Компоненти відеосистеми
Для роботи відеоадаптера необхідні наступні основні компоненти:
BIOS (Basic Input/Output System — базова система вводу/виводу);
графічний процесор;
відеопам’ять;
цифроаналоговий перетворювач, або DAC (Digital to Analog Converter). Необхідність в такому перетворювачі в цифрових системах (цифрові відеокарти і монітори) відпадає, проте доки існують цифрові монітори та аналоговий інтерфейс VGA, такий перетворювач буде використовуватися;
роз’єм;
відеодрайвер.
Один із адаптерів показаний на рис.5. Практично всі відеоадаптери мають набори мікросхем з підтримкою функцій пришвидшення зображення тривимірних об'єктів.
Рис. 5. ATI RADEON 9700 PRO — Відеоадаптер.
BIOS відеоадаптера
Відеоадаптери мають свою BIOS, яка подібна системній BIOS, але повністю незалежна від неї. При вмиканні ком’ютера на моніторі першим з’являється розпізнавальний знак BIOSа відеоадаптера. Зберігається BIOS відеоадаптера, подібно до системної BIOS, в мікросхемі ROM. Вона вміщає основні команди, які надає інтерфейс між обладнанням відеоадаптера і програмним забезпеченням. Програма, яка звертається до функцій BIOS відеоадаптера, може бути автономним додатком, операційною системою або системною BIOS. Звернення до функцій BIOS дозволяє вивести інформацію про монітор під час виконання процедури POST і розпочати завантаження системи до завантаження з диска будь-яких інших програмних драйверів.
Графічний процесор
Графічний процесор, або набір мікросхем, є серцем будь-якого відеоадаптера і характеризує швидкодію адаптера і його функціональні можливості. Два відеоадаптера різних виробників з однаковими процесорами часто демонструють подібну продуктивність і функції обробки графічних даних. Крім того, програмні драйвери, за допомогою яких операційні системи і додатки управляють відеоадаптером, як правило, розробляються саме з урахуванням параметрів конкретного набору мікросхем. Часто драйвер, призначений для відеоадаптера з певним набором мікросхем, можна використовувати з іншим адаптером, в якому є той же набір мікросхем.
Безумовно, різниця в швидкодії відеоадаптерів з однаковими графічними процесорами залежить від типу і об'єму встановленої відеопам'яті.
Відеопам’ть
Більшість відеоадаптерів для зберігання зображень при їх обробці обходяться власною відеопам'яттю, хоча деякі відеоадаптери AGP використовують системну оперативну пам'ять для зберігання тривимірного зображення В багатьох дешевих системах вбудовані графічні системи використовують оперативну пам'ять комп'ютера за допомогою уніфікованої архітектури пам'яті (Unified Memory Architecture — UMA). У будь-якому випадку за допомогою як власної, так і запозиченої відеопам’яті виконуються одні і ті ж функції.
Від об'єму відеопам'яті залежить максимальна роздільна здатність екрану і глибина кольору, підтримувана адаптером. Хоча більший об'єм відеопам'яті не відбивається на швидкості обробки графічних даних, при використанні збільшеної шини даних (від 64 до 128 біт) або системної оперативної пам'яті для кешування об'єктів, що часто відображаються, швидкість відеоадаптера може суттєво збільшитися. Окрім того, об'єм відеопам'яті дозволяє відеоадаптеру відображати більше кольорів і підтримувати більше розширення, а також зберігати і обробляти тривимірні зображення у відеопам’ятті адаптера, а не в ОЗП системи.
Як відеопам'ять можуть використовуватися мікросхеми пам'яті різних типів (табл. 3).
Таблиця 3. Типи відеопам’яті
Тип відеопам’яті |
Відносна швидкодія |
Область застосування |
FPM DRAM (Fast Page-Mode RAM) |
Повільна |
Застарілі відеоадаптери ISA |
EDO DRAM (Extended Data Out DRAM) |
Середня |
Дешеві відеоадаптери |
SDRAM (Synchronous DRAM) |
Швидка |
Відеоадаптери PCI/AGP |
SGRAM (Synchronous Graphics DRAM) |
Швидкісна |
Високоякісні відеоадаптери PCI/AGP |
DDR (SDRAM) |
Швидкісна |
Високоякісні відеоадаптери AGP |
DDR-II SDRAM (4-бітна DDR SDRAM) |
Дуже швидка |
Високоякісні відеоадаптери AGP з циклічною вибіркою даних із пам’яті |
Застарілі типи відеопам'яті VRAM, WRAM і MDRAM були витиснені високошвидкісними SGRAM, SDRA, DDR і DDR II SDRAM — популярними стандартами системної оперативній пам'яті. Висока швидкодія і відносно низька ціна такої пам’яті призвела до того, що відеоадаптери з об'ємом відеопам'яті менше 32 Мбайт вже давно зникли з продажу.
Пам'ять SDRAM
У комп'ютерах з процесорами Pentium III, Pentium 4, Athlon і Duron як основний вид пам'яті використовується SDRAM (Synchronous DRAM). Модулі SDRAM є інтегрованими. Цей тип пам'яті може працювати на частоті шини до 200 Мгц, але по швидкодії дещо поступається SGRAM. Пам'ять SDRAM використовується в недорогих відеоадаптерах NVIDIA GeForce2 MX і ATI RADEON VE.
Пам'ять SGRAM
Пам'ять SGRAM (Synchronous Graphics RAM) призначалася для високоякісних моделей відеоадаптерів. Як і SDRAM, вона може працювати на частоті шини (до 200 Мгц). Хоча SGRAM продуктивніша чим SDRAM, вона витиснена популярнішою і швидшою пам'яттю стандарту DDR SDRAM.
Пам'ять DDR SDRAM
Цей тип пам'яті дозволяє працювати на подвоєній частоті в порівнянні із звичайною пам’яттю SDRAM. Розроблений для сучасних системних плат з частотою шини 133 Мгц. В даний час DDR SDRAM використовується у всіх відеоадаптерах середнього і вищого рівнів, наприклад NVIDIA GeForce 4 і GeForce 3 Ti, ATI RADEON 9000/8000.
Пам'ять DDR/II SDRAM
Пам'ять другого покоління DDR_II SDRAM за кожен такт виконує вибірку з 4 біт даних, чим і відрізняється від DDR SDRAM, для якої характерна вибірка 2 біт даних за такт. Це дозволяє підвищити продуктивність набору мікросхем, не змінюючи тактової частоти. Першим графічним набором мікросхем, підтримуючим DDR_II, став один з графічних процесорів NVIDIA GeForce FX, випущений наприкінці 2002 року.
Швидкість відеопам'яті
Відеоадаптери з одним і тим же графічним процесором (GPU) можуть взаємодіяти з| відеопам'яттю, що володіє різними швидкісними характеристиками.
Розрядність шини відеосистеми
Розглядаючи пам'ять в системі відображення, слід також зупинятися на способі звертання до пам'яті з боку схем обробки зображення. У сучасному відеоадаптері всі схеми, необхідні для формування і обробки зображення, реалізовані в спеціалізованій мікросхемі — графічному процесорі, встановленому на цій же платі.
Графічний процесор і пам'ять обмінюються даними по локальній шині. Більшість сучасних адаптерів мають 64- або 128-розрядну шини.
Цифроаналоговий перетворювач
Цифроаналоговий перетворювач відеоадаптера (RAMDAC) перетворює цифрове зображення, що генерується комп'ютером, в аналогові сигнали, які може відображати монітор. Швидкодія цифроаналогового перетворювача вимірюється в Мгц; чим швидше процес перетворення, тим вище частота вертикальної регенерації. В сучасних високоефективних відеоадаптерах швидкодія сягає 500 Мгц і більше.
У більшості сучасних відеоадаптерів функції перетворювача підтримуються безпосередньо графічним процесором, проте в деяких адаптерів з підтримкою декількох моніторів є окрема мікросхема RAMDAC, яка дозволяє другому монітору працювати з розширенням, відмінним від установленого розширення основного монітора.
При збільшенні швидкодії цифроаналогового перетворювача відбувається підвищення частоти вертикальної регенерації, що дозволяє досягти вищого розширення екрану при оптимальних частотах оновлення (85-100 Гц і більше). Як правило, відеоадаптери з швидкодією від 300 Мгц і вище підтримують розширення до 1920х1200 при частоті оновлення більше 75 Гц якщо таке розширення може підтримуватися даним монітором.
Шина
Наприклад, адаптер VGA розроблявся для шини MCA, те ж саме стосується адаптерів XGA і XGA-2. Швидкість обробки відеоінформації залежить від використовуваної в комп'ютері системної шини (ISA, EISA або MCA). Шина ISA 16 розрядна, з тактовою частотою 8,33 Мгц. По шинах EISA і MCA можна одночасно передавати 32 біти даних, але їх тактова частота не перевищує 10 Мгц. У липні 1992 року Intel впровадила в свої розробки шину PCI, яка максимально “наблизила” периферійні пристрої до процесора. У шині PCI поєднуються швидкодія локальної шини та незалежність від основного процесора. Відеоадаптери, призначені для шини PCI, витіснили плати, орієнтовані на VLBus. Шина PCI спроектована відповідно до технології Plug and Play і практично не вимагає налаштування.
Наступний ступінь розвитку в області розробки шин — прискорений графічний порт (AGP). Це спеціально виділена відеошина, розроблена Intel. Шина має максимальну пропускну здатність, в 16 разів більшу, ніж у такої ж шини PCI. В принципі, AGP є розширенням шини PCI, причому призначена вона для використання з відеоадаптерами. Вказана шина надає їм високошвидкісний доступ до оперативної пам'яті комп'ютера.
В даний час існує чотири різновиди шини AGP — 1x, 2x, 4x і 8x. Оригінальна версія AGP 1х працює на частоті 66 Мгц і забезпечує максимальну швидкість передачі даних 266 Мбайт/с, що приблизно дорівнює подвоєній швидкості роботи 32-разрядного відеоадаптера PCI. Версія AGP 2х працює на частоті 133 Мгц і забезпечує швидкість передачі даних 533 Мбайт/с. Версія AGP підтримує режим 4х і забезпечує швидкість передачі даних до 1 Гбайт/с.