计算机组成原理-输出设备-显示器-概述
2020-06-09
一、最早的显示器
在十八世纪，人类对电的研究渐渐成熟，而电在图形学方面的应用却还是一个空白，除了在世纪初的时候，电弧光灯率先被发明，它打开了人类对光的探索。人类开始猜想，我们是不是可以把一个活动的景象，通过电来传送并且复现。
开始的时候，行扫描概念被提出，也就是可以把一幅图像，分成一行一行进行扫描，传真装置因此诞生。之后，有一个人提出，我们是不是可以把图像分为栅格的形式，也就一个一个小格子，每个格子显示一个颜色，拼接起来，就是完整的一幅图像，这个学说被沿用至今。而光有行扫描和栅格图像还不够，因为虽然学说有了，但是还是没有把图片数字化。而在同一时间，光电管被发明，这种装备可以实现光和电的互相转换。另外一个哥们在这些基础上，结合电磁波载波，发明了电视，而那时候的显示，只能达到每秒5帧，每帧（关于帧，下面会进行说明）30行。
二、显示器如何显示图像
显示器材质不同显示图像的原理也不相同。
CRT显示器成像原理：
通过将高能电子激活屏幕上的荧光粉显示色彩，传统用三枪三束显示管（激活红绿蓝荧光区的三束电子流分别用三根发射枪管控制），也有sony独创的单枪三束显示管（特丽珑管），定位更准，所以画质精度更高，
等离子显示器：
在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，通过电流激发使其发出肉眼看不见的紫外光，然后紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝3色荧光体发出肉眼能看到的可见光，以此成像。
液晶显示器（LCD）成像原理：
通常在两片玻璃基板上装有配向膜，液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向沟槽偏离900，液晶中的分子在同一平面内就像百叶窗一样一条一条整齐排列，而分子的向列从一个液面到另一个液面过渡时会逐渐扭转900，也就是说两层分子的排列的相位相差900。一般最常用的液晶型式为向列(nematic )液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1-10nm (1nm=10Am)，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源开和关的作用下产生明暗的区别，以此原理控制每个像素，便可构成所需图像。
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）：
LED背光源液晶显示器 :
参考 ： https://baike.baidu.com/item/LED%E6%B6%B2%E6%99%B6%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%99%A8/886561?fr=aladdin
OLED显示屏：
参考：https://baike.baidu.com/item/OLED%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%B1%8F/1152328?fr=aladdin
等
三、 CRT显示器
在十八世纪末的时候，有一个更牛逼的哥们发明了一件装备，它能把电信号转化为光信号。听着像上面提到的光电管，然而并不是，它被称为阴极射线管，英文名CRT（Cathode Ray Tubes）。此后诞生了一系列电子显示器（CRT显示器），在开始详细介绍它之前，先来看一组图片。
别看这些大块头，现在觉得很Low又笨重。事实上，在高中的时候我们机房用的都是这种显示器。它奠定和引导了显示器的突飞猛进，它同时也证明了一个定理，一个新事物只有起步的时候是最难的，你若坚持，此后一帆风顺。
好了，现在来看一下CRT的原理图，它是了解和处理视频数据的基础。
这个就是CRT，看着像手电筒，其实并不是。手电筒产生的是散光或不均匀光，而CRT产生的是均匀光。它的原理是通过电子枪发射“一束”电子，通过聚焦、偏转等手段，打到涂有荧光层的屏幕上进行发光。在前面的栅格图像学说的理论之下，由一束电子点亮的屏幕一点，称为一个像素。而CRT无重叠的打到屏幕上的最多点数称为分辨率，如我们熟知的1280X1024，它表示屏幕上最多有1280X1024个点可以被点亮。
好的显示器，在同样的物理尺寸的情况下，像素点更小，能够显示的点数更多，分辨率更大，因而画质更细腻。
这张图是CRT显示器的扫描原理，也是著名的光栅扫描显示器（光栅一词来源于光学，它的本意是，由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。而CRT显示器一行行扫描，形成的图案，类似光栅）。典型的CRT采取逐行扫描的方式，当然也有隔行扫描和随机扫描的方式，不过在本文中不做研究。
在电子束沿每一行扫描的时候，它的强度要不断变化，从而生成一幅图像。这个图像的图形定义，也就是每一个像素的亮度、颜色等信息，保存在帧缓存（刷新缓存/颜色缓存）里面，帧是指整个屏幕。电子束从首行开始，到扫完尾行完成一幅图案的显示，这称为一帧。CRT每完成一帧，自动返回到左上角，开始扫描下一帧。
而人眼在每秒25帧的情况下，能自动把图片视为连续的动画，30帧以上，会觉得不卡。现在普遍的显示器，每秒都能打到60帧以上，大多数能达到100多帧。例如随便搜个显示器，如下图
它的响应时间（点亮一像素所需要的时间）为5ms，每秒最多能显示1000ms/5ms=200帧。
作者：金架构
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来源：简书
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