Видеоадаптеры и видеомониторы

Графические (видео) адаптеры ПЭВМ прошли путь развития от стандарта MDA до SVGA.

Сделаем предварительно некоторые замечания, которые помогут глубже понять функции современных видеоадаптеров:

1.Видеоадаптер принимает от центрального процессора данные, образующие изображение, обрабатывают эти данные, и передаёт их монитору в формате, позволяющем последнему их отобразить. Первые адаптеры, являясь, по сути дела, всего лишь интерфейсами между процессором и монитором, практически не обрабатывали данные. Процессор сам приводил эти данные в форму, пригодную к отображению. Данные были, в основном текстовыми.

2. Когда появилась OC Windows, графический режим стал использоваться гораздо чаще текстового, отчего требования к обработке видеоизображения резко возросли. Возлагать обязанности по подготовке изображения на процессор стало непрактично, поэтому появилось новое поколение видеоадаптеров – графические ускорители. Графический ускоритель освобождает процессор от расчётов, связанных с формированием изображения. По сути дела, он является специализированным сопроцессором.

3.Все современные видеоадаптеры являются графическими ускорителями.

4. Первые графические ускорители были предназначены для работы с двумерной графикой (2D).

Они обеспечивали аппаратное ускорение типичных задач: прорисовки и перемещения окон, масштабирование шрифтов и т.д. 2D-ускорители работают с экраном как с плоским (двумерным) пространством.

5. 3D-ускорители, напротив, расширяют экран в глубину, добавляя третье измерение.

Характеристики адаптеров в хронологическом порядке их появления дана в Приложении 1 книги Ю.В.Огородова «Системы ввода – вывода и периферия компьютеров».

Ввиду большого разнообразия вариантов построения видеоадаптеров невозможно предложить структурную схему видеоадаптера, которая бы в одинаковой степени отвечала всем вариантам.

Поэтому на Рис. 10 приведена схема, представляющая модель видеоадаптера, достаточно точно отвечающую основной идее устройства. Видеоадаптер включает в себя следующие узлы:

Контроллер ЭЛТ (либо ЖК – матрицы). Поскольку видеоадаптер предназначен для подключения монитора, его обязательным элементом будет контроллер ЭЛТ (CRT Controller - КЭЛТ). В его задачу входит согласованное формирование сигналов сканирования видеопамяти (адрес и строб чтения) и сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации монитора. КЭЛТ должен обеспечивать требуемые частоты развёртки (строчной и кадровой) и частоты сканирования видеопамяти, которые зависят от режима отображения (графический или текстовый) и организации видеопамяти. Опорной частотой для работы КЭЛТ является частота вывода пикселей (блок CLK) в графических режимах или точек разложения символов в текстовых режимах.

Видеопамять (VRAM). Это специальная область памяти, из которой КЭЛТ организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения. Необходимый объём видеопамяти определяется необходимым графическим режимом.

Требуемые объёмы памяти для одной страницы различных видеорежимов приведены в Таблице 3.

Рис. 10.Модель видеоадаптера

Таблица 3. Разрешение и требуемый объём видеопамяти

Бит/ пикс	Кол. цветов	640х480	800х600	1024х768	1280х1024
		150 Кб	234 Кб	384 Кб	640 Кб
		300 Кб	469 Кб	768 Кб	1,25 Мб
		600 Кб	978 Кб	1,5 Мб	2,5 Мб
		600 Кб	978 Кб	1,5 Мб	2,5 Мб
		900 Кб	1,37 Мб	2,25 Мб	3,75 Мб
		1,172 Мб	1,83 Мб	3,0 Мб	5,0 Мб

Трактовка данных видеопамяти зависит от используемого

видеорежима. В текстовых режимах каждому знакоместу экрана соответствует слово видеопамяти, расположенное по чётному адресу в текстовом файле. При этом младший байт слова (байт с чётным адресом) содержит ASCII-код символа, а старший байт – его атрибуты. Организация памяти в этом случае является линейной: цепочка слов соответствует собранной в цепь последовательности строк символов.

В видеопамяти используется и многоплоскостная модель памяти (Рис. 10). При этом в зависимости от режима работы адаптера плоскости (банки или слои) памяти используются по-разному (от всего одного слоя до всех 4-х).

На Рис. 10 слой 2 видеопамяти выполняет функции знакогенератора (ЗнГ).

Графический контроллер (ГК). Видеоадаптер с ускорителем не требует от центрального процессора, чтобы тот самостоятельно подготавливал все кадры и переправлял их в буфер. Такой адаптер должен обязательно иметь графический контроллер (процессор). Он выполняет низкоуровневые функции обработки изображений:

· копирование растров,

· выполнение различных заливок,

· масштабирование шрифтов,

· изменение размеров и положения окон,

· прорисовка линий, многоугольников и других графических примитивов.

Видеоадаптер с ускорителем требует передачи гораздо меньших объёмов данных по системной шине.

Например, чтобы нарисовать на экране окружность с адаптером без ускорителя, центральный процессор должен создать растровое изображение этой окружности, а затем передать его адаптеру. Графический ускоритель сам может построить эту окружность, получив от процессора лишь координаты центра окружности и его радиус.

Контроллер атрибутов (КА).

Это устройство управляет трактовкой цветовой информации, хранящейся в видеопамяти.

В текстовых режимах он обрабатывает информацию из байтов атрибутов знакомест (отсюда и пошло его название - контроллер атрибутов).

В графических режимах контроллер обрабатывает информацию из бит текущего выводимого пикселя.

Контроллер атрибутов позволяет увязать объём хранимой цветовой информации с возможностями монитора.

В состав контроллера атрибутов входят регистры палитр, которые служат для преобразования цветов, закодированных битами видеопамяти, в реальные цвета на экране.

Преобразователь последовательности (ПП).

Это устройство выполняет функции, связанные с формой данных, хранящихся в видеопамяти и формой данных, подаваемых через контроллер атрибутов на монитор. Из видеопамяти коды, определяющие каждый пиксель (графический режим) и строку матрицы знакоместа (текстовый режим), подаются в параллельном коде (все разряды одновременно), На экране монитора необходимо последовательное представление этих кодов в соответствии с алгоритмом вывода информации в строку. ПП осуществляет преобразование параллельных кодов в последовательную (побитную) форму.

Знакогенератор (ЗнГ). Знакогенератор предназначен для формирования растрового изображения символов в текстовом (и графическом) режимах экрана монитора. Знакогенераторы адаптеров обычно размещаются во втором слое видеопамяти (Рис. 10). Они программно доступны.

При инициализации адаптера знакогенераторы загружаются из образов, хранящихся в ПЗУ расширения BIOS, установленных на платах графических адаптеров.

Адаптер VGA, например, позволяет одновременно хранить до 8 таблиц по 256 символов в каждой. Активной (используемой для отображения) таблицей может быть одна из них, либо сразу две. Таблицы имеют 32-байтную развёртку каждого символа в формате 16 х 16.

Программная доступность ЗнГ снимает необходимость аппаратной руссификации адаптера, но при желании можно переписать руссифицированные шрифты в BIOS графического адаптера.

Синхронизатор (CLK) позволяет синхронизировать циклы обращения процессора к видеопамяти с процессом регенерации изображения. Адаптеры имеют собственные кварцевые генераторы синхронизации. От внутреннего генератора вырабатывается частота вывода пикселей, относительно которой строятся все временные последовательности сканирования видеопамяти, формирования видеосигналов и синхронизации монитора. В то же время процессор обращается к видеопамяти асинхронно относительно процесса регенерации. В задачу CLK входит согласование этих асинхронных процессов.

Внешний интерфейс (ВИ) связывает адаптер с одной из шин компьютера.

Интерфейс монитора (ИМ) формирует выходные сигналы соответствующего типа – RGB TTL, RGB Analog, композитный видео или S-Video. Этот же блок отвечает и за диалог с монитором.

Дата добавления: 2014-01-03