Контактов 15

Несмотря (в прямом смысле) на наличие ключа — D-образного кожуха, 15-кон­тактные разъемы ухитряются вставлять в перевернутом положении, при этом один из контактов среднего ряда подгибается, а потом и ломается (штырьки этих разъе­мов тоньше и слабее, чем у 9-контактных). Естественно, монитор, подключенный таким образом, работать не будет.

В компьютерах Macintosh монитор, совместимый по параметрам с VGA, имеет разъем DB-15P (такой же, как и у Game-порта PC). Назначение его выводов при­ведено в табл. 8.10.

8.4. Интерфейсы графических адаптеров___________________________________________ 331

Таблица 8.10. Разъем VGA Macintosh Контакт Сигнал

Кроме передачи изображения, по интерфейсу передают информацию, необходи­мую для автоматизации согласования параметров и режимов монитора и компью­тера. «Интересы» компьютера представляет дисплейный адаптер, к которому и подключается монитор. С его помощью обеспечиваются идентификация мо­нитора, необходимая для поддержки PnP, и управление энергопотреблением монитора.

Для простейшей идентификации в интерфейс ввели четыре логических сигнала IDO-ID3, по которым адаптер мог определить тип подключенного монитора IBM. Со стороны монитора эти линии либо подключались к шине GND, либо оставля­лись неподключенными. Однако из этой системы идентификации использовали лишь сигнал ID1, по которому определяют факт подключения монохромного мони­тора. Монохромный монитор может быть опознан адаптером и иначе — по отсут­ствию нагрузки на линиях Red и Blue.

Параллельную идентификацию мониторов заменила последовательная по кана­лу цифрового интерфейса VESA DDC (Display Data Channel). Этот канал постро­ен на интерфейсах PC (DDC2B) или ACCESS.Bus (DDC2AB), которые требуют всего два ТТЛ-сигнала SCL и SDA. Интерфейс DDC1 является однонаправлен­ным — монитор посылает адаптеру блок своих параметров по линии SDA (кон­такт 12), которые синхронизируются сигналом V.Sync (контакт 14). На время при­ема блока параметров адаптер может повысить частоту V.Sync до 25 кГц (генератор кадровой развертки по такой высокой частоте синхронизироваться не будет). Интерфейс DDC2 является двунаправленным; для синхронизации используется выделенный сигнал SCL (контакт 15). Интерфейс DDC2AB отличается тем, что допускает подключение ПУ, не требующих высокой скорости обмена, к компью­теру по последовательной шине ACCESS.Bus (см. п. 11.1.2).

332_________ Глава 8. Специализированные интерфейсы периферийных устройств

Блок параметров расширенной идентификации дисплея EDID (Extended Display Identification) имеет одну и ту же структуру для любой реализации DDC (табл. 8.11).

Таблица 8.11. Блок расширенной идентификации EDID Смещение, байт Длина, байт Назначение

Заголовок (индикатор начала потока EDID)

Идентификатор изделия (назначается производителем)

Версия EDID

Основные параметры и возможности дисплея

Установленные параметры синхронизации

Дескрипторы параметров синхронизации (байты 4-18)

Флаг расширения

Контрольная сумма

Для управления энергопотреблением монитора в соответствии со стандартом VESA DPMS (Display Power Management Signaling) используются сигналы кад­ровой и строчной синхронизации V.Sync и H.Sync (табл. 8.12).

Таблица 8.12. Управление энергопотреблением монитора (VESA DPMS)
Режим H.Sync V.Sync

On Активен Активен

Standby Неактивен Активен
Suspend Активен Неактивен
Off Неактивен Неактивен

Разъемы, применяемые в современных адаптерах и мониторах SVGA, не предна­значены для передачи высокочастотных сигналов. Пределом для них является при­мерно 150 МГц, что для высокого разрешения и высокой частоты регенерации недостаточно. Поэтому на больших профессиональных мониторах с высокими разрешением и частотами синхронизации и на соответствующих адаптерах име­ются BNC-разъемы для соединения с помощью коаксиальных кабелей. Монито­ры с коаксиальными входами могут быть подключены и к адаптерам с разъемом DB-15, для чего выпускаются специальные переходные кабели. У этих кабелей может быть 3-5 75-омных коаксиальных разъемов BNC:

♦ 3 разъема — сигналы базисных цветов, смешанная синхронизация (composite sync) передается в канале зеленого цвета;

♦ 4 разъема — смешанная синхронизация передается по отдельному кабелю;

♦ 5 разъемов — вертикальная и горизонтальная синхронизация передается по раздельным кабелям.

С помощью коаксиальных кабелей возможно удаление монитора от компьютера на расстояние до 10-15 м при хорошем изображении.

8.4. Интерфейсы графических адаптеров

Для расширения частотного диапазона (и учитывая тенденцию к использованию последовательных шин USB и Fire Wire) для подключения ПУ к системному бло­ку компьютера VESA в 1995 г. предложила новый тип разъема EVC (Enhanced Video Connector). В 1998 г. была принята новая редакция, и разъем переименован в P& D-A (Plug& Display-Analog) с небольшими изменениями, касающимися ре­зервных контактов и цепей питания зарядного устройства. Кроме обычного ана­логового интерфейса RGB и канала DDC2, разъем P& D-A (EVC) имеет контакты для видеовхода, входные и выходные стереоаудиосигналы, шины USB и Fire Wire, а также линии питания постоянного тока для зарядки аккумуляторов портатив­ных ПК. Разъем имеет две секции: высокочастотную для присоединения четырех коаксиальных кабелей и низкочастотную на 30 контактов (рис. 8.10, табл. 8.13). Контакты высокочастотной секции, хотя и не являются коаксиальными, позволя­ют передавать сигналы с частотами до 2 ГГц. Контактом экранов является крес­тообразная перегородка. При использовании 75-омных коаксиальных кабелей на частоте 500 МГц гарантируется уровень отражений и перекрестных помех не выше 2 %. Высокочастотная секция — контакты С1-С4 и С5 (экран) — требуется для передачи цветовых сигналов R, G, В и синхросигнала пикселов РХ Clock. Син­хросигнал пикселов «интересен» матричным дисплеям (с их цифровой природой), его использование позволяет уменьшить погрешности передачи видеоинформа­ции. Частота этого сигнала равна либо частоте сканирования пикселов, либо ее половине (на высокой частоте нужна двойная синхронизация, по фронту и спаду, что уравнивает требования к полосе пропускания для линий цветовых данных и линии синхронизации пикселов).

Таблица 8.13. Разъем P& D-A (EVC)

Глава 8. Специализированные интерфейсы периферийных устройств

Рис. 8.10. Разъем Б/С и P& D (розетка)

Разъем поделен на компактные зоны для каждой группы сигналов, правда, шины USB и 1394 используют общий контакт для экрана. Назначение контактов видео­входа (S-Video или композитный, PAL или NTSC) может программироваться по каналу DDC2.

Стандарт определяет три уровня реализации: базовый, мультимедийный и пол­ный. Базовый включает только видеосигналы и DDC, в мультимедийном должны быть аудиосигналы. При использовании коннектора в полном объеме монитор превращается в коммутационный центр, который соединяется с компьютером одним кабелем, а все остальные ПУ (включая клавиатуру, мышь, принтер) под­ключаются к монитору. Разъем может использоваться для подключения пор­тативного ПК к док-станции. EVC собирает сигналы от разных подсистем — гра­фической, видео, аудио, последовательных шин и питания. Этот общий разъем, устанавливаемый на корпусе системного блока, может соединяться с разными платами внутренними кабелями через промежуточные разъемы. Этот разъем не следует путать с похожим по виду и названию разъемом P& D-A/D, описанным в следующем пункте. Разъемы EVC на компьютерах встречаются нечасто, и это объясняется не только их довольно высокой ценой. Устанавливать EVC на гра­фическую карту неудобно (она «обрастет» лишними интерфейсными шлейфами), а интегрированные системные платы редко имеют графические адаптеры с выда­ющимися параметрами, для которых он нужен.

8.4.4. Цифровые интерфейсы P& D, DVI и DFP

Повсеместный переход на цифровые технологии коснулся и видеомониторов. Традиционный аналоговый канал передачи видеосигналов стал узким местом видеосистемы. По пути от ЦАП к входам видеоусилителей монитора сигнал про­ходит через пару разъемов и кабель. Несогласованность элементов, вызывающая отражения сигналов («звон») и неравномерности частотных характеристик, при­водит к искажению формы сигналов цветов, что становится особо заметным на режимах с высоким разрешением и высокой частотой регенерации. Повысить ка­чество изображения можно, перенеся устройства ЦАП в монитор, прямо на плату видеоусилителей, и подав на них цифровые сигналы базисных цветов. Плоские дисплеи (матрицы TFT) строятся на основе цифровых технологий, и им прихо­дится входные аналоговые сигналы преобразовывать обратно в цифровую фор­му. Все эти причины привели к необходимости разработки цифрового интерфей­са для передачи информации в монитор. От этого интерфейса требуется огромная пропускная способность: к примеру, при частоте пикселов 150 МГц и кодирова-

8.4. Интерфейсы графических адаптеров

нии каждого пиксела 24-битным числом (True Color) требуется пропускная спо­собность 3, 6 Гбит/с (450 Мбайт/с).

Для подключения плоских дисплеев был разработан специальный интерфейс Panel-Link, в 1996 г. его спецификация (FPDI-2) была утверждена VESA. Схема интерфей­са приведена на рис. 8.11. Цифровой интерфейс имеет 3 канала передачи данных (Data[0: 3J) и канал синхронизации Clock. В каналах используется дифференци­альная передача сигналов с минимизацией переходов — так называемый прото­кол T.M.D.S. (Transition Minimazed Differetial Signaling). Каждый канал данных образован кодером, расположенным на видеокарте, линией связи и декодером, расположенным в дисплее. На вход кодера каждого канала поступают 8 бит кода яркости базисного цвета текущего пиксела. Кроме того, на вход кодера канала О поступают сигналы строчной и кадровой синхронизации, а на остальные каналы — дополнительные управляющие сигналы СТЦО: 3], по паре на каждый канал. Кодеры преобразуют данные в последовательный код, для минимизации переклю­чений 8 входных бит кодируются 10-битным символом, передаваемым по каналу последовательно. В зависимости от входного сигнала разрешения данных DE кодеры передают либо данные цветовых каналов, либо синхросигналы и управля­ющие биты. На приемной стороне сигналы декодируются и восстанавливаются в том же виде, в котором они поступали на входы кодеров. Частота пикселов может достигать 165 МГц, интерфейс обеспечивает максимальное разрешение 1280x1024 (24 бита на пиксел).

Рис. 8.11. Схема цифрового интерфейса

Физические линии реализованы экранированными витыми парами. Передатчи­ки являются дифференциальными коммутируемыми источниками тока (12 мА), входы дифференциальных приемников подтянуты нагрузочными резисторами 50 Ом к уровню питания +3, 3 В, амплитуда сигнала 500 мВ. Выбранный метод кодирования пригоден и для передачи по оптоволоконному кабелю (сигнал не

Глава 8. Специализированные интерфейсы периферийных устройств

имеет постоянной составляющей), но пока спецификация определяет только элек­трический интерфейс.

Вышеописанный протокол используется в интерфейсах P& D, DVI и DFP, из ко­торых наибольшее распространение получили DVI (как самый мощный и универ­сальный) и DFP (как самый дешевый специализированный). Разъемы этих ин­терфейсов можно встретить на многих графических адаптерах с двумя выходами. Почти не прижившийся дорогой P& D можно рассматривать как комбинацию усе­ченного EVC с усеченным DVI. Благодаря использованию стандартизованных сигналов (T.M.D.S.) при несовпадении разъема монитора и графической карты возможно применение пассивных переходников-адаптеров.

В интерфейсе VP& D (VESA Plug-and-Display, 1997 г.), он же P& D, используется такой же разъем, как в EVC (см. рис. 8.10). Здесь нет цепей аналоговых аудио­сигналов и видеовхода, а контакты, требовавшиеся для них, теперь назначены на цифровые каналы передачи сигналов. Интерфейс существует в двух вариантах: комбинированном и чисто цифровом. На комбинированный разъем P& D-A/D (табл. 8.14) выведены и аналоговые сигналы (RGB и синхронизация), что обеспечи­вает возможность подключения как цифрового, так и традиционного аналогового монитора. В чисто цифровом варианте P& D контактов аналоговых сигналов нет; монитор с аналоговым входом (с разъемом EVC или P& D-A) с ним работать не может (конструкция разъема и не позволит его подключить). Точно так же не удастся подключить и монитор с чисто цифровым входом P& D к выходу P& D-A (EVC).

Таблица 8.14. Разъем P& D-A/D

Интерфейс плоских дисплеев DFP (Digital Flat Panel, 1999 г., www.dfp-group.org) использует дешевый разъем типа MDR (mini-D ribbon) с ленточными контакта­ми (рис. 8.12), на который выведены лишь 3 пары сигналов для цифровых кана­лов данных, пара для цифрового канала синхронизации, питание (+5В), канал DDC2 (табл. 8.15) и сигнал обнаружения «горячего» подключения (HPD). Ча-

8.4. Интерфейсы графических адаптеров

стота пикселов может достигать 85 МГц (для плоских панелей не требуется слиш­ком высокая частота развертки). Интерфейс пригоден (пока?) для режимов вплоть до 1280x1024 (24 бита на пиксел).

Рис. 8.12. Разъем плоского дисплея DFP

Таблица 8.15. Разъем DFP

Контакт Цепь Контакт Цепь

ИнтерфейсD^ (Digital Visual Interface) разработан группой DDWG (Digital Display Working Group — рабочая группа по цифровым дисплеям, www.ddwg.org) в 1999 г. и предназначен для подключения дисплеев любого типа (ЭЛТ и матричных) к ком­пьютеру, причем возможны два варианта коннекторов и интерфейса: чисто циф­ровой и цифровой с традиционными аналоговыми сигналами. Во втором случае к разъему DVI через пассивный переходник может быть подключен монитор с обыч­ным аналоговым VGA-интерфейсом.

Минимальный вариант цифрового интерфейса содержит канал синхронизации и три канала данных (DataO-2). В таком варианте интерфейс почти ничем не от­личается от аналогового — меняется только местоположение ЦАП и применяется цифровой способ доставки данных. При этом гамма-коррекция возлагается на дисплей. Однако интерфейс предусматривает способ повышения пропускной способности за счет более эффективного использования времени. Дело в том, что традиционные ЭЛТ-мониторы имеют довольно значительное время обратного хода луча по строке и кадру, в течение которого пикселы на экран, естественно, не выводятся, — в это время интерфейс простаивает. Для матричных дисплеев этих пауз не требуется, поэтому тот же объем информации о пикселах может пере­даваться за большее время — практически за весь период кадра. Следовательно,

Глава 8. Специализированные интерфейсы периферийных устройств

можно либо снижать тактовую частоту передачи пикселов (не меняя разрешения и частоты развертки), либо с той же (предельно достижимой) частотой передачи увеличить разрешение или (и) частоту развертки. Спецификация DVI предпола­гает, что возможность передачи данных в течение всего периода кадра может по­явиться и у цифровых дисплеев, построенных на обычных ЭЛТ, за счет внутрен­ней буферизации. При наличии буферизации экрана в дисплее можно пойти и дальше — вместо непрерывной регенерации экрана, которой озабочены традици­онные видеоадаптеры, передавать данные только при изменениях изображения, но это пока лишь возможные перспективы. В полном варианте добавляются еще 3 цифровых канала (Data3-5), информационная нагрузка должна распределять­ся поровну между парами каналов. Таким образом, четные пикселы будут пере­даваться по каналам О (R), 1 (G) и 2 (В), а нечетные — соответственно по 3, 4 и 5, и интерфейс позволит передавать пикселы с частотой до 330 МГц (165x2). Преду­сматривается и иное использование дополнительных каналов: когда 8 бит на коди­рование базисного цвета покажется недостаточным^), каналы 3, 4 и 5 могут допол­нить (как младшие биты) данные каналов О, 1 и 2 (старшие).

Кроме сигналов T.M.D.S. в интерфейс DVI входят сигналы интерфейса VESA DDC2: DDC Data и DDC Clock, а также линия питания +5 В, по которой от ви­деокарты питаются цепи DDC, позволяя обмениваться конфигурационной ин­формацией даже с выключенным монитором. Конфигурационная информация позволяет системе определить возможности монитора и должным образом скон­фигурировать имеющиеся каналы данных, согласуя возможности и видеокарты, и дисплея. Имеется также сигнал HPD (Hot Plug Detect), с помощью которо­го система может следить за подключением/отключением дисплея. «Горячее» подключение обеспечивается также и механическими особенностями разъемов, поддерживающих требуемую последовательность соединения/рассоединения раз­ных групп контактов. Таким образом, дисплеи с DVI обеспечивают все необхо­димые функции для реализации принципов PnP. Интерфейс и дисплеи с DVI должны обеспечивать стандартные (VESA) графические режимы, начиная от 640x480/60 Гц (частота пикселов 22, 175 МГц). Его предел - 2048x1536 пикселов (частота 330 МГц). Интерфейс поддерживает сигнализацию управления энерго­потреблением (DPMS).

Вид коннекторов DVI приведен на рис. 8.13, расположение сигнальных контак­тов дано в табл. 8.16.

СЗ С4

а б

Рис. 8.13. Коннекторы DVI (розетки): а — только цифровой, б — цифровой с аналоговым

8.4. Интерфейсы графических адаптеров

Таблица 8.16. Коннектор DVI

Контакт Цепь