3.3.8 Ulazi i izlazi uređaji; Monitor

Kod računala opće namijene uobičajeni izlazni uređaj je MONITOR. Na njemu se prikazuju sve poruke sustava koje računalo upućuje korisniku i rezultati rada programske potpore. Prikazivanje se može obaviti na dva načina i to:

1.) Tekst mod - poruke s alfanumeričkim znakovima prema jednoj od
                kodnih tablica koju korisnik odabere.
         Najčešće su to prikazi u matrici znakova veličine:

                        a.)  40 stupaca X 25 redaka
                        b.)  80 stupaca X 25 redaka
                        c.) 132 stupca  X 43 retka

         Kako je riječ o matrici (polju) znakova, proizlazi
         da svi znakovi imaju istu visinu i širinu.

2.) Grafički mod - kada se poruke na ekranu prikazuju kao slikovni
                   sadržaji različite gustoće.
         Uobičajene gustoće (broj piksela po visini i širini 
         prikaza) za slikovne prikaze su:

           a.)  CGA;  320 x  200       d.)  XGA; 1024 x  768 (IBM)
           b.)  VGA;  640 x  480       e.)  XGA; 1280 x  960
           c.) SVGA;  800 x  600       f.) UXGA; 1600 x 1200

     VGA - Video Graphics Array
    SVGA - Super Video Graphics Array 
     XGA - Extended Graphics Adapter (64K boja za istoimeni IBM standard)

Osim navedenih razlučivosti (modova rada) postoji još čitava lepeza sličnih, kao SXGA (1280x1024), SXGA+ (1400x1050), QXGA (2048x1536) ili WXGA (1366x768) i još podosta, ali je preporuka koristiti navedene jer je većini odnos širine i visine slike 4:3. Alfanumerički i grafički VGA standardi nisu samo navedene rezolucije već tu spada i broj boja po znaku ili po pikselu za svaku od navedenih razlučivosti (gustoća) i kreće se od dvije boje do preko deset miliona boja. Naravno nisu sve skale boja linearno zastupljene već se određuju temeljem broja bit-a za opis boje pojedinog znaka ili piksela te iznose 2, 4, 8, 16, 256, high color (16 bit-a / 65356 / 64K boja), true color (24 bit-a / oko 16 milona boja) boja i nadalje. Za prikaz slike razvijene su različite tehnologije monitora, ali je najčešće u uporabi tehnologija slična TV uređaju u boji (slika 3.3.27) koja se zasniva na miješanju triju osnovnih boja Crvene (Red), Zelene (Green) i Plave (Blue) - RGB monitori, naravno uz mnogo finiji raster od TV uređaja.

Kod CRT (Cathode Ray Tube) monitora načelo dobivanja zraka različitih boja zasniva se na bombardiranju čestica fosfora na unutrašnjosti zaslona monitora mlazom elektrona. Ako mlaz sadrži više elektrona pobuda fosfornih čestica je jača i emitiraju više svijetla. Za dobivanje slike u boji koriste se grupe čestica od po tri elementarne čestice od kojih svaka emitira svjetlosne zrake jedne od osnovnih boja; crvenu (R), zelenu (G) i plavu (B), koje miješanjem daju boju koju oko raspoznaje kao jedinstvenu. Ako su čestice fosfora fizički manje utoliko je prikaz slike bolji jer se slika sastoji od više pojedinačnih elemenata.

Primjer X

Prikazivanje slike na zaslonu CRT (Cathode Ray Tube) i LCD (Liquid Crystal Display) monitora.

Slika** 3.3.27 Iscrtavanje slike na CRT-u		Slika* 3.3.28 Iscrtavanje slike na LCD-u

Skup od tri susjedne fosforne točke različite boje na unutrašnjoj strani zaslona monitora naziva se elementarna RGB TRIODA. Razmak između susjednih točaka iste boje između dvije susjedne TRIODE na zaslonu CRT monitora za uobičajene monitore dijagonale veličine 15"-22" iznosi 0.20mm-0.30mm (bijela strelica na slici 3.3.27c), što je otprilike oko 1200-3000 trioda po horizontalnoj osi monitora. Što je više točaka po jedinici površine zaslona monitor je kvalitetniji ali i skuplji. Element slike - piksel (pixel) koji se na monitoru prikazuje ne bi po veličini smio biti manji od elementarne RGB-triode na zaslonu monitora. Danas je uobičajen rad s rezolucijama slike na zaslonu monitora od 1024x768 elemenata slike ili više, što znači da u jednom pikselu slike učestvuje više trioda zaslona monitora, što daje dosta kvalitetne prikaze. Ako se koriste razlučivosti slike takve da je pixel slike manji ili jednak fizičkoj veličini RGB-triode prikaz na monitoru biti će nekvalitetan. Tek monitori dijagonale 17" i veličine RGB-triode 0.22mm mogu kvalitetno reproducirati sliku rezolucije 1600x1200 pixela. Signal za nadzor snopa elektrona je analogan, a monitori najčešće imaju VGA 15 pin-ski konektor (naziv nema povezanosti s XGA, VGA i SVGA modom prikaza slike).

Dakle, osnovni element u kreiranju slike je pixel sastavljen od tri podelemenata (subpixel). Oblik piksela ne mora biti nužno okrugao. Veću efikasnost daju prugaste fosforne trake na zaslonu kojima umjesto sitaste maske prethodi rešetkasta struktura nazvana TRINITRON što sliči na raspored trioda kao kod LCD monitora, ali je izvedbeno skuplje. Među rješenje u vidu pravokutnih elemenata slike nazvano IN-LINE daje rezultate po kvaliteti između opisanih rješenja. Dobra osobitost TRINITRON i IN-LINE rješenja je da elektronski topovi CRT nisu u odnosu na sitastu masku prostorno razmješteni tako da su pod međusobnim kutom od 120° i pod malim kutom u odnosu na okomicu koja izlazi iz centra sitaste maske prema elektronskim topovima (os CRT), već se nalaze u istoj horizontalnoj ravni u kojoj je os CRT-a i jedan od topova je upravo u osi sitaste maske ili rešetke. Na taj način značajno se pojednostavljuje elektronika koja mora korigirati izobličenja nastala zbog različitih položaja elektronskih topova u odnosu na os CRT-a. Oblik i nazivi pojedinih fosfornih struktura na zaslonu monitora za navedena tri tipa monitora prikazana su na slici 3.3.27c.

Način iscrtavanja slike na CRT monitoru temelji se na otklanjanju elektronskog mlaza iz elektronskih topova pomoću elektromagnetskog sustava, na način da se slika iscrtava crtu po crtu od vrha do dna monitora. Što je više crta po visini (vertikalna rezolucija) i što više elemenata slike u jednoj crti (horizontala rezolucija) prikazana slika je kvalitetnija. Kada elektronski mlaz iscrta jednu sliku vraća se na početak i postupak se ponavlja (raster scan). Otklanjanje mlaza vrše elektronički sklopovi monitora na osnovu sadržaja ANALOGNOG signala dobivenog od grafičkog sustava računala. Analogni signal upravlja količinom elektrona u mlazu prilikom 'gađanja' triode, za svaki boju posebno, te je intenzitet svijetljenja triode veći ako je količina elektrona u mlazu veća. Naziva se još RGBY signal. Pri povratku na početak crtanja novog reda ili slike mlaz elektrona privremeno se 'gasi' (povratni mlaz). Da ljudsko oko ne bi primijetilo razliku prilikom promjene slike, slika se iscrtava 50-150 puta u sekundi (frekvencija osvježavanja slike - vertikalna frekvencija), na temelji čega se može izračunati i koliko se piksela u sekundi može prikazati u jednoj crti (horizontalna frekvencija, 30-100kHz).

Ako monitor može raditi na višim frekvencijama, znači da mu je perzistencija (vrijeme prikaza jedne slike) mala i da se u jednoj sekundi može prikazati više slika što je dobro zbog manjeg umaranja oka, a moguće je kvalitetnije reproducirati brze promijene između pojedinih 'kadrova', što je važno strastvenim igračima. Tako se za 19" CRT monitor SyncMaster 997MB daje podatak da je veličina triode 0.20mm, maksimalna rezolucija slike i pripadna joj frekvencija osvježavanja - 1920x1440@64Hz, te preporučena rezolucija i frekvencija osvježavanja slike - 1280x1024@85Hz. Radi opće kulture; PAL TV signal iscrtava 576 crta 50 puta u sekundi na način da se jedna slika ponavlja dva puta (prikazuje se 25 slika) i to tako da joj se u prvom otkloni prikažu 'neparne' crte slike a u drugom 'parne' i tako redom. Svaka crta sadrži podatke od približno 768 elemenata slike. To je isprepleteni (interlace) mod rada kojeg računalni monitori više ne koriste. Takav signal eventualno daje grafička kartica na posebnom konektoru (S-video) radi prikaza slike na TV uređaju.

Opisani prikaz slike utemeljen na nadzoru pojedinih piksela naziva se rasterski (bitmap) prikaz. Drugi način je vektorski prikaz slike sastavljene od iscrtanih geometrijskih oblika, odnosno slika je definirana matematičkim formulama što omogućava njezinu dvodimenzionalnu (2D) i trodimenzionalnu (3D) vizualizaciju, ali se objekti slike glede prikaza na zaslonu monitora pretvaraju u rasterski. No vektorska slika nacrtana na primjer u 'Corel' programskoj potpori omogućava njeno vrlo kvalitetno uvećavanje ili smanjivanje bez 'nazubljivanja'. Prema potrebi slika se lako prebaci u neki drugi format. Današnje igre koriste vektorske sadržaje koji grafička kartica iz scene u scenu pretvara u rasterski prikaz i 'šalje' monitoru. Izravni vektorski prikaz na monitoru nadzorom kretanja elektronskog mlaza po zaslonu radi iscrtavanja objekata koristio se je do sredine 80' godina, te o tome samo toliko.

Po načelu miješanja boja rade i LCD (Liquid Crystal Display) monitori. LCD za nadzor boje koristi upravljanje propuštanja pozadinskog svijetla s filtrima za svaku osnovnu boju u svakom elementu slike. Potrošnja ovih monitora vrlo je mala. Kako radi o matrici trioda koje se nadziru elektroničkim sklopovima  zaduženim za nadzor vertikalne i horizontalne pozicije triode koja mora 'zasvijetliti' pojam otklanjanja mlaza ne postoji. Kompletan raster može se postaviti na zaslon 'odjednom'. Uz frekvenciju osvježavanja slike kod ove vrste monitora definira se i vrijeme odziva; vrijeme potrebno da se stanje prikaza triode promijeni s 'crnog' na 'bijelo' i obratno. Prihvatljiva vrijednost je najviše 12ms što odgovara frekvenciji osvježavanja  od 75Hz.

LCD monitor se sastoji od dva polarizirajuća filtra čije su linije pod pravim kutom. Između filtra su molekule kristala koje imaju osobinu da se zakreću ako postoji potencijal između filtara. Filtri propuštaju samo zrake svjetlosti koje su paralelne s njegovim linijama. Izvor svjetlosti nalazi se iza prvog filtra, plinska 'cijev' koja daje nepolarizirano svijetlo. Kroz prvi filtar prolaze samo zrake koje su 'paralelne' s rešetkom filtra i sve propuštene zrake su iste polarizacije. Tekući sloj kristala između filtra ima tako postavljene molekule da bez prisustva razlike potencijala između ploča filtra dolazi do zakreta polarizacije zraka svijetla za 90° i zrake svijetla nesmetano prolaze kroz drugi filtar. Uz prisustvo razlike potencijala između ploča filtra preslože se molekule kristala tako da nema zakreta zraka svjetlosti za 90° te zrake svijetla ne mogu proći kroz drugi polarizirajući filtar. Promjenom veličine upravljačkog napona, mijenja se kut zakret molekula te se u ovisnosti o iznosu upravljačkog napona mijenja količina svjetlosti koja može proći kroz drugi filtar. Na ovaj način kontrolira se razina osvijetljenosti slike na ekranu. LCD je uvijek izrađen tako da bude prilagođen radu u određenoj razlučivosti sukladnoj primijenjenom broju tekućih kristala, na primjer 15" LCD zaslon bit će prilagođen razlučivosti od 1024x768 piksela, i to je nativna-radna rezolucija LCD monitora; jedna trioda - jedan piksel.

Nadzor razlike potencijala između pojedinačnih polja filtra obavlja se tranzistorima, TFT (Thin Film Transistor) tehnologijom naparuju se slojevi vodova i tranzistora na staklo, i tvore dvodimenzionalnu matricu na sličan način kao kod RAM-a (slika 3.5.13). Na jednu os matrice dolazi skupina vodiča preko kojih se dovodi analogni signal slike (data input) koji upravlja kutom zakreta molekula, a na drugu os matrice su vodiči za upravljački signal (gate scan) koji određuje kojem se tranzistoru u retku matrice dozvoljava upravljanje. Svaki element slike (trioda) ima svoje tranzistore koji nadziru svoju skupinu tekućih kristala, tako da ih je za jedan piksel potrebno tri. Uz svaki tranzistor ugrađen je kondenzator da održi potencijal neko vrijeme kako slika ne bi treperila; prije navedenih 12ms. Pikseli su organizirani kao niz pruga plava, potom crvena pa zelene te opet plava (u redovima slično trinitron CRT-u), a boja se dobije tako da propušteno svijetlo prolazi kroz plavi, crveni ili zeleni filtar. Filtri boje nisu ništa drugo do još jedna folija u bojicama preko filtra za polarizaciju. Kako svijetlo prolazi kroz dvije rešetke, prilično je usmjereno te ovakvi monitori imaju ograničen vidni kut gledanja. Ovisno u kutu gledanja u većoj ili manjoj mjeri mijenja boja prikaza o čemu također treba voditi računa pri nabavi monitora.

CRT po svoj koncepciji zauzima veliki volumen i mora imati izvor od preko 10'000V za anodni napon. Pokušaji smanjivanja 'dubine' CRT-a nikad nisu doveli do nekih prihvatljivih rezultata. Prvi uspješni koncept u cilju smanjena volumena i smanjena radnih napona je PDP (Plasma Display Panel) monitor. Plazma monitor koristi načelo bombardiranja i pobude fosfornih elemenata zaslona s ultraljubičastim zračenjem (UV) iz ioniziranog 'mjehura' plina. Svjetlost koja se pri tome stvara proporcionalna je jačini UV zračenja koje je proporcionalno razlici potencijala između pobudnih elektroda. Primjer kako se navedeni proces odvija u okolišu elektroda pokazuje naredna slika.

Svakoj boji elementa slike pripada jedan mjehur, postavljen vrlo blizu staklenom zaslonu tako da u odnosu na CRT otpada otklon snopa elektrona, velika debljina monitora i veliki radni naponi. U prostoru između dvije staklene podloge nalazi se plin ksenon ili neon pod niskim tlakom. U normalnim okolnostima, taj plin je sačinjen od skupa nenabijenih čestica tj. atoma koji imaju isti broj protona (pozitivno nabijenih čestica) i elektrona - plazma. Električni potencijal između pobudnih elektroda uzrokuje ionizaciju plina u bližem okolišu oko elektroda u vidu 'mjehura'. Kada su pobuđene, čestice se međusobno sudaraju. Ti sudari pobuđuju atome plina u plazmi i pri tome se oslobađa svjetlost.

Slika* 3.3.29 Načelo rada plazma monitora

Potencija pobudnih elektroda sam po sebi nije dovoljan ako im pri tome ne 'pomaže' potencijal adresne elektrode. Ako se pogleda prostorna organizacija zaslona prema slici 3.3.29b, može se zaključiti da će mjehur nastati samo na mjestima gdje se spomenute elektrode 'križaju'. Dakle, omogućava se kontrolirano UV zračenje u malom području na točno definiranoj lokaciji. Ako je adresna elektroda 'R' ili G' ili 'B' na nekom potencijalu, mjehur će nastati samo između elektroda '11' ako između njih ima razlike potencijala ali neće između elektroda '22' ako na njima razlike potencijala nema. Adresne elektrode i pobudne elektrode tvore matricu i s potencijalom na njima upravlja elektronički sklop koji na osnovu primljenog signala slike odlučuje na kojem će mjestu izazvati ionizaciju a na kojem neće.

UV zračenje usmjereno je prema podlozi a zračenje fosfornog premaza prema zaslonu koji stoga mora biti proziran za vidljivo svijetlo. Kako bi se stvaranje mjehura što bolje lokaliziralo fosforni premazi boja odvojeni su izolacionom pregradom (separator) te konstrukcija sliči na fosforni premaz u CRT s TRINITRON načelima rada. Da bi se lokalizacija mjehura što više poboljšala postoji i koncept izrade koji unutar premaza za jednu boju ima poprečne separatore između elektroda '11' i '22' na primjer, tako da kompletan fosforni premaz sliči na skup mikro kutijica složenih tako da sliče na veliku papirnatu podlogu za spremanje jaja.

Tehnologija je dosta skupa i pogodna je za monitore velikih dimenzija te se stoga još uvijek radije koriste LCD monitori ili nove nadolazeće tehnologije od kojih je jedna opisana na narednoj stranici. Zajedničko za CRT i PLAZMA tehnologiju je osobitost da obje koriste pobuđivanje fosfornih elemenata različitih boja te da im ne treba pozadinsko svijetlo kao za LCD tehnologiju. Gledljivost iz kuta im je dobra. Moglo bi se čak reći da je PLAZMA hrpa mali CRT uređaja.

Ako se u zaslon monitora ukomponira matrica s ugrađenim senzorima dodira (touchscreen), moguće je izraditi programsku potporu koja će u skladu s pritisnutim mjestom na zaslonu izvršiti nekakvu akciju. Ovu tehnologiju koriste pojedine vrste mobitela i njima slični uređaji. Tehnologija je vrlo korisna kod sustava koji imaju namjensku programsku potporu za upravljanje s nekim proizvodnim procesom ili nekom sličnom akcijom. Za računala opće namijene kod kojih se sadržaj ekrana neprekidno mijenja navedeno i nema nekog smisla. Unatoč navedenom, ipak je lijepo vidjeti članove vlade kako mudro olovkom pritiskuju polja po ekranu da bi dobili sadržaje koje im valjda pripravlja neka grupa programera kao bi što učinkovitije vladali. Dakle, na zaslonu je ulazni uređaj računala koji djeluje u skladu s prikazom na zaslonu.