Размышления на тему видеоподсистемы персонального компьютера
Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеокартой, видеоплатой, видимокартой, видюхой, видео), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой,- преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.
Таким образом, связку видеоадаптера и монитора можно назвать видеоподсистемой компьютера.
То, как эти компоненты справляются со своей работой, и в каком виде пользователь получает видеоинформацию, включая графику, текст, живое видео, влияет на производительность как самого пользователя и его здоровье, так и на производительность всего компьютера в целом.
Вот почему при покупке компонентов видеоподсистемы необходимо сделать разумный выбор.
Речь далее пойдет только о PC платформе, с используемой операционной системой Windows 95 или NT.
Почему? Просто потому что эта платформа и ОС доминируют.
Если у Вас устаревший компьютер, который используется в качестве печатной машинки в текстовом режиме, то, скорее всего, проблем с видеоподсистемой у Вас нет, улучшить в этом случае или что-то оптимизировать практически невозможно.
Видеосистема персонального компьютера
Основным техническим средством для оперативного формирования и отображения как текстовой, так и графической информации в компьютере является видеосистема.
- видеоадаптер (видеокарты);
- монитор (дисплей);
- программное обеспечение (драйверы видеосистемы).
Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.
Видеоадаптер — это устройство, которое обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея.
Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и системной шиной компьютера.
В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана. Она предназначена для хранения видеоинформации.
Дисплейный процессор считывает информацию из видеопамяти и обрабатывает ее для выводимого на экран изображения.
Дисплейный процессор разгружает работу центрального процессора. Дисплейный процессор считывает графическую информацию из центрального процессора и формирует изображение на дисплее.
Графический контроллер
Графический контроллер предназначен для управления обменом данными между CPU и видеопамятью, а также для выполнения элементарных преобразований этих данных. Вместе с графическим акселератором он в современных видеоадаптерах представляет собой графический процессор ( GPU ) или видеочипсет. Этот контроллер помогает CPU осуществлять множество мелких операций, требующих множественных пересылок между центральным процессором и видеопамятью (кадровым буфером). Он берет на себя запись пикселей по определенному адресу, считывание цвета пикселей, при этом выполняя простейшие логические операции «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ» и циклические сдвиги. Также он может осуществлять поиск пикселя в кадровом буфере. В итоге это позволяет реализовать построение примитивов – прямых линий, окружностей и пр. Графический контроллер состоит из 10 регистров, один из которых индексный, а остальные отображены в порт 3 CFh , четырех регистров-защелок, выполняющих роль буферных регистров при операциях чтения и записи в битовых плоскостях и АЛУ. Доступ к графическому контроллеру осуществляется через порт 3 CFh : в начале в индексный регистр по этому адресу записывается номер выбранного регистра, а затем уже осуществляется обращение к нему.
При обращении CPU к видеопамяти, он и «не подозревает» о ее двумерной организации, поэтому одной из основных задач графического контроллера является преобразование двумерных координат пикселя в одномерные, которые могут быть помещены в регистры CPU . Отметим, что CPU не может обращаться к содержимому кадрового буфера, минуя регистры-защелки.
Готовые работы на аналогичную тему
Для того чтобы пользователь мог определиться с выбором видеоадаптера, он должен четко ответить себе на вопрос: для чего будет использоваться компьютер? Цели использования компьютера можно условно разделить на четыре группы:
- профессиональная работа, не связанная с графическим дизайном;
- учеба, пользование интернетом;
- профессиональная работа, связанная с графическим дизайном;
- компьютерные игры.
Для первых двух групп будет вполне достаточно интегрированного видеоадаптера. Для игр и работы, связанной с графическим дизайном, лучше использовать мощный дискретный видеоадаптер.
Видеосистема персонального компьютера
Основным техническим средством для оперативного формирования и отображения как текстовой, так и графической информации в компьютере является видеосистема.
Видеосистема компьютера состоит из трех основных компонентов:
§ видеоадаптер;
§ монитор (дисплей);
§ программное обеспечение (драйверы видеосистемы).
В первые годы существования ПК его видеосистемой называли средства вывода текстовой или графической информации на какой-либо экран. В качестве оконечного устройства чаще всего использовали (и продолжают использовать) мониторы с электронно-лучевыми трубками. Адаптеры, позволяющие подключать монитор к шине компьютера, называли видеоадаптерами (адаптерами дисплея— Display Adapter)и подразделяли на алфавитно-цифровые и графические. Вся выводимая информация формировалась в результате действия и под управлением системных и прикладных программ.
Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы строчной и кадровой развертки изображения, где они и преобразуются в зрительные образы.
Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и системной шиной компьютера. Изображение строится по программе, исполняемой центральным процессором, в чем ему могут помогать графические акселераторы и сопроцессоры. В BIOS также имеется поддержка функций формирования текстовых и графических изображений. В монитор адаптер посылает сигналы управления яркостью лучей RGB и синхросигналы строчной и кадровой разверток. Кроме этих сигналов, относящихся только к формированию изображения, интерфейсом могут поддерживаться и сигналы обмена конфигурационной информацией между монитором и компьютером. Средства работы с видеоизображениями относятся уже к мультимедийному оборудованию. От программно-управляемых графических средств они отличаются тем, что оперируют с «живым» изображением, поступающим в компьютер извне (с видеокамеры, TV-тюнера), либо воспроизводимым с какого-либо носителя информации (например, с оптического диска).
Все компоненты видеоадаптера могут размещаться на одной плате расширения, либо прямо на системной плате, используя при этом преимущества локального подключения к системной шине.
Хронологически можно выделить следующие основные типы видеоадаптеров:
§ MDA (Monochrome Display Adapter) — монохромный дисплейный адаптер;
§ CGA (Color Graphics Adapter) —цветной графический адаптер;
§ EGA (Enhanced Graphics Adapter) — усовершенствованный графический адаптер;
§ VGA (Video Graphics Array) —видеографическая матрица;
§ SVGA (Super VGA) —супер видеографическая матрица.
Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Большинство мониторов, используемых в компьютерных системах, сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.
Драйверы видеосистемы (программное обеспечение видеосистемы) — обрабатывают видеоизображения, т.е. выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и т.д.
По мере развития вычислительной техники и в связи с увеличением числа программных приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами сейчас широко используются разнообразные технические устройства компьютерной обработки видеосигналов:
§ Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность функционирования видеосистемы за счет разгрузки центрального процессора от большого объёма операций с видеоданными;
§ Фрейм-грабберы — электронные устройства, позволяющие отображать на экране компьютера сигнал от видеомагнитофона, видеокамеры, лазерного проигрывателя и т. п. с тем, чтобы захватить нужный видеокадр в память с последующим сохранением его в виде файла на внешнем носителе;
§ TV-тюнеры — устройства, позволяющие принимать телевизионные программы и отображать любую из них на экране монитора в масштабируемом окне, что позволяет следить за ходом телепередачи, не прекращая работу на ПК.
Стандартизацией в области видеосистем занимается международная организация VESA (Video Electronic Standard Association — ассоциация по стандартизации в области видеоэлектроники).
Эволюция видеосистем
Адаптер MDA Первый персональный компьютер фирмы IBM, появившийся в 1981 году, был рассчитан на обработку исключительно текстовой информации. Поэтому основное требование к адаптеру заключалось в получении высококачественных текстовых изображений в черно-белом варианте (MDA – Monochrome Display Adapter). Этот адаптер формирует на экране 25 строк текста по 80 символов в каждой. Матрица элемента [2] состоит из 9 пикселов по горизонтали и 14 по вертикали (разрешающая способность 720х350 пикселов). Кроме того, с его помощью создаются эффекты инверсного изображения (inversion), повышенной яркости (intensity), подчёркивания (underline) и мигания (blinking).
Адаптер CGA Появившийся в 1982 году, он обладает возможностью формировать графические изображения и текст в цвете (16 цветов для текстового режима и 4 для графического). При этом, однако, в жертву была принесена разрешающая способность: в адаптере CGA (Color Graphics Adapter) символьная матрица состоит из 8 пикселов по горизонтали и 8 по вертикали или 640х200 точек в графическом режиме. Одновременно с этим адаптером была предпринята попытка внедрения светового пера, но это устройство не приобрело широкой популярности и впоследствие было заменено мышью.
Адаптер EGA 1984 год. Довольно сложная видеосистема. Символьная матрица – 8х14; разрешающая способность – 640х350. Как в тексте, так и в графике этот адаптер позволял видеть 16 цветов из 64 возможных (EGA – Enhanced Graphics Adapter).
Адаптер VGA Год появления – 1987. Матрица символа для текстового режима – 9х16. Максимальное разрешение – 720×400. Адаптер допускал работу с 256 цветами в графическом режиме из 256К возможных. Название VGA расшифровывается как Video Graphics Array.
Адаптер sVGA Почти сразу после появления стандарта VGA большинство разработчиков предприняли усилия по его улучшению. В результате нововведения зачастую не совпадали между собой, поскольку каждый считал нужным делать это по-своему. Всякая разработка, тем не менее, поддерживала VGA, а все дополнительные режимы и возможности были объединены под общим понятием sVGA (super VGA.Для систематизации усилий разработчиков в этом направлении ассоциация VESA предложила свой стандарт на новые видеоадаптеры, среди характеристик которого, в частности, стандартный режим с разрешением 800х600 точек с 256 цветами, не менее 512 К видеопамяти.
Адаптер Hercules Параллельно с адаптерами фирмы IBM появляются аналогичные устройства других фирм, наиболее известным из которых является изделие компании Hercules. Первым из этого ряда был адаптер, появившийся в 1982 году и допускавший качественное изображение текстовой информации и возможность работы в графическом режиме (матрица 9×14 для текста и разрешение 720х350 для графики).В дальнейшем появлялись и цветные устройства (16 цветный Hercules InColor Card 1987 года.
