Графические адаптеры

Сигналы, подаваемые на монитор, поступают из видеоадаптера, встроенного в систему или подключаемого к компьютеру.

Существует три способа подключения компьютерных систем к электронно-лучевому или жидкокристаллическому монитору:

- отдельные видеоплаты. Этот метод, для реализации которого требуются разъемы расширения AGP или PCI, обеспечивает наиболее высокий уровень эффективности и максимальную эксплуатационную гибкость при выборе объема памяти и необходимых возможностей (рисунок 17);

- набор микросхем графического ядра, встроенный в системную плату. Наиболее низкая стоимость графической конфигурации и довольно низкая эффективность, особенно для трехмерных игр или работы с графическими приложениями. Разрешающая способность и возможности цветопередачи ниже, чем при использовании отдельных видеоадаптеров, а объем памяти изменить практически невозможно;

Рисунок 15 – Внешний вид видеоадаптера

Для работы видеоадаптера необходимы следующие компоненты:

- BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода);

BIOS видеоадаптера, подобно системной BIOS, хранится в микросхеме ROM; она содержит основные команды, которые предоставляют интерфейс между оборудованием видео-адаптера и программным обеспечением. Программа, которая обращается к функциям BIOS видеоадаптера, может быть автономным приложением, операционной системой или системной BIOS. Обращение к функциям BIOS позволяет вывести информацию о мониторе во время выполнения процедуры POST и начать загрузку системы до начала загрузки с диска любых других программных драйверов. BIOS самостоятельного видеоадаптера не зависит от BIOS системной платы. При использовании видеоадаптера, встроенного в набор системной логики BIOS материнской платы и видеоадаптера является общим.

- Графический процессор — видеоакселератор (accelerator chip) с ограниченным набором функций. Такая архитектура, применяемая во многих видеоадаптерах, представленных на современном компьютерном рынке, предполагает, что электронные схемы видеоадаптера решают алгоритмически простые, но отнимающие много времени задачи. В частности, электронные схемы видеоадаптера выполняют построение графических примитивов — прямых линий, окружностей и т.п., а за центральным процессором компьютера остается конструирование изображения, разложение его на составляющие и пересылка в видеоадаптер инструкций, например: нарисовать прямоугольник определенного размера и цвета.

В современных графических системах применяется также процессор трехмерной графики (3D-графики), используемый практически во всех видеоадаптерах, оптимизированных для компьютерных игр, а также в большинстве наиболее распространенных видеоплат. Процессор трехмерной графики, представляющий собой блок обработки 3D-графики, располагается в наборе микросхем акселератора и используется для формирования изображения многоугольников, создания световых эффектов и прорисовки полутонов.

- Видеопамять. При формировании изображения видеоадаптер обращается к памяти. Емкость памяти на видеоадаптере (видеопамяти) может быть разной: от 4 до 512 Мбайт и выше. Дополнительная память не увеличивает быстродействия видеоадаптера, но позволяет повысить разрешение изображения и/или количество воспроизводимых цветов. Встроенные в системную логику видеоадаптеры пользуются частью оперативной памяти строго ограниченной в настройках BIOS.

Объем памяти, необходимый для создания режима с заданным разрешением и количеством цветов, вычисляется следующим образом. Для кодирования каждого пикселя изображения необходим определенный объем памяти, а общее количество пикселей определяется заданным разрешением. Например, при разрешении 1 024×768 на экране отображается 786 432 пикселя.

Если бы это разрешение поддерживало только два цвета, то для отображения каждого пикселя понадобился бы всего один бит памяти, при этом бит со значением 0 определял бы черную точку, а со значением 1 — белую. Отведя на каждый пиксель 24 бит памяти, можно отобразить более 16,7 млн цветов, так как количество возможных комбинаций для 4-разрядного двоичного числа — 16 777 216 (т.е. 2²⁴). Перемножив количество пикселей, используемых при заданном разрешении экрана, на число битов, требующихся для отображения каждого пикселя, получим объем памяти, необходимый для формирования и хранения изображений в этом формате. Ниже приведен пример подобных вычислений:

1 024 × 768 = 786 432 пикселя × 24 бит/пиксель = 18 874 368 бит = 2 359 296 байт = 2,25 Мбайт

- Цифроаналоговый преобразователь видеоадаптера (обычно называемый RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговые сигналы, которые может отображать монитор. Быстродействие цифроаналогового преобразователя измеряется в МГц; чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации. В современных высокоэффективных видеоадаптерах быстродействие может достигать 300 МГц и выше.

При увеличении быстродействия цифроаналогового преобразователя повышается частота вертикальной регенерации, что позволяет достичь более высокого разрешения экрана при оптимальных частотах обновления (72–85 Гц и более). Как правило, видеоадаптеры с быстродействием от 300 МГц и выше поддерживают разрешения до 1 920×1 200 при частотах обновления более 75 Гц. Разумеется, не забудьте убедиться в том, что необходимое разрешение поддерживается как монитором, так и используемым видеоадаптером.

- Разъем. Видеоадаптеры обычно подключаются к разъему AGP на системной плате, реже встречаются графические адаптеры под PCI - это скорее удел старых моделей видеоадаптеров.

С монитором видеоадаптер связывается через специальный интерфейс VGA или DVI (рисунок 18).

Рисунок 16 – разъемы DVI и VGA

VGA – это интерфейс аналоговой передачи сигнала, т.е. передаются сигналы управления тремя основными цветами, но каждый сигнал имеет 64 уровня яркости. В результате число возможных комбинаций (цветов) возрастает до 262 144 (64). Для создания реалистичного изображения средствами компьютерной графики цвет часто оказывается важнее высокого разрешения, поскольку человеческий глаз воспринимает картинку с большим количеством цветовых оттенков как более правдоподобную.

DVI – это режим передачи цифрового сигнала, т.е. сигнал преобразуется в аналоговый не при выходе из видеоадаптера, а в самом мониторе. В этом и заключается преимущество DVI над VGA. Сигнал цифровой имеет только два дискретных значения: 1 и 0, т.е. каждый раз, когда вы передаете единицу цифровым способом, вы получаете именно единицу. В независимости от колебаний напряжения или от любых помех, происходящих при передаче. В аналоговой же системе, в результате передачи единицы, можно получить уже не единицу, а 0,935 или 1,062. Поэтому необязательно, что вы увидите на экране именно то, что формирует видеокарта.

Основными характеристиками видеоадаптера являются: частота памяти, частота процессора, вид слота и разъем для подключения к монитору.