KT-p22

Контроллер ЭЛТ имеет 26 регистров,доступных CPU для чтения и записи. Данные,хранящиеся в регистрах контроллера ЭЛТ,полностью определяют параметры растра на экране монитора: разрешение,частоту кадров, размеры знакоместа и др. Смена видеорежима реализуется путем записи в эти регистры новых значений,соответствующих выбранному режиму.

Графический контроллер

Графический контроллер предназначен для управления обменом данными между центральным процессором и видеопамятью и выполнения элементарных преобразований этих данных.

Кроме того,графический контроллер видеоадаптера VGA содержит четыре 8-разрядных регистра-защелки (lathees), которые используются для доступа к цветовым плоскостям.

Секвенсер

Секвенсер,или указатель последовательности,предназначен для генерации сигналов,необходимых при сканировании видеопамяти. Другими словами,секвенсер обеспечивает последовательную адресацию и считывание содержимого ячеек видеопамяти и передачу их содержимого в контроллер атрибутов и далее — в RAMDAC. Работа секвенсера синхронизируется стробирующими сигналами,формируемыми контроллером ЭЛТ.

Контроллер атрибутов

Контроллер атрибутов видеоадаптера VGA предназначен для управления цветом изображения,выводимого на экран монитора. В текстовом режиме работы видеоадаптера он задает цвет пикселов в пределах символьной матрицы на основании содержимого байта атрибутов выводимого символа (отсюда и его название). Кроме того,в этом режиме контроллер атрибутов позволяет создавать такие эффекты,как мигание,инверсия цвета или повышенная яркость символа. В графическом 16-цветном режиме контроллер атрибутов преобразует условный 4-разрядный номер цвета пиксела, хранящийся в видеопамяти,в 8-разрядный номер регистра RAMDAC, содержащего 18-разрядный код отображаемого цвета. С выхода контроллера атрибутов данные поступают на RAMDAC видеоадаптера.

RAMDAC

Графический процессор, получив информацию об изображении из видеопамяти,обрабатывает ее и передает либо в цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) для вывода на аналоговый монитор,либо в микросхему формирования цифрового сигнала TDMS (а через нее на цифровой видеовыход DVI) для вывода на цифровой монитор.

Основная задача RAMDAC - преобразование кода цвета пиксела в аналоговый сигнал. RAMDAC включает:

81

-трехканальный ЦАП;

-256 18-разрядных регистров цвета (именно эти регистры и образуют оперативную память,аббревиатура которой (RAM) входит в название данного устройства);

-выходной 18-разрядный регистр цвета,выходы которого соединены с соответствующими входами ЦАП;

-схему адресации.

Работа ЦАП синхронизируется сигналом Dot Clock тактового генератора видеоадаптера. Именно этой частотой определяется верхняя граничная частота спектра видеосигнала. Разрядность ЦАП определяет количество оттенков цвета,которые потенциально может сформировать видеоадаптер. За счет гамма-коррекции исходное цветовое пространство расширяется еще больше. В последнее время появились RAMDAC с разрядностью 10 бит по каждому каналу,охватывающие более миллиарда цветов.

Синхронизатор

Синхронизатор управляет доступом CPU к кадровому буферу и разрешает его обновление только во время действия сигналов гашения. В результате устраняются помехи,которые могут возникать при обращении к кадровому буферу в течение прямого хода луча.

Для синхронизации обращения CPU к кадровому буферу используется также регистр состояния. Бит 3 этого регистра устанавливается в состояние логической 1,если сигнал V-Sync активен,а бит 0, - если активен сигнал разрешения отображения (Display Enable). Прикладная программа, считывая биты регистра состояния,обращается к кадровому буферу только

тогда,когда вывод информации на экран не производится.

2.2.Графический процессор

2.2.1.Графические программные интерфейсы

OpenGL

В 1992 г. был разработан и утвержден графический стандарт OpenGL (Open Graphics Library — открытая графическая библиотека) основанный на библиотеке IRIS GL, который был разработан фирмой Silicon Graphics

для своих графических станций Silicon IRIS. Программы,написанные с помощью OpenGL, можно переносить практически на любые платформы,будь то персональный компьютер или графическая станция,получая при этом одинаковый результат.

Базовый набор OpenGL включает в себя около 150 различных команд, с помощью которых реализуют основные функции: определение объектов, указание их местоположения в трехмерном пространстве,установку других

82

параметров (поворот,масштаб), изменение свойств объектов (цвет,текстура, материал), положение наблюдателя.

Дополнительные библиотеки OpenGL (расширения) реализуют функции,отсутствующие в стандартной библиотеке. Например,библиотека GLAUX разработана фирмой Microsoft для применения OpenGL в операционной среде Windows. Разработчики видеодаптеров создают собственные расширения OpenGL, учитывающие возможности конкретного графического процессора.

DirectX

В 1995 г. компания Microsoft представила первую версию библиотеки DirectX (тогда она называлась Game SDK).

Интерфейс DirectX предназначен для:

-программирования двухмерной графики (модуль DirectDraw);

-создания трехмерной графики (модуль Direct3D);

-работы со звуками и музыкой (модули DirectSound и DirectMusic);

-поддержки устройств ввода (модуль Directlnput);

-разработки сетевых игр (модуль DirectPlay).

Таким образом, DirectX представляет собой набор из нескольких сравнительно независимых сервисов, позволяющих разработчикам игр и других интерактивных приложений получать доступ к специфическим функциям аппаратного обеспечения,без необходимости написания аппаратнозависимого программного кода. DirectX основан на наборе интерфейсов Component Object Model (компонентная модель объектов), а объекты СОМ могут описываться практически любыми языками программирования,напри-

мер C/C++, Delphi и даже Basic.

Популярность DirectX объясняется его способностью обеспечить все нужды разработчиков игр ПО и соответсвующего АО: от создания трехмерной графики и пользовательского интерфейса ввода, до поддержки сетевых виртуальных миров.

2.2.2. Программные технологии повышения производительности графической подсистемы

Современные графические процессоры для ПК работают с так называе-

мой полигональной графикой,то есть любой объект представляется как набор плоских многоугольников,которые рано или поздно разбиваются

83

Пиксельные шейдеры предоставляют гибкие возможности для программирования блока мультитекстурирования и работают уже с отдельными пикселями экрана,тем самым обеспечивая широкие возможности

по обработке фрагментов. Пиксельные шейдеры позволяют по шагам управлять процессом наложения текстур,определения глубины и вычисления цвета фрагментов. Пиксельные шейдеры обеспечивают высокую степень детализации поверхностей, позволяют разработчикам гибкий инструмент контроля освещения,закраски и цвета каждого отдельного пикселя,позволяя создавать уникальные эффекты поверхностей.

Геометрический шейдер - это шейдер,которому доступны уже собранные из вершин треугольники перед отрисовкой,как целостные объекты. Он может производить какие-либо операции над треугольниками целиком. В том числе,учитывая какие-то контрольные или дополнительные параметры вершин. Возможно реализовать тесселяцию поверхностей на большее кратное число треугольников по тому или иному алгоритму.

2.2.3. Классификация графических процессоров

2D-акселератор. Первоначально видеоадаптеры с аппаратным ускорением графических функций делились на две группы: видеоадаптеры с графическим ускорителем (акселератором); видеоадаптеры с графическим сопроцессором.

Критерием разделения был способ реализации аппаратного ускорения и степень “интеллектуальности” видеоадаптера.

Графический акселератор является усовершенствованным вариан-

том графического контроллера видеоадаптера VGA. Освобождая центральный процессор от выполнения многих операций,он не изменяет общего характера взаимодействия между CPU и видеоадаптером. Акселератор обладает определенной самостоятельностью только в пределах видео­ адаптера (при работе с видеопамятью), но не в рамках общей архитектуры ПК. В частности,акселератор не может самостоятельно через шину ввода/ вывода обращаться к системной оперативной памяти так,как это делает центральный процессор.

Графический акселератор представляет собой устройство комбинационного типа, выполняющее заданные логические или арифметические операции по жесткому алгоритму,который не может быть изменен. По этой причине видеоадаптеры с графическим акселератором ориентированы,как правило,на вполне конкретные приложения.

Графический сопроцессор является более универсальным устройством и работает параллельно с CPU. Графический сопроцессор решает те же задачи,что и акселератор,но делает это по-иному. Отличия проявля-

ются как в структуре этих устройств,так и в способе их взаимодействия с центральным процессором.

84

Основу графического сопроцессора составляет арифметико-логичес- кое устройство (АЛУ). АЛУ фактически представляет собой специализированный микропроцессор,работаюший по программам,содержащимся в собс-

твенном ОЗУ. Таким образом,основное отличие графического сопроцессора от графического акселератора заключается в том,что сопроцессор можно запрограммировать на выполнение различных задач,тогда как ускоритель ориентирован только на конкретные приложения. А также графический сопроцессор,в отличие от графического акселератора,является активным устройством. В процессе выполнения своих функций он может наравне с центральным процессором обращаться к системной оперативной памяти и управлять шиной ввода/вывода.

3D-акселератор. Объем вычислений, необходимый для моделирования трехмерного объекта,очень велик. Если эти вычисления возложить на CPU, то производительность системы упадет настолько, что работа в реальном времени будет практически невозможна. Чтобы обеспечить возможность видеть на экране проекцию динамического трехмерного объекта, в состав ПК включают устройство,самостоятельно выполняющее основную часть расчетов трехмерной сцены. Такое устройство принято называть ускорителем трехмерной графики или 3D-акселератором.

В современные видеоадаптеры включается графический сопроцессор,поддерживающий различные программные и аппаратные реализации основанные на вышеописанных технологиях,нацеленный на работу с 3Dграфикой.

2.2.4. Функциональная схема графического процессора

85

2.2.5. Поколения графических процессоров

Первое поколение (1995-1997)

Первое поколение графических ускорителей представлено чипами, которые одинаково хорошо могут жить и на шине PCI, и на шине AGP, так как их производительность не превосходит пропускной способности шины PCI. Параллельной обработки здесь не использовалось,а обработка велась только на уровне расчета треугольников и наложения текстур.

3DFx (Voodoo Graphics, Voodoo Rush) nVidia (Riva 128, Riva 128ZX)

Второе поколение (1997-1999)

Второе поколение охватывает широкий круг видеокарт, которые нормально работают только на шине AGP, так как их производительность превышает возможности шины PCI. У карт второго поколения появились аппаратные конвейеры для одновременной обработки двух текстур,обеспечена поддержка до 64 Мбайт видеопамяти,часто поддерживается 32-битный цвет. Повышенная частота RAMDAC обеспечивает комфортную работу в высоких разрешениях экрана монитора. Глубина Z-буфера возросла до 24-32 бит. Стандартом считается аппаратная поддержка мультитекстурирования, анизотропной фильтрации и прочих современных технологий.

3DFx (Voodoo2,Voodoo Banshee, Voodoo 3, VSA-100); nVidia (Riva TNT, Riva TNT2);

Matrox (G200, G400); S3 (Savage 3D);

ATI (Rage 128).

Третье поколение (1999-2002)

Третье поколение включает видеоускорители,оснащенные принципи-

ально новым элементом - геометрическим процессором. Такое решение позволяет значительно ускорить обработку трехмерных сцен. А так же был принят новый стандарт прикладного графического програм-

много интерфейса DirectX 7, разработанного компанией Microsoft. С тех пор поколения графических процессоров принято различать по способности аппаратно реализовать функции какой-либо версии DirectX.

nVidia (GeForce 256, GeForce2) ATI (Radeon 256)

STM (Куго/Куго II)

S3 (Savage 2000)

Поколение DirectX 8

86

Отличительной чертой видеокарт поколения DirectX 8 стало появление программируемого блока обработки атрибутов вершин (процессора вершин). Программы обработки (вершинные шейдеры) поначалу выполняли геометрические операции,затем могли работать с цветом вершин и прозрачностью. Подобный блок для расчета цвета пикселов на основе пиксельных шейдеров стал частью пиксельного конвейера.

nVidia (GeForce3,GeForce4)

ATI (Radeon 8500, Radeon 9000, Radeon 9200) STM (Куго/Куго II)

S3 (Savage 2000)

Поколение DirectX 9

Графические ускорители с полностью программируемым графическим процессором относятся к поколению DirectX 9. Благодаря их появлению разработчики программ получили возможность описывать способы обработки графики с помощью команд, похожих на операторы языков программирования высокого уровня,например C++. В частности,компания nVidia даже разработала язык Cg (С Graphics) для программирования своих графических процессоров.

Matrox (Parhelia)

nVidia (GeForce FX 5ххх,GeForce 6ххх,GeForce 7ххх) ATI (Radeon 9500, семейство X)

2.2.6 Особенности маркировки некторых видеоадаптеров

Внутри семейств GeForce компании nVidea для маркировки видеокарт различной производительности используются индексы:

-Ultra (максимальные частоты ядра и памяти);

-GT (повышенные в сравнении со стандартными частоты ядра и памяти);

-LE (сокращение числа пиксельных,а иногда и вершинных конвейеров; уменьшенные частоты ядра,а иногда и памяти).

Внутри всех семейств компании ATI для маркировки видеокарт

различной производительности используются индексы:

-XT РЕ (максимальные частоты ядра и памяти);

-XT (повышенные в сравнении с XL частоты ядра и памяти);

-XL (увеличенные частоты ядра и памяти);

-Pro (полная или урезанная функциональность,при сохранении или повышении частотных параметров);

-SE (либо снижение частот при сохранении функциональности, либо урезанная функциональность,либо более узкая шина памяти).

87

Тип разъема процессора

Socket 1 (169)

Socket 2 (238)

Socket 3 (237)

Socket 4 (273)

Socket 5 (320)

Socket 6 (235)

Приложение 1. Процессорные разъемы

Модели процессоров	Частота	Напряжение, В
	системной
	øèíû, ÌÃö
Intel 80486 (SX, SX2, DX, DX2,
DX4),
AMDAm5x86,
Cyrix Cx5x86
Intel 80486 (SX, SX2, DX, DX2,
DX4),
AMDAm5x86,
Cyrix Cx5x86
Intel 80486 (SX, SX2, DX, DX2,
DX4),
AMDAm5x86,
Cyrix Cx5x86
Intel Pentium (P5)
Intel Pentium (P5),
Intel PentiumMMX (P55),
AMD K5,AMD K6,
AMD K6-2,
Cyrix 6x86L,
Cyrix 6x86MX,
IDT Winchip,
IDT Winchip-2,
IDT Winchip-2A
Intel i486DX4

88

Приложение 1. Процессорные разъемы (продолжение)

Тип разъема процессора

Slot 2 (330)

SlotA(242)

Socket 370

SocketA (Socket 462)

Модели процессоров	Частота	Напряжение, В
	системной
	øèíû, ÌÃö
Intel Pentium II Xeon	(Drake),
Intel Pentium III Xeon	(Tanner),
Intel Pentium III Xeon	(Cascades)

AMDAthlon (K7),

AMDAthlon (K75),

AMDAthlon (Thunderbird)

Intel CeleronA(Mendocino),

Intel CeleronA(Coppermine),

Intel CeleronA(Tualatin),

Intel Pentium III (Coppermine),

Intel Pentium III (Coppermine-T),

Intel Pentium III (Tualatin),

Intel Pentium III-S (Tualatin),

Cyrix III (Samuel),

Via C3 (Samuel 2),

Via C3 (Ezra),

Via C3 (Ezra-T),

Via C3 (Nehemiah)

AMD Duron (Spitfire),

AMD Duron (Morgan),

AMD Duron (Appaloosa),

AMD Duron (Applebred),

AMDAthlon (Thunderbird),

AMDAthlonMP (Palomino),

AMDAthlonMP (Thoroughbred),

AMDAthlonMP (Barton),

AMDAthlonXP (Palomino),

AMDAthlonXP (Thoroughbred),

AMDAthlonXP (Barton),

AMDAthlonXP (Thorton),

AMD Sempron (Thoroughbred),

AMD Sempron (Thorton),

AMD Sempron (Barton)

89

Приложение 1. Процессорные разъемы (продолжение)

	Тип разъема		Частота
		Модели процессоров	системной	Напряжение, В
	процессора
			øèíû, ÌÃö

Socket T (LGA775)

Socket 603/604

PAC418

Intel CeleronD (Prescott),

Intel Pentium4 (Prescott),

Intel Pentium4 (Tejas),

Intel Pentium4 (Nehalem),

Intel Pentium4 (Prescott 2M),

Intel Pentium4 (Cedar Mill),

Intel PentiumD (Smithfield),

Intel PentiumD (Presler),

Intel Pentium4 Extreme (Gallatin), Intel Pentium 4 Extreme (Prescott 2M),

Intel Pentium Extreme (Smithfield),

Intel Pentium Extreme (Presler)

Intel Xeon (Foster),

Intel Xeon (Prestonia),

Intel Xeon (Gallatin),

Intel Xeon (Nocona),

Intel Xeon (Irwindale),

Intel Xeon (Jayhawk),

Intel XeonDP (Paxville DP),

Intel XeonDP (Dempsey),

Intel XeonMP (Foster MP),

Intel XeonMP (Gallatin),

Intel XeonMP (Cranford),

Intel XeonMP (Potomac),

Intel Xeon (Paxville MP),

Intel XeonMP (Tulsa),

Intel XeonMP (Sossaman)

Intel Itanium (Merced)

90