Жидкокристаллические мониторы

Жидкие кристаллы представляют собой вязкие органические молекулы, ко­торые двигаются, как молекулы жидкостей, но при этом имеют структуру, как у кристалла. Когда молекулы расположе­ны в одну линию, оптические качества кристалла зависят от направления и по­ляризации воздействующего света. При использовании электрического поля линия молекул, а следовательно, и оптические свойства меняются. Если воздей­ствовать лучом света на жидкий кристалл, интенсивность света, исходящего из самого жидкого кристалла, может контролироваться с помощью электричества. Это свойство используется при создании индикаторных дисплеев.

Экран жидкокристаллического дисплея состоит из двух стеклянных парал­лельно расположенных пластин, между которыми находится герметичное про­странство с жидким кристаллом. К обеим пластинам подсоединяются прозрач­ные электроды. Искусственный или естественный свет за задней пластиной освещает экран изнутри. Электроды, подведенные к пластинам, используются для того, чтобы создать электрические поля в жидком кристалле. На различные части экрана воздействует разное напряжение, что и позволяет строить изобра­жение. К передней и задней пластинам экрана приклеиваются поляроиды, по­скольку технологически дисплей требует поляризованного света. Общая струк­тура показана на рисунке а.

а б

Рисунок – Структура экрана на жидких кристаллах (а); желобки на передней и задней пластинах, расположенные перпендикулярно друг к другу (б)

 

В настоящее время используются различные типы жидкокристаллических дисплеев, рассмотрим только один из них – дисплей со скрученным нематиком (Twisted Nematic, TN). В этом дисплее на задней пластине находятся крошечные горизонтальные желобки, а на передней – крошечные вертикальные желобки, как показано на рисунке б. При отсутствии электрического поля моле­кулы направляются к этим желобкам. Так как они (желобки) расположены пер­пендикулярно друг к другу, молекулы жидкого кристалла оказываются скручен­ными на 90°.

На задней пластине дисплея находится горизонтальный поляроид. Он про­пускает только горизонтально поляризованный свет. На передней пластине дис­плея находится вертикальный поляроид. Он пропускает только вертикально поляризованный свет. Если бы между пластинами не было жидкого кристалла, горизонтально поляризованный свет, пропущенный поляроидом на задней пла­стине, блокировался бы поляроидом на передней пластине, что делало бы экран полностью черным.

Однако скрученная кристаллическая структура молекул, сквозь которую про­ходит свет, меняет плоскость поляризации света. При отсутствии электрическо­го поля весь жидкокристаллический экран светится. Если подавать напряжение к определенным частям пластины, скрученная структура разрушается, блокируя прохождение света в этих частях.

Для подачи напряжения обычно используются два подхода. В дешевом пас­сивном матричном индикаторе на обоих электродах провода располагаются па­раллельно друг другу. Например, на дисплее размером 640 х 480 электрод задней пластины содержит 640 вертикальных проводов, а электрод передней пластины – 480 горизонтальных проводов. Если подавать напряжение на один из вертикаль­ных проводов, а затем посылать импульсы на один из горизонтальных, можно изменить напряжение в определенной позиции пиксела и, таким образом, сде­лать нужную точку темной. Если то же самое повторить со следующим пикселом и т. д., можно получить темную строку развертки, аналогичную строкам в элек­тронно-лучевых трубках. Обычно изображение на экране перерисовывается 60 раз в секунду, чтобы создавалось впечатление постоянной картинки (так же, как в электронно-лучевых трубках).

Второй подход – применение активного матричного индикатора. Он стоит гораздо дороже, чем пассивный, но зато дает изображение лучшего качества, что является большим преимуществом. Вместо двух наборов перпендикулярно рас­положенных проводов у активного матричного индикатора на одном из электро­дов имеется крошечный переключатель в каждой позиции пиксела. Меняя со­стояние переключателей, можно создавать на экране произвольную комбинацию напряжений в зависимости от комбинации битов. Эти переключатели называ­ются тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistor, TFT), а плоские экраны, в которых они используются, – TFT-дисплеями. На основе технологии TFT теперь производится подавляющее большинство ноутбуков и автономных жидкокристаллических мониторов.

Видеопамять

Обновление картинки на экранах ЭЛТ- и TFT-мониторов производится от 60 до 100 раз в секунду; для этого используется видеопамять, размещенная на плате контроллера дисплея. Видеопамять содержит одну или несколько битовых карт, представляющих выводимое на экран изображение. Если, скажем, на экране уме­щается 1600 х 1200 элементов изображения (пикселов), значит, в видеопамяти содержится 1600 х 1200 значений, по одному на каждый пиксел. В целях быстро­го переключения с одного изображения на другое в памяти может размещаться несколько таких карт.

В современных дисплеях каждый пиксел представлен 3-байтным значением RGB, которое определяет интенсивность красного (Red), зеленого (Green) и си­него (Blue) компонентов изображения. Как известно, любой цвет можно пред­ставить путем линейной суперпозиции трех упомянутых базовых цветов.

Если в видеопамяти хранится информация о 1600 х 1200 пикселах, причем на каждый из них выделяется по 3 байта, общий объем этих данных составляет около 5,5 Мбайт; поэтому на любые манипуляции таким изображением уходит доволь­но много процессорного времени. По этой причине в некоторых компьютерах для определения цвета используются 8-разрядные числа. Такое число представляет собой индекс аппаратной таблицы (так называемой цветовой палитры), состоящей из 256 значений RGB (24-разрядных). Это решение, известное под названием индексированного цвета, позволяет на 2/3 сократить объем данных, хранящих­ся в видеопамяти. В то же время при применении индексированного цвета в ка­ждый конкретный момент на экран не может выводиться более 256 цветов. Как правило, для каждого окна формируется индивидуальная битовая карта, а это значит, что при наличии одной аппаратной палитры из всех присутствующих на экране окон корректно визуализируется только одно.

Для вывода растровых (то есть сформированных на основе битовых карт) изображений требуется большая пропускная способность. К примеру, для вос­произведения одного кадра полноцветных мультимедийных данных в полноэк­ранном формате на дисплее размером 1600 х 1200 необходимо скопировать в ви­деопамять 5,5 Мбайт. Если учесть, что полноценный видеофильм выводится со скоростью 25 кадров в секунду, общая скорость передачи данных должна состав­лять 137,5 Мбайт/с. Такую пропускную способность не может обеспечить даже первоначальная версия шины PCI (127,2 Мбайт/с), не говоря уже о шинах ISA и EISA. Конечно, чем меньше изображение, тем меньше необходимая скорость пе­редачи данных, но проблема от этого не исчезает.

В целях повышения скорости передачи данных из ЦП в видеопамять компа­ния Intel реализовала в линейке процессоров Pentium II поддержку специали­зированной шины AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт), допускающей передачу 32 бит за такт на частоте 66 МГц, что соответству­ет скорости 252 Мбайт/с. В последующих версиях процессоров для шины AGP поддерживаются скорости 2х, 4х и 8х – в результате система справляется с пере­дачей «тяжелой» графики, не загружая основную шину PCI.

Мыши

Существует три типа мышей: механические, оптические и оптомеханические. У мышей первого типа снизу располагаются резиновые колесики, оси которых расположены перпендикулярно друг к другу. Если мышь передвигается в верти­кальном направлении, то вращается одно колесо, а если в горизонтальном, то другое. Каждое колесико приводит в действие резистор (потенциометр). Если измерить изменения сопротивления, можно узнать, на сколько провернулось ко­лесико, и таким образом вычислить, на какое расстояние передвинулась мышь в каждом направлении. Такие мыши практически полностью вытеснены новой моделью, в которой вместо колес используется шарик, слегка выступающий снизу.

Следующий тип – оптическая мышь. У нее нет ни колес, ни шарика. Вместо этого в нижней части мыши располагаются светодиод и фотодетектор. Оптиче­ская мышь перемещается по поверхности особого пластикового коврика, кото­рый содержит прямоугольную решетку с линиями, близко расположенными друг к другу. Когда мышь двигается по решетке, фотодетектор воспринимает пе­ресечения линий за счет изменения количества света, отражаемого от светодиода. Электронное устройство внутри мыши подсчитывает количество пересечен­ных линий в каждом направлении.

Третий тип – оптомеханическая мышь. У нее, как и у более современной ме­ханической мыши, есть шарик, который вращает два колесика, расположенные перпендикулярно друг к другу. Колесики связаны с кодировщиками. В каждом кодировщике имеются прорези, через которые проходит свет. Когда мышь дви­гается, колесики вращаются и световые импульсы воздействуют на детекторы каждый раз, когда между светодиодом и детектором появляется прорезь. Число воспринятых детектором импульсов пропорционально расстоянию.