Основные параметры видеосистемы кратко

Обновлено: 30.06.2024

Видеосистема компьютера служит для вывода графической и текстовой информации на монитор. В нее входят:

видеоадаптер (или видеокарта) – устройство, которое формирует изображение;
монитор – устройство, на которое выводится сформированное видеоадаптером изображение.

Видеоадаптеры могут быть интегрированными или дискретными. Интегрированный видеоадаптер является неотъемлемой частью материнской платы. Он не имеет отдельного процессора и встроенной памяти, а использует соответствующие ресурсы компьютера. Дискретный видеоадаптер – это отдельная плата, которая может быть добавлена в компьютер или снята по желанию.

Современные дискретные видеоадаптеры состоят из следующих устройств:

Графический процессор – устройство, которое рассчитывает и выводит изображение, разгружая, таким образом, центральный процессор. Именно от графического процессора зависит скорость и возможности всего видеоадаптера. Современные графические процессоры имеют тот же уровень сложности, что и центральные процессоры.
Видеопамять является оперативным запоминающим устройством. Она временно хранит то изображение, которое рассчитывает графический процессор, а также некоторые промежуточные результаты этих вычислений. Кроме видеопамяти графические адаптеры в процессе работы вполне могут использовать и часть оперативной памяти компьютера.
Видеоконтроллер - формирует изображение в видеопамяти, осуществляет связь видеоадаптера с центральным процессором, формирует сигнал развертки для монитора.
Цифро-аналоговый преобразователь. Это устройство используется только для мониторов, подключенных к аналоговому выходу видеоадаптера. Оно преобразовывает изображение, сформированное видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, которые потом будут подаваться на аналоговый монитор. Мониторы и видеопроекторы, которые подключены к цифровому выходу видеоадаптера не используют цифро-аналоговый преобразователь видеоадаптера.

Работа любого внешнего устройства в современных компьютерах организуется через специальную программу - драйвер устройства. Видеоадаптеры тоже не являются исключением из этого правила. Для организации правильной работы видеоадаптер нуждается в драйвере. Обычно драйверы видеоадаптеров поставляются их производителями и загружаются в момент запуска операционной системы

Дискретные видеоадаптеры, во-первых, имеют гораздо более мощные параметры функциональности, чем интегрированные, во-вторых, освобождают от лишней нагрузки процессор и память компьютера. С другой стороны, из-за интенсивного использования собственных ресурсов дискретные видеоадаптеры часто перегреваются. Это сказывается на качестве изображения и требует дополнительных мер по охлаждению: установки радиатора или дополнительного куллера. Если дискретный видеоадаптер используется в ноутбуке, то он будет быстрее исчерпывать заряд батареи и увеличивать общий вес устройства.

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.

Как определить, какой видеоадаптер установлен на компьютере?

Игры и графические программы имеют определенные требования к видеоадаптеру, поэтому бывает необходимо выяснить, какой видеоадаптер установлен на компьютере. Для этого существует несколько способов.

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.

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).

Видеосистема компьютера состоит из трех основных компонентов:

§ видеоадаптер;

§ монитор (дисплей);

§ программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

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.

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.

Видеоподсистема компьютера является одной из самых важных и сложных систем. Особенно активно она стала развиваться в последнее время в условиях стремительного роста производительности ПК. В целом, состав видеоподсистемы за последнее время изменился незначительно. Она включает в себя устройство отображения информации, устройство формирования и преобразования сигналов и интерфейсы соединения. Ранее эта видеосистема представляла собой лишь преобразователь цифрового изображения, записанного в кадровый буфер, в аналоговый видеосигнал, подаваемый на монитор и собственно сам монитор.

Безусловно, основной элемент видеоподсистемы – видеоадаптер. В последнее время именно он развивался наиболее активно, что вызвало некоторую путаницу в поколениях и особенностях отображения информации видеоадаптеров различных типов. Современный видеоадаптер – это сложное почти самостоятельное устройство, представляющее собой мини-компьютер. Помимо своей основной задачи он способен выполнять ряд дополнительных функций: аппаратное ускорение 2 D и 3 D -графики, обработку видеоданных, прием теле- и видеосигналов и многое другое. Раньше все эти дополнительные функции реализовывались на отдельных платах и подсоединялись к видеоадаптеру как дочерние карты или с помощью локальных интерфейсных шин. Сейчас используется метод интеграции all - in - one , когда все эти функции реализуются в одном графическом чипе видеоадаптера. Современный видеоадаптер значительно отличается по своему функциональному составу от видеоадаптера VGA (о более старых речь даже не идет), но его основное назначение осталось прежним: сканирование и цифро-аналоговое преобразование содержимого кадрового буфера с последующим формированием непрерывного трехканального RGB -сигнала.

Видеоадаптер, является важнейшим элементом видеосистемы, поскольку определяет следующие ее характеристики:

· Максимальное разрешение и частоты разверток (также зависит от возможностей монитора)

· Максимальное количество отображаемых цветов и оттенков (палитра)

· Скорость обработки и передачи видеоданных

То, что мы привыкли называть видеоадаптером, не следует считать стандартным видеоадаптером VGA – на самом деле стандартный адаптер предназначался для IBM PC и имел шину MCA . То, что мы привыкли использовать в современной компьютерной технике, является VGA -совместимым видеоадаптером, который теперь принято сокращенно называть видеоадаптером VGA .

Чтобы понять принцип работы видеоподсистемы, мы начнем ее рассмотрение с описания видеоадаптера VGA , имеющего с современными адаптерами очень большое сходство. Видеоадаптер VGA содержит следующие основные элементы:

· Контроллер ЭЛТ (CRTC, Cathode Ray Tube Controller)

· ROM Video BIOS ( расширение BIOS)

· ЦАП ( цифро - аналоговый преобразователь ) или RAMDAC (RAM Digital-to-Analog Converter)

Видеоадаптер VGA был пассивным устройством, не принимавшем участие в формировании содержимого кадрового буфера и не обрабатывавшем микрокоманды преобразования цифровых данных. Современный интегрированный видеоадаптер также использует:

· Графические акселераторы обработки двумерной и трехмерно графики большой разрядности

· Высокоскоростные шины интерфейса

Такой видеоадаптер в последнее время часто называют видеокартой, хотя это название не совсем правильно и неточно.

Большинство из перечисленных элементов видеоадаптера содержат специальные регистры (8 разрядов и более), доступные центральному процессору ( CPU ) для чтения и записи данных. Эти регистры содержат конфигурационную и статусную информацию и предназначены для управления работой соответствующих элементов видеоадаптера. Модифицируя их содержимое, CPU может управлять работой видеоадаптера.

Помимо этих регистров, в состав элементов видеоадаптера входят несколько специальных регистров. Выходной реги стр пр едназначен для задания адресов портов ввода/вывода, а также начальных адресов кадрового буфера и выбора тактового генератора. Регистр состояния используется для синхронизации процесса обновления кадрового буфера с сигналами обратного хода кадровой развертки.

Все элементы, за исключением видеопамяти, Video BIOS , тактовых генераторов и шин интерфейса реализованы в одной микросхеме. Чтобы достичь такой степени интеграции, новейшие видеоадаптеры ( Radeon 9700, GeForce FX ) используют технологию производства чипов 0,13 мкм.

Для большего понимания процесса получения видеоизображения рассмотрим каждый из этих элементов в отдельности.

Графический контроллер

Видеопамять

Не меньшей, а то и большей по значимости в видеокарте является видеопамять. Это один из самых больших и ответственных блоков в видеоадаптере и от его объема и быстродействия зависят многие параметры видеоадаптера. Видеопамять – это ОЗУ, размещенное на плате видеоадаптера и предназначенное для хранения цифрового образа формируемого изображения. Видеопамять также иногда называют видеобуфером или Video RAM ( VRAM не тоже самое ). Часто для построения изображения также используется системное ОЗУ – такая память называется локальной.

Объем видеопамяти определяет максимально возможное разрешение и цветность. К примеру, при 16-цветовой палитре и разрядности 4 бита на пиксель для получения разрешения 640х480 требуется 150 Кбайт. Для получения цветности True Color при разрешении 1280х1024 требуется не менее 5 Мбайт видеопамяти. Если в наличии есть удвоенное значение памяти, то можно организовать двухстраничный режим с переключением буферов.

Как известно, размер адресного пространства определяется разрядностью шины адреса. Изначально, 20-разрядная шина адреса IBM PC позволяла адресовать 1 Мбайт памяти, поэтому в этом диапазоне выделялся участок памяти под VGA , размером в 128 Кбайт. Выставляя на шине адреса в диапазоне A 0000 h - BFFFFh , CPU получал доступ к кадровому буферу, таблицам загружаемых шрифтов и другим данным из локальной памяти компьютера. После увеличения адресной шины видеоадаптера до 16 бит появилась возможность увеличить объем видеопамяти до 1 Мбайта (использовались 4 Мбитные микросхемы с организацией 512Кх8). При использовании 2 Мбайт видеопамяти появилась возможность работать с 32-разрядными видеочипсетами . Далее в последующем сегменте загружается Video BIOS по адресам C 0000- C 7 FFFh , для VGA его объем составляет 32 Кбайт. Эта область памяти называет Shadow Memory (теневая память), которая копируется сюда из ROM Video BIOS при загрузке, если в CMOS включена соответствующая опция.

Область видеопамяти, используемая для хранения цифрового образа изображения. Называется кадровым буфером. Как правило, размер кадрового буфера меньше размера видеопамяти. В графических режимах, для реализации которых требуется более 128 Кбайт видеопамяти, линейная адресация кадрового буфера невозможна. Для того , чтобы CPU смог обратиться к любой ячейке, видеопамять разбивается на отдельные области, именуемые банками или страницами. По этой технологии CPU формирует адрес в пределах допустимого диапазона, одновременно обращаясь ко всем одинаковым ячейкам во всех банках, номер нужного банка определяется содержимым регистров графического контроллера и секвенсора. Перед каждым обращением к памяти содержимое этих регистров обновляется. Это режим использовался при 16-цветном графическом режиме. Современные графические адаптеры имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов (выше границы 16 Мбайт). Поэтому никогда не включайте опцию Hole at 15-16 M в CMOS – она предназначена для старых видеоадаптеров.

Также существует архитектура унифицированной памяти UMA ( Unified Memory Architecture ). При таком подходе под видеобуфер выделяется область системного ОЗУ. Таким образом, значительно снижается производительность не только видеосистемы, но всего компьютера. Такой подход Intel начала применять, выпустив чипсет i 810 со встроенной графикой i 752.

Video BIOS

С целью упрощения процедуру конфигурирования видеоадаптера и разгрузки CPU все наборы команд (микропрограмм) CPU , реализующие графические функции. Помещаются в специальное ПЗУ ( ROM ), расположенное на плате видеоадаптера. Набор этих команд принято называть видеосервисом BIOS . Он реализуется с помощью программного прерывания INT 10 h , которое имеет несколько десятков функций управления изображением на экране монитора.

Существует и альтернативный, более быстрый способ управления регистрами видеоадаптера: их может изменять прикладная программа (например, драйвер). Часто для тонкой настройки используется программа PowerStrip , которая позволяет менять содержимое регистров контроллеров и управлять контроллером ЭЛТ. Для видеокарт nVidia существует специализированная программа RivaTuner .

Контроллер ЭЛТ

Контроллер ЭЛТ формирует сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, сигналы инкремента счетчика адреса ячеек видеопамяти, в которых хранится образ видеоизображения, а также стробирующие сигналы чтения и записи в видеопамять. Эти сигналы формируются таким образом, что движение луча по экрану ЭЛТ осуществляется синхронно с процессом сканирования ячеек видеопамяти, причем цвет пикселя на экране соответствует коду, содержащемуся в соответствующей ячейке кадрового буфера.

Работа контроллера ЭЛТ синхронизируется сигналами одного из двух тактовых генераторов ( Dot Clock или Pixel Clock ), установленных на плате видеоадаптера. Их частоты равны 28,322 и 25,175 МГц соответственно. Выбор синхросигнала производится программно.

Контроллер ЭЛТ имеет 26 программно управляемых регистров. Доступ центрального процессора к регистрам контроллера ЭЛТ осуществляется через два порта ввода/вывода. При работе видеосистемы в цветном режиме они имеют адреса 3 D 4 h и 3 D 5 h , а в монохромном – 3 B 4 h и 3 B 5 h (для обеспечения совместимости с программами, написанными для видеосистемы MDA ). По адресу 3 D 4 h располагается так называемый индексный (адресный) регистр, предназначенный для управления обменом данными со всеми остальными регистрами контроллера ЭЛТ. Индексный регистр отображается в порт 3 D 4 h , а все остальные регистры контроллера ЭЛТ – в порт 3 D 5 h .

Для задания координат текущего символа или пикселя на экране контроллер ЭЛТ имеет два счетчика: счетчик символов, определяющий горизонтальную координату пикселя и содержащий номер текущей символьной позиции, и счетчик строк, определяющий вертикальную координату и содержащий номер текущей строки растра. В моменты, когда значения этих счетчиков совпадают с числами, записанными в определенных регистрах контроллера ЭЛТ, начинают формироваться сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, а также стробирующие сигналы чтения/записи видеопамяти. Хранящиеся в регистрах контроллера ЭЛТ значения полностью определяют параметры растра на экране монитора: разрешение, частоту кадров, размеры знакоместа и т.д. Смена видеорежима реализуется путем записи в эти регистры новых значений, соответствующих выбранному режиму.

RAMDAC

Основная задача RAMDAC – преобразование кода цвета пикселя в аналоговый сигнал. Главным элементом RAMDAC является трехканальный 6-разрядный ЦАП, количество каналов которого равно количеству основных цветов. Работа ЦАП синхронизируется сигналом Dot Clock тактового генератора видеоадаптера (по этой частоте определяется верхняя граничная частота спектра сигнала). На входы WFG подаются 6-разрядные коды 3 различных цветов. На выходе каждого канала ЦАП можно получить 2 6 = 64 значения выходного напряжения от 0 до 0,7 В. Разрядность ЦАП определяет количество оттенков цветов, которые потенциально может сформировать видеоадаптер VGA .

Секвенсор

Секвенсор, или указатель последовательности, предназначен для генерации сигналов, необходимых для сканирования видеопамяти. Другими словами, он обеспечивает последовательную адресацию и считывание содержимого ячеек видеопамяти и передачу их содержимого в RAMDAC . Работа секвенсора синхронизуется стробирующими сигналами, формируемыми контроллером ЭЛТ. Кроме того, он позволяет переключаться между 8 различными таблицами национальных шрифтов.

Синхронизатор

Как уже отмечалось, видеопамять используется двумя устройствами: CPU при обновлении кадрового буфера и самим видеоадаптером, точнее секвенсором при считывании цифрового образа изображения в процессе сканирования видеопамяти, т.е. во время хода прямого хода луча развертки. В связи с этим, на обновление кадрового буфера остается только интервал времени, равный длительности периода гашения.

Для синхронизации обращения CPU к кадровому буферу используется синхронизатор. Он разрешает обновление кадрового буфера только во время действия сигнала гашения. В результате устраняется основная причина конфликтов при работе с видеопамятью – асинхронность обращения к ней CPU и внутренних систем видеоадаптера. Также для этой цели используется регистр состояния

Тактовые генераторы

Работа всех устройств видеоадаптера синхронизуется сигналом Dot Clock и производимыми им тактовыми сигналами. Частота Dot Clock равна верхней граничной частоте выходного видеосигнала. При заданной частоте этой же частотой определяются значения частот строчной и кадровой синхронизации. Этот генератор имеет 2 фиксированные частоты 25,175 и 28,322 МГц. Частота сигнала Dot Clock должна соответствовать значению полосы пропускания видеотракта подключенного к видеоадаптеру монитора.

В современных видеоадаптерах, помимо сигнала Dot Clock используется дополнительный генератор, формирующий сигнал Memory Clock , предназначенный для синхронизации работы видеопамяти и чипсета видеоадаптера. Частота этого сигнала может изменяться в широких пределах, т.к. разная память имеет разную скорость быстродействия. На этой возможности основана процедура разгона видеопамяти путем увеличения ее пропускной способности. Примером таких программ слажат MCLK и PowerStrip .

Читайте также: