Видеоконтроллеры

Светоизлучающие мониторы

Электролюминесцентные мониторы

Электролюминесцентные мониторы (FED — Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них про­зрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта слоем люминофора. Пласти­ны складываются так, что провода пластин пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы. На пару пересекающихся про­водов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для воз­буждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения.

В светоизлучающих мониторах (LEP — Light Emitting Polymer) в качестве пане­ли используется полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как панели FED, но через полупроводниковые пикселы пла­стины пропускается ток (а не создается электрическое поле). На сегодняшний день имеются монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к дисплеям LCD, но уступающие им по сроку службы.

Удалось создать органический полупроводник, имеющий широкий спектр излу­чения — в диапазоне от синего до инфракрасного с эффективностью (коэффици­ентом полезного действия по мощности) излучения порядка 1%. Многие фирмы (CDT, Seiko-Epson и др.) планируют создать на основе этого материала полно­размерный цветной дисплей. Прототип цветного дисплея был создан с использо-

Видеотерминальные устройства

ванием красных, синих и зеленых полимерных материалов CDT с нанесением на подложку экрана по технологии струйной печати. Качество отображения цвета нового экрана аналогично качеству жидкокристаллических дисплеев (LCD).

Достоинства LEP-панелей:

□ пластик сам излучает свет, поэтому не нужна подсветка, как в LCD-мониторе;

□ LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

□ LEP-дисплеи работают при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеют малый вес и их можно использовать в портативных ПК.

LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 мкс), он годится для воспроизведения видеоинформации.

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопа­мять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифро-аналоговый преобразователь.

Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Кон­троллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется ак­селератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т. п. Основ­ными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 20-ускорителя, ядро ЗБ-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле видеоконтроллера.

Поясним некоторые компоненты.

□ 20-ускоритель — устройство, осуществляющее обработку графики в двух ко­ординатах на одной плоскости;

□ ЗБ-ускоритель — устройство, осуществляющее формирование и обработку трехмерных (3D) изображений. В процессе формирования ЗБ-изображения аппаратный ЗБ-ускоритель взаимодействует с программным обеспечением.

Сам же процесс имеет несколько этапов:

□ определение состояния объектов;

□ определение соответствующих текущему состоянию геометрических трех­мерных моделей;

□ разбиение этих моделей на простые элементы — графические примитивы, в качестве которых чаще используют треугольники (именно на этом этапе подключается аппаратный ЗБ-ускоритель);

Глава 7. Внешние устройства ПК

□ преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с кото­рыми работают аппаратные компоненты;

□ закраска примитивов и финальная обработка.

Основные аппаратные элементы ЗБ-ускорителя: геометрический процессор, ме­ханизм установки и механизм закраски примитивов. Характеристиками ускори­телей являются максимальная пропускная способность (треугольников в секун­ду), максимальная производительность закраски (точек в секунду), скорость (кадров в секунду).

Важная характеристика — емкость видеопамяти, она определяет количество хра­нимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.

Под разрешающей способностью здесь (так же как и для мониторов) понимается то количество выводимых на экран монитора пикселов, которое может обеспе­чить видеоконтроллер. При разрешении 1024 х 768 на экран должно выводиться 786 432 пиксела, а при разрешении 2048 х 1536 —. 3 145 728 пикселов. Для каж­дого пиксела должна храниться и его характеристика — атрибут.

Количество воспроизводимых цветовых оттенков (глубина цвета) зависит от числа двоичных разрядов, используемых для представления атрибута каждого пиксе­ла. Выделение 4 битов информации на пиксел (контроллеры CGA) позволяло отображать 2⁴ = 16 цветов, 8 битов (контроллеры EGA и VGA) — 2⁸ = 256 цветов, 16 битов (стандарт HighColor), 24 и 25 битов (стандарт TrueColor в контролле­рах SVGA), соответственно, 2¹⁶= 65 536, 2²⁴= 16 777 216 и 2²⁵ = 33 554 432 цветов. В стандарте TrueColor в отображении каждого пиксела обычно участвуют 32 бита, из них 24 или 25 нужны для характеристики цветового оттенка, а остальные — для служебной информации.

Необходимую емкость видеопамяти для работы с графикой можно приблизи­тельно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселов, выводимых на экран. Например, в стандарте TrueColor при разрешающей спо­собности монитора 1024 х 768 пикселов емкость видеопамяти должна быть не менее 2,5 Мбайт, а при разрешении 2048 х 1536 — не менее 9,5 Мбайт. При рабо­те с текстом необходимая емкость видеопамяти существенно меньше.

Скорость вывода изображения на экран зависит от скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифро-аналоговым преобра­зователем и, в несколько меньшей степени, с центральным процессором.

Для увеличения скорости обмена данными используются:

□ увеличение разрядности и тактовой частоты внутренней шины видеоконтрол­лера (вплоть до 256 разрядов и 600 МГц);

□ новейшие^ быстродействующие типы оперативной памяти. В качестве видео­памяти в контроллерах могут применяться различные типы памяти DRAM, как универсальные: SDRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, так и особенно быст­рые специализированные: SGRAM (синхронная графическая), VRAM и WRAM (двухпортовые типы видеопамяти), 3D RAM (трехмерная) и т. д.

Видеотерминальные устройства

Скорость обмена данными с центральным процессором определяется пропуск­ной способностью шины, через которую осуществляется обмен. В современных компьютерах вместо шины PCI используется более скоростная шина AGP (в ча­стности AGP 4х).

Поскольку в мониторы необходимо подавать аналоговый видеосигнал, для преоб­разования цифровых данных, хранимых в видеопамяти, в аналоговую форму, в ви­деоконтроллере предусмотрен цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC. Он отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе. RAMDAC преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от видео­памяти, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующие электронные пушки трубки монитора — красную, зеленую и синюю. Помимо цифро-аналого­вых преобразователей для каждого цветового канала (красного, зеленого, сине­го), RAMDAC имеет встроенную память для хранения данных о цветовой па­литре и т. д. Такие характеристики RAMDAC, как его частота и разрядность, также непосредственно определяют качество изображения.

От частоты зависит, какое максимальное разрешение и при какой частоте кадро­вой развертки монитора сможет поддерживать видеоконтроллер. Разрядность определяет, сколько цветов может поддерживать видеоконтроллер. Наиболее распространено 8-битовое представление характеристики пиксела на каждый цветовой канал монитора (суммарная разрядность 24).

В видеоконтроллере имеются микросхемы ПЗУ двух типов:

□ содержащие видеоBIOS — базовую систему ввода-вывода, используемую центральным процессором для первоначального запуска видеоконтроллера;

□ содержащие сменные матрицы знаков, выводимых на экран монитора.

Многие видеокарты имеют электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись информации пользователем под управлени­ем специального драйвера, часто поставляемого вместе с видеоадаптером. Таким образом можно обновлять и видео-BIOS, и экранные шрифты.

Основные характеристики видеоконтроллера:

□ режимы работы (текстовый и графический);

□ воспроизведение цветов (монохромный и цветной);

□ число цветов или число полутонов (в монохромном);

□ разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселов по горизонтали и вертикали);

□ емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц — это число за­поминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе);

□/размер матрицы символа (количество пикселов в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора);

/ □ разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с сис-^ темной шиной, и т. д.

Глава 7. Внешние устройства ПК

Общепринятый стандарт формируют следующие видеоконтроллеры:

□ Hercules — монохромный графический адаптер;

□ MDA — монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter);

□ MGA — монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter);

□ CGA — цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter);

□ EGA — улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter);

□ VGA — видеографический адаптер (Video Graphics Adapter), часто его назы­вают видеографической матрицей (Video Graphics Array);

□ SVGA — улучшенный видеографический адаптер (Super VGA);

□ PGA — профессиональный графический адаптер (Professional GA).
Минимально допустимые характеристики основных типов видеоконтроллеров
приведены в табл. 7.7.

Таблица 7.7.Видеоконтроллеры для IBM PC

 

Параметр	Тип	видеоконтроллера
	MGA	CGA	EGA	VGA	SVGA
Разрешающая способность (пикселов по горизонтали и по вертикали)		х350	320 х 200 640 х 200	640 х 350 720 х 350	640 х 480 720 х 350	800 х 600 1024 х 768
Максимальное число
цветовых оттенков
Число строк и столбцов	80 х		80x25	80x25	80x25	80x25
(в текстовом режиме)					(80 х 50)	(80 х 50)
Емкость видеобуфера (Кбайт)				128/512	256/512	512/1024
Число страниц в буфере (в текстовом режиме)				4-8
Размер матрицы символа	14 х		8x8	8x8	8x8	8x8
(пикселов по горизонтали				14x8	14x8	14x8

и по вертикали)

Частота кадров 50

не меньше (Гц)

В настоящее время выпускаются и практически используются только видеокон­троллеры типа SVGA.

Современные SVGA-видеоконтроллеры поддерживают разрешение до 2048 х 1536, число цветовых оттенков более 16,7 млн (наиболее «продвинутые» 32-разряд­ные — более 33 млн), имеют емкость видеобуфера до 64 Мбайт.

Видеоконтроллер устанавливается на материнской плате, как видеокарта — в сво­бодный разъем AGP или PCI. Некоторые видеокарты имеют вход для подклю-

Клавиатура

чения телевизионной антенны (TV in) и тюнер, то есть позволяют через ПК про­сматривать телепередачи, видеофильмы с видеомагнитофона и видеокамеры; ряд видеокарт имеют разъем для подключения телевизора (TV out) для про­смотра видео.