Видеоадаптеры

Федеральное агентство по образованию

Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РМАТ

Карельский институт туризма

Курсовая работа

тема: «Видеоадаптеры»

дисциплина «информатика»

Выполнил:

Васенин С. А.

специализация: «финансовый менеджмент»

специальность: «менеджмент организации»

курс II

очное обучение

Научный руководитель:

Шарыгина Т. М.

Петрозаводск

2005

Содержание

Введение

Структура и работа видеоадаптера

Режимы работы

Характеристики видеоадаптеров.

3D-акселераторы

Основные типы видеокарт

Разгон видеоадаптера

Заключение.

Список литературы:

Введение

Начиная с момента, когда был сделан первый персональный компьютер, компьютерные технологии претерпели большое количество изменений. Сегодня информационная индустрия ступает широкими шагами по мировому рынку, создавая все больше нового и улучшая старое периферийное оборудование. Не обошло это все и развитие видеосистемы персонального компьютера. Как известно видеосистема состоит из двух основных компонентов: монитор, который является важнейшим устройством отображения информации и видеоадаптера (видеокарты), о которой и пойдет речь в курсовой работе.

Если опять же обратиться к прошлому, то можно вспомнить, что единственным назначением первых видеокарт (MDA, CGA, HGC, EGA, VGA) был интерфейс между компьютером и устройством отображения, т.е. монитором. Однако по мере развития компьютеров на видеоадаптер стали возлагаться дополнительные обязанности: аппаратное ускорение 2D- и 3D-графики, обработка видеосигналов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Для решения этих задач в состав видеоадаптера начали включать дополнительные элементы, в результате чего современный видеоадаптер, часто именуемый Super VGA или SVGA, превратился в мощное универсальное графическое устройство.

Видеоадаптер является исключительно важным элементом видеосистемы, поскольку определяет следующие ее характеристики:

       максимальное разрешение и частоты разверток (совместно с монитором);

       максимальное количество отображаемых оттенков цветов;

       скорость обработки и передачи видеоинформации, определяющую производительность видеосистемы и персонального компьютера в целом.

Структура и работа видеоадаптера

В самом общем случае видеоадаптер включает в себя следующие основные элементы:

       видеопамять, предназначенную для хранения цифрового изображения;

       набор микросхем (Chipset), реализующий все необходимые функции обработки цифрового изображения и преобразования его в видеосигнал, подаваемый на монитор;

       схемы интерфейса с шиной ввода/вывода персонального компьютера;

       ROM Video BIOS, в котором хранится расширение BIOS, предназначенное для управления видеосистемой персонального компьютера (для видеокарт EGA, VGA, SVGA);

       цифро-аналоговый преобразователь, выполняющий преобразование цифровых данных, хранящихся в видеопамяти, в аналоговом видеосигнале (для видеокарт VGA и SVGA);

       тактовые генераторы.

Помимо видеосигнала, видеоадаптер формирует сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемые при формировании растра на экране монитора, - сигналы H-Sync и V-Sync. Параметры этих сигналов должны соответствовать возможностям монитора, используемого совместно с видеоадаптером.

Кратко логику работы видеоадаптера можно изложить следующим образом.

CPU формирует цифровое изображение в виде матрицы NxM n-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером (от англ. frame buffer – кадровый буфер). Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану электронно-лучевой трубки. В результате яркость каждого пикселя на экране монитора оказывается пропорциональной содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера. По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации H-Sync, инициирующие обратный ход луча горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера – сигнал V-Sync, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеоадаптером. Очевидно, что блок разверток монитора должен поддерживать эти частоты. В противном случае изображение на экране монитора будет нестабильным или вовсе отсутствовать.

Режимы работы

В зависимости от режима работы видеоадаптера видеосистема компьютера может обеспечивать различные разрешения и палитру. Совокупность всех параметров, характеризующих режим работы видеоадаптера (разрешение, палитра, частоты строчной и кадровой развертки, способ адресации участков экрана и др.), называется видеорежимом.

Все видеорежимы делятся на графические и текстовые. Различие в режимах существенно только для видеоадаптера, поскольку в каждом из них используются разные механизмы формирования видеосигнала. Что же касается монитора, то в обоих случаях он работает одинаково.

Графический режим.

В графическом режиме содержимое ячейки кадрового буфера (матрицы NxM n-разрядных чисел) является кодом цвета соответствующего пикселя экрана. Разрешение экрана при этом также равно NxM. Адресуемым элементом экрана является минимальный элемент изображения – пиксель. По этой причине графический режим называют также режимом APA (All Point Addressable – Все точки адресуемы).

Графический режим является основным режимом работы видеосистемы современного компьютера, поскольку в этом режиме на экран монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В частности, в таком режиме работает видеосистема компьютера под управлением Windows. Однако для эффективной работы в графическом режиме требуется значительный объем видеопамяти и высокопроизводительный компьютер, поэтому данный режим стал основным только с появлением персональных компьютеров на базе CPU Intel 80386 и 80486.

Текстовый режим.

В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изображение на экране монитора представляет собой множество пикселей и характеризуется разрешением NxM. Однако все пиксели разбиты на группы, называемые знакоместами, или символьными позициями (Character position, или Character boxes, - Символьные ячейки) размером pxq. В каждом из знакомест может быть отображен один из 256-и символов. Таким образом, на экране умещается M/q=Mt символьных строк по N/p=Nt символов в каждой. Типичным текстовым режимом является режим 80x25 символов.

Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей (dot matrix). Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называют передним планом, остальные – задним планом или фоном.

Главная особенность текстового режима заключается в том, что адресуемым элементом экрана является не пиксель, а знакоместо. Иными словами, в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана – можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных символьных позициях. Другим существенным ограничением текстового режима является узкая цветовая палитра – в данном режиме может быть отображено не более 16-и цветов.

Как следует из вышесказанного, в текстовом режиме предоставляется меньше возможностей для отображения информации, нежели в графическом. Тем не менее, он имеет одно важное преимущество – незначительные затраты ресурсов компьютера на его реализацию. Благодаря этому обеспечивается приемлемая скорость работы в текстовом режиме даже на самых медленных персоналках. Именно по этой причине видеосистема первого поколения работала только в текстовом режиме. Легендарная оболочка Norton Commander для MS DOS также работает в текстовом режиме, поэтому затраты ресурсов компьютера не ее функционирование минимальны.

Характеристики видеоадаптеров.

Качество изображения, формируемого на экране монитора, зависит не только от характеристик последнего, но и от характеристик видеоадаптера.

К важнейшим характеристикам видеоадаптера относятся следующие:

1. Перечень и характеристики поддерживаемых видеорежимов;
2. Объем видеопамяти, а также ее тип, разрядность и быстродействие;
3. Разрядность и быстродействие Chipset видеоадаптера;
4. Набор аппаратно-ускоряемых графических функций;
5. Быстродействие цифро-аналогового преобразователя;
6. Тип интерфейса с шиной ввода/вывода;
7. Драйверы.

Рассмотрим эти характеристики (заметим, что четыре последних параметра применимы только к современным видеоадаптерам типа SVGA).

Объем видеопамяти

Объем видеопамяти является основной характеристикой видеокарты, определяющей его возможности с точки зрения разрешения и цветности формируемого изображения. Чем больше объем памяти, тем выше разрешение и шире цветовая палитра изображения. Если нужно получить изображение с разрешением NxM и количеством оттенков цветов, равным 2n, то необходимый объем видеопамяти составит NxMxn бит, или (NxMxn)/8 байт. Увеличение объема видеопамяти – основная тенденция развития видеоадаптеров, начиная с первых моделей и до настоящего времени.

При работе с высоким разрешением (свыше 1024x768) и большой глубиной цвета (от 16 до 32 бит на пиксель) заметно влияние на быстродействие видеосистемы и компьютера в целом оказывает пропускная способность видеопамяти, определяемая как произведение разрядности шины видеопамяти на ее тактовую частоту. Кроме того, быстродействие памяти зависит от ее типа.

Разрядность и быстродействие Chipset видеоадаптера

Разрядность и быстродействие Chipset видеоадаптера стали важными характеристиками только современных видеокарт типа SVGA (особенно при работе с трехмерной графикой), поскольку все предыдущие видеокарты для персоналок были 8-разрядными и выполнялись на стандартных микросхемах.

Набор аппаратно-ускоряемых функций

Набор аппаратно-ускоряемых графических функций также является характеристикой видеоадаптеров SVGA. Различают функции ускорения двумерной и трехмерной графики.

Быстродействие цифро-аналогового преобразователя

Быстродействие цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) характеризуется его тактовой частотой. Данный параметр определяет ширину спектра видеосигнала. Его значение должно быть не меньше ширины полосы пропускания видеотракта монитора.

Как правило, тактовая частота ЦАП превышает полосу пропускания монитора, поэтому можно не обращать внимания на значение данного параметра. Однако для профессиональной работы в системах автоматизированного проектирования и графических редакторах, требующих максимально четкого изображения, следует выбирать видеокарту с высокой ЦАП.

Тип интерфейса с шиной ввода/вывода

Интерфейс с шиной ввода/вывода определяет скорость обновления кадрового буфера, поэтому оказывает существенное влияние на быстродействие видеосистемы и компьютера в целом. Наиболее медленными являются видеокарты с интерфейсом ISA, которые на сегодняшний день безнадежно устарели и годятся разве что для работы в текстовом режиме. Для эффективной работы с двумерной графикой вполне достаточно видеокарты с интерфейсом PCI, а для трехмерной графики требуется наличие специального интерфейса AGP. Все современные выпускаются с интерфейсом AGP. Но на данный момент на смену AGP выходят новые видеокарты с интерфейсом PCI Express.

Драйверы

Одним из основных «ускорителей» видеоадаптера является драйвер, способный радикально изменить свойства как самого адаптера, так и всей системы. Видеоадаптер с помощью драйверов может поддерживать различное разрешение монитора.

3D-акселераторы

Совокупность приложений и задач, в рамках которых реализуется схема построения трехмерного изображения на экране монитора, называется трехмерной графикой, или 3D. Наиболее яркими примерами трехмерной графики  служат многочисленные компьютерные игры, поражающие реалистичностью создаваемых образов. Так с помощью 3D-моделирования был создан документальный фильм «Прогулки с динозаврами».

Объем вычислений, необходимый для моделирования трехмерного объекта очень велик. Если эти вычисления возложить на CPU, то производительность системы упадет настолько, что о работе в реальном времени и говорить не придется. Чтобы обеспечить возможность видеть на экране проекцию динамического трехмерного объекта, в состав компьютера включают устройство, самостоятельно выполняющее основную часть расчетов трехмерной сцены. Такое устройство принято называть ускорителем трехмерной графики или 3D-акселератором.