Charakteristické znaky  vývoje standardů adaptérů

Grafický adaptér tvoří rozhraní mezi PC a monitorem a odesílá do monitoru signály, na jejichž základě se na monitoru objeví požadovaný obraz.

 

Color Graphic Adapter (CGA) byla první grafická karta v IBM PC, zachovávala kompatibilitu s TV přijímači (měla výstup s úplným TV signálem i pro spolupráci s TV), levný monitor.

Měla textový režim 25*40 nebo 25*80 znaků / obrazovku, znak o velikosti 8*8 bodů, grafické rozlišení celkem 320*200 bodů se 4 barvami a při velikosti paměti 16 KB se mohli rozlišovat naráz jen 2 barvy. CGA svým nízkým rozlišením nevyhovovala nejčastějšímu požadavku – zpracování textu.

 

Monochrome Display Adapter (MDA) je pouze pro textový režim 25 * 80 znaků / obrazovku ve dvou barvách, 1 znak je tvořen 9*14 body, 4KB paměti = 2000 znaků * (1B na ASCII + 1B na atributy).

Monochrome  či Hercules Graphic Adapter (Hercules) je odvozený z MDA (text) a doplněný o grafiku 720 * 348 bodů se 16 barvami, která potřebovala 32 KB paměti.

 

Enhanced Graphic Adapter (EGA) z roku 1984 realizuje (je kompatibilní) se standardy MGA a CGA, má až 256 KB paměti RAM a zobrazuje 16 barev z 64 v grafickém režimu 640*350 bodů, matice pro jeden znak je 8*14 bodů, vlastní sada znaků. Podpora Windows, poslední digitální výstup přes 9 kolíkový konektor. Místo pomalých podprogramů BIOSu se mohl programátor naučit ovládat velké množství registrů grafické karty (do registrů jen zápis !).

Z roku 1987 je Multi Color Graphics Array (MCGA) pro PS/2, měl na kartě adapteru poprvé D / A převodníky, první 15 kolíkový konektor CANON.

 

Video Graphics Array (VGA) od IBM z roku 1987 je plně slučitelný s EGA, obsahuje 256 KB paměti, rozlišení je 640 * 480 bodů při zobrazení 16 / 256 barev z 262144 barevných odstínů. IBM se zabývala dalším zvýšením počtu zobrazitelných barev (pro věrohodnější obraz), proto přešla k analogovým obvodům, které umožnily zobrazit každou ze základních barev s 64 úrovněmi intenzity.

Součástí standardu je i VGA BIOS, který podporuje starší textové a grafické režimy, proto se na VGA dají spouštět programy pro CGA a EGA.

 

SuperVGA (SVGA) je dnešním standardem, v textovém režimu používá 9 * 16bodů nebo v grafickém režimu pokrývá od 800*600 bodů se 16 barvami po 1280*1024 bodů s až 256 barvami.

Programově přístupná část videopaměti je na adresách  A0000h až BFFFFh  (128KB). Do ní je mapována celá videopaměť : 256 KB na dvakrát,  512K …, 1MB … .atd.

Míchání barev je Additivní      RGB (př. Red + Green = Yellow)

Subtraktivní CMY (př. Cyan + Yellow = Green)  – azur purpur žlutá.

Sdružení VESA (Video Electronics Stand. Association) stanovilo formát volání BIOSu a uspořádání grafických dat v paměti. Současné standardy VESA pokrývají všechny kombinace rozlišení a barev. Standard SVGA je označením  celé skupiny adaptérů, na tom se dohodli výrobci levnějších adaptérů.

 

Součásti grafického adaptéru jsou :

 

–Video BIOS je vlastní BIOS, z hlediska návrhu podobný BIOSu počítače, ale je na něm zcela nezávislý. Vytváří rozhraní mezi HW adapteru a SW systému. Může být aktualizován (EEPROM, Flash ROM).

 

–Grafický procesor je základem každého grafického adaptéru, je tvořen obvykle čipovou sadou obsahující grafický procesor. Čipová sada určuje výkon a funkce podporované daným adapterem.

 

Během vývoje adapterů jsou 3 základní typy procesorů:

• řadič zásobníků snímků (pro ISA, nízká rychlost, zpracování grafiky dělá procesor počítače)
• grafický koprocesor (pro pracovní stanice CAD, vysoká rychlost a cena, grafiku dělá procesor adapteru)
• akcelerátor (pro běžné adaptery, vysoká rychlost, čip na adapteru vykresluje čáry, kružnice, polygony podle příkazů procesoru počítače)

G.P. slouží k zobrazení dat, která dodal kartě adapteru procesor počítače. Na základě dodaných dat propočítá jednotlivé body obrazu a uloží je do grafické paměti adaptéru. G.P. přebírá v současných systémech značnou část úkolů procesoru počítače. Tím se procesor počítače uvolní pro jiné úkoly, zvýší se propustnost sběrnice – vše se celé akceleruje → grafický akcelerátor. Tyto čipy jsou schopné vykreslit úsečky, kružnice, čáry, vyplnit polygon, přesunout obdélník apod. Další speciální grafické funkce jsou implementované podle předpokládaného použití karty adaptéru (např. V/V TV signálu, videa atd.).

 

– Paměti grafického adapteru jsou nezbytným vybavením (vlastní paměť, OP počítače mohou využívat adaptéry se sběrnicí AGP) o velikosti od desítek MB. Použité paměti podle typu jsou:

• DRAM u ISA karet
• VRAM a WRAM
• SDRAM pro PCI a AGP karty
• SGRAM pro PCI a AGP karty
• DDR SDRAM a RDDRAM pro výkonné adaptéry s AGP.

VideoRAM a WindowRAM jsou velmi rychlé paměti s dvoubránnovým přístupem, ale drahé, jsou nahrazené rychlými SDRAM a DDR SDRAM. Paměti Synchronní Grafické DRAM (SGRAM) jsou drahé, určené pro výkonné adaptéry, umí  provádět blokové zápisy dat, které zvyšují výkon 3D operací a které vyžadují použití Z bufferu. Čipy Direct RAMBUS DRAM (RDDRAM) paměti jsou navzájem propojené kanálem (strana vstupů a strana výstupů) a mohou provádět až 8 operací (současně). Obecně u pamětí grafického adaptéru se hodně využívá při operacích technika pipeliningu.

 

– Převodník DAC má za úkol převod vypočítaného digitálního obrazu na analogové signály, které umí monitor zobrazit. DAC – (Digitálně – analogový převodník) slouží k převedení obsahu grafické paměti na obrazovku monitoru. Během činnosti DAC cyklu nemůže G.P. zapisovat do grafické paměti další data, proto rychlost převodu  DAC výrazně ovlivní rychlost celé karty adaptéru a obnovovací frekvenci obrazovky. Potřebná rychlost DAC se odvozuje od minimální požadované obnovovací frekvence.

Např. při rozlišení SVGA 1024*768 bodů s opakovací frekvencí 90 snímků/s (Hz) potřebujeme DAC s frekvencí = 92 012 544 Hz ( v hodnotě 92 MHz je už započítaných 30% na rezervu pro synchronizaci a návrat paprsku při přechodu na nový řádek). Je tedy jasné, že pro vyšší rozlišení (1600*1024 bodů) můžeme počítat s frekvencí DAC přes 250 MHz. Rychlost převodníku je běžně u kvalitních adaptérů od 250 MHz výše, s rostoucí frekvencí narůstá obnovovací frekvence monitoru.

 

– Sběrnice je součástí základní desky PC. Dříve to byla ISA, pak PCI a nyní AGP (rozhraní). Accelerated Graphics Port je vysoce výkonná specializovaná sběrnice, která je určená pro připojení (nejčastěji) 3D grafického akcelerátoru. Je to rychlý port, který je fyzicky (elektricky) a logicky zcela nezávislý na sběrnici PCI. Velkou výhodou technologie AGP je přímý přístup do systémové paměti i do grafické paměti. AGP doplňuje v systému základní desky PC sběrnici PCI a přebírá úlohu prostředníka mezi procesorem a grafickým akcelerátorem, mezi procesorem a systémovou OP a hlavně mezi grafickým akcelerátorem a systémovou OP.

Dynamicky vyhrazená část OP, kterou AGP používá, se nazývá paměť AGP. Ta je rozdělena na stránky o 4 KB. Pro přístup k OP potřebuje AGP speciální obvod GART (Graphics Address Remapping Table). Obvod GART zajistí překlad virtuálních adres na FA a dále zajistí, že několik desítek KB velká textura určená pouze ke čtení, která je roztroušená po paměti pro AGP, se G.P. bude jevit jako souvislý blok dat.

Přístup G.P. z adaptéru k textuře uložené v systémové OP (nikoliv v grafické paměti adaptéru) se nazývá Direct Memory Execute (DIME). Při této metodě ale je nutné, aby lokální paměť na grafickém adaptéru sloužila jako obrazový buffer. Sběrnice AGP podporuje 2 přístupy k OP:

– zřetězení požadovaných činností

– postranní adresování (navíc 8 postranních adresových kanálů) dovoluje vyslat požadavky na data současně s přesuny dat minulých požadavků (je až 32 adresově datových kanálů).

Shrnutí:  AGP je vývojově odvozené od PCI pro grafické adaptery, umožňuje velmi rychlý přístup do systémové OP. Díky tomu mohou grafické adaptery určité grafické prvky (např. textury) vykreslovat přímo ze systémové paměti a nemusí je kopírovat do paměti adapteru a teprve zpracovávat. AGP, AGP2x, AGP4x, atd. musí být podporováno čipovou sadou základní desky.

Zrychlení přenosu dat se nedělá prostým zvýšením hodinového taktu z 66 MHz na např. 133 MHz, ale použitím náběžné a sestupné hrany hodin sběrnice, při kterých dojde k přenosu dat.

 

– Ovladač grafického adapteru patří mezi základní součásti grafického systému, umožňuje komunikaci mezi SW a nainstalovaným grafickým adapterem.