Тема № 6 Реализация аппаратных модулей графической системы

Страница 1

6.1 Разрешающая способность устройств

Разрешающая способность устройств ввода и вывода определяется наименьшим элементом соответствующего устройства. В большинстве случаев оно задается в элементах на дюйм, но для некоторых устройств удобнее использовать сантиметры или миллиметры. Устройства ввода, такие как мышь и графический планшет имеют разрешающую способность ввода. Фиксированная разрешающая способность определяется точность отслеживания аппаратурой физического перемещения. Для разных устройств эта величина не одинакова и зависит от качества устройств и от вида работ, для которой оно предназначено.

Большинство устройств ввода имеют так же переменную разрешающую способность, зависящую от программного обеспечения, которое интерпретирует сигналы от устройства. Такая программа считывает сигналы, приходящие от устройства ввода и переводит их в эквивалентное перемещение курсора на экране компьютера.

Программу можно настроить так, чтобы перемещение курсора на 1 элемент соответствовало перемещению устройства так же на 1 элемент или чтобы несколько элементов перемещения давали 1 элемент перемещения курсора. Некоторые программы способны динамически менять коэффициент перемещения. В этом случае, чем быстрее будет передвигаться мышь, тем дальше на экране переместится курсор.

Разрешающая способность монитора. Больше всего путаница в использовании термина разрешающая способность наблюдается в этой области. Дело в том, что у монитора есть не мало характеристик, которые можно рассмотреть, как его разрешающую способность. Физическая разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством отдельных точек, которые он может генерировать. Она измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк по вертикали.

Физическая разрешающая способность у разных мониторов не одинаковая и зависит от их размеров и качества. Другая характеристика монитора, которая ошибочно называется разрешающей способностью, это шаг точки, то есть расстояние между отдельными точками, измеряется в миллиметрах. Шаг точки монитора влияет на его резкость и соответственно на резкость изображения рисунков. Разрешающая способность дисплея не определяется монитором вообще, она определяется видео картой и программным обеспечением, работающим с этим устройством. Разрешающая способность дисплея измеряется количеством видео пикселов, изображаемых на экране.

Разрешающая способность принтера. Разрешающая способность лазерного принтера - это количество лазерных точек, которые принтер может сгенерировать на одном дюйме. Лазерные принтеры обладают широким диапазоном разрешающей способности. Наиболее популярные принтеры имеют 300 и 600 точек на дюйм, сейчас также получают распространение принтеры с разрешающей способностью 1200 точек на дюйм. Принтеры, которые могут печатать более 1200 точек на дюйм, называются фотонаборными автоматами. Они используются в сервисных бюро или издательствах. Лазерные точки, генерируемые этими автоматами так малы, что их размеры обычно измеряются микронами. Однако разрешающая способность фотонаборного автомата часто измеряется по полутоновым пятнам, с помощью которых он имитирует оттенки серого, так как лазерные принтеры могут печатать точки только черного цвета, то они эмулируют оттенки серого, располагая черные точки близко друг к другу. Такой прием основан на особенности человеческого глаза.

6.2 Графические адаптеры и акселераторы

История

Видеоадаптеры предназначены для преобразования информации от процессора в видеосигнал для монитора. Видеокарты (видеоплаты) характеризуются разрешением, которое они могут поддерживать, частотой вертикальной и горизонтальной развёртки, количеством одновременно отображаемых цветов и количеством видеостраниц, в соответствующем видеорежиме и дополнительными возможностями.

Первые графические платы позволяли выводить только текст или графику с низким разрешением.

MDA (Monochrome Display Adapter) - максимальное разрешение 80 символов х 25 строк в текстовом режиме; 640x200 точек, 2 цвета (чёрно-белый) в графическом режиме.

CGA (Color Graphics Adapter), разрешение 320x200, 4 цвета и все режимы MDA.

Hercules - монохромный, 720x340, 2 цвета.

EGA (Enhanced Graphics Adapter) - расширенный графический адаптер: 640x350, 16 цветов, 80 символов х 43 строки, поддерживает все режимы MDA и CGA. Размер видеопамяти - 64 и 256 kb.

VGA (Video Graphics Array) - 640x480, 16 цветов, 1 видеостраница; 640x350x16, 2 видеостраницы; 320x200x256, 1 видеостраница. В текстовом режиме 80 символов х 50 строк. Поддерживает все режимы MDA, CGA и EGA. Размер видеопамяти 256 и 512 kb.

SVGA (Super Video Graphics Array). Видеокарта обязательно должна поддерживать режим 800x600x16. При размере видеопамяти в 256kb поддерживаются режимы 640x480x256, 512kb 800x600x256, с 1Mb поддерживаются 800x600x65536 или 1024x786x256; с 2Mb поддерживаются 800x600x16,7 млн. цветов или 1024x786x65536 и т.д.

XGA - разновидность SVGA, должна поддерживать разрешения 1024x768 и 1280x1024.

UltraVGA - также разновидность SVGA, должна поддерживать разрешение 1600x1200.

Для ускорения графики раньше (в эпоху 8086-80386) ставили графический сопроцессор. Одним из распространённых графических сопроцессоров являлся Weitek.

Скорость работы графической платы существенно зависит от используемой шины. ISA (Industry Standard Architecture) самая медленная, но используемая на всех системных платах для IBM-совместимых компьютеров.

Для ускорения работы с графикой ассоциацией VESA была разработана шина, и соответственно установлен стандарт VLB (Video Local Bus) или VESA. Эта шина использовалась на последних поколениях 80386 и на 80486.

Следующим шагом для ускорения работы видеосистемы и других периферийных устройств стала разработка нового стандарта - PCI (Peripheral Component Interconnect), которая стала использоваться в компьютерах на базе процессоров Pentium и последующих поколениях процессоров.

Улучшенные графические порты AGP 1.x - 4.x были разработаны в связи с недостаточной скоростью при выводе на монитор сложных, реалистических анимированных сцен.

Одним из решений для ускорения работы графической системы стало применение технологии MMX (Multi Media Extension), разработанной фирмой Intel и аналогичных технологий фирм AMD и Cyrix. Дальнейшим развитием расширения возможностей графики, интегрированной в центральный процессор, явилась разработка фирмой AMD технологии 3Dnow!, а затем разработка фирмой Intel технологии SSE (Streaming SIMD Extensions), известной ранее как MMX-2 или KNI (Katmai New Instructions). В Pentium III реализовано 70 новых SIMD-инструкций и полностью поддерживаются все возможности AGP 4.x.

Устройство современной графической платы

Графическая плата обычно состоит из чипа графического ускорителя; памяти, представляющей собой фреймовый буфер, ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) или RAMDAC; шинного интерфейса, который обеспечивает обмен данными между видеокартой и процессором. Изображение, которое создаётся графическим ускорителем, управляемым инструкциями от центрального процессора, помещается во фреймовый буфер, затем изображение посылается в ЦАП, там оно преобразуется в аналоговый сигнал RGB (Red Green Blue).

Современные мультимедийные акселераторы построены по той же схеме, но имеют большее число функциональных блоков, так как в их задачу входит преобразование некоторых других видов сигналов, например, YUV в RGB или декодированием MPEG данных и их пересылка на монитор и звуковую плату. Во всех случаях данные в оригинальном формате хранятся как можно дольше, при этом достигается оптимальное использование ресурсов и памяти. Существуют различные способы управления потоками данных, например, Unified Memory Architecture (UMA) является одним из таких методов. UMA архитектура - это способ использования части системной памяти в качестве видеопамяти. Преимущество такого подхода заключается в том, что иногда, например, при сложных вычислениях, системная (оперативная) память может быть увеличена за счёт видеопамяти и наоборот. Типы памяти, используемой в графических платах:

DRAM (Dynamic RAM) - самая дешёвая и медленная память.

EDORAM, SRAM (Synchronous RAM), WRAM (Windows RAM) - двухпортовые типы памяти, позволяющие ЦАП и графическому процессору одновременно обращаться к фреймовому буферу.

VRAM - двухпортовая, самая быстрая.

Отличие EDORAM от обычной заключается в большей производительности за счёт наложения циклов чтения.