Видео адаптеры, видео режимы

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Видеоподсистема любого компьютера состоит  из двух частей - видеоадаптера, вставляемого в разъем расширения на системной плате и дисплея, подключаемого к видеоадаптеру.

Видеоадаптер может быть оформлен в виде отдельной платы, вставляемой  в слот расширения компьютера, или  может быть расположен непосредственно  на системной плате компьютера.

Видеоадаптер включает в себя видеопамять, в которой хранится изображение, отображаемое в данный момент на экране дисплея, постоянное запоминающее устройство, в котором записаны наборы шрифтов, отображаемые видеоадаптером в текстовых  и графических режимах, а также функции BIOS для работы с видеоадаптером. Кроме того, видеоадаптер содержит сложное управляющее устройство, обеспечивающее обмен данными с компьютером, формирование изображения и некоторые другие действия.

Видеоадаптеры могут работать в различных текстовых и графических режимах, различающихся разрешением, количеством отображаемых цветов и некоторыми другими характеристиками.

Сам видеоадаптер не отображает данные. Для этого к видеоадаптеру  необходимо подключить дисплей. Изображение, создаваемое компьютером, формируется видеоадаптером и передается на дисплей для предоставления ее конечному пользователю.

 

 

 

 

 

 

 

1. ВИДЕОАДАПТЕРЫ

 

Между центральным процессором  персонального компьютера и монитором  расположен еще один чип (чипсет), который  преобразовывает машинные команды с данными о том, что должно быть отображено на экране, в три раздельных сигнала, несущих информацию о яркости и цветности каждой точки на экране монитора. На этом чипе, в настоящее время называемом видеопроцессором, который по сложности и производительности мало уступает самому производительному процессору Pentium, создаются мультимедийные видеоадаптеры, позволяющие воплощать для человека виртуальную реальность.

Видеоадаптер чаще всего выполняется  в виде отдельной печатной платы, которая устанавливается в слот ISA, PCI или AGP, причем последний вариант стал для современных компьютеров PC стандартным. Заметим, что в ряде материнских плат чип видеопроцессора интегрирован непосредственно на ней, позволяя отказаться от установки отдельного видеоадаптера.

Если на системной плате есть слот ISA, то видеоадаптер, предназначенный  для такой шины, позволит оживить  системную плату даже тогда, когда  есть проблемы с начальной загрузкой BIOS. 
На рис. показан типичный представитель "накрученного" современного видеоадаптера, который может работать не только с традиционным монитором, но и имеет новый цифровой интерфейс для жидкокристаллического или плазменного монитора, а также разъем для соединения с бытовой видеоаппаратурой. Заметим, что подобные платы стоят значительно дороже, чем видеоадаптер для обычного компьютера, предназначенного для работы в офисе.

Традиционные же для архитектуры IBM PC видеоадаптеры всегда имели  лишь один разъем для подключения  монитора (исключения были, но крайне редко). В соответствии со стандартом VGA через этот 15-контактный разъем подается аналоговый видеосигнал на монитор с электронно-вакуумной трубкой. В более древних видеоадаптерах, которые иногда можно встретить на рынках, использовался 9-контактный разъем, к которому подключались мониторы MDA (MonochromeDisplayAdapter), Hercules (HerculesGraphicsCard), CGA (ColorGraphicsAdapter) и EGA(EnhancedGraphicsAdapter).

Рис.1 Видеоадаптер GeForce 4 Titanium 4600

 

 

Рис.2 Видеоадаптер 3D Prophet 4000XT.

 

Распространение жидкокристаллических и газоразрядных плоских панелей привело к тому, что в настоящее время на видеоадаптерах начал появляться второй разъем, предназначенный для работы с цифровыми устройствами вывода информации. В силу того, что плоские мониторы по самой сути являются цифровыми устройствами, на этот разъем выводится информация о яркости и цвете точки в двоичном формате (примерно так, как некогда было в мониторах EGA).

 Таким образом,  разработчики отказались от двух  лишних преобразований видеосигнала  — сначала в видеоадаптере цифровой сигнал преобразуется в аналоговый, а потом в мониторе все делается наоборот. К сожалению, несмотря на удобства, которые сулит новый вариант подключения мониторов, не обошлось без большой ложки дегтя — на видеоадаптере и плоском мониторе могут быть установлены разъемы различных стандартов, что потребует поиска переходника.

Рис.3 Подключение мониторов  и видео аппаратуры к видеоадаптеру AbitSiluroGeforce 3.

В отличие от процессоров  и системных плат, видеоадаптеры, с одной стороны, более универсальные устройства, т. к. их можно устанавливать на любую системную плату, у которой есть соответствующий слот расширения, но, с другой стороны, разработчики бестрепетно изменяют архитектуру видеоадаптера, вводя, например, 128-разрядную шину видеопамяти, и разрабатывают новые системы команд построения изображений, для использования которых требуются уже новые версии программ.

Соответственно, количество типов видеоадаптеров велико, а их номенклатура каждый год практически полностью заменяется.

 

 

1.1 Принципы построения изображения

 

Компьютерный монитор, как и  обычный телевизор, формирует изображение  на экране из строк, которые рисуются слева направо и сверху вниз. Каждая строка начинается от левого края экрана. После отображения последней, самой  нижней строки делается небольшой перерыв в выводе строк, чтобы электроника монитора с вакуумным кинескопом смогла вернуть электронный луч в исходное положение — в верхний левый угол экрана (это так называемая прогрессивная, построчная развертка, Progressive, Non-interlaced).

В мониторах, где используется жидкокристаллическая или плазменная панель, хоть и нет необходимости  делать перерыв на возврат луча (обратный ход луча), т. к. изображение создается  на других принципах, все равно делается небольшая остановка в выводе информации. В телевизорах и дешевых мониторах используется чересстрочная развертка изображения , когда на экране сначала прорисовываются нечетные строки (первый полукадр), а потом четные (второй полукадр).

Такой способ вывода является вынужденной мерой, когда существуют ограничения на полосу передаваемых частот, как в телевидении, или требуется понизить стоимость монитора за счет использования более простой электроники. Например, стандартный телевизионный канал занимает всего 5,5—6,5 МГц, а в современных мониторах полоса частот давно уже больше 100 МГц. Блок строчной развертки телевизора работает на одной частоте — 15,65 кГц, а даже мониторы EGA использовали две различные частоты, чуть ли не в два раза превышающие строчную частоту в телевизорах.

 

Рис.4 Способ построения изображения на экране монитора.

 

 

Рис.5 Чересстрочный способ построения изображения.

 

У современного монитора минимальная строчная частота равна 31,5 кГц, что серьезно усложняет электронную  схему блока развертки и повышает требования к техническим параметрам используемых электронных компонентов.

За преобразование двоичных значений цвета и яркости точки  в аналоговый сигнал отвечает блок RAMDAC, который имеется у любого видеоадаптера. Чем с большей  тактовой частотой он работает, там выше качество изображения тонких линий и точек на экране. В настоящее время тактовая частота RAMDAC превышает 250 МГц. Кроме того, для ускорения вывода данных из видеопамяти используют двух портовые микросхемы запоминающих устройств, с которыми одновременно может работать RAMDAC и видеопроцессор, который формирует изображение по командам центрального процессора.

Если включить монитор  отдельно, то после прогрева кинескопа  вы на экране увидите белый прямоугольник⁶ — растр, который создается из строк. Чтобы на экране появилось полезное изображение, надо управлять яркостью каждой точки строки по мере ее прорисовки на экране.

В обычном телевизоре яркость строки в процессе развертки  меняется произвольным образом, и о  количестве точек в строке не идет речи. Качество получаемого изображения определяется только возможностями телестудии и техническими параметрами телевизора. В компьютерах, которые требуют для решения любой задачи указать конкретные значения каждого параметра, строка условно разбивается на точки — пикселы. Чем больше точек в строке и больше самих строк, тем качественнее получается изображение. Заметим, что местоположение каждой точки в любой строке строго оговорено, а значения яркости и цвета каждой точки находятся по конкретному адресу в видеопамяти.

Монитор соединяется  с видеоадаптером ограниченным количеством  проводов, по которым передается информация о всех точках, которые должны быть отображены на экране. По трем проводам передается информация о цвете и  яркости точки, а два провода  служат для посылки импульсов синхронизации, которые указывают монитору, когда начинаются новый кадр и строка.

Импульсы синхронизации  изображения в персональных компьютерах  не имеют строго определенной привязки по времени к строкам и кадрам, как это регламентировано в видеотехнике.

В разных типах мониторов  в силу технических ограничений  на быстродействие электронных схем начало вывода изображения сдвинуто на какую-то величину от момента воздействия  импульса синхронизации. Кроме того, импульсы синхронизации имеют длительность, неравную длительности гашения (во время гашения обратного хода луча как бы прекращается вывод информации на экран, точнее, передается сигнал, соответствующий "самому черному" цвету или "чернее черного"). Также длительности импульсов синхронизации и гашения строк и кадров значительно отличаются по времени.

Монитор, являясь пассивным  устройством, всегда старательно отображает все то, что передает ему видеоадаптер, даже в том случае, если ему посылается заведомо невозможная для него информация, поэтому для каждого типа монитора требуется правильно установить параметры синхроимпульсов, а также начало и окончание вывода полезной информации.

Это достигается установкой служебных регистров в чипсете видео платы.

Если будут выбраны  неправильные соотношения между всеми упомянутыми параметрами, то на экране монитора будет отображена непонятная полосатая картинка. Так получается, когда в операционной системе Windows в окне Свойства: экран выбираются параметры, недопустимые для монитора или видеоадаптера. К счастью, в операционной системе Windows пользователя оберегают от излишних технических подробностей, поэтому ему предлагается выбрать только типы монитора и видеоадаптера. Далее уже для конкретной выбранной пары предлагается весьма ограниченный набор, состоящий из величины разрешения и количества цветов в палитре и частоты развертки.

 

 

Рис.6 Выбор типа в операционной системе Windows.

 

 

Рис.7 Выбор разрешения и глубины цвета.

 

Более понятны технические детали установки параметров видеоадаптера  и монитора в операционной системе Linux (хотя это и приводит к большим проблемам у пользователей, которые, как обычно, не в курсе того, какими возможностями обладают монитор и видеоадаптер). Например, приходится указывать не только названия фирм и типов применяемых узлов, но и параметры импульсов синхронизации. В операционной системе Linux для указания параметров синхронизации в файле XF86Config есть строка:

Modeline "наименование" р h hsshsehm v vssvsevm [опции], 
где:

• р — частота элементов изображения в МГц;
• h — размер видимой части изображения по горизонтали;
• hss — начало импульсов строчной синхронизации;
• hse — конец импульсов строчной синхронизации;
• hm — полная широта кадра (видимой и невидимой части);
• v — размер видимой части изображения по вертикали;
• vss — начало импульсов кадровой синхронизации;
• vse — конец импульсов кадровой синхронизации;
• vm — полная высота кадра (видимой и невидимой части).

 

Рис.8 Выбор частоты кадровой развертки.

 

 

Рис.9 Строчная синхронизация.

 

 

Рис.10 Кадровая синхронизация.

 

	Разрешение	Глубина цвета	Частота кадровой развертки
	640x480	8/16/32 бит	60-240 Гц
	800x600	8/16/32 бит	60-240 Гц
	1024x768	8/16 бит	60-240 Гц
	1024x768	32 бит	60-200 Гц
	1152x864	8/16 бит	60-200 Гц
	1152x864	32 бит	60-1 70 Гц
	1280x960	8/16 бит	60-1 70 Гц
	1280x960	32 бит	60-1 50 Гц
	1280x1024	8/16 бит	60-1 70 Гц
	1280x1024	32 бит	60-1 50 Гц
	1600x900	8/16 бит	60-1 50 Гц
	1600x900	32 бит	60-1 20 Гц