Хотя общий объем памяти и ограничивает количество цветов, которые может создавать видеоадаптер, сам спектр оттенков, получаемых на экране монитора, зависит от используемого RAMDAС. До сих пор мы в основном уделяли внимание разрешающей способности и количеству воспроизводимых цветов, совершенно "забывая" о скорости работы видеоадаптера.
| Разр. Спос. | Кол. бит на пиксел | Кол. цветов | Мин. объем видеопамяти, Мб |
| 640x480 | 4 | 16 | 0,25 |
| 640x480 | 8 | 256 | 0,50 |
| 640x480 | 16 | 65 536 | 1,00 |
| 640x480 | 24 | 16777216 | 1,00 |
| 800x600 | 4 | 16 | 0,25 |
| 800x600 | 8 | 256 | 0,50 |
| 800x600 | 16 | 65536 | 1,00 |
| 800x600 | 24 | 16777216 | 1,50 |
| 1024x768 | 4 | 16 | 0,50 |
| 1024x768 | 8 | 256 | 1,00 |
| 1024x768 | 16 | 65 536 | 1,50 |
| 1024x768 | 24 | 16 777216 | 2,50 |
| 1280x1024 | 4 | 16 | 1,00 |
| 1280x1024 | 8 | 256 | 1,50 |
| 1280x1024 | 16 | 65536 | 2,50 |
| 1280x1024 | 24 | 16 777 216 | 4,00 |
| 1600x1200 | 4 | 16 | 1,00 |
| 1600x1200 | 8 | 256 | 2,00 |
| 1600x1200 | 16 | 65 536 | 4,00 |
| 1600x1200 | 24 | 16777216 | 6,00 |
Понятно, что чем большее количество, памяти занимает изображение, тем большее число байт необходимо обрабатывать и пересылать на монитор, причем за время, ограниченное прямым ходом кадровой развертки. Следует также
Таблица 6. Объем видеопамяти в зависимости от разрешения и количества цветов
помнить о том, что сама видеопамять — это ресурс, который разделяют между собой микропроцессор системы и видеоконтроллер.
Стоит обратить внимание, что обычная микросхема фрейм-контроллера является, вообще говоря, достаточно пассивным устройством. Все операции по записи и модификации данных в видеопамяти выполняет сам процессор системы. Следовательно, чем быстрее используемый микропроцессор, тем быстрее начинает работать и видеоподсистема компьютера. Однако и здесь существует определенный предел, который связан с конечным быстродействием системной шины, через которую и происходит обмен между процессором и видеоадаптером. Так как, например, системная шина ISA работает на тактовой частоте 8 МГц, использование локальной шины VL-bus с тактовой частотой 50 МГц позволило ускорить работу примерно в 6 раз.
Однако более логичным выходом из сложившейся ситуации было бы использование более "интеллектуального" видеоконтроллера, который смог бы разгрузить основной процессор от некоторых рутинных операций. Стоит отметить, что в настоящее время видеоадаптеры с фрейм-контроллером производятся. Подавляющее большинство видеоадаптеров базируются на так называемых ускорителях; (акселераторах) или, но реже, на графических сопроцессорах.
Акселераторы и графические сопроцессоры повышают быстродействие видеоподсистемы отчасти благодаря сокращению количества информации, передаваемой по системной шине компьютера. Часть изображения может создаваться этими устройствами уже без загрузки основного процессора. Для этого им посылаются специальные команды или даже небольшие подпрограммы (для сопроцессоров). Собственно акселератор представляет из себя специализированный графический сопроцессор, ориентированный на выполнение строго определенного перечня графических операций с ориентацией на конкретные программы и приложения. Соответственно графический сопроцессор — устройство более универсальное, которое можно запрограммировать на выполнение практически любых графических функций. Таким, образом, основная разница между сопроцессором и акселератором состоит в степени их программируемости. Поскольку эти устройства оптимизированы именно для выполнения графических операций, то и все такие операции они выполняют быстрее, чем универсальный микропроцессор, кроме того, работают они с ним параллельно.
Широкое применение Windows подтолкнуло развитие видеоадаптеров с акселераторами, в первую очередь ориентированными именно на эту программную среду. Большинство микросхем акселераторов берет на себя выполнение операций перемещения фрагментов растрового изображения (битовых блоков) BitBlt, рисования линий и многоугольников, закрашивания определенным цветом указанных многоугольников, а также поддержку аппаратного курсора.
1.14.3 Графические и мультимедиа-акселераторы
Вообще говоря, для повышения производительности по графическим операциям существуют довольно веские причины. Допустим, при работе в Windows 256 цветов (то есть 8 бит на пиксел) отображаются при разрешающей способности 1280 на 1024 точки. Это значит, что 1,3 Мбайта данных передаются из видеопамяти на экран 72 раза в секунду. Таким образом, необходимо обеспечить скорость передачи не менее 92 Мбайт/с. И это только для пересылки статического изображения. Любые другие операции потребуют дополнительного увеличения скорости. я доступа конкретных микросхем видеопамяти, но и, например, изменив способ ее организации и/или увеличив разрядность шины память-контроллер. Впервые фирма Tseng Labs использовала "чередующуюся" (intereaving) память на обычных DRAM. Вся видеопамять была разбита на два блока по четным и нечетным адресам. Это позволяло посылать из одного блока данные на экран, а во второй блок записывать данные с системной (локальной) шины. Скорость передачи удалось увеличить до 160 Мбайт/с.
Вообще говоря, внутренняя структура микросхем видеоконтроллеров отличается весьма значительно. Впрочем, можно выделить ряд общих задач, которые выполняет каждая из них: связь с основным процессором, коммуникация с видеопамятью и пересылка изображения на экран. Для реализации дополнительных (ускоряющих) функций в каждой микросхеме имеются, разумеется, специальные блоки. Например, тот же графический контроллер MGA фирмы Matrox имеет встроенные функции для трехмерной графики. Большинство современных микросхем акселераторов поддерживают функции энергосбережения.
Жесткие требования, предъявляемые сегодня к видеоподсистеме персонального компьютера, особенно заметны именно для систем, в той или иной степени связанных с мультимедиа. Под мультимедиа-акселераторами понимают устройства, которые помимо ускорения обычных графических операций (перенос блока данных BitBlt, закраска прямоугольников, поддержка аппаратного курсора) могут также выполнять ряд операций по обработке видеоданных. Иными словами, под мультимедиа-акселераторами понимают совокупность программно-аппаратных средств, которые объединяют базовые возможности графических акселераторов с одной или несколькими мультимедиа-функциями, требующими установки в компьютер дополнительных устройств. Так, к мультимедиа-функциям относятся, например, следующие:
- цифровые фильтрация и масштабирование видео,
- аппаратные цифровые компрессия и декомпрессия видео,
- ускорение графических операций, связанных с трехмерной (3D) графикой,
- поддержка "живого" видео на мониторе,
- наличие композитного видеовыхода,
- вывод TV-сигнала на монитор.
Появление спецификации DCI (Display Control Inreface) фирмы Microsoft позволило осуществить воспроизведение полноскоростного цифрового видео с использованием ресурсов мультимедиа-акселераторов. Вообще говоря, DCI — это интерфейс нижнего уровня, который дает возможность программным средствам для воспроизведения видео воспользоваться имеющимися возможностями аппаратных средств. Так, если DCI-драйвер обнаружил наличие аппаратной поддержки некоторых мультимедиа-функций, он изменяет последовательность выполнения операций и разгружает центральный процессор от выполнения некоторых из них.
Надо сказать, что сейчас большинство фирм, выпускающих микросхемы графических акселераторов, включили в свою производственную программу изделия, выполняющие ряд мультимедиа-функций. В частности, сигнал изображения может преобразовываться из пространства RGB в пространство YUV, над ним могут выполняться такие операции, как сжатие, билинейное масштабирование, линейная интерполяция, фильтрация и растрирование (dithering). Кроме того, часто имеются встроенные схемы genlock, позволяющие синхронизировать преобразованный компьютерный сигнал RAMDAC по внешнему (NTSC/PAL) видеосигналу. На кристаллах также интегрируют схемы управления разделяемым фрейм Jбуфером. Для наложения графики и видео используют схемы управления типа "хромакей" (chromakey). Многие микросхемы ускоряют алгоритмы декомпрессии стандартных видеокодеков, включая, например, Indeo, Cinepak и MPEG-4.
Из наиболее общих технологических тенденций, доминирующих на рынке мультимедиа-акселераторов, кроме уже перечисленных можно отметить следующие: использование 32- и 64-разрядных микросхем-контроллеров с чередованием блоков памяти, увеличение объема видеопамяти и повышение частоты обновления изображения, внедрение новых стандартов мониторов DPMS и DDC, поддержка воспроизведения цифрового видео, отсутствие единого стандарта на видеошину, ускорение трехмерных (3D) графических операций недорогими средствами.
Несомненно революционным стало появление так называемых 3D (трехмерных) мультимедиа-акселераторов. Подобные платы адаптеров в конце 1995 года стала выпускать фирма Diamond Multimedia Systems, лидирующая на рынке плат графических акселераторов. Данные устройства базируются на технологии, предложенной компанией Nvidia. В частности, это позволяет пользователям при работе с Windows 95 получать фотореалистичное трехмерное изображение, быструю двухмерную графику, "живое" видео и табличный волновой синтез звука. ЗD-акселераторы, в частности, позволяют достигать разрешения 1024 на 768 точек и более, при одновременном воспроизведении 65 тысяч цветов, но, самое главное, получаемое при этом изображение полностью соответствует по скорости реальному действию. В недавнем прошлом такая технология обходилась не менее чем в 2 тысячи долларов, а вот стоимость карт сейчас варьируется в пределах двух сотен долларов.