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个人电脑显示器发展历程
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2011-03-28
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详细回顾了显示器的发展历程,整理的非常好,不管是否计算机专业的,都该看看。
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显示器的发展历程
一、早期的计算机显示系统
最初的计算机是没有显示系统的,而是通过打孔机这样的设备进行输出,非常不方便
早期的显示系统研究起源于著名的麻省理工学院(),从 世纪 年代初到 年
代中期, 在现代计算机图形技术的研究方面取得了大量开拓性成果,其中起关键作用
的是创建于 年的林肯实验室。
诞生于 世纪 年代末的“旋风()”是麻省理工学院研制的第一台数字
计算机,并且也是第一台专为实时处理控制设计的计算机,其运算速度在当时是最快的 。
世纪 年代初,冷战日趋加剧,美国政府希望把诞生不久的电子计算机用于军事目的,
建立一个能使国家边境免遭空袭的半自动地面防御系统()。于是美国空军找到麻
省理工学院,许诺每年为 提供 万美元的巨额研究经费,希望能将 计
算机作为 系统的核心部件。
不久,林肯实验室的肯奥尔森(即 数字设备公司创始人)设计了一个从数字到
模拟信号的转换器,来控制阴极射线的显示,这是现在显示器的基本原理。他的设计完成
得十分精巧,赢得了人们的赞赏。当时的旋风一号()计算机配备了一种图
形显示器,用类似于示波器的 显示简单图形,这便是计算机显示系统的雏形。
年,在林肯实验室诞生了第一台光笔交互式图形显示器,它是伊凡 萨瑟兰
( )的博士论文课题。他开发出一套叫做“画板(! "#)”的程序 ,
这是一个人机通信的图形系统,可借助一些手握装置(比如光笔等),在显示器上直接建
立影像,通过在屏幕上指点与系统交互。不过这并不是数字显示器,而是笔迹或向量式的
模拟显示器。
在上世纪 年代,美国的 $ 公司、贝尔实验室($ %&)、通用汽车公司和英
国的剑桥大学也相继开展了显示系统方面的大规模研究。 年秋,$ 公司提出自己
的交互图形显示器设计方案,后经过改进推出了 $ 显示器,它是 $ 计算机上的
第一代刷新式随机扫描图形终端。这是一种画线显示器(' "()"(# ,也称矢量显示器
或随机扫描显示器),以图形方式显示视频画面的色调及饱和度水平的仪器,可用来调整
色彩匹配。它在使用时需要刷新,而且非常昂贵,这大大限制了它的普及。$ 显
示器也使用光笔进行交互输入,并配有一组 * 个功能键,以便调用程序中的相应功能模
块。+, 年前后 $ 改型为 $*,但原理并无明显变化;, 年又改型为
$,,采用光栅扫描技术,同时拥有了彩色显示功能。
世纪 年代末 + 年代初,美国的 !(-(太克科技)公司掌握了将信息储存
在显像管中的技术,推出采用存贮管技术的图形显示器,只要对磷光显示器再充电,影像
就可永远保存。这一系列显示器先后有 、、、 等型号。 的屏
幕达到 .,画面线条清晰,分辨率可达 /*+,一次输入显示命令后,可保留画
面一小时,因此编程简单,同时复杂的画面不会像刷新式显示器那样出现闪烁。这种显示
器不需要刷新,其价格不到同类刷新式显示器的一半。但它也有明显缺点,由于不能动态
修改局部的显示画面,因此不适合交互式应用。
在数字光栅扫描显示器出现之前,显示器一般都是模拟的,包括我们上面提到的矢量
显示器和存储管式显示器。 年,贝尔实验室制造出了初期的显示器缓冲存储器,它
具有 * 位深度,可用作任何可显示影像的数字储存区(显示在向量显示器上),这是一种
数字和模拟混合的显示技术。同一时期,一些公司开始了计算机用的刷新式光栅扫描显示
器实验。光栅扫描型() )")显示器采用类似电视机的工作原理,以点阵形式表
示图形,采用专门的缓冲区存放点阵,由视频控制器负责刷新扫描,当扫描到显像管表面
时做开关动作,这样便可产生一排小点(和针式打印机一样),显示出字符。 + 年,
0 ! 开发出商用的产品,首次采用了数字显示器帧缓冲技术,和贝尔实验室的成品一
样,它也基于集成电路变位缓存器技术。+* 年,1 公司开始推广第一款商用显示器
缓冲器产品;2(帕洛奥图研究中心)的 "(# 也推出了光栅显示器和数字
显示器帧缓冲器。
刷新式光栅扫描显示器的出现,大大推动了交互式图形技术的发展。到了 世纪 ,
年代初,## 、$、34 等公司推出的个人电脑和工作站中都配备了光栅扫描型显示
器,能同时生成高质量的线型图和逼真的彩色明暗图。大规模集成电路技术的发展和专用
图形处理芯片的出现,使得光栅扫描型显示器的质量越来越好,成本越来越低,越来越普
及。直到今天,基于刷新式光栅扫描技术的 显示器,还是个人电脑上最主流的图形显
示设备。
二、个人电脑(2)时代的显示器
提起 2 时代的显示器,我们总会联想到摆在主机上的“方脑袋”。直到现在,这种被称
为 显示器的设备,仍然是个人电脑的主要输出设备之一,其重要地位不言而喻。正是
由于它的这种主导地位,我们不妨从 开始认识一下这些平时非常熟悉的显示设备。
显示器的基本原理、性能指标和接口
虽然阴极射线管(,( 5& )已问世半个多世纪,但历经岁月洗礼,
其工作原理并没有太大改变:在一个玻璃密封的真空管内,电子枪将电子束发射到涂有荧
光粉的显像管上,使荧光粉暂时发光。
显示器的核心大致分为阴极射线管()和控制电路两大部分,如果将整个工
作流程理解为一条繁忙的高速公路,前者可看作高速公路和路上的汽车,后者则是司机和
高速路口的管理员。显示器加电工作以后,阴极射线管末端的电子枪发射出高压电子束
(约 ~ 伏特),电子束会经过多个电流开关以及聚焦棱镜,最终通过一层
极薄的金属隔板,打到涂有荧光粉的玻璃上(现在大家非常熟悉的荫栅和荫罩式之争,其
关键就在于这层隔板的类型)。荧光粉在电子的“刺激”下会暂时性发光,早期的 显示
器仅有唯一的荧光粉涂层——磷涂层,因此只能显示明暗和灰度效果,, 时代常见的单
色显示器就是典型例子。
在这个过程中,几乎每个步骤都需要对电子束的行进路线进行控制,精度要求非常高
控制电路必不可少。由于电子束对磁场非常敏感,一块普通的磁铁就可严重影响显示图像
设计显示器时甚至要考虑地磁的影响。此外,我们对显示器的各种调节,同样基于控制电
路的设计;较新的显示器都有工作、待机、睡眠等状态的电源切换,这些也需要增加额外
的控制电路才能实现。
许多事情说起来简单做起来难(比如用质能方程解释核弹爆炸),要千万个电子准确
击中目标,绝不比百步穿杨来得容易。写到这里,我们不禁对研制显像管6显示器的前辈们
产生由衷的敬佩。
显示器在问世后的数十年间得到了长足的发展,性能指标不断攀升,其中有不少
衡量显示器优劣的重要指标是大家需要了解的。
首先是尺寸和可视面积,前者是显像管对角线长度,以英寸(″)为单位,后者指减去
外壳遮住部分后的显像管对角线长度,. 显示器的显示范围一般是 *7.,.的一
般是 *7,.,+.的则约是 7+.。显然,厂商们在包装上用大字标注的是显像管的尺寸,
而不是显示器的可视面积。
点距是很多文字工作者特别关心的参数,它指的是荫罩式显示器的荧光屏上,两个相
邻的相同颜色荧光点之间的对角线距离。对于荫栅式显示器我们称之为“栅距”,指平行光
栅之间的距离。一般点距越小,“颗粒”越小,图像越清晰,文字越犀利。早期的 .显示器
点距通常是 7*00,目前主流显示器的点距一般为 7,00、7+00、700 或
700,个别高档产品能达到 700。
分辨率指构成图像像素的总和,决定显示器能显示内容的多少。如 /+, 分辨
率,就是在显示图像时使用 个水平点,加上 +, 个垂直点来构成画面。显示的分辨
率越高,图像越细腻。显示器往往会标明最佳分辨率,在该分辨率下每个发光点能对应一
个像素,低于该分辨率,一个像素由多个发光点显示;高于该分辨率则会出现多个像素重
叠,图像会变得模糊不清。
今天,人们越来越重视自身健康,显示器的刷新率早已成为衡量显示器“健康”与否的
重要指标。我们通常说的刷新率指的是垂直刷新率,表示屏幕显示图像每秒钟重绘的次数
也就是每秒刷新的次数,以 89 为单位,也叫做场频('8)。人眼对垂直刷新率非常敏感
目前国际认可的“健康”标准为 ,89,绝大多数上市显示器在最佳分辨率下都被要求达到这
一标准。
谈到刷新率,自然会联想到视频带宽,它指每秒钟显像管电子枪扫过的发光点的个数
也可理解为显示器每秒所处理的最大数据量,数值上等于“水平分辨率 /垂直分辨率/场频”。
由于信号衰减的原因,电子枪扫实际描范围要大于分辨率尺寸,需要付出额外的带宽,因
此在计算某分辨率6刷新率下显示器所需带宽时,我们会除以系数 7+ 得出实际值。从
技术上讲显示器的视频带宽越大越好,也和显示器的价格成正比。
:、2; 等认证从某种意义上讲也属于性能指标之一,对环保的要求间接提升了
制造水平,也从深层次对显示器制造商提出了要求,其意义并不亚于传统意义上的性能提
升。显示器相关的性能指标还有很多,大家可参考一下插文中的内容。
早期的显示器输入方式比较单一,随后发展出多种输入方式的产品,如合成视频信号
输入显示器、数字信号输入显示器、模拟信号输入显示器等,后两种最为常见。早期的
显示器如 、 都属于数字信号(%)输入,但它们和现在的 '<='
) >" ?数字视频接口有本质区别,不能混为一谈。由于产品本身显示色彩单一,
很快即被淘汰,它们使用 孔 型接口。
在主流 显示器中,应用最广泛的是模拟信号输入。大家最熟悉的是 针 型接
口,它传送 、、$(红绿蓝三原色)模拟信号至显示器,由于其良好的兼容性,我们可
在绝大多数显示器上找到它。另一种被称为 $4 的接口方式常常出现在高档显示器上,它
可隔绝视频信号输入线,避免信号相互干扰,达到更佳的视频效果,$4 有 个独立的信
号接口:、、$、水平信号以及垂直信号。我们还能在 显示器中看到采用 ' 输
入的产品,但非常少见。
球面 一统天下:二十世纪 , 年代至 年代初
二十世纪 , 年代至 年代初,个人电脑开始在国内出现,球面 几乎占据了所
有的市场(虽然特丽珑柱面管已在日本诞生),不管是单显还是彩显(那时候属于稀有动
物)都清一色鼓着大肚子。球面 造价便宜,制造工艺要求较低,但缺点也显而易见:
画面失真、反光严重等。
, 年代末,我们对显示器的认识依然停留在文字和静止图像的显示上,单显处于其生
命的旺盛期,从廉价的 显示器(仅能显示文本的绿色家伙)到“高端”的 ' 单显都
能得到大批订单,至今一些中小学的电脑教室里还能看到它们的身影。
随后, 显示器(((#")# ,, 年由 $ 推出)和 显示
器(" #")# ,, 年由 $ 推出)开始了其短暂的生命。
显示器只能同时显示 种颜色,分辨率为 */,行频固定在 7,!89, 显示器
将能同时显示的 颜色数提高到 种,分辨率“高达”/*,行频为 7,!89 或
7,!89。和现在的彩色显示器相比无疑显得相当落后,但就是这些简陋的显示器产品将
彩色带上了电脑屏幕,意义非常深远。
走过 年代的头两个年 头, 我 们 终 于 迎 来 了 ' 时 代 。 早 期 的 ' 显示 器
(' (#")5,要退回并封 位色,最新的 * 位色( 亿种)也渐露端倪。
平面直角的黄金时期:二十世纪 年代中期至 年代末
显示器和电视机在原理上并没有什么区别,而当时平面直角工艺在电视上早已普
及。为了减少屏幕四角严重失真和反光现象,平面直角工艺也开始应用在显示器上。平面
直角并非真正意义上的“平面”,它仅仅减小了显像管表面曲率,四个角是直角。为了减少
反光和辐射,各种涂层也应运而生,常见的有表面蚀刻涂层( ""=(
=)、防强光防静电涂层( ,@ @" )、防反射防静电涂层
(,- A "(@")、三星的超清晰涂层( 3@ (
=)等。
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