Відеоадаптери

В оригінальній моделі IBM PC на екрані монітора могла відображатися тільки алфавітно-цифрова інформація. Перший відеоадаптер називався Monochrome Display and Parallel Printer Adapter (MDPPA), або MDA. У цьому відеоадаптері працював тільки текстовий режим, тобто алфавітно-цифрова інформація відображалась на екрані в 25 стрічок по 80 символів у кожній. Була також можливість використання таких атрибутів тексту як негативне зображення, підвищена яскравість, підкреслення і мигання.

Через кілька місяців після випуску першої моделі PC з MDA фірма IBM сконструювала відеоадаптер, що виводив не тільки графічне зображення, а й підтримував кольори. Цей адаптер - CGA (Color Graphics Adapter) забезпечував відображення чотирьох кольорів при роздільній здатності 320 на 200 пікселів. Основним недоліком цього адаптера була низька роздільна здатність.

Перший високороздільний відеоадаптер для IBM PC - HGC (Hercules Graphics Card), був створений на фірмі Hercules в 1982 році. Він підтримував на монохромному моніторі роздільну здатність 720 на 350 пікселів.

Новою розробкою фірми IBM став покращений графічний адаптер EGA (Enhanced Graphics Adapter), який вийшов в світ вже у 1984 році. Цей адаптер підтримував попередні стандарти і дозволяв при роздільній здатності 640 на 350 пікселів одночасно відтворювати 16 кольорів з 64 кольрової палітри.

Значним кроком у розробці сучасних відеоадаптерів став стандарт VGA (Video Graphics Array), який був запропонований IBM у 1987 році. Цей стандарт став базою для стандарту SVGA (Super Video Graphics Adapter), що широко використовується і на сьогоднішній день. Адаптер VGA забезпечує роздільну здатність 640 на 480 пікселів при 16 кольорах. При роздільній здатності 320х200 відеоадаптер VGA відтворює 256 кольорів - популярний режим гральних програм.

Кількість кольорів і роздільна здатність, що забезпечуються відеоадаптером певного типу прийнята асоціацією VESA і реалізована в ряді стандартів, які на сьогоднішній день підтримує більшість фірм-виробників. Стандарти з часом вдосконалювались і тепер охоплюють всі основні режими роботи відеоадаптеру. Значення роздільної здатності і кількості кольорів для різних відеостандартів наведені в таблиці 1,1.

Кількість кольорів	Роздільна здатність
	320х200	640х200	640х350	640х480	800х600	1024х768
2	CGA	CGA	EGA	VGA	SVGA	SVGA
4	CGA	HGA	EGA	VGA	SVGA	SVGA
16	EGA	EGA	EGA	VGA	SVGA	SVGA
256	VGA	SVGA	SVGA	SVGA	SVGA	SVGA

Таблиця 1.1.

Основними вузлами VGA (чи SVGA) адаптера є: мікросхема відеоконтролера, відео-BIOS, відеопам'ять, спеціальний цифро-аналоговий перетворювач з невеликою власною пам'яттю (RAMDAC - Random Access Memory Digital to Analogy Converter) і мікросхеми, що забезпечують інтерфейс з системною шиною.

Одним із основних елементів будь-якої відеосистеми є власна пам'ять, яка призначена для тимчасового зберігання зображення. Відеопам'ять, а точніше, оперативна пам'ять, як правило, фізично знаходиться на платі самого відеоадаптера.

Всі сучасні відеосистеми можуть працювати в одному з двох основних відеорежимів: текстовому або графічному. В текстовому режимі, що називають інколи символьним, екран монітора розбивається на окремі символьні позиції, в кожній з яких може виводитись один символ. Символьній позиції відповідає номер стовпця і номер стрічки. У відеопам'яті для кожної такої позиції відводиться по два байти, причому перший містить код самого символу, а наступний - його атрибути. Під атрибутами розуміють спосіб відображення символу. Оскільки символ складається з окремих точок, то ті з них, які власне утворюють зображення символу, називають переднім планом (foreground), а інші - фоном (background). Якщо, наприклад, колір символу співпадає з кольором фону, то символ стає невидимим. Змінюючи з певною частотою колір фону (символу), можна добитись ефекту мигання.

Для перетворення кодів символів, що зберігаються у відеопам'яті адаптера, в точкові зображення на екрані служить так званий знакогенератор. Найчастіше він являє собою мікросхему постійної пам'яті, в якій зберігаються зображення символів.

В графічному режимі для кожного пікселя зображення у відеопам'яті відводиться від одного (монохромний) до декілька біт (кольоровий режим). Графічний режим часто називають режимом з адресацією всіх точок АРА (All Points Addressable), оскільки тільки в цьому випадку можна відображати кожну точку зображення.

Максимальна роздільна здатність і кількість відображуваних кольорів конкретної відеопідсистеми в першу чергу залежать від загального об'єму відеопам'яті і кількості біт, що проходять на один елемент зображення. Тобто, якщо для відображення одного пікселя відводиться один біт, то зрозуміло, що можна забезпечити тільки монохромний режим (0 або 1, є точка або нема), якщо більше одного, то є можливість відтворювати відтінки сірого за рахунок зміни освітленості (00 - чорний, 01 - слабке освітлення, 10 - звичайне, 11 - яскраве) або кольору. Можлива і зміна палітри.

Кольорову гаму зображення можна розширити тільки при збільшенні кількості розрядів, що відведені на один колір. Для того, щоб підрахувати кількість одночасно відтворюваних кольорів, потрібно 2 піднести до степеня, рівного кількості біт на один піксель.

Наприклад, 8 біт на піксель - 2⁸ =256

Залежність роздільної здатності та кількості кольорів від об'єму відеопам'яті та кількості біт, що припадає на один піксель показана в таблиці 1.2.

Відеоадаптери, що підтримують одночасно 32768 або 65536 кольорів (15 або 16 розрядів кодування), називають HighColor. Для обробки професійних, високоякісних графічних зображень використовують 24-розрядне кодування кольорів, що дозволяє відтворити 16777216 кольорів одночасно. Такий відеорежим називається TrueColor.

На швидкодію відеосистеми значно впливає також тип використовуваного мікропроцесора. Хоча тут існує певна межа, яка пов'язана з кінцевою швидкодією системної шини, через котру проходить обмін між мікропроцесором і відеоадаптером.

Таблиця 1.2.

Роздільна здатність	Кількість біт на піксель	Кількість кольорів	Мінімальний об'єм відеопам'яті/М
640х480	4	16	0,25
640х480	8	256	0,50
640х480	16	65536	1,00
640х480	24	16777216	1,00
800х600	4	16	0,25
800х600	8	256	0,50
800х600	16	65536	1,00
800х600	24	16777216	1,50
1024х768	4	16	0,50
1024х768	8	256	1,00
1024х768	16	65536	1,50
1024х768	24	16777216	2,50
1280х1024	4	16	1,00
1280х1024	8	256	1,50
1280х1024	16	65536	2,50
1280х1024	24	16777216	4,00
1600х1200	4	16	1,00
1600х1200	8	256	2,00
1600х1200	16	65536	4,00
1600х1200	:24	16777216	6,00

Використання відеоконтролерів, які мають змогу розвантажити основний мікропроцесор від деяких простих операцій, пов'язаних з виводом зображення, дає можливість збільшити швидкість відеосистеми. В даний час переважна більшість таких відеоадаптерів базується на пришвидшувачах (акселераторах) або, рідше на графічних співпроцесорах.

Акселератори і графічні співпроцесори підвищують швидкодію відеосистеми завдяки скороченню кількості інформації, що передається по системній шині комп'ютера. Частина зображення може створюватися цими пристроями вже без завантаження основного мікропроцесора. Акселератор є спеціалізованим пристроєм, який орієнтований на виконання чітко визначеного переліку графічних операцій (наприклад обробки тримірних зображень).

Графічний співпроцесор- пристрій більш універсальний, який виконує всі графічні функції, практично не задіюючи для цього процесор. Таким чином, основна різниця між акселератором і співпроцесором полягає в ступені їх самостійних можливостей.

Широке використання операційних систем з графічним інтерфейсом користувача сприяло розвиткові відеоадаптерів з акселераторами, в першу чергу орієнтованих саме на це програмне середовище. Більшість мікросхем акселераторів беруть на себе виконання операцій переміщення фрагментів растрового зображення (бітових блоків BitBlok), малювання ліній і багатокутників, підтримання апаратного курсору.

Одним з способів підвищення швидкості роботи графічного адаптера є використання в ролі відеопам'яті не звичайних мікросхем динамічного типу DRAM, а спеціальних двопортових (двовхідних) мікросхем VRAM (VideoRAM). Мікросхеми VRAM можуть одночасно виконувати запис та зчитування інформації.

Для прикладу можна навести наступні мікросхеми графічних акселератів, які призначенні для роботи з динамічною пам'яттю DRAM - S3 Virge фірми S3, SGRAM - ATI Rage II фірми ATI, та VRAM -Matrox MGA фірми Matrox Mystique. Серед найбільш характерних особливостей перерахованих пристроїв можна відмітити 64-розрядні внутрішню архітектуру та інтерфейс з пам'яттю, повну реалізацію стандартів VESA SVGA, орієнтацію на локальні шини РСІ, підтримку керування мультимедіа.

Для узгодженого відтворення 24-бітної кольорової гами всіма пристроями (вводу -сканерами, цифровими фотокамерами та виводу - дисплеями та принтерами) в сучасних комп'ютерах використовують спеціальні засоби калібрування. Вони є сукупністю апаратних і програмних рішень.