Видеостандарты. Часть I

Михаил Тычков aka Hard

🕛 24.05.2006, 11:33

Доброго времени суток.

Первое изображение которое вывело человеческая рука было наскальным рисунком. Для этого доисторический человек использовал природные красители и собственные пальцы. Постепенно доисторические люди перестали быть доисторическими и свою жизнь стали изображать на дощечках с помощью тех же красителей но уже с применением, пусть и убогих, но все же кистей. Апгрейд налицо! Но технологии, как известно, не стоят на месте. Со временем люди стали рисовать на материи, а краски и кисти постоянно совершенствовались. Появление бумаги не могло не сказаться на технологии вывода и сохранения информации. Но вот 7 января 1839 года грянул гром - появилась фотография! Устройства чрезвычайно усложнились. Да и сам процесс вывода информации с технической точки зрения (художественную сторону трогать не будем) стал заметно технологичнее. Но людям и этого было мало. Хотелось чего-то эдакого. И вот результат - появилось телевидение, а это уже теплее к теме данной статьи. С появлением телевидения технологии вывода информации и ее хранения пошли разными путями. Масло в огонь подлило появление персональных компьютеров, которые со временем заселили собой всю планету. Нарисовались новые технологии и устройства и вот о них то я и буду рассказывать, а точнее о спецификациях, стандартах и прочей фигни, связанной с видеокартами.

Итак, зачем нужны видеокарты? Затем, что бы передавать данные в монитор, которые предварительно были обработаны и преобразованы самой же видеокартой. Определим основные компоненты этого девайса: графический процессор, оперативная память, BIOS (Basic Input/Output System), ЦАП (цифровой - аналоговый преобразователь) и шина.
Графический процессор.

Первые видеоадаптеры вообще его не имели. Такая структура называлась frame-buffer technology, что по-русски будет - структура с сохранением кадра изображения. Видеокарта отвечала за хранение и регенерацию кадра, а его построением занимался CPU и программа, отвечающая за данное изображение. Как вы понимаете - это не самая удачная технология, поскольку львиная доля работы по построению картинки ложится на центральный процессор, которому и без того работы хватает. Поэтому со временем появился видеоакселератор. Это электронная микросхема (или микросхемы) берущая на себя не сильно сложные, но занимающие много времени, операции. При этом CPU частично разгружается. Уже плюс. Но это еще не все. Кому-то пришла замечательная мысль о том, что центральный процессор можно вообще освободить от работы, связанной с построением изображения. Для этого пришлось разработать отдельный, графический, процессор, который расположен на самой видеокарте. Со своей работой он справлялся значительно быстрее, чем CPU, так как был специально для нее предназначен. GPU (прошу заметить, именно GPU, а не CPU) отвечает за формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора, а так же за вывод изображения из памяти видеоадаптера.

Теперь мне придется сделать некоторое отступление. Существует такое понятие, как трехмерная графика (хотя следует понимать, что любое изображение на экране монитора или телевизора плоское). Так вот, трехмерный объект состоит из трех составляющих. Первое: вершины, из которых складывается положение объекта в пространстве. Второе: примитивы, а проще говоря геометрические объекты, которые являются частями более сложных объектов. Положение примитивов определяют вершины. Третье: текстуры - двумерные изображения накладываемые на примитивы. В зависимости от положения примитива, программа изменяет текстуру, что подчеркивает виртуальную трехмерность изображения. В процессе визуализации вышеперечисленных абстрактных математических процессов, объекты преобразовываются в видимую форму и этот процесс строго стандартизирован и вот почему. Часть функций выполняется не программно, а аппаратно, то есть на видеоадаптере выделены микросхемы которые выполняют:
1. Растровое преобразование - процесс определения пикселей экрана, которые будут покрыты примитивом.
2. Образование текстуры - наложение на примитивы поверхностей.
3. Обработка полутонов - цветовое наполнение пикселей.
4. Определение видимости поверхностей - определение пикселей наиболее близких к пользователю.
5. Анимация - быстрые и четкие переходы от кадра к кадру при движении объекта.
То есть графический процессор и ряд вспомогательных микросхем занимаются строго определенными операциями и делают это быстро и надежно. Поэтому зная стандартные функции визуализации, можно, в рамках дозволенного, дать волю фантазии. Зачем выполнять часть функций средствами микросхем видеоплаты, спросите Вы? Дело в том, что так быстрее получается, нежели выполнять это программными средствами. А скорость, при воспроизведении движущегося изображения, дело далеко не последнее.
Видеопамять.

Все видеоадаптеры снабжены оперативной памятью в которой хранится информация об изображении. Чем больше память, тем качественнее и четче будет изображение, так как объем видеопамяти влияет на разрешение и количество воспроизводимых цветов. Объем памяти не влияет на ее быстродействие. Влияет тип используемой видеопамяти, а их несколько.

FPM DRAM (Fast Page-Mode DRAM)

Этот тип памяти является устаревшей технологией, так как использует постраничный режим работы. Это неудобно и самое главное медленно. При разрешении в 1024х768 и частоте в 72 Гц скорость считывания из банков памяти равняется примерно 170 Мбайт/сек, а это уже предел для FPM DRAM. Поэтому этот тип видеопамяти давно не используется.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM)

Основное отличие заключается в том, что элементы памяти подзаряжаются отдельной электронной схемой, что позволяет начать следующий цикл обращения до того, как закончится предыдущий. Благодаря этой технологии EDO работает на 10 - 15 % быстрее FPM.

VRAM (Video RAM)

Этот тип памяти является двухпортовой, то есть к памяти могут одновременно обращаться два различных устройства. Это заметно ускоряет работу но и влияет на цену :(

WRAM (Window RAM)

Этот тип разработан на фирме Samsung. Память WRAM так же двухпортовая но ее микросхемы оптимизированы, работают быстрее и стоят дешевле. Вскоре, после появления, WRAM вытеснила с рынка VRAM.

MDRAM (Multibank DRAM)

А этот тип памяти разработан на MoSys, Inc. Сия технология представляет набор банков по 32 Кбайта. Это позволило снизить стоимость памяти. Кроме этого, технология MDRAM позволяет обращение к каждому из банков в отдельности, а это существенно увеличивает скорость работы памяти.

SDRAM (Synchronous DRAM)

Сей тип памяти передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих синхронизирующий интерфейс. При работе этого типа памяти устраняется необходимость в большинстве циклов ожидания, ведь сигналы, по которым работает память, синхронизированы с тактовым генератором.
SGRAM (Synchronous Graphics RAM)

Этот тип памяти схож с SDRAM. Но если пропускная способность SDRAM порядка 166 - 253 Мбит/сек, то у SGRAM этот показатель достигает до 300 Мбит/сек.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

Ну а это новый тип памяти все чаще и чаще применяемый в видеокартах. В отличие от памяти SDRAM, здесь происходит удвоение скорости и достигается оно не за счет увеличения тактовой частоты, а за счет передачи данных два раза за один цикл. Первый раз - в начале цикла, второй - в конце.