Поиск по базе сайта:
Тема 11. Відеоадаптер icon

Тема 11. Відеоадаптер




Скачати 207.9 Kb.
НазваТема 11. Відеоадаптер
Дата конвертації15.11.2012
Розмір207.9 Kb.
ТипДокументи
1. /AKC/БЛАНК_контролю_нау.doc
2. /AKC/КОНТРОЛЬНА_АКС.doc
3. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/01_ЛЕКЦIЯ__1.doc
4. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/02_ЛЕКЦIЯ__2.doc
5. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/03_ЛЕКЦIЯ__3.doc
6. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/04_ЛЕКЦIЯ__4.doc
7. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/05_ЛЕКЦIЯ__5.doc
8. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/06_ЛЕКЦIЯ__6.doc
9. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/07_ЛЕКЦIЯ__7.doc
10. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/01_x86.doc
11. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/02_Поколiння_процесорiв_з_1_по_7.doc
12. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/03_Процесори_молодших_поколiнь.doc
13. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/04_Мiкропроцесори_шостого_поколiння.doc
14. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/05_Архiтектура_IA64.doc
15. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/06_Огляд_сучасних_процесорiв.doc
16. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_00_ЛЕКЦIЯ__8.doc
17. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_ПРОЦЕСОРИ_мат.doc
18. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_Типи процесорiв.doc
19. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_01_ОРГАНIЗАЦ_ПАМ+.doc
20. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_02_ДИНАМIЧНА_ПАМ+.doc
21. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_03_ТАЙМIНГИ+.doc
22. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_а_ЛЕКЦIЯ_ОП.doc
23. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_б_ЛЕКЦIЯ_Таймiнги.doc
24. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_в_ЛЕКЦIЯ_Огляд_ОП.doc
25. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_00_Фiзична структура HDD.doc
26. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_01_НАКОПИЧУВАЧI_+.doc
27. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_02_ЛЕКЦIЯ_RAID_.doc
28. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_02_ПРИСТР_ЗБЕРЕЖ_ДАНИХ_1+.doc
29. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_03_IDE.doc
30. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_04_SCSI_.doc
31. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01_ШИНИ_розширення.doc
32. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01а_PCI.doc
33. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01б_PCI_express.doc
34. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_00_Iнтерфейси.doc
35. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_01_СОМ.doc
36. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_02_LPT.doc
37. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_03+06_Iнтерфейси.doc
38. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_04_USB+FireWire.doc
39. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_05_Fibre Channel.doc
40. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_07_Bluetooth.doc
41. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_08_IrDa.doc
42. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_00_Вiдесистема.doc
43. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_00_вiдеоадаптер.doc
44. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_01_Аудио_ГУК_Р12.doc
45. /AKC/ПИТАННЯ+модуль2+акс.doc
46. /AKC/ПИТАННЯ_МОДУЛЬ_ь1+.doc
47. /AKC/тесты с ответами.doc
Національний авіаційний унуверситет
Завдання на контрольну роботу завданям курсової роботи з дисципліни «Архітектура комп’ютерних систем»
Тема 1 Класичні основи побудови еом. Покоління комп’ютерів
Тема 2 Основні архітектури кс
Тема: Системні ресурси Системними ресурсами
Тема: Системні ресурси. (продовження) Система переривань
Тема: Системні ресурси (продовження) Прямий доступ до пам'яті dma
1. Поняття системної плати
Тема організація введення-виведення І bios
X86 Intel 80x86
Архітектура і мікроархітектура процесорів. Покоління процесорів
Мікропроцесори фірми Intel молодших поколінь
Мікропроцесори шостого покоління
Архітектура ia-64
Arhitektura komp system
Рис 1 Верхній рівень структурної організації комп‘ютера
Зміст Введення
Тип процессора Микро-архитектура
Підсистеми пам'яті
Динамічне озп. Конструктивні особливості
Таймінги пам'яті поняття «таймінгів»
Тема 12. Класифікація запам’ятовуючих пристроїв. Типи оперативної пам’яті план лекції Поняття «пам’ять еом»
Тема 13. Таймінги
Arhitektura komp system
Тема 14. Фізична структура жорсткого диску
Жорсткі диски. Введення 2 Фізичний пристрій жорсткого диска 2
Raid-масиви початкового рівня Що таке raid?
Устройства хранения данных
Интерфейс ide ata/atapi и sата
Arhitektura komp system
8. pci/pci-x
Шини pci/pci-x
Шина pci express Шина pci express
Usb fireWire ps/2 ata (ide)/ атарі
Інтерфейс rs-232C — com-порт
Паралельний інтерфейс — lpt-порт
Універсальна послідовна шина
Usb (Universal Serial Bus універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури рс, орієнтованим на інтеграцію з телефонією І пристроями побутової електроніки. Версія 1
Fibre Channel Fibre Channel
Arhitektura komp system
Arhitektura komp system
Arhitektura komp system
Тема 11. Відеоадаптер
Img src= 44 html 2f3a33e
Питання до модуля №2
2) Основні компоненти машини фон Неймана 3) Які покоління комп’ютерів характеризуються децентралізацією управління процедурами вводу-виводу (системи переривання програм)
Які принципи програмно-керованих еом не використовувалися Нейманом

ТЕМА 11. Відеоадаптер

План лекції

  1. Принцип роботи відеоадаптера.

  2. Характеристики відеоадаптерів.

  3. Шини для підключення відеоадаптерів.

  4. Відеопам'ять.

  5. Технології відеопам'яті.


1.Принцип роботи відеоадаптера

Відеокарта (відома також як графічна плата, графічна карта, відеоадаптер) (англ. videocard) - пристрій, що перетворює зображення, що знаходиться в пам'яті комп'ютера, у відеосигнал для монітора.

Зазвичай відеокарта є платою розширення і вставляється в роз'єм розширення, універсальний (ISA, VLB, PCI, PCI-Express) або спеціалізований (AGP), але буває і вбудованою (інтегрованою).

Відеокарта - дуже важливий компонент в системному блоці комп'ютера. Вона виводить зображення на екран вашого монітора. І чим краще відеокарта - тим швидше і якісно буде це зображення виводитися (зокрема, в іграх).

Сучасні відеокарти не обмежуються простим виведенням зображення, вони мають вбудований графічний мікропроцесор, який може виробляти додаткову обробку, розвантажуючи від цих завдань центральний процесор комп'ютера. Наприклад, всі сучасні відеокарти NVIDIA і AMD(ATI) підтримують додатки OPENGL на апаратному рівні.

Принцип роботи відеоадаптера виглядає так:

Центральний процесор комп'ютера формує зображення (кадр) у вигляді масиву даних і записує його у відеопам'ять, а конкретно - в кадровий буфер. Після цього частина відеочіпа яка називається графічним контроллером, послідовно, біт за бітом, рядок за рядком, прочитує вміст кадрового буфера і передає його RAMDAC. Він у свою чергу формує аналоговий RGB-сигнал, який разом з сигналами синхронізації передається на монітор.

Кількість рядків, що відображують, в секунду називається рядковою частотою розгортки. А частота, з якою міняються кадри зображення, називається кадровою частотою розгортки. Остання не має бути нижче 60 Гц, інакше зображення мерехтітиме. Частота RAMDAC говорить про те, який максимальний дозвіл при якій частоті кадрової розгортки може підтримувати відеоадаптер. Від можливостей RAMDAC (частота, розрядність і так далі) залежить якість отримуваного зображення.

Продуктивність відеокарти багато в чому залежить від продуктивності відеопроцесора (надалі ми говоритимемо: відеочіпа) і від продуктивності відеопам'яті: наскільки б не був швидкий процесор, якщо йому повільно поставляють дані, його ефективна продуктивність падає.

Складові частини відеокарти:

Практично всі сучасні відеокарти складаються з наступних основних компонент:

· Графічний процесор

· Відеопам'ять.

· набір мікросхем (відеочіпсет).

· Інтерфейс введення-виведення.

· Video BIOS.

· Тактові генератори.

Графічний процесор (Graphics processing unit - графічний процесорний пристрій) - займається розрахунками зображення, що виводиться, звільняючи від цього обов'язку центральний процесор, виробляє розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Є основою графічної плати, саме від нього залежать швидкодія і можливості всього пристрою. Сучасні графічні процесори по складності мало чим поступаються центральному процесору комп'ютера, і частенько перевершують його як по числу транзисторів, так і по обчислювальній потужності, завдяки великому числу універсальних обчислювальних блоків.

Як і будь-який мікропроцесор, графічний чіп має наступні параметри:

Технологія виготовлення.

Більшість відеочіпів зроблена за технологією 0,25 або 0,18 мкм, 0,13 мкм. Зменшення техпроцесса, як ми знаємо, дозволяє збільшити частоту і зменшити тепловиділення.

Шина відеопам'яті.

Чіп пов'язаний з локальною відеопам'яттю внутрішньою шиною. Її ширина є важливим швидкісним параметром і, зрозуміло, збігається з шириною інтерфейсу чіпа і пам'яті. В даний час у більшості чіпів складає 128 біт, в дешевих виробів - 64 біта, в останніх виробів - 256 біт. Цей параметр часто включається в назву чіпа (Riva128 - 128 біт; GeForce256 - 256 біт).

Відеоконтроллер - відповідає за формування зображення у відеопам'яті, дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Окрім цього, зазвичай присутні контроллер зовнішньої шини даних (наприклад, PCI або AGP), контроллер внутрішньої шини даних і контроллер відеопам'яті. Ширина внутрішньої шини і шини відеопам'яті зазвичай більше, ніж зовнішньою (64, 128 або 256 розрядів проти 16 або 32), в багато відеоконтроллерів вбудовується ще і RAMDAC. Сучасні графічні адаптери (ATI, nVidia) зазвичай мають не менше двох відеоконтроллерів, що працюють незалежно один від одного і керівників одночасно одним або декількома дисплеями кожен.

Сучасні відеокарти комплектуються пам'яттю типа DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 і GDDR5. Слід також мати на увазі, що окрім відеопам'яті, що знаходиться на відеокарті, сучасні графічні процесори зазвичай використовують в своїй роботі частину загальної системної пам'яті комп'ютера, прямий доступ до якої організовується драйвером відеоадаптера через шину AGP або PCIE.

RAMDAC – Ran Цифро-аналоговый перетворювач (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) - служить для перетворення зображення, що формується відеоконтроллером, в рівні інтенсивності кольори, що подаються на аналоговий монітор. Можливий діапазон колірності зображення визначається лише параметрами RAMDAC. Частіше всього RAMDAC має чотири основні блоки - три цифроаналогові перетворювачі, поодинці на кожен колірний канал (червоний, зелений, синій, RGB), і SRAM для зберігання даних про гамму. Більшість ЦАП мають розрядність 8 біт на канал - виходить по 256 рівнів яскравості на кожен основний колір, що в сумі дає 16,7 млн. кольорів (а за рахунок гамми є можливість відображувати початкові 16,7 млн. кольорів в набагато більший колірний простір). Деякі RAMDAC мають розрядність по кожному каналу 10 біт (1024 рівні яскравості), що дозволяє відразу відображувати більше 1 млрд. кольорів.

ВІДЕО-ПЗП (Video ROM) - постійний пристрій, що запам'ятовує, в який записані видео-BIOS, екранні шрифти, службові таблиці і тому подібне ПЗП не використовується відеоконтроллером безпосередньо - до нього звертається лише центральний процесор. Що зберігається в ПЗП відео-BIOS забезпечує ініціалізацію і роботу відеокарти до завантаження основної операційної системи, а також містить системні дані, які можуть читатися і інтерпретуватися відеодрайвером в процесі роботи (залежно від вживаного методу розділення відповідальності між драйвером і BIOS). На багатьох сучасних картах встановлюються електрично перепрограмовані ПЗП (EEPROM, Flash ROM), що допускають перезапис відео-BIOS самим користувачем за допомогою спеціальної програми.

Система охолоджування - призначена для збереження температурного режиму відеопроцесора і відеопам'яті в допустимих межах.

Правильна і повнофункціональна робота сучасного графічного адаптера забезпечується за допомогою відеодрайвера - спеціального програмного забезпечення, що поставляється виробником відеокарти і завантажуваного в процесі запуску операційної системи. Відеодрайвер виконує функції інтерфейсу між системою із запущеними в ній застосуваннями і відеоадаптером. Так само як і відео-BIOS, відеодрайвер організовує і програмно контролює роботу всіх частин відеоадаптера через спеціальні регістри управління, доступ до яких відбувається через відповідну шину.

Відео BIOS - постійна пам'ять, в яку записані екранні шрифти, службові таблиці і тому подібне Цей BIOS не використовується відеоконтроллером безпосередньо - до нього звертається лише центральний процесор, і в результаті виконання ним підпрограм BIOS, що зберігаються, відбувається звернення до відеоконтроллера і відеопам'яті. BIOS необхідний лише для первинного запуску адаптера і роботи в режимі MS DOS.

Крім того, на відеокарті зазвичай розміщуються один або декілька роз'ємів для внутрішніх з'єднань. Один з них носить назву Feature Connector і служить для надання зовнішнім пристроям доступу до відеопам'яті і зображення. До цього роз'єму може підключатися телеприймач, апаратний декодер MPEG, пристрій введення зображення і тому подібне Hа деяких платах передбачені окремі роз'єми для подібних пристроїв.

До всього цього, одним з важливих параметрів є інтерфейс підключення, тобто до якої шини підключається відеоадаптер. Перші відеоадаптери підключалися до шини XT-bus, пізніше вони сталі підключаться до ISA. Ви напевно пам'ятаєте їх характеристики (16 біт, 8МГц). Певний час така продуктивність задовольняла більшість користувачів, але з появою продуктивніших відеочіпів було потрібно ще більшу продуктивність. Спочатку фірма IBM спробувала монополізувати ринок високопродуктивних відеосистем, розробивши шину MCA (Microchannel architecture - мікроканальна архітектура). Її продуктивність була набагато вища - до 40 Мб/с(32 біт і 10 Мгц). Але ця шина не набула поширення з кількох причин, по-перше несумісність з існуючими шинами, по-друге маркетингова політика самої фірми IBM - вони нікому не продавали ліцензію на випуск продукції для цієї шини.

Пізніше відеоадаптери підключалися до шини VESA Local Bus, і справжній прорив продуктивності удалося здійснити лише при появі шини PCI. Проте її можливостей все одно не вистачало, і фірма Intel розробила шину AGP (Accelerated Graphics Port), яка, по суті, є окремим каналом між відеоадаптером і пам'яттю комп'ютера. У перших версіях цієї шини підтримувалися режими 1х і 2х, в другій версії з'явився режим 4х, а в другому кварталі 2002 року готується до випуску наступний, 3-й стандарт AGP - 8х.




Рис.1 Схема відеоадаптера


2.Характеристики відеоадаптерів

Ширина шини пам'яті, вимірюється в бітах - кількість біт інформації, передаваємої за такт. Важливий параметр в продуктивності карти.

Об'єм відеопам'яті, вимірюється в мегабайтах - об'єм вбудованої оперативної пам'яті відеокарти.

Частоти ядра і пам'яті - вимірюються в мегагерцах, чим більше, тим швидше відеокарта оброблятиме інформацію.

Техпроцес - технологія виготовлення основних мікросхем відеокарти, вказується характерний розмір, вимірюваний в нанометрах (нм), сучасні мікросхеми випускаються по 90-, 80- 65 або 55-нм нормам техпроцесса. Чим менше даний параметр, тим більше елементів можна умістити на кристалі мікросхеми.

Швидкість текстури і піксельного заповнення, вимірюється в млн. пікселів в секунду, показує кількість інформації, що виводиться, в одиницю часу.

Виходи карти - спочатку відеоадаптер мав всього один роз'єм VGA (15-контактний D-Sub). В даний час плати оснащують одним або двома роз'ємами DVI або HDMI, або Display Port. Порти D-SUB, DVI і HDMI є еволюційними стадіями розвитку стандарту передачі відеосигналу, тому для з'єднання пристроїв з цими типами портів можливе використання перехідників. Dispay Port дозволяє підключати до чотирьох пристроїв, у тому числі акустичні системи, USB-концентраторы і інші пристрої введення-виводу. На відеокарті також можливе розміщення композитних і S-Video відеовиходів і відеовходів (позначаються, як ViVo)

Зараз на ринку існують два виробники дискретних графічних процесорів - NVIDIA і ATI/AMD. Треба відмітити, що самі компанії не продають відеокарти - цим займаються їх партнери (такі, як ASUS, Gigabyte, MSI Albatron, BFG, EVGA, Gigabyte, His, Leadtek і ін.).


3.Шини для підключення відеоадаптерів

Одним з важливих параметрів є інтерфейс підключення, тобто до якої шини підключається відеоадаптер. Перші відеоадаптери підключалися до шини XT-bus, пізніше вони сталі підключаться до ISA. Ви напевно пам'ятаєте їх характеристики (16 біт, 8МГц). Певний час така продуктивність задовольняла більшість користувачів, але з появою продуктивніших відеочіпів було потрібно ще більшу продуктивність. Спочатку фірма IBM спробувала монополізувати ринок високопродуктивних відеосистем, розробивши шину MCA (Microchannel architecture - мікроканальна архітектура). Її продуктивність була набагато вища - до 40 Мб/с(32 біт і 10 Мгц). Але ця шина не набула поширення з кількох причин, по-перше несумісність з існуючими шинами, по-друге маркетингова політика самої фірми IBM - вони нікому не продавали ліцензію на випуск продукції для цієї шини.

Пізніше відеоадаптери підключалися до шини VESA Local Bus, і справжній прорив продуктивності удалося здійснити лише при появі шини PCI. Проте її можливостей все одно не вистачало, і фірма Intel розробила шину AGP (Accelerated Graphics Port), яка, по суті, є окремим каналом між відеоадаптером і пам'яттю комп'ютера. У перших версіях цієї шини підтримувалися режими 1х і 2х, в другій версії з'явився режим 4х, а в другому кварталі 2002 року готується до випуску наступний, 3-й стандарт AGP - 8х. Також фірмою Intel просувається стандарт AGP Pro. Цей стандарт передбачає можливість управління живленням, спеціально для карт з великим енергоспоживанням. Передбачається наявність двох типів карт - High Power (50:110Вт) і Low Power (25:50Вт), ці карти вимагають різне охолоджування, і їх конструкція не дозволяє встановлювати інші плати розширення в сусідніх з AGP слоти PCI.


4.Відеопам'ять

У графічному режимі є можливість індивідуального управління свіченням кожної точки екрану монітора незалежно від стану останніх. Цей режим позначають як APA (All Points Addressable - всі точки адресовані). У графічному режимі кожній точці екрану пікселу відповідає елемент спеціальної пам'яті, яка сканується схемами адаптера синхронно з рухом променя монітора. Ета постійно циклічно сканована (з кадровою частотою) пам'ять називається відеопам'яттю (Video Memory), або VRAM (Video RAM). Останнє скорочення можна сплутати з назвою спеціалізованих мікросхем динамічної пам'яті, оптимізованої саме під дане вживання.



Рис.2 Карта відеоадаптера

Процес постійного сканування відеопам'яті називається регенерацією зображення, і, на щастя, цього ж сканування виявляється достатнім для регенерації інформації мікросхемам динамічної пам'яті, вживаної в цьому вузлі. Для програмно-керованої побудови зображень до відеопам'яті також повинен забезпечуватися доступ і з боку системної магістралі комп'ютера, причому як по запису, так і по читанню. Кількість біт відеопам'яті, що відводиться на кожен піксел, визначає можливе число станів піксела кольорів, градацій яскравості або інших атрибутів (наприклад, мерехтіння). Так при одному біті на піксел можливо лише два стани: світиться або не світиться. При двох бітах на піксел можна було мати одночасно чотири кольори на екрані. Чотири біта на піксел (16 кольорів), забезпечувані адаптером EGA, були достатні для багатьох графічних застосувань (наприклад, графіка в САПРах). Межею мріянь свого часу було 256 кольорів (8 біт на піксел), як в адаптера VGA. Зараз зупинилися на режимах High Color (15 біт - 32768 кольорів або 16 біт - 65536 кольорів), а для професіоналів - True Color - "вірний колір" (24 біт - 16.7 млн. кольорів), що реалізовуються сучасними адаптерами і моніторами SVGA. 15 і 24 біти розподіляються між базисними кольорами R:G:B порівну (5:5:5 і 8:8:8), 16 біт з врахуванням особливостей цветовосприятия нерівномірно (5:6:5 або 6:6:4).

Логічно відеопам'ять може бути організована по-різному, залежно від кількості біт на піксел, але в будь-якому разі має місце відображення матриці пікселів екрану на біти відеопам'яті Bit Mapping. Растровий формат зберігання зображень, при якому біти так чи інакше відображують піксели, називається бітовою картою (Bit-Map). З точки зору щільності зберігання графічної інформації цей формат не найефективніший, але у відеопам'яті растрового дисплея із-за напруженості з часом при регенерації зображення інший формат неприйнятний. Об'єм відеопам'яті (у бітах), потрібний для зберігання образу екрану, визначається як твір кількості пікселів в рядку на кількість рядків і на кількість біт на піксел. Так для режиму 800 x 600 x 256 кольорів потрібно 480000 біт або близько 469 Кб, а для режиму 1024 x 768 True Color - 2.25 Мб. Якщо фізичний об'єм відеопам'яті перевищує необхідний для відображення матриці всього екрану, відеопам'ять можна розбити на сторінки області відеопам'яті, в яких уміщаються образи цілого екрану.

Формування бітової карти зображення у відеопам'яті графічного адаптера виробляється під управлінням програми, що виконується центральним процесором. Сама по собі завдання формування процесору сповна під силу, але при її рішенні потрібна пересилка великого об'єму інформації у відеопам'ять, а для багатьох побудов ще і читання відеопам'яті з боку процесора. Відеопам'ять велику частину часу зайнята видачею інформації схемам регенерації зображення в досить напруженому темпі. Від цього процесу вона вільна лише під час зворотного ходу світивши по рядку і кадру, але це менша частина часу. Якщо звернення до активної сторінки відеопам'яті з боку процесора відбувається під час прямого ходу, і швидкодії схем адаптера недостатньо для того, щоб це звернення вписалося між сусідніми вибірками процесу регенерації, на екрані з'явиться штрих від неліченої інформації пікселів. Якщо таке звернення відбувається часто, на екрані з'являється "сніг", що неприємно. Чекати зворотного ходу по рядку або кадру невигідно: рядковий період коротких (декілька мікросекунд) інтервалів зворотного ходу має порядок 25 мкс, а кадровий період довгого (мілісекунди) зворотного ходу має порядок 20 мс, тоді як цикл звернення процесора до звичайної пам'яті не перевищує сотень (а в сучасних комп'ютерів десятків) Наносекунди. Отже канал зв'язку процесора з відеопам'яттю є вузькою шийкою, через яку намагаються проштовхнути чималий потік даних. Причому ніж вищий дозвіл екрану і ніж більше кольорів (біт на піксел), тим цей потік має бути інтенсивніше. Звичайно, при виведенні статичної картинки це начеб і не страшно, але "оживити" зображення виявляється проблематично.

Виходів з цієї скрути є декілька. По-перше, підвищують швидкодію відеопам'яті. По-друге, розширюють розрядність шин графічного адаптера, причому як внутрішньою (шини відеопам'яті), так і інтерфейсною, і застосовують високопродуктивні шини (локальну VLB, PCI або AGP). Розширення розрядності дозволяє за один цикл звернення передати більшу кількість біт даних і підвищити продуктивність. Проте якщо в адаптера, наприклад, VGA, розрядність інтерфейсної шини 16 біт, а встановлений мінімальний об'єм пам'яті, при якому використовується лише 8 біт, то ефективна розрядність інтерфейсу виявиться всього 8 біт. Цим пояснюється не зовсім очевидний факт, що продуктивність графічного адаптера залежить від об'єму встановленої відеопам'яті. По-третє, підвищити швидкість відеопобудов можна вживанням кешування відеопам'яті або тіньової відеопам'яті, що, по суті, майже одне і те ж. В цьому випадку при записі в область відеопам'яті дані будуть записані як у відеопам'ять, так і в ОЗУ (або навіть в кеш), а при прочитуванні з цієї області звернення буде лише до швидкодіючого ОЗА. І, по-четверте, можна принципово скоротити об'єм інформації, передаваної графічному адаптеру, але для цього графічний адаптер має бути наділений "інтелектом". У сучасних комп'ютерах використовуються всі ці рішення.

Під інтелектом графічного адаптера мається на увазі наявність на його платі власного процесора, здатного формувати растрове зображення у відеопам'яті (bit-map) по командах, отриманих від центрального процесора. Команди орієнтуються на найчастіше використовувані методи опису зображень, які будуються з окремих графічних елементів більш високого рівня, ніж піксели.

Команди малювання (Drawing Commands) забезпечують побудову графічних примітивів крапки, відрізання прямої, прямокутника, дуги, еліпса. Примітиви такого типа в командах описуються у векторному вигляді, що набагато компактнее, чим їх растровий образ. Таким чином, удається значно скоротити об'єм передаваної графічної інформації за рахунок вживання ефективнішого способу опису зображень.

До команд малювання відноситься і заливка замкнутого контура, заданого в растровому вигляді, деяким кольором або узором (pattern). Вона прискорюється особливо ефективно: при програмній реалізації процесор повинен проглянути вміст відеопам'яті довкола заданої точки, рухаючись по всіх напрямах до виявлення кордону контура і змінюючи колір пікселів на своїй дорозі. При цьому потрібне читання великого об'єму даних відеопам'яті, їх аналіз і запис модифікованих даних назад у відеопам'ять. Процесор інтелектуального адаптера здатний виконати цю операцію швидко і не виходячи з цим потоком даних на зовнішню магістраль. Копіювання блоку з одного місця екрану на інше застосовується для "прокрутки" зображення екрану у різних напрямах. Ця команда зводиться до пересилки блоку біт BitBlT (Bit Block Transferring), і ця операція інтелектуальним адаптером може бути сильно прискорена. Для формування курсора на графічному екрані застосовують команди роботи із спрайтом. Спрайт (Sprite) - невеликий прямокутний фрагмент зображення, який може переміщатися по екрану як єдине ціле. Перед використанням його програмують, визначають розмір і його растрове зображення, після чого він може переміщатися по екрану, для чого досить лише вказувати його координати. Апаратна підтримка вікон (Hardware Windowing) спрощує і прискорює роботу з екраном в багатозадачних (багатовіконних) системах. На традиційному графічному адаптері за наявності декількох, вікон, що можливо перекривають один одного, програмі доводиться відстежувати координати оброблюваних крапок з тим, аби не вийти за межі свого вікна. Апаратна підтримка вікон спрощує виведення зображень: кожному завданню виділяється своє вікно - область відеопам'яті необхідного розміру, в якому вона працює монопольно.

Вищеописані функції інтелектуального адаптера відносяться до двовимірної графіки (2D). Сучасні графічні адаптери беруть на себе і багато функцій побудови тривимірних зображень. Не вдаючись до подробиць, можна сказати, що тривимірне зображення повинне складатися з ряду поверхонь різної форми. Ці поверхні "збираються" з окремих елементів, частіше за трикутники, кожен з яких має тривимірні координати вершин і опис поверхні (колір, узор). Переміщення об'єктів (або спостерігача) наводить до необхідності перерахунку всіх координат. Для створення реалістичних зображень враховується перспектива просторова і атмосферна (серпанок або туман), освітленість поверхонь і віддзеркалення світла від них, прозорість і багато чинників. Звичайно, для побудови складних зображень графічному адаптеру буде явно тісне в обмеженому об'ємі відеопам'яті. Для забезпечення доступу до основної пам'яті комп'ютера він повинен мати можливість управління шиною (bus mastering). Спеціально для таких адаптерів в 1996 р. з'явився новий канал зв'язку з пам'яттю AGP (Accelerated Graphic Port).

На продуктивність графічної підсистеми впливають декілька чинників:

· швидкість центрального процесора (CPU)

· швидкість інтерфейсної шини (PCI або AGP)

· швидкість відеопам'яті

· швидкість графічного контроллера

Йдучи назустріч новим вимогам, виробники пропонують нові типів пам'яті, розроблені за допомогою звичайних і революційних методів. Вражаючі удосконалення роблять проблему правильного вибору типа пам'яті особливо актуальною і складною.


5.Технології відеопам'яті

Під впливом вимог змін напівпровідникова індустрія пропонує безліч нових інтерфейсів. Деякі об'єднали в собі властивості існуючих інтерфейсів з обмеженим набором змін, інші мають абсолютно новий дизайн і оригінальну архітектуру.

3D RAM:

Вбудовані обчислювальні засоби і кеш-пам'ять, реалізовані на рівні чіпа. Висока оптимізація для використання при виконанні тривимірних операцій.

Технологія робочих станцій для обробки 3D графіки, яка забезпечує таким платам, як Diamond Fire GL 4000 додаткове збільшення продуктивності. Контроллер REALIMAGE забезпечує просування цієї технології на ринок настільних комп'ютерів.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM - динамічне ОЗУ з швидким станичним доступом) - основний тип відеопам'яті, ідентичний використовуваною в системних платах. Використовує асинхронний доступ, при якому сигнали, що управляють, жорстко не прив'язані до тактової частоти системи. Активно застосовувався приблизно до 1996 р. Найбільш поширені мікросхеми FPM DRAM - 4-розрядні DIP і SOJ, а також - 16-розрядні SOJ.

CDRAM:

Попередник 3D RAM зі вбудованим в мікросхему кешем. Працює із зовнішнім контроллером кеш-пам'яті. Ідеально пристосований бути основою для пам'яті текстури і може бути органічним доповненням пам'яті типа 3D RAM з її високою пропускною спроможністю, наприклад, в адаптері Diamond Fire GL 4000. Контроллер REALIMAGE забезпечує просування цієї технології на ринок настільних комп'ютерів.

DRAM:

Відноситься до групи промислових стандартів. Подальші вдосконалення технології DRAM грунтуються на низькій вартості виробництва, але також сталося істотне збільшення пропускної спроможності. За два цикли дані прочитуються в і з пам'яті. На основі цієї технології виробляються деякі з найпоширеніших типів пам'яті.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM - динамічне ОЗУ з розширеним часом утримання даних на виході).

Залежно від графічного контроллера може мати продуктивність на рівні дорожчій двопортовій технології пам'яті, такої, як VRAM, що використовується в графічних контроллерах для систем на базі ОС Windows. Використовує стандартний інтерфейс DRAM, але передача даних в і з пам'яті відбувається з вищою швидкістю (або на вищій частоті). Поліпшення продуктивності досягається за рахунок додаткового зовнішнього чергування даних графічним контроллером (интерливинг).

MDRAM(Multibank DRAM - багато банкове ОЗУ):

Варіант DRAM розроблений фірмою MoSys, організований у вигляді безлічі незалежних банків об'ємом по 32КБ кожен, що працюють в конвеєрному режимі і що використовує розпаралелювання операцій доступу до даних між великою кількістю банків пам'яті RDRAM (RAMBus DRAM) пам'ять використовує спеціальний канал передачі даних (Rambus Channel), що є шиною даних шириною в один байт. По цьому каналу удається передавати інформацію дуже великими потоками, найвища швидкість передачі даних для одного каналу насегодняшний момент складає 1600MB/сек (частота 800MHz, дані передаються по обох зрізах імпульсу). Hа один такий канал можна підключити декілька чіпів пам'яті. Контроллер цієї пам'яті працює з одним каналом Rambus, на одному чіпі логіки можна розмістити чотири таких контроллера, означає теоретично можна підтримувати до 4 таких каналів, забезпечуючи максимальну пропускну спроможність в 6.4GB/сек.

RDRAM:

Можливий претендент на широке поширення і прийняття як стандарт на пам'ять з високою продуктивністю.

Підтримується обмеженим числом графічних контролерів.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM - синхронне динамічне ОЗУ):

Виробляється по стандартах JEDEC, має велику продуктивність, чим DRAM.

Частіше використовується як основна системна пам'ять, голубили в графічних адаптерах. Прийшов на заміну EDO DRAM і інших асинхронних однопортових типів пам'яті. Після того, як вироблено перше читання з пам'яті, або перший запис в пам'ять, подальші операції читання або запису відбуваються з нульовими затримками. Цим досягається максимально можлива швидкість читання і запису даних.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), ESDRAM (Enhanced SDRAM) - синхронне динамічне ОЗУ з подвоєною швидкістю передачі . Відрізняється від SDRAM тим, що до останньої додане невелике статичне ЗУ, виконуюче функції кеш-пам'яті. Використання додаткового кеша дозволяє понизити тимчасові затримки і досягти пікової частоти операцій в 200 Мгц. Мета такого кешування зберігати дані, до яких відбувається часте звернення, і мінімізувати звернення повільнішою DRAM. Пропускна спроможність і швидкість роботи такої комбінації збільшується удвічі також за рахунок того, що при обміні даними між SRAM-кэшем і власне DRAM може бути використана шина більшої ширини, чим між SRAM-кэшем і контроллером DRAM. Найбільшу популярність цей вигляд пам'яті, що розвивається, отримав при виробництві графічних прискорювачів. У вересні 2003 р. на Форуме IDF корпорації Intel розглянутий новий стандарт пам'яті DDR2. Цей стандарт передбачає збільшення швидкості передачі відносно DDR в 4 рази (при пакетному режимі доступу дані передаються 4 разу за 1 такт). Проблема енергоспоживання вирішується зниженням напруги з 2,5 В до 1,8 В. Випуськ модулів DDR2 (DDR2/533) початий з 2004 р. В даний час також випускаються модулі пам'яті: DDR2-667, DDR2-675, DDR2-750, DDR2-667, DDR2-800, DDR2-900, DDR2-100 і DDR2-1066. Проте стандартизовані ще лише DDR2-667 і плануються до стандартизації DDR2-800 [4].

SGRAM (Synchronous Graphics RAM - синхронне графічне ОЗУ):

Варіант DRAM з синхронним доступом. В принципі, робота SGRAM повністю аналогічна SDRAM, але додатково підтримуються ще деякі специфічні функції, типа блокової і масочной запису. На відміну від VRAM і WRAM, SGRAM є один-портовою, проте може відкривати дві сторінки пам'яті як одну, емулюючи двухпортовость інших типів відеопам'яті. Виробляється по стандартах JEDEC, різновид SDRAM, однопортовий. Продуктивність оптимізована для графічних операцій, але при цьому має характеристики, властиві для високошвидкісної пам'яті, дозволяючі використовувати цього типа пам'яті для зберігання текстур і z-буферизации. Забезпечена унікальними властивостями, великими і кращими, ніж в SDRAM, що забезпечують високу швидкість обробки графіки. Ідеально личить для графічних адаптерів з одним недорогим банком пам'яті, що використовується для 2D/3D графіки і цифрового відео.

VRAM (Video RAM - ВІДЕООЗУ):

Так звана два портова DRAM. Цей тип пам'яті забезпечує доступ до даних з боку відразу двох пристроїв, тобто є можливість одночасно писати дані в який-небудь елемент пам'яті, і одночасно з цим читати дані з якого-небудь сусіднього вічка. За рахунок цього дозволяє поєднувати в часі виведення зображення на екран і його обробку у відеопам'яті, що скорочує затримки при доступі і збільшує швидкість роботи. Тобто RAMDAC може вільно виводити на екран монітора раз по раз екранний буфер анітрохи не заважаючи відео чіпу здійснювати які-небудь маніпуляції з даними. Hо проте це все та ж DRAM і швидкість у неї не дуже висока. Технологія двопортової пам'яті, яка все ще залишається кращим рішенням для створення буферів кадру з високою продуктивністю. Не є дешевим рішенням, але для додатків, яким потрібний дозвіл 1280х1024 при дійсному представленні кольору (True color) це кращий з доступних виборів.

Всі перераховані технології, використовувані у відеоадаптерах, відносяться до динамічної оперативної пам'яті, робота якої має ряд особливостей. По-перше, доступ до неї здійснюється досить крупними блоками. По-друге, вона повинна швидко перезаписувати великі об'єми даних без переривання процедури прочитування, оскільки образ картинки, що формується на екрані монітора, постійно прочитується з цієї пам'яті з частотою кадрової розгортки монітора, і одночасно в цю ж пам'ять операційна система здійснює запис, внаслідок чого відбувається зміна зображення.


ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ


СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

  1. Гук М.Ю. Аппаратные средства ІВМ РС. 3-изд. – СПб.: Издательство «Питер», 2008. – 1072 с

  2. http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/ – «Архитектура и организация ЭВМ» Авторы: В.В. Гуров, В.О. Чуканов.

  3. Таненбаум Э, Архитектура компьютера. 5-е изд. – СПб.: Питер, 2007. – 844 с.






Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації