Графический контроллер

Первый IBM PC не предусматривал возможности вывода графических изображений. Современный графический контроллер (видеокарта) позволяет выводить на экран двух- и трёхмерную графику и полноцветное видео.

Существует ряд графических режимов, среди которых наиболее распространены VGA и SVGA (они предложены ассоциацией Video Electronics Standards Association).

В зависимости от видеорежима (разрешение, количество оттенков цветов и частота регенерации экрана) необходим разный размер и тип видеопамяти. Количество оттенков определяется разрядностью представления цвета. Например, при самом простом SVGA-режиме с 16 цветами и разрешающей способностью 800 на 600 точек нужно 256 Кбайт памяти.

Минимально необходимый размер видеопамяти графического контроллера при соответствующем разрешении и количестве оттенков цветов (разрядности цвета) представлен в табл. 22.

Таблица 22

Подробный расчёт результатов, представленных в табл. 22, проведён нами в электронных таблицах Excel.

Современные графические контроллеры содержат от 1 до 32 Мбайт памяти различных типов. Наиболее часто применяемыми типами памяти для реализации фрейм-буферов являются:

• обычная память типа DRAM или EDO DRAM. Микросхемы EDO DRAM работают на 20% быстрее обычных DRAM [22;32];

• двухпортовая память VRAM (Video RAM). Применение микросхем двухпортовой памяти позволяет повысить производительность системы, так как VRAM выполняет чтение и запись информации одновременно;

• двухпортовая память WRAM (Window RAM). Такой тип видеопамяти разработала корпорация Samsung, которая утверждает, что WRAM немного быстрее VRAM;

• MDRAM (Multibank DRAM). Данный тип видеопамяти использует адресное пространство, разделяя его на 10 банков;

• SGRAM (Synchronous Graphics RAM). SGRAM представляет собой разновидность синхронной памяти SRAM;

• RDRAM (Rambus DRAM). RDRAM – видеопамять с тактовой частотой 133 МГц и скоростью передачи до 500 Мбайт/с.

Существуют видеокарты стандартов PCI, VL-Bus, ISA, EISA, AGP и MCA. Наиболее распространен стандарт PCI.

Производительность видеокарты в значительной степени влияет на общую производительность системы. Эксперты считают, что хорошая видеокарта позволяет сделать до 80% того, что сможет сделать остальное оборудование. Видеокарта – это не только графический адаптер, но и, в большинстве случаев, мультимедиа-акселератор. Применение акселератора (ускорителя) позволяет разгрузить CPU. Мультимедиа-функции видеокарты: цифровая фильтрация, масштабирование, цифровая компрессия и декомпрессия видео, ускорение трёхмерной (3D) графики.

Объективная оценка производительности в компьютерной графике сложна из-за совершенствования аппаратной поддержки и прогресса технологий программного обеспечения. Понятие производительности меняется от прорисовки простых векторов в секунду до сглаженных, от заливок областей в секунду до подсвеченных, тонированных, трансформированных, наложенных текстурами и альфа-смешанных заливок областей в секунду.

Графический контроллер устанавливается на материнской плате в разъём PCI или AGP. Так как видеокарта на специализированной шине AGP позволяет повысить пропускную способность до 528 Мбайт/с, она рассчитана прежде всего на приложения с трёхмерной графикой, которые требуют большого объёма передаваемых данных. AGP лучше PCI подходит для работы с текстурами, так как они обычно только считываются и остаются в памяти на всё время манипулирования соответствующим объектом. Графические акселераторы берут данные из своего локального буфера, но если эти данные хранятся в системной памяти, то они могут быть размещены динамически. Для доступа к ним AGP-контроллер должен локальным адресам поставить в соответствие адреса системной памяти. Для этого создаётся таблица GART (Graphics Addrass Remapping Table) –таблица переназначения адресов [71;38].

Для игровых программ специально в 1997 году были разработаны 3-D ускорители. Наиболее удачными разработками в этом направлении можно считать наборы микросхем Voodoo и Voodoo2 фирмы 3Dfx, реализованные в ускорителях трёхмерной графики Diamond Monster 3D. Этот ускоритель выполнен в виде дополнительной платы, которая соединяется с обычной видеоплатой с помощью аналогового кабеля. Максимальное разрешение с поддержкой буферизации составляет 800x600 точек. Monster 3D II может работать в поддерживаемом Voodoo2 режиме SLI (ScanLine Interleave, чередование линий развертки), таким образом возможна совместная работа двух ускорителей через соединяющий их ленточный шлейф (фирма Diamond назвала такой вариант MEGAMonster). При этом скорость работы может возрасти в два раза, а максимальное разрешение в режиме с Z-буферизацией достигнет 1024x768 точек. Monster 3D II поставляется со следующим программным обеспечением: драйвер для Microsoft Direct3D, драйвер для OpenGL-игр, Glide-драйвер (интерфейс, разработанный фирмой 3Dfx для своих ускорителей). Один из традиционных показателей производительности – скорость воспроизведения записанной игры в Quake2 на плате Monster 3D II составила 64 кадра в секунду [40; 18].

Следует отметить ряд современных видеокарт стоимостью до 250 USD, основные характеристики которых приведены в табл. 23 [39;22].

Таблица 23

Специалисты PC World пришли к выводу, что из множества протестированных ими графических контроллеров стоимостью до 400 USD можно отметить как «лучший выбор» платы ATI 3D Pro Turbo PC2TV и Diamond Stealth 3D 3000. Возможности платы ATI 3D Pro Turbo PC2TV проявляются при интенсивном использовании графики в мультимедийных и 3D-программax. Этот адаптер подойдёт тем, кто работает с настольными издательскими системами или пакетами редактирования изображений в режиме с высоким разрешением экрана. Плата Diamond Stealth 3D 3000 отлично прошла тесты PC WorldBench, легко справилась с задачей пакета Macromedia Director и обеспечила великолепное качество изображения в 3D-играх. Так как в плате применено двухпортовое ОЗУ, она легко работает при высоком разрешении и высокой кадровой частоте и выводит без пропусков 30 кадров в секунду [39;25].

Кроме дорогостоящих графических контроллеров, предназначеных для мониторов большого размера, можно отметить плату ImageAccel4 фирмы Cornerstone Imaging. Данная видеокарта позволяет более полно использовать возможности 19- и 21-дюймовых мониторов, поддерживая разрешение до 1800x1440 пикселей. Кроме того, плата обладает функциями ускорителя двух- и трёхмерной графики и выпускается с 4 и 8 Мбайт видеопамяти.

Любая видеокарта базируется на центральных микросхемах, производителями которых являются S3, ATi, Cirrus Logic, Diamond Multimedia, Trident, Matrox, Tseng Labs, Western Digital и 3Dfx.