Московский государственный университет печати

Андреев Ю.С., Макеева Т.А., Пухова Е.А.


         

Технические средства компьютерных систем

Лабораторные работы для студентов, обучающихся по специальности 261202.65 - «Технология полиграфического производства»


Андреев Ю.С., Макеева Т.А., Пухова Е.А.
Технические средства компьютерных систем
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

Лабораторная работа № 1. ИЗУЧЕНИЕ АРХИТЕКТУРЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА И ЕГО ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1.

Цель работы

1.2.

Содержание работы

1.3.

Теоретическое обоснование

1.4.

Методика и порядок выполнения работы

1.5.

Содержание отчета

2.

Лабораторная работа № 2. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПАМЯТИ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

2.1.

Цель работы

2.2.

Содержание работы

2.3.

Теоретическое обоснование

2.4.

Методика и порядок выполнения работы

2.5.

Содержание отчета

3.

Лабораторная работа № 3. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ ДИСКОВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

3.1.

Цель работы

3.2.

Содержание работы

3.3.

Теоретическое обоснование

3.3.1.

Принцип действия дисковых накопителей

3.3.2.

Накопители на жестких магнитных дисках

3.3.3.

Накопители на оптических дисках

3.3.4.

Оптические носители

3.3.5.

Флэш-память

3.3.6.

Перспективные разработки в области совершенствования технологии записи на компакт-диски

3.4.

Методика и порядок выполнения работы

3.5.

Содержание и форма отчета

4.

Лабораторная работа № 4. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВИДЕОСИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

4.1.

Цель работы

4.2.

Содержание работы

4.3.

Теоретическое обоснование

4.3.1.

Мониторы

4.3.2.

Видеоадаптер

4.4.

Методика выполнения работы

4.5.

Содержание отчета

Указатели
12   указатель иллюстраций
Рис. 4.1. Схема электронно-лучевой трубки Рис. 4.2. a - теневая маска, б - щелевая маска, в - апертурная решетка Рис. 4.3. Схема жидкокристаллического монитора

Продолжительность работы - 2 часа

Изучение конструкции видеосистемы персональных компьютеров. Ознакомление с их техническими характеристиками.

  1. Изучить типы:

    • мониторов;
    • типы видеоадаптеров.
  2. Определить основные характеристики изучаемых устройств.

Монитор является основным устройством видеосистемы персонального компьютера. Это самый дорогой компонент, его нельзя модернизировать в процессе эксплуатации, и «время жизни» у него наибольшее по сравнению со всеми другими компонентами.

На данный момент в полиграфии используется два типа мониторов:

  • Мониторы на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ-мониторы) или кинескопы.
  • Мониторы плоскопанельные на основе жидких кристаллов (ЖК-мониторы).

ЭЛТ-мониторы

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, или CRT, Cathode Ray Tube) - это устройство, основанное на формировании изображения на дне герметичной стеклянной «колбы».

Принцип работы таких мониторов заключается в следующем: электронная пушка испускает поток электронов сквозь металлическую маску (решетку) на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта люминофором. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают различную энергию, часть которой расходуется на возбуждение свечения люминофора. Отклоняющая система перемещает электронный луч по строке и по кадру. При этом быстро перемещающееся пятно переменной яркости создает на экране изображение. Каждый люминофор светится одним из цветов RGB, за счет этого получается цветное изображение, сформированное по принципу аддитивного синтеза.

Электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:

  • электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);
  • модулятор, определяющий интенсивность электронного пучка и следовательно яркость изображения;
  • отклоняющую систему, формирующую пучок электронов;
  • цветоделительную маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в «свои» точки экрана;
  • слой люминофора, имеющий зернистую структуру. Каждое зерно распадается на три раздельные точки, состоящие из различных люминофоров, светящихся при облучении соответственно синим, зеленым и красным цветом. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов (рис. 4.1 Рис. 4.1. Схема электронно-лучевой трубки).

Классификация мониторов по типу цветоделительной маски

На сегодняшний день в ЭЛТ-мониторах используются три основных типа цветоделительных масок:

  • трехточечная теневая маска;
  • щелевая маска;
  • апертурная решетка.

Теневая маска

Наиболее старая и широко распространенная технология - теневая маска. Она использует перфорированную металлическую пластину, каждое отверстие маски соответствует трем элементам люминофорного покрытия.

Щелевая маска

Маска состоит из эллиптических ячеек, которые также соответствуют трем люминофорным элементам. Люминофор наносится на экран не в виде точек, а в виде вертикальных пунктирных линий. Центр отверстия щелевой маски соответствует зеленому люминофору. В таких ЭЛТ все три электронные пушки соосны друг другу, расположены в одной вертикальной плоскости и наклонены под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Отношение площади отверстий к общей площади маски в электронно-лучевых трубках такого типа значительно выше, чем у обычной теневой маски, поэтому тот же уровень яркости свечения может быть достигнут при значительно меньшей мощности электронных пучков, следовательно, срок службы таких кинескопов существенно больше.

Апертурная решетка

Апертурная решетка (Aperture Grill) - это тип маски, которую впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron. Теперь подобные технологии используются разными производителями кинескопов. Главное отличие этой технологии состоит в том, что здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка). Люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос трех основных цветов. Для гашения поперечных колебаний и придания проволочной сетке дополнительной жесткости применяются горизонтальные проволочки, которые называются Damper Wire - демпферные нити (одна в 15-дюймовых, две - в 17-дюймовых и больших мониторах). Тени от нитей видны на экране, особенно на светлом фоне. Кроме того, если в процессе работы такой монитор слегка качнуть, то колебания изображения будут обнаруживаться визуально.

Мониторы с апертурной решеткой имеют ряд преимуществ:

  • увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов;
  • в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение;
  • возможность точной калибровки;
  • плоский экран монитора.

Основные характеристики мониторов на базе ЭЛТ

Разрешающая способность

Разрешающая способность характеризуется числом точек - пикселей (Dot) на число строк (Line). Например, разрешение монитора 1024<?xml version="1.0"?>
768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк 768.

Величина зерна

Под величиной зерна монитора понимается расстояние между соседними точками одного цвета. С этим параметром обычно связывается разрешающая способность.

Размер шага для трубок разных типов нельзя сравнивать напрямую: величина зерна монитора с теневой маской измеряется по диагонали, а шаг щелевой маски или апертурной решетки - по горизонтали (рис. 4.2 Рис. 4.2. a - теневая маска, б - щелевая маска, в - апертурная решетка).

Горизонтальная развертка

Кроме шага точки, или величины «зерна», на максимально поддерживаемое монитором разрешение напрямую влияет частота горизонтальной развертки электронного луча, измеряемая в килогерцах (кГц). Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки.

Вертикальная развертка, или частота кадров

Отвечает за частоту регенерации (обновления) экрана - важный параметр, определяющий, как часто перерисовывается все изображение. Монитор с электронно-лучевой трубкой обновляет изображение на экране десятки раз в секунду. Это число называется частотой вертикальной развертки, или частотой кадровой развертки, и измеряется в герцах (Гц). Один герц соответствует одному циклу в секунду.

Если частота обхода экрана становится меньше 70 Гц, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Обычно при частотах выше 75 Гц мерцание незаметно для глаза (режим без мерцания).

При этом чем выше частота регенерации, тем более устойчивым выглядит изображение на экране. Значение частоты регенерации зависит не только от используемого разрешения или электрических параметров монитора, но и от возможностей видеоадаптера.

ЖК-мониторы

Технология ЖК-мониторов (LCD) основана на уникальных свойствах жидких кристаллов, которые одновременно обладают определенными свойствами как жидкости (например, текучестью), так и твердых кристаллов (в частности, анизотропией). В LCD-панелях используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму продолговатых пластин, объединенных в скрученные спирали.

Каждый пиксель ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых как правило перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым. При наличии жидкокристаллического вещества и при отсутствии напряжения его молекулы ориентируются таким образом, что их структура воздействует на свет, поворачивая плоскость поляризации и свет проходит через второй поляризационный фильтр.

Если же к электродам приложено напряжение, молекулы жидкокристаллического вещества стремятся выстроиться в направлении поля (молекулы раскручиваются). При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, поворота плоскости поляризации не происходит, что приводит к непрозрачности структуры. Регулируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности ЖК-ячейки. Цветное изображение в ЖК-мониторах получается за счет прохождения света, создаваемого подсветкой, через синий, зеленый и красный светофильтры. Ячейки, покрытые тремя светофильтрами, объединены в триады.

В упрощенном виде ЖК-монитор имеет следующие составные части (рис. 4.3 Рис. 4.3. Схема жидкокристаллического монитора):

  1. Лампа подсветки.
  2. Отражатели и световоды, обеспечивающие равномерную засветку экрана.
  3. Фильтр-поляризатор.
  4. Стеклянная пластина-подложка.
  5. Прозрачные электроды для подачи напряжения на ячейку.
  6. Ориентирующие пленки, от них зависит положение молекул жидкокристаллического вещества.
  7. Жидкокристаллическое вещество.
  8. Светофильтры.

Технические характеристики ЖК-мониторов:

  • Разрешающая способность: горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно физическое разрешение.
  • Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.
  • Соотношение сторон экрана (формат): отношение ширины к высоте, например: 4:3, 16:9, 16:10, 5:4.
  • Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:10 при одинаковой диагонали.
  • Контрастность: отношение яркостей самой светлой и самой темной точек.
  • Яркость: яркость света, излучаемого монитором, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.
  • Время отклика: минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости.
  • Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного. Для разных типов матриц и разными производителями считается по-разному, и часто сравнению не подлежит.
  • Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей. Типы матриц отличаются расположением жидких кристаллов, и как следствие, особенностями прохождения через них света. Напрямую с типом матрицы связаны такие характеристики, как время отклика, угол обзора, контрастность. В современных ЖК-мониторах используются технологии TFT для управления сигналом. TFT-технологии основаны на тонкопленочных транзисторах, являющихся управляющим элементом матрицы и контролирующим работу одного пикселя.

Видеоадаптер (видеокарта) - устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в сигнал для монитора.

Конструктивное исполнение

Видеокарта состоит из следующих частей:

Графический процессор (GPU) - занимается расчетами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор. Является основой видеокарты; именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его по числу транзисторов. Архитектура современного GPU обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики.

Видеоконтроллер - отвечает за формирование изображения в видеопамяти, дает команды RAMDAC на формирование сигналов развертки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора.

Кроме этого, на видеокарте обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например PCI), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Видеопамять - выполняет роль буфера, в котором хранится в цифровом формате изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные, невидимые на экране элементы изображения, и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, DDR2 или GDDR3. Помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE.

Цифро-аналоговый преобразователь ЦАП (RAMDAC) - служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в аналоговый сигнал. Максимально возможный цветовой охват изображения определяется параметрами ЦАП. Чаще всего ЦАП имеет четыре основных блока - три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, синий, зеленый), и память для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал - получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, возможна и большая разрядность.

Видео-ПЗУ (Video ROM) - постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую - к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы; а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе загрузки.

Система охлаждения - предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых значениях.

Технические характеристики видеоадаптеров:

  • видеопамять, измеряется в Мегабайтах - встроенная оперативная память на самой плате. Показывает, какой объем информации может хранить графическая плата;
  • частота процессора видеокарты - измеряется в Мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию;
  • разрядность шины памяти, измеряется в битах - количестве бит информации, передаваемой в секунду при обмене данными между видеопамятью и процессором видеокарты;
  • текстурная и пиксельная скорость заполнения, измеряется в млн. пикселей в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени;
  • интерфейс - для видеокарт используется три типа интерфейсов: PCI, AGP и PCI Express. Они различаются пропускной способностью и другими характеристиками. Понятно, что чем выше пропускная способность, тем выше и скорость обмена данными;
  • техпроцесс - измеряется в нанометрах (нм). Чем меньше данный параметр, тем больше элементов можно уместить на кристалле процессора видеокарты.

Определить основные технические характеристики предложенных мониторов.

4.5.1. Название работы, цель, содержание.

4.5.2. Краткое теоретическое обоснование.

4.5.3. Анализ предложенного оборудования, определение технических характеристик.

4.5.4. Выводы по работе.

© Центр дистанционного образования МГУП