Massamuistit, näytöt ja näytönohjaimet - Luento 3

• Luentotaltiointi
• Massamuistit
  • Yleistä massamuisteista
  • Kiintolevy eli kovalevy
  • Tiedostojärjestelmistä
  • Levykeasema ja levykkeet
  • Optiset levyt ja levyasemat
  • Nauha-asemat
  • Linkkejä
• Näytöt
  • Kuvaputkinäyttö (Cathode Ray Tube (CRT))
  • Nestekidenäytöt (Liquid Crystal Display (LCD))
• Näytönohjaimet
  • Käyttökohteet
  • Näytönohjaimen toiminta
  • Teknisiä ominaisuuksia
  • Näytönohjaimen pääosat
  • 3D-grafiikka
  • Grafiikkaprosessoreita valmistavia yrityksiä
  • Erilaiset näyttötilat

Luennolla käsitellään miten tietokone varastoi tietoa pitkäaikaisesti ja miten kuva muodostuu näytölle.

Massamuistit

Seuraavassa esitellään erilaisia massamuisteja ja niissä käytettyjä tekniikoita. Käsiteltävät massamuistit ovat kovalevy, erilaiset CD:t, erilaiset DVD:t, erilaiset levykkeet sekä nauhat.

Yleistä massamuisteista

Massamuisteja ovat

• kovalevyt
• CD-ROM-, CD-R- ja CD-RW-levyt
• DVD-ROM- ja DVD-RW-levyt
• levykkeet
• nauha-asemat

Massamuisteja käytetään

• ohjelmien asennusmediana (Esim. CD).
• ohjelmien ja tiedostojen pysyvään tallentamiseen (Esim. kovalevy).
• tietojen varmuuskopiointiin (Esim. nauhat).
• tietojen siirtämiseen koneiden välillä (Esim. levykkeet).

Massamuistien kapasiteetti ilmoitetaan yleensä mega- tai gigatavuina.

• 1 tavu (B) = 8 bittiä
• 1 kilotavu (kB) = 1024 tavua
• 1 megatavu (MB) = 1024 x 1024 tavua (1 048 576 tavua)
• 1 gigatavu (GB) = 1024 x 1024 x 1024 tavua (1 073 741 824 tavua)
• Jotkin kiintolevyvalmistajat tarkoittavat yhdellä megatavulla 1 000 000 tavua.
• Esimerkiksi valmistaja ilmoittaa 80 GB, mutta oikeasti mahtuu 74 GB.
• Tiedostojärjestelmä kuluttaa myös osan fyysisestä kapasiteetista.

Kiintolevy eli kovalevy

Kiintolevy mahdollistaa tiedon pysyvän tallentamisen silloinkin kun koneesta katkaistaan virta. Tiedon saanti ja siirtäminen kiintolevyltä on suhteellisen nopeaa (muut massamuistilaitteet yleensä hitaampia).

• Valmistajia: mm. IBM, Seagate, Maxtor ja Fujitsu.
• Hinnat: 60 euroa (40 GB) - 200 euroa (250 GB)
  • Hintoja vertaillessa kannattaa laskea mikä on yhden gigatavun hinta (euroa/Gt)
• Koko
  • 3.5" on yleisin koko eli mahtuu saman kokoiseen paikkaan kotelossa kuin 3.5" levykeasema.
  • 5.25" kokoiset ovat samaa kokoluokkaa romppuasemien kanssa. Tämän kokoisia kiintolevyjä ei nykyään enää käytetä.
  • 2.5" kokoa käytetään kannettavissa tietokoneissa
  • Kaikista pienin kiintolevy on IBM:n microdrive (kuva)

Historia

Toimintaperiaate

• Käyttöjärjestelmä paikallistaa datan levyltä (FAT).
• Käyttöjärjestelmän pyytää jonkin uran jotakin sektoria kovalevyltä (LBA).
• Lukupään moottori siirtää lukupään oikealle uralle.
• Lukupää lukee datan levyltä ja levyohjain tulkitsee luetun datan prosessoria varten.
• Usein luetaan myös ylimääräistä dataa levyltä, koska sitä saatetaan tarvita.
• Levy pyörii (yleensä) kirjoittamisen ja lukemisen aikana vakionopeudella.
• Data siirretään muistiin prosessorin käsittelyä varten.
• Levyt voidaan pysäyttää virransäästöominaisuuksien vuoksi.

Rakenne

• Kovalevy on pakattu ilmatiiviiseen kuoreen.
• Levyt
  • Alumiinia tai lasin ja keramiikan seosta
  • Päällystetty magneettisella aineella
• Levyjen pyöritysmoottori
• Luku- tai kirjoituspäät
  • Luku- ja kirjoituspäitä vähintään kaksi joka levyllä eli vähintään yksi jokaisella pinnalla.
  • Ohjataan moottorilla, joka siirtää pään oikealle uralle.
  • Kaikki varret liikkuvat yhtäaikaa.
  • Eivät koske levypintaan. (<0.07mm)
  • Muuttaa levypinnan magneettisuuden suuntaa.
• Lukupäiden moottori
  • Siirtää lukupään tarkasti oikealle uralle.
• Toimintaa ohjaava piirilevy.
  • Välimuisti
  • Levyohjain

Kiintolevyn geometria ja kapasiteetti

• levypinta (engl. platter)
  • Levypintoja kaksi jokaisella levyllä. Kovalevyssä voi olla useita levyjä.
• ura (engl. track)
  • Jaettu sektoreihin.
  • Tietoja luetaan ura kerrallaan.
• sylinteri (engl. cylinder)
  • Jokaisella levypinnalla samalla kohdalla olevat urat.
  • Sylinteri tallennetaan täyteen ja sen jälkeen vaihdetaan uraa.
• sektori (engl. sector)
  • Käyttöjärjestelmän pienin tallennusyksikkö.
  • Pieninkin tieto varaa vähintään sektorin itselleen.
• tilanvarausyksikkö (engl. cluster)
  • Käyttöjärjestelmä voi yhdistää sektoreita klustereiksi.
  • Pienin käyttöjärjestelmän käsittämä tilanvarausyksikkö (esim. 512B).

Kiintolevyn tallennuskapasiteetti lasketaan seuraavasti:

Tallennuskapasiteetti = Levypintojen lkm * Sylinterien lkm * Sektoreiden lkm * Sektorin koko
2167,6MB = 4 kpl * 2100 cyl * 63 spc * 512B

Kiintolevyn suorituskyky

• Pyörimisnopeus
  • Kuinka nopeasti pyörähdetään kierros?
  • 3600 - 10000 kierrosta minuutissa (rpm).
• Hakuaika (engl. Seek time)
  • Kuinka nopeasti lukupää siirtyy jollekin toiselle uralle?
  • Esim. 5-12 ms
• Keskimääräinen hakuaika (engl. Average Access Time)
  • Kuinka nopeasti siirrytään mielivaltaiselle uralle oikeaan kohtaan?
  • Arvoon vaikuttavat sekä pyörähdysviive että hakuaika.
  • Esim. 8-12 ms
• Tiedonsiirtonopeus (engl. Data Transfer Rate)
  • Miten nopeasti tieto siirtyy levyltä keskusmuistiin?
  • Esim. IDE-levyillä 4 - 133 MB/s
  • Todellinen nopeus kovalevyillä jää paljon maksimista
    • Liitännän nopeudella merkitystä vain jos käytetään RAID:ia.
• RAID (Redundant Array of Independent Disks)
  • Kaksi tai useampia levyjä muodostavat yhden loogisen kiintolevyaseman. Alla esimerkkejä käyttötavoista:
  • RAID0 = data jaetaan esim. kahdelle levylle, jolloin nopeus tuplaantuu. Jos toinen levyistä hajoaa, niin tiedot katoavat kokonaan.
  • RAID1 = sama tieto tallennetaan samanlaisena esim. kahdelle levylle. Jos toinen levyistä hajoaa, voidaan tieto palauttaa toiselta levyltä.
  • RAID5 = sama tieto tallennetaan kolmelle levylle, mutta saadaan kahden levyn kapasiteetti ja tuplanopeus. Yhden levyn tila menee pariteettidataan. Jos yksi levy hajoaa, sen data on palautettavissa kahdelta muulta levyltä.

Kiintolevyn väyläliitännät

• IDE (Intelligent Disk Electronics)
  • Maksimissaan kaksi laitetta samaan väylään.
  • Jumpperoinnilla kiintolevy asetetaan Masteriksi, Slaveksi tai Cable Selectiksi.
  • Emolevyissä tuki yleensä 4:lle IDE-laitteelle. (Uusissa 8:lle)
  • Kaksi 40-pinnistä liitintä emolevyllä.
• SCSI (Small Computer System Interface)
  • Pidetään varmempana kuin IDE-liitäntää.
  • Maksimissaan kahdeksan laitetta samaan väylään (Wide- ja Ultra3/160/320 16 laitetta).
  • Tarvitaan usein erillinen SCSI-kortti.
  • Jokaisella laitteella oma laitenro.
• SATA (Serial Advanced Technology Attachment)
  • Kaapelit ohuempia, liitännät helpompia (johtuu sarjamuotoitoisuudesta)
  • Yksi laite liitäntään
  • 150 Mb/s
  • Ohjaimissa yleensä RAID-tuki
• SATA-300
  • 300 Mb/s
  • Sopii myös perus-SATA-liitäntään ja vastaavasti toisinpäin.
  • Joissain tapauksissa SATA-300-levyssä on kuitenkin valittava jumpperilla (hyppylangalla) SATA-150-tila ennenkuin kovalevy toimii.

Kiintolevyn asentaminen

• Kiintolevylle valmiiksi tehty perusalustus (low level), jossa merkitään urien ja sektorien paikat levylle.
• Fyysinen asentaminen - IDE-kaapeli ja virtajohto
• Tarvittaessa BIOSin tietojen muokkaaminen (cyl, heads, spt, size)
• Osiointi - onnistuu siihen tehdyllä ohjelmalla (esim. FDISK, Disk Management tai PartitionMagic)
  • Klusterikoko on liian suuri (riippuu tiedostojärjestelmästä).
  • Fragmentoituminen eli pirstoutuminen.
  • Tiedon turvaaminen (yhden osion rikkoutuminen ei välttämättä sotke koko levyä).
  • Useiden erilaisten tiedostojärjestelmien käyttö samalla levyllä.
• Osioiden ja tiedostojen kokorajoja
  • Rajoitus voi johtua BIOSista, IDE(ATA)-väylästä, tiedostojärjestelmästä tai käyttöjärjestelmästä.
  • 4 Gb
    • FAT32 ei ymmärrä yli 4 Gb:n tiedostoja.
    • Vaihdetaan tiedostojärjestelmää.
  • 137GB
    • Johtuu ATA-väylän osoitteiston rajoituksesta.
    • Korjautuu yleensä BIOS- ja käyttöjärjestelmäpäivityksillä.
• Kiintolevy jaetaan useaan fyysiseen osaan (C, D, E jne..).
  • Ensiöosio (C:)
  • Toisio-osio
    • Jaetaan loogisiin levyasemiin (D:, E:, jne)
  • Nykyään kaikki osiot voivat olla ensiöosioita.
• Osionti voi tapahtua käyttöjärjestelmän asennuksen yhteydessä tai erillisellä ohjelmalla (esim. FDISK)
• Osiointia ei voi muuttaa jälkikäteen ilman erillisohjelmia.
• Formatointi eli alustaminen on perusalustus (high level), jossa määritellään kovalevylle tiedostojärjestelmä.

Tiedostojärjestelmistä

• Tiedostojärjestelmä on yleisnimitys loogisille rakenteille ja käyttöjärjestelmän rutiineille, joiden avulla ladataan ja tallennetaan tietoja massamuistiin.
• Tiedostojärjestelmä on siis tapa, miten tietoja järjestetään esimerkiksi kovalevylle.
• Tyypillisesti tietoja hallitaan tiedostoina, joita sijoitetaan hakemistohierarkiaan.
• Käytännössä siis fyysisen median rakenne ei ratkaise mitä tiedostojärjestelmää vaan tiedostojärjestelmä on käyttöjärjestelmäkohtainen.
• Yhden levyn tai massamuistilaitteen eri osilla voi toki olla erilaisten tiedostojärjestelmät.

Tiedostojärjestelmään liittyviä käsitteitä (esimerkkinä FAT):

• Varausyksikkö (koko)
• Tilanvaraustaulu
• Tiedosto ja hakemisto
• Pirstoutuminen

Käyttöjärjestelmä	Tuettuja tiedostojärjestelmiä
DOS/Win95	FAT
Win 98/Me	FAT, FAT32
Win NT/2000/XP	FAT, FAT32, NTFS
Linux	esim. ext2, ext3, FAT32, NTFS(luku), reiserfs

Lisäksi lähes kaikki käyttöjärjestelmät osaavat lukea (kirjoittaa) CDFS-tiedostojärjestelmää, mutta ongelmaksi muodostuvat erilaiset laajennukset.

Tiedostojärjestelmien vertailua

Tiedostojärjestelmä mahdollistaa hakemistojen ja tiedostojen käytön. Eri tiedostojärjestelmä vaikuttaa myös tiedon varmistukseen ja tiedon saannin tehokkuuteen. Kattavampi vertailu löytyy Wikipediasta.

Tiedostojärjestelmä	Osion maksimikoko	Käyttöjärjestelmä	Huomattavaa
FAT16	2 GB	DOS, Windows 3.1	Klusterikoko kasvaa suoraan levynkoon kasvaessa.
VFAT	2 GB	Windows 95	Pitkät tiedostonimet.
FAT32	2 TB	Windows95b, Windows 98	Alle 8 GB:n osioilla klusterikoko säilyy 4 kB.
HPFS	64 GB	OS/2
NTFS	2 TB	Windows NT, Windows 2000
EXT2	32 TB	Linux

Levykeasema ja levykkeet

• Levykkeitä olemassa useaa kokoa (3.5" , 5.25"), joiden kapasiteetti vaihtelee seuraavasti:
  • 360 kB
  • 720 kB (DD)
  • 1.2 MB
  • 1.44 MB (HD)
  • 2.88 MB

Teknisiä tietoja

• Kapasiteetti: 1.44 MB
• Koko: 3.5"
• Pyörimisnopeus: 300 kierrosta minuutissa (rpm)
• Siirtonopeus: 62,5 kB/s
• Hakuaika: 84 ms
• Luku- ja kirjoituspää koskee fyysisesti levyn pintaa, minkä takia levyt kuluvat. Tieto saattaa siis kadota!

Levykeaseman liittäminen emolevyyn

• Liitetään 34-johtimisella lattakaapelilla
  • Floppy/FDD Cable - tunnistaa ristiinkytketyistä johtimista.
• Maksimissaan kaksi levykeasemaa.

Levykkeen ja kiintolevyn korvikkeet

• Tarvitaan erillinen sisäinen tai ulkoinen levykeasema
• Levyasema ei osaa välttämättä lukea korppua
• Esim. Iomega Zip (100/250 Mb) ja Jaz (1 Gb)
• Nykyään käytetään paljon USB-muisteja!

Optiset levyt ja levyasemat

Yleistä optisten levyjen levyasemista ja levyistä

• Yleensä alaspäin yhteensopivia.
• Lukunopeuksissa suuria eroja asemittain 1X - 72X (150kB/s - 10800kB/s)
• 20x/10x/40x tarkoittaa 20 nopeuksinen CD-R kirjoitus, 10 nopeuksinen CD-RW kirjoitus ja 40 nopeuksinen CD-ROM luku
• Lukeminen ja kirjoittaminen tapahtuu optisesti.
• Levyn pyörimisnopeus vaihtelee, mutta lukunopeus on vakio.
• Asemia valmistavat mm. HP, Plextor, Sony ja Yamaha
• Asemien hinnat:
  • CD-ROM > 15 €
  • CD-R/RW > 20 €
  • DVD > 20 € (ROM)
  • CD-RW/DVD > 22 €
  • DVD+-RW > 30 €
• Medioiden hinnat (kpl):
  • CD-R < 1 €
  • CD-RW > 1 €
  • DVD+-R < 3 €
  • DVD-RW > 3 €
  • DVD+RW > 3 €

CD-ROM-levy

• Ei voi kirjoittaa.
• Kapasiteetti 650 - 870MB.
• Tieto on tallennettu sektoreihin yhdelle uralle.

CD-R-levy

• Voi kirjoittaa yhden kerran
• Kirjoittaminen tehdään voimakastehoisella lasersäteellä.
• Muutetaan tallennusyksikön valonheijastusta.
• Kirjoittamista voidaan jatkaa myöhemminkin
• Kapasiteetti 650 MB.

CD-Recordable FAQ

CD-RW-levy

• Voi kirjoittaa useaan kertaan.
• Perustuu aineen muutoksiin eri lämpötiloissa.
• Kapasiteetti 650 MB.

CD-R-levyn polttaminen

• Tee valmis CD-levyn kuva (CD-image).
• Verkkolevyjen data kannattaa kopioda kovalevylle ennen polttamista.
• Polta CD vasta levykuvasta.
• Virheet voivat aiheutua
  • Asema ei saa poltettavaa dataa riittävän nopeasti
  • Tiedostojen lukitusvirhe
• Levyjen kirjoituksessa käytetään nykyään varmistustekniikkoja kuten BURN-Proof, JustLink, Power-Burn, SafeBurn, and Seamless Link.

DVD (Digital Versatile Disk) -levy

• Erityisesti elokuvia varten kehitetty.
• Suuri tallennuskapasiteetti jopa 17 GB (8,5 GB).
• CD-R-levy ei välttämättä toimi vanhemmissa DVD-asemassa?!?
• Uusilla voi lukea kaikkia CD-tyyppejä.
• Data tallennetaan kahteen kerrokseen.

DVD FAQ

DVD-R/DVD-RW/DVD+R/DVD+RW/DVD-RAM

• Kapasiteetti 4,7 Gb (noin 7 cd:n verran).
• DVD-RW ja DVD+RW ovat uudelleen kirjoitettavia versioita, jotka kilpailevat keskenenään.
• DVD-R on DVD Forumin virallinen standardi. DVD+R on isojen valmistajen oma DVD-formaatti. Toimivuudessa ei suuria eroja ja yleensä molemmat ovat luettavissa DVD-asemilla.

Nauha-asemat

• Käytetään varmuuskopiointiin.
  • Täydellinen varmistus (harvemmin).
  • Lisäävä varmistus (vaikka joka päivä).
• Yleisiä nauhaformaatteja ovat QIC, DLT ja DAT
• Suuri tallennuskapasiteetti.
• Tiedonhakeminen hitaampaa kuin kovalevyltä.
• Aseman hinta: > 1000 €
• Nauhan hinta: > 10 €
• Koko: > 20 GB

Linkkejä

Seuraavassa luennon aiheeseen liittyviä hyviä linkkejä

• File Systems - PCGuide
• Hard Disks - PCTechGuide
• CD-ROM - PCTechGuide
• CD-R/RW - PCTechGuide
• DVD - PCTechGuide
• Tape Backup - PCTechGuide
• Removable Storage - PCTechGuide
• Hard disks - HowStuffWorks
• Removable Storage - HowStuffWorks

Näytöt

• Näyttö (engl. Display) piirtää kuvan käyttäjälle.
• Näytönohjain (engl. Graphics Card) muodostaa kuvan ja lähettää sen näytölle.
• Enemmän rajoittava laite määrää näytettävän kuvan tarkkuuden.
• Näytönohjaimen ja näytön yhteistyön on oltava saumatonta!

Kuvaputkinäyttö (Cathode Ray Tube (CRT))

Suurin osa nykyisistä näytöistä perustuu samaan tekniikkaan kuin televisiotkin eli kuvaputkiin.

Kuvan muodostuminen

• Näytönohjain antaa näytön tarvitseman ohjaussignaalin kuvan piirtämiseen.
• Näytön suurin osa on ilmatiivis kuvaputki.
• Näytön takaosan elektronitykki (jokaisella värillä omansa) ampuu elektronisuihku kuvaputken pintaan.
• Näytön pinnassa olevat kolmen päävärin fosforipisteet muodostavat yhden pikselin.
• Jokaiseen pisteeseen ohjataan elektronisuihku, jolloin pisteet muodostavat näytölle yhden värisen pikselin.
• Elektroni suihkua ohjataan magneettikentän avulla maskin läpi.
• Suihku ohjataan vasemmalta oikealle ja ylhäältä alas.
• Maski ohjaa magneettisuihkun täsmälleen oikeaan pisteeseen.
  • Reikämaski (Pistemaski)
    • Yleisin
    • Halpa
  • Hilamaski (Linjamaski)
    • Parempi kuvanlaatu kuin muilla tekniikoilla.
    • Vaakasuorat varjot näytöllä.
    • Esim. Sony Trinitron
  • Rakomaski
    • Parempi kuvanlaatu kuin reikämaskilla.
• Maskin lämpölaajeneminen voi aiheuttaa värivirheitä.
• Etulasi
  • Kupera
  • Tasopintainen jossa lasi on paksumpi reunoilta
  • Tasapaksu (Trinitron)

Näytön käytettävyyteen liittyviä seikkoja

• Sijoita näyttö niin, että ruudun yläreuna on silmien korkeutta alempana. (kuva, kuva2)
• Erilaisten säätimet virheiden korjaamiseen
  • Kontrasti (engl. Contrast)
  • Kirkkaus (engl. Brightness)
  • Kuva-ala
  • Vaaka- ja pystysijainti
  • Tyynyvääristymä (Pincushion)
  • Trapetsivääristymä (Trapezoid)
  • Kallistusvääristymä (Parallelogram)
  • Kiertovääristymä (Rotation)
• Degauss
  • Sähkömagneettisten häiriöiden poisto
  • Aiheutuu esimerkiksi kaiuttimista
• Näytön jalustan säädöt
• Takuu vähintään 3 vuotta

Turvallisuus ja ekologisuus

• Lähes kaikki markkinoilla olevat näytöt on säteilysuojattu
• MPR II-, TCO-92-, TCO-95-, TCO-99-normit määrittelevät rajat sähkömagneettiselle säteilylle.
• Erilaisia normeja on olemassa energiansäästöä varten. (E2000)
• Näyttö vie yksinään yhtä paljon virtaa kuin koko muu laitteisto
  • Normaali käyttötila: 140 W
  • Sleep: 100 W
  • Deep Sleep: 15 W
  • Active off: 3 W
  • Power off: 0 W
• Nestekidenäytön tehonkulutus 30-70W.

Teknisiä ominaisuuksia

• Kuvanvaihtotaajuus eli virkistystaajuus
  • Kuinka monta kertaa sekunnissa näyttö piirretään uudelleen?
  • Esim. 75 Hz eli 75 kertaa sekunnissa
• Resoluutio eli erottelutarkkuus
  • Kuinka monta kuvapistettä näytölle mahtuu?
  • Esim. 1024x768 pistettä
  • Laskettavissa pistevälin avulla.
• Liitännät (kuvia)
  • VGA (15 piikkiä) - Tavallisin
  • BNC (koaksiaali) - Viisi erillistä johtoa (punainen, vihreä, sininen, vaaka- ja pystytasaus)
  • DVI (Digital Visual Interface) - Digitaalinen liitäntä, mutta voi kuljettaa myös analogisia signaaleja

Näyttöjen maksimitarkkuuksia

Kuvaputkinäyttöjen koko ilmoitetaan tuumina, joka tarkoittaa kuvaputken kokoa, EI näkyvän kuva-alan kokoa!

Koko (tuumaa)	Resoluutio
14"	640x480
15"	800x600
17"	1280x1024, 1024x768
19"	1600x1200, 1280x1024, 1024x768
21"	1600x1200, 1280x1024

Hyvältä näytöltä on syytä vaatia vähintään seuraavia ominaisuuksia:

• Näyttötila vähintään 1280*1024 eli käytännössä oltava vähintään 17".
• Käyttötilassa virkistystaajuus vähintään 85Hz. Nestekidenäyttöjen virkistystaajuudella ei suurta merkitystä.

Näytön valinnassa kiinnitettävä huomiota seuraaviin asioihin:

• Maksimiresoluutio (kuvatarkkuus)?
• Maksimi virkistystaajuus maksimiresoluutiolle?
• Kuvaputki vai LCD-näyttö?
• Hinta: > 150 € (19").

Televisio

Vertailun vuoksi hieman televisiotekniikasta:

• Perinteinen televisio
  • Resoluutio n. 520*575
  • Mitä isompi televisio sitä suurempi pistekoko. Televisiossa ei näytölle mahtuvien pisteiden määrä kasva ruudun koon kasvaessa
  • Virkistystaajuus 50Hz lomitettuna (interlaced) eli joka toinen viiva piirretään aina jokatoisella ruudun päivityskerralla.
  • Useissa uusissa näytönohjaimissa mahdollisuus kytkeä tietokone myös televisioon
• Digi-tv
  • DVB-T-järjestelmän 720x576 pikselin resoluution
  • Mahdollistaa 16:9 -kuvasuhteen
  • Digitaalinen
  • Kuvamateriaali pakataan MPEG2-koodauksella
  • Digiboksi muuntaa ja purkaa digitaalisignaalin tavalliseen analogiseen televisioon

Nestekidenäytöt (Liquid Crystal Display (LCD))

• Litteä, kevyt ja vähän tilaa vievä näyttö.
• 15" nestekidenäyttö vastaa kuva-alaltaan lähes 17" kuvaputkinäyttöä. Nestekidenäytöissä tuumakoko tarkoittaa kuva-alan lävistäjää.
• Nestekidenäytöt ovat yleistymässä ja halpenemassa koko ajan.
• Hinta: n. 200-300 € (17"), > 350 € (19").
• 21" monipuolinen LCD-monitori maksaa n. 1500 € (esim. Eizo FlexScan L985EX).

Tekniikka

• Kontrolloidaan suodattimilla läpipääsevän valon määrää.
• Tekniikka vaatii siis taustavalon käytön.
• Passiivimatriisinäytöissä huonompi kuva kuin aktiivimatriisinäytöissä (TFT).
• TFT (Thin Film Transistor) -tekniikka eli jokaista kuvapisteen osaväriä vastaa oma transistorinsa.
• Digitaalisesti kontrolloitavissa. Kuvanlaatu ei kärsi anologimuunnoksista.
• Oletuksena estetään valon läpipääsyä kalvosta.
• Transistorin avulla kontrolloidaan valon pääsyä läpi.
• Päivitys tapahtuu kerralla, rasittaa vähemmän silmiä kuin putkinäytön pyyhkäisyt.

TFT-näytön valinnassa kannattaa kiinnittää perusasioiden lisäksi huomiota seuraavanlaisiin asioihin:

• Katselukulma vaaka- ja pystysuuntaan (laaja katselukulma >=140 astetta)
• Pikselivirheet (sammuneet/yhteen väriin juuttuneet pisteet)
• Kirkkaus ja väriominaisuudet (yleisesti ei niin hyvä kuin putkinäytöissä)
• Vasteaika (12 ms hyvä)

Kuvaputkinäytön ja LCD-näytön käyttöominaisuuksien vertailu

• LCD-näyttö rasittaa silmää vähemmän kuin putkinäyttö.
• LCD-näytöt vievät huomattavasti vähemmän tilaa
• LCD-näyttöissä korkeampi hinta.
• Nestekidenäytöissä yleensä pienempi katselukulma kuin CRT-näytöissä.
• LCD-näyttöjen värisävyissä eroja verrattuna kuvaputkinäyttöihin.
• LCD-näytöissä kunnollinen tuki vain yhdelle näyttötilalle.
• Paras kuvanlaatu vaatii LCD-näytöissä digitaalisen signaalin näytönohjaimelta.
• Vähävirtaisia, koska 15" LCD-näyttö kuluttaa n. 50W ja CRT 180W.
• CRT-näyttöjen kontrasti yleensä parempi.
• CRT-näyttö on pidempi-ikäinen kuin LCD-näyttö.

Näytönohjaimet

• Erillinen kortti.
• Integroituna suoraan emolevylle.
• Hinnat: 50€ - 600€. Ammattilaiskäyttö: > 800 €

Käyttökohteet

• Tavallisessa työpöytäkäytössä riittää mikä tahansa näytönohjain jos kuvan laatu on hyvä ja tarkkuus riittävä.
• Näytönohjaimen eri ominaisuuksilla on merkitystä mikäli tietokoneella ajetaan jotain graafisesti vaativaa ohjelmaa
  • Pelit
  • 3d-mallinnus
  • CAD

Näytönohjaimen toiminta

• Sovellusohjelma tekee GDI-kutsuja käyttöjärjestelmälle näytölle tulevasta tiedosta.
• Käyttöjärjestelmä pyytää näytön päivitystä näytönohjainajureilta.
• Näytönohjaimen ajurit kääntävät halutut käskyt näytönohjaimelle sen haluamaan muotoon.
  • Ajurien ja näytönohjaimen tehokkuudesta riippuu piirrettävän kuvan nopeus.
  • Ei pyydetä yksittäisten pisteiden vaan muodon (esim. viiva) piirtämistä.
  • Pyritään siirtämään töitä tietokoneen prosessorilta näytönohjaimen prosessorille.
• Näytönohjain (engl. Graphics Card / Display Card) muodostaa kuvan ja lähettää sen näytönohjaimen muistiin pikselitiedon.
• RAMDAC muuntaa digitaalisen tiedon analogiseksi RGB-signaaliksi ja lähettää näytölle (digitaalisessa liitännässä analogimuunnosta ei tarvita).
• Näyttö (engl. Display) piirtää kuvan käyttäjälle.
• Operaatio toistetaan esim. 75 kertaa sekunnissa (75 Hz)
• Enemmän rajoittava laite määrää näytettävän kuvan tarkkuuden.

Teknisiä ominaisuuksia

• Yleensä erillinen kortti liitettynä PCI-, AGP- tai PCI Express -väylään.
• Määrää näytettävän resoluution, virkistystaajuuden ja värimäärän.
• Näytönohjaimen nopeus vaikuttaa koko koneen nopeuteen
• Nopeimmat näytönohjaimet vaativat suuritehoisen virtalähteen ja järeän jäähdytyksen.

Näytönohjaimen pääosat

• Grafiikkaprosessori
  • Suorittaa piirtämiseen ja laskemiseen liittyviä toimia.
  • Suorittaa 2D- ja 3D-käskyjä.
  • Mitä tehokkaampi grafiikkaprosessori sitä nopeampi kuvanpäivitys!
  • Tehoa kuvastaa osittain kellotaajuus (150-600 MHz), mutta itse piirillä ja muisteilla on enemmän merkitystä.
• Näyttömuisti
  • Kuva muodostetaan kokonaan muistiin ennen siirtämistä näytölle.
  • Rajoittaa esitettävän kuvan tarkkuutta (ks. taulukko).
  • Vaikuttaa koko näytönohjaimen nopeuteen.
  • Käyttävät omia muistejaan mm. tyyppejä DDR2, GDDR3 ja SGRAM.
  • Muistin kellotaajuus (150-1200 MHz) ratkaisee osittain ohjaimen nopeuden.
• Liitännät
  • Perus-VGA
  • Tuki useammalle näytölle (dual head)
  • Digitaalinen DVI-liitin nestekidenäyttöjä varten
  • TV-liitin
  • TV-sisäänmeno (videoeditointi?)
  • Antenniliitäntä (myös mahd. TV-viritin)
  • SLI-kytkentä kahden näytönohjaimen yhteiskäyttöön

3D-grafiikka

• Vaatii reilusti enemmän muistia kuin tavallinen 2-ulotteinen kuva. (ks. taulukko)
• Joudutaan laskemaan Z-suunta.
• Käytetään erilaisia rajapintoja (kirjastoja) 3-ulotteisen kuvan piirron yhteensopivuuden varmistamiseksi ja nopeuttamiseksi.
  • Rajapinta sisältää optimoituja käskyjä 3D-kuvan luomiseksi.
  • Näytönohjaimen on tuettava rajapinnan määräämiä käskyjä.
  • Ohjelmien valmistajan ei tarvitse tietää laitteistosta kaikkea rajapinnan vuoksi.
  • Näytönohjaimen valmistaja tekee ohjaimen tulkitsemaan rajapinnan käskyjä laitteelle.
  • Rajapinnoista on eri versioita.
  • Esim. Direct3D ja OpenGL

    

• Kolme-ulotteisen kuvan piirtoperiaate:

  

• Reaaliaikainen liikkuva kuva vaatii paljon tehoa.
• Tekniikkaa esitteleviä videoita:
  • Timbury (Nvidia)
  • Nalu (Nvidia)
  • CryTek (ATI)

Grafiikkaprosessoreita valmistavia yrityksiä

• NVidia
• ATI
• Matrox

Erilaiset näyttötilat

Näyttötila	Resoluutio
VGA	640 * 480
SVGA (XGA)	800 * 600 1024 * 768 1280 * 1024 1600 * 1200

Värien bittisyydet

• Pisteen esittämiseen käytettävän muistin määrä
• Värit valitaan yleensä 16 miljoonan värin paletista.

4 - bittiset värit	16 (2^4) väriä
8 - bittiset värit	256 (2^8) väriä
15- bittiset värit	32 768 (2^15) väriä
16 - bittiset värit	65 000 (2^16) väriä
24- bittiset värit	16 milj. (2^24) väriä

Näyttömuistin kulutus

• Vaadittava muistin määrä joillakin värimäärillä ja tarkkuuksilla tavallisessa toimistokäytössä.
• Lasketaan seuraavasti: Resoluutio (24 bit) * tarkkuus (1024 * 768) / tavussa olevien bittien määrällä (8 bit).

2D-grafiikan muistinkulutus

Resoluutio	16 (4-bit)	256 (8-bit)	65000 (16-bit)	16 milj (24-bit)
640 * 480	0.15 MB	0.29 MB	0.59 MB	0.88 MB
800 * 600	0.23 MB	0.46 MB	0.92 MB	1.37 MB
1024 * 768	0.38 MB	0.75 MB	1.50 MB	2.25 MB
1280 * 1024	0.63 MB	1.25 MB	2.50 MB	3.75 MB
1600 * 1200	0.92 MB	1.83 MB	3.66 MB	5.49 MB

• 3d-grafiikka
  • Vaadittavan muistin määrä peli- ja mallinnusohjelmissa.
  • Joudutaan pitämään kirjaa myös Z-suunnasta.
  • Z-suunta vaatii lisäbittejä.
  • Lisäksi esim. tekstuurit (pinnoitekuviot) vaativat näytönohjaimelta muistia