Wyświetlacze w komputerach osobistych

Co to jest monitor ekranowy?

Nikomu nie trzeba chyba tłumaczyć, co to jest telewizor. Większość naszych Czytelników zapewne orientuje się też, w jaki sposób powstaje obraz na ekranie telewizora. Strumień elektronów wyrzucany z tzw. działa elektronowego zakreśla na ekranie kolejne poziome linie, które układają się w widziany obraz. Przesuwaniem strumienia elektronów w poziomie i w pionie sterują tzw. układy odchylania poziomego i pionowego.

Dla uzyskania obrazu trzeba więc dostarczyć do monitora informacje:

• o zmianach natężenia strumienia elektronów w czasie (jaśniejsze i ciemniejsze plamki na ekranie),
• o czasie, w jakim strumień elektronów powinien wykreślić poziomą linię, a następnie powrócić do lewej krawędzi ekranu,
• o czasie, w jakim powinny zostać wykreślone wszystkie linie poziome i strumień elektronów powinien powrócić do lewego górnego rogu ekranu.

W telewizorze wymienione informacje wydzielane są z sygnału o dużej "częstotliwości przychodzącego z anteny odbiornika. W przypadku współpracy z komputerem mogą one zostać dostarczone w zdekodowanej formie - "od razu" gotowej do wykorzystania. W ten sposób unika się zniekształceń wnoszonych przez bloki przetwarzające postać sygnałów. Urządzenie, do którego dostarczane są sygnały wizyjne o małej częstotliwości, nazywane jest monitorem ekranowym. Można by więc powiedzieć, że monitor to telewizor, w którym zrezygnowano z montowania niektórych bloków funkcjonalnych przetwarzających sygnał.

Bloki, które pozostają w monitorze ekranowym, muszą jednak mieć znacznie lepsze parametry: wynika to ze specyfiki obrazów produkowanych przez komputer. Składają się one z linii i punktów, a nie - jak w przypadku telewizora - plam, w których niezbyt ostre kontury nie przeszkadzają w odbiorze informacji.

W niektórych monitorach wykorzystywany jest tzw. zespolony sygnał wizyjny (ang. composite video). Oznacza to, że sygnały synchronizacji i informacja o natężeniu strumienia elektronów zostały elektrycznie zsumowane. Metoda taka wykorzystywana jest np. w monitorze polskiej produkcji "Neptun". W rozwiązaniach tego typu ma miejsce dwukrotne przetworzenie sygnałów: najpierw w komputerze konieczne jest zsumowanie sygnałów a następnie rozdzielenie ich w monitorze. W ten sposób wprowadzane są dodatkowe zniekształcenia, ale są one znacznie mniejsze niż w przypadku zmodulowanego sygnału telewizyjnego o dużej częstotliwości, wykorzystywanego w wielu komputerach domowych. Połączenie z monitorem sterowanym zespolonym sygnałem wizyjnym realizowane jest przez tzw. kabel koncentryczny (pojedynczy przewód w koszulce ekranującej). W monitorach wyższej klasy każdy z sygnałów doprowadzany jest osobnym przewodem. W przypadku realizowania współpracy monitora z komputerem pozwala to na zastosowanie dodatkowego usprawnienia. Możliwe jest wydzielenie dwóch stanów: rozświetlenie i brak rozświetlenia. Ponieważ nie występują stany pośrednie, kontury obrazu ulegają dalszemu wyostrzeniu. Z uwagi na to że monitory tego typu współpracują z układami wykorzystującymi tzw. poziomy TTL, przyjęcie tego samego standardu dla monitora pozwala wykorzystać do budowy bloku wejściowego monitora typowe układy zawierające ramki. W monitorach TTL zazwyczaj stosowana jest jeszcze jedna dodatkowa linia: rozjaśnienie. W rezultacie w wyświetlanych obrazach występują trzy stopnie jasności:

• ciemny,
• jasny,
• specjalnie rozjaśniony

W przypadku monitorów kolorowych również można wyróżnić modele wykorzystujące zespolony sygnał wizyjny (uwaga: zależny od zastosowanego systemu, np. PAL, SECAM lub NTSC) oraz modele, w których poszczególne sygnały przesyłane są osobnymi liniami. W przypadku rozdzielonych sygnałów najczęściej wykorzystywany jest standard o nazwie RGB (pd ang. Red, Green, Blue ? czerwony, zielony, niebieski). W standardzie tym zastosowano trzy linie dla przesyłania informacji o podstawowych kolorach (w sensie telewizyjnym, a nie plastycznym) składających się na barwę uzyskiwaną na ekranie. Tu również możliwe jest zastosowanie tzw. RGB TTL. W tym przypadku liczba kolorów, które można wykorzystać, zostaje jednak ograniczona do ośmiu (lub jeśli wziąć również pod uwagę dodatkowe rozjaśnienie ? do szesnastu).

Skąd się bierze obraz?

Wyświetlacz mikrokomputera (VDU - ang. video display unit) składa się z dwóch elementów:

• sterownika wyświetlacza (CRTC - ang. Cathode Ray Tubę Controler)
• monitora ekranowego

Sterownik wyświetlacza to jeden z interfejsów, w, które wyposażany jest komputer. Najczęściej budowany jest z wykorzystaniem układu scalonego o dużej skali integracji, który zapewnia generację niezbędnych sygnałów. Mimo że układ ten najczęściej określany jest mianem sterownika CRT, to ograniczenia wynikające z niedostatków technologii powodują, że blok funkcjonalny sterownika zawiera zazwyczaj wiele dodatkowych układów pomocniczych. Mikroprocesor komunikując się ze sterownikiem korzysta z rejestrów zawartych w układzie CRTC i tzw. pamięci obrazu.

Do rejestrów wpisywane są komendy określające tryb pracy (np. czas wyświetlania linii, liczba linii na ekranie itp.), natomiast do pamięci obrazu wpisywana jest informacja, która ma zostać wyświetlona na ekranie monitora.

Istnieją dwa sposoby wykorzystywania pamięci obrazu. Pierwszy dotyczy tzw. wyświetlaczy alfanumerycznych (przeznaczonych do wyświetlania tekstów), natomiast drugi wyświetlaczy graficznych.

Wyświetlacz alfanumeryczny pozwala zobrazować na ekranie jedynie pewien z góry określony repertuar znaków: litery, cyfry i symbole graficzne. W pamięci obrazu przechowywane są kody znaków, które sterownik CRT "rozwija" w odpowiednie sekwencje jasnych i ciemnych punktów na ekranie. Zamiana kodów na sygnał sterujący natężeniem świecenia poszczególnych punktów na ekranie odbywa się z wykorzystaniem tzw. generatora znaków. Jest to specjalna "podręczna" pamięć sterownika CRT, w której umieszczone są mapy bitowe wszystkich znaków. Jeżeli chcemy zmienić np. krój liter pojawiających się na ekranie lub podstawić pod określone kody symbole polskich liter ? to musimy wymienić pamięć generatora znaków.

Zazwyczaj generator znaków zawiera pamięć stałą (typu ROM lub EPROM), czasami jednak wykorzystuje się do tego celu pamięć RAM. W tym drugim przypadku przed rozpoczęciem wyświetlania pamięć generatora musi zostać zainicjowana przez wpisanie mapy bitowej dla każdego znaku, ale możliwe jest też programowe zmienianie jej zawartości. W przypadku wyświetlaczy graficznych każdy punkt na ekranie posiada swoją reprezentację w postaci bitu w pamięci obrazu. Pamięć obrazu sterownika graficznego zajmuje więc znacznie większy obszar. Sposób ułożenia informacji w pamięci wcale nie musi przypominać sposobu ułożenia wyświetlanych punktów na ekranie, gdyż wynika zazwyczaj ze sposobu adresowania pamięci obrazu przez układ CRTC.

Jeżeli obraz ma być kolorowy, to pamięć obrazu składa się jak gdyby z płatów odpowiadających poszczególnym kolorom podstawowym. W takim rozwiązaniu dysponując np. trzema płatami możemy wyświetlać informacje w ośmiu kolorach. Jeśli chcemy uzyskać na ekranie punkt o barwie zielonej, to ustawiamy odpowiadający mu bit na płacie "zielonym", jeśli czerwony ? na płacie "czerwonym", jeśli biały ? to na wszystkich płatach.

Płatowa organizacja pamięci obrazu jest bardzo przejrzysta i prosta w obsłudze programowej. Wymaga jednak albo zastosowania specjalnego układu CRTC przeznaczonego do generacji kolorowych obrazów, albo kilkukrotnego powielenia bloku sterownika (dla każdego koloru podstawowego jeden). Z tego względu w wielu rozwiązaniach pamięć obrazu składa się z sekwencji bitów. Każda sekwencja odpowiada pojedynczemu punktowi na ekranie, a poszczególne bity sekwencji określają kolor lub inne atrybuty wyświetlanego punktu. Tego typu organizacja pamięci obrazu jest trudniejsza w obsłudze programowej, ale też daje większą swobodę: możliwe jest definiowanie różnych trybów graficznych. Zmniejszając liczbę kolorów uzyskujemy więcej punktów na ekranie lub odwrotnie, zwiększamy liczbę kolorów ograniczając liczbę punktów, z których składa się linia na ekranie.

Parametry, parametry...

Dla użytkownika najistotniejsze są możliwości, jakie daje mu taki czy inny typ wyświetlacza. Podstawową informacją określającą klasę zastosowań jest wspomniany już wcześniej typ wyświetlacza: alfanumeryczny lub graficzny. Cecha ta określana jest przez zastosowany sterownik wyświetlacza. W zasadzie wyświetlacz graficzny jest bardziej uniwersalny: pozwala wyświetlać i obrazy graficzne, i teksty. Trzeba jednak wziąć pod uwagę również fakt, że wyświetlenie tekstu w postaci graficznej zajmuje więcej czasu niż w przypadku korzystania z wyświetlacza alfanumerycznego! Zazwyczaj wyświetlacze alfanumeryczne gwarantują też lepszą jakość wyświetlanych znaków niż zbliżonej klasy wyświetlacze graficzne (znak tworzony jest z większej liczby punktów). Niektóre wyświetlacze graficzne pozwalają na programowy wybór alfanumerycznego trybu pracy.

Kolejną ważną cechą wyświetlacza jest ilość informacji, jaka może w danym momencie zmieścić się na ekranie monitora. W przypadku wyświetlaczy alfanumerycznych określają liczba znaków wyświetlanych w wierszu i liczba wierszy na ekranie. Przyjmuje się, że wyświetlacz przeznaczony do zastosowań profesjonalnych powinien pozwalać na wyświetlenie minimum 80 znaków w wierszu.

Dla wyświetlaczy graficznych najczęściej podawana jest tzw. rozdzielczość, czyli liczba punktów wyświetlanych na ekranie w poziomie i w pionie. Przy obecnym stanie techniki przyjmuje się, że rozdzielczość 640 punktów w poziomie na 200 punktów w pionie wystarcza w wielu prostych zastosowaniach. Coraz częściej jednak poszukiwane są wyświetlacze o większej rozdzielczości.

Dodatkową (czasami bardzo istotną) informacją jest liczba kolorów, w których mogą być wyświetlane poszczególne punkty. Trzeba jednak podkreślić, że wyświetlacz kolorowy jest niewygodny w przypadku systemu przeznaczonego do pracy z tekstami. Nawet w wysokiej klasy monitorach kolorowych wyraźnie widoczna jest punktowa struktura wyświetlanych obrazówjest to przy dłuższej pracy bardzo męczące.

Decydując się na wybór monitora monochromatycznego rezygnujemy w zasadzie z możliwości przejrzystego oznaczania różnych planów w wyświetlanym rysunku, wskazywania zależności itp. Dla odmiany decydując się na wybór wyświetlacza kolorowego skazujemy się na niewygody przy pracy z tekstem. W przypadku niektórych komputerów możliwe jest wykorzystanie dwóch wyświetlaczy: graficznego i tekstowego. Jest to jednak dosyć drogie rozwiązanie. Pozostaje jeszcze pewien kompromis polegający na stosowaniu odcieni na monitorze monochromatycznym. Oczywiście rozróżnienie np. linii na wykresie będzie znacznie mniej wyraziste niż w przypadku monitora kolorowego.

W wielu mikrokomputerach sterownik CRT jest zintegrowany z pozostałymi blokami funkcjonalnymi (umieszczony na tej samej płytce drukowanej). W tym przypadku użytkownik decydując się na określony typ komputera "skazuje się" raz na zawsze na blaski i cienie zastosowanego w danej konstrukcji sterownika wyświetlacza. Możliwe są jednak rozwiązania, w których sterownik zbudowany jest w postaci wymiennego modułu (np. w IBM PC/XT/AT). Rozwiązanie takie zapewnia większą elastyczność, ale też zmniejsza niezawodność sprzętu ? szczególnie przy częstej wymianie modułów.

ANDRZEJ. J. PIOTROWSKI
Komputer, luty 1987