АРХИТЕКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДЕОАДАПТЕРОВ
Содержание Введение Видеоадаптер сегодня и завтра Назначение устройства Принцип работы видеоадаптера Технические характеристики Обзор новых видеоадаптеров Краткий обзор стандартов Конструктивное исполнение Особенности использования для разных задач пользователя Двухпортовая видеопамять Выводы Лучший выбор 8. Теория и практика разгона видеокарт на базе чипсетов nVidia Riva TNT2 Рекомендации пользователю Как к хорошему компьютеру подобрать достойный видеоадаптер Определение необходимого объема видеопамяти Выводы и субъективный взгляд Будущее графики Приложение 1 Цена Приложение 2 Фирмы-производители Список литературы
Введение В 1965 году, на заре компьютерной эры, Гордон Мур вывел закон, по которому число транзисторов в интегральных схемах, а, следовательно, и производительность микро-процессоров будут удваиваться примерно каждые два года. Казавшееся современникам почти нереальным, предсказание оправдывается с завидным постоянством, а для некоторых специфических компонентов компьютеров, например видеоадаптеров, перевыполняется: их производительность при обработке реалистичных трехмерных изображений за год даже утраивается. Именно за это время разработчики специализированных процессоров, ориентированных на обработку и ускорение трехмерной графики, успевают создать и выпустить продукты нового поколения. По данным исследовательской фирмы Jon Peddie Associates, общее количество проданных в 1998 году видеоадаптеров с ускорением трехмерной графики (доля “чистых” ускорителей двухмерной графики стремительно снижается) составит 70 млн. штук. Конкуренция на этом рынке очень высока, особенно в секторе изделий младшего и среднего класса, где стоимость видеоплат обычно не превышает 300 долл. О таких продуктах, используемых в них технологиях, а также преимуществах, которые они дают пользователям, и пойдет речь в данном обзоре. За последние полтора года рынок графических адаптеров претерпел существенные изменения, в числе которых стоит отметить выделение домашних видеоадаптеров в самостоятельный сегмент. По возможностям и цене домашние видеоадаптеры занимают промежуточное положение между офисными, оптимизированными для работы в оконной среде с нетребовательными к графике приложениями (текстовыми редакторами, базами данных) , и профессиональными, которые применяются в системах автоматизированного проектирования, художественном дизайне или полиграфии. Сектор домашних компьютеров и соответственно домашних видеокарт растет сейчас наиболее динамично. Самое важное свойство домашних видеоадаптеров — поддержка технологий мультимедиа. От них ждут воспроизведения видео (в первую очередь в стандарте MPEG) и трехмерной графики. Естественно предположить, что видеокарты для домашних компьютеров конфигурируются достаточно просто. Увы, это не всегда так. Например, чтобы сконфигурировать для работы с Windows 95 превосходную карту Matrox Mystique, предназначенную для рынка SOHO, придется повозиться пару часов. Наибольшие сложности возникают при выборе частоты регенерации, поскольку значения, которые берутся по умолчанию, весьма далеки от оптимальных. Обратите внимание на то, что настройка частоты регенерации для работы в среде DOS выполняется отдельно. Производитель видеоадаптера, вероятно, предполагал, что это будет делать сборщик компьютера или продавец. Однако в большинстве случаев продавцы, экономя время, лишь проверяют работоспособность адаптера, оставляя тонкую настройку пользователю. Может быть, это и к лучшему, поскольку в процессе эксплуатации наверняка эти драйверы придется устанавливать заново. Видеоадаптер сегодня и завтра Что такое видеоадаптер и для чего он нужен? Поскольку максимум информации о внешнем мире большинство из нас получает визуально, никто не рискнет отрицать, что видеоподсистема — один из наиболее важных компонентов персонального компьютера. Видеоподсистема, в свою очередь, состоит из двух основных частей: монитора и видеоадаптера. Созданием изображения на мониторе управляет обычно аналоговый видеосигнал, формируемый видеоадаптером. А как получается видеосигнал? Компьютер формирует цифровые данные об изображении, которые из оперативной памяти поступают в специализированный процессор видеоплаты, где обрабатываются и сохраняются в видеопамяти Параллельно с накоплением в видеопамяти полного цифрового “слепка” изображения на экране данные считываются цифроаналоговым преобразователем (Digital Analog Converter, DAC) . Поскольку DAC обычно (хотя и не всегда) включает собственную память произвольного доступа (Random Access Memory, RAM) для хранения палитры цветов в 8-разрядных режимах, его еще называют RAMDAC. На последнем этапе DAC преобразует цифровые данные в аналоговые и посылает их на монитор. Эта операция выполняется DAC несколько десятков раз за одну секунду; данная характеристика называется частотой обновления (или регенерации) экрана. Согласно современным эргономическим стандартам, частота обновления экрана должна составлять не менее 85 Гц, в противном случае человеческий глаз замечает мерцание, что отрицательно влияет на зрение. Даже подобная упрощенная схема, описывающая механизм работы универсального видеоадаптера, позволяет понять, чем руководствуются разработчики графических ускорителей и плат, когда принимают те или иные технологические решения. Очевидно, что здесь, как и в любой вычислительной системе, есть узкие места, ограничивающие общую производительность. Где они и как их пытаются устранить? Во-первых, производительность тракта передачи данных между памятью на системной плате и графическим ускорителем. Эта характеристика зависит в основном от разрядности, тактовой частоты и организации работы шины данных, используемой для обмена между центральным процессором, расположенным на системной плате компьютера, и графическим ускорителем, установленным на плате видеоадаптера (впрочем, иногда графический процессор интегрируется в системную плату) . В настоящее время шина (а точнее, порт, поскольку к нему можно подключить только одно устройство) AGP обеспечивает вполне достаточную и даже избыточную для большинства приложений производительность. Во-вторых, обработка поступающих данных графическим ускорителем. Повысить скорость этой операции можно, совершенствуя архитектуру графического процессора, например, внедрив конвейерную обработку, когда новая команда начинает выполняться еще до завершения выполнения предыдущей. Производители увеличивают разрядность процессоров и расширяют перечень функций, поддерживаемых на аппаратном уровне; повышают тактовые частоты. Все эти усовершенствования позволяют значительно ускорить заполнение видеопамяти графическими данными, готовыми для отображения на экране. О конкретных реализациях будет рассказано ниже в разделе “Законодатели мод” . И, в-третьих, обмен данными в подсистеме “графический процессор — видеопамять — RAMDAC” . Здесь также существует несколько путей развития. Один из них — использование специальной двухпортовой памяти, VRAM, к которой можно одновременно обращаться из двух устройств: записывать данные из графического процессора и читать из RAMDAC. Память VRAM довольно сложна в изготовлении и, следовательно, дороже других типов. (Есть еще один вариант двухпортовой памяти, впервые примененный компанией Matrox — Window RAM, WRAM, — обеспечивающий несколько более высокую производительность при себестоимости на 20% ниже.) Поскольку использование двухпортовой памяти дает ощутимый прирост производительности лишь в режимах с высокими разрешениями (1600х1200 и выше) , этот путь можно считать перспективным лишь для видеоускорителей высшего класса. Еще один способ — увеличить разрядность шины данных. У большинства производителей разрядность шины данных достигла 128 бит, то есть за один раз по такой шине можно передать 16 байт данных. Еще одно, довольно очевидное решение, — повысить частоту обращения к видеопамяти. Стандартная для современных видеоадаптеров память SGRAM работает на тактовой частоте 100 МГц, а у некоторых производителей уже используются частоты 125 и даже 133 МГц. Для чего все это нужно? Чем быстрее подготовленные графическим процессором данные поступают в RAMDAC и преобразуются в аналоговый сигнал, тем больший их объем за единицу времени будет “конвертирован” в изображение, что позволяет повысить его реалистичность и детализацию. Назначение устройства Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеокартой, видеоплатой, видимокартой, видюхой, видео) , есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой, — 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. Таким образом, связку видеоадаптер и монитор можно назвать видеоподсистемой компьютера. То, как эти
