Принцип формирование изображения

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 (рис. 4).

Рисунок 4 — Смеха структуры формирования изображения.

Следует подробно рассмотреть состав видеоадаптера (видеокарты) более подробно.

Функционально видеокарта состоит из нескольких блоков:

с Графический процессор с Видеоконтроллер с Видеопамять с Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с Видео-ПЗУ с Видеодрайвер Также как и центральный процессор, графический процессор является «мозгом» для видеоадаптера и является самой важной частью видеокарты. Главной задачей графического процессора является обработка изображения, выводимого на экран монитора, освобождая от этой обязанности центральный процессор. Именно он является основой графической платы и от него зависит быстродействие устройства.

Видеоконтроллер

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Существуют контроллеры внешних (PCI или AGP), внутренних шин данных, а также контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32). Современные графические видеокарты обычно имеют несколько видеоконтроллеров, работающими независимо друг от друга. Основными производителями таких видеокарт являются компании ATI и nVidia.

Видеопамять

Видеопамять это промежуточная память, в котором храниться информация об изображении, генерируемая процессором, которая в последствии выводится на экран монитора.

Важную роль в повышении производительности видеоадаптера играют характеристики видеопамяти, определяемые ее типом, частотой работы, величиной задержек, шириной шины памяти. Центральный процессор компьютера направляет данные в видеопамять, а графический процессор видеокарты считывает оттуда информацию. Кроме того, в видеопамяти хранится кадровый буфер и промежуточные данные, потребные графическому процессору.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Графический процессор, получив информацию об изображении из видеопамяти, обрабатывает ее и передает либо в цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) для вывода на аналоговый монитор, либо в микросхему формирования цифрового сигнала TMDS для вывода на цифровой монитор. Аппаратная структура RAMDAC практически описана в его названии, где RAM — это Random Access Memory (память с произвольной выборкой), а DAC — Digital to Analog Converter (цифро-аналоговый преобразователь). Память в модулях RAMDAC построена на статических элементах, поэтому по быстродействию примерно соответствует кэш-памяти процессоров.

Видео-ПЗУ

ПЗУ — Постоянно-запоминающее устройство, память в которую записывается видео-BIOS. Видеоконтроллер не использует ПЗУ напрямую, к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS используется системой в качестве инициализации работы видеокарты до загрузки операционной системы, а также содержит системные данные, которые читаются и интерпретируются видеодрайвером в процессе работы.

Видеодрайвер

Видеодрайвер это своего рода язык, с помощью которого устройство общается с компьютером. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеокартой. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

Если в общем охарактеризовать работу видеокарты, то ее суть заключается в том, чтобы принять двоичную информацию об изображении от центрального процессора, считать ее, преобразовать цифровой сигнал в аналоговый вид (т. е. к уровню микросхем) и передать его на дисплей.

Теперь подробнее о том, как аналоговый сигнал, дойдя до дисплея (в нашем случае ЖК-монитор) формирует изображение на нем.

Физическая природа жидких кристаллов достаточно сложна и поэтому управление ими не отличается особой простотой. Многие люди слышали, что в составе LCD-панели имеются строчные и столбцовые драйверы, и что именно они обеспечивают управление конкретными ячейками, путем выбора строки и столбца. И если глубоко не задумываться о принципах работы ЖК-ячеек, то все кажется очень простым — выбрали строку, выбрали столбец и все — получили светящуюся точку. На самом же деле существует множество различных нюансов при управлении LCD-матрицей, которые и накладывают отпечаток на построение и на функционирование TFT-панели.

Рисунок 5 — Активная матрица на TFT (тонкопленочных) — транзисторах (содержит по транзистору для каждого пикселя на экране.

При адресации жидкокристаллической (ЖК) ячейки, т. е. при выборе ее строки и столбца, в обязательном порядке используются напряжения различной полярности. То есть, другими словами, питание ЖК-ячейки осуществляется в разные моменты времени то положительным, то отрицательным напряжением. Поэтому иногда в литературе можно встретить ссылки на то, что ЖК-ячейки управляются переменным напряжением. Все это делается это для того, чтоб избежать явлений гидролиза и диссоциации сложных органических соединений, из которых состоит жидкокристаллический материал.

ЖК-материал, использующийся в современных TFT матрицах, представляет собой не какое-то однородное соединение, а является композитным материалом, состоящим из нескольких компонентов, каждый из которых обеспечивает соответствующее свойство материала (вязкость, дипольный момент, ориентацию доменов, температурные и электромагнитные свойства и т. д.). Если через этот материал будет протекать постоянный ток, то сложный композитный материал начинает распадаться на отдельные составляющие компоненты, что приводит к потере свойств ЖК-ячейками. Всего этого можно избежать, если полярность напряжения, приложенного к электродам ЖК-ячейки, будет периодически меняться, т. е. если ток, протекающий через ячейку, будет переменным.

Смена полярности может производиться по различным алгоритмам и с различной периодичностью, например:

с частотой кадровой развертки;

с частотой строчной развертки;

с программируемой периодичностью от 1 до 20 периодов строчной развертки.

Необходимость смены полярности напряжений, приложенных к электродам адресации ЖК-ячеек, приводит к усложнению схемы управления LCD-матрицы, и в первую очередь к усложнению архитектуры столбцовых драйверов панели. Современные микросхемы управления LCD-матрицей зачастую позволяют программировать период смены полярности в диапазоне от 1 до 20 периодов выборки строки.

Как правило, в спецификациях на LCD-панели и на LCD-индикаторы оговаривается допустимый уровень постоянной составляющей в сигнале управления элементами изображения. Превышение этого значения способно вывести из строя ЖК-панель.

Для LCD-матриц с активной адресацией, к которым относятся все современные TFT-дисплеи, преимущественно используются три способа смены полярности управляющих напряжений:

покадровая инверсия;

построчная инверсия;

поточечная инверсия.

Принципы смены полярности для каждого из этих способов представлены на рис. 6.

Рисунок 6 — Принципы смены полярности.

Формирование напряжения, прикладываемого к ЖК-ячейкам, является функцией столбцового драйвера. Хотя если быть более корректным, то столбцовый драйвер является лишь коммутатором напряжений, сформированных схемой опорных напряжений, которая также входит в состав LCD-панели. На рисунке 7 показана упрощенная схема управления каждым транзистором LCD-панели, а, соответственно, и каждым пикселем.

Рисунок 7 — Принципиальная схема структуры матрицы транзисторов.

растровый дисплей видеокарта монитор