Реферат: Архитектурные особенности и технические характеристики видеоадаптеров
функций BIOS или программирования регистров видео-адаптера можно преключать активные страницы видеопамяти. Выводж информации может производиться как в активную, так и в неактивные страницы видеопамяти.
Текстовый режим. В текстовых режимах на экране могут отображаться только текстовые символы. Стандартные текстовые режимы позволяют выводить на экран 25 строк по 40 или 80
символов. Для кодирования каждого знакоместа экрана используется два байта: первый из них содержит ASCII код отображаемого символа, второй – атрибуты символа. ASCII коды символов экрана располагаются в нулевом цветовом слое, а их атрибуты -- в первом цветовом слое. Атрибуты определяют цвет символа и цвет фона. Благодаря такому режиму хранения информации достигается значительная экономия памяти. При отображении символа на экране происходит преобразование
его из формата ASCII в двумерный массив пикселов, выводимых на экран. Для этого преобразования используется таблица трансляциии символов (таблица знакогенератора). Таблица знакогенератора хранится во втором слое видеопамяти. При непосредственном доступе к видеопамяти нулевой и первый цветовые слои отображаются на общее адресное пространство с чередованием байтов из слоев. Коды символов имеют четные адреса, а их атрибуты -- нечетные. При установке текстовых режимов работы видеоадаптеров EGA и VGA BIOS загружает таблицы знакогенератора из ПЗУ во второй цветовой слой видеопамяти. Впоследствие таблицы используются при отображении символов на экране. Благодаря этому можно легко заменить стандартную таблицу знакогенератора своей
собственной. Это широко применяется при русификации компьютеров. EGA и VGA обеспечивают возможность одновременной загрузки соответственно четырех и восьми таблиц знакогенераторов в память. Каждая таблица содержит описание 256 символов. Одновременно активными могут быть одна или две таблицы знакогенератора. Это дает возможность одновременно отображать на экране до 512 символов. При этом один бит из байта атрибутов указывает, какая из активных
таблиц знакогенератора используется при отображении данного символа. Номера активных таблиц знакогенератора определяются регистром выбора знакогенератора. EGA поддерживает два размера для матриц символов: 8х8 и 8х14 пикселов. Один из этих наборов символов автомаически загружается BIOS в видеопамять при выборе текстового режима. Так как VGA имеет большую разрешающую способность, то его матрица символа имеет размеры 9х16. На каждый символ отводится 32 байта. Первая таблица имеет в видеопамяти адреса: 0000h--1FFFh, вторая: 2000h--3FFFh, ... , восьмая: E000h--FFFFh. Каждый символ, отображаемый на экране в текстовом режиме, определяется не только своим ASCII кодом, но и байтом атрибутов. Атрибуты задают цвет символа,
цвет фона, а также некоторые другие параметры. Биты D0--D2 байта атрибутов задают цвет символа, D4--D6 цвет фона. Если активной является одна таблица знакогенератора, то D3 используется для управления интенсивностью цвета символа, что позволяет увеличить количество воспроизводимых цветов до 16. Если одновременно определены две таблицы знакогенератора, то D3 задает таблицу знакогенератора, которая будет использована для отображения данного символа.
Бит D7 выполняет две различные функции в зависимости от состояния регистра режима контроллера атрибутов. Данный бит либо управляет интенсивностью цвета фона, увеличивая количество отображаемых цветов до 16, либо разрешением гашения символа, в результате чего символ на экране будет мигать.По умолчанию данный бит управляет разрешением гашения символа.
Видеопамять в графических режимах: Распределение видеопамяти в графических режимах работы адаптеров отличается от распредления видеопамяти в текстовых режимах. Ниже рассмотрена структура распределения видеопамяти отдельно для каждого графического режима.
Режимы 4 и 5. Это режимы низкого разрешения (320х200), используются 4 цвета. Поддерживаются видеоадаптерами CGA, EGA и VGA. У EGA и VGA видеоданные расположены в нулевом цветовом слое, остальные слои не используются. Для совместимости с CGA отображение видеопамяти на экране не является непрерывным: первая половина видеопамяти (начальный адрес В800:0000) содержит данные относительно всех нечетных линий экрана, а вторая (начальный адрес В800:2000) – относительно всех четных линий. Каждому пикселу соответствует два бита видеопамяти. За верхний левый пиксел экрана отвечают биты D7 и D6 нулевого байта видеопамяти. В режимах 4 и 5 имеются два набора цветов: стандартный и альтернативный: 00 -черный; 01 - светло-синий (зеленый); 10 - малиновый (красный); 11 - ярко-белый (коричневый).
Режим 6. Режим 6 является режимом наибольшего разрешения для CGA (640х200). Видеоадаптеры EGA и VGA используют для хранения информации только нулевой слой. Как и в режимах 4 и 5 первая половина видеопамяти отвечает за нечетные линии экрана, а вторая половина -- за четные. В данном режиме на один пиксел отводится один бит видеопамяти. Если значение бита равно 0, то пиксел имеет черный цвет, а если единице -- то белый.
Режимы 0Dh и 0Еh. Разрешающая способность в режиме 0Dh составляет 320х200, а в режиме 0Eh 640х200 пикселов. Данный режим поддерживается только видеоадаптерами EGA и VGA Для хранения видеоданных используются все четыре цветовых слоя. Адресу видеопамяти
соответствуют четыре байта, которые вместе определяют восемь пикселов. Каждому пикселу соответствуют четыре бита -- по одному из каждого цветового слоя. Четыре бита на пиксел, используемые в данных режимах, позволяют отображать 16 различных цветов. Запись в каждый из этих цветовых слоев можно разрешить или запретить при помощи разрешения записи цветового слоя. Управление доступом к цветовым плоскостям осуществляется при помощи регистров: Адресный регистр графического контроллера, порт вывода для этого регистра 3CEh; биты 0--3
содержат адрес регистра, остальные не используются. Регистр цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 00h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--3 определяют значение для соответствующей плоскости, остальные не используются. Регистр разрешения цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 01h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--3 означают разрешение соответствующего слоя, а остальные не используются. Регистр выбора плоскости для чтения: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 04h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--2 содержат номер плоскости для чтения, а остальные не используются.
Графический контроллер осуществляет обмен данными между видеопамятью и процессором. Он может выполнять над данными, поступающими в видеопамять, простейшие логические операции: И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, циклический сдвиг. Таким образом, видеоадаптер может выполнять часть работы по обработке видеоданных. Хотя процессор может читать данные только из одного цветового слоя, запись данных в регистры-защелки происходит из всех цветовых слоев. Эту
особенность можно использовать для быстрого копирования областей экрана. Во время цикла чтения данных из видеопамяти , графический контроллер может выполнять операцию сравнения цветов. В отличие от обычной операции чтения. когда читается только один цветовой слой, при операции сравнения цветов графический контроллер имеет доступ ко всем четырем слоям одновременно. В
случае совпадения вырабатывается определенный сигнал.
Последовательный преобразователь. Это устройство запоминает данные, читаемые из видеопамяти в течении цикла регенерации, преобразует их в последовательный поток бит, а затем передает их контроллеру атрибутов.
Контроллер атрибутов. Контроллер атрибутов в графических режимах управляет цветами. Значениям цветовых атрибутов ставится в соответствие определенный цвет при помощи таблицы
цветовой палитры. Эта таблица ставит в соответствие четырем битам из видеопамяти шесть битов цветовой информации. Для ЕGA эта информация поступает непосредственно на дисплей, а для VGA -- преобразуется в соответствии с таблицей цветов тремя ЦАП в RGB-сигнал и передается на дисплей. Контроллер ЭЛТ выполняет следующие функции: вырабатывает сигналы управления
работой ЭЛТ, определяет формат экрана и символлов текста, определяет форму курсора, управляет световым пером, управляет скроллингом содержимого экрана. Синхронизатор управляет всеми временными парамет-рами видеоадаптера.
Особенности использования для разных задач пользователя
Двухпортовую видеопамять.
Двухпортовую видеопамять - графический процессор осуществляет чтение из видеопамяти или запись в нее через один порт, а RAMDAC осуществляет чтение данных из видеопамяти, используя второй независимый порт. В результате графическому процессору больше не надо ожидать, пока RAMDAC завершит свои операции с видеопамятью, и наоборот, RAMDAC больше не требуется ожидать, пока графический процессор не завершит свою работу с видеопамятью.
Такой тип памяти с двухпортовой организацией
называется VRAM (Video RAM). На самом деле реализация этой технологии несколько
сложнее, чем просто сделать два независимых порта для чтения и записи, поэтому
производство такой памяти обходится не дешево. Зато это объясняет, почему
видеоадаптеры, использующие VRAM, стоят так дорого и работают так быстро.
Аналогичным образом устроена память WRAM (Window RAM), которая тоже является
двухпортовой и применяется на видеплатах компании Matrox.
Эта память имеет лучшую организацию, благодаря чему она работает быстрее, чем
VRAM. Видеоадаптеры, оснащенные двухпортовой памятью, обычно обеспечивают
высокую частоту обновления экрана при высокой глубине представления цвета, что
объясняется просто. Высокая частота регенерации экрана означает, что RAMDAC
посылает в монитор полный образ изображения гораздо чаще, чем при более низких
показателях частоты вертикальной развертки. Соответственно при этом RAMDAC
необходимо чаще обращаться в режиме чтения к видеопамяти.
Такая возможность имеется при использовании видеопамяти типа VRAM/WRAM, за счет возможности обращения к памяти через второй порт. В случае же с обычной видеопамятью (типа FP DRAM/EDO DRAM) такой возможности нет, поэтому производительность видеоадаптера существенно ниже.
Все сказанное элементарно подтверждается тестами при их проведении с различными уровнями частоты регенерации (обновления) экрана. Аналогичная ситуация наблюдается и в случае использования режимов с высокой глубиной представления цвета. Например, при 8-битной глубине представления цвета (256 цветов) при разрешении 1024x768 RAMDAC должен считать из видеопамяти 786,432 байт данных, чтобы послать на монитор полный образ изображения. Если цвет имеет глубину представления 24 бит (16млн. цветов), то для отправки на монитор образа в таком же разрешении RAMDAC требуется считать из видеопамяти уже 2,359,296 байт, что, разумеется, занимает больше времени. Это, кстати, объясняет, почему, используя недорогие видеоадаптеры, нельзя использовать такую же высокую частоту обновления экрана в режиме True color, как и при меньшем количестве цветов.
Другим
методом для увеличения производительности является увеличение ширины (разрядности)
шины, через которую графический процессор и RAMDAC обмениваются данными с
видеопамятью. Около четырех лет назад, когда появились первые 32-битные
видеоадаптеры, они казались верхом совершенства.
Сегодня такие платы можно смело назвать раритетом. Эти карты имели 32-битную
шину данных, соединяющую видеопамять с графическим процессором и RAMDAC. По
32-битной шине может за раз передаваться 4 байта данных. Впечатляюще? Несколько
позднее появились 64 разрядные видеоадаптеры, которые могут передавать единовременно
8 байт, являющиеся на сегодня самыми распространенными. И только совсем недавно
мы стали свидетелями массового появления графических адаптеров, в архитектуре
которых применяется 128 разрядная шина, по которой за одну транзакцию
передается 16 байт информации.
Нетрудно заметить, что видеоадаптеры, оснащенные 128-битной шиной и
использующие видеопамять типа VRAM/WRAM, имеют наилучшие шансы для достижения
максимальной производительности.
Но есть и ложка дегтя, как же без нее? Дело в том, что, как правило, микросхемы видеопамяти имеют организацию 8x1 Mbit, т.е. такую же, как и видеопамять на устаревших 32-разрядных видеоадаптерах. В итоге, даже в случае 128-разрядных плат, доступ к видеопамяти может осуществляться только с ограничением ширины потока данных в 32-бита. Кстати, именно этим фактом объясняется то, что 64-битные видеоадаптеры, имеющие на борту лишь 1Мб видеопамяти, работают медленнее, чем те же самые видеоплаты, но с 2Мб видеопамяти. Соответственно, 128-разрядные графические платы, использующие видеопамять со стандартной организацией, например Number Nine Imagine128 Series 2, для нормальной работы требуют 4Мб минимально установленного объема памяти для реализации возможностей 128-битной шины видеоданных. Не случайно, компания Tseng при разработке своего 128-разрядного графического процессора ET6000, выбрала для работы новый тип видеопамяти MDRAM (Multi bank DRAM) компании MoSys. Этот новый тип памяти имеет совершенно другую организацию, чем стандартная память DRAM. Используя методы чередования (интерливинга) и другие хитрости, при организации MDRAM удалось получить возможность использовать 2Мб видеопамяти на видеоадаптерах, построенных на основе ET6000. Но самым распространенным на сегодняшний день методом оптимизации работы видеоадаптеров является применение повышенной тактовой частоты, на которой работает графический процессор, видеопамять и RAMDAC, что позволяет увеличить скорость обмена информацией между компонентами платы.
Несколько лет назад графические процессоры работали с тактовой частотой, значения которой не превышали скорость работы шины системной памяти на материнской плате. Теперь ситуация изменилась, например, процессор Tseng ET6000 работает на тактовой частоте до 100MHz, но и процессоры от других производителей не отстают. Для работы на таких частотах требуется специальная видеопамять. Кроме MDRAM работать с высокой тактовой частотой может видеопамять типа SGRAM. На самом деле SGRAM - это просто версия SDRAM, рассчитанная для работы в качестве видеопамяти. Кстати, существующие микросхемы SGRAM могут работать на частотах до 125 MHz, чего вполне достаточно.
Выводы
Лучшим видеоадаптером для игр из числа протестированных оказалась плата Hercules Stingray 128/3D, занявшая в общем зачете девятое место. Она обеспечивает самый гладкий вывод VRML и 3D-игр, а также наилучшее качество отображения трехмерной графики среди всех протестированных графических адаптеров. Высокая 3D-производительность платы Stingray достигается за счет использования отдельной микросхемы, отвечающей за обработку трехмерной графики, и отдельного банка памяти, благодаря которому текстуры (например, под дерево) перемещаются в трехмерных сценах быстрее.
Вам нужна плата для качественного воспроизведения мультимедийных презентаций? Акселератор ATI 3D Pro Turbo PC2TV с 8-Мбайт ОЗУ, занявший первое место и получивший звание "Лучший выбор", был самым быстрым при создании и выполнении презентации PowerPoint. А что с анимированным тестом Macromedia Director? Здесь показатели плат были очень близкими, впереди с минимальным преимуществом оказалась модель Diamond Stealth 3D 3000, также получившая звание "Лучший выбор" и занявшая второе место. Немногие платы были столь же хороши при воспроизведении видео в формате AVI. Шесть из шестнадцати протестированных плат, включая победителя - ATI 3D Pro Turbo, - пропустили так много кадров, что видеовоспроизведение было прерывистым. Однако несколько плат, и Diamond Stealth 3D 3000 в их числе, воспроизводили клип очень гладко, на полной скорости 30 кадров в секунду.
Лучший выбор
Обновленные тесты видеоплат выявили двух новых победителей: ими стали ATI 3D Pro Turbo PC2TV (219 долл.) и Diamond Stealth 3D 3000. Эти две платы лучше всех остальных проявили себя при работе в широком диапазоне приложений, начиная от стандартных офисных программ и заканчивая средствами виртуальной реальности. Они не были самыми быстрыми в каждом отдельном типе графических задач, но в общем зачете их показатели были наилучшими, поэтому эти две модели на сегодняшний день - наиболее подходящие как для работы, так и для развлечения.
Плата 3D Pro Turbo особенно мощная, так как содержит 8-Мбайт ОЗУ типа SGRAM. Она обеспечивает очень высокую производительность в нескольких различных областях, включая двухмерную графику, но качество воспроизведения видео в формате AVI у нее лишь посредственное. Кроме того, эта модель имеет выход для подключения к телевизору. Видеоадаптер Diamond Stealth 3D 3000 показал великолепное быстродействие с 2D-программами и хорошо проявил себя в двух из трех субъективных тестах с играми. Однако нельзя не отметить, что это одна из нескольких плат, камнем преткновения для которых стала игра Independence Day фирмы Fox Interactive.
