Arvutikuvar (0)

EESTI ETTEVÕTLUSKÕRGKOOL MAINOR
Veebidisaini ja digitaalgraafika õppekava
Arvutikuvar
1. Ajalugu
Sõna monitor tuleneb ingliskeelsest sõnast monitor, mis tähendab kasvatajat, vaatlejat ja hilisemal ajal ka arvuti kuvaseadet ehk kuvarit. Sõna kuvar aga seevastu on pärit hoopis soome keelest ja tähendas kunagi seadet , milles oli ühes tükis nii monitor, kui ka klaviatuur (st 70ndate arvutit).
Läbi ajaloo on kasutatud erinevate omadustega kuvareid. On juba kadunud need kuvarid , mis suutsid esile tuua vaid ASCII sümboleid ja seetõttu graafilist kasutust suurt ei leidnud (kui nn “kastigraafika” välja arvata). Enim kasutati selliseid aparaate just UNIXi terminalidena.
Tänapäevastesse arvutikomplektidesse kuuluvad aga juba graafilised monitorid , millede värvilahutus on viimase 25 aasta jooksul märgatavalt paranenud . Sellest aga lähemalt hiljem. Kasutatud on ka erinevate mõõtudega kuvareid, alustades 11-13 tollistest 90ndate algul ja lõpetades 19-27 või suurem tolliste kuvaritega tänapäeval. Erinevad ka monitoride ekraanikujud: portrait ehk portree tüüpi (kõrgus suurem kui laius) spetsiaalkuvareid kasutatakse näiteks kirjastustes; landscape kuvareid (laius suurem kui kõrgus) kasutame me kõik igapäevatöös , sest need on levinumad.
2. Kuvari roll arvutis.
Arvutikuvar (ka arvuti monitor, videoterminal, ekraan ) on üks tähtsamaid arvuti komponente kasutajasuunalise väljundseadmena, mis muudab analoog - või digitaalinfo pildiks. Vajadusel kuvatakse klaviatuurilt sisestatud vastused, korraldused ja muu info. Ilma selleta on arvutiga ebamugav ja raske töötada. Põhimõtteliselt töötab traditsiooniline kuvar väga sarnaselt televiisorile. Monitori erinevused televiisoriga võrreldes seisnevad peamiselt selles, et arvutikuvari sisend on kohandatud arvutiandmete erilisele, nimelt numbrilisele kujule ja ergonoomilised nõuded on veidi teistsugused . Monitori juhtseade arvuti graafikakaardil (videokaardil) muundab digitaalsed kahendsignaalid videosignaalideks, et nende abil ekraanil moodustada üksikutest pildipunktidest koosnev terviklik kujutis.
3. Monitoride liigitamine värviedastamise omadustel
Monitore võib jagada kaheks toetudes nende värviedastamise omadustele: monokroomseteks ja mitmevärvilisteks.
3.1 Monokroomsed kuvarid
Monokroom- ehk ühevärvikuvarid saavad oma nime sellest, et musta tausta peal merevaik. Sellised kuvarid jaotuvad siiski veel kaheks: nendeks, kes tekitavad tõesti vaid ühe värvi ja nendeks, kes suudavad seda ühte värvi varieerida erinevates toonides (valge värvi puhul nimetatakse taolist kuvarit halltoon-kuvariks). Monokroomkuvarid koosnevad siis ainult ühest katoodtorust ja tavaliselt pole ka pildi kvaliteet suurem asi, sest lahutusvõime jääb väikeseks. Monokroomsed kuvarid kuuluvad pigem juba ajaloo juurde.
3.2 Värvilised kuvarid
4 bitti
16 värvi
8 bitti
256 värvi
15 bitti
32 768 värvi
16 bitti või 65K (HiColor)
65,536 värvi
24 bitti (True Color )
16 777 216 värvi
32 bitti (True Color)
4 miljardit värvi
Mitmevärviliste kuvarite puhul tuleb sisse tuua mõiste RGB – inglise keelsetest sõnadest Red, Green ja Blue, mis tähendavad, et monitoris on kolm katoodkiiretoru, mille abil tekitatakse ekraanile värvid. Need värvid saadakse, segades omavahel punast, rohelist ja sinist värvi. Erinevate monitoride puhul on saadud toone erineval hulgal, alates 16 ja lõpetades umbes 4 miljardiga. Siinkohal on sobilik seletada lahti ka värvide saamise lugu, teoreetilisest seisukohast . Nimelt ekraani piksel võib tegelikult kuvada loendamatul hulgal erinevaid värvitoone, kuid piirid seab põhiliselt just graafika tekitamisele kuluv mälu, sest näiteks 256 värvi puhul kulub iga piksli peale täpselt üks bait mälu. Mitu bitti ühe piksli kujutamiseks kulub ehk mitu värvi on võimalik tekitada, määrab suurus nimega värvisügavus (Color Depth), mida mõõdetakse bittides. 256 värvi puhul on värvisügavuseks 8 bitti, kuid tänapäeval on kasutatavamateks sügavusteks 24 ja 32 bitti (True Color). Ülevaate värvsügavustele vastavatest värvitoonide arvust annab järgnev tabel.
4. Monitorid ja tehnoloogiad .
Personaalarvutite juurde lisatakse tavaliselt kas kineskoopkuvar(CRT) , vedelkristallkuvar (LCD), plasmakuvar või OLED-kuvar.
4.1 Kineskoopkuvar ehk CRT.
Joonisel näha olev koonusjas osa ongi kineskoop, mille abil ekraanile pilt tekitatakse. Selle tagaosas asub elektronkahur , mis koosneb (antud juhul) kolmest katoodtorust. Katoodkiiretoru (CRT – catod ray tube ) on selline seade, mis kiirgab endast välja elektrone. Neid elektrone suunatakse hälvitussüsteemi abil, et panna helenduma ekraanil mingit kindlat punkti. Punkt ehk piksel (picture element)koosneb kolmest osast: punase, rohelise ja sinise täpike. Neist iga täpi paneb vastavat värvi helendama luminofooraine, mida pommitatakse elektronidega. Erineva hulga elektronidega tabamine paneb luminofoori erineva tugevusega helenduma – nii saadaksegi erinevad värvitoonid. Värskendussagedus ehk vertical refresh rate , näitab, mitu korda sekundis ühte punktirida kiiritatakse, need jäävad tavaliselt vahemikku 50 Hz – 160 Hz. Kui kiiresti aga reas liigutakse pikslilt pikslile, näitab horizotal refresh rate, mis jääb vahemikku 24 kHz – 115 kHz. Hälvitussüsteem on magnetitest või poolidest koosnev süsteem, mille abil tekitatakse kineskoobis vajaliku tugevuse ja suunaga magnetväli , et kallutada elektroni tema sirgelt kursilt soovitud piksli mingile värvipunktile. Demagneetimis pool on seade, mis teostab demagneetimist (degauss), mille abil kõrvaldatakse monitori korpusest ja osadest mittevajalik magnetväli. Selle mittekõrvaldamine võib põhjustada (ja põhjustabki) ekraanil ebakorrektseid värvilaike.
Pildi saamine.
Kineskoobi tagaosas paiknevast elektronkahurist kiiratakse välja pidevalt kolm elektronkiirt, mis läbivad maski ja seejärel tabavad mingi piksli värvuspunktikesi. Maski on tarvis selleks, et tagada kiire langemine ainult ühele pikslile. Maskid erinevad tavakineskoopidel ja trinitronidel. Maskid jaotuvad laias laastus kolmeks: shadow mask – augus on ringikujulised, nagu joonisel; slot mask – augud on piklikud; ja apaerture grill – “augud” ulatuvad üle terve ekraani. Viimast tüüpi maske kasutatakse trinitronkineskoopidel
4.2 Vedelkristallkuvar
Vedelkristallmonitorid (LCD – Liquid Cristal Display ) erinevad kineskoopkuvaritest põhiliselt just asjaolu poolest, et neil pole kineskoopi . Pilt tekitatakse hoopiski poolkristallilises olekus vedeliku abil. Selleks vedelikuks on eriline aine cyanophenyl, mille pikkadel ja peenikestel molekulidel on omadus valguslainetuse polarisatsiooni pöörata. Alljärgnev pilt annab selgema arusaama, kuidas on vedelkristallmonitor üles ehitatud.
Esiklaas, esimene polariseeriv filter , vedelkristall , teine polariseeriv filter, valgusallikas
Joonis 3. Mustvalge LCD põhimõtteline skeem
Nagu pildil kujutatud, on vedelkristall suletud elektroodidega klaaside vahele, millest kahel pool on ristuvate polaarsustega filtrid. Tagumist filtrit labinud valguslained kas läbivad kristallikihi muutumatult või veidi (90° või 270°) pööratult. Teist filtrit aga ei läbi enam need lained, mis on pööramata, seega nendes kohtades on ekraanil kuvatud mustad laigud. Värviline LCD on ehitatud samal põhimõttel, ainult värvi saamiseks sulatatakse jällegi kokku kolm põhivärvi, seekord neid kõiki erald filtreerides, nagu näha järgneval joonisel:
4.3 OLED kuvar
Orgaaniline valgusdiood  ehk OLED (inglise keeles  organic light -emitting diode ) on valgusdiood, milles kiirgavaks elektroluminestsentseks kihiks on orgaaniline ühend, mis kiirgab valgust elektri toimel. See orgaanilise pooljuhi kiht asub kahe elektroodi vahel. Üldjuhul on vähemalt üks elektrood läbipaistev.
OLED-e kasutatakse enamasti televiisorite ekraanides, arvutite kuvarites ja sellistes väikestes portatiivsetes seadmetes nagu mobiiltelefonid ja pihuarvutid. Samuti kasutatakse neid valgusallikatena, ent oma varajase arengufaasi tõttu kiirgavad nad tavaliselt vähem valgust pindühiku kohta kui mitteorgaanilised LED-valgustid.
OLED-ekraanil puudub taustvalgustus ja seetõttu saab seal kuvada palju sügavamaid musti värve; võib olla ka palju õhem ja kergem kui praegu turul olevad LCD- ekraanid . Sarnaselt võivad OLED-ekraanid hämaras ruumis saavutada suurema kontrastsuse kui tavalised LCD-ekraanid.
OLED-ekraane on kahte põhitüüpi: ühed, mis baseeruvad väikestel molekulidel, ja teised, mis kasutavad polümeere.
OLED-ekraanid võivad pikslite adresseerimise kasutada kas passiivmaatriks- (PMOLED) või aktiivmaatriksskeeme. Aktiivmaatriks-OLED-id (AMOLED) vajavad õhukest transistoride kihti tagaküljel, et lülitada iga konkreetne piksel sisse või välja. Tänu sellele tehnoloogiale on võimalik valmistada suurema resolutsiooni ja suurusega ekraane.
4.4 Curved Monitor
5. Videoliidesed
Kuvari ja videokaarti ühendamiseks kasutatakse kolm levinumat videosisesendit/-väljandit:
VGA (inglise keeles Video Graphics Array ) on analoogvideoliides, mille lahutusvõime on 640 x 480 pikslit, mis on saanud arvutites videosignaali edastamisel kõige vähemnõudlikumaks lahutusvõimeks. Tutvustati esmakordselt 1987. aastal IBM PS/2 tüüpi arvutitel, kuid tänu laialdasele levikule hakati seda kasutama standardina.
DVI (inglise  Digital Visual Interface ) on digitaalvideoliides. See loodi aastal 1999, et edastada kõrge kvaliteediga pilti. DVI töötati välja VGA analoogsignaali asendamiseks – digitaalsignaali pakkimata kujul kuvarini edastamiseks. DVI ühildub osaliselt HDMI standardiga digitaalrežiimis ja on VGA-ga tagasiühilduv analoogrežiimis.
HDMI (inglise High- Definition Multimedia Interface) on kõrglahutusega multimeedia kasutajaliides, mis loodi aastal 2002 kõrge kvaliteediga pildi ja heli edastamiseks.
6. Kuvari olulisemad näitajad.
Suurus – väljendatakse ekraani diagonaali pikkusega tollides. Levinumad mõõdud on vahemikus 15–27 tolli. Mida suurem on ekraan, seda suuremat ala saab tööpinnast näha.
Piksli suurus – pildipunkti füüsiline suurus kuval, mõõdetuna millimeetrites.
Lahutusvõime ( screen resolution) – väljendatakse ekraanile mahtuvate pikslite arvuna, mis on ekraani lühema külje ja pikema külje pikslite korrutis, näiteks 800×600, 1024×768, 1152×864. Seega mida suurem on lahutusvõime, seda teravam on pilt, juhul kui piksel ise on piisavalt väike.
Järgmise põlvkonna seadmete pikslite arv on 4K ja 8K.
Kontrast  (contrast ratio ) – näitab, kui suur on musta ja valge värvi vahe. Näiteks kontrasti 1:1 korral on pilt must-valge. Ehk mida suurem on kontrast, seda ilusam on pilt. Must on mustem, valge valgem jne.
Pildi suhe (aspect ratio) – näitab ekraani horisontaali ja vertikaali suhet. Kui ekraan on ruut, siis on suhe 1:1.
Vaatenurk (viewing angle) – näitab seda, kui hästi saab ekraani külje pealt vaadata. Kui on väike vaatenurk, siis näeb ekraani ainult otse. Vaatenurk on olulisemaks näitajaks televiisoritel, sest arvutikuvarit vaadatakse enamasti ikka otse.
Värskendussagedus (refresh rate) – kui mitu korda sekundis jõuab elektronkiir ekraani täielikult üle joonistada. Mõõdetakse seda hertsides (Hz). Mida väiksem on värskendussagedus, seda värelevam, vilkuvam pilt meile tundub. Mida suurem on värskendussagedus, seda värelusevabam on pilt.
Värelusevaba pildi alampiir on 75 Hz, üle 120 Hz värskendust tavaliselt inimese silm enam ei erista.
Reageerimisaeg  (response time) – näitab aega, kui kiirelt ekraan suudab uue pildi kuvada. Mida väiksem aeg, seda parem.
Horisontaalne kaadrisagedus (nt 30–80 kHz) – näitab, kui kiiresti kuvari ekraanil kaadreid vahetatakse . Just selletõttu tundub aeglastel ekraanidel läbi kaamera vaadates, et jooned liiguvad ülevalt alla.
Viited:
1. http://www.physic.ut.ee/instituudid/efti/loengumaterjalid/ara/praktikum/ArvutiriistvaraI%20loeng11.pdf
2. http://www.physic.ut.ee/instituudid/efti/loengumaterjalid/ara/ara2001/monitor/monitorid.pdf
3. http://www.novaled.com/
4. http://www.millertech.com/Technical_Specs.ht m
5. http://research.omicsgroup.org/index.php/AMOLED