Широкий класс технических средств, предназначенных для вывода данных из ЭВМ в необходимой для пользователя форме. К ним относятся устройства визуального отображения (например, мониторы), вывода на твердые носители (например, принтеры, плоттеры, устройства записи на микрофильм/микрофишу), синтезаторы речи, акустические динамики (“громкоговорители”) и др. В основной комплект ПЭВМ из устройств вывода входит только монитор, остальные приборы относятся к разряду периферийных.
МОНИТОР, ДИСПЛЕЙ [monitor, display] -
В ЭВМ - устройство отображения данных, используемое для прямого их считывания (см. также “документ на экране дисплея “), а также контроля и управления работой системы.
Мониторы различаются по своим характеристикам в зависимости от:
· типа экрана (на электронно-лучевых трубках - ЭЛТ, жидкокристаллические дисплеи (индикаторы, мониторы) - ЖКД, ЖКИ [LCD - Liquid-Crystal Display ] (активные и пассивные), “плазменные ”, “ электролюминесцентные ”, “ органические светодиодные ”, “ вакуумные флюорисцентные ”, “ полипланарные оптические ”, “ автоэлектронной эмиссии ”, “ гибридные” и т.д.);
· возможности цветопередачи (“цветные” и “монохроматические”);
· типа используемого видеоадаптера и разрешающей способности (см. видеоадаптеры: MDA, CGA, Hercules, EGA, VGA, SVGA);
· размеров экрана (измеряются по диагонали в дюймах).
Мониторы ПЭВМ работают в двух режимах: текстовом и графическом.
В текстовом режиме экран монитора (дисплей) разбивается на отдельные участки (например, на 25 строк по 80 символов), в которые могут быть выведены изображения заранее заданных форматом системы символов (букв, цифр, знаков, псевдографических символов и т.п.) в допустимых для каждого конкретного типа монитора и его видеоадаптера способах их представления (цвет, яркость, размер).
В графическом режиме экран монитора разделяется на множество “черно-белых” или “цветных” точек - “пикселов ” (pixel - picture element), управлением яркостью свечения которых могут выводиться графики рисунки и символы в произвольной форме их представления. Разрешающая способность изображения на экране измеряется их числом в строке и по вертикали (например- 640х200).
Величина разрешающей способности каждого типа монитора, а также количество отображаемых им градаций цвета и яркости (“уровней серого”) определяются типом видеоадаптера и конструкцией его экрана (см. также “шкала яркости “). О характеристиках современных мониторов для ПЭВМ и стандартах на них см. [181, 266, 341, 357, 364, 371, 404, 414, 439, 449].
Зеленый монитор [green monitor (display)] - Монитор, конструкция которой соответствует требованиям Национальной программы США Energy Star и Агентства защиты окружающей среды [Environmental Protection Agency ] по сокращению потребления энергии компьютерами (в режиме “холостого хода” не более 30 Вт), не использованию токсичных материалов и возможности полной утилизации по истечении срока службы.
LR-монитор [Low Radiation monitor] - Монитор с низким уровнем излучения, отвечающий требованиям спецификаций, выработанных в 1990 г. Шведским Национальным Советом по Измерениям и Тестированию [Swedish National Board of Measurement and Testing ], в части магнитного и электрического излучений (соответственно получивших обозначения - “MPR I“ и “ MPR II“). С 1992 г. был введен более жесткий стандарт на ограничение излучения мониторов, получивший наименование TCO, который в настоящее время также широко используется не только в Европейских странах, но и в США (о последней серии стандартов Конфедерации профессиональных союзов Швеции – TCO`99 см. https://www.tco-info.com). В России сертификационные испытания мониторов проводятся в соответствии с ГОСТ 27954-88 (по показателям качества изображения, ультрафиолетовым, рентгеновским излучениям и уровню шума), ГОСТ Р50377-92 (по параметрам электрической, механической и пожарной безопасности), ГОСТ 2718-88 (по санитарно-гигиеническим требованиям и уровню шума), ГОСТ 29216-91 (по уровню излучаемых радиопомех) [122, 181, 266, 404, 462, 463].
Альтернативные типы мониторов:
Мониторы на ЭЛТ [Cathod Ray Tube - CRT ] – Традиционная и пока наиболее распространенная технология построения мониторов, основанная на использовании достаточно крупного электровакуумного прибора – электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с широким основанием, служащим в качестве “экрана”, с нанесённым на него слоем флюорисцирующего покрытия. Формирование изображения производится на этом слое потоком электронов, активизирующим его свечение (в том числе цветовое). Источником потока электронов служит расположенная напротив экрана т.н. “электронная пушка”. В различных конструкциях ЭЛТ могут использоваться от одной до трёх электронных пушек – по одной на каждый воспроизводимый цвет изображения. Управление шириной пучка электронов, его движением по поверхности экрана и интенсивностью производится электромагнитными полями. Для обеспечения передачи цветного изображения используется люминофор с “матричной” структурой и установленная перед люминофором специальная “маска”. Последняя сужает пучок электронов и направляет его на один из трёх участков элемента матрицы, воспроизводящих определённый цвет (см., например, систему “ RGB ”). Используются различные технологии, формирования “матриц” и “масок” в ЭЛТ, включая т.н. “Трёхточечную теневую маску ” [Dot-Trio Shadow-Mask], “ Щелевую апертурную решётку ” [Aperture-Grille CRT ] и “Гнездовую маску ”[Slot-Mask CRT ]. Наиболее эффективными считаются две последние технологии. Достоинствами мониторов на ЭЛТ являются: их высокая разрешающая способность, независимость от угла наблюдения экрана, хорошая цветопередача и относительно невысокая стоимость. Основные недостатки: значительные габариты, энергопотребление и уровень вредных электромагнитных излучений. О выборе 17-дюймовых мониторов с плоским экраном см. – [122].
Жидкокристаллические мониторы, ЖК-мониторы, ЖК-дисплеи [Liquid Cristal Display - LCD ] – Технология, основанная на особых свойствах группы прозрачных химических соединений со “скрученными молекулами”, называемых жидкими кристаллами. Последние способны изменять под действием электрического поля свою структуру и положение плоскости поляризации света, а следовательно - управлять количеством проходящего через них светового излучения. Свет генерируется источником подсветки и проходит через поляризационные фильтры, расположенные перед и после слоя жидких кристаллов. В зависимости от приложенного к прозрачным электродам напряжения в соответствующей области экрана образуется светлый, серый, черный или цветовой фрагмент. Существуют различные способы построения ЖК-дисплеев. Один из них основан на использовании т.н. “светоклапанных модуляторов”. Последние представляют собой решётку полосковых электродов, нанесённых на прозрачные поляризационные пластины. Пластины разделяются зазором, который заполненяется жидким кристаллом. Между точками пересечения полосковых электродов на обеих пластинах образуются конденсаторы, собственно и представляющие собой модуляторы. Для создания цветного изображения панель дополняется матрицей RGB -фильтров. С учётом особенностей конструкции различают LCD с пассивной матрицей (“ Пассивные ЖК-дисплеи”) и LCD с активной матрицей (“Активные ЖК-дисплеи”). В LCD с активной матрицей для управления каждым элементом изображения (“пикселом”) используются электронные переключатели, сохраняющие состояние электрического поля в каждой точке экрана на некоторое время после его активизации. Это позволяет использовать менее инерционные (“быстрые”) жидкие кристаллы и таким образом исключить эффект “смазывания” изображения, характерный для LCD c пассивной матрицей. Кроме того переключатель, в качестве которого используется тонкоплёночный транзистор (TFT- Thin-Film Transistor Display), предохраняет пиксел от воздействия соседних ячеек и устраняет перекрестные помехи, что делает изображение более чётким. Очевидно, что LCD с активной матрицей являются более сложными и дорогими устройствами. Основными достоинствами ЖК-мониторов являются: весьма малая толщина и масса, а также небольшое энергопотребление, что сделало их предпочтительными при использовании в компактных устройствах (ноутбуки, электронные секретари, циферблаты часов и т.д.). Кроме того, вредное для здоровья человека излучение практически отсутствует. Основные недостатки: высокая стоимость (в 3-4 раза выше CRT), которая существенно зависит от размеров экрана, что в настоящее время в основном ограничивает их применение в настольных ПК, значительная зависимость качества изображения от угла визирования экрана а также заметная инерционность. Подробнее о современных ЖК-мониторах и их выборе см. - [313, 364, 371, 426, 462, 463, 637].
Органические светодиодные мониторы [Organic LED – OLED ] – Основой для построения OLED служат тонкоплёночные материалы, которые в отличие от ЖК сами являются источниками светового излучения и поэтому не требуют дополнительной подсветки. Это обеспечивает более высокий диапазон яркости и меньшее энергопотребление мониторов. OLED -экраны тоньше ЖК-экранов и могут быть выполнены на различных тонких основах, например на пластике. Недостатком данной технологии являютсяопределенные проблемы с точностью цветопередачи, а также необходимость использования для контроля каждой точки изображения нескольких транзисторов, что может заметно сократить их преимущества по энергопотреблению и стоимости. Ожидается, что OLED -дисплеи в ближайшие годы станут широко использоваться в сотовых телефонах и карманных ПК (персональных цифровых секретарях), а через 5-10 лет — в настольных ПК [462, 671].
Плазменные мониторы, плазменные экраны, плазменные дисплеи [plasma display, plasma display panel - PDP ] - Тип “плоского” монитора, в котором используется эффект ионизации газа между двумя панелями с токопроводящими решетками. Каждый пиксел устроен подобно миниатюрной люминисцентной лампы, которая излучает красный, зелёный или синий цвет. Плазменные мониторы имеют по сравнению с жидкокристаллическими меньшую разрешающую способность (размер точки – порядка 1 мм), однако обеспечивают существенно более высокую яркость изображения и позволяют создавать экраны значительных размеров (метр и более). Как и в CRT -мониторах в PDP свет генирируется люминофором, поэтому они могут обеспечить широкий угол зрения и высокое качество представления цвета и движущихся изображений. Стоимость производства экранов этих мониторов сравнительно невысока, однако они требуют использования весьма сложной и дорогой электронной системы управления. До недавнего времени интерес к плазменным мониторам на мировом рынке был невысок, однако в 1995 г. в связи с усовершенствованием технологии их производства наблюдался заметный подъем объемов их изготовления и продаж (см. также “Полисиликоновая технология”). Некоторые производители, например - фирма Fujitsi, предполагают довести свои плазменные модели до 21-25” плоскоэкранного настольного варианта с разрешением 1280х1024 пикселов, но пока успешно реализованы лишь экраны больших размеров (40-50”) [462].
Полипланарные оптические дисплеи [Polyplanar Optics Display - POD ] – Принцип работы PQD основан на использовании оптиковолоконной технологии: пучок множества оптических волокон в сечении образующий прямоугольник, в котором торец каждого оптического волокна (диаметр ~ 25 мкм) составляет точку экрана, передает изображение, формируемое с использованием лазерного или другого источника излучения. Разработчиками этого типа устройства являются Брукхейвенская национальная лаборатория США (Brookhaven National Laoratory) при участии Бэтеллевского мемориального института и университета штата Нью-Йорк. При лицензировании этого продукта (1998 г.) была продемонстрирована разрешающая способность 640х480 точек (VGA). Изображение имеет высокую контрастность за счёт использования специальных покрытий оптических волокон. Предполагается, что скоро будут созданы устройства с разрешением 1280х1060 точек. Утверждается, что данная технология допускает изготовление экранов с диагональю в 1,5 м а также, что стоимость изделий этого вида будет невысокой из-за несложной технологии их изготовления и низкой отбраковки продукции в процессе её производства [462].
Вакуумные флюорисцирующие мониторы [Vacuum Fluorescent Displays - VFD ] – Основаны на использовании высокоэффективного фосфорного покрытия, нанесённого в виде матрицы на экран. При этом каждый элемент матрицы служит анодом. Мониторы этого типа обеспечивают высокую яркость изображения, позволяющую хорошо его видеть при ярком свете. Однако разрешающая способность их невелика, поскольку ограничивается размерами нанесённых на экран точек фосфорного покрытия. Используется преимущественно в больших информационных панелях [462].
Мониторы (дисплеи) автоэлектронной эмиссии [Field Emission Display - FED ] – Новая и быстро развивающаяся технология, отличающаяся тем, что в отличие от ЭЛТ, в которых имеется от одной до трёх электронных пушек, используется электроразрядная матрица. При этом каждый элемент изображения содержит свою микроэлектронный источник излучения, который излучает электроны на свой “экран” размером в один пиксел. Излучатели включаются и выключаются сигналами от формирователей строк и столбцов, которые определяют их координаты. По сравнению с ЭЛТ эти мониторы имеют существенно более высокую контрастность, а по сравнению с ЖК – боле богатую цветовую гамму, малую инерционность (5 мкс против 25-50 мкс у LCD) и независимость от угла наблюдения экрана. Недостатками этой технологии являются – высокое напряжение экрана (~ 5000 В) и трудности, связанные с устранением последствий газовыделения люминофора, снижающего сроки службы аппаратуры [462].
Мониторы (дисплеи) усиленной эмиссии [High Dain Emission Display - HGED ] – Являются развитием FED -технологии. Сообщается, что производственные издержки этой технологии должны сократиться до одной десятой себестоимости LCD и FED экранов, поскольку для HGED -экранов не нужны полупроводники. Уже существуют модели с размером экрана 40”, огромным разрешением и полной палитрой цветов. Преимуществом данной технологии является очень высокая контрастность изображения, превышающая соответствующий показатель для FED -дисплеев в десятки, а LCD – в сотни раз, а также низкое требуемое напряжение источника питания (80 В). Однако значительное энергопотребление пока не позволяет использовать HGED в портативных устройствах [462].
Гибридные мониторы (дисплеи) автоэлектронной эмиссии [Hybrid Field Emission Display - HyFED ] – Технология, разрабатываемая фирмами SI Diamond Technology и Micron (обе - США), усовершенствует мониторы автоэлектронной эмиссии (“FED ”) путём использования в матричном покрытии экрана триодной структуры полупроводникового субстрата, вместо диодной, как это имело место в FED. Достигается это включением в материал покрытия алмазного порошка. Достоинствами данной технологии являются: очень тонкий слой покрытия экрана (менее 8 мм), большой угол обзора изображения, большая яркость и меньшее энергопотребление, нежели даже у LCD, а также очень низкая стоимость. Последние качества делают данную технологию конкурентоспособной по отношению к ЖК применительно к её использованию в мониторах портативных ПК. Недостатками технологии являются сравнительно большой размер пикселов на экране и ограниченный срок эксплуатации. Тем неменее ввиду быстрого совершенствования данной технологии её перспективы оцениваются достаточно высоко [462].
ЖК - проектор [LCD projector] -
Проекционная аппаратура со встроенной панелью на жидких кристаллах, управляемой от ЭВМ или видеоаппаратуры. О современных ЖК проекторах и их выборе см. [313, 436, 437, 60 4].
Светоклапанный проектор [light valve projector ] - Видеопроектор, в котором сигнал управляет мощным световым потоком встроенного источника света. Преимущественно основан на использовании ЭЛТ и ЖК-технологии [136, 436].
Полисиликоновая технология (P-si TFT-Technology) – Технология создания матричных экранов, используемых в активных матричных дисплеях и проекторах. Полисиликоновая матрица способна выдерживать высокие температуры, что позволяет использовать в проекторах мощные металогалогенные лампы. Проекторы с полисиликоновой матрицей ярче проекторов предыдущего поколения приблизительно на 30%.
DLP (Digital Light Processing) - “ Цифровая обработка света”: технология построения ЖК-проекторов (см. выше) для вывода на внешний экран изображения, создаваемого ЭВМ. Разработана фирмой Texas Instruments. Основана на использовании специального “Цифрового микрозеркального устройства “ (микросхемы) - DMD (Digital Micromirror Device), рабочая поверхность которого содержит миниатюрные алюминиевые квадратные рефлекторы. Каждое микрозеркало соответствует одному элементу изображения - пикселу. Управляемый угол поворота микрозеркала обеспечивает фиксацию положений “включено” или “выключено”. Полное изображение экрана формируется отраженным поверхностью лицевой панели DMD светом как результат поворота в заданные положения соответствующих характеру участков изображения зеркальных элементов. Цветовой эффект достигается вращающимися перед DMD оптическими фильтрами. Проекторы DLP выпускаются в вариантах VGA и SVGA. Отмечается, что качество создаваемого ими изображения по четкости и яркости существенно превышает аналогичные характеристики изображения, полученного при помощи обычных ЖК-проекторов, работающих по технологии светопропускания. Одной из лучших моделей DLP проекторов 2000 г. признан ультрапортативный мультимедийный проектор LP 335 фирмы InFocus. Вес его составляет всего 2,2 кг. Он создает световой поток в 1000 ANSI -люменов а разрешающая способность изображения составляет 1024х768 пикселов. Это первое устройство, поставляемое с разъёмом DigitalConnect, созданным на основе стандарта DVI (Digital Visual Interface). Исполользование этого стандарта позволяет исключить необходимость двойного преобразования сигнала от ПК (из цифрового формата в аналоговый и обратно) и за счет этого повысить качество изображения. Подробнее см. - [217, 436, 604, 639].