1、第8章 顯示系統(tǒng) 本章介紹了顯示系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和顯示原理，還介紹了顯示卡、圖形加速、顯示器和平板顯示器等。 8.1 顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介 8.2 顯示系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)語(yǔ)和技術(shù)指標(biāo) 8.3 顯示卡 8.4 3D圖形加速 8.5 CRT顯示器 8.6 平板顯示器 退出18.1 顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介 8.1.1 顯示系統(tǒng) 說(shuō)到微機(jī)的顯示系統(tǒng)，我們首先想到的是顯示器，但是實(shí)際上，顯示系統(tǒng)是由顯示器、顯示適配器（顯示卡）和顯示驅(qū)動(dòng)程序組成的。顯示器和顯示卡的連接如圖8-1。屏幕畫面的形成過(guò)程大致是：2圖8-1 顯示器的連接示意3 顯示卡的性能指標(biāo)，即輸出的視頻和同步信號(hào)的質(zhì)量高低，決定著系統(tǒng)信息顯示的最高分辨率和彩色深度，

2、即畫面的清晰程度和色彩的豐富程度。顯示驅(qū)動(dòng)程序是與顯示卡一一對(duì)應(yīng)的配套軟件，它控制著顯示卡的工作和顯示方式的設(shè)置。顯示器則負(fù)責(zé)將顯示卡輸出的高質(zhì)量視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的屏幕畫面 VGA、TVGA、SVGA等顯示模式，主要是指顯示屏幕上圖像分辨率的高低，目前的顯示卡和顯示器可以兼容各種標(biāo)準(zhǔn)顯示模式，因此顯示卡和顯示器都具有充分的互換性。4 8.1.2 顯示視頻接口 顯示卡通過(guò)系統(tǒng)I/O總線與主機(jī)連接，早期采用ISA、VESA，后來(lái)改用PCI，目前多采用AGP。 顯示卡提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的VGA視頻接口插座，用于連接顯示器的信號(hào)電纜插頭，將其輸出信號(hào)送到顯示器。顯示視頻插座是一個(gè)9針或15針的D型插座，

3、外形如圖8-2所示。目前的顯示卡都是采用一個(gè)15針的VGA顯示器插座。5圖8-2 顯示卡上的顯示器插座6 VGA顯示卡采用15針D型插座同顯示器連接，其輸出的是VGA、SVGA模擬視頻信號(hào)，插座各針的輸出信號(hào)定義是：針1為紅色模擬視頻信號(hào)R，針2為綠色模擬視頻信號(hào)G，針3為藍(lán)色模擬數(shù)字視頻信號(hào)B，針4、5、9、12和15未用，針6為紅色視頻信號(hào)的地線R-GND，針7為綠信號(hào)地線G-GND，針8為藍(lán)信號(hào)地線B-GND，針10為同步信號(hào)的地線Sync-GND，針11為系統(tǒng)地線GND，針13為行同步信號(hào)Hsync，針14為場(chǎng)同步信號(hào)Vsync。 目前的顯示卡可以設(shè)置輸出多種顯示模式的視頻信號(hào)和同步信

4、號(hào)，而顯示器則可以與多種顯示模式的視頻信號(hào)和同步信號(hào)相匹配。但是，顯示卡可以設(shè)置的較高分辨率的顯示模式有可能超出顯示器的行場(chǎng)同步能力，顯示器因不能同步而造成屏幕畫面滾動(dòng)。7 以Windows 98的顯示設(shè)置為例，避免分辨率設(shè)置超出顯示器的做法是：圖8-3 Windows 98的顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置8 8.1.3 顯示原理 在計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)中，有字符和圖形兩種顯示方式，過(guò)去的DOS界面就是字符顯示方式，而現(xiàn)在的Windows界面就改為圖形顯示方式，因此顯示卡也具有這兩種工作方式，它們的原理是大不相同的。9 8.1.3.1 字符顯示方式的原理 圖8-4為EGA/VGA顯示卡的字符顯示原理。在這個(gè)方式下

5、，屏幕上的每一個(gè)字符窗口都對(duì)應(yīng)顯示卡內(nèi)存（VRAM）中的兩個(gè)字節(jié)。其中偶字節(jié)稱作字符代碼，用于到字符發(fā)生器（RAM）中去查找與該字符代碼相對(duì)應(yīng)的字形（也叫字模）。奇字節(jié)稱作字符屬性代碼，用于確定該字符窗口中字形的前景顏色、背景顏色和屬性修飾。當(dāng)前選用的某個(gè)“字形集”可以由主板的系統(tǒng)BIOS程序從ROM芯片的字庫(kù)中調(diào)入到位平面2。VGA有8種以上的“字形集”可供選擇，可以根據(jù)需要更換位平面2中的“字形集”，實(shí)現(xiàn)多種字形的變換。10圖8-4 EGA/VGA顯示卡的字符顯示原理11 8.1.3.2 圖形顯示方式的原理 圖形顯示方式的原理與字符顯示不同，屏幕上的每一個(gè)點(diǎn)直接同顯存（VRAM）中的二進(jìn)制

6、數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，按照每一個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，來(lái)確定一個(gè)點(diǎn)可顯示的彩色數(shù)。比如，每一個(gè)點(diǎn)以8位二進(jìn)制數(shù)表示，則彩色數(shù)為256色，即屏幕上的每一個(gè)點(diǎn)的顏色都可以在256色中選1色。12 圖8-5為標(biāo)準(zhǔn)EGA/VGA顯示卡的圖形顯示原理。圖中設(shè)置的調(diào)色板寄存器，對(duì)EGA來(lái)說(shuō)是6位寄存器共16個(gè)，為EGA圖形顯示方式提供最多64種彩色和每次（同屏）可選擇16種彩色的功能。而對(duì)VGA來(lái)說(shuō)改為8位寄存器（其中位7和位6取自彩色選擇寄存器的位3和位2）共16個(gè)，為VGA圖形顯示方式提供最多256種彩色和每次（同屏）可選擇16種彩色的功能。進(jìn)一步，VGA卡增加的DAC寄存器（彩色圖表）為18位寄存器共25

7、6個(gè)，為VGA圖形顯示方式提供最多256K種彩色和每次（同屏）可選擇256種彩色的功能。13圖8-5 EGA/VGA顯示卡的圖形顯示原理14 顯示卡顯示點(diǎn)數(shù)或彩色數(shù)的增加，都需要顯存（VRAM）容量的增加，也會(huì)增加顯卡的成本。而在VRAM容量一定的情況下，提高畫面的清晰度（即顯示分辨率），就是增加屏幕顯示點(diǎn)數(shù)，就要減少同屏顯示彩色數(shù)，反之亦然。158.2 顯示系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)語(yǔ)和技術(shù)指標(biāo) 8.2.1 技術(shù)術(shù)語(yǔ) 下面介紹顯示系統(tǒng)的常用數(shù)語(yǔ)： 1顯像管 PC機(jī)顯示器使用的是與電視接收機(jī)一樣的顯像管，叫做CRT（Cathode Ray Tube）即陰極射線管。圖8-6是CRT的工作原理示意，圖8-7是顯

8、示器內(nèi)部的CRT顯像管、偏轉(zhuǎn)線圈和電路板等部件。顯示器的CRT與電視接收機(jī)的CRT相比，分辨率要高許多，目前也普遍采用了平面直角、純平、大屏幕和高分辨等技術(shù)。16圖8-6 CRT工作原理17圖8-7 CRT顯像管和相關(guān)電路部件18 2屏幕尺寸和可視區(qū)域 14、15、17和20英寸等都是指顯像管屏幕對(duì)角線的尺寸。在顯示器上，實(shí)際可以看到的顯像管的區(qū)域卻達(dá)不到這個(gè)尺寸，14”顯示器的可視區(qū)域只有12英寸，15”顯示器的可視區(qū)域只有13英寸多，17”顯示器的可視區(qū)域只有15英寸多。 3屏幕的寬高比 顯示器的許多標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源于電視機(jī)，其標(biāo)準(zhǔn)的屏幕寬高比也與電視機(jī)一樣為4比3，即顯示器的屏幕寬度為四個(gè)單位，

9、高度為三個(gè)單位。為此，顯示視頻信號(hào)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)分辨率模式也基本上是4比3的，比如水平640點(diǎn)、垂直480點(diǎn)，水平800點(diǎn)、垂直600點(diǎn)等。19 4屏幕的類型 14”顯示器多為老式球面顯像管。目前多數(shù)15和17”顯示器采用平面直角型顯像管，還有少量采用柱面顯像管。目前大屏幕顯示器均采用純平面顯像管，如圖8-8所示。圖8-8 直角純平彩色顯示器20 5顯示器的掃描方式 微機(jī)系統(tǒng)的CRT顯示器都是采用光柵掃描方式，光柵掃描又分為逐行掃描和隔行掃描兩種，如圖8-9所示。目前選用較多的15、17英寸顯示器均已采用逐行掃描方式，水平掃描頻率即行頻上限為64KHz甚至更高，垂直掃描頻率即場(chǎng)頻上限為90Hz甚至

10、更高，這樣的顯示器能滿足12801024或更高的分辨率。21圖8-9 顯示器的光柵掃描22 6顯示器的顯示方式和顯示模式 就屏幕顯示畫面的點(diǎn)組織方式而言，顯示方式有兩種，即字符數(shù)字方式（Alphabet/Number，A/N）和全點(diǎn)尋址圖形方式（All Point Addressable，APA）。 顯示模式主要是指一屏能顯示的點(diǎn)數(shù)和顏色數(shù)（包括一屏能顯示的字符數(shù)）。常用的顯示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA（即TVGA）等等。典型的IBM指標(biāo)是：CGA為320200和8色，EGA為640350和16色，VGA為640480，SVGA為800600、1024768、12801024和16

11、001200等。目前的顯示都采用VGA以上的顯示模式，它們的同屏彩色數(shù)可在16、256、16K、32K、64K、16M（所謂真彩色）直到4G中選擇。23 7顯示器的數(shù)字調(diào)節(jié) 顯示器的調(diào)節(jié)功能允許用戶自己調(diào)節(jié)畫面幾何形狀和效果，比如調(diào)節(jié)畫面的亮度和對(duì)比度，還有光柵的亮度、對(duì)比度、水平幅度、水平相位、行同步、垂直幅度、垂直相位、場(chǎng)同步和枕形失真等。一般分為模擬調(diào)節(jié)和數(shù)字調(diào)節(jié)兩種。數(shù)字調(diào)節(jié)的功能多、精確可靠，又分為電子按鈕調(diào)節(jié)、屏幕菜單調(diào)節(jié)和單鍵飛梭調(diào)節(jié)，見圖8-8。 8USB顯示器接口 有些顯示器提供了上行和下行兩個(gè)USB接口，上行口連接機(jī)箱主板的USB接口，下行口可以連接其它USB設(shè)備。24 9

12、顯示數(shù)據(jù)通道 顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）是建立在主機(jī)和顯示器之間的信息通道，可以將顯示器的物理數(shù)據(jù)直接傳送給主機(jī)。 103D圖形加速 3D圖形加速是圖形適配器普遍采用的三維圖形處理技術(shù)，目的是減少系統(tǒng)主處理器（CPU）的負(fù)擔(dān)，加快圖形圖像的處理能力和速度，以滿足多媒體和Internet應(yīng)用的需要。25 8.2.2 技術(shù)指標(biāo) 下面介紹顯示系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)： 1CRT點(diǎn)距 點(diǎn)距（Pitch）是指CRT熒光屏上相鄰像素的間距，也就是蔭罩小孔的距離，單位是毫米（mm）。CRT顯像管熒光屏內(nèi)側(cè)面上排列著紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三原色熒光物質(zhì)構(gòu)成的像素，圖8-10描述了RGB三原色像素的排列。目前多數(shù)顯示器

13、的點(diǎn)距都是0.28mm，也有0.26和0.24mm的。顯像管的物理分辨率由點(diǎn)距決定，點(diǎn)距越小，分辨率越高，圖像越精細(xì)。 CRT顯像管像素也有由RGB三色豎直條紋組成的，這就引出了柵距的概念。目前有的顯示器的0.25mm點(diǎn)距其實(shí)是柵距。26圖8-10 熒光屏上RGB像素的排列27 2顯示器的分辨率 分辨率是衡量顯示器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它描述的概念是，屏幕上顯示的兩個(gè)點(diǎn)靠近到多小的距離還能分辨出是兩個(gè)點(diǎn)，而不象是一個(gè)點(diǎn)。CRT顯示器的分辨率由它的顯像管的點(diǎn)距（Pitch）所決定。 3視頻信號(hào)的行頻和場(chǎng)頻 顯示器的光柵掃描要與顯示卡同步工作，才能得到正確穩(wěn)定的圖像。為此，顯示卡輸出了行同步信號(hào)（H

14、sync）和場(chǎng)同步信號(hào)（Vsync），去控制顯示器的同步。當(dāng)顯示卡設(shè)置輸出較高分辨率和刷新率的視頻信號(hào)時(shí)，它輸出的行和場(chǎng)同步脈沖信號(hào)的頻率也隨之變高。通常，場(chǎng)頻范圍為60-120Hz，行頻范圍為32-94KHz。28 4屏幕刷新率 屏幕刷新率（Refresh Rate）是指每秒鐘更新畫面的幀數(shù)，刷新率也就是幀頻，而對(duì)逐行掃描來(lái)說(shuō)，也就是場(chǎng)頻。刷新率就低，屏幕就有閃爍感，容易造成眼睛疲勞。VESA組織于97年規(guī)定逐行掃描場(chǎng)頻85Hz為無(wú)閃爍的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)頻，這是一條綠色標(biāo)準(zhǔn)。 5彩色深度和真彩色 顯示效果的兩大指標(biāo)是分辨率和顏色數(shù)，彩色深度就是同一屏幕所能展現(xiàn)的最大顏色數(shù)。它可以直接以二進(jìn)制數(shù)表示，也

15、可以用代表點(diǎn)顏色數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)表示。真彩色（True Color）是指由數(shù)字方式形成的同屏幕上的彩色數(shù)達(dá)到了近似模擬真實(shí)彩色效果的顯示質(zhì)量。29 6視頻信號(hào)帶寬 視頻帶寬（Video Bandwidth）指的是顯示卡輸出視頻信號(hào)的頻譜寬度，它大體對(duì)應(yīng)著每秒鐘電子束掃描過(guò)的實(shí)際像素的總數(shù)，即所謂點(diǎn)頻。又由于要把水平掃描和垂直掃描的回掃部份也折算進(jìn)去，所以要再乘以一個(gè)估算數(shù)，取為1.2到1.5，這里且取1.4。因此視頻帶寬應(yīng)等于：水平分辨率垂直分辨率場(chǎng)頻1.4，單位為MHz。 7顯示器的帶寬 顯示器的帶寬是指顯示器能處理的視頻信號(hào)的頻帶寬度，它取決于整個(gè)電路的通頻帶寬度。顯示器的帶寬指標(biāo)越高，電

16、路的高頻性能越好，圖像也就越清晰，但對(duì)元件、電路和工藝的要求也越高，價(jià)格也會(huì)相應(yīng)提高。30 8分辨率、刷新率與行頻間的關(guān)系 從前面的介紹可知，設(shè)置的顯示分辨率和刷新率越高，輸出視頻的行頻也就越高，它們之間的關(guān)系是：行頻=垂直分辨率（垂直線數(shù)）刷新率（場(chǎng)頻）0.93。 9顯示分辨率、顏色數(shù)的設(shè)置對(duì)顯示存儲(chǔ)器的容量需求 顯示卡上的顯存的大小直接涉及它對(duì)高分辨率和高彩色深度的支持，因?yàn)轱@存至少應(yīng)能存儲(chǔ)一幀畫面的數(shù)據(jù)。顯存的計(jì)算公式為：顯存=水平分辨率垂直分辨率顏色字節(jié)數(shù)。31 10TCO標(biāo)準(zhǔn) 由瑞典專家聯(lián)盟（TCO）提出的TCO標(biāo)準(zhǔn)，包括顯示器的輻射和環(huán)保等多項(xiàng)指標(biāo)，還對(duì)舒適、美觀等多方面提出了嚴(yán)格

17、的要求。328.3 顯示卡 8.3.1 顯示卡簡(jiǎn)介 顯示卡是CPU與顯示器之間的接口電路，因此也稱為顯示適配器，PC機(jī)顯示系統(tǒng)性能的高低主要由選用的顯示卡性能決定。 顯示卡的作用是在CPU的控制下將主機(jī)送來(lái)的顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻和同步信號(hào)送到顯示器，再由顯示器形成屏幕畫面。33 在最初的PC機(jī)上，先后采用的是單色字符顯示適配器MDA（Monochrome Display Adapter）、單色圖形適配器Hercules、彩色圖形適配器CGA（Color Graphics Adapter）和增強(qiáng)圖形適配器EGA（Enhanced Graphics Adapter）等。典型的CGA顯示卡的分辨率為3

18、20200，同屏8種顏色。EGA顯示卡的分辨率為640350，同屏16種顏色。這些顯示卡的輸出是數(shù)字脈沖信號(hào)，并且只能支持專配的顯示器，沒(méi)有互換性。 在IBM PS/2機(jī)上，采用了叫做視頻圖形陣列VGA（Video Graphica Array）的顯示卡，并得到廣泛認(rèn)可。VGA的顯示分辨率為640480，同屏16種顏色，至今它仍是Windows 9x的基本顯示標(biāo)準(zhǔn)。VGA卡的輸出是模擬視頻信號(hào)，其接口可以支持目前的各種顯示器。34 由于有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和互換性，各個(gè)顯示卡生產(chǎn)廠不斷推出分辨率更高、顏色數(shù)更多的新型的顯示卡，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為Super VGA即SVGA。也有得名于著名顯示卡廠商Tride

19、nt的TVGA標(biāo)準(zhǔn)。它們的典型分辨率有800600、1024768、12801024、16001200等，顏色數(shù)為256、16K直到32位真彩色。 由于Windows圖形界面的出現(xiàn)和3D圖形圖像軟件的迅速發(fā)展，對(duì)圖形顯示速度的要求越來(lái)越高，這就促使顯示技術(shù)必須提高。除了改進(jìn)顯示驅(qū)動(dòng)程序和提高顯示系統(tǒng)總線速度外，最有效的辦法就是采用專用圖形圖像處理器DSP。目前的顯示卡基本都是采用了圖形圖像處理器的3D圖形加速卡。35 顯示卡由主機(jī)接口、顯示器接口和功能電路組成。功能電路通常由顯示控制器和顯示存儲(chǔ)器組成。 顯示控制器是顯示卡的核心處理器芯片，它把主機(jī)送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻，再把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)

20、換（D/AC）為模擬視頻信號(hào)，還要形成行、場(chǎng)同步信號(hào)。 顯示存儲(chǔ)器是顯示卡的高速內(nèi)存，又稱為顯示緩存，簡(jiǎn)稱顯存。它是雙端口的存儲(chǔ)器，可以在接收主機(jī)輸入數(shù)據(jù)的同時(shí)輸出數(shù)據(jù)。目前顯示內(nèi)存有EDO、VRAM、SGRAM、WDRAM、MDRAM和RDRAM等多種類型。36 隨著整機(jī)系統(tǒng)對(duì)顯示性能要求的提高，顯示卡在提高圖形處理速度、提高分辨率、擴(kuò)大顯存、3D加速和增加功能等方面不斷改進(jìn)。3D圖形加速對(duì)運(yùn)算量、運(yùn)算速度和顯存容量的要求也很高，需要功能更強(qiáng)的處理器，需要8、16、32和64MB的顯存，需要高速的AGP總線接口等。37 8.3.2 顯示卡實(shí)例 8.3.2.1 ISA和VESA顯示卡 1TVG

21、A-8900 ISA顯示卡 它的圖形顯示方式的各種模式如表8-1。8900卡的外形如圖8-11所示。38圖8-11 Trident 8900 ISA顯示卡39 2Trident 9440 VESA顯示卡 它的擴(kuò)展圖形方式的多種可供選擇的模式列于表8-2。此卡的外形如圖8-12所示。40圖8-12 Trident 9440 VESA顯示卡41 8.3.2.2 PCI和AGP顯示卡 1Trident 9685 PCI圖形加速顯示卡： 此卡圖形方式的多種顯示分辨率和彩色數(shù)的選擇如表8-3。它的外形如圖8-13。42圖8-13 Trident 9685 PCI顯示卡43 它有三個(gè)輸出接口插座，一個(gè)是標(biāo)

22、準(zhǔn)15針VGA顯示器插座，輸出RGB三色視頻和行場(chǎng)同步信號(hào)。另兩個(gè)是電視系統(tǒng)的TV視頻插座，其中一個(gè)是RCA插座，輸出NTSC或PAL制式的復(fù)合視頻電視信號(hào)。另一個(gè)是7針的S-Video插座，輸出分離的亮度和色度（Y/C）電視信號(hào)。 2Trident 9850 AGP圖形加速顯示卡 此卡圖形方式的多種顯示分辨率和彩色數(shù)的選擇如表8-4。它的外形如圖8-14所示。44圖8-14 Trident 9850 AGP顯示卡458.4 3D圖形加速 8.4.1 3D圖形加速卡原理 圖形加速卡是隨Windows圖形用戶界面（GUI）而應(yīng)運(yùn)而生的。Windows這樣一個(gè)圖形界面的操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行大量的窗口圖

23、形，需要占用CPU許多時(shí)間去處理這些圖形，因此造成PC機(jī)系統(tǒng)性能的急劇下降，用戶直觀的感受是等待Windows程序運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)得難以忍受。必須設(shè)法加快Windows圖形的處理和顯示速度，于是就推出了各種圖形用戶界面圖形加速卡（Graphical User Interface Accelerator Adapter），簡(jiǎn)稱“圖形加速卡”或“圖形卡”或“GUI卡”。46 8.4.1.1 3D圖形加速原理 3D圖形加速技術(shù)，以前主要用于高檔圖形工作站上的機(jī)械、電路和建筑CAD設(shè)計(jì)。隨著3D圖形軟件特別是3D游戲軟件的大量出現(xiàn)，3D圖形加速軟件技術(shù)開始用于PC機(jī)，這也就促使3D圖形加速硬件技術(shù)應(yīng)用于圖

24、形顯示卡，推出了3D圖形加速卡。 畫一個(gè)三維圖形通常需要兩個(gè)主要步驟，先畫出幾何圖形的線條，再進(jìn)行圖形表面的圖像繪制，這兩個(gè)步驟都需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算。如果是動(dòng)態(tài)的3D圖形，則還有實(shí)時(shí)性要求，所以對(duì)3D圖形的處理僅僅依靠主機(jī)還是不行的，必須擴(kuò)充安裝一個(gè)3D圖形加速卡。目前市場(chǎng)上流行的3D顯示卡都是將幾何圖形的處理交由主機(jī)CPU實(shí)現(xiàn)，而表面圖像的繪制由3D加速卡實(shí)現(xiàn)。 47 8.4.1.2 3D圖形加速芯片 3D圖形加速芯片具有如下功能： 1Z緩沖 Z緩沖是一項(xiàng)三維圖形的消隱（遮擋）技術(shù)，用硬件實(shí)現(xiàn)Z緩沖可以大大提高速度。 2顏色插值 顏色插值是一種處理表面圖像顏色的技術(shù)，它可以快速營(yíng)造3D圖

25、形表面顏色的深淺、明暗和清晰模糊等效果。48 3紋理映射 紋理映射是對(duì)3D圖形表面花紋的細(xì)節(jié)描繪，通過(guò)復(fù)雜的算法可以繪制出質(zhì)感好和凹凸感真實(shí)的圖像。 4其它 另外還有圖像透明處理、光線跟蹤、場(chǎng)景霧化和渲染等許多功能。49 8.4.2 3D圖形加速卡種類 1Voodoo ： 2TNT-2： 3Rage 128： 4G400： 5Savage 4：508.5 CRT顯示器 8.5.1 顯示器的特點(diǎn) 微機(jī)顯示系統(tǒng)的指標(biāo)高低首先取決于顯示卡，即由顯示卡決定著輸出視頻信號(hào)的質(zhì)量。但是，顯示器是用戶最終可見的設(shè)備，只有它直接影響用戶的視覺(jué)感受，如果沒(méi)有高指標(biāo)的顯示器，即使有了高質(zhì)量的視頻信號(hào)，也不可能帶來(lái)

26、高質(zhì)量的畫面。51 通常來(lái)說(shuō)，顯示卡的分辨率指標(biāo)往往要高于顯示器所能達(dá)到的分辨率指標(biāo)，比如目前普通的顯示卡就能達(dá)到16001200的分辨率，而普通的顯示器只能達(dá)到12801024。因此，選擇高技術(shù)指標(biāo)的顯示器使之與顯卡指標(biāo)盡可能匹配，使你的微機(jī)具有盡可能高水平的顯示系統(tǒng)，這是非常重要的。 有些人認(rèn)為顯示器的外形、工作原理和電路與電視機(jī)相仿，但比電視機(jī)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼪](méi)有高頻接收、中頻、色度解碼和伴音等部分電路，實(shí)際上這種說(shuō)法是不正確的。顯示器與電視機(jī)在技術(shù)要求和電路實(shí)現(xiàn)上有很大的不同，在許多方面甚至比電視機(jī)的電路要復(fù)雜且技術(shù)難度大。52 首先比較一下二者采用的行場(chǎng)同步掃描技術(shù)，無(wú)論是美國(guó)的NTSC

27、制式或我國(guó)的PAL-D制式彩色電視的掃描頻率是單一的，并且較低，前者行頻為15.750KHz場(chǎng)頻為60Hz，后者行頻為15.625KHz場(chǎng)頻為50Hz。目前顯示器的行頻下限通常為32KHz，上限通常為48KHz（14”彩顯）直到94KHz（17”彩顯）。場(chǎng)頻下限通常為56Hz，上限通常為70Hz（14”彩顯）直到160Hz（17”彩顯）。所謂上、下限頻率是指目前的顯示器要做到在較大的行、場(chǎng)掃描頻率范圍內(nèi)均能可靠地與顯示卡輸出的行、場(chǎng)同步信號(hào)同步，以便穩(wěn)定地顯示多種分辨率和屏幕刷新率的畫面，這便對(duì)元器件和電路設(shè)計(jì)提出了更高的要求。53 另外顯示器對(duì)顯示畫面的分辨率、抗干擾和穩(wěn)定性質(zhì)量的要求也比電

28、視機(jī)高得多。 電視機(jī)的水平分辨率一般不超過(guò)400線，大約相當(dāng)于早期CGA的分辨率。而顯示器的水平分辨率則可高達(dá)1600點(diǎn)。普通的1024768的顯示器就相當(dāng)于目前剛剛出現(xiàn)的高清晰度電視接收機(jī)。 電視機(jī)再現(xiàn)的大多是活動(dòng)圖像，圖像內(nèi)容的變化往往掩飾了電路上的干擾和不穩(wěn)定，而顯示器再現(xiàn)的大多是文字畫面或靜止圖像，電路上細(xì)小的干擾和不穩(wěn)定所造成的圖像噪波和抖動(dòng)都是難以容忍的，這就對(duì)電路設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量等提出了更高的要求。54 顯示器是計(jì)算機(jī)操作者長(zhǎng)時(shí)間近距離對(duì)面操作的工具，同時(shí)它內(nèi)部運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)都不容電磁干擾，因此在輻射、電磁安全等電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)上要求很高，這也是設(shè)計(jì)制造上的一大難題，目前

29、的顯示器都必需滿足低輻射、抗靜電和節(jié)能等綠色環(huán)保要求。 最后還有一點(diǎn)，目前的顯示器為了在各種不同分辨率顯示模式下能達(dá)到盡可能完美的顯示畫面，都大大增加了非常完備的屏幕調(diào)節(jié)功能，即所謂的數(shù)字調(diào)節(jié)功能，它使屏幕光柵的各種幾何失真減少，畫面明亮清晰，彩色越發(fā)逼真。55 8.5.2 CRT顯示器原理 目前市面上的顯示器均為多頻自動(dòng)同步高分辨率彩色CRT顯示器，其最大優(yōu)點(diǎn)是行頻和場(chǎng)頻自動(dòng)同步范圍寬，行頻從32KHz到68KHz甚至更高，場(chǎng)頻從56Hz到90Hz甚至更高，從而能兼容顯示卡輸出的VGA以上的各種視頻信號(hào)。56 顯示器的電路功能原理如圖8-15所示。電路大致可分為六個(gè)部分：視頻信號(hào)處理電路，包

30、括視放、亮度和對(duì)比度調(diào)節(jié)以及自動(dòng)亮度控制等。行掃描和行高壓電路，包括行振蕩、鑒相、行激勵(lì)、行輸出、行幅度、行線性、行中心調(diào)節(jié)、行高壓產(chǎn)生和高壓保護(hù)等。場(chǎng)掃描電路，包括場(chǎng)振蕩、線性校正、場(chǎng)激勵(lì)、場(chǎng)輸出、場(chǎng)幅自動(dòng)控制、場(chǎng)線性和場(chǎng)中心調(diào)節(jié)等。顯像管電路，包括掃描偏轉(zhuǎn)和CRT偏置電壓等。多頻自動(dòng)同步與自動(dòng)S校正電路。開關(guān)電源電路。顯示器由CRT、電路板和機(jī)殼三部分組成，圖8-16是顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的照片。57圖8-15 多頻同步彩色顯示器電路原理58圖8-16 彩色顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)59 多頻同步彩色CRT顯示器的電路原理大致如下： 1視頻信號(hào)處理電路 主機(jī)顯示卡送來(lái)的RGB三路模擬視頻信號(hào)均為0.7Vpp

31、（75歐母），先進(jìn)行阻抗匹配、緩沖和預(yù)視放，然后與視頻放大電路共同構(gòu)成放大器環(huán)路，實(shí)現(xiàn)對(duì)比度控制、亮平衡控制和黑電平鉗位等功能。這部分電路通常做在CRT尾部的小電路板上，以便直接將處理后的RGB視頻信號(hào)送到CRT的陰極管腳。視頻處理電路板如圖8-17所示。60圖8-17 視頻處理電路板61 2行掃描和高壓電路 行電路的功能是能夠在32KHz到68KHz的寬范圍上產(chǎn)生行頻振蕩，并能在這個(gè)寬的行頻范圍上與主機(jī)顯示卡送來(lái)的行同步信號(hào)進(jìn)行同步，以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)在水平方向上的正確顯示。還要對(duì)行頻信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，產(chǎn)生行掃描偏轉(zhuǎn)電壓和CRT顯象管所需的25KV陽(yáng)極高壓、6KV聚焦電壓、柵極電壓和消除關(guān)機(jī)亮點(diǎn)電壓

32、等等。這部分電路還有高壓保護(hù)功能，即當(dāng)故障造成過(guò)流時(shí)，控制行振蕩電路停止輸出，從而保護(hù)后級(jí)輸出電路。 62 3場(chǎng)掃描電路 場(chǎng)電路的功能是能夠在50Hz至90Hz的寬范圍上產(chǎn)生場(chǎng)頻振蕩，并能在這個(gè)寬的場(chǎng)頻范圍上與顯示卡送來(lái)的場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行同步，以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)在垂直方向上的正確顯示。它要產(chǎn)生幅度大、線性好的場(chǎng)鋸齒波電壓，提供給場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈形成電子束的垂直偏轉(zhuǎn)。63 4CRT顯像管電路 包括顯像管、偏轉(zhuǎn)線圈和偏置高壓電路等。這部分電路的作用是保證RGB三色視頻控制的三個(gè)電子束，在水平和垂直方向上順序擊中熒光屏的各個(gè)像素，最終產(chǎn)生精美的畫面。水平和垂直兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈分別受行掃描和場(chǎng)掃描電壓（或電流）的控制

33、，使電子束有規(guī)律地偏轉(zhuǎn)，從而掃描整個(gè)屏幕形成光柵。各個(gè)偏置高壓給電子束以足夠的加速度和聚焦，使產(chǎn)生的畫面明亮而清晰。64 5多頻自動(dòng)同步與自動(dòng)S校正電路 這部分電路是多頻彩顯的最具特色的電路之一，它的功能是對(duì)顯示卡送來(lái)的不同頻率的行同步信號(hào)進(jìn)行頻率電壓的線性轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生代表著輸入行頻的電壓。然后以此電壓去控制行同步電路，從而確保顯示器在很寬的行頻范圍內(nèi)能連續(xù)穩(wěn)定地與顯示卡的輸出行頻同步。另外還要以此電壓去控制自動(dòng)S校正電路，使在不同行頻時(shí)產(chǎn)生的不同的S失真得以相應(yīng)的校正。S失真的原理和S校正波形如圖8-18所示。65圖8-18 S失真原理和S校正波形66 6開關(guān)直流穩(wěn)壓電源 顯示器采用的一般都是

34、高頻脈沖變壓器耦合并聯(lián)型開關(guān)直流穩(wěn)壓電源，它的工作原理與前面介紹的PC電源相近，一般有五路穩(wěn)壓直流輸出，120V供給末級(jí)視放晶體管，25V供給場(chǎng)掃描IC電路，16.5V供給行激勵(lì)電路和形成12V穩(wěn)壓供給行掃描IC等電路，8V供給CRT顯象管的燈絲和形成5V穩(wěn)壓供給IC門電路等。67 由于高壓產(chǎn)生電路輸出的各種高電壓值與顯示卡輸出行頻有直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以就必須在輸入行頻改變時(shí)相應(yīng)改變行輸出管的直流偏置電壓，范圍約為45V到135V，調(diào)整其放大量，從而在不同行頻時(shí)都能得到同樣穩(wěn)定的高壓值。在電路中是通過(guò)行輸出變壓器中一組低壓繞組對(duì)高壓進(jìn)行采樣，產(chǎn)生與高壓變化成正比的直流反饋電壓+B，去控制開關(guān)電

35、源的開關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)45V至135V這一路直流電壓的連續(xù)穩(wěn)定調(diào)整。 上述電路都集中做在顯示器的主板上，顯示器內(nèi)部的電路板如圖8-19所示。68圖8-19 顯示器內(nèi)部的電路板698.6 平板顯示器 平板顯示器（Flat Panel Display，F(xiàn)PD）也叫數(shù)字平板顯示器DFP（Digital Flat Panel），主要有液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）和場(chǎng)致發(fā)光顯示器（EL）等。與CRT顯示器相比，它們的最大優(yōu)點(diǎn)是大屏幕超薄平板式的外形和易于數(shù)字化。70 8.6.1 液晶顯示器 液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）在目前微電腦的顯示器中，其數(shù)量?jī)H次于

36、CRT顯示器。由于它的平板形、重量輕和低電壓等特點(diǎn)，被普遍使用于筆記本電腦。有一種說(shuō)法，平板顯示器時(shí)代就是液晶平板顯示器時(shí)代。液晶顯示器由液晶器件、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和電源電路四部分組成。71 8.6.1.1 液晶器件 液晶器件是液晶顯示器的顯示屏幕，根據(jù)它的成像原理分為TN-LCD（扭曲向列液晶顯示器）、STN-LCD（超扭曲向列液晶顯示器）、DSTN-LCD（雙層超扭曲向列液晶顯示器）和TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）。 扭曲向列液晶顯示器TN-LCD（Twisted Nematic Liquid Crystal Display）系列的液晶器件是由偏光片、玻璃基板、電極、液晶和反射層

37、幾部分構(gòu)成。此種顯示器的液晶器件的構(gòu)造如圖8-20所示。72圖8-20 TN型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)73此類顯示器的顯像原理如圖8-21所示。圖8-21 TN-LCD工作原理74 STN-LCD可以用于制作非常細(xì)膩的點(diǎn)陣式液晶顯示器。 DSTN-LCD進(jìn)一步改進(jìn)了顯示質(zhì)量。 TFT-LCD幾年前TFT-LCD還主要用于筆記本電腦的屏幕，而目前TFT-LCD已大量用于臺(tái)式PC機(jī)顯示器和數(shù)字家電，主流是15”和17”顯示器。75 8.6.1.2 液晶顯示器電路 液晶顯示器的電路由驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和電源電路四部分組成，如圖8-22所示。圖8-22 液晶顯示器的電路原理76 1驅(qū)動(dòng)電路： 2控制電路： 3

38、顯示信號(hào)接口：配合臺(tái)式機(jī)的液晶顯示器也提供了模擬視頻的VGA接口，可以連接到普通VGA顯示卡上。液晶顯示器的數(shù)字接口有DFP、DVI和PND等。使用較多的DVI-D的針腳配置如圖8-23所示。77圖8-23 液晶顯示器的DVI-D數(shù)字連接器78 8.6.1.3 液晶顯示器的特點(diǎn) 與CRT顯示器相比，液晶顯示器具有如下特點(diǎn)： 1低電壓和小功耗。 2體積小、重量輕和超薄平面。 3分辨率高。 4真實(shí)的彩色。 5無(wú)輻射。 6長(zhǎng)壽命。 7易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 8被動(dòng)式顯示。 9亮度低、視角小、刷新速率低和價(jià)格高。79 8.6.1.4 液晶顯示器的技術(shù)術(shù)語(yǔ) 1屏幕尺寸 計(jì)算機(jī)所用的液晶顯示器

39、的尺寸也是指矩形屏幕的對(duì)角線長(zhǎng)度的英寸數(shù)，有12、13.3、14.1、15、17和18英寸等。 2可視角度 也稱為可視范圍，是指在屏幕前能看清圖像的最大偏移角度。LCD的水平視角指標(biāo)為100度以上，垂直視角為80度以上。 80 3分辨率 與CRT顯示器不同，液晶顯示器的實(shí)際顯示分辨率與其固定數(shù)量的像素是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，只能設(shè)置一種最高分辨率，才能顯示最佳圖像。當(dāng)設(shè)置為較低分辨率時(shí)，就會(huì)因?yàn)樾枰南袼販p少而使圖像變小。如果設(shè)置低分辨率為滿屏幕，則畫面質(zhì)量會(huì)大大下降，甚至失真。 4像素間距 液晶顯示器的實(shí)際顯示分辨率與物理像素是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，因此對(duì)于尺寸和分辨率相同的液晶顯示器，其像素間距指標(biāo)是相同的。

40、比如15寸1024768的液晶顯示器，其像素間距都是0.297毫米。81 5屏幕刷新率 與CRT不同，液晶顯示器的屏幕刷新率可以很低，因?yàn)樗南袼氐牧炼群蜕戎挥性诋嬅鎯?nèi)容改變時(shí)才需要改變。即使幀頻很低，畫面也不會(huì)閃爍。 6響應(yīng)時(shí)間 在亮暗快速變化的信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，液晶顯示器的像素點(diǎn)由亮變?yōu)榘祷蛴砂底優(yōu)榱恋臅r(shí)間叫做LCD的響應(yīng)時(shí)間，這個(gè)指標(biāo)通常為50毫秒以下。因此對(duì)于快速變化和移動(dòng)的圖像，液晶顯示器的反應(yīng)遲鈍，會(huì)產(chǎn)生圖像消失或拖尾現(xiàn)象。82 7亮度和對(duì)比度 液晶顯示器的亮度也叫明視度，表示光源透射過(guò)液晶的強(qiáng)度，單位是每平米燭光（cd/m2），通常為100cd/m2以上。液晶顯示器的對(duì)比度也是亮暗之比，即圖像的反差，通常為100:1以上。 8壞點(diǎn)數(shù) 一個(gè)液晶顯示器屏幕由幾百萬(wàn)個(gè)液晶單元組成，如果個(gè)別薄膜晶體管損壞，該像素將永遠(yuǎn)是一個(gè)顏色，這就是一個(gè)壞點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，整個(gè)屏幕的壞點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò)3。可以將屏幕亮度和對(duì)比度調(diào)到最大檢查壞點(diǎn)，再調(diào)到最小檢查壞點(diǎn)。83 8.6.1.5 使用液晶顯示器的注意事項(xiàng) 1使用中要特別注意避免壓擠、撞擊、劃傷和腐蝕液晶板。 2使用中要特別注意避免潮濕、靜電、紫外線照射和過(guò)高過(guò)低的溫度環(huán)境。 3要注意液晶顯示器對(duì)市電供應(yīng)的要求（220V