Монитор как зеркало персонального компьютера

Наиболее распространенный и известный стандарт этого класса определен в программе Energy Star, разработанной американским Агентством по охране окружающей среды (EPA – Environmental Protection  Agency).

В нем заданы допустимые нормы энергопотребления для   компьютеров и периферийных устройств, находящихся в т.н. “ждущем” режиме, то есть в том случае, когда устройство включено, но активно не используется. Данный режим может также называться дежурный, ожидания, экономичный, низкого энергопотребления, ”спящий” и т.д. При этом допустимое значение энергопотребления любого из устройств (за редким исключением) не должно превышать 30 Ватт. Производители самых распространенных устройств (системных блоков, дисплеев, принтеров) добиваются выполнения этих требований различными способами.

Для видеосистемы (графический  адаптер и монитор), в которой монитор является основным потребителем электроэнергии, забирающем в активном режиме работы от 60 до 250 и более Ватт, уровень требуемой мощности в ждущем режиме не должен превышать 30 Ватт. Выполнение стандарта EPA в этой части выполняется двумя способами.

Первый способ – за счет поддержки производителями мониторов и графических карт стандарта энергосбережения “Сигнализация для управления энергопотребление дисплеев”, разработанного ассоциацией стандартов видеоэлектроники (VESA DPMS – Video Electronics Standard Association Display Power Management  Signaling), в котором заданы три сберегающих режима работы дисплея и характеристики управляющих сигналов, их включающие. Значение энергопотребления в различных режимах имеет следующие уровни, определяемые работой его отдельных узлов:

-          Standby Mode (дежурный режим): у дисплея отключена горизонтальная развертка, а уровни яркости и контрастности видеосигнала снижены до минимума, потребляемая мощность уменьшена  на 20-30% от уровня нормальной работы, возможно почти мгновенное восстановление работоспособности;

-          Suspend Mode (ждущий режим): подается сигнал горизонтальной развертки, но отключаются вертикальная синхронизация и высокое напряжение, энергопотребление – 20-30% от нормального уровня, для выхода в режим работы необходимо 3-5 секунд;

-          Power Off (квазивыключенный режим): отключены все узлы, кроме блока управления, обеспечивается самый низкий уровень потребляемой мощности – 5-10% от рабочего состояние, для перехода в которое может понадобиться до 10 секунд.

Выдача сигналов на перевод дисплея в указанные режимы выполняется либо программно-аппаратным способом (при условии, что монитор соответствует стандарту Energy Star).

Программно-аппаратный способ реализуется под управлением микросхемы BIOS, находящейся на материнской плате, или же с помощью графического адаптера. Программное решение основывается на   том, что режимами работы монитора управляют программы-менеджеры питания, носящие такое же название, как и раздел программы Setup – Power Management, и заставляющие графический адаптер посылать управляющий сигнал в стандарте VESA DPMS на монитор. При этом в большинстве случаев пользователь может сам задать или выбрать из предложенных значений время, определяющее момент перехода с одного режима потребления энергии на другой. Единственным недостатком спецификации является зависимость от  аппаратных или программных средств.

Второй способ основан на работе специальных резидентных программ-хранителей экрана (Screen-Saver’ов), например , After Dark Started Edition и Ecologic Power Manager. При работе указанного способа переход дисплея в ждущий режим происходит сразу же после гашения экрана, не используя многорежимность, и восстановление активного состояния происходит с небольшой задержкой. Применение данного способа позволяет выполнить требования EPA даже тем, кто не является счастливым  обладателем “бережного” монитора или графическим адаптером от VESA DPMS. 

Более обобщенные данные о стандартах для мониторов приведены в табл. 6. Здесь выделены основные категории параметров, определяемые различными стандартами.

Таблица 6. Параметры мониторов, определяемые стандартами. 

7 Мультимедиа мониторы

Сейчас, когда большинство компьютеров имеют дисководы CD-ROM, появились мониторы со встроенными динамиками, расположенными по бокам или внизу передней панели. Теоретически они представляют собой изящное и дешевое решение для пользователей, которые хотят иметь простую звуковую систему и в то же время слушать нечто большее, чем жалобный сигнал обычного динамика. У некоторых из таких мониторов также имеются встроенные микрофоны, позволяющие записывать голосовые команды. Эта особенность может оказаться полезной, если вы пользуетесь голосовой почтой или управляете своим компьютером с помощью голоса.

Однако столь простая идея – создать мониторы, снабженные средствами мультимедиа, связана с некоторыми проблемами. Во-первых, встроенные микрофон и динамики расположены на фиксированном, слишком близком расстоянии друг от друга; и если микрофон достаточно чувствителен для того, чтобы “поймать” ваш голос с некоторого расстояния, то весьма вероятно, что шум из динамиков также будет записываться и усиливаться. В результате будет слышен постоянный шум в качестве фона записи.

Во-вторых, поскольку размеры встроенных громкоговорителей ограничены, вряд ли можно получить качественный звук. Мощность даже средних по размеру шестидюймовых динамиков достигает 4 Вт (RMS) , что превосходит мощность звука любого из встроенных в монитор динамиков, выпущенных на данный момент.

Кроме того, в некоторых мультимедийных мониторах при максимальной мощности громкоговорителей изображение начинает “дрожать”.

8 Активная матрица

Монитор на электронно-лучевой трубке громоздок и потребляет много энергии. Поэтому, чтобы избавиться от кинескопов, продолжаются интенсивные разработки новых типов персональных компьютеров.

Так появились и быстро канули газо-плазменные дисплеи, применявшиеся в портативных компьютерах. Наибольшее распространение в портативных компьютерах notebook получили монохроматические и цветные жидкокристаллические LCD-дисплеи. Технология LCD-дисплеев быстро прогрессирует и достигла сегодня весьма высокого совершенства. Черно-белые LCD-дисплеи сегодня не уступают VGA-мониторам на кинескопах. Самыми неприятными недостатками жидкокристаллического считаются высокая инерционность изображения и медлительность, особенно заметные при работе с мышкой или трекболом в любых графических приложениях , например, в средеWindows.

Важнейшим и наиболее перспективным достижением в этой области сегодня является цветной TFT-дисплей или, как его часто называют, активная матрица. Активно-матричные тонкопленочные транзисторные дисплеи принципиально отличаются от обычных LCD-дисплеев, использующих пассивно-матричную технологию.

Каждый пиксель TFT-дисплея содержит отдельный транзистор, управляющий группой из трех цветных точек. Это так называемый “логический пиксель”, состоящий из трех жидкокристаллических элементов, видимых сквозь три основных цветовых фильтра – красный, синий и зеленый. Все пиксели изнутри подсвечиваются флюоросцентным цветом. В выключенном состоянии жидкокристаллический элемент поворачивает поляризацию света на 90 проникающего через задний фильтр. В результате свет не может проникнуть через передний поляризующий фильтр. Но при подаче напряжения на поляризующий элемент, поляризация света поворачивается на 90 и свет становится видимым. Таким образом, комбинируя пропускание света через красный, синий и зеленый фильтры, можно в каждом логическом пикселе создать практически любой оттенок с высокой яркостью и насыщенностью цветов и с чрезвычайно высокой контрастностью.

Конструктивно TFT-дисплей представляет собой многослойный “бутерброд”  из транзисторов и химических жидкокристаллических материалов, зажатых между двумя стеклянными панелями. Число управляющих транзисторов в таком активно-матричном VGA-дисплее с диагональю 10,4 дюйма приближается к 1 миллиону. Именно поэтому цена TFT-дисплея составляет сегодня более тысячи долларов.

Активно-матричный дисплей обладает поразительными возможностями. Картинка на экране TFT-дисплея обновляется 80 раз в секунду. В пассивно-матричных LCD-дисплеях картинка обновляется примерно 10 раз в секунду.

Первые модели активно-матричных TFT-дисплеев появились в 1991 году, когда на рынок поступили портативные компьютеры фирм Dolch, Sharp и Hitachi с такими цветными жидкокристаллическими дисплеями, воспроизводящими до восьми цветов. Современный TFT-дисплей воспроизводит быстро обновляющуюся картинку с разрешением 800х600 точек, состоящую одновременно из 256 цветов (из палитры в 16 миллионов оттенков). Столь широкий спектр цветовых оттенков позволяет выводить на экране изображения, которые выглядят весьма четко, естественно и живо.

Активная матрица в портативных компьютерах открывает широкие области применения во всех сферах деятельности, где качество графических образов имеет особое важное значение – в системах автоматизированного проектирования, в настольных издательских системах, в деловой и компьютерной графике, в архитектуре и других подобных областях. А со временем активная матрица, вероятно, сможет вытеснить обычные мониторы в настольных компьютерах и даже кинескопы в телевизорах.

9  Перспективы развития

Безусловно, улучшения параметров мониторов следует ожидать в ближайшие годы. Конечно, будет совершенствоваться технология ЭЛТ. Основные направления здесь – “уплощение” экрана, уменьшение размеров люминофорных элементов до 0.2 мм, повышение эффективного использования площади кинескопа (за счет либо овальных люминофорных элементов, либо более широкого применения апертурных масок) и разработка новых антибликовых и антистатических покрытий, а также покрытий, повышающих контрастность изображения и улучшающих цветопередачу. Будет распространено применение динамической фокусировки.

Электронные системы мониторов начнут развиваться в направлении повышения частот синхронизации и полосы частот видеотракта, чтобы при эффективном разрешении частота обновления кадров была не ниже 80-85 Гц. Станет обязательным применение экранного меню на всех моделях. Должны расшириться возможности органов управления монитором и коррекции любых видов искажений, что позволит несколько увеличить реальные размеры изображения. За счет увеличения количества заводских установок можно будет вообще исключить процедуру ручной регулировки.

Возможно, большее распространение получит интерфейс DDC 2AB (если его не опередит USB), который позволит производить настройки при помощи мыши или клавиатуры.

Должен появиться новый эргономический стандарт по уровням излучений, более жесткий, чем устаревший ТСО’91.

Следует ожидать развития мультимедиа-мониторов, которые смогут действительно обеспечивать хороший звук без ущерба для изображения, что пока остается только пожеланием. Кроме того, нормой должно стать оснащение мониторов микрофоном и видеокамерой.

Сейчас разработчики все чаще говорят о необходимости внедрения шины USB (Universal Serial Bus), которая позволит решить ряд проблем, в том числе и мультимедиа-мониторов. Шина USB – это универсальная последовательная шина, которая должна заменить параллельные, последовательные, клавиатурные и “мышиные” порты. Все устройства (принтер, модем, колонки сканер, клавиатуру и т.п.) можно будет подключать к стандартному разъему и производить любое наращивание конфигурации за счет простых взаимных соединений: например, к USB-монитору подключить клавиатуру и аудиосредства мультимедиа; к клавиатуре, в свою очередь, модем и мышь, и т.д.

Шина USB будет иметь скорость обмена на уровне 12 Мбит/с и должна легко реализовывать при этом функции Plug and Play. Для подключения видеокамеры потребуется другой, более скоростной интерфейс (SCSI или новый стандарт IEEE-1394, известный как FireWire). При наличии шины USB стандарт DDC может оказаться ненужным, а регулировки монитора будут осуществляться с клавиатуры. Внедрение этого стандарта потребует адаптации некоторых традиционных составляющих компьютера, однако его разработчики сулят большие выгоды за счет устранения конфликтов распределения системных ресурсов. Будет возможна “горячая” коммутация элементов компьютера.

В скором времени жидкокристаллические мониторы станут серьезными соперниками мониторов на ЭЛТ. LCD- дисплеи обладают целым рядом преимуществ перед любыми CRT-моделями. Они  занимают меньше места на рабочем столе, имеют  значительно меньший уровень излучения и меньшее энергопотребление и, следовательно, существенно надежнее своих собратьев. Характеристики изображения этих аппаратов пока не так хороши, как у мониторов на основе ЭЛТ, однако быстрое совершенствование ЖК-дисплеев и технологичность их производства позволяют ожидать в будущем уменьшения их стоимости и приближения к качеству электронно-лучевых устройств.