Свежие комментарии
Посещение сайта
Благодарность: Школа StartUp.
)

Видеокарта

 Видеокарта

Видеоадаптер /видеокарта/графический адаптер — находится в системном блоке. Выполнена в виде отдельной печатной платы(ести , конечно не используется интегрированная материнская карта), которая устанавливается в слот ISA, PCI, AGP, PCI-E (PCI-Express) материнской карты.

Эволюция видеоинтерфейсов

Видеоадаптер первоначально являлся картой расширения.

ISA – объем памяти 512 Кб.

VESA – расширенная шина; карта устанавливалась сразу в два слота, размером на всю ширину материнской платы; объем памяти – 2 Мб.

PCI – способствовали заметному развитию видеоадаптеров. Присутствуют на современных ПК, но видеокартами давно не используются.

AGP (AcceleratedGraphicsPort) – разработан на основе PCI.

AGP 1.0 – 1997 г.; могла работать в двух режимах передачи данных 1Х/2Х (266/533 Мб/с); напряжение – 3,3 В.

AGP 2.0 – 1998 г.; 4Х (1066 Мб/с); 1,5 В.

AGP 3.0 –8Х (2133 Мб/с); 0,8 В.

PCI-Express – 2004 г.

В отличие от старых параллельных шин ISA, PCI, AGP, принцип передачи данных PCI-E является последовательным. PCI-E работает по принципу «точка-точка», т.е. одна шина в чистом виде может объединять только два устройства. Поэтому в ее архитектуре предусматривается свитч, распределяющий сигналы между всеми устройствами PCI-E. Это принципиальное отличие от PCI, где на общую шину включаются все устройства.

За счет последовательной передачи данных удается достичь огромных тактовых частот (2,5 – 10 ГГц).

Варианты масштабирования PCI-E: PCI-E х1, PCI-E х4, PCI-E х8, PCI-E х16, PCI-E х32.

Компания PCI-SIG заявила об увеличении скорости передачи данных до 5 Гб/с. Первая продукция на основе новой шины появилась на рынке начиная с 2007 г.

Немаловажен экономический эффект. Последовательная шина требует меньше проводников на печатной плате, таким образом, высвобождается место, упрощается дизайн, уменьшаются электрические наводки. Предусмотрена автономная система энергосбережения: питание от разъема должно отключаться при отсутствии активности в промежутке определенного времени. Возможна горячая замена устройств.

Разъем PCI-E делится ключом на две части. Первая часть (та, что ближе к задней стенке корпуса) одинакова для всех разъемов и предназначена для питания карты. Сюда подводятся напряжения 3,3 В и 12 В. Спецификацией предусматривается подводка мощности 60 Вт. По другую сторону от ключа расположены контакты секций линий передачи данных. Соответственно количеству линий меняется длина разъема.

Задачи, решаемые видеокартой

  • Преобразование SCAN-кода символов в их изображение (отображение текста).
  • Преобразование цифровой модели изображения в набор аналоговых для VGA-монитора или цифровых для DVI-монитора сигналов.
  • Обсчет фигур в двухмерной графике (2D Graphics).
  • Обработка объемных изображений (трехмерная графика – 3D Graphics) в компьютерных играх. 3D: две пространственные координаты для каждого пикселя, третья характеризует удаленность объекта от наблюдателя. Строится каркас объемной модели, который обтягивается текстурой.

Видеокарта реализует игровые спецэффекты:

  • сглаживание  контуров изображения – полноэкранное сглаживание (FullScreen Anti-Aliasing, FSAA), позволяющее убрать излишнюю «зубчатость» изображения;
  • имитация «живых» поверхностей (тумана, пламени, тени, отражения в зеркале, дрожащего на ветру листа, волнистой глади озера и т.д.) – благодаря поддержке пиксельных шейдеров. Шейдеры – сглаженные углы на стыках полигонов, образующих объемную поверхность;
  • устранение эффекта «лесенки» на наклонных плоскостях – анизотропная фильтрация, поддерживаемая на аппаратном уровне.

Для поддержки игровых спецэффектов в процессор видеокарты встраивают специальный «блок трансформации и освещения» (T&L), позволяющий получить высокое качество игрового изображения.

Обработка мультимедиа информации: вывод изображения на телеэкран, прием изображения с внешнего источника – видеокамеры, видеомагнитофона, телевизионной антенны.

Видеокарта

Видеокарта

Состав видеоадаптера

 1) Видеопроцессор (графический процессор, Graphics Processor)

ЦП формирует цифровые данные об изображении, которые из ОП поступают в видеопроцессор. Видеопроцессор формирует изображение по командам ЦП.

 

Архитектура видеопроцессора

Цифроаналоговый преобразователь (Digital Analog Converter, DAC), АЦП

Поскольку DAC включает собственную память произвольного доступа (Random Access Memory, RAM) для хранения палитры цветов, его называют RAMDAC. RAMDAC считывает данные из видеопамяти и преобразует цифровые данные в аналоговые и посылает их на монитор.

RAMDAC – блок, отвечающий за преобразование двоичных значений цвета и яркости точки в аналоговый сигнал.

 

Микросхема VGA BIOS отвечает за стандартные функции начальной загрузки компьютера (к ней обращается BIOS системной платы) и ряд специфичных функций, присущих конкретному видеоадаптеру.

Контроллер (электронный контроллер)

Эта часть графического адаптера, которая устанавливает адаптер в один из возможных текстовых или графических режимов. Реализован на базе микросхемы Motorola 6845. Эта микросхема генерирует сигналы строчной и кадровой развертки и видеосигналы, а также формирует на экране изображение курсора и управляет его мерцанием. Управление микросхемой осуществляется через 18 регистров.

Регистр – внутреннее запоминающее устройство, используемое для временного хранения данных и команд.

 

Могут находиться атрибутный и графический контроллеры.

Атрибутный контроллер задает текущую палитру (т.е. цветоустановку).

Экран имеет две области цветоустановки:

  1. прямоугольная – для вывода информации;
  2. края экрана: информация не выводится, но допускается их окрашивание.

Графический контроллер предназначен для манипулирования данными, считываемыми или записываемыми процессором и видеопамятью, а также обеспечивает независимость вывода информации на экран от работы с процессором.

 

Для более мощных средств работы с графикой, позволяющих создавать изображения с использованием большого количества цветов, обрабатывать и воспроизводить полноэкранные анимации (последовательность графических изображений, создающая эффект движения объектов на экране, разрабатывается с помощью специальных пакетов).

Для повышения быстродействия видеосистемы разработаны графические ускорители и графические сопроцессоры. Они представляют собой платы расширения (плата со специальным разъемом для установки в слот расширения компьютера, на которой размещается дополнительное внешнее устройство), которые могут быть использованы только с видеоадаптером соответствующего типа. Выполняют следующие функции:

  • увеличивают скорость вывода информации;
  • увеличивают разрешающую способность системы;
  • увеличивают количество доступных цветов.

Графический ускоритель (видеопроцессор, акселератор, графический процессор) – устройство, которое принимает на себя часть функций ЦП, связанных с формированием и выдачей изображений на экран, повышая, таким образом, быстродействие видеосистемы и производительность компьютера в целом.

Функции графического ускорителя:

  • выполнение операций перемещения изображения, требующих значительных затрат;
  • закрашивание областей;
  • вычерчивание линий;
  •  формирование курсора.

Графический сопроцессор – устройство, принимающее на себя часть функций ЦП для повышения быстродействия видеосистемы. Обеспечивает также аппаратную поддержку для прикладных программ с расширенными графическими возможностями.

Существует два типа графических сопроцессоров:

1)          сопроцессоры полностью принимают на себя функции видеоадаптера по формированию и выводу изображений;

2)          строится на основе регистров, в которых хранятся параметры, часто используемые при формировании изображений, тем самым дают экономию времени при пересылке данных между сопроцессором и ОЗУ.

Дополнительные возможности: подключение видеокамеры.

 

Существует два подхода к реализации программной поддержки для графических сопроцессоров:

1)          На плате сопроцессора устанавливается ПЗУ, содержащее программы, управляющие работой сопроцессора. Как правило, эти программы обеспечивают создание графических примитивов, используемых конкретными приложениями.

2)          Не использует «зашитые» программы. В этом случае программы разрабатываются программистами с использованием набора команд сопроцессора. Плата обычно поставляется вместе со специальной библиотекой программ, рассчитанной на использование различными прикладными программами.

 

2) Видеопамять (1 Мб, 2 Мб, 4 Мб, 8 Мб, 16 Мб, 64 Мб, 128 Мб, 256Мб, 512 Мб, 1024 Мб)

Часть ОЗУ, в которой хранится электронный образ изображения. Обычно размещается на плате видеоадаптера. Видеоадаптер считывает содержимое видеопамяти и передает на монитор с частотой 56-160 раз в секунду. Каждая ячейка видеопамяти соответствует определенной позиции на экране и любое изменение содержимого видеопамяти вызывает соответствующее изменение на экране.

Четыре микросхемы видеопамяти SGRAM (Synchronous Graphics RAM) хранят по каждой отображаемой на экране точке, результаты промежуточных вычислений и различные заготовки для стандартных элементов.

Объем необходимой видеопамяти определяется в зависимости от разрешения (числа строк, умноженного на число точек в строке) и глубины цвета (необходимого числа байтов для хранения информации о каждой точке).

Чем больше размер видеопамяти, тем быстрее работают игры и графика.

 

Дополнительные устройства

 TV-тюнер

– для приема видеокартой телевизионных сигналов и вывода их на монитор (прием и оцифровка телевизионного сигнала).

Практически все TV-тюнеры построены на различных модификациях набора микросхем – Brooktree BT848. Есть также модели на основе чипов Philips.

Варианты исполнения:

  • встроенный (интегрированный) – качество самое низкое, изображение часто может воспроизводиться только в небольшом окне Windows, некорректная работа с отечественным стандартом телевещания SECAM;
  • отдельная плата (AverMedia, FlyVideo) ;
  • внешнее устройство – подключаются к компьютеру через порт USB; самые простые и недорогие модели обеспечивают воспроизведение в оконном режиме – очень редко;
  •  автономные внешние тюнеры – подключаются не к компьютеру, а непосредственно между монитором и видеокартой. Компьютер не обязателен, достаточно монитора – содержит все необходимое для приема телесигнала, настройки и переключения каналов. Все операции осуществляются c пульта ДУ тюнера. Оснащен встроенным динамиком.

TV-тюнеры требовательны к качеству сигнала, поступающего из эфира.

Другие телевизионные системы (стандарты телевизионного сигнала): PAL.

Примеры:

AverMedia TV Studio 307 TV+FM Tuner, пульт ДУ

Pinnacle Systems Studio PCTV

Compro VideoMate TV Gold II

FM-тюнер – радиоприемник.

Видеовыход

– вывод изображения с компьютера на монитор и на экран телевизора (через специальный разъем).

Видеовход

(карта видеозахвата, например, Miro, Pinnacle) – подключение видеокамеры, видеомагнитофона для последующего редактирования изображения. В процессе захвата видео происходит сжатие (компрессия) изображения.

          Для такой карты используют термин VIVO (Video In Video Out).

Микросхема декодера DVD и MPEG

оцифровка видео.

 Поддержка цифрового интерфейса вывода (DV).

3D-ускоритель

для работы с 3-хмерной графикой в играх.

 

Существует несколько стандартов программного интерфейса, использующего 3-хмерную графику:

  • 3Dfx (GLIde) – лидирующий, поддерживается чипсетами Voodoo/Voodoo2/Banshee;
  • OpenGL – совместим с видеокартами, скорость работы зависит от карты и драйвера к ней;
  • Direct 3D (Microsoft) – реализован в программном комплексе DirectX. Это единственный стандарт, изначально поддерживаемый ОС Windows, и не требует специального драйвера. Однако, игр, написанных под этот стандарт немного.

DirectX 9.0 – специальная библиотека драйверов, встроенных в Windows: благодаря им игровые программы получают доступ к «железу» и могут использовать все его возможности – в т.ч. и встроенные технологии сглаживания.

 

Режимы работы видеоадаптера

Байт цвета 0 1 2 3 4 5 6 7

Байт цвета управляет набором цветов в текстовом режиме.

0 – 2 бит – цвет изображения (символа)

3 бит – повышенная яркость цвета символа (расширение цвета до 16)

4 – 6 бит – цвет фона

7 бит – цвет мерцания, при запрете – повышенная яркость фона

Видеоадаптеры работают в одном их 2-х режимов.

1) Текстовый режим. Экран условно разбивается на отдельные участки – знакоместа (прямоугольники 9´16), чаще всего на 25 строк по 80 символов. В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов, т.е. минимальным объектом на экране является символ ASCII. Содержимое видеопамяти является точным электронным образом изображения на экране. Адаптер 60-70 раз в секунду считывает содержимое видеопамяти и посылает в монитор для вывода на экран. Каждая ячейка видеопамяти соответствует определенной позиции на экране. При работе в текстовом режиме адаптер рассматривает видеопамять как последовательность ячеек на экране. Каждой ячейке соответствуют 2 байта видеопамяти: 1 байт – ASCII-код выводимого символа, 2 байт – код цветового атрибута данного символа (цвет изображения и цвет фона).

Текстовый режим – основной видеорежим. Во время начальной загрузки вывод информации на экран осуществляется в текстовом режиме с разрешением 720´400 (режим работы видеоадаптера № 7). Графические элементы создаются с использованием псевдографических символов.

2) Графический режим. Экран представляет собой матрицу пикселей, а изображение на экране – совокупность пикселей разного цвета. Минимальным объектом является пиксель. Изображение хранится в собственной памяти адаптера. Количество поддерживаемых цветов  и разрешение зависят от типа видеосистемы и объема памяти адаптера. Современные адаптеры имеют 512-1024 Мб памяти. Доступ к памяти осуществляется с помощью специальных команд.

Текстовый и графический режимы имеют несколько подрежимов, отличающихся по разрешению и количеству используемых цветов.

Характеристики видеоадаптера

1)      Тактовая частота, 200 – 330 МГц, 500, 800 МГц.

2)      Тип памяти

DDR2

DDR3

4, 8, 16 микросхем

3)      Объем памяти 128 Мб – 1 Гб

4)      Фирма-производитель

Фирм-производителей видеокарт много, однако, видеокарты необходимо отличать и по установленному в них набору микросхем – чипсету. Например, в картах Diamond Viper330 и Asus 3Dxplorer 3000 используется один и тот же чипсет – Rive/28 компании NVIDIA, поэтому производительность приблизительно одинакова. Есть и отличия – у Asus установлен TV-выход, соответственно отличаются и по цене.

Фирмы-производители   лидеры: NVIDIA, ATI.

Платформы:

Чипсеты NVIDIA GeForce

Чипсеты ATI Radeon

 

Типы видеосистем

(интерфейс обмена данными между видеодаптером и монитором)

MDA (Monochrome Display Adapter)

HGA (Hercules Graphics Adapter)

CGA (Color Graphics Adapter) – цветной графический адаптер

EGA (Enhanced Graphics Adapter) – улучшенный; передача видеоинформации в цифровом виде

VGA (Video Graphics Adapter (Arrey)) – видеографический адаптер

SVGA (Super VGA)

DVI – цифровой

DVI-I – модификация DVI – цифровой для подключения аналогового монитора

 

Понравилась статья, рекомендуйте Вашим друзьям!

Давайте дружить!

Оставить комментарий