Видеоподсистема ПЭВМ. Принципы формирования изображений

Для обработки видео информации и управлением вывода на экран монитора служит видеоадаптер или видеокарта. На современные видеокарты устанавливается видеопроцессор. Видеопроцессор представляет собой сложную схему управления, сравнимую по сложности с центральным процессором. Видеопроцессор, работающий с видеопамятью, обладает высокой производительностью. Пересылка данных между видеопроцессором и видеопамятью производится по внутренней шине, это быстрые передачи. Пересылка из основной памяти в видеопамять обычно происходит значительно медленнее, поскольку блок данных из основной памяти должен пройти по системной шине данных (которая уступает шине видеоданных по разрядности), затем через интерфейс видеошины, попасть на внутреннюю шину видеоадаптера и лишь затем – в видеопамять. При пересылке данных между двумя шинами необходимо синхронизировать работу главного процессора с видеопроцессором. На рис. 1 изображена упрощенная модель работы основных компонентов видеосистемы компьютера.

Рис. 1. Примерная архитектура видеосистемы

Видеопроцессор производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате, разгружается центральный процессор вычислительной системы. Отсюда следует, что видеопроцессор должен оперировать своей собственной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированнных на обработку 3D приложениий, требуется еще и наличие специальной памяти, называемо z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. 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.

Элементы видеоподсистемы: - монитор, видеоконтроллер, видеопамять.

Видеопамять

Для обеспечения скоростного обмена данными с видеосистемой компьютера используется специальная двухвходовая память VRAM. В такой памяти чтение данных из памяти для воспроизведения их на экране видеомонитора и обновление данных процессором может осуществляться одновременно. Альтернативой VRAM считается память WRAM, также двух портовая. От традиционной, типа VRAM, она отличается большей на 50% скоростью доступа и наличием встроенной поддержки ряда массовых операций. В частности, она ускоряет пересылки выровненных данных, что особенно удобно при копировании экранного буфера как целого и операциях заливки прямоугольных областей. Более плотная упаковка транзисторов на кристалле обусловила снижение себестоимости этой памяти по сравнению с VRAM приблизительно на 20%.

Еще один способ увеличения скорости обмена данными с памятью - увеличение ширины шины доступа к памяти. Видеоадаптеры с 32-разрядной шиной данных применяются сейчас только в системах начального уровня. Стандартом на сегодняшний день стали 64-разрядные видеоадаптеры и 128 - разрядные. Для того чтобы использовать все линии шины данных, надо либо сформировать многобанковую память большого объема на микросхемах DRAM или EDO DRAM, либо воспользоваться памятью multibank DRAM (MDRAM). Архитектура MDRAM обеспечивает ширину шины 128 разрядов при общем объеме памяти всего 2 Мбайт. Применение многобанковой памяти в графических картах имеет смысл еще и потому, что ее можно наращивать относительно небольшими квантами. Это единственная архитектура, позволяющая имея на плате всего 2 Мбайта памяти, обеспечить поддержку режима TrueColor при разрешении 1024x768. Графическая плата на основе традиционных микросхем DRAM или VRAM для работы в этом режиме должна содержать 4 Мбайта памяти. У некоторых видеоадаптеров, предназначенных для САПР, ширина шины данных 192 разряда. В них вместо одного видеопроцессора используется сразу три, по числу базовых цветов. Такие платы плохо приспособлены для данных мультимедиа, поскольку преобразование цветовых координат занимает в них слишком много времени. Альтернативой MDRAM служит технология Rambus, которая также позволяет повысить скорость обмена с памятью при увеличении ширины шины. Для персональных компьютеров из-за наличия КЭШ- памяти эффект от применения EDO DRAM в качестве основной памяти, как правило, не превышает нескольких процентов, для графических плат он весьма значителен. Еще большее ускорение дает память SGRAM (вариант SDRAM, адаптированный для применения в видео картах).

Несмотря на то что стоимость микросхем памяти постоянно снижается, "вклад" памяти видеоадаптера в общую стоимость системы продолжает оставаться заметным. В то же время во многих типичных офисных приложениях, работающих в текстовом режиме, она используется всего на 10 - 20%., так нельзя ли в качестве графической памяти применять основную память компьютера, тем более что с появлением EDO DRAM, BEDO DRAM или SDRAM процесс чтения из нее значительно ускорился? Оказывается можно. Это решение называется Unifited Memory Architecture (UMA). В архитектуре UMA часть основной памяти компьютера резервируется для графики, а отдельный кадровый буфер отсутствует вовсе. Такое решение позволяет разработчикам интегрированных материнских плат существенно сэкономить на графической подсистеме.

Для приложений, где генерацию всего изображения на экране полностью выполняет ЦП, такая организация видеоподсистемы имеет существенные преимущества.

Монитор

монитор- это устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, поступающих от видеоадаптера, в изображение на экране. Мониторы классифицируются:

- по совместимости с видео адаптерами определённых типов (CGA, EGA, VGA);

- по типу входного интерфейса (цифровой или аналоговый);

- по типу экрана (ЭЛТ, жидкокристаллический экран, экран электролюминесцентный, плазменный) и т.д.

Видеоконтроллер выполняет управление видеоподсистемой, а также занимается формированием и первичной обработкой изображения, выводимого на монитор. Современные видеоадаптеры могутвыполнять довольно сложные процедуры преобразования изображений, характерные для работы с 2D-и 3D-графикой.

Видеорежимы.

Поиск по сайту: