Тема 6.1. Устройство видеокаpты

Итак, давайте разберемся из каких физических компонентов состоит видеоплата.

Во первых, какого типа сигналы обрабатываются в видеоплате: аналоговые или цифровые? Вы наверняка понимаете, что любая информация в компьютере обрабатывается в цифровом виде, и видеоплата - не исключение. С другой стороны: монитор устройство сугубо аналоговое, он оперирует тремя каналами цвета (красный, зеленый, синий: RGB) и яркостью. Т.е. сигналы обрабатываются в цифровом виде, а выводятся на монитор в аналоговом, следовательно на видеоплате должен присутствовать цифроаналоговый преобразователь - ЦАП (или DAC - Digital to Analog Converter).

Видеоплата оперирует некоторыми объемами данных. Насколько эти объемы велики? Давайте прикинем. Пусть на экране у Вам типичные 800х600 точек, т.е. 480 000 точек. Сколько байт нужно для отображения каждой точки? Это зависит от количества цветов, которыми Вы хотите пользоваться. Если Вас устроит, чтобы каждая точка могла иметь всего два цвета, положим черный и белый, то вам соответственно необходимо на точку один бит информации. Тогда, положим ноль соответствует черному цвету, единица - белому. Но достаточно ли Вам двух цветов на экране. Разумеется, нет! А чем больше цветов, тем больше бит необходимо хранить для каждой точки. Положим, Вы дадите 1 байт (т.е. 8 бит) на информацию о цвете каждой точки. Сколько тогда будет РАЗНЫХ цветов возможно на экране? Столько же, сколько РАЗНЫХ значений может принимать 8-битное число, т.е. 256. Если Вам нужно более, чем 256 цветов, то одного байта на информацию о цвете точки мало. Минимальным количеством цветов, приемлемым для обычной работы за компьютером сегодня считается 65 536 цветов, для передачи информации о которых нужно 2 байта (16 бит) на каждую точку на экране. Такой цвет принято называть 16-битным. Если нужно больше цветов, то применяют 24-битный цвет (3 байта), количество цветов на экране соответственно 2 в степени 24 = примерно 16 млн. Иногда применяют и 32-битный цвет - 4 байта на точку. Теперь мы можем посчитать, какое количество информации в один момент времени храниться в видеоплате. Пусть на экране 480 000 точек (разрешение экрана 800х600), НА КАЖДУЮ ИЗ НИХ нужно какое то количество бит для передачи информации о цвете (хотя бы 2 байта), следовательно необходимый объем памяти, для хранения информации о том, что отображено на экране - примерно 1 Мбайт! (немало) в режиме 800х600х16 бит. А если разрешение экрана 1600х1200 точек и вы хотите 32-битный цвет, то информация об одном кадре будет занимать в памяти около 7.5 Мбайт. Но это не все. Изображение на мониторе не статическое. Оно изменяется, и частота этого изменения может достигать 100 и более раз в секунду (об этом мы еще позднее подробнее поговорим). Тогда видеоплата будет оперировать немалыми объемами данных.

Все это наводит на мысли о том, что на видеокарте установлена своя собственная видеопамять, предназначенная для хранения обрабатываемой и выводимой информации, и чем больше объем этой памяти, тем большее разрешение и глубину цвета можно отобразить на мониторе. Например, Ваша видеоплата оборудована 2 Мбайт памяти. Тогда, какую глубину цвета она покажет в каких разрешениях? Считаем: в 800х600 на экране 480 000 точек. Если на каждую по 16 бит, то всего нужно чуть менее 1 Мбайт памяти, т.е. 800х600х16 видеоплата с двумя Мбайт памяти поддерживает. Если цвет 32-битный, то нужно чуть менее 2 Мбайт памяти, т.е. и 800х600х32 поддержит такая видеоплата. А если разрешение 1024х768 точек? Тогда на экране 786 432 точек. Если на каждую 2 байта, то понадобиться примерно 1.5 Мбайт видеопамяти, А если использовать 32-битный цвет, то всего нужно 3 Мбайт памяти. Т.е., видеоплата с 2 Мбайт видеопамяти не поддерживает 32-битный цвет при разрешении 1024х768 из-за недостатка объема видеопамяти.

Мы пока что говорили о том, где хранится информация для вывода на экран, где происходит преобразование в аналоговый сигнал, который передается непосредственно на монитор, но еще ничего не говорили о том, кто обрабатывает соответствующую графическую информацию. На видеоплате расположен чип, выполняющий функции видеопроцессора: он производит все необходимые вычисления, он обрабатывает все цифровые данные, связанные с выводом информации на экран. Естественно предположить, что от производительности видеопроцессора (в дальнейшем мы будем говорить: видеочипа) во многом зависит производительность видеоплаты. Кроме того производительность видеоплаты зависит и от производительности видеопамяти, (по аналогии с оперативной): сколь бы ни был быстр процессор, если ему медленно поставляют данные, его эффективная производительность падает.

Наконец, на видеоплате присутствует видео BIOS: постоянная память, в которую записаны экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую - к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS; операционные системы с графическим интерфейсом - Windows или OS/2 - не используют ПЗУ для управления адаптером - они работают через драйвера.

Кроме того на видеоплате обычно размещаются один или несколько разъемов для внутреннего соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для предоставления внешним устройствам доступа к видеопамяти и изображению. К этому разъему может подключаться телеприемник, аппаратный декодер MPEG, устройство ввода изображения и т.п. Hа некоторых платах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств.