Đồ án môn Cấu trúc máy tínhBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM TRUNG TÂM TIN HỌC ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH, CARD ĐỒ HỌA, PHÂN
Trang 1Đồ án môn Cấu trúc máy tính
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
TRUNG TÂM TIN HỌC
ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH
TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH, CARD ĐỒ HỌA, PHÂN BIỆT RÕ CÁC CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH CẢM ỨNGGiáo viên hướng dẫn: VÕ TẤN LINH
Trang 2Đồ án môn Cấu trúc máy tính
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
TRUNG TÂM TIN HỌC
ĐỒ ÁN CẤU TRÚC MÁY TÍNH
TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH, CARD ĐỒ HỌA, PHÂN BIỆT RÕ CÁC CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH CẢM ỨNGGiáo viên hướng dẫn:VÕ TẤN LINH
Trang 3Đồ án môn Cấu trúc máy tính
LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta phải thừa nhận rằng công nghệ chữa lành và phát triển tâm hồn và trí tuệ con người trong thời đại mới Trước thềm phát triển của các công cuộc phục vụ cho cách mạng 5.0, theo chân bài này chúng ta sẽ cùng nhìn lại quá trình lịch sử ra đời và hình thành của các loại màn hình, Card đồ họa Bên cạnh những lịch sử đáng ghi nhận về khoa học kĩ thuật trên bài này cũng giúp các bạn
có cái nhìn sâu sắc và rõ nét hơn về công nghệ màn hình cảm ứng, giúp chúng ta nhận thức và tiếp thu các công nghệ này một cách chi tiết cụ thể
Nhóm sinh viên thực hiện:
Trang 4Đồ án môn Cấu trúc máy tính
LỜI CẢM ƠN
………
………
………
………
………
………
………
………
………
Trang 5Đồ án môn Cấu trúc máy tính
NHẬN XÉT
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
Ngày… tháng… năm
(Ký tên)
Trang 6Đồ án môn Cấu trúc máy tính
MỤC LỤC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO i
LỜI MỞ ĐẦU ii
LỜI CẢM ƠN iii
NHẬN XÉT iv
NỘI DUNG CHÍNH 1
1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH 1
Kỉ nguyên của LCD hé lộ 1
Các tiêu chuẩn màn hình của IBM 1
Các màn hình của Macintosh 2
Các màn hình RGB 2
Những đổi mới giúp thống nhất các loại màn hình 3
Màn hình LCD cho laptop tiếp tục cải tiến 4
Kỉ nguyên cuả màn hình VGA 4
LCD cho máy tính bàn 5
Màn hình máy tính ngày nay 5
2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CARD ĐỒ HỌA 6
Giai đoạn 1976-1995: Những ngày đầu của đồ họa 3D thông thường 6
Giai đoạn 1995-1999: Sự ra đời của Chip Voodoo 3Dfx mở ra thời đại mới 9
Giai đoạn 2000-2006: Kỉ nguyên của NVIDIA và ATI 11
Giai đoạn 2007-hiện tại: Sự xuất hiện của GPU để thực hiện những việc thông thường – GPGPU 14 3 PHÂN BIẾT RÕ CÁC CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH CẢM ỨNG 14
Định nghĩa màn hình cảm ứng 14
Phân biệt và nêu cấu tạo về công nghệ của các loại màn hình cảm ứng 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO 21
Trang 7Đồ án môn Cấu trúc máy tính
NỘI DUNG CHÍNH
Lịch sử màn hình máy tính trải qua 70 năm phát triển từ thuở sơ khai là cácbăng giấy hay bìa đục lỗ cho đến các ống CRT và công nghệ LCD hiện đại nhưngày nay
Kỉ nguyên của LCD hé lộ
Một công nghệ màn hình chưa từng có, màn hình tinh thể lỏng (LCD), đã xuấthiện trong những năm 1960 và ra mắt lần đầu tiên trên thị trường vào những năm
1970 ở trong máy tính bỏ túi và đồng hồ đeo tay
Các máy tính xách tay đầu tiên của những năm 1980 đã tận dụng LCD vớiviệc xuất hiện rất nhiều các màn hình mỏng, nhẹ và tiết kiệm năng lượng CácLCD đời đầu thường chỉ có một màu và có độ tượng phản yếu
Các tiêu chuẩn màn hình của IBM
Năm 1981, các máy tính cá nhân của IBM gắn trực tiếp một màn hình videomột màu theo tiêu chuẩn MDA và phải cảnh tranh với một số thiết bị đầu ravideo sắc nét khác Với các đồ họa có màu sắc, IBM đã thiết kế bộ điều hợpCGA nối tới một màn hình video phức hợp IBM 5153
Trang 8Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Năm 1984, IBM cho giới thiệu EGA, một tiêu chuẩn màn hình mới có độphân giải cao hơn và nhiều màu sắc hơn Các tiêu chuẩn video khác của IBM tiếptục được hoàn thiện trong những năm 1980 nhưng chúng không đạt được thànhcông như MDA và EGA
có độ nét cao
Các màn hình RGB
Trang 9Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Những năm 1980 chứng kiến sự ra mắt của những màn hình RGB mang đồhọa màu sắc, có độ phân giải cao và sắc nét cạnh tranh với các máy tính IBM vàMacintosh Các loạt sản phẩm Atari ST và Commondore Amiga thuộc số này,người sử dụng đã cảm thấy khá thỏa mãn về đồ họa máy tính của những sảnphẩm này
Những đổi mới giúp thống nhất các loại màn hình
Thời kì đầu của các máy tính cá nhân của IBM, có rất nhiều các thiết kế hiểnthị khác nhau cho các màn hình máy tính như MDA, CGA, EGA, …
Để giải quyết vấn đề này, NEC đã phát minh ra màn hình đa đồng bộ hóa đầutiên hỗ trợ các độ phân giải, tần số quét và tốc độ làm tươi khác nhau trong cùngmột màn hình Khả năng này nhanh chóng đã trở thành tiêu chuẩn trong ngànhcông nghiệp
Màn hình đa đ ng b hóa c a NEC (1985) và màn hình ồ ộ ủ IBM B513 VGA (1987).
Năm 1987, IBM đã cho giới thiệu tiêu chuẩn VGA và các màn hình VGA đầutiên với dòng máy tính PS/2 Kể từ đó, hầu hết mọi tiêu chuẩn video analog đều
kí hiệu là VGA
Trang 10Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Màn hình LCD cho laptop tiếp tục cải tiến
Khi các màn hình LCD mới xuất hiện, chúng là các công nghệ đơn sắc có độtương phản thấp và tốc độ làm tươi chậm Trong suốt các thập kỉ 1980 và 1990,công nghệ LCD được thúc đẩy bởi sự bùng nổ của máy tính xách tay đã liên tụcđược cải tiến Chúng đã hiển thị được độ tương phản cao hơn, các góc nhìn tốthơn và màu sắc đẹp hơn Công nghệ LCD sớm muộn sẽ nhảy sang một thị trườngtiềm năng hơn, máy tính để bàn
Kỉ nguyên cuả màn hình VGA
Vào giữa những năm 1990, đã có thêm nhiều cải tiến và phát triển đối vớimàn hình cho PC Đây là kỉ nguyên của màn hình VGA đa đồng bộ hóa, có màusắc và giá rẻ, có khả năng xử lí trên một phạm vi rộng độ phân giải Các nhà sảnxuất bắt đầu thử nghiệm với nhiều kích thước (từ 14-21 inch và hơn nữa) và tỉ lệmàn ảnh (tỉ lệ 4:3 hoặc theo tỉ lệ của trang giấy theo chiều dọc) Một số màn hìnhCRT phẳng đã ra đời vào cuối những năm 1990
Trang 11Đồ án môn Cấu trúc máy tính
LCD cho máy tính bàn
Các công ty máy tính đã có các thử nghiệm về màn hình LCD dành cho máytính bàn từ những năm 1980 với một số lượng nhỏ Những màn hình kiểu này cógiá thành khá cao và hiệu suất hoạt động cũng kém hơn so với các màn hình CRTphổ biến lúc đấy
Điều này đã bị thay đổi từ khoảng năm 1997 khi một số công ty nhưViewSonic, IBM và Apple cho giới thiệu các màn hình LCD màu có chất lượng
đã đủ để cạnh tranh với các màn hình CRT và giá thành của chúng đã ở mức hợplý
Các màn hình LCD giúp tiết kiệm không gian làm việc, tiêu tốn ít điện vàsinh nhiệt cũng ít hơn nên nhanh chóng được nhiều để ý tới
Màn hình máy tính ngày nay
Từ năm 2007, các màn hình LCD dành cho máy tính bàn đã vượt doanh thubán ra so với các màn hình CRT và thị trường của nó tiếp tục được mở rộng.Ngày nay, các màn hình LCD đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến nhất cho ngànhcông nghiệp máy tính
Gần đây, màn hình LCD ngày càng rẻ hơn và thậm chí các nhà sản xuất đãthiết kế cả các màn hình đôi như trong ảnh trên
Trang 12Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Màn hình LCD đã tr nên ph bi n, xu t hi n nhi u thi t k đ c đáo nh màn hình đôi, màn hình 3D ở ổ ế ấ ệ ề ế ế ộ ư
Ngành công nghiệp đang có xu hướng nhắm tới các màn hình có khả năng hỗtrợ 3D và có tốc độ làm tươi siêu nhanh
Ngoài ra, ranh giới giữa màn hình máy tính và những chiếc ti-vi đang dần vịxóa nhòa Bây giờ bạn đã có thể dễ dàng mua được một chiếc ti-vi màn hìnhphẳng, độ nét cao 42 inch với giá 999 USD trở xuống có thể nối với máy tính củabạn
Có lẽ đầu óc của một số người cách đây nửa thế kỷ sẽ nổ tung với những ýtưởng kiểu như vậy, vì thời đó “màn hình” máy tính của họ vẫn còn là các tranggiấy hay các tấm bìa đục lỗ
Card màn hình rất quan trọng cho các game thủ và chuyên viên đồ họa lẫn
thiết kế Sự phát triển của card màn hình qua nhiều thời kỳ từ khi mới ra đời,nâng cấp cho tới khi hoàn thiện như ngày hôm nay
Giai đoạn 1976-1995: Những ngày đầu của đồ họa 3D thông thường
Các bảng mạch hệ thống arcade sử dụng các mạch đồ họa chuyên dụng từnhững năm 1970 Trong các phần cứng dành cho các trò chơi video đầu tiên, dogiá thành cao của bộ đệm hình ảnh (thực chất là bộ nhớ RAM) nên các chip đồhoạ chỉ tạo ra hình ảnh khi cùng lúc nó đang được vẽ lên màn hình
VGA đầu tiên dành cho PC ra đời vào năm 1981 do IBM sản xuất và được gọi
là Color Graphics Adapter – CGA. Đây cũng chính là thời điểm ra đời tiêuchuẩn màn hình màu đầu tiên cho hệ máy IBM PC
Trang 13Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Card màn hình CGA trang bị 16 KByte bộ nhớ và hỗ trợ vài kiểu đồ họa lẫn
văn bản, độ phân giải và độ sâu màu tối đa lần lượt là 640 x 200 và 4bit (16màu), hầu như chỉ gồm RAMDAC (bộ phận chuyển đổi các tín hiệu số sang tínhiệu tương tự để hiển thị trên màn hình máy tính) và bộ nhớ Tất cả các tính toánđều do CPU đảm nhiệm và kết quả được sao chép từ bộ nhớ hệ thống vào bộ nhớCGA
Card màn hình CGA của IBM
1 năm sau, IBM ra lò card màn hình đơn sắc Hercules Graphics Card HGC hỗ trợ độ phân giải 720 x 348.
Card màn hình đơn sắc đầu tiên HGC
Năm 1984, cùng với sự ra đời của máy tính thế hệ tiếp theo PC là
IBM-AT, 1 loại card màn hinh mới có tên gọi là Enchance Graphics Adapter – EGA
ra đời EGA cho phép hiển thị đồng thời 16 màu ở độ phân giải tối đa 640 x 350,gồm bộ nhớ ROM dung lượng 16KByte bổ trợ BIOS cho những chức năng đồ
Trang 14Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Card màn hình EGA
Năm 1987, card màn hình do IBM phát minh dần dần thay thế card EGA
và được sử dụng như là 1 tiêu chuẩn cho card màn hình mãi tới ngày nay.
VGA khác hoàn toàn những đời card trước vì có thể xử lý tính năng cuộn mượt,chia màn hình và tạo ảnh dưới dạng ô vuông (raster) ngay trên chip Bộ nhớ cardmàn hinh tăng lên 256KByte, đồng thời hỗ trợ 2 chế độ 16 và 256 màu trên bảng
màu 262144 giá trị (6bit RGB) Dòng card VGA đánh dấu mốc thời gian các thành phần của BXL đồ họa tích hợp vào 1 chíp duy nhất nên được xem là tiền thân của GPU hiện đại.
Card màn hình tiêu chuẩn đầu tiên năm 1987
Địa vị thống lĩnh của IBM giảm dần cùng với sự lớn mạnh của những công tykhác trên thị trường PC, đồng thời với sự ra đời của những hệ thống làm việcdạng cửa sổ như Microsoft Windows 2.1, 3.0 và 3.11, IBM OS/2 và MicrosoftWindows 95, ngành sản xuất card màn hình bắt đầu khởi sắc Rất nhiều nhà sảnxuất và sản phẩm ra đời với tính năng, độ phân giải, hoạt động khác nhau Điều
này gây nhiều bối rối cho các lập trình viên Video Electronics Standard Association – VESA, giải quyết vấn đề này bằng cách đưa ra 1 giao diện chuẩn hóa chung để truy cập các card đồ họa tương thích về độ phân giải và độ sâu màu, mở đường cho bộ đệm khung tuyến tính (linear frame buffer) dành cho card đồ họa xuất hiện Nhiều loại card sản xuất trong thời gian này cho
mức độ xử lý 2D khá, bộ đệm được nâng lên 2 hoặc 3 lần để tăng tốc độ tạo ảnhcác cửa sổ và ứng dụng
Trang 15Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Card màn hinh 3D tăng cường lần đầu tiên được giới thiệu dành cho PC là
Matrox Impression của hãng Matrox Electronic, giống như dòng card anh em
Matrox Millennium đều hướng đến thị trường máy PC CAD Vào thời đó đồ họa3D vẫn còn là trò chơi xa xỉ, đắt đỏ, đơn cử là các dòng card của hãng SGI (nhàphát triển OpenGL, cho phép lập trình viên làm việc với các khóa API trên cả 2D
và 3D)
Card màn hình tăng tốc 3D đầu tiên Matrox Impression Plus ISA
Giai đoạn 1995-1999: Sự ra đời của Chip Voodoo 3Dfx mở ra thời đại mới
Chip đồ họa PC 3D đầu tiên tạo nên bước ngoặc lớn là Voodoo Graphics Chip từ hãng 3dfx Interactive Hãng này được thành lập năm 1994 bởi các cựu nhân viên của SGI Giống với Matrox Millennium, 3dfx là loại card khe PCI không có RAMDAC tích hợp nhưng nối vào 1 card đồ họa 2D khác theo kiểu daisy-chained
Card đồ họa sử dụng chip Voodo và nạp VBE trong ROM
Chip Voodoo báo trước thời đại mới của đồ họa 3D trên PC và đánh dấu
Trang 16Đồ án môn Cấu trúc máy tính
nhoáng, thay vào đó chỉ thực thi những gì chip đồ họa có thể làm Chính sự đơn
giản này làm tăng hiệu năng đáng kể, vì sử dụng giao diện hào nhoáng vào thời đó chỉ tổ ngốn RAM và CPU.
Chip Voodoo 3dfx
Năm 1998, NVIDIA giới thiệu RIVA (Real-time Interactive Video and Animation accelerator) TNT (TwinTexel) là thế hệ chíp đồ họa thứ tư củaNVIDIA vào thời đó Đúng như tên gọi TNT, loại chip này có thể chạy 2 luồng
xử lý tạo vân đơn (single texturing pipeline) và bộ lọc vân bộ 3 tuyến tính linear texture filtering) Khác với chip Voodoo và hậu duệ, TNT tương thích hoàntoàn với OpenGL 1.1 TNT được trang bị ZBuffer 24bit và bộ đệm khung hỗ trợđầy đủ 32bit màu
(tri-Card đồ họa sử dụng chip RIVA TNT
Trang 17Đồ án môn Cấu trúc máy tính
1 năm sau đó, NVIDIA tiếp tục "xưng bá" bằng chíp “Geforce256” được hãng gọi là "GPU hàng đầu thế giới" Thuật ngữ GPU (Graphics Processing Unit) cũng ra đời từ đó Đây là chíp đồ họa đơn đầu tiên tích hợp đầy đủ các
engine chuyển dạng, xử lý ánh sáng, tạo - xử lý vân - cắt / điều chỉnh tam giácvào chung 1 chíp Phiên bản pro Quadro đánh dấu thời điểm NVIDIA chính thứcnhảy vào thị trường đồ họa 3D dành cho máy bàn Hiệu năng của GeForce 256 làđối thủ đáng gờm của các dòng chip 3D hi-end pro sử dụng infinite reality enginedành cho PC của SGI GeForce256 hỗ trợ đầy đủ OpenGL 1.2 và Direct3D7 vốntích hợp tính năng tạo vân và xử lý ánh sáng vào trong API
Chip đồ họa Geforce256 Nvidia
Giai đoạn 2000-2006: Kỉ nguyên của NVIDIA và ATI
Bước phát triển kế tiếp của GPU là việc công bố chip Geforce3 vào năm
2001 Đây là chip đồ họa đầu tiên giới thiệu tính năng lập trình tùy chọn, đượcthêm vào bên cạnh những dòng xử lý đồ họa cố định thông thường Bộ xử lý đổbóng pixel và đỉnh chóp (vertex & pixel shader) ra đời Direct3D 8 là bộ API đồhọa đầu tiên có phần tùy biến trong 1 dòng xử lý cố định khác
Trang 18Đồ án môn Cấu trúc máy tính
Mặc dù những bộ xử lý đổ bóng pixel và đỉnh chop vẫn còn rất hạn chế vàothời đó, nhưng hình mẫu đó vẫn còn được sử dụng cho tới ngày nay Đỉnh chóp
và pixel không thể nhân bản, lặp lại hay thêm vào trong tiến trình xử lý nhưng cóthể bị hủy dưới một vài tình huống và điều kiện Mỗi đỉnh chóp hay pixel trên lýthuyết có thể được xử lý độc lập với nhau, nhưng tất cả đều thông qua 1 mã lậptrình thực thi giống nhau, giống như kiểu bộ xử lý stream truyền thống Cácchương trình pixel và đỉnh chóp trong Direct3D 8 được viết bằng hợp ngữpseudo-assembly hỗ trợ véc tơ đặc biệt (4D), véc tơ vô hướng và các thao tác tảivân
ATI Radeon 8500 thêm vào 2 phần mở rộng trong Direct3D 8.1 Đó là bộ đổbóng pixel phiên bản 1.1, 1.2, 1.3 và 1.4 và bộ đổ bóng đỉnh chóp phiên bản 1.1dành cho API có thay đổi một ít hợp ngữ và thêm vào các chỉ dẫn mới, cho phépchương trình dài hơn và nhiều thao tác xử lý vân hơn Một điểm mốc khác nữa vềkhả năng lập trình của GPU hỗ trợ Direct3D 9 và Direc3D 9C: chương trình xử
lý pixel và đỉnh chóp nâng cấp bộ đổ bóng pixel lên phiên bản 2.2, 2+ và 3.0.Hơn nữa, nhờ vào bản chất có thể lắp ghép với các chương trình xử lý tương tựcủa phiên bản trước, phần mở rộng này thêm vào ngôn ngữ cấp cao C-Style/Renderman, 1 dạng ngôn ngữ lập trình tương tự HLSL (High Level ShaderLanguage) cho phép viết ra những chương trình xử lý đỉnh chóp và pixel trừutượng, dễ đọc và tái sử dụng được
Radeon 8500
Để đạt điều này, những chương trình này bổ sung kiểu biên dịch mã áp dụngcho CPU, tuy nhiên chưa đạt độ “chin muồi” như của CPU Vào thời đó, với sựsuy yếu của SGI, OpenGL tách riêng và ít nhiều trở thành 1 lực lượng dẫn đầuvới những thay đổi căn bản và quan trọng trong ngành công nghiệp này và đưa raOpenGL 1.5 và OpenGL 2.0, 1 loại ngôn ngữ lập trình đổ bóng chung cấp cao