Предыдущий урок: Как работает компьютер? Часть 50. Графические процессоры (GPU) — отдельный мозг для картинок.
На прошлых занятиях мы с вами разобрали, как компьютер получает информацию из внешнего мира через устройства ввода, такие как Клавиатура, мышь, микрофон и камера. Мы узнали, что всё — и звук, и изображение — в конечном счёте превращается в последовательности нулей и единиц, которые процессор обрабатывает согласно программе.
Но после того как вычисления произведены, перед нами встаёт новый вопрос: как компьютер сообщает нам результат? Как он выводит информацию обратно в понятной нам форме? Именно этому посвящён наш новый раздел, и сегодня мы изучим главное устройство вывода — монитор. Мы проследим весь путь, который проходят данные, от специализированного процессора — видеокарты — до свечения миллионов крошечных точек на экране, складывающихся в целостную картину.
Чтобы понять этот процесс, давайте вспомним архитектуру фон Неймана. Одним из её ключевых компонентов является устройство вывода. В современном компьютере за вывод изображения отвечает не центральный процессор, а его специализированный «коллега» — графический процессор (GPU). Он находится на отдельной плате — видеокарте — либо встроен в материнскую плату или процессор.
Почему нужен отдельный процессор? Потому что задачи по рисованию сложных трёхмерных сцен или плавного видео требуют огромного количества параллельных вычислений, а архитектура GPU как раз заточена под это. Итак, Процессор, выполняя программу (например, видеоигру или браузер), поручает GPU сформировать кадр изображения. GPU производит все необходимые расчёты: определяет расположение объектов, их цвет, освещение, текстуры. Результат его работы — это готовый кадр, который помещается в специальную, очень быструю область памяти — видеопамять (VRAM). Представьте себе, что видеопамять — это огромное полотно, на котором GPU рисует картину. А теперь эту картину нужно доставить на монитор и показать вам.
Но как передать цифровую картину из видеопамяти на экран? Для этого используется кабель — HDMI, DisplayPort или более старый VGA. Цифровые кабели (HDMI, DP) передают данные о каждом пикселе в виде двоичного кода. Напомним, пиксель это минимальная точка изображения, которую может показать монитор. Разрешение экрана, например, Full HD (1920x1080) — это и есть количество пикселей по ширине и высоте. То есть такой экран состоит из более чем 2 миллионов точек, и для каждой из них нужно передать информацию о цвете и яркости. Это колоссальный поток данных, который обновляется десятки раз в секунду (частота обновления кадров). Этот поток идёт по кабелю от видеокарты прямо в «мозг» монитора — его контроллер.
Контроллер монитора — это специализированный процессор, который получает данные о каждом пикселе и начинает процесс «развёртки». Его задача — пройтись построчно по всей матрице экрана и зажечь каждый пиксель нужным цветом с нужной яркостью. Представьте, что вы читаете книгу: вы начинаете с первой строки слева направо, затем переходите на вторую, и так до конца страницы. Контроллер делает то же самое с экраном, только делает это невероятно быстро — 60, 144 или даже 240 раз в секунду! Этот процесс называется построчной развёрткой.
Теперь давайте заглянем внутрь самого пикселя. Как же он устроен и как создаёт свет? В подавляющем большинстве современных мониторов и телевизоров используется технология LCD (ЖК) с LED-подсветкой. Давайте разберём её по слоям, как бутерброд. Самый глубокий слой — это яркие белые светодиоды (LED), которые дают равномерный белый свет. Этот свет направляется вверх. На пути этого света встаёт первый ключевой элемент — жидкокристаллическая матрица. Каждый пиксель здесь — это крошечный затвор, состоящий из жидких кристаллов. Эти кристаллы обладают удивительным свойством: когда к ним прикладывается электрическое напряжение от контроллера, они меняют свою ориентацию и, как жалюзи, начинают пропускать больше или меньше света от задней подсветки. Чем больше напряжение — тем «открытее» жалюзи — тем больше света проходит. Так регулируется яркость точки.
Если разбирать более современную технологию — OLED. Здесь принцип простой и картинка качественная. В OLED-дисплеях у каждого пикселя есть свой собственный крошечный органический светодиод, который сам светится, когда через него проходит электрический ток. Таким образом, здесь не нужна отдельная подсветка. Если пикселю нужно быть чёрным, он просто не светится. Это позволяет добиваться идеального чёрного цвета и фантастической контрастности.
Итак, давайте соберём всю цепочку воедино.
- Центральный процессор (CPU) даёт задание графическому процессору (GPU) нарисовать кадр.
- GPU производит вычисления и записывает готовый кадр в видеопамять (VRAM).
- Оттуда цифровой поток данных по кабелю (HDMI/DP) передаётся в контроллер монитора.
- Контроллер, действуя по принципу развёртки, подаёт на каждый пиксель матрицы электрическое напряжение.
- Это напряжение регулируют количество света на каждом отдельном пикселе.
- В результате наши глаза видят целостное, яркое и цветное изображение.
И весь этот невероятно сложный процесс, от нажатия кнопки мыши до движения пикселей на экране, происходит за доли секунды, создавая ту самую магию, которую мы называем работой компьютера. В следующем уроке мы узнаем, как компьютер заставляет мир звучать через динамики и наушники.
Спасибо за внимание!
Следующий урок: Как работает компьютер? Часть 52. Звук: звуковая карта и динамики.
👍 Ставьте лайки если хотите разбор других интересных тем.
👉 Подписывайся на IT Extra на Дзен чтобы не пропустить следующие статьи
________________________________________________________________________👇
Понравилась статья? В нашем Telegram-канале ITextra мы каждый день делимся такими же понятными объяснениями, а также свежими новостями и полезными инструментами. Подписывайтесь, чтобы прокачивать свои IT-знания всего за 2 минуты в день!
