Что определяет объем видеопамяти видеосистемы
Основным техническим средством для оперативного формирования и отображения как текстовой, так и графической информации в компьютере является видеосистема.
Видеосистема компьютера состоит из трех основных компонентов:
§ видеоадаптер;
§ монитор (дисплей);
§ программное обеспечение (драйверы видеосистемы).
В первые годы существования ПК его видеосистемой называли средства вывода текстовой или графической информации на какой-либо экран. В качестве оконечного устройства чаще всего использовали (и продолжают использовать) мониторы с электронно-лучевыми трубками. Адаптеры, позволяющие подключать монитор к шине компьютера, называли видеоадаптерами (адаптерами дисплея— Display Adapter)и подразделяли на алфавитно-цифровые и графические. Вся выводимая информация формировалась в результате действия и под управлением системных и прикладных программ.
Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы строчной и кадровой развертки изображения, где они и преобразуются в зрительные образы.
Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и системной шиной компьютера. Изображение строится по программе, исполняемой центральным процессором, в чем ему могут помогать графические акселераторы и сопроцессоры. В BIOS также имеется поддержка функций формирования текстовых и графических изображений. В монитор адаптер посылает сигналы управления яркостью лучей RGB и синхросигналы строчной и кадровой разверток. Кроме этих сигналов, относящихся только к формированию изображения, интерфейсом могут поддерживаться и сигналы обмена конфигурационной информацией между монитором и компьютером. Средства работы с видеоизображениями относятся уже к мультимедийному оборудованию. От программно-управляемых графических средств они отличаются тем, что оперируют с «живым» изображением, поступающим в компьютер извне (с видеокамеры, TV-тюнера), либо воспроизводимым с какого-либо носителя информации (например, с оптического диска).
Все компоненты видеоадаптера могут размещаться на одной плате расширения, либо прямо на системной плате, используя при этом преимущества локального подключения к системной шине.
Хронологически можно выделить следующие основные типы видеоадаптеров:
§ MDA (Monochrome Display Adapter) — монохромный дисплейный адаптер;
§ CGA (Color Graphics Adapter) —цветной графический адаптер;
§ EGA (Enhanced Graphics Adapter) — усовершенствованный графический адаптер;
§ VGA (Video Graphics Array) —видеографическая матрица;
§ SVGA (Super VGA) —супер видеографическая матрица.
Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Большинство мониторов, используемых в компьютерных системах, сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.
Драйверы видеосистемы (программное обеспечение видеосистемы) — обрабатывают видеоизображения, т.е. выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и т.д.
По мере развития вычислительной техники и в связи с увеличением числа программных приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами сейчас широко используются разнообразные технические устройства компьютерной обработки видеосигналов:
§ Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность функционирования видеосистемы за счет разгрузки центрального процессора от большого объёма операций с видеоданными;
§ Фрейм-грабберы — электронные устройства, позволяющие отображать на экране компьютера сигнал от видеомагнитофона, видеокамеры, лазерного проигрывателя и т. п. с тем, чтобы захватить нужный видеокадр в память с последующим сохранением его в виде файла на внешнем носителе;
§ TV-тюнеры — устройства, позволяющие принимать телевизионные программы и отображать любую из них на экране монитора в масштабируемом окне, что позволяет следить за ходом телепередачи, не прекращая работу на ПК.
Стандартизацией в области видеосистем занимается международная организация VESA (Video Electronic Standard Association — ассоциация по стандартизации в области видеоэлектроники).
Видеоподсистема компьютера является одной из самых важных и сложных систем. Особенно активно она стала развиваться в последнее время в условиях стремительного роста производительности ПК. В целом, состав видеоподсистемы за последнее время изменился незначительно. Она включает в себя устройство отображения информации, устройство формирования и преобразования сигналов и интерфейсы соединения. Ранее эта видеосистема представляла собой лишь преобразователь цифрового изображения, записанного в кадровый буфер, в аналоговый видеосигнал, подаваемый на монитор и собственно сам монитор.
Безусловно, основной элемент видеоподсистемы – видеоадаптер. В последнее время именно он развивался наиболее активно, что вызвало некоторую путаницу в поколениях и особенностях отображения информации видеоадаптеров различных типов. Современный видеоадаптер – это сложное почти самостоятельное устройство, представляющее собой мини-компьютер. Помимо своей основной задачи он способен выполнять ряд дополнительных функций: аппаратное ускорение 2 D и 3 D -графики, обработку видеоданных, прием теле- и видеосигналов и многое другое. Раньше все эти дополнительные функции реализовывались на отдельных платах и подсоединялись к видеоадаптеру как дочерние карты или с помощью локальных интерфейсных шин. Сейчас используется метод интеграции all - in - one , когда все эти функции реализуются в одном графическом чипе видеоадаптера. Современный видеоадаптер значительно отличается по своему функциональному составу от видеоадаптера VGA (о более старых речь даже не идет), но его основное назначение осталось прежним: сканирование и цифро-аналоговое преобразование содержимого кадрового буфера с последующим формированием непрерывного трехканального RGB -сигнала.
Видеоадаптер, является важнейшим элементом видеосистемы, поскольку определяет следующие ее характеристики:
· Максимальное разрешение и частоты разверток (также зависит от возможностей монитора)
· Максимальное количество отображаемых цветов и оттенков (палитра)
· Скорость обработки и передачи видеоданных
То, что мы привыкли называть видеоадаптером, не следует считать стандартным видеоадаптером VGA – на самом деле стандартный адаптер предназначался для IBM PC и имел шину MCA . То, что мы привыкли использовать в современной компьютерной технике, является VGA -совместимым видеоадаптером, который теперь принято сокращенно называть видеоадаптером VGA .
Чтобы понять принцип работы видеоподсистемы, мы начнем ее рассмотрение с описания видеоадаптера VGA , имеющего с современными адаптерами очень большое сходство. Видеоадаптер VGA содержит следующие основные элементы:
· Контроллер ЭЛТ (CRTC, Cathode Ray Tube Controller)
· ROM Video BIOS ( расширение BIOS)
· ЦАП ( цифро - аналоговый преобразователь ) или RAMDAC (RAM Digital-to-Analog Converter)
Видеоадаптер VGA был пассивным устройством, не принимавшем участие в формировании содержимого кадрового буфера и не обрабатывавшем микрокоманды преобразования цифровых данных. Современный интегрированный видеоадаптер также использует:
· Графические акселераторы обработки двумерной и трехмерно графики большой разрядности
· Высокоскоростные шины интерфейса
Такой видеоадаптер в последнее время часто называют видеокартой, хотя это название не совсем правильно и неточно.
Большинство из перечисленных элементов видеоадаптера содержат специальные регистры (8 разрядов и более), доступные центральному процессору ( CPU ) для чтения и записи данных. Эти регистры содержат конфигурационную и статусную информацию и предназначены для управления работой соответствующих элементов видеоадаптера. Модифицируя их содержимое, CPU может управлять работой видеоадаптера.
Помимо этих регистров, в состав элементов видеоадаптера входят несколько специальных регистров. Выходной реги стр пр едназначен для задания адресов портов ввода/вывода, а также начальных адресов кадрового буфера и выбора тактового генератора. Регистр состояния используется для синхронизации процесса обновления кадрового буфера с сигналами обратного хода кадровой развертки.
Все элементы, за исключением видеопамяти, Video BIOS , тактовых генераторов и шин интерфейса реализованы в одной микросхеме. Чтобы достичь такой степени интеграции, новейшие видеоадаптеры ( Radeon 9700, GeForce FX ) используют технологию производства чипов 0,13 мкм.
Общий принцип работы видеосистемы относительно прост. Через внешний интерфейс видеоадаптер общается с компьютером. Центральный процессор, используя микрокоманды, записанные в Video BIOS «общается» с видеосистемой при инициализации видеокарты и ее настроек. После обработки данных он выставляет на шину адреса портов для обращения к видеопамяти, конфигурирует регистры видеоадаптера для настройки на определенный режим работы, загружает данные в видеопамять и позволяет графическому контроллеру (процессору) их обработать. Часть обработки, конечно, возлагается на сам CPU . Далее обработанные данные в видеопамяти поступают в секвенсор, который обеспечивает последовательную их адресацию и передачу в контроллер атрибутов и далее – в RAMDAC . RAMDAC преобразует цвет пикселя в аналоговый сигнал. В это время контроллер ЭЛТ формирует сигналы синхронизации, инкремента счетчиков, стробирования чтения и записи видеопамяти и развертки. Эти аналоговые сигналы с RAMDAC и CRTC поступают в виде трехканального сигнала RGB к монитору. Недавно появилась возможность выводить цифровой сигнал через DVI , что естественно улучшает его качество.
Для большего понимания процесса получения видеоизображения рассмотрим каждый из этих элементов в отдельности.
Сколько памяти нужно видекарте?
Вопрос очень интересный. Тут всё напрямую зависит от того, как будет использоваться видеоадаптер в плане работы с графикой. Например, если это просто офисный компьютер, то ему хватит и встроенного графического адаптера, который будет сам занимать немного видеопамяти из ОЗУ. Если это домашний ПК для фильмов и простеньких игр, то ему вполне хватит от 256 Мб. до 1 Гб. А вот заядлому геймеру или для профессиональной работы с видео нужно будет уже в среднем 2-4 Гигабайта.
Так же необходимо учитывать следующие факторы:
Разрешение монитора
Чем больше у Вас монитор, тем бОльшее он использует разрешение. А чем больше используется разрешение, тем сильнее оно потребляет память видеокарты. Например 1 кадр в качестве FullHD ( разрешение 1920X1080X32) требует 8 Мб видеопамяти. Если же Вы подключили самый современный монитор 4К, то используемое у него разрешение будет потреблять уже в среднем 33 Мб на каждый кадр.
Сглаживание текстур
Сглаживание видео вообще очень сильно потребляет видеопамять. Чем сильнее сглаживание — тем больше потребление VRAM. К тому же разные алгоритмы сглаживания имеют соответственно и разное потребление. Причём разные типы сглаживания по разному потребляют ресурсы компьютера.
Качество текстур и теней
Чем выше качество текстур, чем больше отображается теней у объектов, тем сильнее расходуется и видеопамять компьютера. Это вообще самый сильный потребитель ресурсов видеокарты. Любите поиграть в «тяжелую» игру поставив качество на максимум? Приготовьтесь к тому, что памяти Вашей видеокарты может для этого не хватить. Чем реалистичней качество картинки, тем больше для этого требуется теней и текстур, а значит видеоадаптер будет использоваться по максимуму.
2. Тип видеопамяти:
В современных видеокартах используется тип памяти GDDR5, до этого были соответственно GDDR4, GDDR3, GDDR2. Как вы уже заметили, названия типов видеопамяти очень схожи с названия типов оперативной памяти (DDR2, DDR3), к ним лишь добавилась буква “G” (GDDR5 – Graphics Double Data Rate 5). Но если названия похожи, то структура и функциональность значительно различается. Стоит понимать, что оперативную память типа DDR3 по структуре и функциональным возможностям нельзя приравнивать к GDDR3, её скорее можно поставить в одну нишу с GDDR5 (и то частично)
Графический контроллер
Графический контроллер предназначен для управления обменом данными между CPU и видеопамятью, а также для выполнения элементарных преобразований этих данных. Вместе с графическим акселератором он в современных видеоадаптерах представляет собой графический процессор ( GPU ) или видеочипсет. Этот контроллер помогает CPU осуществлять множество мелких операций, требующих множественных пересылок между центральным процессором и видеопамятью (кадровым буфером). Он берет на себя запись пикселей по определенному адресу, считывание цвета пикселей, при этом выполняя простейшие логические операции «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ» и циклические сдвиги. Также он может осуществлять поиск пикселя в кадровом буфере. В итоге это позволяет реализовать построение примитивов – прямых линий, окружностей и пр. Графический контроллер состоит из 10 регистров, один из которых индексный, а остальные отображены в порт 3 CFh , четырех регистров-защелок, выполняющих роль буферных регистров при операциях чтения и записи в битовых плоскостях и АЛУ. Доступ к графическому контроллеру осуществляется через порт 3 CFh : в начале в индексный регистр по этому адресу записывается номер выбранного регистра, а затем уже осуществляется обращение к нему.
При обращении CPU к видеопамяти, он и «не подозревает» о ее двумерной организации, поэтому одной из основных задач графического контроллера является преобразование двумерных координат пикселя в одномерные, которые могут быть помещены в регистры CPU . Отметим, что CPU не может обращаться к содержимому кадрового буфера, минуя регистры-защелки.
Как узнать объем видеопамяти
Объём видеопамяти видеоадаптера, установленного на Вашем компьютере Вы можете несколькими способами.
Во-первых , зная точную модель видеокарты, Вы можете узнать о ней абсолютно всё в Интернете, введя индекс модели в поисковик.
Во-вторых , можно воспользоваться одной из многочисленных утилит, которые отображают всю информацию о видеоадаптере компьютера. Например, Everest, Aida64 или HWiNFO64. Мне, например, больше всего нравится бесплатная программка GPU-Z:
Быстрая, лёгкая и показывает абсолютно всю нужную информацию. В поле Memory Type будет показан тип используемой памяти видеокарты, а в поле Memory Size — её объём.
В-третьих , узнать объём памяти можно в наклейке, которую обычно клеят на видеоадаптер. Там написана модель устройства, используемый чип и установленный размер видеопамяти. Правда, чтобы воспользоваться этим способом, Вам придётся разбирать свой компьютер. С ноутбуками вообще в этом смысле дикое неудобство!
3. Объём видеопамяти:
Как говорится: «Памяти много не бывает». Да действительно, если объём видеопамяти будет составлять 128 Мбайт, то графический процессор будет простаивать в ожидании новой «порции» данных, поэтому если вы желаете комфортно играть в новые и требовательные к ресурсам компьютера игры, то при покупке видеокарты, вам следует обращать взор на модели с объёмом памяти 1Гбайт и более. При этом не следует забывать и о разрядности шины , а также о частоте памяти. Ведь с разрядностью шины 64 бита, 1 Гбайт объема видеопамяти огромной «радости» не принесут – скорее разочарование :). Поэтому не стоит «клевать» на дешёвые и «объёмные» решения на рынке видеокарт , а стоит соблюдать баланс между всеми характеристиками для того чтобы добиться максимальной эффективности за оптимальную цену.
Секвенсор
Секвенсор, или указатель последовательности, предназначен для генерации сигналов, необходимых для сканирования видеопамяти. Другими словами, он обеспечивает последовательную адресацию и считывание содержимого ячеек видеопамяти и передачу их содержимого в RAMDAC . Работа секвенсора синхронизуется стробирующими сигналами, формируемыми контроллером ЭЛТ. Кроме того, он позволяет переключаться между 8 различными таблицами национальных шрифтов.
Video BIOS
С целью упрощения процедуру конфигурирования видеоадаптера и разгрузки CPU все наборы команд (микропрограмм) CPU , реализующие графические функции. Помещаются в специальное ПЗУ ( ROM ), расположенное на плате видеоадаптера. Набор этих команд принято называть видеосервисом BIOS . Он реализуется с помощью программного прерывания INT 10 h , которое имеет несколько десятков функций управления изображением на экране монитора.
Существует и альтернативный, более быстрый способ управления регистрами видеоадаптера: их может изменять прикладная программа (например, драйвер). Часто для тонкой настройки используется программа PowerStrip , которая позволяет менять содержимое регистров контроллеров и управлять контроллером ЭЛТ. Для видеокарт nVidia существует специализированная программа RivaTuner .
RAMDAC
Основная задача RAMDAC – преобразование кода цвета пикселя в аналоговый сигнал. Главным элементом RAMDAC является трехканальный 6-разрядный ЦАП, количество каналов которого равно количеству основных цветов. Работа ЦАП синхронизируется сигналом Dot Clock тактового генератора видеоадаптера (по этой частоте определяется верхняя граничная частота спектра сигнала). На входы WFG подаются 6-разрядные коды 3 различных цветов. На выходе каждого канала ЦАП можно получить 2 6 = 64 значения выходного напряжения от 0 до 0,7 В. Разрядность ЦАП определяет количество оттенков цветов, которые потенциально может сформировать видеоадаптер VGA .
Что такое графическая видеопамять компьютера?
Думаю Вам уже понятно, что кроме основной оперативной памяти RAM у компьютера или ноутбука есть ещё и видеопамять — VRAM. Аббревиатура расшифровывается как Video Random Access Memory. Графическая видеопамять видеокарты компьютера — это особый вид оперативной памяти, который используется в дискретных видеоадаптерах компьютеров и ноутбуков. Выполнена она в виде чипов, распаянных на плате видеокарты вокруг графического процессора.
Думаю понятно, что чем больше модулей распаяно, тем больше объём видеопамяти. Тут возникает логичный вопрос — а зачем она нужна, ведь у компьютера и так есть оперативная память!
Память видеокарты используется для временного хранения графических данных — а именно изображения (так называемый буфер кадра ) — сформированных и передаваемых видеоадаптером на монитор ПК. Видеопамять является двухпортовой, то есть она может одновременно записывать данные при изменении изображения и в то же самое время считывать её содержимое для прорисовки изображения на экране. Проще говоря, память видеокарты снабжает графический процессор данными, которые необходимы ему для визуализации изображения — так называемого рендеринга. К этим данным относится буфер кадров, карта теней, используемые текстуры, освещение и так далее.
Контроллер ЭЛТ
Контроллер ЭЛТ формирует сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, сигналы инкремента счетчика адреса ячеек видеопамяти, в которых хранится образ видеоизображения, а также стробирующие сигналы чтения и записи в видеопамять. Эти сигналы формируются таким образом, что движение луча по экрану ЭЛТ осуществляется синхронно с процессом сканирования ячеек видеопамяти, причем цвет пикселя на экране соответствует коду, содержащемуся в соответствующей ячейке кадрового буфера.
Работа контроллера ЭЛТ синхронизируется сигналами одного из двух тактовых генераторов ( Dot Clock или Pixel Clock ), установленных на плате видеоадаптера. Их частоты равны 28,322 и 25,175 МГц соответственно. Выбор синхросигнала производится программно.
Контроллер ЭЛТ имеет 26 программно управляемых регистров. Доступ центрального процессора к регистрам контроллера ЭЛТ осуществляется через два порта ввода/вывода. При работе видеосистемы в цветном режиме они имеют адреса 3 D 4 h и 3 D 5 h , а в монохромном – 3 B 4 h и 3 B 5 h (для обеспечения совместимости с программами, написанными для видеосистемы MDA ). По адресу 3 D 4 h располагается так называемый индексный (адресный) регистр, предназначенный для управления обменом данными со всеми остальными регистрами контроллера ЭЛТ. Индексный регистр отображается в порт 3 D 4 h , а все остальные регистры контроллера ЭЛТ – в порт 3 D 5 h .
Для задания координат текущего символа или пикселя на экране контроллер ЭЛТ имеет два счетчика: счетчик символов, определяющий горизонтальную координату пикселя и содержащий номер текущей символьной позиции, и счетчик строк, определяющий вертикальную координату и содержащий номер текущей строки растра. В моменты, когда значения этих счетчиков совпадают с числами, записанными в определенных регистрах контроллера ЭЛТ, начинают формироваться сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации, а также стробирующие сигналы чтения/записи видеопамяти. Хранящиеся в регистрах контроллера ЭЛТ значения полностью определяют параметры растра на экране монитора: разрешение, частоту кадров, размеры знакоместа и т.д. Смена видеорежима реализуется путем записи в эти регистры новых значений, соответствующих выбранному режиму.
Тактовые генераторы
Работа всех устройств видеоадаптера синхронизуется сигналом Dot Clock и производимыми им тактовыми сигналами. Частота Dot Clock равна верхней граничной частоте выходного видеосигнала. При заданной частоте этой же частотой определяются значения частот строчной и кадровой синхронизации. Этот генератор имеет 2 фиксированные частоты 25,175 и 28,322 МГц. Частота сигнала Dot Clock должна соответствовать значению полосы пропускания видеотракта подключенного к видеоадаптеру монитора.
В современных видеоадаптерах, помимо сигнала Dot Clock используется дополнительный генератор, формирующий сигнал Memory Clock , предназначенный для синхронизации работы видеопамяти и чипсета видеоадаптера. Частота этого сигнала может изменяться в широких пределах, т.к. разная память имеет разную скорость быстродействия. На этой возможности основана процедура разгона видеопамяти путем увеличения ее пропускной способности. Примером таких программ слажат MCLK и PowerStrip .
Основным устройством оперативного вывода визуальной информации в любом персональном компьютере является его видеосистема. Под видеосистемой будем понимать аппаратные средства отображения визуальной информации (монитор или дисплей), а также совокупность аппаратных и программных интерфейсных средств подключения монитора к компьютеру. Интерфейсные средства подключения обычно называются видеоадаптерами.Видеоадаптеры, размещенные на отдельных платах, вставляемых в специальные разъемы (слоты) на системных платах носят название видеокарт.
Вообще говоря, видеокарту можно рассматривать состоящей из четырех основных частей:
- цифро-аналогового преобразователя (ЦАП);
По мере совершенствования видеосистем, усложнения графики на экране дисплея, появления сложных 3-х мерных изображений с высокой скоростью их изменения, в связи с развитием компьютерных игр и тренажерных комплексов, усложнялась и их архитектура. И если в начальный период развития видеосистем обработкой видеоинформации занимался центральный процессор (CPU) с системной памятью, то в дальнейшем такое использование ресурсов компьютера для обработки видеоинформации стало весьма неэффективным. Сложные графические построения требовали огромной вычислительной работы и, следовательно, времени занятости центрального процессора, а также очень высокой пропускной способности шин, связывающих видеоадаптер с CPU и основной памятью компьютера. Это обстоятельство существенно снижало производительность системы. Поэтому, в состав самого видеоадаптера стали включать видеоконтроллер,а также внутреннюю оперативную видеопамять достаточного объема (до 128 Мбайт), что позволило свести обмен информацией между видеосистемой и CPU, а также основной памятью, до минимума. С этой же целью, ширина внутренних шин видеоадаптера была расширена до 128 и даже до 256 бит.
Видеопамять в первую очередь необходима для хранения массива кодов, отображающих изображение, выводимое на экран дисплея. От ее объема напрямую зависит качество выводимого изображения. Как уже говорилось выше, поскольку каждому пикселу изображения на экране в современных компьютерах соответствует код разрядностью 24 или даже 32 бита, то при разрешении экрана 1800 х 1440 и 32 битовом кодировании пиксела только для отображения изображения требуется более 10 Мбайт памяти.
Основная роль видеоконтроллера заключается в организации вывода изображения из видеопамяти на дисплей, обновления содержимого видеопамяти, формирования сигналов горизонтальной и вертикальной разверток монитора, и обработки запросов CPU, который задает поток информации для вывода на дисплей. Мощные видеоконтроллеры современных компьютеров осуществляют к тому же создание и смешивание нескольких потоков графической информации. Например, на основное изображение накладывают изображение курсора, или некоторое отдельное изображение в окне операционной системы. Такие видеоконтроллеры с так называемой потоковой обработкой информации и, осуществляющие часто аппаратную поддержку некоторых типовых функций называют часто акселераторами (ускорителями), а иногда и видеопроцессорами,если они могут подключаться к шине компьютера и имеют доступ к его оперативной памяти. Как акселераторы так и видеопроцессоры служат для разгрузки CPU от типовых операций по формированию изображений.
ЦАПслужит для преобразования потока цифровых данных, который формируется видеоконтроллером, в аналоговые уровни интенсивности цвета, подаваемые непосредственно на дисплей. Большинство ЦАП имеют 3 канала основных цветов: красный (Red), синий (Blue)и зеленый (Green) по 256 уровней яркости каждого цвета и, следовательно, создают возможность воссоздавать 16,7 миллионов различных оттенков. Обычно ЦАП формируется на одном кристалле с видеоконтроллером.
На видеокарте, в специальной микросхеме (обычно емкостью 32 Кбайт) стали размещать и местный ROM – видео (Video BIOS), который содержит набор подпрограмм, предназначенных для реализации основных функций видеосистемы, например, решения задач вывода изображения на экран монитора, экранные шрифты, служебные таблицы и.т.п. Этот набор подпрограмм часто называют расширением базовой системы ввода/вывода (BIOS extension). Этот набор подпрограмм написан в кодах команд CPU, и не используется видеоконтроллером напрямую. Их использует только центральный процессор, а в результате их выполнения происходит обращение к видеоконтроллеру и видеопамяти. Следует также заметить, что ROM-видео необходим только для первоначального запуска видеоадаптера и работы в режиме MS DOS. Операционные системы с графическим интерфейсом, например Windows, не используют ROM-видео для управления видеоадаптером.
Видеоадаптеры современных компьютеров, по сложности не уступают центральному процессору. Заметим, кстати, что в современных видеоадаптерах используются специальные наборы микросхем высокого уровня интеграции, т.е. локальные графические НМЛ(видеочипсеты).
Структурная схема видеосистемы, которая с отдельными добавлениями или исключениями применима практически ко всем видеосистемам, используемым в персональных компьютерах, приведена на рис. XV.5. Рассмотрим кратко назначение отдельных блоков этой схемы.
Назначением контроллера монитораслужит управление согласованием последовательного считывания (сканирования) элементов информации, находящихся в ячейках видеопамяти, с работой блока синхронизации электронного луча монитора. Это управление сводится к формированию адресов и строб-импульсов считывания данных из этих ячеек, соответствующих положению светящего элемента на экране дисплея в данный момент времени, т.е. в соответствии с управляющими сигналами кадровой и строчной развертки монитора. Естественно, что частоты развертки и режимы сканирования видеопамяти существенно зависят от режима отображения (графический или текстовый), а также от организации самой видеопамяти.
Блок интерфейса монитораформирует выходные сигналы, поступающие непосредственно на вход монитора. Они во многом зависят и от типа самого монитора. На одни мониторы подаются сигналы типа RGB-Analog (аналоговые сигналы красного, зеленого и голубого каналов). На другие -сигналы типа RGB-TTL (кодированные, т.е. цифровые значения этих сигналов с уровнями 0 и 1, которые соответствуют уровням, принятым в микросхемах транзисторно-транзисторной логики). Кроме того, этот интерфейс формирует видеосигналы при подключению к компьютеру телевизионных, или DVD-видеоканалов.
Видеопамять – это специальная область памяти, из которой контроллер монитора организует циклическое чтение для регенерации изображения на экране. Часть видеопамяти, используемая для хранения цифрового изображения экрана, называется кадровым буфером (frame buffer). Остальная часть используется для работы видеопроцессора, а также для хранения других данных, например, загружаемых национальных шрифтов.
В текстовом режиме каждому знакоместу экрана дисплея соответствует одно слово видеопамяти, расположенное по четному адресу (чтобы была возможность всегда выбирать его за одно обращение к памяти). При этом младший байт слова (байт с четным адресом) содержит ASCII код символа, а старший байт – его атрибуты (цвет символа, его мигание, цвет фона знакоместа).
Рис. XV.5 Структурная схема видеосистемы.
Что касается графического режима, то в нем используются различные варианты организации видеопамяти, в зависимости от числа бит кода, определяемых для отображения одного пиксела (8, 16, 24 или 32 битные форматы).
Объем первых видеопамятей был равен всего 128 Кбайт, и им было выделено, в общем адресном пространстве, область адресов от A0000 до BFFFFh. Однако видеопамять современных адаптеров, особенно с 3D акселераторами (видеопроцессорами), требует значительно большего объема и достигает 128 Мбайт, т.е. становится сравнимой с основной оперативной памятью. А поскольку адресное пространство у них одно, то работа современных адаптеров широко использует переадресацию видеопамяти в область старших адресов (выше границы 16 Мбайт), что позволяет работать с цельными образами экранов. Естественно, что такие большие объемы видеопамяти необходимы только в графическом режиме, поскольку в текстовом режиме требуется всего несколько киловатт видеопамяти.
Видеопамять физически обычно реализуется в отдельных микросхемах, установленных на плате видеоадаптера. Причем, для увеличения производительности видеосистемы, часто используют для видеопамяти микросхемы со специальной архитектурой (GDDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4).
Однако в ряде случаев, под дополнительный буфер видеопамяти, выделяется область в системном ОЗУ, размещенной на системной плате. Это позволяет сократить объем видеопамяти, размещенной в микросхеме на плате видеоадаптера, и несколько удешевить компьютер. Однако, как правило, такая экономия ведет к снижению производительности системы.
Контроллер атрибутовпредставляет собой устройство, управляющее трактовкой цифровой информации, хранящейся в видеопамяти. В текстовом режиме он обрабатывает информацию, которая содержится в байте атрибутов знакоместа (цвет символа и цвет фона знакоместа, мерцание символа, повышения его яркости). В графическом режиме исходной информацией для него является число бит, выделенных в видеопамяти на один пиксел. В современных видеоадаптерах контроллер атрибутов выполняется в виде специальной микросхемы, часто называемой микросхемой RAMDAC. Это название он получил потому, что основой его является ряд регистров, образующих небольшое быстродействующее оперативное запоминающее устройство (RAM), а также цифроаналоговые преобразователи (DAC – Digital to Analog Converter). Регистры контроллера атрибутов, которые часто называют регистрами палитр, необходимы для преобразования цветов, закодированных битами видеопамяти, в реальные цвета на экране. Цифроаналоговые преобразователи служат для непосредственного преобразования кодов цветов в аналоговые сигналы интенсивности соответствующего цвета.
Внутренняя шина видеоадаптерапредназначена для высокопроизводительного обмена данными между видеопамятью, графическим акселератором и внешним интерфейсом. Типовая ширина этой шины у современных компьютеров составляет 32 и 64 бит, хотя, как это уже упоминалось, в наиболее быстродействующих современных видеоадаптеров ее ширина достигает 256 бит.
Блок внешнего интерфейсасвязывает видеоадаптер с шиной системной платы, по которой он обменивается информацией через «южный» мост чипсета с центральным процессором и основной системной памятью. В последних разработках видеоадаптеров для этой цели используется, как правило быстродействующая шина PCI Express ×16, которая приходит на смену еще достаточно широко используемой шины AGP.
Видеопроцессор (графический процессор, акселератор) –представляет собой устройство управления обработкой 2D и 3D изображений, которое расположено на самой видеокарте, и, в некоторой степени, автономно функционирующее независимо от центрального процессора (CPU) компьютера. Его основное назначение – разгрузить CPU от тех функций видеоадаптера, которые могут быть реализованы, не выходя на системную шину. Например, построение графических примитивов (таких как линии, треугольники, прямоугольники, окружности и т.п.), их закраска, перенос фрагмента растра (окна) из одной области экрана в другую. То же относится к преобразованию цветового пространства, декомпрессии сжатых видеоданных, панорамировании изображений, их вращения и др.
В ранних видеоадаптерах, простейшие из этих функций, выполнял простейший видеоконтроллер.По мере усложнения задач, простейший микроконтроллер превратился в графический ускоритель (акселератор),основным отличием которого стало то, что он оперировал уже не пикселами, а объектами более высокого уровня – графическими примитивами. В последующем, графический ускоритель был заменен еще более универсальным устройством обработки, который фактически работал параллельно с CPU, и это устройство получило название графического сопроцессора.
Основное отличие графического сопроцессора от графического акселератора заключается в том, что сопроцессор можно запрограммировать на выполнение различных задач, тогда как акселератор ориентирован только на конкретные приложения. Кроме того, графический сопроцессор, в отличие от графического акселератора, в ходе выполнения своих функций может наравне с CPU обращаться к системной оперативной памяти и управлять шиной ввода/вывода. В современных видеоадаптерах объем и сложность функций, выполняемых графическим сопроцессором, возросли до такой степени, что они стали сравнимы с объёмом задач, решаемых CPU. Поэтому в настоящее время, его называют просто графическим процессором,подчеркивая тем самым его самостоятельность в решении задач формирования изображения на экране монитора.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В.Л. Бройдо, О.П.Ильина. Архитектура ЭВМ и систем. 2-е изд. Учебник для вуза. – СПб.:ПИТЕР, 2009. – 718 с.
2. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд.– СПб.: ПИТЕР, 2007. – 714 с.
3. Гук М. Аппаратные средства IBM PC, 3 изд.– СПб.: ПИТЕР, 2006.–1072
4. Колесниченко О.В., Шишигин И.В., Соломенчук В.Г. Аппаратные средства PC, - 6 изд. – СПб.: БХВ - Петербург, 2010. – 800 с.
5. Рудометов Е.А. Материнские платы и чипсеты. 4-е изд. Анатомия ПК. – СПб.:Питер, 2007. -368 с.
6. Юров В.И. Assembler, 2-е изд. Уч. пособие. – СПб.: ПИТЕР, 2006. – 637 с.
7. Матушкин Г.Г. Архитектура компьютера. Учебное пособие. (Электронный вариант). , 2010 – 193 с.
1. Матушкин Г.Г. Логические и арифметические основы вычислительной техники. Сборник задач и упражнений. Новосибирск, 1995. – 142 с.
Так как видеокарта является, по сути, «компьютером в компьютере», то у неё естественно имеется и своя видеопамять, которая является одной из её основных составляющих.
Для чего же нужна видеопамять? Задача видеопамяти довольно логично вытекает из её названия – запоминать видеоданные. Видеопамять играет роль некого кадрового буфера, в который направляются видеоданные, для дальнейшего считывания и обработки их графическим процессором , также здесь хранятся текстуры .
Рис. Видеопамять GDDR5
Если по своему назначению видеопамять напоминает оперативную память , то логично, что и параметры (характеристики) у них будут весьма схожи. Основными характеристиками здесь будет пропускная способность шины памяти, тип видеопамяти, объём видеопамяти и латентность. Теперь пройдёмся более подробно по каждому из пунктов характеристик:
Как увеличить объем памяти видеокарты
Такой вопрос обычно задают новички. Они знают, что объём ОЗУ у компьютера можно расширить установкой дополнительных модулей и думают, что с видеокартой всё точно так же. А вот и нет, увеличить объём видеопамяти без замены видеокарты не получится. Для этого надо купить новый адаптер и заменить на него старый.
Кстати, у меня в практике был случай, когда один опытный радиотехник загорелся желанием перепаять модули ОЗУ с одной платы на другую. Причём на плате были для этого соответствующие места. Но ничем эта затея не закончилась. Мало того, что подобные работы имеют высокий класс точности, но даже если это и получится сделать физически увеличить объём видеопамяти, нужно будет ещё и перепрошить само устройство. Ведь без соответствующего программного обеспечения плата всё равно не увидит установленные модули ОЗУ.
Синхронизатор
Как уже отмечалось, видеопамять используется двумя устройствами: CPU при обновлении кадрового буфера и самим видеоадаптером, точнее секвенсором при считывании цифрового образа изображения в процессе сканирования видеопамяти, т.е. во время хода прямого хода луча развертки. В связи с этим, на обновление кадрового буфера остается только интервал времени, равный длительности периода гашения.
Для синхронизации обращения CPU к кадровому буферу используется синхронизатор. Он разрешает обновление кадрового буфера только во время действия сигнала гашения. В результате устраняется основная причина конфликтов при работе с видеопамятью – асинхронность обращения к ней CPU и внутренних систем видеоадаптера. Также для этой цели используется регистр состояния
Видеопамять
Не меньшей, а то и большей по значимости в видеокарте является видеопамять. Это один из самых больших и ответственных блоков в видеоадаптере и от его объема и быстродействия зависят многие параметры видеоадаптера. Видеопамять – это ОЗУ, размещенное на плате видеоадаптера и предназначенное для хранения цифрового образа формируемого изображения. Видеопамять также иногда называют видеобуфером или Video RAM ( VRAM не тоже самое ). Часто для построения изображения также используется системное ОЗУ – такая память называется локальной.
Объем видеопамяти определяет максимально возможное разрешение и цветность. К примеру, при 16-цветовой палитре и разрядности 4 бита на пиксель для получения разрешения 640х480 требуется 150 Кбайт. Для получения цветности True Color при разрешении 1280х1024 требуется не менее 5 Мбайт видеопамяти. Если в наличии есть удвоенное значение памяти, то можно организовать двухстраничный режим с переключением буферов.
Как известно, размер адресного пространства определяется разрядностью шины адреса. Изначально, 20-разрядная шина адреса IBM PC позволяла адресовать 1 Мбайт памяти, поэтому в этом диапазоне выделялся участок памяти под VGA , размером в 128 Кбайт. Выставляя на шине адреса в диапазоне A 0000 h - BFFFFh , CPU получал доступ к кадровому буферу, таблицам загружаемых шрифтов и другим данным из локальной памяти компьютера. После увеличения адресной шины видеоадаптера до 16 бит появилась возможность увеличить объем видеопамяти до 1 Мбайта (использовались 4 Мбитные микросхемы с организацией 512Кх8). При использовании 2 Мбайт видеопамяти появилась возможность работать с 32-разрядными видеочипсетами . Далее в последующем сегменте загружается Video BIOS по адресам C 0000- C 7 FFFh , для VGA его объем составляет 32 Кбайт. Эта область памяти называет Shadow Memory (теневая память), которая копируется сюда из ROM Video BIOS при загрузке, если в CMOS включена соответствующая опция.
Область видеопамяти, используемая для хранения цифрового образа изображения. Называется кадровым буфером. Как правило, размер кадрового буфера меньше размера видеопамяти. В графических режимах, для реализации которых требуется более 128 Кбайт видеопамяти, линейная адресация кадрового буфера невозможна. Для того , чтобы CPU смог обратиться к любой ячейке, видеопамять разбивается на отдельные области, именуемые банками или страницами. По этой технологии CPU формирует адрес в пределах допустимого диапазона, одновременно обращаясь ко всем одинаковым ячейкам во всех банках, номер нужного банка определяется содержимым регистров графического контроллера и секвенсора. Перед каждым обращением к памяти содержимое этих регистров обновляется. Это режим использовался при 16-цветном графическом режиме. Современные графические адаптеры имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов (выше границы 16 Мбайт). Поэтому никогда не включайте опцию Hole at 15-16 M в CMOS – она предназначена для старых видеоадаптеров.
Также существует архитектура унифицированной памяти UMA ( Unified Memory Architecture ). При таком подходе под видеобуфер выделяется область системного ОЗУ. Таким образом, значительно снижается производительность не только видеосистемы, но всего компьютера. Такой подход Intel начала применять, выпустив чипсет i 810 со встроенной графикой i 752.
4. Латентность:
Латентность – это время выборки данных из памяти, чем меньше данный параметр, тем лучше, так как не будут наблюдаться значительные задержки при обращении к памяти. У современных видеокарт латентность схем памяти составляет менее 1-2 нс.
Вот мы и ознакомились с основными параметрами (характеристиками) видеокарт. Цена видеокарты может колебаться в различных пределах в зависимости от характеристик.
Всего наилучшего!
Если открыть форум какой-нибудь популярной компьютерной игры, то обязательно в нём найдётся тема про видеокарты, где на нескольких десятках страниц, помимо прочего, будет активно обсуждаться и объём памяти видеокарты. Продвинутые пользователи могут вступить в активное обсуждение вопроса, а вот для новичка это сплошная тарабарщина. В сегодняшнем посте я хочу немного рассказать что такое видеопамять компьютера и для чего она используется.
1. Пропускная способность шины памяти:
Пропускная способность шины памяти определяет количество передаваемых данных в единицу времени. Она определяется разрядностью шины и тактовой частотой работы памяти.
Соответственно, чем больше будет разрядность, тем эффективней будет работа всей видеосистемы. В современных видеокартах разрядность шины колеблется от 64 бит (для офисных компьютеров) до 768 бит (для геймерских систем и оверклокинга). Ну а частота памяти современных видеокарт превышает отметку в 1300 МГц.
Пропускная способность шины памяти = тактовая частота памяти х разрядность шины. Давайте посчитаем пропускную способность шины памяти , к примеру, для видеокарты AMD Radeon HD 7970 . Частота памяти данного девайса = 1375 МГц, но так как тип памяти GDDR5 , то мы умножаем реальную частоту на 4 и получаем эффективную частоту 5500 МГц. Разрядность шины памяти составляет 384 бита (48 байт). Нехитрыми вычислениями находим: 5500 х 48 = 264 Гбайт/c. Вот мы и нашли пропускную способность шины памяти, которая для данной модели составляет 264 Гбайт/c. Отмечу, что это одна из топовых видеокарт данной линейки и стоит она не дешёво, поэтому не пугайтесь, если показатели вашей видеокарты, более старой версии, смотрятся «блекло» на фоне этих результатов.
Рис. Видеокарта AMD Radeon HD 7970
Читайте также: