Бейнекартаның жұмыс істеу принципі

Кіріспе

IBM PC үшін ен бірінші графикалық адаптер 1981 жылы MDA(Monochrome Display Adapter) болды.Ол тек мәтіндік режимде 80×25 символдық рұқсаттамасымен(физикалық 720×350 нүкте) және мәтіннің бес атрибутын қолдады:қарапайым,жарқан,инверсті,асты сызылған және жыпықтау.Ешқандай графикалық немесе түстік ақпарат жібере алмады,онын өзінде,әріптер қандай түсте болатыны қолданылып отырған монитордың моделімен анықталып отырды.Әдетте олар ақ,кәріптас түсті немесе .1982 жылы HERCULES фирмасы MDA адаптерінің дамыған түрін шығарды,бейнеадаптер HGC (Hercules Graphics Controller — Геркулес графикалық адаптері),оның 720×348 нүтелі рұқсаттамасы болды және екі графикалық бетті қолдады.Бірақ ол әлі де әр түрлі түстермен жұмыс істей алмады.
Бірінші түсті бейнекарта CGA (Color Graphics Adapter) болды,оны IBM шығарды және ол келесі стандартты бейнекарталарға негіз болды.Бұл бейнекарта бір жағынан 40×25 және 80×25 (симвлдың матрицасы — 8×8) рұқсаттамалы мәтіндік режимде жұмыс істей алды бір жағынан 320×200 нүктелі немесе 640×200 нүктелі рұқсаттамалы графикалық режимде жұмыс істей алды.Мәтіндік режимда 256 символдың атрибуты – 16 символдық түс және 16 фондық түс (немесе фонның 8 түсі және ), графикалық режимде 320×200 үшін әр қайсысы 4 түрлі түстен тұратын 4 палитра болды,ал жоғары рұқсаттамалы режим 640×200 монохромды болды.Кейін EGA (Enhanced Graphics Adapter) – жақсартылған графикалық адаптер шықты,64 түсті палитра және .Рұқсаттама 640×350 дейін жақсартылды,осының нәтижесінде 8×8 символдық матрицасымен 80×43 мәтіндік режим қосылды. 80×25 режимі үшін үлкен матрица қолданылды - 8×14,біруақытта 16 түсті қолданатын мүмкіншілік пайда болды,ал түстер палитрасы 64 түске дейін кеңейтілді. 640×350 рұқсаттамалы графикалық режимде 64 түсті палитраның 16 түсін пайдалана алды. CGA және MDA болды.

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 17 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының
Білім және Ғылым Министрілігі
Л.Н.Гумилев атындағы
Еуразия Ұлттық Университеті
Ақпараттық жүйелер факультеті
Есептеу техникасы кафедрасы
КУРСТЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Бейнекартаның жұмыс істеу принципі

ЕТБҚ мамандығы бойынша

Жұмысты орындаған:
Курстық жұмысты қабылдаған:

Мазмұны:
* Графикалық адаптердің құрылысы
* Графикалық адаптердің BIOS
* Графикалық процессор
* Графикалық және жүйелік микросхемалар жиынын таңдау

Графикалық жады
* DDR SDRAM жадысы
* Графикалық жады жылдамдығы
* Графикалық жүйе шинасының разряды
* Санды-аналогті жаңартушы
* Шина
* Графикалық драйвер
* Графикалық API
* CrossFire немесе SLI
* Техникалық база
* Негізгі қағидалары
* Салыстырулар жүргізейік

Кіріспе

Курстық жұмыстың тақырыбы - "Бейнекартаның жұмыс істеу принципі".
Жұмыс мақсаты - Компьютер бейнекартасының жұмыс істеуін зерттеу және құрылысын түсіну.
Бейнекарта (бейнеадаптер) -- монитордың көмегімен арнайы тақша басқарады, оны бейнеадаптер деп атайды. Монитормен бірге бейнекарта дербес компьютердің бейне бағыныңқы жұйесін құрайды .

Дисплей (монитор) - деректерді көрсетіп ұсынатын құрылғы. Олақпаратты шығарудың ең танымал құрылғысы болып табылады.

Тарихы

IBM PC үшін ен бірінші графикалық адаптер 1981 жылы MDA(Monochrome Display Adapter) болды.Ол тек мәтіндік режимде 80x25 символдық рұқсаттамасымен(физикалық 720x350 нүкте) және мәтіннің бес атрибутын қолдады:қарапайым,жарқан,инверсті,а сты сызылған және жыпықтау.Ешқандай графикалық немесе түстік ақпарат жібере алмады,онын өзінде,әріптер қандай түсте болатыны қолданылып отырған монитордың моделімен анықталып отырды.Әдетте олар ақ,кәріптас түсті немесе .1982 жылы HERCULES фирмасы MDA адаптерінің дамыған түрін шығарды,бейнеадаптер HGC (Hercules Graphics Controller -- Геркулес графикалық адаптері),оның 720x348 нүтелі рұқсаттамасы болды және екі графикалық бетті қолдады.Бірақ ол әлі де әр түрлі түстермен жұмыс істей алмады.
Бірінші түсті бейнекарта CGA (Color Graphics Adapter) болды,оны IBM шығарды және ол келесі стандартты бейнекарталарға негіз болды.Бұл бейнекарта бір жағынан 40x25 және 80x25 (симвлдың матрицасы -- 8x8) рұқсаттамалы мәтіндік режимде жұмыс істей алды бір жағынан 320x200 нүктелі немесе 640x200 нүктелі рұқсаттамалы графикалық режимде жұмыс істей алды.Мәтіндік режимда 256 символдың атрибуты - 16 символдық түс және 16 фондық түс (немесе фонның 8 түсі және ), графикалық режимде 320x200 үшін әр қайсысы 4 түрлі түстен тұратын 4 палитра болды,ал жоғары рұқсаттамалы режим 640x200 монохромды болды.Кейін EGA (Enhanced Graphics Adapter) - жақсартылған графикалық адаптер шықты,64 түсті палитра және .Рұқсаттама 640x350 дейін жақсартылды,осының нәтижесінде 8x8 символдық матрицасымен 80x43 мәтіндік режим қосылды. 80x25 режимі үшін үлкен матрица қолданылды - 8x14,біруақытта 16 түсті қолданатын мүмкіншілік пайда болды,ал түстер палитрасы 64 түске дейін кеңейтілді. 640x350 рұқсаттамалы графикалық режимде 64 түсті палитраның 16 түсін пайдалана алды. CGA және MDA болды.
Барлық бейнеадаптерлрдің монитормен интерфейсі сандық түрде болғанын байқауға болады. MDA және HGC тек нүктенің жарқырайтынын әлде жарқырамайтынын жіберетін және "жарқын" атрибуты үшін қосымша жарық сигналдары арқылы.Осыған ұқсас CGA үш канал бойынша (қызыл,жасыл,көк) негізгі бейнесигнал және қосымша жарық сигналдарын (барлығы 16 түс) жібере алады.EGA әрбір негізгі түске жіберетін екі желісі болды,яғни әрбір негізгі түс толық жарықтықпен көрінеді,толық жарықтың 23 немесе 13-і,бұл бізге максималды 64 түсті береді.
IBM PS2 компьтерінде жаңа графикалық адаптер MCGA(Multicolor Grapgics Adapter - көп түсті графикалық адаптер).Мәтіндік рұқсаттамасы 640x400 дейін көтерілді,бұл бізге 8x8 матрицасында 80x50 режимін,ал 8x16 матрицасында 80x25 режимін қолдану мүмкіншілігі туындады.Түстер саны 262144(арбир туске 64 денгейли жарыктылык типа осылай).EGAмен сәйкестігі үшін мәтіндік режиміне түстер кестесі енгізілді,осы арқылы EGA-дің ,ң түсті кеңістігінен MCGA кеңістігіне өзгереді. 320x200x256 режимі пайда болды,мұнда экрандағы әр пиксел бейнекартадағы сәйкес байтпен кодталған,ешқандай биттік жазықтық болмады,осыған орай EGA тек мәтіндік режиммен сәйкестігі болды,ал CGA толық сәйкестік болды.Негізгі түстердің жарықтық көлемі артқандықтан түстік сигналдарға ұқсас түрін қолдану керек болды,ескі жаймалардың өзінде жиілігі 31,5 кГц жетті.
IBM мұнымен тоқтап қалмай VGA (Video Graphics Array -- графический бейне массив) жасады.Бұл MCGA ұлғайған түрі, EGAмен үйлесіиді және PS2 орта моделдеріне енгізілген.Бұл 80-жылдардың аяғынан бастап стандартты бейнеадаптер. MDA эмуляциясы үшін 720x400 мәтіндік рұқсаттамасы және 640x480 графический режимі биттік жазықтық арқылы кіру мүмкіндіктері қосылды. Квадратты пиксел қолданылуымен,яғни пикселдердің горизонталды және вертикалды сандарының қатынасы экран жақтарының қатынасына сәйкес келуі -- 4:3, 640x480 режимінің артықшылығын көреміз.Кейін 640x480x256 и 1024x768x256 рұқсаттамалы IBM 8514a жасалды,және 132x25 (1056x400) мәтіндік режимімен және (640x480x65K) түстінің кеңтілуімен IBM XGA жасалды.
1991 жылдан бастап SVGA (Super VGA -- сверх VGA) түсінігі пайда болды -- VGA-дің кеңейтілуі,жоғарғы режимдер мен қосымша қызметтердің қосылуы.Мысалы,кадрлар жиілігін еркін қою мүмкіндігі.Бір уақытта көрсетілетін түстер саны 65 536 (High Color, 16 бит) дейін және 16 777 216 (True Color, 24 бит),қосымша мәтіндік режимдер қосылды.Қызметтік функцияларда VBE (VESA BIOS Extention -- рұқсаттамасы BIOS стандарты VESA) қолдауы пайда болды.1992 жылдың ортасында VESA ассоциациясы VBE стандартының 1.0 нұсқасы қабылдаған соң, SVGA бейнеадаптер стандарты ретінде қабылданатын болды.Осыған дейін SVGA барлық бейнеадаптерлері өзара үйлесімсіз болды.
Көп операциялық жүйелерде пайда болған графикалық қолданушылық интерфейс,бейнеадаптерлердің дамуының жаңа кезеңге өтуге себепші болды."Графикалық жылдамдатқыш" (graphics accelerator) түсінігі пйда болды.Бұл бейнеадаптерлер,кейбір графикалық функциялардың орындауын аппараттық деңгейде орындайды.Бұл функцияларға мыналар жатады:экранның бір бөлігінен екінші бөлігіне бейне бөліктерін жылжыту(мысалы,терезені жылжыту),бейне бөліктерін құю,жолақтарды, доғаларды, шрифттерді салу,аппараттық курсорды қолдау және т.б.Осы мамандандырылған құрылғының осыншама дамуына графикалық қолданушылық интерфейс, сөзсіз ыңғайлы, бірақ оны қолдану орталық процессордан көп есептеуіш қорды талап етеді, ал заманауи графикалық жылдамдатқыш одан ақырғы бейнені экранға шығаратын есептеудің көп бөлігін алады.

Графикалық адаптердің құрылысы:
Графикалық адаптердің жұмыс істеу үшін қажетті бөлшектері:
* BIOS (Basic InputOutput System - еңгізу-шығарудың базалық жүйесі);
* графикалық процессоры, кейде графикалық адаптердің жүйелік логикасының микросхемалық жиыны деп аталады;
* Санды-аналогті жаңартушы, ол DAC (Digital to Analog Converter). Кезінде бөлек микросхема ретінде қолданған, DAC көбінесе графикалық адаптерға жаңа микросхемалар жиынын еңгізеді. Осындай сандық жүйелік жаңартушыға қажеттілік жоғалады, бірақ та, әлдеше VGA аналогты интерфейсі және аналогты мониторы бар болғаны үшін, DAC әлі бірнеше уақыт қолданылады.
* ажырату;
* графикалық драйвер;
Көптеген графикалық адаптерларда, үш өлшемді объектілердің атқарымды жылдамдатушы микросхемалары бар.
Графикалық адаптердің BIOS
Жүйелік BIOS - қа ұқсас, графикалық адаптерлардің өз BIOS-ы болады, бірақ толық тәуелсіз одан. (Комптютердегі басқа құрылғыларында, мысалы SCSI-адаптері сияқты, өздерінің BIOS-ы болуы мүмкін). Мониторды бірінші қосып экранына қарасаңыз, сіз жүйенің қосылу барысының басында, графикалық адаптердің BIOS деген айрықша белгісін қөре аласыз.
BIOS графикалық адаптері, жүйелік BIOS секілді, ROM микросхемасында сақталады; ода басты командаларды болады, осы командалар графикалық адаптер құрылғысы мен бағдарламалық қамтамасыз ету арасында интрефейсін ұсынады. BIOS графикалық адаптерінің атқарымдарына қарым қатынас жасайтын бағдарлама, операциялық жүйенің немесе BIOS жүйесінің ,автономды бағдарламасы болуы мүмкін. BIOS атқарымдарына қарым-қатынас, POST процедурасы жұмыс жасау кезінде, мониторға ақпараттар шығарып және дисктағы басқа драйверлерін оқу алдында жүйенің жүктеуін орындайды.
BIOS графикалық адаптері, жүйелік BIOS секілді, екі жолмен жетілдіруге болады. Егер BIOS, EEPROM микросхемасында жазылған болса, онда оның құрамын арнайы бағдарлама мен өзгертсе болады, адаптердің шығарушы ортаның көмегімен. Болмаған жағдайда микросхеманы жаңасына ауыстырса болады, қайтадан сол адаптердің шығарушы ортаның көмегімен. Бағдарламалық қамтамасыздандыру қөмегімен өзгертуге болатын BIOS-ы, кейде flash BIOS деп атайды.
Графикалық адаптердің жаңартылуы мына жағдайда керек болуы мүмкін, егер ескі адаптер жаңа жүйелік ортада жұмыс жасаса немесе адаптерді өндіруші бағдарлама код құрамында қате тапса. Бағдарлаға жаңарту нұсқасы шыккан сайын оны жаңарта беруді әдетке айналмырдаңыз. Ережені сақтауға тырысыңыз: жаңартпаңыз, егер қажеттілігі боламаса.

TV-шығу жолы
1. DVI жалғатушысы (аналогты сигналға ауыстырса болады)
2. VGA шығу жолы
3. Салқындатушы желдеткіш жалғатушысы
4. DAC және жылу-қайтарғышжелдеткіш пен біріктірілген RADEON графикалық процессоры.
5. AGP 8x жалғатушысы.
6. DDR (128Мбайт) жад модулі.
7. Кернеуді реттейтін микросхемасы.
Графикалық процессор
Графикалық процессор несеме микросхемалар жиыны, кез-келген графикалық адаптердің ең басты құралы және құрылым жылдамдығын ерекшелеп, оның атқарымды мүмкіндіктерін көрсетеді. Екі түрлі графикалық адаптерлардың өндірушілерінің бір деңгейлі процессорлары көбінесе графикалық мәлеметтерді өндеушілігі және өнімділік сәйкестігін көрсетеді. Бұдан басқа, бағдарламалар драйверлер көмегімен операциялық жүйелер және графикалық адаптердің қосымшалары басқарады, ережеге сай, нақты микросхема параметірлерін жиынын есепке алып ойланып табылады.
Көбінесе драйвер, графикалық адаптердің айкын микросхемаларына жиынына арналған, басқа да адаптермен қолдануға болады, егер сол басқа адаптерда микросхема жиыны болса. Арине, графикалық адаптердің жылдамдықтары оған қойылған графикалық жадының түрі мен көлеміне байланысты. Графикалық адаптерлар да бірнеше негізгі процессор түрлері қолданылады.
Бейнеконтроллер
Бейнеконтроллер бейненің бейнекартада қалыптасуына, RAMDAC командасы арқылы сигналдар жаймасын манитор үшін қалыптастыруға және орталық процессордың сұрауларын жүзеге асыруға жауапты.Бұдан бөлек , әдетте сыртқы шина мәліметтері контроллері (мысалы, PCI немесе AGP),ішкі шина мәліметтері контроллері және бейнежады контроллері болады. Ішкі шина және бейнежады шинасларының ені сыртқы шина енінен көп болады (64, 128 немесе 256 разрядтары 16 немесе 32 разрядтарына қарсы),көп бейнеконтроллердің ішінде RAMDAC болады. Заманауи графикалық адаптерлерде (AMD, nVidia) әдетте екі бейнеконтроллер болады,олар бір-біріне тәуелсіз жұмыс жасайды және әрқайсысы бір уақытта бір немесе бірнеше дисплейді басқарады.
Бейне - ТСҚ
Бейне - ТСҚ (Video ROM) -- тұрақты сақтағыш құрылғы, оған бейнекарта BIOS-і,экрандық шрифтты,қызметтік кесте және т.б. жазылады. ТСҚ бейнеконтроллермен тікелей қолданылмайды -- онымен тек орталық процессор ғана байланыса алады.
BIOS негізгі операциялық жүйе жүктелмей жатып бейнекарта жұмысын және инициализациясын қамтамасыз етеді, барлық төменгі дәрежелі бейнекарта параметрлерін беріп кетеді,оның ішінде жұмыс жиілігі және графикалық процессор мен бейнежадының кернеулік мөлшерін,жады таймингін беріп кетеді.Сонымен қоса, VBIOS жүйелік мәліметтерді сақтайды, олар жұмыс барысында бейнедрайвермен оқылады және түсіндіріле алады(драйвер мен BIOS арасында қай жауапкершілікті бөлу әдісін қолданғанына байланысты). Көп заманауи карталарда электрлік қайта бағдарламаланатын ТСҚ (EEPROM, Flash ROM) орнатылады, арнайы бағдарлама арқылы қолдаушы бейне-BIOS қайта жаза алады.
Бейне-ОЖҚ
Бейнежады кадырлық буфердің рөльін істейді, қайсысында суреттер сақталынады, генерирацияланатын және әрқашан графикалық процессормен өзгеріліп отыратын және де монитор экранына шығарылып отырады (немесе бірнеше монитор бетіне). Бейнежадыда экранға көрінбейтін аралық суреттің элементтері және мәлеметтері болады. Бейнежадының бірнеше түрлі типі болады, олар жылдамдық мүмкіндігімен және жұмыс жиілік түрлерімен ажыратылады.
Қазіргі таңдағы бейнекарталар DDR,GDDR2, GDDR3, GDDR4 және GDDR5 жады түрлерімен құрамданады. Әр кезде есте сақтау қажет, бейнежадыдан басқа бейнекартада орналасқан, қазіргі таңдағы графикалық процессорлар өз жұмысында жалпы жүйенің бір бөлігін қолданады, тікелей қатынас оған бейне адаптердің драйверімен AGP немесе PCIE шинасымен қамтамасыз етіледі. Uniform Memory Access архетиктурасын қолданатын кез болған жағдайда, бейнежады ретінде компьютердің жүйелік жадын қолданады.

RAMDAC және TMDS

Санды-аналогты айналдырушы (САА; RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) суреттерді айналдыруға арналған, бейнеконтроллермен жасалатын, түсті интенсивтілік деңгеінде, аналогты мониторға беріледі. RAMDAC параеметірлері арқылы түстік диапазон мүмкінділігі анықталады. RAMDAC жиі төрт түрлі басты блогы бар: үш санды-аналогты айналдырушы, әр қайсысына бір түсті канал (қызыл, жасыл, көк - RGB) және SRAM гамма-коррекция туралы мәлеметтер сақтау үшін. Көптеген САА-да 8 разрядты бит каналы болады - сол кезде әр түске 256 жарық деңгейі түседі, бұл жалпы сомада 16,7 млн түс береді. Кейбір RAMDAC, 10 бит разряды әр каналында болады (1024 жарық деңгейі), бұл 1 млрд түс көрсете алады, бірақ бұл мүмкіншілікті көп қолданбайды. Екінші мониторга қолданыс бері үшін, көбіне екінші САА орнатады.
TMDS (Transition-minimized differential signaling -- дифференциалды сигнал өткізудегі минималды деңгей жоғалуы) САА-сыз сандық сигнал тасымалдаушы. DVI-D, HDMI, DisplayPort қосылымдар кезінде қолданылады. ЖК- монитор және плазмалық панельдер пайда болып таралғаннан кейін, аналогты сигналда қажеттілік төмендеді. Көпетеген айналымдарды айналып өту үшін Silicon Image, TDMS ойлап табады.

Коннектір

MDA, Hercules, EGA және CGA бейнеадаптерлары 9 контактілі D-Sub түріндегі разъемдарымен қамтамасыз етілген. Кей кезде коаксальді Composite Video разъемы болған, ақ-қара суреттерді теледидарлық қабылдағышқа немесе мониторға шығаруға.
Бейнеадаптері VGA және одан кешкілері жай қолданыста VGA разъем түрінің біреуін қолданған (15 контактілі D-Sub). Кей кезде VGA-адаптер түрлері, алдыңғы (9-контактілі) разъем түрлерін қолданған, ескі мониторлармен қолданыс жасауға мүмкіншілік болу үшін. Жұмыс шығу орны бейнеадаптер платасына қарай таңдалған. Қазіргі таңда платаларды DVI, HDMI және DisplayPort разъемдарымен бірден үшке дейінгі көлемде (кейбір сонгы шығаралымдағы ATi бейнекарталары алты коннектормен шығарылады).
DVI және HDMI порттары бейнесигналын таратуда эволюция жолында келеді, сондықтан бұл порттарымен қосылу үшін жалғағыштар (DVI разъемын D-Sub гнездосына қолданады - аналогты сигнал, HDMI (High Bandwidth Digital Copy Protection) разъёмын DVI-D гнездосына -- сандық сигнал. DVI-I порты өзіне аналогты сигналды қоса алады, D-SUB разъемына жалғағыш арқылы монитор қосуға мүмкіндік береді (DVI-D ондайға жарамсыз).
DisplayPort төрт құрылғыға дейін қосу мүмкіндігін береді, оның құрамында аудио-құрылғылар бар, USB - концентраторы және басқа да құрылғылар.

9-контактілі разъем S-Video TV-Out, DVI және D-Sub.

Салқындатқыш жүйесі
Салқындатқыш жүйесі бейнепроцессордағы және бейнежадыдағы темпиратураны белгілі бір деңгейде сақтап отыруға және құрылғы қызып кетпеуін қадағалап отыруға арналған.
Сонымен қатар, қазіргі таңдағы графикалық адаптердің дұрыс және жарты-функционалды жұмысы бейнедрайвердің - арнайы бағдарламамен қамтамасыз ету көмегімен орындалады, өңдеушімен берілетін және жүйенің қосылу кезіндегі үрдісінде қосылады.

Интерфейс
Бейне-жүйесінің жалдамдығына бірінші кедергі ол интерфейстің мәлемет жіберуі болып табылады, қайсыңан бейне-адаптер қосылған. Қаншалықты бейне-адаптердің процессор жылдамдығы жылдам болғанымен, оның бар мүмкіншілігі қолданыста болмай қалады, егер оның және орталық процессормен, оператифті жад, қосымша бейне-құрылғылары араларындағы мәлемет алмасатын сәйкес каналдары қамтамасыз етілмесе. Мәлемет алмасу кезіндегі басты канал аналық платаның интерфейсті шинасы, ол осының арқасында орталық процессормен және оперативті жады арасында мәлемет алмасады. IBM PC қолданған алғашқы шина XT-Bus болған, ода 8 бит мәлемет және 20 бит адрес, 4,77 МГц жилігінде жұмыс жасады. Кейін ISA (Industry Standart Architecture -- қалыпты өндірістік архитектурасы) шинасы шығарылды, сейкесінше 1624 разряды болған және 8 МГц жилігінде жұмыс. Ең жоғарғы өткізгіш қабілеті 5,5 МиБс-нан шамалы жоғары болды. Бұл қабілеті текстік мәлеметті және он алты түсттік ойынды көрсетуге жетті.
Кейінгі үкен қадам MCA (Micro Channel Architecture) шинасы пайда болғанымен болды, ол IBM фирмасының жаңа PS2 компьютерлерімен пайда болды. Оның разряды 3232 бит және өткізгіш қабілеті 40 Мбс болды.
486 сериялық процессор пайда болғанымен, перефериялық құрылғыларды ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.