68. Регістри компю’терів

Любой процессор имеет устройство, выполняющее команды, и собственную внутреннюю память, реализованную внутри микросхемы процессора. Она называется регистрами процессора.

Имеется 3 типа регистров:

- общие регистры хранят целые числа или адреса. Размер общего регистра совпадает с размером машинного слова и в 32-разрядной архитектуре равен четырем байтам. Число общих регистров и их назначение зависит от конкретного процессора. В большинстве Ассемблеров к ним можно обращаться по именам R0, R1, R2, ...Среди общих регистров имеются регистры специального назначения: указатель стека SP (Stack Pointer), счетчик команд PC (Program Counter) и др.;

- регистр флагов содержит биты, которые устанавливаются в единицу или в ноль в зависимости от результата выполнения последней команды. Так, бит Z устанавливается в единицу, если результат равен нулю (Zero), бит N — если результат отрицательный (Negative), бит V — если произошло переполнение (oVerflow), бит С - если произошел перенос единицы из старшего или младшего разряда (Carry), например, при сложении двух целых чисел или при сдвиге. Значения битов в регистре флагов используются в командах условных переходов;

- плавающие регистры содержат вещественные числа. В простых процессорах аппаратная поддержка арифметики вещественных чисел может отсутствовать. В этом случае плавающих регистров нет, а операции с вещественными числами реализуются программным путем.

69. Контролери комп’ютерів.

Щоб комп'ютер міг працювати, необхідно щоб у його оперативній пам'яті знаходилися програма і дані. А попадають вони туди з різних пристроїв комп'ютера клавіатури, дисководів для магнітних дисків і т.д. Звичайно ці пристрої називають зовнішніми, хоча деякі з них можуть знаходитися не зовні комп'ютера, а вбудовуватися усередину системного блоку, як це описувалося вище. Результати виконання програм виводяться на зовнішні пристрої — монітор, диски, принтер і т.д.

Таким чином, для роботи комп'ютера необхідний обмін інформацією між оперативною пам'яттю і зовнішніми пристроями. Такий обмін називається введенням-виведенням. Але цей обмін не відбувається безпосередньо між будь-яким зовнішнім пристроєм і оперативною пам'яттю в комп'ютері маються цілих два проміжкових звена :

1. Для кожного зовнішнього пристрою в комп'ютері мається електронна схема, що їм керує. Ця схема називається контролером, чи адаптером. Деякі контролери (наприклад, контролер дисків) можуть керувати відразу декількома пристроями.

2. Усі контролери й адаптери взаємодіють з мікропроцесором і оперативною пам'яттю через системну магістраль передачі даних, що у просторіччі звичайно називають шиною.

70

Відеока́рта (графічна карта, графічний адаптер, графічний прискорювач (англ. videocard) — пристрій, призначений для обробки, генерації зображень з подальшим їх виведенням на екран периферійного пристрою.

Відеокарта зазвичай є платою розширення (дискретна відеокарта) і вставляється у слот розширення, універсальний (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) або спеціалізований (AGP), проте відеокарта може бути вбудованою (інтегрованою) у материнську плату (як у вигляді окремого елементу, так і в якості складової частини північного мосту чіпсету або ЦПУ).

Сучасні відеокарти не обмежуються лише звичайним виведенням зображень, вони мають вбудований графічний мікропроцесор, котрий може проводити додаткову обробку, звільняючи від цих задач центральний процесор. Наприклад, усі сучасні відеокарти NVIDIA і AMD (ATi) підтримують OpenGL на апаратному рівні. Останнім часом, разом зі зростанням обчислювальних потужностей графічних процесорів має місце тенденція використовувати обчислювальні можливості графічного процесору для вирішення не графічних задач (див. OpenCL)

71.Графічна плата (відома також як графічна карта, відеокарта, відеоадаптер) (англ. videocard) — пристрій, що перетворює зображення, що знаходиться в пам'яті комп'ютера, у відеосигнал для монітора. Зазвичай відеокарта є платою розширення і вставляється в спеціальний роз'єм (ISA, VLB, PCI, AGP, Pci-express) для відеокарт на материнській платі, але буває і вбудованою, інакше кажучи, інтегрованою.

Сучасні відеокарти не обмежуються простим виведенням зображення, вони мають вбудований графічний мікропроцесор, який може виробляти додаткову обробку, розвантажуючи від цих завдань центральний процесор комп'ютера.

Пристрій

Сучасна графічна плата складається з наступних частин:

графічний процесор (Graphics processing unit - графічний процесорний пристрій) — займається розрахунками зображення, що виводиться, звільняючи від цього обов'язку центральний процесор, виробляє розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Є основою графічної плати, саме від нього залежать швидкодія і можливості всього пристрою. Сучасні графічні процесори по складності мало чим поступаються центральному процесору комп'ютера, і частенько перевершують його по числу транзисторів. Архітектура сучасного GPU зазвичай передбачає наявність декількох блоків обробки інформації, а саме: блок обробки 2d-графіки, блок обробки 3d-графіки, у свою чергу, зазвичай розділяється на геометричне ядро (плюс кеш вершин) і блок растеризування (плюс кеш текстур) і ін.

відеоконтроллер — відповідає за формування зображення у відеопам'яті, дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Окрім цього, зазвичай присутні контроллер зовнішньої шини даних (наприклад, PCI або AGP), контроллер внутрішньої шини даних і контроллер відеопам'яті. Ширіна внутрішньої шини і шини відеопам'яті зазвичай більше, ніж зовнішньою (64, 128 або 256 розрядів проти 16 або 32), в багато відеоконтроллерів вбудовується ще і RAMDAC. Сучасні графічні адаптери (ATI, nvidia) зазвичай мають не менше двох відеоконтроллерів, що працюють незалежно один від одного і керівників одночасно одним або декількома дисплеями кожен.

відеопам'ять — виконує роль кадрового буфера, в якому зберігається зображення, що генерується і постійно змінне графічним процесором і що виводиться на екран монітора (або декількох моніторів). У відеопам'яті зберігаються також проміжні невидимі на екрані елементи зображення і інші дані. Відеопам'ять буває декількох типів, що розрізняються за швидкістю доступу і робочій частоті. Сучасні відеокарти комплектуються пам'яттю типа DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 і GDDR5. Слід також мати на увазі, що окрім відеопам'яті, що знаходиться на відеокарті, сучасні графічні процесори зазвичай використовують в своїй роботі частину загальної системної пам'яті комп'ютера, прямий доступ до якої організовується драйвером відеоадаптера через шину AGP або PCIE.

цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП, RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-analog Converter) — служить для перетворення зображення, що формується відеоконтроллером, в рівні інтенсивності кольори, що подаються на аналоговий монітор. Можливий діапазон колірності зображення визначається лише параметрами RAMDAC. Частіше всього RAMDAC має чотири основні блоки — три цифроаналогові перетворювачі, поодинці на кожен колірний канал (червоний, зелений, синій, RGB), і SRAM для зберігання даних про гамму. Більшість ЦАП мають розрядність 8 біт на канал — виходить по 256 рівнів яскравості на кожен основний колір, що в сумі дає 16,7 млн. кольорів (а за рахунок гамми є можливість відображувати початкові 16,7 млн. кольорів в набагато більший колірний простір). Деякі RAMDAC мають розрядність по кожному каналу 10 біт (1024 рівні яскравості), що дозволяє відразу відображувати більше 1 млрд. кольорів, але ця можливість практично не використовується. Для підтримки другого монітора часто встановлюють другий ЦАП. Варто відзначити, що монітори і відеопроектори, що підключаються до цифрового DVI виходу відеокарти, для перетворення потоку цифрових даних використовують власні цифроаналогові перетворювачі і від характеристик ЦАП відеокарти не залежать.

ВІДЕО-ПЗП (Video ROM) — постійний пристрій, що запам'ятовує, в який записані відео-bios, екранні шрифти, службові таблиці і тому подібне ПЗП не використовується відеоконтроллером безпосередньо — до нього звертається лише центральний процесор. Що зберігається в ПЗП відео-bios забезпечує ініціалізацію і роботу відеокарти до завантаження основної операційної системи, а також містить системні дані, які можуть читатися і інтерпретуватися відеодрайвером в процесі роботи (залежно від вживаного методу розділення відповідальності між драйвером і BIOS). На багатьох сучасних картах встановлюються електрично перепрограмовані ПЗП (EeРrom, Flash ROM), що допускають перезапис відео-bios самим користувачем за допомогою спеціальної програми.

система охолоджування — призначена для збереження температурного режиму відеопроцесора і відеопам'яті в допустимих межах.

Правильна і повнофункціональна робота сучасного графічного адаптера забезпечується за допомогою відеодрайвера — спеціального програмного забезпечення, що поставляється виробником відеокарти і завантажуваного в процесі запуску операційної системи. Відеодрайвер виконує функції інтерфейсу між системою із запущеними в ній застосуваннями і відеоадаптером. Так само як і відео-bios, відеодрайвер організовує і програмно контролює роботу всіх частин відеоадаптера через спеціальні регістри управління, доступ до яких відбувається через відповідну шину.

Характеристики

- ширина шини пам'яті, вимірюється в бітах — кількість біт інформації, передаваної за такт. Важливий параметр в продуктивності карти.

-кількість відеопам'яті, вимірюється в мегабайтах — вбудована оперативна пам'ять на самій платі, значення показує, який об'єм інформації може зберігати графічна плата.

- частоти ядра і пам'яті — вимірюються в мегагерцах, чим більше, тим швидше відеокарта оброблятиме інформацію.

-техпроцесс — технологія друку, вказується характерний розмір, вимірюваний в нанометрах (нм), сучасні карти випускаються по 90-, 80- 65 або 55-нм нормам техпроцесса. Чим менше даний параметр, тим більше елементів можна умістити на кристалі.

- швидкість текстури і піксельної заповнення, вимірюється в млн.пікселів в секунду, показує кількість інформації, що виводиться, в одиницю часу.

-виводи карти — спочатку відеоадаптер мав всього один роз'єм VGA (15-контактний D-sub). В даний час плати оснащують одним або двома роз'ємами DVI або HDMI, або Display Port. Порти D-SUB, DVI і HDMI є еволюційними стадіями розвитку стандарту передачі відеосигналу, тому для з'єднання пристроїв з цими типами портів можливе використання перехідників. Dispay Port дозволяє підключати до чотирьох пристроїв, у тому числі акустичні системи, usb-концентраторі і інші пристрої введення-виводу. На відеокарті також можливе розміщення композитних і S-video відеовиходів і відеовходів (позначаються, як Vivo)

Покоління прискорювачів у відеокартах можна вважати за версією DIRECTX, яку вони підтримують.

Перша перешкода до підвищення швидкодії відеосистеми — це інтерфейс передачі даних, до якого підключений відеоадаптер. Як би не був швидкий процесор відеоадаптера, велика частина його можливостей залишиться незадіяною, якщо не будуть забезпечені відповідні канали обміну інформацією між ним, центральним процесором, оперативною пам'яттю комп'ютера і додатковими відеопристроями. Основним каналом передачі даних є, звичайно, інтерфейсна шина материнської плати, через яку забезпечується обмін даними з центральним процесором і оперативною пам'яттю.

Окрім шини даних, друге вузьке місце будь-якого відеоадаптера — це пропускна спроможність (англ. bandwidth) пам'яті самого відеоадаптера.Річ у тому, що при високих дозволах і великій глибині кольору для відображення сторінки екрану на моніторі необхідно прочитати всі ці дані з відеопам'яті і перетворити в аналоговий сигнал, який і піде на монітор, стільки раз в секунду, скільки кадрів в секунду показує монітор.

Графічна карта серії Radeon X850XT.

Серія Radeon - розпочата в 2000; лінійка Radeon являється брендом ATI і позиціонується, як 3D прискорювачі для широкого кола споживачів. Першим ATI відеоприскорювачем рівня DirectX 7, де з’явився повністю апаратний двигун для обробки трансформацій та освітлення був Radeon DDR. Компанія завжди випускає 'Pro'-версії своїх продуктів із вищою частотою, іноді екстремальні 'XT' версії, і з недавнього часу ще й 'XT Platinum Edition (PE)' та 'XTX'. Чипи Radeon стали основою для багатьох All-In-Wonder відеоплат.

Mobility Radeon - серія енергооптимізованих версій Radeon-івських графічних чипів для використання в ноутбуках. В них також застосовувалися такі інноваційні рішення, як модульовані чіпи RAM, DVD (MPEG2) прискорення, сокет, для ноутбукових графічних карток і "PowerPlay" - технологію керуванням живлення.

ATI CrossFire - ця технологія біла відповіддю ATI на розробку NVIDIA, платформу SLI. Вона дозволяла використовувати другу відеокартку на материнських платах із двома PCI-E слотами (чіпсети мають бути сумісними із ATI Crossfire режимом роботи), здатна об'єднувати потужність двух карток для приросту функціональної ефективності шляхом використання різниці опцій рендерингу. Також можна в наявний 3-й PCI-E слот вставити ще третю відеокартку, для прискорення ігрової фізики або інших додаткових можливостей.[2]

FireGL - запущена в 2001 після викупівля в Diamond Multimedia, і продовжує випускатися ATI. являються професійними CAD/CAM відеокартками для робочих станцій.

FireMV - призначені для робочих станцій, де необхідні мультидисплейні рішення, але тільки із 2D прискоренням. Як правило базуються на низькорівневих рішеннях із серії Radeon.