44605 (Видеоадаптеры)

Видеоадаптер

Видеоподсистема любого компьютера состоит из двух частей - видеоадаптера, вставляемого в разъем расширения на системной плате и дисплея, подключаемого к видеоадаптеру.

Видеоадаптер может быть оформлен в виде отдельной платы, вставляемой в слот расширения компьютера, или может быть расположен непосредственно на системной плате компьютера.

Видеоадаптер включает в себя видеопамять, в которой хранится изображение, отображаемое в данный момент на экране дисплея, постоянное запоминающее устройство, в котором записаны наборы шрифтов, отображаемые видеоадаптером в текстовых и графических режимах, а также функции BIOS для работы с видеоадаптером. Кроме того, видеоадаптер содержит сложное управляющее устройство, обеспечивающее обмен данными с компьютером, формирование изображения и некоторые другие действия.

Видеоадаптеры могут работать в различных текстовых и графических режимах, различающихся разрешением, количеством отображаемых цветов и некоторыми другими характеристиками.

Сам видеоадаптер не отображает данные. Для этого к видеоадаптеру необходимо подключить дисплей. Изображение, создаваемое компьютером, формируется видеоадаптером и передается на дисплей для предоставления ее конечному пользователю.

Видеоадаптер предназначен для хранения видеоинформации и ее отображения на экране монитора. Он непосредственно управляет монитором, а также процессом вывода информации на экран с помощью изменения сигналов строчной и кадровой развертки ЭЛТ монитора, яркости элементов изображения и параметров смешения цветов. Основными узлами современного видеоадаптера являются собственно видеоконтроллер (как правило, заказная БИС — ASIC), видео BIOS, видеопамять, специальный цифроаналоговый преобразователь RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter), кварцевый генератор (один или несколько) и микросхемы интерфейса с системной шиной (ISA, VLB, PCI, AGP или другой). Важным элементом видеоподсистемы является собственная память. Для этой цели используется память видеоадаптера, которая часто также называется видеопамятью, или фрейм-буфером, или же часть оперативной памяти ПК (в архитектуре с разделяемой памятью UMA).

Все современные видеоподсистемы могут работать в одном из двух основных видеорежимов: текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора разбивается на отдельные символьные позиции, в каждой из которых одновременно может выводиться только один символ. Для преобразования кодов символов, хранимых в видеопамяти адаптера, в точечные изображения на экране служит так называемый знакогенератор, который обычно представляет собой ПЗУ, где хранятся изображения символов, «разложенные» по строкам. При получении кода символа знакогенератор формирует на своем выходе соответствующий двоичный код, который затем преобразуется в видеосигнал. Текстовый режим в современных операционных системах используется только на этапе начальной загрузки.

Видеопамять.

Тут два вопроса: сколько, и какого типа? Что касается объема, то это – не менее двух мегабайт. Причем объем требуемой памяти напрямую связан с разрешением, с которым планируется работать, и глубиной представления цвета.

Разрешение. Количество пикселей, представленное битами в видеопамяти, или адресуемое разрешение. Видеопамять может организовываться соотношением пикселов (битов) по оси x (пикселы на строке) к числу пикселов по оси y (столбцы) и к размеру отводимой памяти на представление глубины цвета. Стандартная видеопамять VGA 640 пикселов на 480 пикселов и, обычно, с глубиной представления цвета 8 бит. Чем выше разрешение, тем более детально изображение, и тем больше нужно хранить о нем информации. Но не вся хранимая информация может быть отображена на дисплее.

Пиксель. Комбинированный термин, обозначающий элемент изображения, который является наименьшим элементом экрана монитора. Другое название - pel.

Изображение на экране состоит из сотен тысяч пикселей, объединенных для формирования изображения. Пиксель является минимальным сегментом растровой строки, которая дискретно управляется системой, образующей изображение. С другой стороны, это координата, используемая для определения горизонтальной пространственной позиции пикселя в пределах изображения. Пиксели на мониторе - это светящиеся точки яркого фосфора, являющиеся минимальным элементом цифрового изображения. Размер пикселя не может быть меньше точки, которую монитор может образовать. На цветном мониторе точки состоят из групп триад. Триады формируются тремя различными фосфорами: красным, зеленым и синим. Фосфоры располагаются вдоль сторон друг друга. Пиксели могут отличаться размерами и формой, в зависимости от монитора и графического режима. Количество точек на экране определяются физическим соотношением ширины к высоте трубки.

И вот почему:

Что касается типа видеопамяти, то рекомендуется использовать видеоадаптеры с SGRAM, VRAM, WRAM или MDRAM..

Немного технических подробностей.

Прежде чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее.
Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.

Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать.

Рассмотрим подробнее этапы следования данных от центрального процессора системы до монитора.

1. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера.

2. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров - это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера: графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например, движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения. Например, используют различные типы памяти с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например, VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамятью, используя 32-разрядную, 64-разрядную или 128-разрядную видеошину.

Один из вариантов - использовать двухпортовую видеопамять.
Т.е. графический процессор осуществляет чтение из видеопамяти или запись в нее через один порт, а RAMDAC осуществляет чтение данных из видеопамяти, используя второй независимый порт. В результате графическому процессору больше не надо ожидать, пока RAMDAC завершит свои операции с видеопамятью, и наоборот, RAMDAC больше не требуется ожидать, пока графический процессор не завершит свою работу с видеопамятью.
Другим методом для увеличения производительности является увеличение разрядности шины, через которую графический процессор и RAMDAC обмениваются данными с видеопамятью.

Но самым распространенным на сегодняшний день методом оптимизации работы видеоадаптеров является применение повышенной тактовой частоты, на которой работает графический процессор, видеопамять и RAMDAC, что позволяет увеличить скорость обмена информацией между компонентами платы.

RAMDAC

принципы работы и параметры

RAMDAC имеет два режима работы. В первом режиме чипсет оперирует данными цветовой гаммы или палитры (palletized data). В этом режиме 8 битные данные конвертируются в RGB цвета. Каждому из 256 возможных значений цвета соответствует положение в цветовой палитре, которая размещается в DAC (цифро-аналоговый преобразователь). Цветовая палитра формируется и хранится в RAM (память с произвольной выборкой) - отсюда и название RAMDAC - и может быть загружена с любой комбинацией цветов. Каждый раз, когда новый пиксел передается в DAC для отображения на экране, значение передаваемых данных используется в качестве указателя на положение в палитре, информация из палитры, используется в качестве значения цвета для DAC. Палитра, хранящаяся в RAM, имеет 256 позиций, каждая из которых хранит 24 бита данных о цвете, по 8 бит для каждого из трех основных составляющих цветов Red, Green и Blue. Емкость RAM соответстует значению 256 х 24 = 6144 бит или 768 байт. Для RAM используется стандартная память, изготовленная по технологии DRAM и интегрированная вместе с графическим контроллером и DAC в одну микросхему, иначе говоря - в один силикон (кремний).

Кстати, технология включения RAM для DAC в графический чипсет не имеет никакого отношения к так называемой Embedded RAM (Встраиваемая память). Последняя используется в качестве локальной памяти (Local Memory), так же называемой буфером кадра.

Во втором режиме RAMDAC оперирует цветовыми данными. В этом режиме (при 16, 24 или 32 бит представлении цвета) данными является RGB цвет. Например, при 16 битном представлении цвета, 5 бит определяют красный (Red), 6 бит зеленый (Green) и 5 бит синий (Blue) цвета. Для зеленого цвета используется больше бит, так как человечиский глаз более чувствителен к зеленому. При 24 или 32 бит представлении цвета, для каждого из цветов используется по 8 бит данных. В этом режиме данные, определяющие цвет, передаются непосредственно в DAC без использования RAM, т.е. не используются загружаемые палитры и данные передаются напрямую из видеопамяти. Так как RAM не задействована, то нет и ограничения в 205 MHz для частоты, на которой работает DAC. Единственным ограничением является максимально возможная скорость работы DAC.

Выбор режима работы RAMDAC происходит так: операционная система Windows95/98/NT или приложение сообщает о требуемом режиме драйверу видеоадаптера, который и переводит RAMDAC в один или другой режим работы. Утилита управления режимами монитора (Display Control Panel) в Windows предоставляет возможность выбора между 8, 16 или 24/32 бит представлением цвета. Это и есть способ, с помощью которого Windows выбирает режим работы RAMDAC. Приложение, которое запускается на полный экран может устанавливать любой, требуемый ему режим, главное, чтобы этот режим поддерживался видеоадаптером.

Операционная система или драйвер делают запрос, чтобы определить разрешение, глубину цвета и частоту обновления экрана. Драйвер может либо реализовать полученный ответ, либо вернуть сообщение, о том, что запрошенный режим не поддерживается или невозможен. В этом случае операционная система или приложение должны попробовать запросить установки другого видеорежима.

Выбор режима работы RAMDAC никак не связан с типом используемой видеопамяти.

Выбор режима, в которм работает RAMDAC, зависит от количества возможных цветов. DAC имеет разрядность 8*8*8 бит, т.е. по 8 бит на каждый RGB цвет, что соответствует способности отображать 16777216 (16М) цветов. При 8 битном представлении цвета, для палитры может использоваться 256 из 16 миллионов возможных цветов. При использовании данных цветовой гаммы (палитры), активными являются только 256 цветов, которые могут отображаться на экране в любой произвольно выбранный момент времени. Впрочем, палитра может быть изменена приложением в любой момент. При 8 битной глубине представления цвета, за загрузку палитры отвечает каждое приложение. При 16 битном цвете, имеется фиксированный набор цветов и для отображения могут использоваться любые цвета из 65536 (64К) доступных. При 24 или 32 битном цвете, DAC может отображать любой из 16 миллионов (16М) возможных цветов.