45. Состав и общие параметры видеосистемы.

Видеосистема – это основное устройство вывода информации ЭВМ. В состав видеосистемы входят видеоадаптер и монитор. Видеоадаптер реализован в виде платы, присоединённой к материнской плате. На плате видеоадаптера находится видеопамять и графический процессор. Размер видеопамяти определяет максимальное разрешение, которое поддерживает видеоадаптер. Графический процессор служит для ускорения вывода сложных изображений. Монитор должен соответствовать возможностям видеоадаптера. В частности, монитор должен поддерживать те видеорежимы , которые поддерживает видеоадаптер.

Общие параметры видеосистемы:

В самом общем виде видеосистему характеризует тип адаптера (MDA, CGA, HGC, EGA, MCGA, PGA, SVGA) и тип шины (ISA 8/16-бит, MCA, EISA, VLB, PCI, AGP). Поддерживаемый режим отображения определяет возможность работы в текстовом (ТХТ или AN) или графическом (Gr или АРА) режиме адресации элементов изображения. Режимы определяются графическим адаптером.

×  Разрешение (Resolution), или разрешающая способность, в графическом режиме определяется количеством точек в строке по горизонтали и числом строк на экране. Чем больше разрешение, тем больше информации можно вывести на экран с приемлемым качеством изображения. В текстовом режиме разрешение характеризуют форматом экрана, в котором указывается количество знакомест (символов) по горизонтали и количество линий символов (иногда говорят «строк»).

×  Количество цветов подразумевает как максимальное количество одновременно присутствующих цветов на экране, ограниченное числом бит видеопамяти, задающих цвет элемента изображения, так и цветовую гамму – количество возможных цветов, отображаемых монитором, ограниченное суммарной разрядностью цифроаналоговых преобразователей базисных цветов. Соответствие цветов из гаммы комбинациям бит определяется палитрой (Pallete), программно-переключаемой (в адаптерах CGA, EGA) или программируемой матрицей RAMDAC (VGA, SVGA).

×  Объем видеопамяти определяет соотношение разрешения, количества одновременно доступных цветов и видеостраниц. Тип видеопамяти – обычная динамическая (DRAM, EDORAM) или специальная (SGRAM, VRAM, WRAM, MDRAM, RDRAM) – и разрядность видеопамяти (8, 16, 32, 64... бит) определяет производительность и предельную частоту регенерации.

×  Частота регенерации, или сканирования, и режим сканирования  определяют качество (устойчивость) выводимого изображения. Частота регенерации является частотой кадровой (вертикальной) развертки. При кадровой частоте развертки ниже 60 Гц изображение мерцает, что особенно заметно на большом белом поле экрана.

46. Назначение и функциональная схема графического адаптера.

Видеока́рта — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера или самого адаптера, в иную форму, предназначенную для дальнейшего вывода на экран монитора. В настоящее время эта функция утратила основное значение, и в первую очередь под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором - графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве  северного моста чипсета или ЦПУ).

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, все современные видеокарты Nvidia и AMD осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач

графический процессор  — 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. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти.

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. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5.

цифро-аналоговый преобразователь — служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий - RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции.

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, содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы.

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

47. ЗD-конвейер. Принцип работы графического процессора.

Стандартная видеокарта VGA персонального компьютера представляет собой набор жесткой логики и видеопамяти. Все, что записывается центральным процессором в видеопамять, по строго определенным алгоритмам преобразуется в аналоговый видеосигнал, который подается на монитор. То есть, центральный процессор должен сам рассчитать параметры всех точек, которые должны быть в данный момент отражены на экране, и загрузить все данные в видеопамять. Соответственно, чем больше используемое разрешение и количество цветов, тем больше процессор должен затрачивать времени на расчет всех точек формируемого растра.

Чтобы избавить ЦП от лишней работы по прорисовке элементарных изображений, начали использовать устройства, которые получили название ускорителей, или акселераторов. Вначале использовались аппаратные ускорители на отдельных платах. По мере совершенствования полупроводниковой технологии удалось разместить все элементы аппаратных ускорителей на самой плате видеокарты. Ныне чип на видеокарте самостоятельно рассчитывает новые параметры точек на экране по командам ЦП.

Поскольку расчет трехмерных изображений – это множество математических расчетов с плавающей запятой, то наиболее совершенные видеопроцессоры обзавелись и математическим сопроцессором. Графический видеопроцессор умеет моделировать не только двух- и трехмерные изображения, но и, например, выполнять декомпрессию сжатых видеоданных при воспроизведении видеофильмов.

Большинство приложений трехмерной графики, в том числе игр, при построении объемных сцен придерживаются определенной последовательности действий, в совокупности составляющей ЗD-конвейер. Итогом работы ЗD-конвейера является отрисовка результирующего изображения на дисплее компьютера. Группу операции, выполняющих обособленные промежуточные действия, принято называть этапом, или стадией ЗD-конвейера.  В процессе синтеза трехмерного объекта существуют несколько основных этапов:

·        построение геометрической модели – задаются координаты опорных точек и уравнения связывающих их линий, что приводит к созданию каркасной модели объекта;

·        деление поверхности объекта на плоские элементарные элементы – работать со сложным объектом очень трудно, поэтому криволинейные поверхности превращают в набор прямоугольников или треугольников, создавая граненый объект;

·        трансформация – простые объекты чаще всего необходимо определенным образом изменить или трансформировать, чтобы получился более естественный объект, или имитировать его перемещение в пространстве;

·        расчет освещенности и затенения – для того чтобы объект был виден на экране, надо рассчитать освещенность и затенение каждого элементарного прямоугольника или треугольника, причем необходимо имитировать реальное распределение освещенности;

·        проецирование— трехмерный объект преобразуется в двумерный, но запоминаются расстояния вершин граней до поверхности экрана (координата z, z-буфер), на который проецируется объект;

·        обработка координат;

·        наложение текстур;

·        создание эффектов прозрачности и полупрозрачности – на этом этапе проводится коррекция цвета пикселов (альфа-смешение, затуманивание) с учетом прозрачности смоделированных объектов, учитываются свойства окружающей объекты среды.