Архитектурные особенности и технические характеристики видеоадаптеров

Архитектурные особенности и технические характеристики видеоадаптеров

НТУУ ”КПИ“

кафедра АСОИУ.

Реферат

по дисциплине

Основы программирования и алгоритмические языки

на тему :

”Архитектурные особенности и технические характеристики видеоадаптеров“.

Проверил :

Выполнил :

доцент кафедры АСОИУ студент ?

курса

группа ИС - 92

Ковалюк Т. В. Лапин Ю. А.

Киев – 1999

Содержание

1. Введение.

2. Видеоадаптер сегодня и завтра.

3. Назначение устройства.

4. Принцип работы видеоадаптера.

5. Течнические характеристики.

1. Обзор новых видеоадаптеров.

2. Краткий обзор стандартов.

6. Конструктивное исполнение.

7. Особенности использования для разных задач пользователя.

1. Двухпортовую видеопамять.

2. Выводы.

3. Лучший выбор.

8. Теория и практика разгона видеокарт на базе чипсетов nVidia Riva TNT2.

9. Рекомендации пользователю.

1. Как к хорошему компьютеру подобрать достойный видеоадаптер.

2. Определение необходимого обьема видеопамяти.

10. Выводы и субъективный взгляд.

11. Будущее графики.

12. Приложение 1 : Цена.

13. Приложение 2 : Фирмы – производители..

14. Список литературы.

.

Введение

В 1965 году, на заре компьютерной эры, Гордон Мур вывел закон, по

которому число транзисторов в интегральных схемах, а, следовательно, и

производительность микро-процессоров будут удваиваться примерно каждые два

года. Казавшееся современникам почти нереальным, предсказание оправдывается

с завидным постоянством, а для некоторых специфических компонентов

компьютеров, например видеоадаптеров, перевыполняется: их

производительность при обработке реалистичных трехмерных изображений за год

даже утраивается. Именно за это время разработчики специализированных

процессоров, ориентированных на обработку и ускорение трехмерной графики,

успевают создать и выпустить продукты нового поколения.

По данным исследовательской фирмы Jon Peddie Associates, общее

количество проданных в 1998 году видеоадаптеров с ускорением трехмерной

графики (доля «чистых» ускорителей двухмерной графики стремительно

снижается) составит 70 млн. штук. Конку-ренция на этом рынке очень высока,

особенно в секторе изделий младшего и среднего класса, где стоимость

видеоплат обычно не превышает 300 долл. О таких продуктах, исполь-зуемых в

них технологиях, а также преимуществах, которые они дают пользователям, и

пойдет речь в данном обзоре.

За последние полтора года рынок графических адаптеров претерпел

существенные изменения, в числе которых стоит отметить выделение домашних

видеоадаптеров в самостоятельный сегмент. По возможностям и цене домашние

видеоадаптеры занимают промежуточное положение между офисными,

оптимизированными для работы в оконной среде с нетребовательными к графике

приложениями (текстовыми редакторами, базами данных), и профессиональными,

которые применяются в системах автоматизированного проектирования,

художественном дизайне или полиграфии. Сектор домашних компьютеров и

соответственно домашних видеокарт растет сейчас наиболее динамично. Самое

важное свойство домашних видеоадаптеров - поддержка технологий мультимедиа.

От них ждут воспроизведения видео (в первую очередь в стандарте MPEG) и

трехмерной графики. Естественно предположить, что видеокарты для домашних

компьютеров конфигурируются достаточно просто. Увы, это не всегда так.

Например, чтобы сконфигурировать для работы с Windows 95 превосходную карту

Matrox Mystique, предназначенную для рынка SOHO, придется повозиться пару

часов. Наибольшие сложности возникают при выборе частоты регенерации,

поскольку значения, которые берутся по умолчанию, весьма далеки от

оптимальных. Обратите внимание на то, что настройка частоты регенерации для

работы в среде DOS выполняется отдельно. Производитель видеоадаптера,

вероятно, предполагал, что это будет делать сборщик компьютера или

продавец. Однако в большинстве случаев продавцы, экономя время, лишь

проверяют работоспособность адаптера, оставляя тонкую настройку

пользователю. Может быть, это и к лучшему, поскольку в процессе

эксплуатации наверняка эти драйверы придется устанавливать заново.

Видеоадаптер сегодня и завтра

Что такое видеоадаптер и для чего он нужен? Поскольку максимум

информации о внешнем мире большинство из нас получает визуально, никто не

рискнет отрицать, что видеоподсистема - один из наиболее важных компонентов

персонального компьютера. Видеоподсистема, в свою очередь, состоит из двух

основных частей: монитора и видеоадаптера. Созданием изображения на

мониторе управляет обычно аналоговый видеосигнал, формируемый

видеоадаптером. А как получается видеосигнал? Компьютер формирует цифровые

данные об изображении, которые из оперативной памяти поступают в

специализированный процессор видеоплаты, где обрабатываются и сохраняются в

видеопамяти Параллельно с накоплением в видеопамяти полного цифрового

«слепка» изображения на экране данные считываются цифроаналоговым

преобразователем (Digital Analog Converter, DAC). Поскольку DAC обычно

(хотя и не всегда) включает собственную память произвольного доступа

(Random Access Memory, RAM) для хранения палитры цветов в 8-разрядных

режимах, его еще называют RAMDAC. На последнем этапе DAC преобразует

цифровые данные в аналоговые и посылает их на монитор. Эта операция

выполняется DAC несколько десятков раз за одну секунду; данная

характеристика называется частотой обновления (или регенерации) экрана.

Согласно современным эргономическим стандартам, частота обновления экрана

должна составлять не менее 85 Гц, в противном случае человеческий глаз

замечает мерцание, что отрицательно влияет на зрение. Даже подобная

упрощенная схема, описывающая механизм работы универсального видеоадаптера,

позволяет понять, чем руководствуются разработчики графических ускорителей

и плат, когда принимают те или иные технологические решения. Очевидно, что

здесь, как и в любой вычислительной системе, есть узкие места,

ограничивающие общую производительность. Где они и как их пытаются

устранить? Во-первых, производительность тракта передачи данных между

памятью на системной плате и графическим ускорителем. Эта характеристика

зависит в основном от разрядности, тактовой частоты и организации работы

шины данных, используемой для обмена между центральным процессором,

расположенным на системной плате компьютера, и графическим ускорителем,

установленным на плате видеоадаптера (впрочем, иногда графический процессор

интегрируется в системную плату). В настоящее время шина (а точнее, порт,

поскольку к нему можно подключить только одно устройство) AGP обеспечивает

вполне достаточную и даже избыточную для большинства приложений

производительность. Во-вторых, обработка поступающих данных графическим

ускорителем. Повысить скорость этой операции можно, совершенствуя

архитектуру графического процессора, например, внедрив конвейерную

обработку, когда новая команда начинает выполняться еще до завершения

выполнения предыдущей. Производители увеличивают разрядность процессоров и

расширяют перечень функций, поддерживаемых на аппаратном уровне; повышают

тактовые частоты. Все эти усовершенствования позволяют значительно ускорить

заполнение видеопамяти графическими данными, готовыми для отображения на

экране. О конкретных реализациях будет рассказано ниже в разделе

«Законодатели мод». И, в-третьих, обмен данными в подсистеме «графический

процессор - видеопамять - RAMDAC». Здесь также существует несколько путей

развития. Один из них - использование специальной двухпортовой памяти,

VRAM, к которой можно одновременно обращаться из двух устройств: записывать

данные из графического процессора и читать из RAMDAC. Память VRAM довольно

сложна в изготовлении и, следовательно, дороже других типов. (Есть еще один

вариант двухпортовой памяти, впервые примененный компанией Matrox - Window

RAM, WRAM, - обеспечивающий несколько более высокую производительность при

себестоимости на 20% ниже.) Поскольку использование двухпортовой памяти

дает ощутимый прирост производительности лишь в режимах с высокими

разрешениями (1600х1200 и выше), этот путь можно считать перспективным лишь

для видеоускорителей высшего класса. Еще один способ - увеличить

разрядность шины данных. У большинства производителей разрядность шины

данных достигла 128 бит, то есть за один раз по такой шине можно передать

16 байт данных. Еще одно, довольно очевидное решение, - повысить частоту

обращения к видеопамяти. Стандартная для современных видеоадаптеров память

SGRAM работает на тактовой частоте 100 МГц, а у некоторых производителей

уже используются частоты 125 и даже 133 МГц. Для чего все это нужно? Чем

быстрее подготовленные графическим процессором данные поступают в RAMDAC и

преобразуются в аналоговый сигнал, тем больший их объем за единицу времени

будет «конвертирован» в изображение, что позволяет повысить его

реалистичность и детализацию.

Назначение устройства

Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеокартой,

видеоплатой, видимокартой, видюхой, видео), есть в каждом компьютере. В

виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве

самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой,

преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в

формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания

изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой

системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

Таким образом, связку видеоадаптер и монитор можно назвать видеоподсистемой

компьютера. То, как эти компоненты справляются со своей работой, и в каком

виде пользователь получает видеоинформацию, включая графику, текст, живое

видео, влияет на производительность как самого пользователя и его здоровье,

так и на производительность всего компьютера в целом.

Вот почему при покупке компонентов видеоподсистемы необходимо сделать

разумный выбор. Речь далее пойдет только о PC платформе, с используемой

операционной системой Windows 95 или NT.

Почему? Просто потому что эта платформа и ОС доминируют.

Если у Вас устаревший компьютер, который используется в качестве печатной

машинки в текстовом режиме, то, скорее всего, проблем с видеоподсистемой у

Вас нет, улучшить в этом случае или что-то оптимизировать практически

невозможно.

Принцип работы видеоадаптера

Прежде чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные

обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных

направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в

аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют

изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в

видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные

цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ

изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в

цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они

конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на

котором выводится требуемое изображение.

Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними

производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения.

Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей

видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда

данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать.

Рассмотрим подробнее этапы следования данных от центрального

процессора системы до монитора.

1. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую

зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются

данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для

видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. При

существующих версиях чипсетов шина PCI может иметь рабочие частоты от 25Mhz

до 66MHz, иногда до 83Mhz (обычно 33MHz), а шина AGP работает на частотах

66MHz и 133MHz.

Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального

процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера.

2. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне

зависимости от специфических функций различных графических процессоров, это

передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в

видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это

видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства

видеоадаптера, графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены

работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения

(иногда они происходят в непрерывном режиме, например движение указателя

мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается

к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из

видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому,

чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют

различные технические решения. Например, используют различные типы памяти,

с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например VRAM, WRAM,

MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический

процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамять, используя 32

разрядную, 64 разрядную или 128 разрядную видеошину.

Чем более высокое разрешение экрана используется и чем больше глубина

представления цвета, тем больше данных требуется передать из графического

процессора в видеопамять и тем быстрее данные должны считываться RAMDAC для

передачи аналогового сигнала в монитор. Нетрудно заметить, что для

нормальной работы видеопамять должна быть постоянно доступна для

графического процессора и RAMDAC, которые должны постоянно осуществлять

чтение и запись.

В нормальных условиях доступ RAMDAC к видеопамяти на максимальной

частоте возможен лишь после того, как графический процессор завершит

обращение к памяти (операцию чтения или записи), т.е. RAMDAC вынужден

дожидаться, когда наступит его очередь обратиться с запросом к видеопамяти

для чтения и наоборот.

Течнические характеристики

Обзор новых видеоадаптеров

Savage4 новый чип от S3

Прошло 7 месяцев, после официального анонса чипа Savage3D и

корпорация S3 объявила о готовности начать выпуск в массовых объемах, чипа

следующего поколения - Savage4. Что знаменательно, анонс нового чипа был

сделан в год, когда S3 отмечает свое 10-летие работы на рынке компьютерной

графики и видео. Появление Savage3D знаменовало, прежде всего, поворот

S3 к современным реалиям массового рынка графических чипов. OEM

производителей перестали устраивать чипы серии Virge, т.к. потребители

стали требовать наличия возможности играть в современные игры с настоящим

ускорителем. Если оценивать то, удалось ли S3 войти в обойму производителей

современных 3D акселераторов, то можно констатировать, что провала точно

не произошло. А это уже не мало, особенно, если учитывать против каких акул

пришлось бороться S3. Факт налицо, платы на Savage3D продаются, имеют

приемлемую конкурентоспособную цену, технология сжатия текстур S3TC

лицензирована Microsoft включена в DX. Можно, конечно, и поругать S3, тем

более есть за что - это и проблемы с драйверами, отсутствие приложений (за

исключением единиц), использующих преимущества S3TC и проблемы с первыми

ревизиями чипа. Сделали ли S3 для себя выводы? Будем надеяться что да.

Итак, наступление с целью захвата существенной доли рынка массовых 3D

графических чипов продолжается. Отметим первое, что бросается в глаза - это

имя нового чипа. S3 не пошла по пути добавления приставки 2, а поступила

несколько нетрадиционно, назвав новый чип Savage4. В свое время, #9

решив не раздражать пользователей приставкой 3D в названии своего чипа

Revolution3D, назвала серию нового поколения Revolution IV. Наши испытания

показали, что приставка 3D была убрано справедливо. Остается надеяться,

что исчезновение приставки 3D в названии нового чипа S3 не означает

отсутствия поддержки и акселерации трехмерной графики на практике. Тем

более что список возможностей Savage4 внушает уважение. На самом деле,

четверка в названии нового чипа означает принадлежность Savage4 к

четвертому поколению 3D акселераторов. Разумеется, в индустриальном

масштабе, а не внутренней линейке S3. Корпорация S3 решила сразу

предложить два варианта нового чипа: Savage4 GT и Savage4 PRO. Оба чипа

взаимозаменяемы, так как полностью совместимы по выводам. Это облегчает

интеграцию в системные платы (что особенно важно для OEM рынка) и

производство видеоадаптеров, т.к. упрощает дизайн разводки PCB. Итак,

начнем по порядку, что нам обещают: Прежде всего, на первом плане среди

достоинств чипа стоит тезис о том, что Savage4 имеет архитектуру, где все

функции выполняются за один цикл. Если это правда, то это очень хорошо.

Ядро работает на частоте 125 МГц в обоих вариантах Savage4.

Суперконвейерная 128 разрядная архитектура внутренней шины памяти

Поддерживается память типа SDRAM/SGRAM Локальная память от 2 до 32

МБ, используется в качестве кадрового буфера. Напомним, что ддержка

Savage3D только максимум 8 Мб локальной памяти вменялось ему как минус.

Теперь проблема устранена. Геометрический движок, занимающийся

расположением графических примитивов в пространстве, может обрабатывать до

8 миллионов треугольников в секунду. Это более чем в 1.5 раза мощнее, чем у

Savage3D. Да, стоит добавить, что вычисления проводятся над вещественными

числами. Заметим, что наличие геометрического движка делает чип менее

зависимым от СPU, а значит и владельцам не ультрасовременных компьютеров

Savage4 будет интересен. 128 разрядный конвейер создания изображения. Ну,

этим сегодня никого не удивишь. Скорость закраски полигонов - fillrate -

140 миллионов пикселей в секунду. Причем S3 подчеркивает, что эта цифра

останется неизменной и при использовании трилинейной фильтрации. Напомним,

что в рекламной кампании Savage3D постоянно подчеркивалось, что

трилинейная фильтрация выполняется за один проход. Ну что сказать, все, что

улучшает качество изображения на мониторе пользователя, только

приветствуется. Особенно, если эти улучшения не замедляют работы ускорителя

графики. RAMDAC 300 MHz с коррекцией гаммы. Классно. У вас есть 19"

монитор или больше? Поддерживается последовательная шина управления

I2C и Flash ROM Поддержка режимов управления питанием ACPI и PCI. Тут самое

приятное это поддержка ACPI. Dпочему? Почитайте статью про ACPI у нас, а

если коротко, для полной реализации таких режимов, как Suspend-to-RAM

необходимо, что бы видеоадаптер соответствовал спецификации ACPI. Поддержка

PCI 2.2, включая bus mastering Поддержка AGP mode 2x/4x, разумеется с SBA и

DME. Если режимом AGP 2x, сегодня никого, кроме разве что компании 3Dfx, не

удивишь, то AGP 4x это пока диковинка. Хотя, если вы регулярно читаете

раздел "Коротко", то вы знаете, что S3 и Intel заключили соглашение, в

котором, в частности, S3 провозглашалась главным партнером Intel в

области внедрения промышленной версии AGP 4x, точнее validation partner.

Вот и результат. Да, разумеется, многие, в частности, долго непраздная ATI

со своим Rage128, заявили о готовности реализовать поддержку AGP 4x во

второй половине 1999 года (Rage128Pro), Matrox со своим G400 и даже 3Dfx.

Но, судя по всему, первым чипом, реально продающимся и имеющим поддержку

AGP 4x, будет все же Savage4. Если все будет именно так, то S3 заработает

себе дополнительные очки. Реализованная на аппаратном уровне поддержка

технологии S3TC. Ну тут все ясно. Без этого никуда, это все равно, что PII

без MMX. Заметим, что если вновь выходящие игры не будут использовать

возможности Savage4, да и Savage 3D, по сжатию текстур, наличие этой

поддержки не будет означать ровным счетом ничего. Так, красивая

аббревиатура без практического применения. Опять же, подтверждается аксиома

о том, что без поддержки со стороны реальных приложений, а не

демонстрационных пакетов, любая, даже самая передовая технология может

остаться в пыли от гусениц конкурентов. Справедливости ради стоит

отметить, что приложения, оптимизированные под S3TC, все же начинают

появляться, а включение этой технологии в DX6 обеспечила поддержку со

стороны Microsoft. Поддержка Microsoft это половина победы. Если вспомнить

о партнерстве с Intel (кстати, Intel прикупила пакет акций S3 не

разглашаемых размеров), то перспективы Savage4 видятся уже в радужных

тонах. Отметим, что все таки улучшения в области реализации S3TC есть. В

новой версии S3TC поддерживается 8-битная альфа (коэффициент

прозрачности или альфа канал), в то время, как в предыдущей ревизии S3TC

поддерживалась лишь 1-битная альфа. Поддержка цифрового интерфейса для

работы с плоско панельными мониторами. Да, производители чипов для

графических плат свято верят, что завтра эти мониторы упадут в цене, и мы

все ринемся их покупать. Пока что, эта строчка относится скорее к области

заявлений: "Мы находимся на переднем краю прогресса". Ну и конечно

строчка о высококачественном проигрывании DVD. Разумеется, иначе никто и не

напишет. Что сказать, в имеющейся информации сказано, что в результате

тесного сотрудничества с ведущими разработчиками в области декодирования

DVD в Savage4 используется механизм компенсации движения второго

поколения (Motion Compensation Engine). Это должно арантировать более

качественное проигрывание DVD видео при меньшей нагрузке на CPU. Но, к

сожалению, нет ни слова, про ппаратную реализацию обратного преобразования

Фурье (iDCT), а жаль. Пока iDCT на аппаратном уровне реализовано только в

Rage128. К слову, S3 является партнером Microsoft по разработкам в области

аппаратного ускорения проигрывания видео. Это ощутимая поддержка с тыла.

Поддержка режимов DDC, по сути, P'n'P Технологический процесс 0.25 мкм.

Заметим, что Savage3D производится тоже по 0.25 мкм технологии и S3

готовится к переходу на 0.18 мкм процесс. Эти позиции, безусловно, очень

сильные. Корпус чипа типа PBGA, 336 выводов, размер 27х27 мм Напряжение

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6