Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Видеоадаптеры (видеокарты)

Видеоадаптеры
Адаптер VGA
Цифровые и аналоговые сигналы
Адаптеры SVGA
Функции адаптеров VGA
Типы видеоадаптеров
Системные платы с интегрированным графическим ядром
Стандарты SVGA ассоциации VESA


Видеоадаптер обеспечивает интерфейс между компьютером и монитором, передавая сигналы, которые превращаются в изображение, которое мы видим на экране. На протяжении всей истории ПК было разработано несколько удачных стандартов, каждый последующий из которых обеспечивал более высокие разрешение и глубину цвета. Наиболее значимые стандарты видеоадаптеров перечислены ниже.

■     MDA (Monochrome Display Adapter)

■     HGC (Hercules Graphics Card)

■     CGA (Color Graphics Adapter)

■     EGA (Enhanced Graphics Adapter)

■     VGA (Video Graphics Array)

■     SVGA (Super VGA)

■     XGA (eXtended Graphics Array)

■     UGA (Ultra Video Graphics Array)

Большинство этих стандартов были изначально разработаны компанией IBM и затем лицензированы другими производителями. В настоящее время IBM уступила пальму первенства в производстве высококачественных мониторов другим компаниям, а большая часть приведенных стандартов безнадежно устарела. Единственным исключением является VGA; этой аббревиатурой обозначают базовые возможности монитора, используемые практически любым видеоадаптером.

Среди характеристик купленного видеоадаптера вы найдете, вероятнее всего, не список стандартов, таких как XGA или UVGA, а разрешение и глубину цветности. В то же время знакомство с основными стандартами позволит понять ход эволюции технологий и подготовит к случайной встрече с восставшими из мрачного прошлого старыми адаптерами.

Современные VGA-адаптеры способны отображать интерфейс программ, написанных для CGA, EGA и других устаревших стандартов. Это позволяет использовать старые программы (такие, как игры и образовательные программы) даже на современном ПК. Однако следует иметь в виду, что некоторые программы запустить не удается, так как они обращаются к регистрам, которые современными видеоадаптерами не поддерживаются.

Адаптер VGA

В апреле 1987 года, одновременно с выпуском компьютеров семейства PS/2, компания IBM ввела в действие спецификацию VGA (Video Graphics Array), которая вскоре стала общепризнанным стандартом систем отображения компьютеров. Практически сразу же IBM обнародовала еще одну спецификацию для систем отображения с низким разрешением MCGA и выпустила на рынок видеоадаптер высокого разрешения IBM 8514. Адаптеры MCGA и 8514 не стали общепризнанными стандартами, подобно VGA, и вскоре сошли со сцены.

Все современные видеоадаптеры оснащены 15-контактным аналоговым разъемом VGA и/или же аналогово-цифровым разъемом DVI, которые соответствуют стандарту VGA. Схема разъема VGA представлена на рис. 13.16, а назначение контактов — в табл. 13.12.



В разъеме VGA, подключаемом к видеоадаптеру, зачастую отсутствуют 9-й контакт, 5-й контакт, используемый для тестирования, и 15-й контакт, применяемый еще реже. Для идентификации типа монитора, подключенного к системе, некоторые производители используют различные комбинации контактов.

Цифровые и аналоговые сигналы

В отличие от устаревших видеостандартов, ориентированных на передачу мониторам цифровых сигналов, в VGA используется передача аналоговых сигналов. Почему же предпочтение отдано именно аналоговым сигналам, в то время как вся остальная электроника переходит на цифровую технологию? Например, проигрыватели компакт-дисков (цифровые) вытеснили проигрыватели виниловых пластинок (аналоговые); в новейших видеомагнитофонах и видеокамерах изображения хранятся в цифровом виде для стоп-кадров и медленных повторов; цифровой телевизор позволяет смотреть на одном экране несколько программ одновременно.

Большинство мониторов компьютеров, выпущенных до PS/2, принимали цифровые сигналы. При выводе цветного изображения поступавшие сигналы RGB включали/выключали лучи красной, зеленой и синей электронных пушек ЭЛТ-трубки. Таким образом, в изображении на экране могло присутствовать до восьми цветов (23). В мониторах и адаптерах IBM ко­личество цветовых комбинаций удваивалось за счет дополнительных сигналов яркости по каждому цвету. Технология их производства достаточно проста и хорошо освоена, а цветовая совместимость между различными моделями вполне приемлема. Наиболее существенный недостаток цифровых мониторов — ограниченное количество цветов.

В системах PS/2 компания IBM перешла к аналоговой схемотехнике в системе отображения. Аналоговый монитор работает по тому же принципу, что и цифровой, т.е. передаются RGB-сигналы управления тремя основными цветами, но каждый сигнал имеет несколько уровней яркости (в стандарте VGA — 64). В результате число возможных комбинаций цветов возрастает до 262 144 (643). Для создания реалистичного изображения средствами компьютерной графики цвет часто оказывается важнее высокого разрешения, поскольку человеческий глаз воспринимает картинку с большим количеством цветовых оттенков как более правдоподобную.

Функции адаптеров VGA

В компьютерах PS/2 большинство схем видеоадаптера расположены на системной плате. Эти схемы реализованы в виде специализированной интегральной микросхемы и выпускаются IBM и другими компаниями.

Хотя компьютеры IBM MicroChannel (MCA), такие как PS/2 Model 50 и более поздних моделей, поддерживают стандарт VGA, в настоящее время практически невозможно найти VGA-адаптер, который можно было бы использовать в системах с шиной MCA.

BIOS VGA — это программа, предназначенная для управления схемами VGA. Через BIOS программы могут инициировать некоторые процедуры и функции VGA, не обращаясь при этом непосредственно к адаптеру. Таким образом, программы становятся аппаратно-независимыми и могут вызывать некоторые функции, хранящиеся в системной BIOS.

Дальнейшее развитие и совершенствование VGA, связанное с модернизацией аппаратуры, приведет к появлению соответствующих модификаций BIOS. При этом могут быть добавлены новые функции. Таким образом, VGA даже после модернизации будет выполнять все графические и текстовые функции, введенные в его спецификацию в момент создания. Используя VGA, можно работать со всеми программами, изначально разработанными для адаптеров MDA, CGA и EGA.

Стандартный адаптер VGA обеспечивает отображение до 256 оттенков на экране из палитры в 262144 цвета (256 Кбайт) при разрешении 640×480. В текстовом режиме 720×400 может быть отображено 16 цветов. Естественно, для этого должен использоваться аналоговый монитор.

Мониторы VGA бывают не только цветными, но и монохромными. Накладывая (суммируя) сигналы всех цветов, можно получить 64 градации серого вместо оттенков разных цветов, причем преобразование цвета в яркость выполняется программами BIOS. Программа суммирования инициализируется в том случае, если BIOS при загрузке системы обнаруживает монохромный монитор. В этой программе используется преобразование, в котором формула желаемого цвета переписывается таким образом, чтобы в нее были включены все три основных цвета, в результате чего образуется новая градация серого. Таким образом, пользователи, предпочитающие работать с монохромным дисплеем, все равно могут использовать приложения, рассчитанные на цветной.

В настоящее время основой считается адаптер VGA, обеспечивающий 16 цветов и разрешение 640×480. Эти параметры должны поддерживаться всеми адаптерами, работающими под управлением операционной системы Windows. Если при загрузке системы возникают проблемы, то она загружается в безопасном режиме, в котором по умолчанию используется адаптер VGA в режиме 640×480, 16 цветов. Windows 2000 и Windows XP можно загрузить в аналогичном VGA-режиме (в Windows XP он имеет разрешение 800×600); это, однако, не снижает производительность системы, что характерно при использовании безопасного режима загрузки (при котором 32-битовые драйверы заменяются службами BIOS).

В начале 1990-х годов IBM представила модификацию VGA — стандарты XGA и XGA-2, однако большинство индустриальных стандартов были разработаны производителями видеоадаптеров и ассоциацией VESA (Video Electronic Standard Association).

Адаптеры SVGA

С появлением видеоадаптеров XGA и 8514/A конкуренты IBM решили не копировать эти расширения VGA, а начать выпуск более дешевых адаптеров с разрешением, превышающим разрешение продуктов IBM. Эти видеоадаптеры образовали категорию Super VGA, или SVGA. Поначалу SVGA не был стандартом. Под этим термином подразумевались многочисленные и отличающиеся одна от другой разработки различных компаний, требования к параметрам которых были жестче, чем к VGA.

Например, одни видеоадаптеры предлагали несколько форматов изображения (800×600 и 1024×768) с разрешением, которое выше, чем у VGA, в то время как другие имели такое же или даже большее разрешение (но и более обширную палитру воспроизводимых оттенков в каждом формате). Несмотря на различия, все эти видеоадаптеры относятся к категории плат SVGA.

Внешне платы SVGA мало чем отличаются от своих собратьев VGA. На них установлены такие же разъемы, однако, поскольку типовые спецификации плат SVGA разных производителей существенно различаются, подробно рассмотреть их невозможно.

Стандарты SVGA ассоциации VESA

В октябре 1989 года ассоциация VESA, учитывая сложность программирования множества выпускаемых модификаций карт SVGA, предложила стандарт единого программного интерфейса с этими платами. В эту ассоциацию вошли представители большинства компаний, выпускающих аппаратуру для ПК, в том числе и аппаратуру отображения. Новый стандарт был назван VESA BIOS Extension. Если видеоадаптер удовлетворяет этому стандарту, программным путем легко определить специфические соответствия и использовать их в дальнейшем. Достоинство VESA BIOS заключается в том, что для работы с любым адаптером SVGA программист может использовать единый драйвер. Существующий стандарт VESA на платы SVGA предусматривает использование практически всех распространенных вариантов форматов изображения и кодирования цветовых оттенков, вплоть до разрешения 1280×1024 пикселей при 16777216 оттенках (24-разрядное кодирование цвета). С адаптерами SVGA различных моделей от разных производителей можно общаться через единый программный интерфейс VESA. Эта поддержка главным образом необходима для DOS-приложений реального режима (в основном — для игр) и операционных систем, отличных от Windows. Для пользователей операционных систем Windows 9x и Windows NT/2000 эти расширения BIOS не нужны, поскольку для работы используется видеодрайвер установленного видеоадаптера.

Примечание

Список режимов VESA BIOS по разрешению, глубине цветности и частоте обновления экрана можно найти в техническом справочнике, содержащемся на прилагаемом к книге DVD.

Типы видеоадаптеров

Для любого монитора необходим источник сигнала. Сигналы поступают в монитор от видеоадаптера, установленного в компьютере.

Существует три способа подключения к системному блоку ЭЛТ- или жидкокристаллических мониторов.

■     Платы расширения. В данном случае предполагается использование отдельных плат расширения с интерфейсом PCI-Express, AGP или PCI. При этом обеспечивается наивысшее быстродействие, большой объем памяти, а также поддержка наибольшего количества функций.

■     Графический процессор, интегрированный на системной плате. Быстродействие чаще всего оказывается ниже, чем при использовании плат расширения, преимущественно по причине использования устаревших решений. Хотя подобные решения часто поддерживались системными платами LPX, в современных системах они практически не используются. Даже ноутбуки средней и высшей ценовых категорий оснащены дискретными графическими адаптерами.

■     Набор микросхем с интегрированным графическим ядром. Это наиболее доступные по цене решения, однако их быстродействие очень низко, особенно при запуске трехмерных игр и других приложений, интенсивно использующих графику. При этом также обеспечиваются меньшие значения разрешения и частот обновления, чем при использовании плат расширения. Наиболее часто интегрированные наборы микросхем реализованы в бюджетных моделях ноутбуков, а также в некоторых их моделях среднего ценового диапазона.

Как правило, настольные компьютеры, в которых используются системные платы форм-фактора microATX, FlexATX, microBTX, PicoBTX или Mini-ITX, оснащены графическим ядром, интегрированным в набор микросхем производства компаний Intel, VIA Technology, SiS и др. Некоторые системные платы формфактора microATX также могут допускать установку видеоадаптеров PCI-Express x16 или AGP (см. следующий раздел).

Термин видеоадаптер” применим как к интегрированным, так и к обособленным решениям. Термин графический адаптер” полностью взаимозаменяем с термином видеоадаптер”, поскольку все видеокарты, начиная с разработанного компанией IBM монохромного адаптера MDA, поддерживают отображение как графики, так и текста.

Системные платы с интегрированным графическим ядром

На протяжении целого ряда лет встроенная графическая система была одним из характерных элементов недорогих компьютеров. Вплоть до недавнего времени большинство стандартных компонентов графической системы переносились непосредственно на системную плату. Во многих недорогих системах, в частности созданных на основе системных плат формфактора LPX, стандартные видеосхемы типа VGA были включены в системную плату. Рабочие характеристики и возможности встроенной видеосистемы лишь немногим отличаются от свойственных платам расширений, использующих те же или подобные наборы микросхем. Кроме того, в большинстве случаев встроенную видеосистему можно с успехом заменить видеоадаптером.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция к интегрированию акселераторов трехмерной графики в наборы микросхем системной логики материнских плат. Таким образом, набор микросхем вобрал в себя функции большинства компонентов обособленных графических адаптеров, используя при этом часть основной памяти в качестве видеопамяти. Такую архитектуру использования памяти часто называют унифицированной архитектурой памяти (UMA). Несмотря на то что этот метод используется и некоторыми микросхемами видеоадаптеров, наибольшее распространение он получил среди интегрированных в материнскую плату наборов микросхем.

Первой среди производителей интегрированных наборов микросхем, содержащих видео-и аудиокомпоненты, была компания Cyrix Semiconductor (ныне — VIA Technologies). Ею был разработан набор из двух микросхем, получивший название MediaGX. Он объединил в себе функции процессора, контроллера памяти, обработки звука и графики, что позволило значительно уменьшить стоимость выпускаемых компьютеров (правда, их производительность была гораздо ниже, чем систем класса Pentium с аналогичными тактовыми частотами). Компании National Semiconductor и впоследствии AMD разработали усовершенствованную версию MediaGX, получившую название Geoge GX.

Компания Intel стала следующим разработчиком интегрированных наборов микросхем, который созданием набора серии 810 (кодовое название — Whitney”) возвестил о начале широкомасштабной промышленной поддержки этой конструкции. К числу наборов микросхем Intel, имеющих интегрированное графическое ядро, относятся все семейство Intel 810, а также отдельные модели Intel 815 и 815E для Pentium III и Celeron. В настоящее время Intel предлагает интегрированное видео для процессоров с гнездом Socket 775, таких как Pentium 4, Celeron, Pentium D и Core 2 в семействах наборов микросхем 845, 865, 91х, 94х и 965. Для семейства процессоров Core 2 был создан специальный набор микросхем G3x. В табл. 13.13 приводится сравнительная характеристика функций видео наборов микросхем серий 8хх, 9хх и G3x. Наборы микросхем, перечисленные вместе, реализуют одни и те же функции видео, однако отличаются способом взаимодействия с памятью, функциями ввода-вывода и т.п.

Помимо Intel, производством наборов микросхем с интегрированным ядром занимаются компании AMD, NVIDIA, SiS и VIA. В табл. 13.14 приведены сравнительные характеристики интегрированных наборов микросхем этих производителей, поддерживающих PCI-Express.

Некоторые интегрированные наборы микросхем поддерживают порт DVI для вывода сигнала на цифровые ЖК-панели и выход HDMI для использования с телевидением высокой четкости и прочими компонентами домашнего кинотеатра. На рис. 13.17 показана типичная компоновка этих портов.



Рис. 13.17. Типичная панель портов с интегрированным аналоговым, цифровым и HDTV-портом

Серьезного поклонника трехмерных игр вряд ли устроит уровень производительности, обеспечиваемый большинством интегрированных наборов микросхем для платформ Core 2 Duo и Athlon 64 X2. Однако того уровня быстродействия, который ими обеспечивается, более чем достаточно для бизнес- и домашних пользователей, а также для тех, кто запускает игры лишь время от времени. При этом можно существенно сэкономить средства, так как отпадает необходимость в приобретении отдельного видеоадаптера. Если вы приняли решение приобрести системную плату с интегрированным набором микросхем, обратите внимание прежде всего на модели, оснащенные разъемом PCI Express x16. Благодаря ему всегда можно оснастить компьютер отдельным видеоадаптером, если в этом возникнет необходимость.

Таблица 13.13. Видеофункции интегрированных наборов микросхем от компании Intel





Набор микросхем


Поддерживаемые процессоры     Интегрированное ядро   Поддерживаемый

тип графики AGP


Объем

видеопамяти,

Мбайт


1. Системы, оснащенные памятью объемом 32 Мбайт; должны быть установлены драйверы графического адаптера версии PV 5.x или последующей.

2. Системы, оснащенные памятью объемом 64 Мбайт; должны быть установлены драйверы графического адаптера версии PV 5.x или последующей.

3. Системы, оснащенные памятью объемом 128 Мбайт; должны быть установлены драйверы графического адаптера версии PV 5.x или последующей.

4. Системы, оснащенные памятью объемом до 128 Мбайт.

5. Системы, оснащенные памятью объемом более 128 Мбайт.

6. Системы, оснащенные памятью объемом до 255 Мбайт.

7. Системы, оснащенные памятью объемом 256 Мбайт и более.

8. Кодовое название данного набора микросхем Grantsdale.

9. Объем памяти зависит от задач и общего объема системной памяти. Подробности на сайте компании Intel. Intel 3D with Direct AGP поддержка базовых функций ускорения двухмерной и трехмерной графики.

Intel Extreme Graphics поддержка альфа-смешивания, тумана, анизотропной фильтрации, аппаратной компенсации движения, а также ряда дополнительных функций.

Intel Extreme Graphics 2 улучшенная версия графического ядра Extreme Graphics; добавлены улучшенное управление памятью, зонный рендеринг, а также быстрый рендеринг пикселей и текстур.

Intel Graphics Media Accelerator 900 -- - изначально данное ядро называлось Extreme Graphics 3; улучшенная версия ядра Extreme Graphics 2, получившая поддержку большинства функций DirectX 9 (отсутствует поддержка вершинных шейдеров). Возможна поддержка вывода изображений на два монитора (необходимо наличие платы ADD2), а также поддержка широкоформатных жидкокристаллических панелей.

Intel Graphics Media Accelerator 950 -- - ускоренная версия Intel Graphics Media Accelerator 900.

Intel Graphics Media Accelerator 300 включает элементы выполнения, поддерживающие вершинные шейдеры в трехмерной графике (поддержка DirectX 9.0c) и обработку воспроизведения видео. Поддерживает расширения OPenGL 1.4+. Intel Graphics Media Accelerator X3000 -- - улучшенная версия GMA 3000 с поддержкой визуализации HDR и технологии Clear Video для улучшенного воспроизведения видео. Аппаратный T&L. Поддержка OpenGL 1.5.

Intel Graphics Media Accelerator 3100 -- - включает поддержку DirectX 10 Shader Model 4 для визуализации HDR и технологии Clear Video для улучшенного воспроизведения видео. Аппаратный T&L. Поддержка OpenGL 1.5.

Таблица 13.14. Видеофункции интегрированных наборов микросхем от других компаний с поддержкой PCI-Express


 

RADEON X1250 DirectX 9.0b (Shader Model 2.0x). Поддержка DVI и HDMI с HDCP. Основан на Radeon X700.

RADEON X300 -- - DirectX 9 (Shader Model 2.0). Поддержка дополнительного порта DVI.

GeForce 7050PV DirectX 9.0c (Shader Model 3.0). DVI и HDMI с HDCP. Воспроизведение видео PureVideo. Основан на серии

GeForce 7.

GeForce 7025 -- - DirectX 9.0c (Shader Model 3.0), DVI с HDCP. Основан на серии GeForce 7.

GeForce 6150 SE -- - DirectX 9.0c (Shader Model 3.0), DVI. Основан на серии GeForce 6.

GeForce 6100 -- - DirectX 9.0c (Shader Model 3.0), DVI только на nForce 430. Основан на серии GeForce 6.

M ir a g e 3 - DirectX 9 (Shader Model 2.0). Поддержка RealVideo для Windows Vista.

M ir a g e 3 + - DirectX 9 (Shader Model 2.0). RealVideo. Уменьшает энергопотребление, когда 3D не используется.

M ir a g e 1 - DirectX 7. Ускорение MPEG2/DVD. Поддержка HD Video.

Chrome9 HC (DeltaChrome) DirectX 9 (Shader Model 2.0). Ускорение видео MPEG.

Компоненты видеосистемы

Для работы видеоадаптера необходимы следующие основные компоненты:

видео-BIOS;

графический процессор, иногда называемый графическим акселератором;

аидеопамять;

цифроаналоговый преобразователь DAC (ранее используемый в качестве отдельной микросхемы, DAC зачастую встраивается в графический процессор новых наборов микросхем; необходимость в подобном преобразователе в полностью цифровых системах — цифровая видеокарта плюс цифровой монитор — отпадает, однако, пока живы аналоговый интерфейс VGA и аналоговые мониторы, DAC еще некоторое время будет использоваться);

■     разъем;

■     видеодрайвер.

Один из самых производительных видеоадаптеров показан на рис. 13.18. Большинство его компонентов скрыто под кожухом системы охлаждения графического процессора (GPU), включающей в себя вентилятор и теплоотвод.

Практически все видеоадаптеры, представленные сегодня на рынке, используют наборы микросхем, обеспечивающие ускоренную обработку трехмерной графики. В следующих разделах мы рассмотрим эти компоненты и функции более подробно.



Рис. 13.18. Типичный высокопроизводительный видеоадаптер nVidia GeForce 8800 GTX, оптимизированный для компьютерных игр и работы с двумя мониторами

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Видеоадаптеры (видеокарты)", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2019 Дискета.info