Відеоадаптери

SGRAM (Synchronous Graphic RAM) – синхронна динамічна пам'ять для графічних адаптерів – здатна працювати без тактів очікування на робочій частоті 125 Мгц і вище. По суті, ця пам'ять є спеціальною версією SDRAM, орієнтованою на виконання блокових операцій. Так само як і в SDRAM, SGRAM дозволяє програмувати кількість елементів пакетного циклу (1, 2, 4, 8 або до кінця сторінки), причому цикл може бути по команді перерваний у будь-який момент. Можливе програмування затримки появи даних (Programmable CAS latency) для узгодження тимчасової діаграми. Спеціально для графічних використань (заповнення екранного буфера даними, що повторюються) введений 32-бітний регістр кольору (Color Register) і блоковий запис (8-column Block Write), при якому за один цикл дані з цього регістра записуються у вісім суміжних осередків. Регістр маски (Mask Register) в парі з побітною маскою запису WPB (Write-реr-Bit), передаваного через інформаційні входи, дозволяє захистити від запису задані біти. Ці засоби дозволяють прискорювати такі операції, як заповнення великих областей (наприклад, полігонів) певним кольором.

Продуктивність відеопам'яті  можна підвищувати і ускладненням архітектури, добиваючись розпаралелювання процесів звертання для регенерації і побудови зображення.

VRAM (Video RAM) – двохпортова пам'ять для відеоадаптерів, заснована на комірках DRAM. На додаток до інтерфейсу звичайної динамічної пам'яті VRAM має додатковий порт для послідовного зчитування даних, який використовується схемою регенерації зображення. Цей порт реалізується на регістрах SAM (Serial Access Memory) і після ініціації чергового циклу забезпечує незалежне виведення, що синхронізується спеціальним тактовим сигналом. Інший порт, що має інтерфейс звичайного DRAM, використовується для доступу з боку процесора і графічного контроллера, що забезпечує побудову зображень. VRAM має 32-бітний регістр кольору (Color Register), забезпечує блоковий запис (8-column Block Write) і побітне маскування через регістр маски (Mask Register) в парі з побітною маскою запису WPB (Write-реr-Bit). Крім того, є функція Flash Write, що забезпечує стирання цілого рядка даних за один цикл.

VRAM здатна одночасно  обслуговувати запити від обох портів. Оскільки матриця VRAM, що запам'ятовує, побудована на звичайних комірках DRAM, наявність другого порту зовсім не означає можливість подвоєння потенційної пропускної спроможності DRAM, обмеженої мінімальним часом передзаряду ліній вибірки рядка і стовпця. Проте вживання VRAM дозволяє підвищити частоту регенерації екрану в режимах високого дозволу з 24-бітним кольором. Існують двохпортові варіанти прогресивних модифікацій динамічної пам'яті; EDOVRAM – з розширеною часом відкриття вихідних буферів, SVRAM (Synchronous VRAM) – синхронна і CVRAM (Cached VRAM) – кешована пам'ять.

WRAM (Window RAM) – більш ефективна, ніж VRAM, і дорога двохпортова пам'ять для відеоадаптерів. В ній використовується 256-бітна внутрішня шина даних, що зв'язує масив елементів, що запам'ятовують, з внутрішньокристальною логікою. За допомогою мультиплексорів ця шина узгоджується із зовнішньою 32-розрядною шиною. Мікросхема має два послідовні регістри вихідних даних, що використовуються для регенерації зображення. Під час виведення даних одного з регістрів інший заповнюється даними з пам'яті, після чого регістри перемикаються і міняються ролями. Мікросхеми пам'яті мають чотири 32-бітні регістри, що використовуються для зберігання кольору фону, колір зображення, що будується, маскування і управління.

RDRAM (Rambus™ DRAM) – унікальна розробка динамічної пам'яті фірми Rambus, що має інтерфейс, принципово відмінний від звичайного пам'яті. Її «канал» невеликої розрядності забезпечує передачу даних з продуктивністю, що майже вдесятеро перевершує звичайну DRAM. Ця пам'ять є синхронною, передачі даних здійснюються кожні 2 нс по обох перепадах синхросигналу з частотою 250 Мгц, забезпечуючи продуктивність до 500 Мбайт/с. Високі частоти вимагають більш компактного розміщення мікросхем і спеціальної розводки провідників для мінімізації паразитних ємностей.

MDRAM (Multibank DRAM) – пам'ять для відеоадаптерів, що складається з незалежних 32-Кбайтних банків DRAM, що забезпечує можливість одночасного незалежного звернення до різних областей. Випускається модулями на 0,5, 0,75, 1, 1,125 і 1,25 Мбайт, що дозволяє набирати необхідний об'єм пам'яті з меншими невживаними залишками в порівнянні із звичним рядом 1, 2, 4... Мбайт.

Порівняти перераховані типи пам'яті за піковою продуктивністю допоможе табл. 3.

Таблиця 3

Порівняння типів відеопам'яті

Пам'ять	Розрядність, біт	Продуктивність, Мбайт/с	Фірми, що використовують даний тип
DRAM	64	200	Chips & Technologies
EDO DRAM	64	320	Chips & Technologies, ATI Technologies, S3
SDRAM	64	530	Chips & Technologies, Number Nine, Tseng Labs
RDRAM	Два 8-бітні канали	1000	Cirrus Logic, Silicon Graphics
MDRAM	64	800	Trident, Tseng Labs
WRAM	64	800	Matrox Graphics, Trident
VRAM	64	600	ATI Technologies

 

3. Тестування, настройка

Комп'ютерний монітор, як і звичайний телевізор, формує зображення на екрані з рядків, які малюються зліва направо і зверху вниз (рис. 9). Кожний рядок починається від лівого краю екрану. Після відображення останнього, самого нижнього рядка робиться невелика перерва у виведенні рядків, щоб електроніка монітора з вакуумним кінескопом змогла повернути електронний промінь в початкове положення - у верхній лівий кут екрану (це так звана прогресивна, порядкова розгортка, Progressive, Non-interlaced). В моніторах, де використовується рідкокристалічна чи плазмова панель, хоч і немає необхідності робити перерву на повернення променя (зворотний хід променя), оскільки зображення створюється на інших принципах, все одно робиться невелика зупинка у виведенні інформації.

В телевізорах і дешевих моніторах використовується черезрядкова розгортка зображення (рис. 10), коли на екрані спочатку промальовуються непарні рядки (перший напівкадр), а потім парні (другий напівкадр).

Такий спосіб виведенні  є вимушеною мірою, коли існують  обмеження на смугу передаваних частот, як у телебаченні, або вимагається знизити вартість монітора за рахунок використання більш простої електроніки. Наприклад, стандартний телевізійний канал займає всього 5,5-6,5 Мгц, а в сучасних моніторах смуга частот давно вже більше 100 Мгц. Блок рядкової розгортки телевізора працює на одній частоті - 15,65 кГц, а навіть монітори EGA використовували дві різні частоти, які мало не вдвічі перевищуючі рядкову частоту в телевізорах.

Рис. 9. Спосіб побудови зображення на екрані монітора

Рис. 10. Черезрядковий спосіб побудови зображення

В сучасного монітора мінімальна рядкова частота рівна 31,5 кГц, що серйозно ускладнює електронну схему блоку розгортки і підвищує вимоги до технічних параметрів використовуваних електронних компонентів.

Якщо включити монітор  окремо, то після прогрівання кінескопа  ви на екрані побачите білий прямокутник - растр, який створюється з рядків. Щоб на екрані з'явилося корисне  зображення, треба управляти яскравістю кожної точки рядка по мірі її прорисовування на екрані.

В звичайному телевізорі яскравість рядка в процесі розгортки  міняється довільним чином, і  про кількість точок в рядку  не йде мови. Якість отримуваного зображення визначається тільки можливостями телестудії й технічними параметрами телевізора. В комп'ютерах, які вимагають для вирішення будь-якої задачі вказати конкретні значення кожного параметра, рядок умовно розбивається на точки - пікселі. Чим більше точок в рядку і більше самих рядків, тим якіснішим виходить зображення. Відмітимо, що місцеположення кожної точки в будь-якому рядку строго зумовлене, а значення яскравості і кольору кожної точки перебуває за конкретною адресою у відеопам'яті.

Монітор з'єднується з  відеоадаптером обмеженою кількістю  дротів, по яких передається інформація про всі точки, які повинні бути відображені на екрані. По трьох дротах передається інформація про колір і яскравість точки, а два дроти служать для посилання імпульсів синхронізації, які вказують монітору, коли починаються новий кадр і рядок.

Імпульси синхронізації  зображення в персональних комп'ютерах не мають строго певної прив'язки за часом до рядків і кадрів, як це регламентовано у відеотехніці. В різних типах  моніторів через технічні обмеження  на швидкодію електронних схем початок виведенні зображення зсунутий на якусь величину від моменту дії імпульсу синхронізації. Крім того, імпульси синхронізації мають тривалість, нерівну тривалості гасіння (під час гасіння зворотного ходу променя як би припиняється виведення інформації на екран, точніше, передається сигнал, відповідний "найчорнішому" кольору або "чорніше за чорний"). Також тривалості імпульсів синхронізації і гасіння рядків і кадрів значно відрізняються за часом.

Монітор, будучи пасивним пристроєм, завжди старанно відображає все те, що передає йому відеоадаптер, навіть у тому випадку, якщо йому посилається явно неможлива для нього інформація, тому для кожного типу монітора вимагається правильно встановити параметри синхроімпульсів, а також початок і закінчення виведенні корисної інформації. Це досягається установкою службових регістрів в чіпсеті відеоплати.

Якщо будуть вибрані  неправильні співвідношення між  всіма згаданими параметрами, то на екрані монітора буде відображена  незрозуміла смугаста картинка. Так  виходить, коли в операційній системі Windows у вікні Властивості: екран вибираються параметри, неприпустимі для монітора чи відеоадаптера. На щастя, в операційній системі Windows користувача оберігають від зайвих технічних подробиць, тому йому пропонується вибрати тільки типи монітора і відеоадаптера (рис. 11). Далі вже для конкретної вибраної пари пропонується дуже обмежений набір, що складається з величини дозволу і кількості кольорів в палітрі (рис. 12) і частоти розгортки (рис. 13).

Рис. 11. Вибір типу відеоадаптера в операційній системі Windows

Рис. 12. Вибір дозволу і глибини кольору

Більш зрозумілі технічні деталі установки параметрів відеоадаптера  і монітора в операційній системі Linux (хоча це й приводить до великих проблем у користувачів, які, як завжди, не в курсі того, якими можливостями володіють монітор і відеоадаптер). Наприклад доводиться вказувати не тільки назви фірм і типів вживаних вузлів, але й параметри імпульсів синхронізації.

В операційній системі Linux для вказівки параметрів синхронізації у файлі XF86Config є рядок:

Modeline "найменування" р h hss hse hm v vss vse vm [опції], де:

p - частота елементів  зображення в Мгц;

h - розмір видимої частини  зображення по горизонталі;

hss - початок імпульсів рядкової синхронізації;

hse - кінець імпульсів  рядкової синхронізації;

hm - повна широта кадру  (видимої і невидимої частини);

v - розмір видимої частини  зображення по вертикалі;

vss - початок імпульсів  кадрової синхронізації;

vse - кінець імпульсів  кадрової синхронізації;

vm - повна висота кадру  (видимої і невидимої частини).

Рис. 13. Вибір частоти кадрової розгортки

Програміст може примусити  відеоадаптер видавати синхроімпульси достатньо довільно щодо зображення. Але, наприклад для монітора з вакуумним кінескопом потрібні цілком певні затримки для повернення променя в початкове положення після закінчення малювання останньої точки рядка і останнього рядка кадру. Відповідно, відеоадаптеру необхідно точно вказувати, де повинні знаходитися синхроімпульси щодо один одного і початкової точки растру. При цьому використовуються дещо дивні для більшості користувачів параметри - розміри видимої частини зображення по горизонталі і вертикалі, початок і кінець імпульсів рядкової і кадрової синхронізації, повна висота і ширина кадру (видимої і невидимої частини).

На рис. 14 і 15 показано, як прив'язані синхроімпульси до зображення.

Рис. 14. Рядкова синхронізація

Рис. 15. Кадрова синхронізація

Людина дуже погано сприймає зображення на екрані монітора з частотою кадрової розгортки 60 Гц. Воно здається миготливим, а свічення від ламп денного світла, які живлення від мережі змінного струму 50 Гц, створює неприємні відчуття. Щоб підвищити комфортність від роботи з комп'ютером, прагнуть підвищувати частоту кадрової розгортки - спочатку рекомендувалася частота 85 Гц, потім 100 Гц (рідкокристалічні панелі працюють на іншому принципі, тому в них немає такої необхідності підвищення частоти кадрової розгортки). Тепер, після вдосконалення електроніки моніторів рекомендована частота кадрової розгортки лежить в діапазоні 120-200 Гц. Відповідно, користувачу необхідно вибирати для роботи той режим відеоадаптера, який підтримується монітором, оскільки інакше монітор дуже швидко виходить з ладу. В табл. 4 наведені можливі комбінації дозволу, кадрових і рядкових частот розгортки, які можуть забезпечити сучасні відеоадаптери, а в табл. 5 вже тільки для двох найбільш популярних дозволів наведені комбінації кадрової і рядкової частот розгортки.

Таблиця 4

Дозвіл, глибина кольору  і можлива частота кадрової розгортки  відеоадаптера Abit Siluro GeForce 3

Дозвіл	Глибина кольору	Частота кадрової розгортки
640×480	8/16/32 біт	60-240 Гц
800×600	8/16/32 біт	60-240 Гц
1024×768	8/16 біт	60-240 Гц
1024×768	32 біт	60-200 Гц
1152×864	8/16 біт	60-200 Гц
1152×864	32 біт	60-170 Гц
1280×960	8/16 біт	60-170 Гц
1280×960	32 біт	60-150 Гц
1280×1024	8/16 біт	60-170 Гц
1280×1024	32 біт	60-150 Гц
1600×900	8/16 біт	60-150 Гц
1600×900	32 біт	60-120 Гц
1600×1200	8/16 біт	60-120 Гц
1600×1200	32 біт	60-100 Гц
1920×1080	8/16 біт	60-100 Гц
1920×1080	32 біт	60-85 Гц
1920×1200	8/16 біт	60-100 Гц
1920×1200	32 біт	60-85 Гц
1920×1440	8/16 біт	60-85 Гц
1920×1440	32 біт	60-75 Гц
2048×1536	8/16 біт	60-75 Гц
2048×1536	32 біт	60 Гц