Видеокарты

Видеопамять

Для чего используется видеопамять?

Ускоренный Графический Порт (AGP)

AGP: Графические процессоры и карты

Видеокарты с функцией приема и захвата аналогового видеосигнала (TV-IN)

Термины видеоподсистемы

Информационные источники

Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.

На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов:

• скорость центрального процессора (CPU)
• скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)
• скорость видеопамяти
• скорость графического контроллера

Разрешение определяется количеством пикселов на линии и количеством самих линий. Поэтому на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета - это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур. [6], [7].

Ускоренный Графический Порт (AGP)

Шина персонального компьютера (PC) претерпела множество изменений в связи с повышаемыми к ней требованиями. Исходным расширением шины PC была Industry Standard Architecture (ISA), которая, несмотря на свои ограничения, все еще используется для периферийных устройств с преимущественно низкой шириной полосы пропускания, как, например, звуковые карты типа Sound Blaster. Шина Peripherals Connection Interface (PCI), стандарт пришедший на смену спецификации VESA VL bus, стала стандартной системной шиной для таких быстродействующих периферийных устройств, как, например, дисковые контроллеры и графические платы. Тем не менее, внедрение 3D графики угрожает перегрузить шину PCI.

Ускоренный графический порт (AGP) -- это расширение шины PCI, чье назначение -- обработка больших массивов данных 3D графики. Intel разрабатывала AGP для решения двух проблем перед внедрением 3D графики на PCI. Во-первых, 3D графике требуется как можно больше памяти информации текстурных карт (texture maps) и z-буфера (z-buffer). Чем больше текстурных карт доступно для 3D приложений, тем лучше выглядит конечный результат. При нормальных обстоятельствах z-буфер, который содержит информацию, относящуюся к представлению глубины изображения, использует ту же память, что и текстуры. Этот конфликт предоставляет разработчикам 3D множество вариантов для выбора оптимального решения, которое они привязывают к большой значимости памяти для текстур и z-буфера, и результаты напрямую влияют на качество выводимого изображения.

Разработчики PC имели ранее возможность использовать системную память для хранения информации о текстурах и z-буфера, но ограничением в этом подходе была передача такой информации через шину PCI. Производительность графической подсистемы и системной памяти ограничиваются физическими характеристиками шины PCI. Кроме того, ширина полосы пропускания PCI, или ее емкость, не достаточна для обработки графики в режиме реального времени. Чтобы решить эти проблемы, Intel разработала AGP.

Если определить кратко, что такое AGP, то это - прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Это решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI, и явно разрабатывалось, чтобы удовлетворить требованиям вывода 3D графики в режиме реального времени. AGP позволит более эффективно использовать память страничного буфера (frame buffer), тем самым увеличивая производительность 2D графики также, как увеличивая скорость прохождения потока данных 3D графики через систему.

Определением AGP, как вида прямого соединения между графической подсистемой и системной памятью, является соединение point-to-point. В действительности, AGP соединяет графическую подсистему с блоком управления системной памятью, разделяя этот доступ к памяти с центральным процессором компьютера (CPU).

Через AGP можно подключить только один тип устройств - это графическая плата. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены.

Производительность текстурных карт

Определение Intel, подтверждающее, что после реализации AGP становится стандартом, следует из того, что без такого решения достижение оптимальной производительности 3D графики в PC будет очень трудным. 3D графика в режиме реального времени требует прохождения очень большого потока данных графическую подсистему. Без AGP для решения этой проблемы требуется применение нестандартных устройств памяти, которые являются дорогостоящими. При применении AGP текстурная информация и данные z-буфера могут хранится в системной памяти. При более эффективном использовании системной памяти графические платы на базе AGP не требуют собственной памяти для хранения текстур и могут предлагаться уже по значительно более низким ценам.

Теоретически PCI могла бы выполнять те же функции, что и AGP, но производительность была бы недостаточной для большинства приложений. Intel разрабатывала AGP для функционирования на частоте 133 MHz и для управления памятью по совершенно другому принципу, чем это осуществляет PCI. В случае с PCI, любая информация, находящаяся в системной памяти, не является физически непрерывной. Это означает, что существует задержка при исполнении, пока информация считывается по своему физическому адресу в системной памяти и передается по нужному пути в графическую подсистему. В случае с AGP Intel создала механизм, в результате действия которого, физический адрес, по которому информация хранится в системной памяти, совершенно не важен для графической подсистемы. Это ключевое решение, когда приложение использует системную память, чтобы получать и хранить необходимую информацию. В системе на основе AGP не имеет значения, как и где хранятся данные о текстурах, графическая подсистема имеет полный и беспроблемный доступ к требуемой информации.

Intel ожидает, что AGP будет внедрен почти в 90% всех систем к концу столетия. Индустрия компьютерной графики как сообщество разработчиков аппаратных и программных средств поддержала и приняла спецификацию AGP. В отличие от PCI, где существует много соперничающих между собой различных устройств для управления шиной, в случае с AGP единственным устройством является графическая подсистема. [6], [7].

Как известно, вскоре после анонсирования компанией Intel спецификации ускоренного графического порта (AGP), для дальнейшего продвижения и реализации этой идеи был создан так называемый AGP Forum, в который вошли крупнейшие производители процессоров, материнских плат, чипсетов, графических процессоров и плат. Следующим шагом компаний-разработчиков, поддержавших добрые начинания Intel, стал выпуск и предоставление на суд широкой аудитории своих продуктов, основанных на этой современной технологии.

3D-графика, которая за последние несколько лет завоевала сердца владельцев компьютеров и стала основным критерием оценки работы той или иной видеокарты. Подчас, в своей погоне за плавностью работы и полнотой эффектов при выводе 3-мерных сцен мы забываем про то, что в большинстве случаев при работе за компьютером мы все же пользуемся 2D-графикой, и что ее производительность и качество не должны уходить на задний план. Тем не менее, феномен трехмерной графики имеет место, оценка показателей этой части видеосистемы играет огромную роль, отчасти просто из-за того, что в 2D-графике уже достигнуто почти все, что может быть необходимо большинству пользователей.

Что касается 3D-графики, то, справедливости ради, надо отметить, что качество и уровень исполнения некоторых игровых видеокарт последнего поколения таковы, что они могут даже соперничать с супердорогими профессиональными платами. Рабочая частота RAMDAC в игровых платах достигла очень высоких значений - 350 и более МГц. Многие платы представляют из себя уже не просто видеокарты, а целые комбайны, где есть и ТВ-тюнеры, и устройства захвата видеопотока, и вывода сигнала на ТВ. В прошлом году возник прямо-таки бум по производству стереоочков, которые усиливают восприятие трехмерности сцены. Этими очками некоторые производители комплектуют свои продукты, продавая таким образом целый "комплект для любителей поиграть".

Таким образом, мы имеем широкую гамму видеокарт всевозможных категорий. В данном разделе будут рассмотрены только те карты, которые имеют массовый спрос, а значит, относятся к разряду массовых.

Краткие характеристики видеокарт:

 Карта имеет AGP-интерфейс и 16 мегабайт 5.5 ns SDRAM, модули которой расположены по обеим сторонам печатной платы. Эта видеокарта представляет собой целый видеокомбайн. На ней установлен ТВ-тюнер, микросхемы управления захватом видеопотока и выводом сигнала на ТВ. Кроме внешнего разъема под телевизионную антенну у платы есть большой трапецеидальный разъем для соединения с устройством-коммутатором сигнала, у которого, в свою очередь, имеется гнездо для мониторного разъема. На этом коммутаторе имеются также гнезда для вывода на ТВ и приема аналогового видеосигнала, а также стерео-аудиосигнала.

Эта плата обладает практически самой высокой на сегодняшний день частотой работы чипсета - 183 МГц, что ставит ее в один ряд с одними из самых мощных на сегодняшний день видеокарт. Такая частота не проходит даром для температурного режима - карта очень сильно греется. Хотя на ней и установлен большой радиатор, крайне желательно иметь в системном блоке дополнительное охлаждение. Встроенный в чип RAMDAC имеет одно из самых высоких частотных значений - 350 МГц, что позволяет этой плате демонстрировать прекрасное качество 2D-графики.

Как и многие чипсеты от 3dfx, чип 3dfx Voodoo3 обладает важной особенностью - "бесплатным" мультитекстурированием, то есть при неиспользовании этого режима второй модуь TMU (модуль текстурирования) простаивает, подключаясь и резко увеличивая производительность платы при мультитекстурировании. Видеокарта работает в 3D-графике только в 16-битном режиме представления цвета, обладая, однако, важной функцией - постфильтром, который при 16-битных "рамках" видеобуфера выводит не 16-ти, а 22-битную графику, что улучшает восприятие изображения. Как и все уже вышедшие чипсеты от 3dfx, Voodoo3 не поддерживает большие (свыше 256х256 пикселей) текстуры. В 3D карта работает через API: Direct3D, OpenGL, Glide.

 Карта имеет AGP-интерфейс 2x/4x и 32 мегабайта 5 ns SGRAM памяти, микросхемы которой расположены по обеим сторонам печатной платы. Плата обладает уникальной возможностью вывода изображения сразу на два приемника: монитор и телевизор или на 2 монитора. Как можно увидеть из фотографии, для этих целей смонтированы два разъема.

Плата работает на частотах 150/200 МГц (первое значение - частота чипсета, второе - частота памяти). Поэтому, в отличие от регулярных версий Matrox G400, в данном случае на чипсете установлен активный кулер. Частота встроенного в чипсет RAMDAC составляет 360 МГц - это самое высокое значение для видеокарт игрового класса. Поэтому, мы можем наблюдать просто великолепное качество изображения даже на самых высоких разрешениях (лишь бы монитор позволял). К сожалению, на Matrox Millennium G400 MAX продавцы слишком завышают цену, пользуясь некоторым дефицитом этих плат, поэтому карта пока не является широко распространенной. В 3D-графике карта поддерживает большие текстуры и AGP-текстурирование. Чипсет аппаратно поддерживает уникальную пока методику рельефного текстурирования - Environment Mapped Bump Mapping, которая позволяет в 3D-играх достаточно натурально воспроизводить рельефные поверхности. К сожалению, данная методика пока мало распространена. Из поддерживаемых API это Direct3D и OpenGL.

 Плата имеет AGP-интерфейс 2x/4x и 32 мегабайта 5.5 ns SDRAM памяти, модули которой располагаются по обеим сторонам карты. На видеокарте смонтирован TV-out, в комплекте с картой идет переходник S-Video-Composite. На чипсете NVIDIA Riva TNT2 Ultra установлен активный кулер.

Видеокарта тактуется по умолчанию на частотах 175/200 МГц. Эти частоты не являются стандартными для чипсета NVIDIA Riva TNT2 Ultra (150/183 МГц) и стали возможными благодаря особому подходу фирмы Hercules Computer (ныне являющейся подразделением Guillemot) к отбору чипов для установки на подобные видеокарты. Вследствие чего данная плата стала самой мощной из всех Riva TNT2 Ultra - карт, обеспечивая прекрасную скорость в 3D. RAMDAC встроен в чипсет и имеет частоту 300 МГц. Хотя это и не самая высокая частота на сегодня, видеокарта обеспечивает прекрасный уровень качества 2D графики в высоких разрешениях. При работе в 3D-графике поддерживаются большие текстуры, AGP-текстурирование, используемые API: Direct3D и OpenGL.

 Данная видеокарта построена на базе чипа NVIDIA GeForce 256 и имеет AGP-интерфейс 2x/4x. На карте установлено 32 мегабайта 5 ns SGRAM памяти, микросхемы которой размещены по обеим сторонам платы.

Многие пользователи продукции ASUS, в частности - видеокарт, знают, что эта фирма всегда разрабатывала свой собственный дизайн, сильно отличающийся от эталонного (reference), предлагаемого производителем чипсетов. Когда появились в продаже первые видеокарты AGP-V6600 от ASUS, можно было убедиться, что впервые ASUS отошел от своего принципа и выпустил плату, полностью совпадающую с reference по расположению элементов. Однако, совсем недавно в продаже появился и другой вариант AGP-V6600. Судя по всему, именно на нем и основывается серия AGP-V6600 Deluxe, поскольку на печатной плате есть места под монтаж традиционных для ASUS TV-in/out и гнезда для подключения стереоочков.

Эта плата имеет уже не SDRAM, а SGRAM память. И самое примечательное то, что собственный дизайн этой платы предусматривает мониторинг состояния графического чипсета. Вследствие чего на последнем установлен активный кулер не совсем обычной для ASUS конструкции. Он имеет тахометр, а значит, соответствующее программное обеспечение может контролировать частоту вращения вентилятора на карте.

Частоты работы видеокарты составляют 120/166 МГц. Частота RAMDAC - 350 МГц, что позволяет этой карте демонстрировать очень высокое качество изображения в 2D-графике. Поддерживаются API Direct3D и OpenGL.

Однако самая примечательная особенность GeForce 256 - это наличие встроенного геометрического сопроцессора, который при поддержке программным обеспечением может на себя взять важнейшие функции построения трехмерной сцены: трансформации координат и расчет освещения (T&L).

Как и NVIDIA Riva TNT2, этот чипсет поддерживает большие текстуры, API Direct3D и OpenGL. В драйверах реализована важная особенность NVIDIA GeForce 256 - аппаратная поддержка 8-точечной анизотропной фильтрации.

 Данный продукт представляет собой образец самой быстрой на сегодняшний день видеокарты на основе NVIDIA GeForce 256. Плата имеет AGP-интерфейс 2x/4x и 32 мегабайта DDR (double data rate) 6 ns SGRAM. Память размещается в 8-ми микросхемах по обеим сторонам платы. Видеокарты на базе NVIDIA GeForce 256 первыми стали использовать более быструю и прогрессивную DDR-память, которая значительно поднимает планку скоростных показателей, особенно в 32-битном цвете (речь идет о 3D-графике).

Как можно видеть на фотографии, видеокарта имеет TV-out и места под монтаж цифрового выхода на LCD-мониторы, что соответствует дизайну карты, предложенному NVIDIA. На чипсете имеется активный кулер. Память на плате, хоть и расчитана на 166 МГц, тактуется на 150 МГц (300 МГц в пересчете на обычную SDR-память).

Как и предыдущая карта, ELSA Erazor X2 поддерживает работу через API Direct3D и OpenGL.

 На этом чипсете выпускается одноименная видеокарта, которая имеет AGP-интерфейс и 16 мегабайт 7 ns SDRAM памяти. Сам чипсет закрыт небольшим игольчатым радиатором. Эта видеокарта выпуска годичной давности имеет цену почти равную 100$, тем не менее, можно ее найти за несколько меньшую сумму. Чипсет 3dfx Voodoo3 2000, вместе с памятью работает на частоте 143 МГц. Особенностями является поддержка только 16-битной глубины цвета в 3D, правда улучшенного качества за счет применения постфильтра, который, по словам 3dfx, выдает изображение в 22-битной глубине представления цвета. Дело в том, что чипсет при обработке работает с 32-битным цветом, а при формировании результирующего кадра глубина цвета понижается до 16-бит, при этом применяется технология сглаживания резких переходов между цветами, называемая дизерингом. Правда, возникают как небольшие разводы при переходе от одного цвета к другому или сеточка, особенно заметная на полупрозрачных объектах. Для некоторого сглаживания этих дефектов изображения и используется постфильтр. В драйверах он включается переводом качества изображения в High. Также в драйверах есть возможность управлять самим дизерингом при формировании полупрозрачных объектах, то есть при альфа-смешении. Существует 2 вида реализации дизеринга: Smoother и Sharper. В первом случае сеточка не образуется, но все еще заметны переходы между цветами, а во втором переходов практически нет, но зато видна сеточка.

Да, конечно отсутствие 32-битного цвета, когда все эти махинации по улучшению 16-битного цвета просто не нужны, является минусом данного чипсета (да и всего семейства 3dfx Voodoo3 в целом), однако, пока на рынке нет большого количества игр, где бы 32-битный цвет явно выделяется. Поэтому, видеокарты этого семейства вполне конкурентоспособны. Еще один недостаток Voodoo3 - это отсутствие поддержки текстур, больших чем 256х256. Все текстуры, превосходящие этот размер, приводятся к этой величине, при этом неизбежна потеря качества воспроизведения этих текстур. Тем не менее, относительная дешевизна 3dfx Voodoo3 2000, беспроблемная установка драйверов и качественная поддержка со стороны 3dfx дают много плюсов этой карте.

 Этот чипсет является сравнительно новым и видеокарт на нем практически нет. Для примера рассмотрим видеокарту Leadtek WinFast VR300, имеющую AGP-интерфейс и 16 мегабайт 7 ns SGRAM памяти.

Особенностью данной видеокарты является возможность подключения стереочков, которые входят в комплект поставки.