3.История, устройство и работа видеоадаптеров, современные 3d графические процессоры Современные тенденции конструирования видеоадаптеров.

Первоначально графический процессор содержал лишь схемы, ускоряющие обработку 2D-графики (копирование массивов пикселей, манипуляции с цветами, работа со спрайтами типа курсора мыши и текстурными картами и др.). Позже к ним были добавлены блоки ускорения 3D-графики, схемы преобразования цветовых пространств для видеосигналов, видеовыход TV-сигнала, аппаратные схемы поддержки декодирования данных MPEG-2 для воспроизведения DVD, TMDS трансмиттер¹, VIP-разъемы (Video Interface Port – порт видеоинтерфейса) для подключения дополнительных устройств². Ускорители 3D графики аппаратно реализуют векторные операции (предварительная подготовка и расчёт трёхмерных изображений, векторный конвейер, трансформация и подбор текстурных карт) и операции рендеринга изображения (обычно процессор содержит несколько пиксельных конвейеров с мультитекстурированием и поддержкой различных режимов наложения текстур; обеспечивает работу с буфером глубины (Z-буфером), расчёт освещения, затенения, отражения, преломления и альфа-канала)³. Еще одна тенденция – расширение числа аппаратно поддерживаемых функций наиболее распространенных API-интерфейсов: DirectX, OpenGL и Glide (рис.13). Быстродействие современных видеоадаптеров обычно измеряется количеством графических элементов (треугольников), которые рисуются за 1 секунду (triangle throughput), и максимальной производительностью закраски (точек в секунду, fill rate).

 Характеристики современных графических процессоров.

Современные RAMDACи физически встроены в чип графического процессора. Их входные шины той же ширины, что и шины памяти чипа (64 или 128 бит). Типичный современный RAMDAC может работать с 6- и 8- битными данными в 8-битном пиксельном режиме. Скорость RAMDAC – это частота, с которой RAMDAC обрабатывает пиксели и посылает видео сигналы на монитор. RAMDAC достигает частот выше 230 МГц только в разрешениях превышающих 1600x1200 точек (с частотой кадров >85 Гц).

Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много данных передаются в память и из нее за единицу времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 85 Hz, требует пропускной способности памяти 255 мегабайт в секунду. Память SGRAM (Synchronous Graphics RAM) – синхронная графическая память. Скорость перемещения данных увеличивается за счет полного контроля за временными издержками, требующимися различным элементам чипов памяти для функционирования. Память DDR SGRAM (Double Data Rate) может передавать и принимать данные по фронту и спаду синхросигнала шины, в отличие от обычной памяти типа SGRAM, которая передает данные только по восходящему уровню сигнала. Максимальная величина ширины полосы пропускания DDR SGRAM может достигать 1.6 Гб/с при частоте шины 100 МГц. На ширину полосы пропускания, помимо частоты графического процессора, влияет и разрядность шины памяти (для TNT2 125 МГц она составляет 128 бит).

 Шина AGP.

AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной шине, имеющей выход непосредственно на системную память. В системной памяти теперь могут размещаться например текстуры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа со стороны как процессора, так и видеоадаптера. AGP также позволяет более эффективно использовать память страничного буфера, тем самым увеличивая производительность 2D графики также, как увеличивая скорость прохождения потока данных 3D графики через систему.

Шина PCI (стандартно) работает на частоте 33 МГц. AGP - на 66 МГц. Шина AGP имеет режим 2x, в котором скорость пересылки данных при 66 МГц удваивается (частота 4X AGP составляет 266 МГц). 1x режим передает одну порцию (слово) данных и побочную информацию при каждом тактирующем импульсе. Это приносит 264 МБ/с. 2x режим передает данные и побочную информацию в начале и конце каждого такта, поэтому две порции данных передаются за один такт, при этом общий максимальный вывод соответствует 528 МГц. В 4x режиме тактовая частота остается равной 66 МГц, но два других сигнала, запускающиеся синхронно с главными синхроимпульсами с эффективной частотой 133 МГц, используются для передачи данных в начале и конце каждого такта. Это приносит максимальный вывод свыше 1 Гб/с. AGP интерфейс может производить два типа транзакций: PCI транзакции и AGP транзакции. Единственные AGP транзакции имеют тип "bus mastering" т.е. являются передачами из системной памяти графическому контроллеру и инициируются графическим контроллером.

Видеока́рта (известна также как графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, видеоада́птер) (англ. videocard) — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (ISA, VLB, PCI, PCI-Express) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной).Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера. Например, все современные видеокарты NVIDIA и AMD(ATi) поддерживают приложения OpenGL на аппаратном уровне. Современная видеокарта состоит из следующих частей:

* графический процессор (Graphics processing unit - графическое процессорное устройство) — занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства.

*видеоконтроллер — отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора.

*видеопамять — выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные.

*цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) — служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC

*видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS).

*система охлаждения — предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Графический процессор (Graphics Processing Unit, GPU) — микропроцессор, специализированный для обработки графической информации. Он берет на себя часть функций по формированию трехмерного (3D) изображения и позволяет разгрузить центральный микропроцессор (CPU) от выполнения операций, связанных с расчетами геометрических трансформаций, моделей освещения и т. д. Как правило, графическим процессором (акселератором) оснащены все современные видеокарты; однако он может быть встроен и в чипсет материнской платы.