Видеокарта, история развития, интерфейс

Министерство  образования науки РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пензенская государственная  технологическая академия

Каменский технологический  институт – филиал ПГТА

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине: «Информационные системы и технологии»

На тему: «Видеокарта»

 

 

 

 

Выполнила:

Студент группы ______

______________________

 

Принял:

Старший преподаватель

Козина Ирина  Александровна

 

Оценка:

 

 

 

 

 

 

Каменка, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОСНОВЫ РАБОТЫ ВИДЕОКАРТЫ 5

1.1 История создания видеокарты 5

1.2 Устройство видеокарты 8

1.3 Функциональная схема видеокарты 11

1.4 Характеристики видеокарты и их интерфейс 15

1.5 Недостатки видеокарт 19

2 AGP: Графические процессоры и карты. 19

2.1 3dfx Voodoo3 3500TV 21

2.2 Matrox Millennium G400 MAX 22

2.3 Hercules Dynamite TNT2 Ultra 23

2.4 ASUS AGP-V6600 SGRAM 23

2.5 ELSA Erazor X2 25

2.6 3dfx Voodoo3 2000 25

2.7 SiS300 27

2.8 NVIDIA Riva TNT2-A 27

2.9 ATI RAGE 128 PRO 28

2.10 S3 Savage4 29

2.11 NVIDIA Riva TNT2 M64 29

2.12 NVIDIA Riva TNT 30

2.13 3dfx Velocity 100 31

2.14 Видеокарты с функцией приема и захвата аналогового видеосигнала (TV-IN) 32

ЛИТЕРАТУРА 33

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ 34

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

 

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БИС – большая интегральная схема

КД – конструкторская  документация

КМОП – комплементарная  логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник

МПС – микропроцессорная  система

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ПО- программное обеспечение

ПС – программные средства

ЦП – центральный процессор

ЦПУ – центральное процессорное устройство

ШИМ – широтно импульсная модуляция

HGC (Hercules Graphics Controller) — графический адаптер Геркулес

ISA (Industry Standart Architecture) — архитектура промышленного стандарта

MGA (Multicolor Graphics Adapter) — многоцветный графический адаптер

VGA (Video Graphics Array) — графический  видео массив 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Видеокарта (известна также  как графическая плата, графический  ускоритель, графическая карта, видеоадаптер) (англ. videocard) — устройство, преобразующее  изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для  монитора.

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 микропроцессор, который  может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач  центральный процессор компьютера. Например, все современные видеокарты NVIDIA и AMD (ATi) поддерживают приложения OpenGL на аппаратном уровне. В последнее  время также имеет место тенденция  использовать вычислительные способности  графического процессора для решения  неграфических задач.

 

1. ОСНОВЫ РАБОТЫ ВИДЕОКАРТЫ

1. История создания видеокарты

 

Одним из первых графических  адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 году. Он работал только в  текстовом режиме с разрешением 80Ч25 символов (физически 720Ч350 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 720Ч348 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 40Ч25 и 80Ч25 (матрица  символа — 8Ч8), либо в графическом  с разрешениями 320Ч200 или 640Ч200. В текстовых  режимах доступно 256 атрибутов символа  — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320Ч200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640Ч200 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 640Ч350, в результате добавился текстовый  режим 80Ч43 при матрице символа 8Ч8. Для режима 80Ч25 использовалась большая матрица — 8Ч14, одновременно можно было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим так же позволял использовать при разрешении 640Ч350 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 65536 (High Color, 16 бит) и 16777216 (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.

Пример домашнего компьютера не-IBM - ZX Spectrum, имеет свою историю  развития видеорежимов.

2.  Устройство видеокарты

 

Современная видеокарта состоит  из следующих частей (Рис. 1.1):

- графический процессор (Graphics processing unit — графическое процессорное устройство) — занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

- видеоконтроллер — отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

- 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.

- цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) — служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока — три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий, RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

- видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.