj. grafickou kartu.

Grafický procesor
dostává digitální informaci o obrazu přímo z procesoru, z uvedených informací vytvoří přesný obraz pozdějšího obsahu obrazovky tak, že propočítá jednotlivé body obrazu (pixely).
pasivní karta- nejstarší - místo grafického procesoru jen čip, který zobrazoval data dodaná z procesoru počítače.
grafický urychlovač(akcelerátor) odnímá počítačovému procesoru práci týkající se přípravy dat pro obrazovku.

Propojovací vedení - slouží k přivedení obrazové informace do videopaměti. Datové sběrnice mezi jednotlivými komponenty mohou přenášet 16, 32, 64 i 128 bitů (standart 64 b.).

DAC (digitálně analogový převodník) - jeho frekvence převodu má rozhodující vliv na grafický systém stejně jako vlastnosti použité paměti Z paměťových prvků si DAC vyzvedává informaci o obrazu. Dokud DAC informace nedočte, nemůže grafický čip zapisovat do paměti žádné nové obrazy. Z tohoto důvodu se udává u DAC pixelová (bodová) rychlost. Dá se rovněž vypočítat - požadované rozlišení x obnovovací frekvence + 30% pro synchronizaci.

Paměti - dříve se používaly DRAM (Dynamic Random Access Memory), dnes VRAM (Video Random Access Memory) oproti DRAM umožňují současné čtení a zápis. Na trh jsou uvedeny i paměti WRAM (Window RAM), které umí totéž co VRAM, ale měly by být díky vyším taktovacím rychlostem rychlejší. Kvalitu karty určujeme i podle velikosti paměti (např. pro 17" monitor s rozlišením 1024x768 a barevnou hloubkou 16 b. potřebujeme paměť 1572864 B, což znamená, že si musíme opatřit kartu o velikosti 2MB). Osazování paměti totiž postupuje vždy po dvojnásobcích. Existují paměti 1, 2, 4, 8 MB.

Technika 3D grafických karet
3 D zobrazení je běžným nástrojem i ve světě počítačů. Protože je při tomto zobrazení nutný mimořádný výpočetní výkon uvažuje se o odlehčení procesoru. Jsou tři možnosti :
přesun výpočtů ke koprocesoru
přesun potřebných funkcí do samotného grafického čipu (akcelerátoru)
umístění 3 D čipu na grafickou kartu -
2 řešení
- (fa Matrox karta Millennium) návrh vychází z klasického 3D použití, v němž se vedle běžné paměti obrazu používá i tzv Z-buffer. Tam se ukládá "třetí rozměr". Jeho nevýhodou je však vysoký objem prováděných výpočtů při převádění na 2D a vysoké náklady, protože Z-buffer potřebuje dostatek paměti
- (fa Nvidia karta Diamond Edge 3D) 3D zobrazení se propočítá pomocí algoritmu, ale neukládá se do Z-bufferu

Ovladače - velmi důležitá je softwarová podpora - tedy dobrý ovladač - řídí komunikaci mezi vstupním nebo výstupním zařízením a počítačem a zohledňuje přitom zvláštnosti příslušné karty. Ovladače jsou závislé na typu grafické karty a pomocí instalačního programu se začlení do operačního systému. Jako softwarové rozhraní mezi operačním systémem a grafickou kartou se starají o to, aby byl výkon karty co nejefektivněji využit.