TEHNOLOGII MODERNE
DE AFISARE
Unul dintre cele mai importante componente ale sistemelor de calcul moderne este dispozitivul de afisare. Acesta are un rol important în schimbul de mesaje si de date între calculator si utilizator.
Dispozitivele moderne de afisare sunt:
monitoarele realizate cu tuburi catodice
ecrane plate
Monitoarele sunt comandate de catre placa grafica, aceasta transmitând monitorului semnalele ce contin informatia legata de continutul imaginii ce trebuie afisata si semnalele de comanda.
PLACA GRAFICA
Placa grafica are un rol important în generarea imaginilor si calitatea placii determina calitatea imaginii afisate.
Placile grafice au urmatoarele componente:
Procesorul
Memoria video
DAC
Procesorul este cel mai important element al placii grafice. Procesoarele grafice moderne se disting prin rutine speciale implementate hardware. Daca pe ecran trebuie reprezentata o linie, atunci CPU nu mai transmite procesorului grafic coordonatele fiecarui punct al dreptei, ci numai coordonatele punctelor de început si sfârsit ale liniei si informatia ca linia este o dreapta. Urmeaza ca procesorul grafic sa redea pe ecran o dreapta fara a încarca microprocesorul calculatorului mai departe.
Caracteristica cea mai importanta a procesorului grafic este latimea în biti cu care procesorul comunica extern cu placa grafica. Acceleartoarele grafice moderne lucreaza cu o latime de biti între 32 si 64 de biti.
Memoria. Placile grafice pot fi echipate cu module de memorie de tip DRAM sau VRAM. Modulele DRAM (Dynamic RAM) au avantajul ca memoria este mult mai ieftina decât in cazul modulelor VRAM (Video RAM). Deosebirea între cele doua tipuri de memorie consta în modul în care le acceseaza procesorul grafic. La memoriile DRAM, procesorul poate numai sa scrie date în memorie sau numai sa citeasca date din memorie. Memoriile VRAM ofera doua cai de intrare si de iesire permitând astfel procesorului sa scrie date într-o parte a memoriei si simultan sa citeasca date din alta parte a memoriei. In ultima vreme se utilizeaza memorii DRAM împartite în mai multe domenii la care procesorul are acces succesiv pentru citire si scriere aceste memorii putând atinge viteze de acces mai mari.
Capacitatea memoriei instalata pe placa grafica influenteaza profunzimea culorii. Cu cât sunt mai multe culori ce pot fi reprezentate de catre placa grafica, cu atât este nevoie de mai multa memorie. De asemenea, dimensiunea memoriei este direct proportionala cu rezolutia imaginilor ce pot fi reprezentate.
DAC (Digital Analog Converter) este componenta placii grafice care are rolul de a transforma semnalul digital furnizat de catre placa grafica în semnal analogic utilizat de catre monitor. La DAC-urile performante, frecventa de tact porneste de la 132mhz. Frecventa de tact da o informatie despre posibilele rate de reîmprospatare a imaginilor, la diferite rezolutii.
La placile grafice utilizate in aplicatiile multimedia, unde frecvent este nevoie de rularea unor secvente video ale caror dimensiuni sa poata fi reglate, s-au adaugat acceleratoare video. Acceleratoarele video pot mari viteza de derulare a imaginilor si pot îmbunatati posibilitatile de scalare a imaginilor folosind metode de interpolare cu ajutorul unor functii speciale.
MONITOARELE CU TUBURI CATODICE
Acest tip de monitoare functoneaza pe baza principiului emisiei foto-electrice. Un fascicol de electroni emisi de catre un catod bombardeaza ecranul acoperit cu un strat de fosfor care emite lumina. Monitoarele color au fosfor asezat sub forma de pastile, grupate cate trei, fiecare emitând lumina cu cele trei culori primare: rosu, verde, albastru, întreaga paleta coloristica obtinându-se prin aditia cromatica a celor trei culori. Cele trei pastile de siliciu trebuie sa fie suficient de apropiate încat ochiul uman sa nu distinga decât un punct pe ecran. Fiecarei culori primare îi corespunde un tun electronic ce emite fascicol ce bombardeaza numai pastilele ce se lumineaza în culoarea asociata tunului.
CARACTERISTICILE TUBURILOR CATODICE:
1. Dimensiunea pixelului - Dot Pitch. Dimensiunea pixelului este distanta între doua grupuri (triplete) RGB adiacente. Cu cât aceasta distanta este mai mica, densitatea de puncte este mai mare si se pot obtine rezolutii mai mari. Pe de alta parte , reducerea dimensiunii unui pixel implica reducerea stralucirii.
2. Banda de frecventa. Acest factor afecteaza de asemenea rezolutia maxima a monitorului. Banda de frecventa reprezinta capacitatea circuitelor video de a reprezenta un singur pixel aprins sau, eventual, stins. Semnalul trebuie sa ajunga la cele trei tunuri de electroni prin intermediul amplificatoarelor video. Daca amplificatoarele nu sunt suficient de bune, atunci semnalul este degradat. Rezolutia imaginii afisate de monitor este direct proportionala cu banda de frecventa.
3. Frecventa orizontala si frecventa verticala. Frecventa orizontala, numita si frecventa liniilor, da tactul cu care spotul de electroni construieste fiecare rând, sau altfel spus ea reprezinta numarul de rânduri pe care monitorul le poate reprezenta într-o secunda. Frecventa verticala (de repetitie) stabileste cate imagini poate construi un monitor într-o secunda. Pentru a se obtine o imagine de calitate cât mai buna este necesar ca frecventa de repetitie sa fie cât mai ridicata.
4. Focalizarea. Fluxul de electroni nu are forma cilindrica, ci mai degraba conica si este ceva mai mare decât orificiul mastii perforate. Aceasta duce la cresterea numarului de electroni ce întâlnesc masca, rezultatul fiind cresterea temperaturii mastii si deci dilatarea mastii, dilatarea mastii având drept consecinta scadea calitatii imaginii. Pe de alta parte, ecranul nu are foma sferica, deci distanta dintre tunul de electroni si suprafata fosforescenta nu este constanta, fiind mai mare spre margine decât la centru, punctul în care converg cele trei fluxuri aflându-se înaintea mastii si nu pe acesta. De asemenea faptul ca la marginea ecranului fascicolul de electroni cade oblic fata de suprafata ecranului duce la cresterea energiei absorbite de catre masca si la scaderea fluxului de electroni pe ecran.
5. Convergenta este capacitatea celor trei fascicole R,G,B, de a sosi în acelasi timp pe masca. Este greu de obtinut covergenta perfecta detorita dificultatilor întâmpinate în deflexia sub unghiuri foarte precise a fascicolelor. Corectarea erorilor de deflexie se face prin folosirea unor magneti situati pe tubul catodic sau a tehnologiilor de control digital prin care ecranul este împarti în zone, reglajul facându-se în fiecare zona în parte.
6. Efectul Moiré se caracterizeasa prin aparitia unor interferente datorate neconcordantei dintre grila de puncte generata de fluxul de electroni si cea a mastii. În cazul în care se doreste reprezentarea unui fundal format dintr-o retea de puncte, fluxul de electroni ar trebui sa descrie pe suprafata fluorescenta forma retelei, dar deoarece între fluxul de electroni si luminofor se interpune masca, aceasta nu permite tuturor pixelilor sa fie reprezentati corespunzator, unii fiind "ascunsi" deoarece reteaua generata de catre placa video nu se poate mapa perfect peste reteaua de orificii a mastii.
Controlul culorii si nivelul de alb ofera posibilitatea de a controla separat amplificarea celor trei culori primare, precum si controlul nivelului de alb. Nivelul de alb se exprima de obicei sub forma unei temperaturi în grade Kelvin. Cele mai raspândite valori sunt:
|
Temperaturi |
Echivalent |
Aplicatii |
|
K |
Hârtie |
Procesare text |
|
K |
TV |
Multimedia/Video |
TEHNOLOGIILE TUBURILOR CATODICE
Principalele tehnologii de realizare a tuburilor catodice sunt:
Tuburile Dot Trio (Delta)
Este cea mai raspândita tehnologie si are la baza o masca metalica perforata asezata exact înaintea stratului de sticla. Aceasta separa cele trei tunuri de electroni de suprafata fosforescenta, având menirea de a asigura pozitionarea fluxului peste pastila de fosfor de culoarea respectiva, fara a permite atingerea pastilelor vecine. Atât fosforul cât si sectiunea fluxului de electroni sunt circulare si sunt dispuse sub forma unui triunghi.
Printre avantajele acestei tehnologii mentionam:
Caractere suficient de clare, chiar si cele de dimensiune redusa.
Buna uniformitate a culorii.
Raport bun performanta/pret.
Nu necesita fire orizontale de consolidare prezente la tuburile Trinitron.
Prezinta o buna robustete mecanica.
Folosirea acestor tuburi necesita o focalizare dinamica pentru ca dispunerea în triunghi a tunurilor sa nu afecteze focalizarea în colturile imaginii. Distanta între pixeli -mai mare de 0,28 mm- nu permite marirea calitatii ca în cazul celorlalte tehnologii
Tuburile Aperture Grille (Trinitron)
Aceste tuburi sunt produse de catre firma Sony, diferenta majora fata de tuburile Delta fiind înlocuirea mastii de metal cu o retea de fire verticale -"aperture grille"- având un potential ridicat. Suprafata fosforescenta nu mai este organizata în puncte ci în benzi verticale.
Aceste tuburi au caracteristicile:
Se foloseste mai putin metal pentru realizarea mastii, ceea ce implica o cantitate mai mica de energie absorbita de aceasta si deci reducerea caldurii disipate.
Folosirea unei suprafete mai mari de fosfor, generând o cantitate mai mare de lumina.
Poate fi folosit un strat de sticla de culoare închisa pentru a mari contrastul.
Suprafata ecranului este cilindrica si nu sferica, reducând reflexia luminii.
Existenta retelei de fire scade rezistenta la solicitarile mecanice. Se impune folosirea unui fir orizontal pentru stabilizarea retelei verticale, fir care obtureaza baleierea.
Tuburile Trinitron folosesc un singur tun de electroni cu trei raze.
Tuburile Croma Clear
Aceasta tehnologie a fost introdusa de firma NEC in 1996 si îmbina avantajele celor doua tehnologii prezentate anterior. Aceasta se caracterizeaza printr-o masca din aliaj INVAR -aliaj folosit la toate tuburile NEC- care prezinta un coeficient de dilatare neglijabil, dar, de aceasta data orificiile mastii nu mai au forma circulara, ci eliptica. Tunul de electroni are de asemenea o forma eliptica, pentru a se asigura un transfer maxim de energie de la acesta spre suprafata fosforescenta fara pierderi de energie spre masca. Asemeni tuburilor Trinitron, tunurile, ca si fosforii ce compun un pixel, sunt asezati în linie orizontala.
Principalele carasteristici ale acestei tehnologii sunt:
O mai buna acoperire a unui pixel cu fosfor decât în cazul Dot Trio.
Combina avantajele tehnologiei Dot Trio -buna convergenta, imagine stabila si clara- cu cele Aperture Grille -contrast ridicat, claritate si o foarte buna claritate a culorii.
Nu necesita fire orizontale de sustinere si deci spatiul de afisare nu este afectat.
Masca din aliaj INVAR.
Prezinta o buna robustete mecanica.
TEHNOLOGIA ECRANELOR PLATE
Tehnologia ecranelor plate a cunoscut o dezvoltare puternica odata cu aparitia calculatoarelor portabile care aveau nevoie de monitoare usoare si cu un consum redus de energie.
Celula STN (Super Twisted Nematic) realizata printr-o orientare mai puternica a stratului de cristale lichide si o rotire suplimentara a elementelor de polarizare de pe placile de sticla s-a obtinut un contrast de cca. 7:1 si un unghi de observare mai mare decât la celula TN. Astfel s-au putut realiza display-uri VGA cu o rezolutie de 1120X780 pixeli, dar monocrom, deoarece lumina care trece printr-o celula STN este modificata, Lumina alba initiala, care contine întreaga paleta de culori, este absorbita diferentiat, de aceea fondul unui astfel de display nu este alb, ci are de obicei o nuanta galben-verzuie sau portocalie, punctele negre având culoarea de albastru închis pâna la violet.
Pentru depasirea dificultatilor aparute în cazul celulelor STN s-a încercat compensarea absorbtiei de lumina prin adaugarea de pigmenti colorati si s-au obtinut asa numitele ecrane LCD Blue Mode.
Celula DSTN (Double Super Twisted Nematic) lasa sa treaca nemodificata lumina alba, prin utilizarea unei duble umpluturi cu STN. Cele doua straturi sunt rotite între ele, obtinându-se astfel culori reale. Astfel s-au putut realiza display-uri performante alb-negru si color.
În prezent se utilizeaza LCD-uri cu greutate redusa produse prin tehnologia TSTN (Triple Super Twisted Nematic) . Cu aceasta tehnica aberatiile cromatice sunt corectate prin folii speciale montate în spatele celulei STN, fiind numite FTN (Film Super Twisted). Aceste celule permit obtinerea unor valori ale contrastului între 10:1 si 15:1.
Pentru obtinerea unor imagini cu un contrast foarte bun, trebuie realizat un câmp electric exact în locul în care se doreste obtinerea unui punct luminos, respectiv întunecat. Pentru un display VGA cu o rezolutie 640X480 pixeli sunt necesare 307200 puncte.
Pentru a obtine un câmp electric în punctele dorite se utilizeaza o matrice de comanda ce poate fi de doua tipuri:
matrice pasiva
matrice activa
LCD-urile cu matrice pasiva sunt realizate prin acoperirea placilor din sticla cu o retea de conductori transparenti (pentru VGA exista 480 de conductori orizontali pe o placa de sticla si 640 verticali pe cealalta), fiecare intersectie reprezentând un punct al imaginii. Acesta este comandat când apare o tensiune în perechea linie-coloana corespunzatoare. Aceasta tehnica prezinta dificultati deoarece câmpul electric nu apare numai în intersectii ci si de-a lungul conductorilor activi. Aceasta tensiune duce la o reducere importanta a contrastului daca se folosesc cristale lichide ce reactioneaza la variatii reduse de tensiune (pentru a reprezenta mai multe trepte de gri).
Prin folosirea tehnicii pasive, rezolutiile înalte se obtin în detrimentul numarului de trepte de gri, iar un contrast mare duce la scaderea rezolutiei. În plus, ecranele plate pasive lucreaza foarte lent, timpul de reactie fiind ce cca. 200ms, ceea ce duce la un efect de stergere (afisare incompleta) a ecranului la la schimbari rapide de imagine.
LCD cu matrice activa sau TFT (Thin Film Transistor) asigura rapoarte de contrast de 60:1 pâna la 100:1 si timpul lor de reactie permite o schimbare rapida a imaginii, necesara in cazul redarii imaginilor în miscare.
La un ecran TFT, placile de sticla sunt acoperite cu tranzistori sau diode, în mai multe etape, prin tehnica foliilor de filme. Fiecare din ele comanda numai un singur punct al imaginii si regleaza intensitatea câmpului electric si durata acestuia. Acestor avantaje li se opune fiabilitatea redusa deoarece daca un element semiconductor se defecteaza, în punctul determinat de acesta ecranul ramâne orb.
Culoarea tripleaza complexitatea, deoarece fiecarui punct al imaginii i se asociaza trei tranzistoare sau diode cu un filtru adecvat (în culorile rosu, verde, albastru). Diferitele nuante de culoare se obtin prin combinarea celor trei componente de culoare.
Cristale feroelectrice. Acesta este un nou tip de cristale ce se utilizeaza la realizarea LCD. Materialul reactioneaza mai repede decât celulele nematice si este bistabil. Prin aceasta, FLCD (Ferroelectric LCD) îsi conserva imaginea creata, pâna când un nou impuls suprascrie vechea informatie imaginea pastrându-se fara pâlpâire timp îndelungat. Un dezavantaj al FLCD este ca reactioneaza foarte sensibil la modificarile temperaturii exterioare.
Datorita consumului mic de energie si greutatii reduse, ecranele plate s-au impus mai ales în domeniul calculatoarlor portabile. Principalul dezavantaj al acestora a ramas pretul ridicat, dupa rezolvarea problemelor legate de contrast si viteza de reactie prin utilizarea matricilor active.
Între doua placi de sticla se gasesc cristale lichide ale caror molecule în forma de bastonase, sunt aliniate paralel cu placile. Lumina care intra va fi polarizata liniar, undele de lumina oscilând într-un singur plan. Dupa aceea, fscicolul de lumina este descompus în doua parti care sunt polarizate perpendicular. Efectul este ca lumina trece prin primul polarizor, locul este luminat, datorita câmpului electric, bastonasele se ridica, lumina nu va mai fi despartita si primul polarizor va împiedica trecerea acesteia.
Constructia unei celule TN corespunde celei LC nematice, numai ca placa de sus este rotita cu 90 . Astfel, bastonasele care se gasesc direct pe sticla, ramân lipite: cristalul lichid este rotit elicoidal (twisted). Când lumina polarizata liniar trece printr-o astfel de celula, va fi descompusa. În urma rotirii elicoidale, lumina trece prin primul polarizor. Locul se va lumina, iar contrastul va creste. Sub actiunea câmpului electric, bastonasele se ridica, iar primul polarizor va bloca fascicolul nedescompus.
|
