Видеоадаптеры

Вторым после монитора основным компонентом видеосистемы РС является видеоадаптер. Иногда его называют видеокартой. Работа описана в [1].

Основная функция видеоадаптера – преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри РС, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. Другими словами, видеоадаптер является интерфейсом между компьютером и устройством отображения информации (монитором), но по мере развития РС на него стали возлагаться и другие обязанности: аппаратное ускорение 2D- и 3D-графики, обработка видеосигналов, приём телевизионных сигналов и др., а потому сейчас это мощное универсальное графическое устройство, именуемое Super VGA или SVGA.

Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеосистемы:

– максимальное разрешение и частоту развёрток;

– максимальное количество отображаемых оттенков цветов;

– скорость обработки и передачи видеоинформации, определяющую производительность видеосистемы в целом.

Видеоадаптер включает в себя следующие основные элементы:

– видеопамять для хранения цифрового изображения;

– набор чипсет для обработки цифрового изображения и преобразования его в видеосигнал, подаваемый на монитор;

– схемы интерфейса с шиной ввода/вывода РС;

– ROM Video BIOS для расширения BIOS (команды управления видеосистемой);

– цифро-аналоговый преобразователь, выполняющий преобразование цифровых данных, хранящихся в видеопамяти, в аналоговый видеосигнал;

– тактовые генераторы.

Он же формирует сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемые для формирования растра на экране монитора.

Кратко работу видеоадаптера можно изложить следующим образом.

Процессор формирует цифровое изображение, как матрицу NxM (из n-разрядных чисел). Процессор записывает его в видеопамять в кадровый буфер (frame buffer), т.е. там хранится теперь цифровой образ текущего изображения (кадра). Видеоадаптер последовательно считывает содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ, яркость каждого пиксела пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера. После просмотра всех ячеек одной строки растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а после окончания сканирования буфера – сигнал движения луча снизу вверх. А потому частота строчной и кадровой развёртки монитора определяется скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеоадаптером.

В графическом изображении в каждой ячейке кадрового буфера хранится код цвета соответствующего пиксела экрана. Это основной режим, т.к. в нём можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию и т.д.

В текстовом режиме все пикселы разбиты на группы, называемые знакоместами или символьными позициями размером P*Q. В каждом из знакомест может быть отображён один из 256-и символов, т.е. на экране помещается M/Q символьных строк по N/P символов в каждой.

Символ изображается точечной матрицей, которая называется передним планом, а остальные – задним планом или фоном (матрица 9*16 пиксел – зависит от типа видеоадаптера и текущего режима).

Тёмной клетке соответствует логическая «1», а светлой – логический «0». Они хранятся в специальном ПЗУ на плате видеоадаптера, который называется аппаратным знакогенератором, а совокупность изображений 256 символов – шрифтом, при этом адресом ячейки знакогенератора является порядковый номер символа. Для кодирования изображения символа на экране используется 2 байта – первый задаёт № символа, а второй – атрибуты (цвет символа, фона, подчёркивания, мигания…).

Область видеопамяти для видеостраницы равна 80*25*2=4 000 байт, а в режиме 40*25 – 2 000 байт. На практике отводят 4 или 2 Кбайт – лишние байты не используются.

В текстовом режиме произвольное изображение вывести нельзя из-за того, что символы выводятся в отведённых символьных позициях – это недостаток.

Вторым недостатком является узкая цветовая палитра – не превышает 16 цветов, но у него важное преимущество – незначительные затраты РС на его реализацию. NC работает в текстовом режиме!

ОБЪЁМ ВИДЕОПАМЯТИ

Чем больше объём видеопамяти, тем выше разрешение и шире цветовая палитра изображения.

Для 2 в степени n оттенков цветов и разрешения N*M получаем N*M*n бит видеопамяти.

В первых видеоадаптерах SVGA это было очень актуально, т.к. было повышенное разрешение и глубина цвета по сравнению с VGA.

Сейчас видеопамять имеет объём до 256 Мбайт, т.к. при работе с трёхмерной графикой, чем объём больше, тем быстрее работа.

В первых моделях был объём 256 Кбайт для 16 цветов и разрешения 640*480.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВИДЕОАДАПТЕРОВ

Были монохромные дисплеи с люминофором зелёного цвета и для них видеоадаптер MDA – Monochrome Display Adapter – работал только в текстовом режиме. Матрица была 9*14 пикселов, разрешение 720*350 пикселов, размер символа – 7*9 пикселов. Видеопамять – 4 Кбайт (для одной видеостраницы).

В 1981 году фирма IBM выпустила видеосистему CGA (Color Graphic Adapter) в составе IBM PC XT. Он давал цветное изображение – было от 4 до 16 цветов. Использовал несколько графических режимов работы. Разрешение составляло 640*200 пиксел, в текстовом режиме знакоместо 8*8 при экране 80*25 и имел объём видеопамяти 16 Кбайт.

Видеоадаптер HGC (Hercules Graphic Card) разработан в 1982 году. Разрешение 720*348 и матрица 9*14 пиксел. Но они были монохромные.

Видеоадаптер EGA (Enhanced Graphic Adapter) имел разрешение 640*350, знакоместо 8*14, размер символа 7*9. В нём большая чёткость изображения, цвет кодировался 6 двоичными сигналами, т.е. палитра была из 64 оттенков, но одновременно отображалось только 16 цветов. Объём видеопамяти 64 Кбайт, затем 128 Кбайт. Он кроме знакогенератора ещё имел загружаемые программно шрифты, разрешение было 800*600 и 16 цветов, но не получил распространения из-за VGA.

Видеоадаптер VGA (Video GA) использовался в компьютере IBM PS/2, затем стал платой, устанавливаемой в слот ISA. Здесь уже 256 регистров цвета, которые образуют своё ОЗУ – RAM. Было 256 Кбайт видеопамяти, разрешение 640*480 при 16 цветах и 320*200 при 256.

Результатом совершенствования VGA стал Super VGA с объёмом видеопамяти до 512 Кбайт, затем 1 Мбайт с режимом 800*600, 1 024*768 при отображении 256 оттенков цветов.

Затем появился видеоадаптер VESA Super VGA с разрешением до
1 600*1 200 с 24-разрядным RAM DAC, режимом 16 бит на пиксел или
65 536 цветов для High Color и 24 бит на пиксел или 16 777 216 цветов для режима True Color. Здесь использовался специальный графический ускоритель или графический сопроцессор, шина VLB, затем PCI и сейчас интерфейс AGP 8х.

Чипсет для видеоадаптеров выпускают разные фирмы. Фирма S3 выпускает Vision 868, 968, Trio64 V+, Trio64 V2/DX, VIRGE, VIRGE/VX, VIRGE GX/DX, фирма ATI Technologies – MATH64, 3D RANGE II, 3D RANGE PRO, фирма MATROX – MGA-2 064W, MGA-1 064 SG, MGA G100, Tseng Labs – ET 6 000, ET 6 100, Cirrus Logic – CL-GD5 446.

Используется однопортовая и двухпортовая память. В первом случае чтение и запись осуществляются через один порт. Она динамическая, т.е. типы как у DRAM.

Но есть и специальная память – SGRAM (Synchronous Graphics RAM) с быстродействием в 4 раза выше, чем у DRAM и MBRAM (Multibank RAM) фирмы MoSys Inc. Она состоит из банков памяти размером 32 Кбайт. Каждый банк – это совокупность микросхем памяти, суммарная разрядность которых равна разрядности шины данных. Используют 2 банка памяти для реализации режимов чередования адресов и циклов регенерации. Она используется в видеоадаптерах фирмы Tseng Lab.

Двухпортовая видеопамять позволяет обращаться к себе одновременно двум устройствам (например, графический процессор и RAMDAC).

Существуют 2 её разновидности: VRAM (Video RAM) и WRAM (Window RAM).

У первой стоит на плате специальный контроллер, позволяющий по двум портам одновременно вести операции чтения и записи. Эта память разработана для видеосистемы с высоким разрешением (1280*1024 и выше) и 24-битным представлением цвета. Используется в специальных графических системах, т.к. дорогая.

WRAM имеет подобную архитектуру, но работает на частоте до 50 МГц, что позволяет повысить быстродействие на 50% по сравнению с VRAM. Имеет 2 кадровых буфера для отображения смежных кадров. Сейчас есть и другие типы памяти: Direct RDRAM фирмы Rambus, 3D RAM – память для трёхмерной графики – фирмы Mitsubishi. Она 2-портовая с конвейерной обработкой данных. В ней стоит встроенный процессор и скоростные буферы.

Память CDRAM (Cashed DRAM) тоже выпускает фирма Mitsubishi. Это комбинация динамической памяти и небольшого скоростного буфера на элементах статической памяти. У неё 128-разрядная внутренняя шина данных и 16-разрядная внешняя.

Память DDR SDRAM имеет удвоенную скорость передачи данных. Она разработана фирмой Samsung. Чтение данных в ней как по фронту, так и по спаду тактового сигнала.

Память ESDRAM (Enhanced SDRAM) фирмы Enhanced Memory System имеет быстродействие выше за счёт совершенной архитектуры и встроенной статической кэш-памяти.

Она содержит режим «упреждающего чтения» как на жёстких дисках (в регистры SRAM из SDRAM).

Дата добавления: 2014-01-06