Тақырып 7

# Тақырып 7. Дисплейлік адаптерлер

Мақсаты: видеоадаптер құрылысы жұмыс принципін қарастыру.

Жоспар:

1. Видеоадаптер құрылысы.

2. Жұмыс принпиі

Видеоадаптер құрылысы және видеоадаптер компоненттері

Дисплеялік адаптермен шартты түрде компьютер блогі деп атайды, оған дисплей көбінсе, монитордың электрондық-сәуле трубкаға қосылады. Бұл адаптердіңі міндетті тапсырмасы компьютерлік программалардың басқарылуыммен экранда бейнені қалыптастыру кіреді, бейнелік елес графикалық және (немесе) алфавиттік-цифрлік режимде орындалады. Кеңейтілген тапсырмасы монитор экранынан «жанды» видео берілгендер ағынын қосуға болады, ол компьютерден немесе қандай болмасын теледидарлық сигнал көзінен алынады.

Графикалық адаптердің функционалдық схемасын қарастырайық (7.5. сурет), ДК қолданылатын, практикада барлық адаптерлерде қолданылған немесе қосылған.

Адаптер мониторды қосуға арналған болғандықтан, оның міндетті элементі ЭЛТ контроллері (CRT Controller) болып табылады. Бұл контроллердің мақсатына видеожадтың сканерлеу сигналдарын келісіммен құру кіреді. және монитор синхронизацияларының вертикаль тік және көлденең сигналдардың құруы болып табылады. ЭЛТ контроллері развертка талап қойылатын жиіліктері және видеожадты сканерлеу режимдерін қамсыздандыру, олар елестету бейне режиміне (графикалық немесе мәтіндік) және видеожад ұйымдарына тәуелді болады. Контроллер жұмысына арналған тіреу жиілігі DotCLK — графикалық режимдегі пиксельдер шығару жиілігі немесе мәтіндік режимдегі символды салу нүктелері болып келеді. Адаптерлердің ең бірінші модельдері ЭЛТ контроллері ретінде, Motorola 6845 микросхемасын қолданылды және оның регистрлік моделі, CGA және MDA адаптерлерінің эмуляциясы жанында қазіргі адаптерлермен сүйенеді. қазіргі адаптерлермен сүйенеді Мәтіндік режимде бұл түйін аппараттық курсорды қалыптастыра*ды.

7.1.сурет. Графикалық адаптердің функционалды схемасы.

Видеопамять жадтың арнайы облысы болып келеді, одан ЭЛТ контроллері бейне регенерациясын құрайтын циклдік оқуды ұйымдастырады. Картада видеожадқа арналған дәстүрлі РС жад тарату AOOOO-BFFFFh адрестер облысы бөлінген болатын, сәйкесінше кезкелген х86 процессорына ұолайлы. Бұл облыстың бірінші адаптері (MDA, CGA) көбінесе, жеткілікті болды. EGA адаптерлері бұл 128 Кбайт толығымен қолданды, ал ары қараша көлемді үлкейту үшін, VGA және SVGA адаптерлерін қажет ететін, банктерді қосу техникасын қолдануға тура келді. Бұл амалсыз өлшемі бейненің программалық құруы, биік рұқсат режимдерінде түстердің үлкен санымен бір банкіге орналаса бастамайды. Видеожадтың типтік көлемі 1 Мбайт қатардағы адаптерлерге жетті, бірақ жад берілгендерінің шина 16 бит барлығы қуатты құрастырады (әйгілі микропроцессорлар 512 Кх8 ұйыммен 4 Мбит). 2 Мбайт көлемді видеожадтың болуы жақсы, сонымен қатар, 32-биттік чипсеттердің барлық мүмкіншіліктері қалыптасады. Қазіргі графикалық адаптерлер үлкен адрестер облысында (16 Мбайт шекара жоғары) видеожадты переадресациялау мүмкіншілігі бар, процессорлардың қорғалған режимінде экранның мақсаты бейнелерімен 386+ жұмыс істеуге рұқсат етеді. Аппараттық-бөлінген видеожадтан басқасы, графикалық адаптерлерде орнатылған, унифицирілді жадтың архитектурасы UMA (Unified Memory Architecture) бар болады. Бұндай жағдайда видеобуфер жүйелік ЖЖҚ облысында ерекшеленеді, бұл компьютер бірнеше есе арзандатуға мүмкіндік береді. Бұл «сіреңкеге үнемділік» графикалық ішкі жүйелер сияқты өнімділік төмендеуіне ертіп әкеледі, дәл осылай және компьютердің бүтінде, және UMA даму болашақтары сенімсіз. Диаметральды қарама-қарсы қарастыру, көзделген өнімділік жоғарылауына, видеожадты ерекшелеу ғана емес, және де және онда арнайы архитектуралы микросхемаларды VRAM, WRAM, MDRAM, RDRAM, SGRAM қолданады.

Видеожадтың қажетті көлемі қажетті графикалық режиммен анықталады (мәтіндік режимде барлығы бірнеше килобайт талап етіліді). Әртүрлі видеорежимнің бір бетіне арналған қажетті көлемдер 7.6.кестеде көрсетілген. Егер бұл көлемнің екі еселенген мағынасы алсақ, онда көптеген адаптерлер буферлерді қосумен екібетті режимді ұйымдастыруға рұқсат етеді, олар кейде динамикалық бейнелерді шығаруда пайдалы.

7.1. кесте. Видеожадтың рұқсат және қойылатын талап көлемі

Бит/пиксел | Түстер саны | 640х480 | 800х600 | 1024х768 | 1280х1024
4 | 16 | 150Кбайт | 234 Кбайт | 384 Кбайт | 640 Кбайт
8 | 256 | 300 Кбайт | 469 Кбайт | 768 Кбайт | 1,25 Мбайт
15 | 32,768 | 600 Кбайт | 938 Кбайт | 1,5 Мбайт | 2,5 Мбайт
16 | 65:536 | 600 Кбайт | 938 Кбайт | 1,5 Мбайт | 2,5 Мбайт
24 | 16;777;216 | 900 Кбайт | 1,37 Мбайт | 2,25 Мбайт | 3,75 Мбайт
32* | 16;777;216 | 1,172 Мбайт | 1,83 Мбайт | 3,0 Мбайт | 5,0 Мбайт

32 бит/пиксель режимде т.сті тарату үшін 24 кіші биттер қолданылады.

Видеожад берілгендері қолданылатын видеорежимге байланысты. Мәтіндік режимде экран әрбір белгі орнына жұп адресте орналасқан видеожад сөзі сай болады. Сонымен қатар сөздің кіші байты ( байт жұп адреспен ) ASСП-код символа тұрады, ал үлкен байт – оның атрибуттары. Бұл жағдайда жадты ұйымдастыру сызықтық болады: сөздер тізбегі сәйкесінше жиналған, жүйеленген символдар жолдарына сай болады. Графикалық режимде видеожадты ұйымдастырудың әр түрлі нұсқалары болуы мүмкін.

Әр пиксельге бір бит (6h, 1lh) видеорежиде сызықтық бейнелеу қолданылады ( 7.2 а. сурет.), бірақ 6 режимде CGA адаптерің архитектуралық ерекшеліктері жол пиксельдері кезектеседі: видеобуфер базалық адрестерінде жад ұяшықтары орналасады, жұп жол пиксельдеріне сәйкес келеді, ал тақ жолдар 2000h алмасу облысты суреттейді, HGC адаптерлер кезегінде жұптер қатынаспайды, ал жолдардың төрттіктері, және оларды бейнелерң 2000h алмасады.

4 және 5 видеорежимдерінде әр пиксель қолданылатын сызықтық бейнелеу (7.2.б. сурет), және сондай жолдардың алмасуы. Fh режимінде көпжазықтықты жад моделі қолданылады (7.3. сурет), бірақ төрт қабаттардың тек қана екі (0 және 1) қолданылады. Олар екібитті нұсқада қолданғанда, 10h режимге жатады.

Әр пиксельге төрт бит видеорежимдерінде толық көлемде төртжазықтықты жад моделі қолданылады (7.3. сурет).

Әр пискельге 8,16(15),24 және 32 биттер графикалық адаптерлерде тек қана сызықтық жад ұйымы қолданылады, мұнда әрбір пиксель 1-4 көршілестердің байтты жауап береді. High Color және True Color режимдерінің құрылысындағы байттар, RGB базалық түстің интенсивті деңгейлердің екілік кодтары арқылы түсті береді. Байт форматтары (кіші бит – оң жақта) келесі түрде көрсетіледі:

15 бит/пиксел: URRR RRGG GGGB ВВВВ (5-5-5)

16 бит/пиксел: RRRR RGGG GGGB ВВВВ (5-6-5) 24 бит/пиксел: RRRR RRRR GGGG GGGG ВВВВ ВВВВ (8-8-8) 32 бит/пиксел: UUUU UUUU RRRR RRRR GGGG GGGG ВВВВ ВВВВ (8-8-8) Мында U биттер белгілейді, түсті форматтау үшін қолданылады, ал (R, G, В) базалық түстерінің титтер тізбегінда кіші бит оң жақта орналасқан.

Контроллер атрибуттары видеожадта сақталатын түрлі-түсті ақпаратты түсіндірумен басқарады. Мәтіндік режимде белгілі орындағы атрибуттардың байт ақпаратын өңдейді, графикалықта - ағымдағы шығарылатын пиксельдерде. Контроллер атрибуттары монитор мүмкіншіліктерімен хабардың түрлі-түсті сақталатын көлемді омбылауға рұқсат етеді. Монохромды мониторларға арналған түстік ақпараттардың бөлігі безендіру элементтерін өзгертеді. жыпылықтау сияқты, астын сызу және белгілі орын инверсиясы. Контроллер атрибуттардың құрамына палитра регистрі кіреді, түстердің өзгертуі үшін қызмет етеді, видеожад биттармен кодталған, экранда нақты түстер. CGA адаптерінде түстер палитрасы өтеп қарапайым өзгереді: шығатын сигнал бір базистік түстерге (көк) қосылады (немесе қосылмайды), нәтижесінде басқа екі түстермен басқару екі әр түрлі палитраларда төрт түсті береді. EGA адаптерінде палитраны программаланған регистрі қолданылады, әрбір 16 мүмкін кодтардан 64 мүмкін түстердің бірін сәйкес қою, EGA мониторында бейнленген. Адаптерлердің пайда болуымен, үлкен (256 астам ) түстер санын беруге қабілетті, графикалық адаптер платасынан мониторға «көшті» және цифрлы-аналогті түрлендірулер базистік түстер сигналдары. Бұл түрлендіруді палитра регистрімен бірге біріктіру үлкен емес жылдам әрекеттетін ЖЖҚ (RAM) ұсынды. Бұл функционал ды құрастыру қазіргі уақытта RAMDAC (Digital-to-Analog Converter – цифрлы-аналогті түрлендіру) микросхемалары түрінде орындалады. RAMDAC микросхемалары түрлендірулердің қуатымен сипатталады, әр түске 8 бит жете алады, (DotCLK) нүктелердің сұрыптау шекті жиілігімен, олар жұмыс істеуге қабілетті. Түрлендіру дәлірек болса, оны жылдам орындау қиынырақ. Қиындықтар және жетістіктің жоғарғы құны жоғары жиілікте жоғары рұқсат жолдық разверткалар (бұл факторлар, RAMDAC жоғары жылдам әрекетті қажет етеді) үлкен түс тереңдігіне байланысты (түрлендірудің жоғары дәлдікті талап етеді) және осы себептен. Пикселге бит саны 24(True Color) жетті, бұл режимде түстерді өзгертуін қажет етпейді. Бірақ Microsoft фирмасы мода дикторын функцияларын алып, не тәртіптерге арналған 1998 жылына пикселге 24 1998 жылы RAMDAC жүктелуі режимждер үшін пиксельге 24 бит және одан жоғмры, жаңа графикалық адаптерлерге міндетті талап болады. Бұл адаптердің аппараттық құралдарымен түс гамма-түзетуді орындауға рұқсат етеді.

Белгі генераторы экранның мәтіндік режимінде растрлық кескін символдарын құруы үшін арналған. MDA/HGC и CGA адаптерлерінің белгі генераторлары программада рұқсатсыз: олар ТЖҚ микросхемаларының түрінде орындалған, процессор адрестік кеңістігінде ешбір бейнеленбеген. Бұл белгі генераторлары бекітілген 256 бейнеленген символдарды анықтайды. Белгі генераторы CGA 8х8 форматты болады және қарапайымды көрнекті ұйымды: бит 7 ыдырату жолының ең сол жақ нүктеге талапқа сай болады, ал бит 0- оң жақта. Әрбір символға 8 байттан тең, ТЖҚ көлемі 2 Кбайт тең. Белгі генераторы MDA/HGC 8х14 форматқа ие, жолда бит орналасуымен, және ол үшін сыйымдылығы 4 Кбайт ТЖҚ қажет. Бірақ жолдардың орналастыруы әртүрлі нұсқада кездеседі. Бұл әрбір символға арналған бөліс 16 байт ТЖҚ соңғы екеуін елемеу, және күрделі түрлер көбірек, жолдардың алмасуы қоса. Көп таралған нұсқасы, мысалы, ТЖҚ бірінші жартысында әрбір символға арналған 8 бірінші жолдардан орналасқан, ал олардың төменгі бөлім ( төртеуі қолданылатын және төрт өтірік жол) екінші жартыға орналасады. Бірақ берілген белгі генераторына барлығы 4 Кбайт қажет етіледі, көбінесе кең таралған 2764 (8Кх8) микросхемалары жиі қолданылады. Кейде оларға екі белгі генераторды орналасады, және адаптер кестені программамен таңдауға рұқсат етеді ( әдеттегі ешкімге белгілі емес тәсілмен). Бағдарламалауда екі жартыдан бірдей кестелер жазуға болады.

EGA және VGA адаптерлерінің белгі генераторы видеожадтың екінші қабатта орналасады және сондықтан бағдарламалық қолайлы. Олар адаптер инициализациясы үшін бейнелерден жүктеледі, ТЖҚ сақталынған BIOS кеңейтулері, платада орнатылған графикалық адаптерлері. EGA адаптері бір уақытта төрт кестені 256 символдан сақтауға мүмкіндік береді, ал VGA - сегізден. Белсендісі (бейнелеу үшін қолданылатын) олардан бірі немесе лезде екеуі болуы мүмкін. Соңғы жағдайда бір уақытта бейнелеу символдардың 512 кеңейеді, ал екі кестенің бірі, нақты символ үшін қолданылады, опре 3 битпен оның атрибуттардың байтын анықтайды.

Кестелер 32-байт әр символға 16х16 форматта развертка болады, ол EGA 8х14 матрицада қолданылады, ал VGA - 9х16. Егер белгі генераторы кестесі (фонттар) EGA арналған VGA жүктеу, символдар кішкентай көрінеді, ал сызықтарда, символдармен суреті салынған графика көрінеді. Егер VGA үшін фонттар EGA жүктесек, онда қиып тасталған символдар көрінеді (әсіресе төмен жағынан). Белгі генераторы бағдарламалық қол жетерлігі аппараттық русификация адаптері қажет, бірақ русификация фонттарын қайта BIOS графикалық адаптерде жазуға болады (ТЖҚ соңғы байтында бақылау соманы түзеуге ұмытпау). сондай процедура үй тиеулер - орыстандырушы қажеттілігінің виты, жадта орын алатын. Сондықтан белгі генераторы видеожадтың бір қабатынада орналасқан, графикалық режимде көпшілік қолдануынан кейін оны қайтадан жүктеу керек, ал BIOS құрылған драйвері үнсіз келісім бойынша бейне алады. Егер сонда қажетті фонтпен қойса, онда экранның қосымша драйвері қажет емес.

7.2. сурет. EGA/VGA графикалық контроллердің жазбасы.

Графикалық контроллер өндірістің жоғарлау құралы болып келеді, ведеожадтағы бейнелердің бағдарламалық құрылуы. Бірінші (CGA и HGC) графикалық адаптерлерде бұл блок болған жоқ. Ол EGA адаптерінде тіркелді, және VGA тасмалдады. Бұл адаптерлерде оның михромасының функциялары аппараттық құралдармен іске асырылған. EGA және VGA адаптерлерінің графикалық контроллер функцияларын қарастырайық. Ол ведеожад ұйымның төртқабатты моделімен жұмыс істейді. (7.3. сурет). EGA және VGA адаптерлері төрт 8-битті регистр-ілгешек болады, бұнда ведеожадтағы кез келгкен оқу операциясының барысында, түстік қабатармен сәйкес келетін берілгендерді бекітеді. Келесі жазу операциясында әр қабатқа берілгендерді қалыптастыру процессора (1 байт) берілгендері қатыса алады және қабаттарға сәйкес келетін регистр-ілгешек берілгендері (7.6. сурет). Процессор берілгендері алдын-ала циклдік жылжытылған бола алады. Поцессордан (мүмкін, жылжытылғанмен) және регистр-ілгешектен логикалық операциялар ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ және ШЫҒАРЫП ТАСТАЙТЫН НЕМЕСЕ орындала алады. Бұл операциялардың нәтижелерімен бірге кейбір қабаттарды нольдердің байттары немес бірліктер жазылған бола алады. Регистр маскасының биттері жазылған берілгендер көзі битпен басқарауға мүмкіндік береді: егер регистр маска биті нөл мән қабылдаса, онда ведеожад биті барлық қабаттарда регистр-ілгешек үшін жазылады. Жазылушы тап осы қайнармен басқару тізім - маскалар побитноны рұқсат етеді : егер маска тізім биты ноль мағынаны болса, анау видеопамятьта мынау бит барлықтардың қабаттарда тізімді - ілгешектен жазылған болады. Процессордан (логикалық өңделген) берілгендер маскаға бірлік бит мәнімен түседі. Жазба рұқсат етілген қабаттарға ғана шығарылады, қабаттардың рұқсат функциясы синхронизаторға жатады.

Оқу барысында графикалық контроллер оқылатын қабат нөмірін сұрайды және түстерді салыстырумен оқу мүмкін. Бұл жағдайда түс коды көрсетіледі ( бит мәні сәйкес қабаттар үшін) және барлық қабаттарды лезде оқу нәтижесімен байт болады, бірлік мәндерін бит пиксельдер қабылдайды, түс қайсы үлгімен сәйкес келеді (7.7. сурет). Түстердің салыстыруында барлық қабаттар қатыса алмайды.

7.3. сурет. Түсті салыстырумен оқу.

Графикалық контроллер функциялары регистр арқылы басқарады. Бөлек түрлі-түсті қабатқа тура айналдыру мүмкін оқу сияқты, дәл осылай және жазу. Бірақ графикалық контроллер мүмкіншіліктері оның аппараттық құралдарына жиі қолданылатын функциялар қою рұқсат етеді. Бірақ егер сондай аппараттық графикалық контроллер қабылдау төртқабатты ұйым арналған (4 бит пиксельге)болса, онда терең түстер үшін (8 бит пикселге және көбірек) болады. Қазіргі адаптерлерде графикалық контроллер функциялары, EGA және VGA салыстырғанда кеңейтілген, микропроцессормен - графикалық акселератормен орындалады. Графикалық акселератор мүмкін функциялары жоғарырақ қаралған болатын.

Синхронизатор, EGA адаптерінің пайда болуымен, процессордың видеожадқа бейнені регенрациялау процесімен айналдыру циклінің үйлестіруге рұқсат етеді. Адаптерлерде синхронизация кварцоті өзіне меншікті генераторлары болады (кейде және бірнеше). Ішкі генератордан DotClock (DotCLK) пиксельдер шығару жиілігі дағдыланады, видеожадта барлық уақытша жүйелі сканерлеу құрылады, видеосигналдың қалыптасуы және монитор синхронизациялары. Сол уақытта процессора видеожадқа регенерация процесімен салыстырғанда асинхрондық бұрылады. SVGA адаптерінде PCI шинасы үшін кейбір ведеорежимдерге сапалы қолданады және 33 МГц жиілік тура шинадан, ал циклді процессор айналдырулары және дәл осылай бұлға синхросигнал байланысты, синхрониза мақсаты торды оңайланады. PCI шина 30 және 25 МГц жиіліктер рұқсат етеді, ал жүйелік шиналар жиілігінде 83 МГц PCI жиілігі 41,5 МГц болады. Процессорды алмастыру (кейде жүйелік жиілікті алмастыру) монитор экранда геометриялар бейнелердің өзгертуіне әкеледі.

Адаптер ішкі шинасы ведеожад аралығанда берілгендердің жоғары өнімді алмастыру үшін берілген, графикалық акселератормен және сыртқы интерфейспен. Бұл шинаның канал берілгендері типтік разряды қазір 32 бит құрады, және64-битті шина адаптерлері сирек. Бірақ қоланылатын разряд аз бола алады, егер видеожадтағы алдын ала ескерілген микросхемалары толық орнатылған болса.

Сыртқы интерфейс блогі адаптерді компьютер шиналарының біреуімен байланыстырады. Егер ертедегі графикалық адаптерлер үшін ISA(8 немесе 16 бит) шинаны қолданса, онда қазіргі графикалық адаптерлерде негізінде жоғары өнімді шиналар қолданады. VLB локальды шиналар 486 класты процессорларымен бірге жылдам түсті. Қазіргі уақытта PCI шина перспективті мақсаттары үшін және көбінесе AGP өндіргіш каналы.

Монитор интерфейс блогі сәйкес типтерден шығатын сигналдар қалыптастырады (RGB-TTL, RGB-Analog, композитті бейне немесе - S-Video). Бұл блок монитормен диалогқа жауап береді: қарапайымда жағдайда – идентификация битін оқу (VGA мониторлар үшін), ал ең қиыны - DDC каналымен берілгендерді алмастыру. VGA монитор ониторына қосылған тип индентификациясы қызыл немесе көк түс шығуларында бейнесигнал деңгейімен өндіре алады: монитор әрбір аналогті кірісінде терминатор (75 Ом) бар. Қосу кезінде жүктелу шығатын сигнал күштенуі төмендетеді. Монохромды мониторда тек қана жасыл түсті канал қолданады – қызыл және көк түсті жолы жүктелмей қалады. Бұл фактіні және интерфейстік блок бекітіп, монохромды монитор табылуы туралы жүйеге хабарлау. Егер түрлі түсті мониторда терминаторлар сөндіріп тастаса (кейбір үлкен мониторлар рұқсат етеді ), онда олары монохромды деп қабылдайды.

BIOS модулінің кеңейтілуі (Video BIOS) видеосервис (INT10h) драйверлерінің кодын сақтайды және белгі генераторларының кестелері. Бұл модуль EGA және VGA адаптерлерімен пайда болды және кез келгені карта орнату мүмкіншілігін қамсыз етеді. Модуль кеңейтілуі графикалық адаптер инициализациясына арналған басында POST (басты жадты тестілеуге дейін) басқаруды алады, экранда оның заставкасы BIOS жүйесінің заставкасына дейін пайда болады. Модуль бастапқы адрес 0000 h ие, оның өлшемі адаптер модуліне байланысты: соңғы адрес EGA BIOS — C3FFFh, VGA BIOS — C7FFFh. BIOS кеңейтілуінде ТЖҚ 8-разрядты микросхема қолданылады, бейне құрудың жоғары өнімділігі үшін көлеңке жад (Video BIOS Shadowing) қолданады немесе кэштеу (Video BIOS Caching). MDA және CGA адаптерлері үшін драйверлер BIOS жүйесінде құрылған. Графикалық адаптерлер үшін, интеграцияланған жүйелік платада, бағдарламалық сүйеу сонымен қатар BIOS жүйесінде құрылған.

Видеокомпоненттер әзірше дисплейлік адаптердің маңызды қажеттілігі емес. Олар әртүрлі кодековпен аппараттық сүйеуді қоса алады (көбінесе - MPEG-плейер), сүйеу құралдары видеоовер, фрейм - граббер, TV-тюнер.

Біріншіден, графикалық адаптерлер ЭЛТ (6845) контроллері базасында құрылды, орта дәрежелі интеграция көп жиектелген микросхемалар. Қазіргі дисплейлік жоғары дәрежелі интеграциялы арнайы интгерлады схема жинағы – графикалық және видеочипсеттер. Бұл микросхемалар видеожад микросхемаларымен бірге қолданылып, адаптерлердің негізгі мінездеме анықтайды.

Әдебиет: 5, бет. 12-45; 6, бет. 15- 58

Бақылау сұрақтар

1. Видеоадаптер құрылғысын түсіндіріңіз?

2. EGA мен VGA айырмашылығы?

3. Видеожад не ұсынады?

4. ЭЛТ контроллері не ұсынады?

5. Атрибуттардың контроллері не ұсынады?

6. Белгі генераторы не ұсынады?

7. Графикалық контроллер не ұсынады?

8. Синхронизатор не ұсынады?

9. BIOS модуль кеңейту не ұсынады?