PC HARDVER ISMERETEK

1. PC HARDVER ISMERETEK Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály, Toldi Miklós 2010.

2. Tematika • 6. fejezet: Monitorok, monitorvezérlők

3. Megjelenítők fajtái • Katódsugárcsöves (CRT=CATHODE RAY TUBE) • Síkképcsöves LCD (LIQUID CRISTAL DIGITAL, TFT (THIN FILM TRANSISTOR) • Plazma megjelenítő (PDP) • OLED (Organic Light-Emitting Diode) megjelenítő • 3D –s megjelenítő

4. Sorok folyamatos megjelenítése letapogatás (non-interlaced) monitorok Váltott soros letapogatás (interlaced) TV Katódsugárcsöves megjelenítők • Raszteres képmegjelenítés elve: A megjelenítendő képet sorokra bontják (elemi TV sor), a sorok pontokból állnak. A képet a TV sorok ciklikus újrarajzolásával jelenítik meg.

5. kék fényport gerjesztõ elektronágyú kék fényport gerjesztõ elektronágyú vörös fémyport gerjesztő elektronágyú árnyékmaszk in-line elektronágyú árnyék maszk fényporréteg fénypor csíkok Korai árnyékmaszkos képcső In-line képcső Színes képcsövek

6. További fogalmak • Sorfelbontás : az elemi TV sorok száma • Soridő: egy TV sor megjelenítésének ideje (reciproka a sorfrekvencia. ~KHz) • Képidő (nem használjuk): egy TV kép megjelenítésének ideje (reciproka a képfrekvencia (Hz) • a két mennyiség összefüggése: sorfrekvencia= sorok száma*képfrekvencia

7. A CRT monitorokat jellemző adatok

8. A CRT monitorokat jellemző adatok

9. Síkképcsöves LCD megjelenítők • Működés: A megjelenítő mátrix-szerűen egymás mellé rendezett elemi fehérfényforrásokból épül fel, melynél a képpont átlátszóságát/színét a fényforrás előtti szűrő állítja be. A szűrő folyadékkristály (LCD) indirekt szűrés, vagy vékonyfilm tranzisztor (TFT-LCD ~aktív mátrix LCD).

10. A megjelenítőhöz kapcsolódó fogalmak • Eredeti (natív) felbontás: a pixelek számából adódó eredeti felbontás. Ez a felbontás adja a legjobb képminőséget. • Portré üzemmód: A monitor az álványzatán 90º-ban elfordítható. Szoftveres támogatást igényel • Nézőszög: A kijelző működési elvéből következően a kép nem 180º-ban látható, értékét függőleges és vízszintes irányban adják meg. • „Halott” képpontok: A kijelzők gyártás során meghibásodott elemi képpontjai.

11. Az LCD monitorokat jellemző adatok

12. A plazma megjelenítő – I Működés: a plazma megjelenítőkben minden képponthoz három apró, speciális gázkeverékkel töltött kamra tartozik. Ezek elektromos áram hatására UV fényt bocsátanak ki, amely a kamra belső oldalán elhelyezkedő foszfort indukálja, amely már az emberi szem számára is látható fényt bocsát ki.

13. A plazma megjelenítő – II

14. Az OLED megjelenítő – I A szerves anyagok némelyike elektromos áram hatására fényt bocsát ki. Ez a jelenség az elektro-lumineszcencia. Ez a gyakorlatban úgy néz ki, hogy az elektronok és a kationok egymás felé mozognak, és amikor találkoznak, energia szabadul fel, amely fotonként (fényként) jelenik meg.

15. Az OLED megjelenítő – II Az OLED (Organic Light-Emitting Diode) ezt a jelenséget használja fel, hogy képpontokat jelenítsen meg.

16. 3D –s megjelenítő – I Az ember azért lát mindent három dimenzióban, mert két szemmel néz (binokuláris látás), és így az egy – egy szemmel látott kép közt eltérés lesz, mégpedig un. perspektívikus eltérés. Az emberi agy képes ezt a két képet kombinálni, mégpedig oly módon, hogy érzékelhetővé váljon a látott tárgyak mélysége és távolsága.

17. 3D –s megjelenítő – II A 3D –s megjelenítők tehát különböző képeket kell, hogy eljutassanak a nézőhöz, akinek az agya képes a látottakat három dimenziós élménnyé kombinálni. Erre (jelenleg) kettő lehetőség adódik: • Speciális szemüveget igénylő technikák • anaglif szemüveg avagy a színszűrés • polarizált szemüveg • aktív képzáró szemüveg

18. 3D –s megjelenítő – III • Szemüveget nem igénylő technikák Ennél a megoldásnál a megjelenítő felületén helyezkedik el egy speciális szűrő, amely a különböző képeket létrehozza.

19. Nagy felbontású megjelenítés – I A nagy felbontású megjelenítés (High Definition, HD) elvi alapja, hogy a hagyományos megjelenítők felbontásának drasztikus növelésével sokkal jobb minőségű képet lehet megjeleníteni, így a néző számára sokkal látványosabb a megtekintés.

20. Nagy felbontású megjelenítés – II A nagy felbontású megjelenítés először a TV – nél jelent meg, ma már a számítástechnikai eszközöknél is terjed. Technikailag ilyen megjelenítés egyaránt megoldható LCD, plazma vagy OLED megjelenítővel is, sőt van lehetőség 3D –s tartalmak HD megjelenítésére is.

21. Nagy felbontású megjelenítés – III Többféle szabvány lett kidolgozva a HD megjelenítésre: • 480p: 720×480 pixel • 720p: 1280×720 pixel • 1080p: 1920×1080 pixel • 1080i: 1920×1080 pixel (interlaced) natív 1280×1080 pixel • 2160p: 3840×2160 Quad HDTV A hagyományos analóg adás 440×480 pixel felbontású.

22. Nagy felbontású megjelenítés – IV A megadott szabványok közül a 720p és az 1080i és az 1080p tekinthető szabványos felbontásnak. Ismert még HD Ready 720p, HD Ready 1080i és HD Ready 1080p elnevezés. Ez utóbbit szokás még Full HD –nek nevezni.

23. Nagy felbontású megjelenítés – V A HD Ready márkajelet az európai EICTA és az ASTRA nevű testület vezette be. Azok a készülékek kaphatják meg a jelet, amelyek az alábbi minimum feltételeket teljesítik: • tökéletesen kompatibilisek a beltéri HD egységekkel • a 720p és 1080i felbontást 50 és 60 Hz –en meg tudják jeleníteni, 16:9 vagy 16:10 –es képarányban • rendelkeznek HDMI csatlakozóval és beépített HDCP tartalom védelemmel

24. Fontosabb szabványok, előírások

25. Monitorvezérlők • Üzemmódok • Karakteres üzemmód • Csak a karaktergenerátorban tárolt karakterképeket jeleníti meg. A karakter attributumok programozhatók (szín háttér, villogás stb.) • Felbontás értelmezése: soronkénti karakterek *sorok • Grafikus üzemmód • A videómemória pixelenként programozható . Színmélység: a pont megjeleníthető színárnyalatainak száma. • Felbontás értelmezése: soronkénti pixelek*pixelsorok

26. Videomemória Interface Belső sín CRT vezérlő Video feldolgozó logika Karakter-generátor (BIOS) CRT vezérlő jelek Monitorvezérlők • Általános felépítés (VGA-t megelőző vezérlők)

27. VGA-t megelőző vezérlők • IBM monochrom display adapter (MDA) • HERCULES adapter • CGA -COLOUR GRAPHICS ADAPTER • EGA ENHANCED GRAPHICS ADAPTER)

28. IBM monochrom display adapter (MDA) • Az eredeti IBM PC vezérlője, csak szöveges megjelenítésre képes • Felbontása 80*25 karakter, karakterenként 9*14 képpont. • Videomemória mérete 4 KB, minden karakter 2 byte. • TTL vezérlőjelek (videojel, fényerő, Hsync, Vsync) • 9 tűs D csatlakozója van

29. Hercules adapter • A CGA –val egy időben jelent meg • Szöveges és grafikus módban is használható volt • Szöveges módban megegyezett a MDA eszközzel • Grafikus módban 720x348 pixel –es képet lehetett kezelni • Képes volt a kettő monitor vezérelni • Nem támogatta az IBM BIOS, így csak külön vezérlővel volt használható, viszont lehetett a vezérlőn CGA módot emulálni • TTL vezérlőjelek (R,G,B, fényerő, Hsync, Vsync) • 9 tűs D csatlakozója van

30. CGA kártya • CGA -COLOUR GRAPHICS ADAPTER • MDA továbbfejlesztése (azonos CRT chip) • Videomemória mérete 16 KB • TTL vezérlőjelek (R,G,B, fényerő, Hsync, Vsync) • 9 tűs D csatlakozója van • Üzemmódok • Karakteres üzemmód: • 80*25 /40*25 karakteres felbontás, 8*8 képpont • A videomemóriában a páratlan címeken a karakterkód, páros címeken a karakter attributum van tárolva. • Grafikus üzemmódok • 320*200 képpont, képpontonként 4 szín egy négyes palettából- 1 képpont 2 bit • 640*200 képpont – 1 képpont 1 bit

31. EGA • EGA ENHANCED GRAPHICS ADAPTER) • Javított felbontású karakteres és grafikus üzemmód • CGA és MDA üzemmódok emulációjára képes • Videomemória mérete 256 KB, melyet 4*64 KB síkra oszt • TTL vezérlőjelek (R,G,B (színenként kettő), Hsync, Vsync) • 9 tűs D csatlakozója van • Karakteres üzemmód jellemzői: • 80*25 (80*43)karakter felbontás, 8*14 képpont, 16 szín • Lapozási lehetőség • Memória síkok karakteres üzemmódban(Karakterkódok, Karakter attributumok,Letölthető karakterek ( pl. ékezetes karakterek, 4*32 byte) • Grafikus üzemmódok • 640*350 képpont maximális felbontás, 16 szín (64 - ből) . Minden képponthoz képsíkonként 1-1 bit tartozik, a palettát a palettaregiszter határozza meg (16 db 6 bites palettaregiszter ) • Memória síkok grafikus üzemmódban • kék (1 bit) • zöld (1bit) • vörös (1 bit) • fényerő (1 bit)

32. VGA (VIDEO GRAPHICS ARRAY) • IBM fejlesztés (IMB PS/2) • TTL jelek helyett analóg videojel (0-0,7V)- a TTL színjelek növelését a csatlakozó mérete korlátozza- DIGITAL ANALOG CONVERTER (DAC) • Minden más videovezérlő működési módjába beállítható • Eredeti szabvány: 640*480* 16 szín. A színek egy 262144 elemű (18 bit) színpalettáról választhatók ki .(256 db 18 bites regiszter). • Színkiválasztás:16 db palettaregiszter (3*2 bit)+VGA színkiválasztó regiszter (2 bit)→DAC • Karakteres és grafikus üzemmód • 15 pólusú D csatlakozó (R, G, B, szinkron jelek, monitor azonosító jel (DDC), a jelekhez külön földvezeték tartozik

33. VGA szabvány továbbfejlesztése

34. VGA- csatlakozó

35. DVI interfész • DVI-DIGITAL VISUALISATION INTERFACE- a TFT –LCD monitorok bemenetéhez illeszkedő felület (nincs kétszeres AD/DA konverzió) • A DVI interfész a jelátvitelhez a TDMS (Transition Minimized Differential Signaling) protokollt használ. Cél a feszültségváltások minimalizálása. • A TDMS maximális órajel-frekvenciája 165 megahertz, ennyi tehát az egy TDMS kapcsolattal elérhető képpontfrekvencia is. (másképpen 60 hertzes képfrissítéssel 1600x1200 felbontás) • Ha egy TDMS kapcsolat nem elegendő(magasabb felbontás, vagy képfrekvencia), két, párhuzamosan működő kapcsolat közös TDMS órajellel

36. HDMI interfész - I A nagyfelbontású megjelenítés megköveteli egy olyan átvivő felület létét, amelyen az ilyen digitális audio- és videotartalmak megfelelő sebességgel és nagyon jó minőségben továbbítható. Erre lett a HDMI (High Definition Multimedia Interface) létrehozva.

37. HDMI interfész – II Tulajdonságai: • Jelátvitel itt is a TDMS (Transition Minimized Differential Signaling) protokollal történik. • A TDMS protokoll órajele a korai verziónál (1.0-1.2a) 165 Mhz, amely a későbbiekben (1.3-1.4) 340 Mhz –re lett emelve. Így csatornánként 1.65 Gbit/s, illetve 3.4 Gbit/s adat továbbítható. A maximálisan 3.96 ill. 8.16 Gbit/s adat átvitele lehetséges. • DDC (Display Data Channel) protokoll szolgál arra, hogy a jelforrás és a megjelenítő eszköz optimális értékeket állítson be a megjelenítéshez. • CEC (Consumer Electronics Control) gondoskodik arról, hogy a távirányítás rendben megtörténhessen. • A HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) használata lehetővé teszi, hogy az átvitt tartalom titkosítva legyen, így a lemásolása jelentősen meg legyen nehezítve. • A DVI és a HDMI hasonló protokolljai lehetővé teszi, hogy egy HDMI-DVI átalakítót lehessen létrehozni és használni. • Ötféle HDMI csatlakozó létezik: A, B, C, D, E

38. HDMI interfész – III Type A csatlakozó kiosztása • Pin 1 TMDS Data2+ • Pin 2 TMDS Data2 Shield • Pin 3 TMDS Data2– • Pin 4 TMDS Data1+ • Pin 5 TMDS Data1 Shield • Pin 6 TMDS Data1– • Pin 7 TMDS Data0+ • Pin 8 TMDS Data0 Shield • Pin 9 TMDS Data0– • Pin 10 TMDS Clock+ • Pin 11 TMDS Clock Shield • Pin 12 TMDS Clock– • Pin 13 CEC • Pin 14 Reserved (HDMI 1.0-1.3c), HEC Data- (Optional, HDMI 1.4+ with Ethernet) • Pin 15 SCL (I²C Serial Clock for DDC) • Pin 16 SDA (I²C Serial Data Line for DDC) • Pin 17 DDC/CEC/HEC Ground • Pin 18 +5 V Power (max 50 mA) • Pin 19 Hot Plug Detect (All versions) and HEC Data+ (Optional, HDMI 1.4+ with Ethernet)

39. HDMI interfész – IV

40. Displayport interfész – I A Displayport szabványt ugyanazokra a célokra hozták létre, mint a HDMI –t, csak itt az elsődlegesen célplatform a monitorok, ill. a házimozi rendszerek. Ezenfelül megvalósításánál egy ingyenesen használható megoldást hoztak létre.

41. Displayport interfész – II Tulajdonságai: • Az adatátvitel a mini packet protokollal történik. • Az adatátvitelnél a fő csatorna (main link) 4 különböző részre, adatcsatorna párra (lane) van osztva. A lane –ben az órajel 162, 270 vagy 540 MHz lehet, így 1.62, 2.7 vagy 5.4 GBit/s adat továbbítható. Maximális adatátvitel tehát 6.48, 10.8 vagy 21.6 GBit/s lehet. • Az adatátvitel DPCP (DisplayPort Content Protection) vagy HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) használatával titkosítható. • A Displayport kimenethez könnyen készíthető HDMI, vagy DVI konverter.

42. Displayport interfész – III Csatlakozó kiosztása: • Pin 1 ML_Lane 0 (p) Lane 0 (positive) • Pin 2 GND Ground • Pin 3 ML_Lane 0 (n) Lane 0 (negative) • Pin 4 ML_Lane 1 (p) Lane 1 (positive) • Pin 5 GND Ground • Pin 6 ML_Lane 1 (n) Lane 1 (negative) • Pin 7 ML_Lane 2 (p) Lane 2 (positive) • Pin 8 GND Ground • Pin 9 ML_Lane 2 (n) Lane 2 (negative) • Pin 10 ML_Lane 3 (p) Lane 3 (positive) • Pin 11 GND Ground • Pin 12 ML_Lane 3 (n) Lane 3 (negative) • Pin 13 CONFIG1 connected to Ground1) • Pin 14 CONFIG2 connected to Ground1) • Pin 15 AUX CH (p) Auxiliary Channel (positive) • Pin 16 GND Ground • Pin 17 AUX CH (n) Auxiliary Channel (negative) • Pin 18 Hot Plug Hot Plug Detect • Pin 19 Return Return for Power • Pin 20 DP_PWR Power for connector (3.3 V 500 mA)

43. Displayport interfész – IV

44. Felbontás, színmélység, videomemória • Színmélység: egy képpontban(pixel) megjeleníthető színek száma. • A szükséges videomemória méret kiszámítása: felbontás*pontonkénti bitszám • Példa: • 640*480 (VGA) felbontás 256 szín mellett. A szükséges videomemória: 640*480*8 bit= 2 457 600 bit ->307 200 byte ->300 Kbyte

45. Windows grafikus gyorsítók (2D) • Miért van szükség grafikus gyorsítókra? • Erősebb grafikus alkalmazások a képtartalmat gyakran módosítják, amit nagy sebességgel kell végrehajtani. Ez bittérképes ábrázolással nagy adatforgalmat jelent (pl.: 100*100 pixel *256 szín~10 KB. A processzor tehermentesítésére a videokártyán grafikus társprocesszort helyeznek el mely a tipikus grafikus eljárásokat gyorsabban képes elvégezni. • Jellemző műveletek: • Bit blit (ablak eltolás): az eljárás felvesz egy négyszöget és egy másik pozíción újrarajzolja. • Hardver kurzor: A PC processzora csak az egérkurzor koordinátáit adja meg, a kurzor rajzolását a GPU végzi. • Vonal húzás (LINE DRAWING): A processzor a kezdő és végpontokat adja meg a GPU-nak. • Körrajzolás (CIRCLE DRAWING): A processzor a kör középpontját és sugarát adja meg. • Kitöltés (POLYGON FILL): Tetszőleges sokszög feltöltése adott pixelinformációval. • A gyorsítókártyák VGA kompatibilisek, a funkciók eléréséhez driverprogramra van szükség.

46. 3D-s grafikus kártyák • A háromdimenziós grafika elterjedésével új igény jelentkezik: valósághű mozgások 3D-s ábrázolása • Működés: A 3D-s jelenetek fázisait a 3D chip végzi a processzor helyett. A felhasználói program kiszámítja a térbeli alakzat (objektum) helyzetét a térben. Az objektumot sokszögekkel határolt különálló elemként (poligon) modellezi, ábrázolása több lépésben történik: • Először a váz (vertex frame) megrajzolása, • majd a annak feltöltése textúrával, • végül a vizuális effektusok létrehozása a felületen (shade). • Az ábrázolásnál a GPU előre definiált effektusokat használ: • ALPHA BLENDING: részlegesen átlátszó testek áthatása • ANTIALIASING: élsimítás • COLOR KEY: „bluebox” technika • FOGGING/DEPTH CUEING: A tárgy színének mélységben történő megváltoztatása • HIDDEN LINE REMOVAL: A takarásban lévő tárgyak nem látható éleit nem rajzolja meg • MIP-MAPPING: A textúra felbontása függ a mélységtől, a távolabbi tárgyak kevéssé részlet gazdagok • SPECULAR HIGHLIGHT: Felületi megvilágítás effektus • Z-BUFFER: A tárgy harmadik dimenzióját adja meg.

47. Több kártyás 3D-s megjelenítés – I Mivel a 3D-s megjelenítés kifejezetten számításigényes, könnyen jött a felvetés, hogy jobb lenne, ha több eszköz egymást támogatva végezné el ezt a munkát, így nagyobb teljesítményt nyújtva.

48. Több kártyás 3D-s megjelenítés – II A több kártyás 3D megjelenítéshez szükség van az alábbi eszközökre: • erre alkalmas alaplapra • erre alkalmas videókártyákra • ezt támogató eszközvezérlő programra

49. Több kártyás 3D-s megjelenítés – III Két konkrét megvalósítása ismert ennek a technológiának: • Scalable Link Interface (SLI) – NVIDIA • CrossFire - AMD

50. SLI - I A SLI az NVIDIA által kifejlesztett eljárás a több kártyás 3D -s megjelenítésre. Némiképpen a 3dfx hasonló nevű technikájára alapul. Megvalósításai: • Klasszikus (kettő kártyás kiépítés) • Kettő GPU egy kártyán • Quad SLI • 3way SLI • Hibrid SLI • PhisX kiegészítő kártya