Структура и конструктивные особенности видеосистем ПК. История р. Структура и конструктивные особенности видеосистем пк. История развития
 Скачать 159.58 Kb.
|
Москва 2022 ОглавлениеВВЕДЕНИЕ 3 1. История развития видеосистемы ПК 4 2. Принцип работы видеосистемы ПК и ее особенности 6 2.1 Видеосистема: видео- и графические адаптеры 8 2.2 Типы видеоадаптеров и их сопряжение с монитором 9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 ВВЕДЕНИЕАктуальность данной темы обосновывается тем, что персональный компьютер смог стать привлекательным вычислительным средством благодаря интерактивности взаимодействия с пользователем. Видеосистема — важнейшая составляющая СНМ. Именно ее формат во многом определяет архитектуру СНМ и задает все остальные ее компоненты. Главная функция, выполняемая видеокартой, это 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. В настоящее время благодаря открытой архитектуре IBM PC, компьютер имеет модульное строение и обладает весьма мощным центральным процессором. Между тем остальные подсистемы компьютера за годы существования тоже прошли значительный путь в своем развитии, но если бы сегодня вдруг пришлось переложить все их функции на ЦП, это вряд ли пришлось бы по вкусу пользователю, поскольку работать за таким компьютером не очень комфортно. Обработка звука и графики, скоростные коммуникации — все это требует значительных ресурсов, и именно поэтому современный компьютер оснащен значительным количеством специализированных процессоров и контроллеров, повышающих быстродействие системы. Цель работы – рассмотреть видеосистему ПК. В соответствие с целью, можно выделить следующие задачи: 1. Проанализировать историю развития видеосистемы ПК; 2. Изучить принцип работы видеосистемы ПК и ее особенности. 1. История развития видеосистемы ПКПервый компьютер IBM PC, выпущенный в 1981 г. был оснащён видеокартой MDA (Monochrome Display Adapter). Видеосистема предназначена только для работы в текстовом режиме. В 1982 г. появился видеоадаптер Hercules, поддерживающий графический видеорежим ч/б с растором 720  348.1983 г. – CGA (Color Graphic Adapter) – перавя цветная модель. Два графических режима: ч/б, размер растра 640 200; цветной: 320 200 (4 цвета).1984 г. – адаптер EGA (Enhanced Graphic Adapter) - 16-ти цветовой графич видеорежим размером 640 350. Недостаток: вытянутое изображение.1987 г. – MCGA (Multi Color GA) и VGA (Video GA) - 256-ти цветовой видеорежим с размером растра 320 200 [2].VGA им также 16-ти цвет видеорежим 640 480, что соответветсвует нормальным квадратным пикселям. Затем появились видеокарты: 800 600, 1024 768 при 16-ти цветах; 640 480 при 256-ти цветах – их называют Super VGA.В 1995 г. появился первый адаптер, который мог отображать 16 млн. цветов Targa. Сейчас видеоадаптеры позволяют устанавливать глубину цвета 32, 48 бит/пиксель при размерах растра 1600 1200 и более. Параметры отображения также зависят от объема устанавливаемой видеопамяти. Видеопамять (Video RAM) позволяет хранить растровое изображение, которое полностью соответствует текущему состоянию монитора. Видеопамять постоянно сканируется с частотой кадров монитора. Запись новых кадров в видеопамять немедленно изменяет изображение на мониторе. Необходимый объем видеопамяти рассчитывается как площадь растра в пиксель, умноженных на кол-во бит или байт на пиксель. (32 бит/пиксель) [4]. В видеопамяти могут храниться также несколько кадров изображения, что используется в анимации. Для сохранения этих кадров предусматривается несколько страниц видеопамяти, с одинаковой логической организацией, но разной адресацией. Обмен данными по системной шине обеспечивает: процессор, видеоадаптер и конструктор локальной шины [5]. 2. Принцип работы видеосистемы ПК и ее особенностиВидеосистема – обязательный компонент компьютера. Она предназначена для отображения на экране монитора видеоданных и состоит из платы видеоадаптера (видеокарты, графической платы) и дисплея (монитора). Изображение на экране монитора состоит из отдельных точек. Точки формируются электронным лучом и располагаются в виде строк. Монитор делает две независимых вещи: развертку луча и высвечивание отдельных точек, из которых строится изображение на экране. Управление монитором заключается в том, чтобы задать число точек в строке (разрешение по горизонтали), число строк на экране (разрешение по вертикали) и интенсивность каждого из трех основных цветов в каждой точке. Функцию управления монитором осуществляет видеоадаптер. Видеоадаптер передает в монитор три сигнала: видеосигнал, строчную синхронизацию, кадровую синхронизацию [1]. По сигналу горизонтальной (строчной) синхронизации происходит возврат луча с конца каждой строки к началу следующей, а сигнал вертикальной (кадровой) синхронизации определяет момент возврата луча из правого нижнего угла экрана в верхний левый. Частоты генерации этих двух сигналов (измеряемые числом импульсов в секунду) необходимо знать для правильной установки и настройки X сервера. Частота вертикальной синхронизации обычно указывается в герцах и находится в пределах 50 - 180 Гц. Частота горизонтальной синхронизации задается в килогерцах и принимает значения в диапазоне от 31 до 64 Гц. Современные мониторы обычно являются многочастотными, то есть допускают выбор частот вертикальной и горизонтальной синхронизации из определенного диапазона допустимых значений. Некоторые мониторы (особенно дешевые) могут иметь несколько фиксированных значений допустимых частот [4]. Изображение для вывода на экран формируется в видеопамяти, которая физически расположена на плате видеоадаптера, но входит в общее адресное пространство оперативной памяти компьютера. Изображение хранится в памяти в цифровом виде, и преобразование его в аналоговый сигнал RGB является одной из основных задач видеоадаптера, для чего на плате видеоадаптера обычно ставится цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП. Изображение, которое должно быть представлено на экране монитора, хранится в видеопамяти, в которую его помещает управляющая видеоадаптером программа, называемая драйвером (рис. 1). Определенному адресу ячейки памяти соответствует конкретная позиция на экране монитора.  Рис. 1. Принципы построения изображения на экране монитора Для получения на мониторе изображения видеоадаптер периодически считывает содержимое видеопамяти и помещает его на экран. При этом поток битов из видеопамяти преобразуется во времени в светящиеся точки экрана, называемые пикселами (или элементами изображения). Для получения цветного изображения в ЭЛТ-мониторе используются три луча, а на его экран нанесены зерна люминофора трех основных цветов: R (Red – красный), G (Green – зеленый) и B (Blue – синий). В цветном ЖК-дисплее (Liguid Crystal Display – LСD) вместо трех зерен люминофора имеются три цветные ячейки и видеосигналы от компьютера, формируя изображения, «включают» нужные ячейки на экране [2]. Количество возможных цветов для каждой точки, очевидно, ограничено тем, сколько различных уровней сигнала для каждого луча может сформировать видеоадаптер, а также объемом видеопамяти [6]. Но обычно выходные сигналы видеоадаптера обеспечивают число уровней, достаточное для отображения картинки, записанной в видеопамять, так что определяющим параметром становится именно ее объем. 2.1 Видеосистема: видео- и графические адаптерыВидеосистема – это ряд специальных аппаратных и программных средств, позволяющих получить на экране текстовые и графические изображения. К аппаратным средствам относится дисплей (монитор или экран) и видеоконтроллер (видеоадаптер), являющийся связующим звеном между монитором и видеопамятью. Дисплей строится на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), либо на основе технологии жидких кристаллов (ЖК) [8]. Видеоадаптер – это реализованное на специальном наборе цифровых и цифроаналоговых микросхем устройство компьютера, которое осуществляет управление выводом на экран изображений, хранящихся в видеопамяти адаптера. Видеоадаптеры часто называют графическими адаптерами, так как кроме своей основной функции они выполняют операции аппаратного ускорения графических операций. Имеются также видеоадаптеры, скомбинированные со звуковыми платами, TV-тюнерами и другими компонентами мультимедиа. Фактически, современный видеоадаптер – это компьютер в компьютере [7]. Программные средства видеосистемы ПК включают в себя: − процедуры базовой системы ввода-вывода BIOS и MS-DOS, к которым можно обращаться из прикладной программы с помощью прерывания INT 10h и INT 21h (они обеспечивают низший уровень управления: вывод символов и пикселов на экран, задание видеорежимов, работа с курсором и другое); − специальные программы-драйверы для конкретных типов видеоадаптеров. Существует большое число видеоадаптеров (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA и другие) ПК. Однако независимо от их типа имеются два принципиально разных режима работы адаптера при выводе изображения на экран: текстовый и графический [2]. В текстовом режиме изображение на экране состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором адаптера. В этом режиме символ, который выводится на экран, занимает в видеопамяти два смежных байта (рис. 2).  Рис. 2. Формат символа в видеопамяти Четыре бита IRGB, используемые для кодирования цвета символа и фона, определяют максимальное число цветов 24 = 16. В графическом режиме можно получить на экране сложное изображение, элементами которого являются пикселы (точки). В этом режиме цвет пиксела в видеопамяти можно кодировать 4, 8, 16, 24 битами. Это позволяет воспроизводить 16, 256 и более цветов [4]. 2.2 Типы видеоадаптеров и их сопряжение с монитором1. Адаптер MDA (монохромный дисплейный адаптер). Использовался в первом IBM PC. Адаптер MDA имеет всего один режим работы: текстовый в черно-белом изображении. Формирует 25 строк текста по 80 символов в каждой. Адаптер управляет монохроматическим монитором прямого действия (рис. 3), посылая в монитор видеосигнал VIDEO и два сигнала горизонтальной HSYNC и вертикальной VSYNC синхронизации. Все сигналы имеют ТТЛ-уровни [4].  Рис. 3. Подключение монохроматического монитора к MDA 2. Адаптер CGA (цветной графический адаптер). Цветовая палитра ограничена 4 цветами для графики и 16 цветами для текста. К CGA может быть подключен цветной RGB-монитор (рис. 4).  Рис. 4. Подключение RGB-монитора к CGA 3. Адаптер EGA – усовершенствованный графический адаптер. Имеет 16 одновременно наблюдаемых цветов из палитры в 64 цвета, хранящихся в 64 шестибитовых регистрах палитры. К адаптеру EGA может быть подключен любой из рассмотренных ранее мониторов, но для EGA был разработан улучшенный цветной RGB-монитор, для которого адаптер формирует шесть цифровых сигналов цветов: Rr, Gg, Bb – по два бита на цвет (00=цвет выключен, 01=слабый цвет, 10=обычный, 11=яркий). Сигналы RrGgBb подаются в EGA из блока шестибитовых регистров палитры [6]. 4. Адаптер VGA – видеографический адаптер. С целью повышения качества изображения VGA дополнительно содержит 256 18-разрядных регистров цветности. Эти регистры образуют так называемую таблицу цветов: когда для каждого из цветов R, G и В отводится по шесть бит, подключенных к трем цифроаналоговым преобразователям ЦАП, с которых снимаются аналоговые сигналы R, G и B. Адаптер VGA рассчитан на подключение аналогового RGB-монитора (см. рис. 4). 5. Видеоадаптер SVGA. Поддерживает все видеорежимы VGA, а также имеет режимы с более высоким разрешением (800х600, 1024х768, 1280х1024 и т.д.) и числом цветов (256, 32756, 65536 и более), обеспечиваемых введением в SVGA режимов HiColor и TrueColor [3]. С точки зрения структурной организации SVGA-адаптер, так же как и VGA, содержит собственно видеоконтроллер, видео-BIOS, видеопамять, блок регистров цветности, три ЦАП для формирования аналоговых сигналов цвета и блок интерфейса с системной шиной. Однако характеристики этих устройств изменились в сторону увеличения объема видеопамяти (128 Мбайт и выше), пропускной способности внешней шины, что позволило подключать SVGA-адаптер к процессору через быстродействующие шины PCI, AGP, а в настоящее время – через канал PCI Express х16. Увеличилась частота кадровой развертки до 80-100 Гц и более. 6. Графические адаптеры, или карты-ускорители являются дальнейшим развитием SVGA-адаптеров. Они дополнительно оснащены специальным чипом – видео-, или графическим процессором GPU, который разгружает центральный процессор ПК и параллельно с ним выполняет графические команды. В качестве примера видеопроцессора отметим чипсет NVIDIA GeForce 7800GTX, имеющий 256 Мбайт видеопамяти. С использованием GPU реализуются высокопроизводительные графические адаптеры, совместимые с SVGAстандартом и поддерживающие 3D-графику. Их характерной особенностью является высокая стоимость [1]. 7. Встроенные графические адаптеры. При интегрировании видеоадаптера в системную плату он, как правило, использует в качестве видеопамяти часть системной памяти, обычно 128 Мбайт и более. Такое решение может привести к некоторому снижению быстродействия системы из-за того, что ЦП и графический контроллер используют одну и ту же шину, которая связывает их с оперативной памятью. Однако при этом существенно снижается стоимость графического адаптера и потребляемая ПК мощность, что особенно важно для ноутбуков [6]. Производительность интегрированной графики практически приближается к потребностям повседневной работы на ПК и большинства игровых программ. Поскольку современные управляющие чипсеты со встроенной графикой поддерживают также графический интерфейс PCI Express х16, то пользователь при необходимости может приобрести плату высокопроизводительного видеоадаптера и подключиться к нему через этот интерфейс. ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновным техническим средством для оперативного формирования и отображения как текстовой, так и графической информации в компьютере является видеосистема. Видеосистема компьютера включает в себя ряд аппаратных и программных средств, позволяющих получать на экране терминала изображения. К аппаратным средствам относятся монитор и видеоадаптер. К программным средствам относятся средства BIOS, операционной системы и графических библиотек для работы с изображениями. 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. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫАрхитектура компьютера: в 2 кн. – Кн. 1 : Структура персонального компьютера / Ряз. гос. ун-т им. С.А. Есенина. – Рязань, 2013. – 136 с. Безручко В.Т. Информатика. - М.: ИД «Форум»: ИНФРА-М, 2017. – 432 с. Григорьев В.Л. Видеосистемы ПК. - М.: Радио и связь, 2013. – 192 с. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие. / Под редакцией Ю.Д. Романовой – М.:Издательство Эксмо, 2015. – 544с. Михеева Е.В., Информационные технологии в профессиональной деятельности. - М.: Издательский центр «Академия», 2018. – 350 с. Павлов В.А. Устройства отображения информации ПК. Учебно-справочные материалы. СарФТИ, Саров. 2013. – 305 с. Рудометов Е., Рудометов В. Устройство мультимедийного компьютера. - СПб.: Питер, 2015. – 512с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
