1.4.1 显示器

最吸引人的I/O设备应该是图形显示器了。大多数个人移动设备都用液晶显示（Liquid Crystal Display, LCD）来获得轻巧、低功耗的显示效果。LCD并非光源，而是控制光的传输。典型的LCD内含棒状液态分子团形成的转动螺旋线，用来弯曲来自显示器后方的光线或者少量的反射光线。当电流通过时，液态分子棒不再弯曲，也不再使光线弯曲。由于两层相互垂直的偏光板之间充满液晶材料，如果它不弯曲则光线不能通过。（在不施加任何电压的情况下，液晶处于初始状态，并将入射光的方向扭转90°，让背光源的入射光能够通过整个结构，在显示屏上呈现白色；而当施加电压时，光线不再弯曲，显示屏呈现黑色。）今天，大多数LCD显示器采用动态矩阵（active matrix）显示技术，其每个像素都由一个晶体管精确地控制电流，使图像更清晰。在彩色动态矩阵LCD中，还有一个红-绿-蓝屏决定三种颜色分量的强度，每个点需要三个晶体管开关。

通过计算机显示器，我将飞机降落在航空母舰的甲板上，观察到一个原子打到势阱中，乘着火箭以接近光的速度飞翔，同时我了解到计算机最深层的工作原理。

Ivan Sutherland，计算机图形学之父，科学美国人，1984

液晶显示：一种显示技术，用液体聚合物薄层的带电或者不带电来使能或阻止光线的传输。

动态矩阵显示：一种液晶显示技术，使用晶体管控制单个像素上光线的传输。

图像由像素矩阵组成，可以表示成二进制位的矩阵，称为位图（bit map）。针对不同的屏幕尺寸及分辨率，典型的屏幕中显示矩阵的大小可以从1024×768到2048×1536。彩色显示器使用8位来表示每个三原色（红、绿和蓝），每个像素用24位表示，可以显示百万种不同的颜色。

像素：图像元素的最小单元。屏幕由数百万到数千万像素组成的矩阵构成。

计算机硬件采用光栅刷新缓冲区（又称为帧缓冲区）来保存位图以支持图像。要显示的图像保存在帧缓冲区中，每个像素的二进制值以刷新频率读出到显示设备。图1-6显示了用4位表示一个像素的简化设计的帧缓冲区。

图1-6 左边帧缓冲区中的每个坐标决定了右边光栅扫描CRT显示器中相应坐标的灰度。像素（X₀，Y₀）的灰度值是0011，小于像素（X₁，Y₁）的灰度值，（X₁，Y₁）的灰度值是1101

使用位图的目的是如实地在屏幕上进行显示。因为人眼可以分辨出屏幕上的细小变化，所以图形系统仍面临着挑战。