Ремонт ПК » Видеоадаптеры и ускорители

Монитор

admin — Sat, 02 Jan 2010 16:48:19 +0000

Монитор — это периферийное устройство вывода информации, которое преобразует синхронные аналоговые или цифровые (обычно ТТЛ) видеосигналы в наблюдаемое на экране монитора изображение. От автономного монитора, на который не поступают внешние сигналы, мало пользы — его можно использовать разве что в качестве нагревательного прибора. Откуда же на компьютерный монитор поступают видеосигналы? Все видеосигналы, поступающие на монитор, формируются в схемах видеоадаптера (рис. 18.1). Термин «адаптер» часто используется потому, что компьютер «адаптируется» (приспосабливается) к конкретному монитору посредством этих схем. В большинстве случаев видеоадаптер реализуется в виде отдельной платы расширения, которая устанавливается в свободный разъем шины персонального компьютера. Именно видеоадаптер превращает необработанные данные, поступающие из компьютера, в видеоданные, которые записываются в видеопамять адаптера. Объем этой памяти зависит от модели адаптера и видеорежимов, которые он обеспечивает. Первые модели адаптеров имели объем видеопамяти только 256 Кбайт, у современных видеоадаптеров объем памяти составляет 64 Мбайт и более. Видеоадаптер также преобразует содержимое видеопамяти в видеосигналы, которые управляют монитором.
Конечно, видеоадаптер выполняет гораздо больше операций, но даже исходя из выше сказанного, можно оценить ту важную роль, которую играет видеоадаптер в компьютере. Если видеоадаптер выходит из строя, то монитор будет показывать ерунду (или совсем не будет работать). Еще больше усложняет дело тот факт, что некоторые прикладные программы для своей работы требуют присутствия драйверов устройств (называемых видеодрайверами). Видеодрайвер — это небольшая служебная программа, с помощью которой операционная система (например, Windows) осуществляет доступ к видеорежимам высокого разрешения и высокой цветовой насыщенности практически без взаимодействия с системной BIOS. Видеодрайверы оказывают огромное влияние на быстродействие видеосистемы и стабильность ее работы. При диагностике неисправности видеосистемы вначале требуется локализовать ее местонахождение: мониторе, видеоадаптер или видеодрайвер. В этой главе описываются операции, выполняемые типичными видеоадаптерами 2-х и 3-х мерной графики (2D и 3D), а также диагностика их неисправностей

Трехмерная визуализация

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:52:48 +0000

Большая частота смены кадров создает на экране монитора атмосферу реализма. Главным фактором, определяющим частоту смены кадров, является скорость передачи данных в видеосистеме компьютера. Если смена кадров в игровой программе низкая, то игра становится неинтересной, поскольку время реакции на действие становится очень большим. Представьте себе работу программы имитации полета на самолете с частотой смены кадра один или два раза в секунду. Поскольку основная часть обработки графической информации удалена из центрального процессора, то частота кадров теперь в большей степени зависит от скорости работы графического ускорителя. Скорость работы 3-х мерной «графической машины» измеряется в количестве текселей, обрабатываемых в секунду. Она также часто измеряется в количестве треугольников, обрабатываемых в секунду. Современные ускорители 3-х мерной графики могут обеспечить скорость в сотни миллионов текселей в секунду и более. Например, относительно новый комплект графических микросхем NVIDIA GeForce 4 Ti 4400 может визуализировать 4,6 млрд. текселей (Гигатексе-лей) (или 125 млн. треугольников) в секунду.
Скорость выполнения 3-х мерных приложений зависит от выполнения многих задач, самыми критичными из которых являются 3-х мерная геометрия и визуализация. Геометрия — это набор вычислений, используемых для определения положения и цвета объекта на экране. Визуализация — это (как было сказано выше) построение изображение объекта на экране монитора. Обычный графический ускоритель освобождает центральный процессор от этой работы, и процессор может уделять больше времени для выполнения других задач. Большинство современных процессоров (Intel Pentium III с технологией SSE, Pentium 4 с технологией SSE2 или AMD с технологией 3DNow!) имеют дополнительные команды обработки 3-х мерной графики. На скорость выполнения задач 3-х мерной графики влияют три фактора: монопольное управление шиной (bus mastering), разрешение (resolution), и глубина цвета (color depth).
Монопольное управление шиной
При использовании графического ускорителя, управляющего шиной PCI в монопольном режиме, трехмерный графический движок никогда не прерывается циклами ожидания во время процесса визуализации. После того как центральный процессор подготовит все треугольники для визуализации, в дело вступает графический ускоритель, который захватывает управление шиной PCI и выдает список треугольников в асинхронном режиме, не заставляя центральный процессор приостанавливать свою работу. Монопольное управление шиной осуществляется в двух режимах: в режиме основного хозяина шины и в режиме распределения и сбора данных (scatter-gather bus master). Основной хозяин шины может работать независимо от центрального процессора в течение определенного времени, прежде чем будет прерван для получения задания. Напротив, хозяин шины, работающий в режиме распределения и сбора данных, может работать почти независимо от центрального процессора компьютера, что позволяет существенно повысить производительность системы. Монопольное управление шиной не требуется в том случае, когда графическая система использует шину AGP, поскольку шина AGP является двухточечным соединением между адаптером и системной платой, а графический адаптер всегда рассматривается как «ведущее» устройство.
Разрешение
Из-за ограничений, накладываемых операционной системой и графическими ускорителями, большинство игровых и мультимедийных приложений разрабатывались для низкой разрешающей способности (640x480) экрана с целью достижения наибольшей производительности. Увеличение разрешающей способности приводит к необходимости вывода на экран большего количество пикселов в каждом кадре, а это накладывает дополнительные требования на монитор и графическую плату. Некоторые старые приложения, разработанные в расчете на разрешение в 320 х 200, могут работать в режиме 640 х 400, но дополнительные пикселы являются простым дублированием существующих пикселов, что повышает зернистость изображения. Основываясь на современных стандартах программного обеспечения и быстрых аппаратных ускорителях, разработчики могут использовать повышенную детализацию изображения, применяя разрешения 800x600, 1024x768 или даже выше. Это повышает качество изображения в игровых программах.
Глубина цвета
Использование дополнительных цветов в 3-х мерных играх делает изображение более богатыми и реалистичными. Чем больше цветов используется в изображении, тем оно более детализировано и реалистично, но, вместе с тем, требуется больше времени на вычисление цвета каждого пиксела. Используя ускорители 3-х мерной графики нового поколения, удается достигать большей глубины цвета без значительного снижения быстродействия, и разработчики могут теперь использовать большее количество цветов в каждой сцене. Например, разработчики сегодня могут использовать 16-битную (65 К) или 24-битную (16 М) цветовые палитры вместо устаревшей 8-битовой (256 цветов) палитры. Наиболее реалистично выглядят сцены с использованием 32-битного цвета, где дополнительный байт используется для управления яркостью.

Функционирование ускорителя трехмерной графики

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:52:34 +0000

С технической точки зрения трехмерная (3D) графика — это система визуального представления сцены или объекта в 3-х мерной системе координат (высота, ширина и глубина), которая используется с целью более реалистичного отображения информации. Эта технология позволяет пользователям компьютера на двухмерном экране видеть трехмерное изображение. Спрос на трехмерную графику непрерывно увеличивается. Трехмерная визуализация используется во многих высококачественных играх, в деловых презентациях и мультимедийных приложениях. Однако использование трехмерной графики предполагает не только передачу огромного объема данных через шину расширения компьютера. Трехмерная визуализация требует сложных математических вычислений, определяющих цвет, наложение различных эффектов и преобразование трехмерной модели в 2-х мерную плоскость экрана. Практически во всех случаях эти задачи необходимо выполнять в реальном масштабе времени (с частотой обновления 25 кадров в секунду и быстрее). В настоящее время большинство видеосистем модернизируются для поддержки 3-х мерной анимации (необходимой, например, в компьютерных играх, таких как Quake III или Morrowind). В этой части-тлавы рассматриваются некоторые ключевые моменты процесса 3-х мерной визуализации и ускорения этого процесса.
Процесс трехмерной визуализации
Чтобы 3-х мерный объект вывести на экран в реальном масштабе времени, сначала его необходимо представить в виде точек в 3-х мерной системе координат, где каждая отображаемая точка будет иметь координаты х,уи& Объектом отображения может быть автомобиль, летящий самолет или сложный трехмерных мир. Точки каждого объекта, полностью задающие его положение в пространстве, хранятся в системной памяти. Для того чтобы отобразить объект на 2-х мерном экране, необходимо сформировать его изображение (визуализировать).
Визуализация (рендеринг) — это процесс вычисления координат и цвета каждого пиксела с целью имитации трехмерного изображения • на плоском экране монитора . Визуализация включает в себя также построение поверхностей объектов, которые были заданы в виде набора вершин. При этом для усиления эффекта трехмерного изображения используются различные эффекты: освещение и затенение объектов, а также наложение дымки. Для визуализации объекта необходимо вычислить информацию о цвете и координате каждой его точки. Для эффективного выполнения этой работы поверхность объекта представляется в виде набора треугольников, а эти треугольники (наборы из трех вершин) затем пропускаются через конвейер обработки трехмерной графики. Процесс трехмерной визуализации включает в себя следующие этапы:
■ Разбивка 3-х мерного объекта на треугольники. В этом процессе 3-х мерный объект делится на треугольники (наборы трех вершин)
■ Трансформация. Перемещение, вращение и изменение масштаба объекта исходя из утла зрения камеры. На этой стадии производится большой объем математических вычислений.
■ Отсечение по границам кадра. Отсечение всех частей объекта, которые оказываются за пределами окна наблюдения. Этот процесс также включает в себя большой объем математических вычислений.
■ Освещение. Процесс вычисления световых и теневых участков поверхности объекта в зависимости от места расположения источников света в 3-х мерном мире. Этот этап визуализации может включать в себя использование и других эффектов, например, наложение дымки.
■ Отображение треугольников на экран. Разделенный на треугольники, трансформированный, отсеченный по границам и освещенный объект проецируется на 2-х мерный экран монитора. Треугольники, находящиеся дальше от наблюдателя будут меньше тех, которые расположены ближе к наблюдателю.
■ Рисование треугольников. Треугольники рисуются на экране с использованием различных методик отображения теней и текстур. Этот процесс, занимающий много времени, завершает отображение картинки, которая наблюдается на экране монитора. Весь процесс визуализации должен повторяться для каждого кадра, генерируемого игровой программой или другим приложением.

Быстродействие видеосистемы

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:51:55 +0000

Общая производительность платы графического ускорителя зависит от сочетания пяти главных факторов: графического чипсета, видеопамяти, видеодрайверов и BIOS, RAMDAC и шины интерфейса. Понимание влияния этих факторов на производительность видеосистемы, позволит выработать правильные решение по модернизации компьютера или замене плат.
Графический ускоритель
Главным элементом платы видеоускорителя является сама микросхема (или комплект микросхем). Тип микросхемы (с фиксированной функцией, графический ускоритель или графический сопроцессор) определяет возможности платы ускорителя. При прочих равных условиях плата с графическим ускорителем, безусловно, покажет более высокую производительность, чем плата с микросхемой фиксированной функции. Такие компании как 3dfx, ATI, Advance Logic, Chips&Technologies, Matrox, NVIDLA, S3 и Oak Technology создали целую гамму современных микросхем для ускорителей. Многие старые микросхемы имеют 32-разрядную шину данных (новые работают с шинами шириной вплоть до 512 бит) и поддерживают очень большую скорость передачи данных; но узкое место при передаче данных в виде шины PCI с ее частотой 33 МГц может серьезно ухудшить эффективность работы микросхемы. Все современные ускорители используются различные варианты шины AGP — от первого варианта 1х до последней версии 8х. Следовательно, следует учитывать рекомендации производителя платы по ее использованию — применение самого современного графического ускорителя в компьютере с процессором Pentium MMX не заставит его «летать».
Видеопамять
Хотя современный объем видеопамяти составляет от 64 до 256 Мбайт, размер памяти не так важен для ускорителя, как ее скорость. Более быстрая память способна читать и писать данные быстрее, что повышает производительность адаптеров. Первые поколения видеоадаптеров использовали память DRAM или EDO RAM. Использовалась также специализированная видеопамять (VRAM) — устройство памяти с двумя отдельными шинами данных, через которые можно одновременно осуществлять чтение и запись данных.
Современные видеоадаптеры используют те же типы памяти, что применяются и в основной системной памяти — SDRAM и DDR-SDRAM. Память DDR (Double Data Rate SDRAM работает на удвоенной частоте за счет использования переднего и заднего фронтов тактового сигнала.
Видеодрайверы и BIOS
Нередко программному обеспечению отводится вторичная роль при разработке адаптера, но оно играет чрезвычайно важную роль в обеспечении быстродействия ускорителя. Даже прекрасные аппаратные ускорители испытывают трудности, когда работают под управлением небрежно написанного программного кода. Существуют два типа программного обеспечения, относящегося к рассматриваемому оборудованию: видео BIOS и видеодрайверы. Видео BIOS— это встроенное программное обеспечение (программы, записанные в микросхему ПЗУ). Видео BIOS содержит программы, управляющие взаимодействием ускорителя с прикладными программами под DOS. Современные адаптеры оснащаются перезаписываемым ПЗУ BIOS, содержимое которого можно изменять без необходимости извлечения видеоадаптера из компьютера. Расширения VESA BIOS (универальный драйвер) в настоящее время используются повсеместно как часть видео BIOS во многих ускорителях, а также в обычных адаптерах с кадровым буфером. При использовании расширений VESA BIOS отпадает необходимость загружать другой драйвер устройства при работе в DOS.
Однако видеодрайверы имеют и преимущества. Операционные системы Windows обычно используют видеодрайверы и практически полностью игнорируют видео BIOS. В отличие от ПЗУ BIOS, которое может оказаться непросто обновить, видеодрайвер легко заменить при нахождении в нем программной ошибки или его усовершенствовании. Усовершенствованную версию драйвера можно загрузить с сайта производителя через Интернет (или посредством другой онлайновой службы, например, AOL) и установить его на компьютере в течение нескольких минут без необходимости разборки компьютера. Возможно также использование драйверов сторонних производителей. Производители аппаратуры не всегда создают эффективное программное обеспечение, и драйверы разрабатывают специализированные компании, чей продукт может управлять ускорителем лучше, чем оригинальный драйвер, поставляемый производителем адаптера.
RAMDAC
Почти каждая используемая сегодня видеосистема использует 15-контактный разъем VGA, в котором используются три отдельных аналоговых сигналов для представления основных цветов. Цвет каждого пиксела раскладывается на уровни красного, зеленого и синего цвета, после чего эти уровни преобразуются в аналоговые эквиваленты. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) осуществляет перевод цифровых величин в аналоговые уровни, на что также требуется определенное время. Для обеспечения быстрой горизонтальной развертки требуются быстрые преобразователи ЦАП. На современных видеокартах устанавливается микросхема RAMDAC с тактовой частотой до 350 МГц, которая обеспечивает очень высокое разрешение на достаточно большой частоте регенерации изображения. Вспомним, что каждый видеоадаптер использует цветовую палитру — подмножество цветов, которые могут быть воспроизведены в выбранном режиме видео отображения. Хотя аналоговый монитор может воспроизводить неограниченное количество цветов, плата VGA способна выводить только 256 цветов в любом 256-цветном видеорежиме. Старые видеокарты хранили палитру цветов в регистрах, но для современных видеорежимов с большой цветовой палитрой (от 64К до 16М цветов) требуется использовать ОЗУ. Предпочтительнее использовать платы с микросхемой RAMDAC, поскольку память, интегрированная с ЦАП, работает быстрее по сравнению с дискретным доступом к оперативной памяти в любом другом месте на плате. Следует иметь в виду, что оперативная память в микросхеме RAMDAC используется не для хранения изображения, а только для хранения цветовой палитры.
Архитектуры шин расширения
Как отмечалось ранее в этой главе, графические данные требуется пересылать из системной памяти в видеоадаптер. Такая передача осуществляется по шине расширения компьютера. Если данные между системной памятью и адаптером передавать на повышенной частоте, то это приведет к увеличению производительности видеосистемы. Например, широкая шина данных (32-х, а не 16-разрядная) и большая тактовая частота шины (66 МГц вместо 33 МГц) будут обеспечивать большую скорость передачи данных — или, другими словами, большую пропускную способность видеосистемы. Следовательно, выбор архитектуры шины оказывает большое влияние на производительность видеосистемы. Используемые в настоящее время ускорители выпускаются для шины AGP, хотя еще можно найти од-ну-две модели, предназначенные для шины PCI. Сегодня использовать PCI-видеокарту имеет смысл только на тех устаревающих системах, где отсутствует разъем AG Р.
PCI. Разработанная компанией Intel шина подключения периферийных компонент — PCI (Peripheral Component Interconnect) стала одной из самых универсальных и мощных архитектур шин персонального компьютера. Шина PCI работает на частоте 33 МГц и предоставляет 32-разрядную шину данных, что позволяет полностью использовать возможности 32-разрядных центральных процессоров, таких как семейство Intel Pentium (хотя существует и 64-разрядная версия этой шины). В шине PCI преодолены ограничения шины ISA по частоте работы и функциональным возможностям, и она предназначена для подключения любых периферийных устройств компьютера (а не только видеокарт). Видеоадаптеры шины PCI практически полностью вытеснены платами для шины AG Р.
AGP. Компания Intel разработала и внедрила усовершенствованную архитектуру локальной шины, названную ускоренным графическим портом AGP — близким родственником шины PCI. AGP — это специализированная высокоскоростная шина, к которой непосредственно подключаются системный чипсет и графический контроллер. Это соединение формирует канал данных, предназначенный только для графики (в отличие от шины PCI, чью полосу пропускания используют многие периферийные устройства, подключенные к компьютеру). Использование шины AGP освобождает шину PCI от передачи огромного объема видеоданных в приложениях, использующих трехмерную графику. От этого выиграли и устройства шины PCI, поскольку она более не занимается передачей видеоданных. Чтобы полностью воспользоваться преимуществами шины AGP, ее должны поддерживать системная BIOS, комплект микросхем и операционная система. Полностью поддерживают шину AGP операционные системы Windows 98/Ме и Windows 2000/ХР. Операционная система Windows 95 OSR2 оказывает ограниченную поддержку шине AGP, поэтому преимущества этой шины будут использоваться не в полной мере. Программа Direct Draw (часть программного пакета DirectX) постоянно совершенствуется, поскольку именно она отвечает за то, как шина AGP использует основную память.
Если в спецификации шины PCI скорость передачи данных ограничена 132 Мбайт/ с, то 32-разрядная 66 МГц шина AGP имеет базовую скорость в 264 Мбайт/с. Спецификации шины AGP 2Х, 4Х и 8Х поддерживает скорость передачи данных в 533 Мбайт/с, 1,06 Гбайт/с и 2,12 Гбайт/с соответственно.
Важной особенностью шины AGP является ее способность прямого доступа к системной памяти во время процесса построения изображения. В этом случае системная память рассматривается как «нелокальная память» NLM («Non-Local Memory»). Операционная система может резервировать области основной системной памяти для использования графическим контроллером. Существует два способа использования нелокальной памяти NLM, описываемые спецификацией AGP компании Intel, и оба способа требуют поддержки со стороны операционной системы через прикладной программный интерфейс (API), например, DirectDraw. Нелокальная память может использоваться для хранения текстур и z-буфера. Первый способ реализуется посредством прямого доступа к памяти — DMA (Direct Memory Access) . Режим DMA использует нелокальную память (NLM) только для хранения информации большого объема, например, текстур. Это позволяет фафическому контроллеру размещать в локальной памяти (памяти видеокарты) меньшее количество текстур. Память NLM используется, в основном, с целью уменьшения стоимости компьютера. Нелокальная память может использоваться для хранения текстур, что позволяет использовать в прикладных программах, в частности, в играх, текстуры большего размера, что повышает реализм изображения без ухудшения производительности системы и без использования более дорогой локальной видеопамяти. Вторым способом использования нелокальной памяти является режим DiME (Direct Memory Execute). В этом режиме — часто называемом «исполнительным режимом» — трехмерные (ЗБ)-функции реально работают в нелокальной памяти, а конечный результат затем передается в графический адаптер для вывода на монитор. Метод DiME может ухудшить производительность, если функциональные возможности графического адаптера превосходят возможности компьютера.
Шина AGP имеет 32 мультиплексные линии данных и адреса. Имеется 8 дополнительных линий для боковой адресации (sideband addressing). Эти дополнительные адресные линии дают возможность графическому контроллеру выдавать новые адреса и команды для запросов чтения/записи во время текущей передачи данных по предыдущим запросам, использующим основные 32 мультиплексные линии данных/адреса. Шина AGP имеет дополнительную функцию, которая называется «быстрой записью» («Fast Write»). С помощью этой функции центральный процессор может писать данные непосредственно в кадровый буфер графической карты, минуя системную память. Функция Fast Write превышает скорость работы стандартной шины AGP 4X н& 30%, поэтому производительность графических приложений, использующих эту функцию, возрастает. Функция Fast Write должна поддерживаться системным чипсетом (что справедливо для чипсета Intel i820 и выше).

Графические ускорители

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:50:52 +0000

После достижения и превышения разрешающей способности экрана в 640x480 объем данных, необходимых для формирования одного экранного изображения существенно возрос. Рассмотрим одно экранное изображение с параметрами 640x480x256. Количество пикселов (элементов изображения) в нем равно 307200 (640x480). Поскольку существует еще 256 цветов, то необходимо 8 бит для обозначения цвета каждого пиксела. Это означает, что для построения каждого кадра необходимо 307200 байт. При частоте обновления кадра 10 раз в секунду по шине (PCI или ISA) необходимо передавать 3072000 (307200 х 10) байт в секунду (~3 Мбайт/с). При использовании режима с 65356 цветами необходимо 2 байта для каждого пиксела, т.е. для построения кадра необходимо 614400 байт (307200x2). При частоте обновления 10 кадров в секунду по шине необходимо передавать 6144000 (614400X10) байт в секунду (~6 Мбайт/с). Это касается только видеоинформации, а ведь шина выполняет и другие операции, такие как регенерация памяти, управление клавиатурой и мышью, доступ к накопителям и другие операции обработки данных. Когда такой объем информации требуется передавать по шине ISA, работающей на тактовой частоте 8,33 МГц, то здесь возникает узкое место в процессе передачи данных. Даже шина PCI может не справляться с обеспечением видеорежимов высокого разрешения (хотя широкополосный канал данных, обеспечиваемый шиной AGP, расширяет это узкое место). Существование таких «узких мест» в деле передачи видеоданных приводят к очень низкой частоте обновления экрана — особенно при работе в среде операционной системы Windows, которая требует частой смены картинки.
Разработчики видеоинтерфейса искали пути преодоления ограничений обычных видеоадаптеров путем встраивания вычислительной мощности в саму видеокарту с тем, чтобы не занимать центральный процессор компьютера обработкой графической информации. Путем разгрузки центрального процессора и переноса обработки графической информации на вычислительные схемы видеоадаптера, удалось увеличить графическую производительность компьютера в три и более число раз. Существуют несколько способов ускорения обработки графической информации, использование каждого из которых зависит от сложности видеокарты (рис. 18.10). Перенос выполнения некоторых часто требующихся функций на графический адаптер (ускорители с фиксированными функциями) с центрального процессора освобождает последний для других задач. Такими функциями, например, являются BitBlt или рисование линий (Line Draws). Ускорители с фиксированными функциями были улучшением технологии кадровых буферов, но они не достигали производительности более сложных ускорителей. Графический ускоритель использует специализированную интегральную схему ASIC (Applications Specific Integrated Circuit), которая получает графические данные и обрабатывает их без вмешательства центрального процессора компьютера. Графические ускорители, возможно, являются наиболее рентабельным типом ускорителя. Графические сопроцессоры — это наиболее сложный тип ускорителя. Сопроцессор работает как центральный процессор, но предназначен для обработки видеоинформации. К сожалению, не все графические сопроцессоры обеспечивают возрастание производительности видеосистемы, соответствующее их высокой стоимости.

Цифровые интерфейсы

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:50:36 +0000

С появлением жидкокристаллических мониторов обнаружилась проблема повсеместно используемого аналогового интерфейса VGA/SVGA. Видеокарта, являясь цифровым устройством, формирует аналоговый видеосигнал, используя быстродействующую микросхему RAMDAC (см. ниже). Жидкокристаллический монитор также является цифровым устройством, но так как он получает аналоговый видеосигнал, он вынужден выполнять обратное преобразование сигнала в цифровую форму. При этом возможно возникновение ошибок синхронизации, изображение может терять четкость в определенных условиях, да и компоненты, которые выполняют оба этих преобразования, достаточно сложные, и как следствие, дорогие.
Естественно, возникла разумная мысль о разработке полностью цифрового интерфейса между видеокартой и монитором, что позволило бы отказаться от сложных схем RAMDAC и повысить качество изображения. При этом, что приятно, схема изменяется в сторону упрощения, так что теоретически стоимость решения должна быть даже ниже На практике, конечно, это не совсем так, так как на цифровой интерфейс возложили еще запрос характеристики монитора и другие служебные функции. На сегодняшний день существует три разновидности цифрового интерфейса для мониторов — P&D (Plug-and-Display), DPF и DVI (Digital Visual Interface).
P&D
Интерфейс Plug-and-Display (P&D) создан ассоциацией VESA в 1997 году. В данный стандарт, помимо поддержки цифрового и аналогового видеосигналов, была заложена интеграция с шинами USB и FireWire. Для этого использовался единый 30-контактный разъем с возможностью горячего прдключения. Цифровая передача видеоданных основана на технологии PanelLink, которая разработана компанией Silicon Image. Передача данных осуществляется по трем витым парам с пропускной способностью до 165 МГц. Стандарт не получил широкого распространения, в основном из-за высокой стоимости реализации. Но использованный в нём протокол передачи данных под названием TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) получил дальнейшую жизнь в следующих разработках.
DPF
Стандарт был принят ассоциацией VESA в 1999 году в качестве переходного. Образно говоря, за основу был взят стандарт P&D, и из него было удалено все лишнее, осталась только собственно цифровая передача. Максимальная частота передачи видеоданных не изменилась — 165 МГц. Из нововведений добавлена поддержка спецификации DDC (Display Data Channel — стандартизация коммуникационного канала между монитором и видеокартой) и EDID (Extended Display Identification Data — стандартизация формата представления технических характеристик монитора). Из отсутствующих возможностей — поддержка горячего включения и традиционных ЭЛТ-мониторов. При помощи переходника DPF совместим с стандартом P&D. Стандарт также не получил широкого распространения, хотя некоторые производители выпускали видеокарты, совместимые с данной спецификацией.
DVI
Стандарт разработан группой Digital Display Working Group (DDWG) и представлен в апреле 1999 года. Он основан на той же технологии PanelLink, что и его предшественники. Поддерживается DDC и EDID, горячее подключение устройств, а также один аналоговый и два цифровых канала, что дает возможность получить пропускную способность 330 МГц. Это позволяет прлучить разрешение вплоть до 2048 х 1536 (частота кадров 60 Гц) или 1920x1080 (частота кадров 85 Гц). Оговорено и минимально возможное разрешение — 640x480 при частоте кадров 65 Гц (стандарт VGA). Интерфейс совместим с DFP и P&D при использовании соответствующих адаптеров.
Разъем DVI существует в двух основных вариантов. Вариант DVI-D реализует только цифровой интерфейс. Внешний вид такого разъема представлен на рис. 18.8, а назначение контактов разъема приведено в табл. 18.3. Вариант разъема DVI, который содержит как цифровой, так и аналоговый тракт передачи данных, приведен на рис. 18.9, а назначение контактов — в табл. 18.4. Разъем допускает горячее подключение, для чего его контакты имеют разную длину. При соединении контакты замыкаются в определенной последовательности, что и обеспечивает надежное и безопасное горячее подключение устройств.

Типы видеоадаптеров

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:49:41 +0000

На заре развития персональных компьютеров у пользователей был небольшой выбор между адаптерами MDA (монохромный) и CGA (цветной графический), при этом все они поддерживали текстовые режимы. Затем последовал период резкого увеличения количества видеорежимов и стандартов для видеоадаптеров, с которыми необходимо познакомиться, прежде чем приступать к модернизации компьютера или диагностики неисправностей видеосистемы. В этой части главы речь пойдет о видеостандартах, которые были разработаны за последние 20 лет и видеорежимах, которые обеспечиваются этими стандартами.
Главное различие в видеорежимах, поддерживаемых двумя видеоускорителями это большая частота обновления, обеспечиваемая новым комплектом микросхем GeForce 4. Функции и возможности современных видеоускорителей нацелены на повышение скорости выполнения мультимедийных, графических, и игровых приложений.
MDA (Monochrome Display Adapter, 1981)
Адаптер монохромного дисплея (MDA) является самым старым типом среди видеоадаптеров, предназначенных для использования в персональных компьютерах. Текст выводится в 80 колонках и 25 строках с использованием символов размером 9x14 пикселов. Будучи только текстовой системой, адаптер MDA не предоставляет графических возможностей отображения, но он завоевал популярность благодаря относительно низкой стоимости, хорошему качеству отображения текста и встроенному в него порту принтера (LPT).
CGA (Color Graphics Adapter, 1981)
Адаптер CGA был первым адаптером, предоставляющим цветной текстовый и графический режимы вывода информации на персональном компьютере. Режим низкого разрешения (160x200) поддерживал 16 цветов, но такое низкое разрешение не привлекло большого внимания. Графический режим среднего разрешения (320x200) обеспечивает отображение более мелких деталей, но обеспечивал только четыре цвета. Режим максимального разрешения (640x200) обеспечивал всего два цвета (обычно один из них черный). Соотношение между разрешением и количеством цветов имеет большое значение, поскольку для одного кадра CGA требуется 16 000 байт видеопамяти. При разрешении 640x200 изображение состоит из 128 000 пикселов. 8 бит представляют 8 пикселов, поэтому видеопамяти в 16 000 байт (128 000/8) оказывается достаточно. Разрешение 320x320 дает 64000 пикселов экранного изображения, но для представления одного пиксела нужно два бита (4 пиксела на байт), и 16 000 байт (64000/4) все еще хватает. Отсюда видно, что объем видеопамяти непосредственно влияет на параметры видеорежима. Поскольку обычно емкость видеопамяти превышает необходимый минимум для построения изображения на экране монитора, то видеокарты поддерживают многостраничный видеорежим.
EGA (Enhanced Graphics Adapter, 1984)
Этот тип адаптера появился незадолго до того, как ограничения адаптера CGA стали болезненно ощутимыми. Требование большего разрешения и количества цветов вызвало необходимость разработки и внедрения следующего поколения видеоадаптеров, известного под именем улучшенного графического адаптера (EGA). Одной из привлекательных черт адаптера EGA была обратная совместимость — плата EGA-адаптера могла эмулировать режимы CGA и MDA на соответствующем мониторе, а также обеспечивать свои собственные режимы на мониторе EGA. Адаптер EGA обеспечивает видеорежимы с разрешением 320x200x16, 640x200x16 и 640x350x16. Для работы адаптера EGA требуется больше памяти, поэтому 128 Кбайт стало нормой для EGA-плат (хотя видеопамять многих EGA-плат может быть расширена до 256 Кбайт).
PGA (Professional Graphics Adapter, 1984)
Профессиональный графический адаптер (PGA) также появился в 1984 году. По тем временам PGA-адаптер предоставлял революционные возможности отображения в режиме 640x480x256. Трехмерное вращение и графическое отсечение осуществлялось аппаратным способом, и адаптер мог обновлять изображение с частотой 60 кадров в секунду. Адаптер PGA был чрезвычайно дорогим, и его могли себе позволить только очень серьезные пользователи. Для реальной работы PGA-системы требовалось две или три платы расширения, что создавало серьезную проблему свободного места (для плат расширения) в системном блоке компьютера. Адаптеры этого типа не нашли широкого применения. И в настоящее время их трудно встретить.
MCGA (Multi-Color Graphics Array, 1987)
Первоначально адаптер многоцветной графики (MCGA) встраивался в системную плату персональных компьютеров IBM PS/2-25 и PS/2-30. Адаптер MCGA поддерживает все видеорежимы CGA и обеспечивает несколько новых видеорежимов, включая 320 х 200 х 256, который стал предпочтительным режимом игрового программного обеспечения того времени. Система MCGA стала одной из первых графических систем, в которых использовались аналоговые цветовые сигналы вместо сигналов ТТЛ. Использование аналоговых сигналов позволило воспроизводить 256 цветов с помощью всего лишь трех линий основных цветов — красного, зеленого и синего (так называемая цветовая модель «RGB» — Red, Green, Blue).
Компания IBM стала использовать новый, 15-контактный разъем D-типа с трехрядным расположением выводов, показанный на рис. 18.6. Одним из разительных отличий между этим аналоговым разъемом и старым разъемом ТТЛ стало использование индивидуальных линий заземления для каждого цвета. Тщательное заземление является важным фактором, поскольку любой шумовой сигнал на аналоговых линиях приводит к искажению цвета. Если внимательно исследовать видеокабель, то можно обнаружить, что один или оба его конца имеют утолщения, содержащие противопомеховые фильтры. Важно понимать, что хотя адаптер MCGA может эмулировать CGA-видеорежимы, старые ТТЛ-мониторы не совместимы с аналоговыми уровнями RGB-сигналов.

Видеоадаптеры

admin — Fri, 25 Dec 2009 16:48:57 +0000

Самым старой и хорошо себя зарекомендовавшей технологией, применяющейся в видеоадаптерах, является обыкновенный буфер кадров. Термин буфер кадров характеризует основную функцию адаптера — видеоданные загружаются и хранятся в видеопамяти по одному кадру за один раз. Архитектура буфера кадров мало изменилась с момента появления первых видеоадаптеров. Главной частью буфера кадров видеоадаптера является интегральная микросхема контроллера дисплея или контроллера электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Контроллер ЭЛТ вырабатывает управляющие сигналы для монитора и управляет операциями адаптера. Именно этот контроллер читает содержимое видеопамяти и передает его для дальнейшей обработки. Во многих типах новых видеокарт применяются специально разработанные наборы или комплекты микросхем, которые предназначены для совместной работы. Комплекты микросхем обеспечивают быструю и эффективную работу видеосистемы при минимальной избыточности цепей, необходимых для работы видеоадаптера. В настоящее время наблюдается жесткая конкуренция между разработчиками и производителями комплектов микросхем в деле создания самых быстрых видеоадаптеров, обладающих современными функциями. Об их уровне сложности можно судить по следующему факту: графический процессор Maxtor Parhelia содержит 80 млн. транзисторов, что почти вдвое больше, чем процессор Intel Pentium 4.
Текстовый и графический режимы
Видеопамять также играет важную роль, поскольку именно здесь хранятся видеоданные, предназначенные для отображения на экране монитора. Видеоадаптер может работать в двух режимах — в текстовом и в графическом. В текстовом режиме (например, режим командной строки DOS) в видеопамять записываются ASCII-символы. Знакогенератор, память знакогенератора и сдвиговый регистр формируют точечные изображения экранных ASCII-символов. Память знакогенератора содержит пикселные образы всех ASCII-символов (букв, цифр и знаков препинания). Знакогенератор преобразует данные из видеопамяти в последовательность пикселных битов и передает их в сдвиговый регистр. Сдвиговый регистр генерирует поток двоичных сигналов (битов). В это же время декодер атрибутов определяет режим отображения соответствующего ASCII-символа: стандартный, мигающий, инверсный, высокой яркости, а для цветных мониторов определяет цвет символа и цвет фона. Генератор сигналов отвечает за превращение битовых потоков, поступающих из регистра сдвига и генератора атрибутов, в информационные и синхронизирующие сигналы, которые поступают на монитор, формируя собственно изображение. В зависимости от режима работы монитора генератор сигналов может вырабатывать аналоговые сигналы или сигналы ТТЛ. В настоящее время практически все цветные графические мониторы управляются аналоговыми видеосигналами.
В графическом режиме (например, в операционной системе Windows) ячейки видеопамяти содержат не ASCII-коды символов, а информацию о цвете каждого пиксела. То есть знакогенератор и его память, которые используются в текстовом режиме, в графическом режиме не задействуются. Например, в монохромной графике используется один бит на пиксел, в 16-цветной графике используются 4 бита на пиксел, в 256-цветной графике — 8 бит на пиксел и т.д. Коды пикселов из видеопамяти передаются контроллером ЭЛТ через знакогенератор без изменений. Затем они поступают непосредственно на сдвиговый регистр и на генератор сигналов. Именно генератор сигналов вырабатывает по командам контроллера ЭЛТ аналоговые или ТТЛ-видеосигналы (наряду с сигналами синхронизации).
Видео BIOS
Существует еще одна компонента классического видеоадаптера, о которой пока не говорилось, — это видео BIOS. Для работы в текстовом и графическом режимах контроллеру ЭЛТ требуются различные наборы команд. Поскольку необходимые для настройки видеосистемы и управления контроллером ЭЛТ команды зависят от конкретной модели видеокарты, то для функционирования видеосистемы невозможно полагаться только на прикладное программное приложение или системную BIOS. Поэтому, начиная с видеоадаптеров EGA, в видеокартах стала применяться своя микросхема ПЗУ для хранения базовой системы ввода-вывода (BIOS), необходимой для конкретной модели контроллера дисплея. В архитектуре современных персональных компьютеров 128 Кбайт (диапазон COOOOh—DFFFFh) в пределах первого мегабайта отводится под ПЗУ плат расширения, таких как контроллеры накопителя на жестком диске и видеоадаптеры. Системная BIOS в период прохождения тестов самодиагностики (POST) опознает и инициализирует видео BIOS.