Графи́ческая пла́та

Оглавление

Введение 2

1. История 3

2. Видеопамять 6

3. Для чего используется видеопамять 9

4. Из чего состоит видеокарта 11

5. Основные характеристики видеокарт 14

Заключение 21

Список литературы 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Видеоада́птер (известна также как графи́ческая пла́та, видеока́рта, графи́ческая ка́рта, графический ада́птер) (англ. videocard) — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера или самого адаптера, в иную форму, предназначенную для дальнейшего вывода на экран монитора. В настоящее время эта функция утратила основное значение и в первую очередь под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором - графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется  в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста  чипсета или ЦПУ).

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом  изображения, они имеют встроенный графический процессор, который  может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, все  современные видеокарты Nvidia и AMD (ATi) осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также имеет  место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История

Одним из первых графических  адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 году. Он работал только в  текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и  поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или  графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут  буквы, определялось моделью использовавшегося  монитора. Обычно они были чёрно-белыми, янтарными или изумрудными. Фирма Hercules в 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller — графический адаптер  Геркулес), который имел графическое  разрешение 720×348 точек и поддерживал  две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с  цветом.

Первой цветной видеокартой  стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная IBM и  ставшая основой для последующих  стандартов видеокарт. Она могла  работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 и 80×25 (матрица  символа — 8×8), либо в графическом  с разрешениями 320×200 или 640×200. В текстовых  режимах доступно 256 атрибутов символа  — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был  монохромным. В развитие этой карты  появился EGA (Enhanced Graphics Adapter) — улучшенный графический адаптер, с расширенной  до 64 цветов палитрой, и промежуточным  буфером. Было улучшено разрешение до 640×350, в результате добавился текстовый  режим 80×43 при матрице символа 8×8. Для режима 80×25 использовалась большая  матрица — 8×14, одновременно можно  было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим также позволял использовать при разрешении 640×350 16 цветов из палитры в 64 цвета. Был  совместим с CGA и MDA.

Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и  дополнительный сигнал яркости для  атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и  мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3 или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.

В ранних моделях компьютеров  от IBM PS/2, появляется новый графический  адаптер MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер). Текстовое  разрешение было поднято до 640x400, что  позволило использовать режим 80x50 при  матрице 8x8, а для режима 80x25 использовать матрицу 8x16. Количество цветов увеличено  до 262144 (64 уровня яркости по каждому  цвету), для совместимости с EGA в  текстовых режимах была введена  таблица цветов, через которую  выполнялось преобразование 64-цветного пространства EGA в цветовое пространство MCGA. Появился режим 320x200x256, где каждый пиксел на экране кодировался соответствующим  байтом в видеопамяти, никаких битовых  плоскостей не было, соответственно с EGA осталась совместимость только по текстовым режимам, совместимость  с CGA была полная. Из-за огромного количества яркостей основных цветов возникла необходимость  использования уже аналогового  цветового сигнала, частота строчной развертки составляла уже 31,5 KГц.

Потом IBM пошла ещё дальше и сделала VGA (Video Graphics Array — графический  видео массив), это расширение MCGA, совместимое с EGA и введённое в  средних моделях PS/2. Это фактический  стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлены текстовое  разрешение 720x400 для эмуляции MDA и  графический режим 640x480, с доступом через битовые плоскости. Режим 640x480 замечателен тем, что в нём  используется квадратный пиксел, то есть соотношение числа пикселов по горизонтали  и вертикали совпадает со стандартным  соотношением сторон экрана — 4:3. Дальше появился IBM 8514/a с разрешениями 640x480x256 и 1024x768x256, и IBM XGA с текстовым режимом 132x25 (1056x400) и увеличенной глубиной цвета (640x480x65K).

С 1991 года появилось понятие SVGA (Super VGA — «сверх» VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких  режимов и дополнительного сервиса, например возможности поставить  произвольную частоту кадров. Число  одновременно отображаемых цветов увеличивается  до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные текстовые  режимы. Из сервисных функций появляется поддержка VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA). SVGA воспринимается как  фактический стандарт видеоадаптера  где-то с середины 1992 года, после  принятия ассоциацией VESA стандарта VBE версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.

Графический пользовательский интерфейс, появившийся во многих операционных системах, стимулировал новый этап развития видеоадаптеров. Появляется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator). Это видеоадаптеры, которые  производят выполнение некоторых графических  функций на аппаратном уровне. К  числу этих функций относятся, перемещение  больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например при перемещении окна), заливка  участков изображения, рисование линий, дуг, шрифтов, поддержка аппаратного  курсора и т. п. Прямым толчком  к развитию столь специализированного  устройства явилось то, что графический  пользовательский интерфейс несомненно удобен, но его использование требует  от центрального процессора немалых  вычислительных ресурсов, и современный  графический ускоритель как раз  и призван снять с него львиную  долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Видеопамять

Для хранения графической  информации используется видеопамять. Видеопамять (VRAM) – разновидность  оперативного запоминающего устройства, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу  двум устройствам - процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных  в памяти.

Видеопамять выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно  изменяемое графическим процессором  и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти  хранятся также промежуточные невидимые  на экране элементы изображения и  другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются  памятью типа DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5.

 

 Следует также иметь  в виду, что помимо видеопамяти,  находящейся на видеокарте, современные  графические процессоры обычно  используют в своей работе  часть общей системной памяти  компьютера, прямой доступ к которой  организуется драйвером видеоадаптера  через шину AGP или PCIE. В случае  использования архитектуры UMA в  качестве видеопамяти используется  часть системной памяти компьютера.

Видеоадаптер, установленный  в компьютер, использует часть нижней памяти для вывода графики или  текстовой информации на дисплей. Правда, обычно это происходит только в основном режиме VGA.

Видеоадаптер может иметь  память емкостью свыше 64 Мбайт, но эта  память используется графическим процессором  видеоадаптера или же центральным  процессором с помощью апертуры памяти, расположенной в верхнем  адресном пространстве памяти емкостью 4 Гбайт.

Только в основном режиме VGA, например, при подсказках DOS или  при работе Windows в безопасном режиме, процессор может непосредственно  обращаться к видеопамяти емкостью до 128 Кбайт в диапазоне адресов AOOOO-BFFFFh. Все современные видеоадаптеры  также имеют расположенную на плате BIOS, обычно в пределах адресов  от С0000 до C7FFFh; эта часть пространства памяти зарезервирована для базовой  системы ввода-вывода видеоадаптера. Вообще, чем выше разрешающая способность и глубина цвета видеоадаптера, тем большее количество системной памяти использует видеоадаптер, но эта дополнительная память (свыше 128 Кбайт) обычно недоступна процессору.

Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это, возможно, приходится снижать до минимума все препятствия  на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических  функций, требующих интенсивных  вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический  контроллер должен оперировать своей  собственной, можно даже сказать  частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические  данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных  на обработку 3D-приложений, требуется  еще и наличие специальной  памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в  котором хранится информация о глубине  изображаемой сцены. Также, в некоторых  системах может иметься собственная  память текстур (texture memory), т.е. память для  хранения элементов, из которых формируются  поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.

Появление насыщенных мультимедиа  и видеорядом приложений, так же, как и увеличение тактовой частоты  современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные  мультимедиа контроллеры требуют  от основной системной памяти большей  пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу  новым требованиям, производители  предлагают новые типы памяти, разработанные  с помощью обычных и революционных  методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.

Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры  в ответ на требования более высоких  скоростей работы памяти. Широкий  выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка  или каких приложений выбрать  тот или иной тип.

Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия  предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют  совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.

3. Для чего используется видеопамять

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера  и передается на экран - все зависит  от трех факторов:

разрешение вашего монитора

количество цветов, из которых  можно выбирать при создании изображения

частота, с которой происходит обновление экрана

Разрешение определяется количеством пикселов на линии и  количеством самих линий. Поэтому  на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение  формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при  длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и  улучшения эргономичности изображения  значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение  цветов, или глубина цвета - это  десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит  на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как  истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного  цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов  истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления  цвета имеются только в системах высшего класса и графических  рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало  этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер  все больше становится средством  визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.

Современной графической  подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого  объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках  в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность  памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду  времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета  и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности  памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует  увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных  видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной  памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх  необходимой для создания изображения  на экране используется для z-буфера и  хранения текстур. [6], [7].