1.3. Видеоадаптеры

В современных персональных компьютерах при формировании изображения на экране монитора наиболее сложную и трудоемкую обработку выполняет видеоадаптер (графический адаптер, графическая плата, видеоплата, видеокарта и т.п.). Видеоадаптер обеспечивает прием графической информации из оперативной памяти компьютера, преобразование ее в растровую форму (растеризация), буферизацию в видеопамяти, а также периодическое считывание содержимого видеопамяти для формирования видеосигнала. Для этого современный видеоадаптер включает в себя следующие устройства:

• видеопамять;

• графический процессор (Graphics processing unit, GPU);

• видеоконтроллер;

• цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

• ПЗУ BIOS (Basic Input/Output System) с основными функциями, поддерживающими интерфейс между оборудованием видеоадаптера и программным обеспечением.

Кроме этого, в составе видеоадаптера обычно имеется контроллер внешней шины данных (например, PCI Express x 16), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Для повышения производительности графического процессора разрядность внутренней шины и шины видеопамяти расширяют до 64 – 256 разрядов и выше.

Видеопамять необходима для буферизации изображения, формируемого видеоконтроллером. Она представляет собой СОЗУ на базе быстродействующих микросхем статической памяти (SRAM) типов DDR или GDDR емкостью от 0,5 до 2 Гбайт и выше. Каждому пикселю экрана в видеопамяти соответствует ячейка, где хранится код его цвета. В формате TrueColor цвет пикселя кодируется тремя байтами – по одному байту на каждую цветовую составляющую R, G и B. Содержимое видеопамяти периодически с частотой 75 – 100 Гц считывается видеоконтроллером для регенерации изображения на экране монитора.

Графический процессор выполняет основную часть графических вычислений, тем самым освобождая центральный процессор для остальных задач. Для достижения высокой производительности, необходимой для поддержки интерактивной графики, в графических процессорах широко используется распараллеливание за счет конвейерной организации обработки данных с помощью специализированных устройств.

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, а также за периодическое последовательное считывание данных из нее и передачу их на вход ЦАП для преобразования в аналоговую форму для формирования сигналов развертки монитора. Современные графические адаптеры обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими мониторами каждый.

Большинство ЦАП видеоадаптеров имеют разрядность 8 бит на каждый основной цвет. Это позволяет воспроизводить до 16,7 млн различных цветов. Разрядность ЦАП более дорогих видеоадаптеров по каждому каналу составляет 10 бит, что дает возможность отображать более 1 млрд цветов.

Быстродействие ЦАП достигает 300 МГц и выше, что позволяет при оптимальных частотах регенерации изображения (75 – 85 Гц и более) поддерживать высокое разрешение на экране монитора. Видеоадаптеры с быстродействием ЦАП от 300 МГц и выше позволяют поддержать разрешающую способность монитора до 1920 х 1200 при частотах регенерации изображения 75 Гц и выше.

Характеристики графической подсистемы компьютера зависят не только от аппаратуры видеоадаптера, но и во многом определяются используемой для него шиной обмена. В настоящее время в персональных компьютерах для обмена с видеоадаптерами обычно используется высокоскоростная шина PCI Express (PCI-E).

Наиболее известными производителями видеоадаптеров являются фирмы ATI и nVidia (США).

Лекция 2. Двумерная компьютерная графика