Лекция № 28 современные видеоподсистемы персональных компьютеров.
План лекции
1. Свойства современных видеоадаптеров.
2. Современные видеоадаптеры.
3. Архитектура персональных машин с объединенной памятью. Новая архитектура IBM-совместимых ПК.
4. Архитектура UMA.
28.1. Свойства современных видеоадаптеров
В настоящее время свойства графического адаптера определяются почти полностью примененным в нем контроллером - chipset, так как последний определяет тип используемой памяти, набор ускоряемых функций, уровень производительности. Практически все выпускаемые модели chipset, выпускаемые ведущими производителями (S3, Trident, ATI, Cirrus Logic и другими), являются как минимум видеоускорителями. Очень быстро возрастает количество графических адаптеров, имеющих возможности ускорения трехмерной графики (3-D).
3-D ускорители придают персональному компьютеру черты графической станции начального уровня. Их возможности широко применяются в компьютерных играх и мультимедийных приложениях. 3-D графика использует представление поверхности объектов в виде множества плоских участков треугольной формы. Для получения реалистичного изображения эти участки затеняются или текстурируются (с учетом перспективы). На эти операции расходуется основное количество расчетного времени, поэтому 3-D ускорение предполагает аппаратную поддержку в первую очередь этих функций, а также Z-буфера, в котором хранится информация о глубине каждого пикселя (для работы со скрытыми участками изображения) и двойного буфера (для ускорения вывода анимационной последовательности).
Аппаратная реализация видео и 3-D графики предъявляет повышенные требования к видеопамяти: к объему, так как требуется место для хранения множества данных и организации буферов, и к пропускной способности. Основные типы микросхем памяти, используемые в видеоадаптерах, и их характеристики представлены в таблице 28.1.
Для обеспечения высокой пропускной способности большинство современных адаптеров используют 64- или 128-разрядную архитектуры.
Таблица 28.1
В настоящее время обработку и вывод изображений на экран осуществляют несколько устройств: аппаратный MPEG декодер (для воспроизведения видео на мониторе), телевизионный тюнер (позволяет принимать телеизображение на монитор), устройства для ввода и оцифровки изображений и так далее. Координация работы этих устройств возлагается на видеоадаптер. Для этого необходим соответствующий интерфейс, но большинство предложенных стандартных вариантов оказались неприемлемыми для массовой продукции. Поэтому ведущие производители графических chipset разработали свои варианты интерфейсов: фирма S3 -ScenicHighwayBus, фирмаCirrusLogicV-Port, фирма ATI - AMC. При их применении дополнительные блоки выполняются в виде дочерних плат, что гораздо дешевле, или непосредственно интегрируются в графический адаптер.
28.2. Современные видеоадаптеры
Рассмотрим современные 64-разрядные chipset, выпускаемые фирмой S3, популярные на нашем рынке.
Chipset Trio 64 V+ содержит в одном корпусе 2-D графический и видео ускоритель, 24-разрядный RAMDAC на 135 МГц (у Trio 64 V2/DX 170 МГц) и интерфейс S3 Scenic Highway Bus для подключения дополнительных видеоустройств. Графический ускоритель (максимальное разрешение 1280 * 1024) поддерживает стандартный набор операций - перемещение блоков, закраску многоугольников, рисование линий, аппаратный курсор. Видео ускоритель реализует конвертацию цветового пространства и масштабирование изображений с интерполяцией по осям "X" и "Y". Он воспроизводит "живое" видео, сжатое с применением MPEG-1, Indeo и Cinepak, в окне с размерами вплоть до 1024*768. Специальный S3 Stream Processor позволяет смешивать три отдельных потока данных перед их поступлением на на RAMDAC и преобразованием в аналоговые сигналы для монитора. Первичный поток - графические данные (RGB) с любой глубиной цвета, вторичный - графические (RGB) или видео (YUV) данные также с любой глубиной цвета, третичный - аппаратный курсор. Смешение потоков позволяет воспроизводить видео с глубиной цвета 24 бита поверх графического с глубиной цвета 8 бит, получать множество видео эффектов, ускорять обработку спрайтов в играх и многое другое. Через интерфейс S3ScenicHighwayBusможно подключить аппаратный MPEG декодер или устройство для ввода или оцифровки изображений. Chipset Trio 64 V+ рассчитан на динамическую память типа FPM RAM или EDO RAM (до 2 Мб).
На основе Trio 64 V+ создан chipset Trio 64 UV+, поддерживающий архитектуру UMA. В качестве видеопамяти он использует от 512 Кб до 1,5 Мб оперативной памяти и позволяет добиваться почти таких же результатов, как и базовая модель, при более низкой стоимости.
Chipset ViRGE (Video and Rendering Graphic Engine) относится к разряду 3-D ускорителей. Построен на S3d Engine, которое, кроме 2-D и видеоопераций, реализует на аппаратном уровне такие 3-D функции, как затенение по Гуро, наложение текстур с коррекцией перспективы, би- и трилинейную фильтрацию, обеспечивает 3-D рендеринг для игр и интерактивных приложений и многое другое. Данный chipset снабжен 24-разрядным RAMDAC на 135 МГц (уViRGE/DX- 170 МГц), процессоромS3StreamProcessorи интерфейсомS3ScenicHighway Bus. Максимальное разрешение - 1600*1200.
3-D ускоритель ViRGE/VX предназначен для построения видеоадаптеров более высокого класса и использует память типа VRAM или WRAM (до 8 Мб), обеспечивает разрешение до 1600*1200 в режиме с 16,7 млн. цветов при частоте 81 Гц. При меньших разрешениях частота регенерации от 119 Гц. RAMDAC встроенный или внешний на 135, 175 или 220 МГц.
Chipset других производителей имеют примерно такие же характеристики. С S3 Trio 64 V+ можно сравнить ATI264VT (фирма ATI), CL-5446 (фирма Cirrus Logic), а сS3ViRGE-T39632 (фирмаTrident),NV1 (фирмаNvidia), 3-DRage(фирмаATI),MGA2064W(фирмаMatrox).
В наиболее производительных моделях видео и 3-D ускорителей используются такие решения, как память с повышенной пропускной способностью, 128-разрядная архитектура. Так, например, для достижения максимально высокой производительности фирма Tseng Labs применила оба варианта: увеличила разрядность своего chipset ET6000 до 128, ориентировала его на память MDRAM, которая организована в блоки размером 256 Кб (8 банков по 32 Кб), и достигла максимальной пропускной способности 1 Мбайт/с, что в сочетании с технологией "multiport cache" позволяет одновременно выводить на экран до четырех масштабируемых окон без потери производительности графической подсистемы. Фирма Cirrus Logic в модели CL-5462 использует RDRAM с пропускной способностью до 500 Мбайт/с, что позволяет выводить видео со скоростью 30 кадров в секунду в 3 окна одновременно. Фирма Number Nine выпускает 128-разрядный 3-D ускоритель Imagine 128-2, использующий обычную двухпортовую память.