BHP II semestr

Praca kontrolna.

Przedmiot: Użytkowanie komputera

Temat pracy: Karty graficzne.

1. Monitory-zasada działania.

Zasada powstawania obrazu na monitorze jest taka sama jak w odbiorniku TV. Lampa elektronowa wysyła elektrony w kierunku luminoforu, substancji świecącej pod wpływem ich uderzeń. Specjalne elektrody ogniskujące tworzą z elektronów cienką wiązkę. Dwa zespoły elektromagnesów sterują wiązką powodując zapisywanie monitora kolejnymi poziomymi liniami.

W monitorach kolorowych występują trzy katody odpowiadające za tworzenie trzech kolorów podstawowych red, green, blue, z których można otrzymać kolory pośrednie. Sterownik monitora wytwarza sygnał cyfrowy RGB w którym mogą występować tylko dwie wartości logiczne 0 i 1. Pozwala to na uzyskanie tylko ośmiu kolorów. Dodając element sterowania intensywnością plamki można przy sterowaniu cyfrowym w kodzie czterobitowym IRGB otrzymać obraz złożony z 16 kolorów, który jest granicą możliwości tej formy sterowania. Większą liczbę kolorów pozwalają uzyskać dopiero sygnały analogowe.

Obecnie coraz większą popularnością cieszą się wyświetlacze ciekłokrystaliczne.

Wszystkie wyświetlacze LCD (Liquid Crystal Display) wykorzystują zjawisko oddziaływania ciekłych kryształów na spolaryzowane światło. Promień światła, przechodząc przez specjalny filtr polaryzacyjny ulega uporządkowaniu w ściśle określonym kierunku, w pionie lub poziomie. Spolaryzowane światło, trafiając następnie na drugi filtr, jest albo wytłumiane, albo przechodzi przez niego bez przeszkód co (w ogromnym skrócie) pozwala na uzyskanie obrazu.

2) Zasada działania karty graficznej.

Karta graficzna jest układem sterującym wyświetlaniem obrazu na monitorze. Ma postać karty montowanej w splocie PCI, lub specjalnym złączu AGP na płycie głównej.

Prosta karta graficzna składa się ze sterownika (CRT), pamięci obrazu (Video RAM) i konwertera cyfrowo-analogowego (Video DAC). Każdy punkt na ekranie to jeden bajt w pamięci obrazu RAM. Wyczytany z pamięci adresuje 1 z 256 18 bitowych rejestrów, które są podzielone na trzy 6-cio bitowe elementy zgodne z trzema kolorami podstawowymi. Po konwersji w przetwornikach DAC pozwala to na uzyskanie 64 poziomów napięć sterujących każdą katodą koloru RGB. Obraz zapamiętywany jest w kolejnych liniach zawierających pixele czyli 8-bitowe informacje o kolorze. Jakość wyświetlanego obrazu zależna jest między innymi od ilości linii i zawartych w niej pixeli, co nazywamy rozdzielczością. Jeżeli obraz składa się z 600 linii każda po 800 pixeli to rozdzielczość wynosi 800x600 pixeli.

Rozdzielczość jest zależna od wielkości pamięci karty (Video RAM), możliwości procesora głównego i graficznego. Dla poprawnego wyświetlenia obrazu konieczne jest jego odczytywanie z pamięci i rysowanie na monitorze z częstotliwością dla rozdzielczości 800x600 minimum 72 razy w ciągu sekundy, czyli częstotliwość odświeżania wyniesie 72 Hz. Jest ona kolejnym elementem decydującym o jakości obrazu.

3. Karta VGA

Posiada ona specjalizowany układ scalony Video Graphics Controller, oraz pamięć dynamiczną RAM o pojemności 256KB (cztery mapy po 64KB).

Adres z kontrolera jest podawany przez magistralę MD w dwóch fazach:

• do rejestru adresowego wierszy

• do rejestru adresowego kolumn

Kontroler graficzny steruje także synchronizacją poziomą SH i pionową VS, oraz pracą konwertera Video DAC. Karta VGA może pracować w wielu trybach graficznych, umożliwia także pracę w trybach zgodnych z kartami starszego typu ( EGA, CGA).

4) Współczesne karty graficzne.

Obecnie karty są wyposażone w trzy przetworniki DAC umieszczone w jednym układzie zwanym RAMDAC. Pozwala to na opisanie jednego pixela przez 8 bitową informację każdej z trzech składowych RGB koloru, czyli razem 24 bity. Takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie ok. 16,7 milionów kolorów i pracę w trybach TRUE COLOR i HIGH COLOR.

W związku z większą ilością informacji konieczne jest też powiększenie pojemności pamięci obrazu karty graficznej.

Zależność można opisać wzorem:

Pojemność pamięci karty = [ilość linii] x [ilość pixeli w linii] x [liczba bajtów opisująca jeden pixel]

Wszystkie obecne karty graficzne posiadają procesor graficzny odciążający jednostkę centralną. Jest to związane z bardzo dużą ilością obliczeń i pojemności pamięci potrzebnej do generowania obrazów dwu i trójwymiarowych. Procesor graficzny jest zintegrowany z układem RAMDAC i od jego szybkości zależy rozdzielczość obrazu i częstotliwość odświeżania.

Karta graficzna generuje także impulsy synchronizacji poziomej HS i pionowej VS, które synchronizują pracę generatorów odchylania w monitorze ekranowym.

Częstotliwość odchylenia pionowego (częstotliwość odświeżania) ma wpływ na zjawisko migotania obrazu, im wyższa częstotliwość tym mniejszy efekt migotania.

Częstotliwość odchylenia poziomego monitorów wzrasta wraz z rozdzielczością, dla której może on wyświetlać dane.

Karta graficzna aby wykorzystać wszystkie swoje możliwości potrzebuje odpowiedniego monitora, który umożliwi wyświetlenie generowanego obrazu.

Do najważniejszych parametrów monitora, decydujących o jakości wyświetlanego obrazu można zaliczyć:

• maksymalną rozdzielczość ekranu

• częstotliwość odświeżania ekranu

• szerokość pasma przepustowego toru wizji

• średnica wyświetlanej plamki

Kolejnym elementem potrzebnym do właściwej pracy karty graficznej jest szybkość transferu przetworzonych danych. W tym celu wyposażono nowe płyty główne w specjalne sloty AGP (Accelerated Graphics Port) do obsługi kart graficznych umożliwiające transfer danych nawet z szybkością 1056MB/s (AGPx4).

Kolejnym elementem wymuszającym wzrost wydajności kart graficznych było pojawienie się grafiki trójwymiarowej 3D. Wymaga ona wprowadzenia kolejnej współrzędnej „z” określającą głębokość obrazu. Jest ona opisywana liczbą 16 lub 32 bitową.

Obraz trójwymiarowy powstaje w trzech fazach:

• obliczanie współrzędnych x, y, z wierzchołków bryły i wykonanie operacji skalowania (zmiany rozmiarów związanych z jej ruchem)

• podział wielokątów wyznaczających powierzchnię bryły na trójkąty - teselacja

• nakładanie tekstur – rendering

Tekstury są przechowywane w wydzielonym obszarze pamięci operacyjnej komputera skąd przesyłane są do bufora tekstur karty graficznej.

Szybkość tych operacji jest zależna między innymi od procesora głównego, procesora graficznego, pojemności pamięci operacyjnej i pojemności pamięci Video RAM.

Obecne karty graficzne są wyposażone w dodatkowe porty (s-video input, s-video output) umożliwiające obsługę urządzeń analogowych (TV, Video, kamery itp.). Każda karta posiada też złącze VGA umożliwiające podłączenie monitora. Karta GeForce 2 MX/MX400 oparta na procesorze firmy NVIDIA posiada dwa takie złącza i umożliwia obsługę i konfigurację dwóch monitorów.

Aktualnie są dostępne na rynku także karty TV pozwalające dekodowanie sygnału TV i wyświetlanie go na monitorze, a także na zapisywanie obrazów na dysku twardym. Są to jednak operacje bardzo „pamięciochłonne” i w związku z tym powstały formy ich kodowania.

Osobiście za najlepszy z formatów uważam format MPEG4 pozwalający na zapis 2-godzinnego filmu na płycie o pojemności 650MB. Do jego zalet należy zaliczyć także możliwość swobodnego kopiowania na dysk twardy. Myślę że udoskonalone wersje tego formatu staną się konkurencją dla płyt DVD zawierających filmy, biorąc pod uwagę koszty nośnika oraz koszty urządzeń potrzebnych do jego odczytu.

Przykładem nowoczesnej i typowej karty graficznej może być GeForce2 Pro/450 firmy Gainward.

Konstrukcja karty jest oparta na procesorze GeForce 2 firmy NVIDIA, posiada także 64MB pamięci DDR (Double Data Rate) o czasie dostępu 4,5 nanosekundy. Dołączone oprogramowanie pozwala na przetaktowanie procesora i pamięci. Karta posiada wyjście TV obsługiwane przez układ firmy Chrontel. Parametry karty są wystarczające do obsługi grafiki 3D (gry komputerowe) i pozwalają wykorzystać ją do obsługi multimediów.

Poniższa tabela przedstawia porównanie najnowszych kart ich danych technicznych:

Model	GeForce3	PixelView	GeForce 2MX 400	Evil Kyro 3D
	V8200 Deluxe	XX-Player	64MB Tvout
Producent	Asus	ProlinkPowerColor	Innovision	PowerColor
Chipset	Nvidia GeForce3	Nvidia GeForce3	Nvidia GeForce2	PoverVR Kyro
			MX 400
Pamięć	64MB DDR SDRAM	64MB DDR SDRAM	32MB DDR SDRAM	64MB DDR SDRAM
	3,8ns	3,8ns	6ns	5,0ns
Częstotliwość taktowania
chipsetu/pamięci	200/460 MHz	200/460 MHz	200/167 MHz	115/115
Częstotliwość pracy RAMDAC-a	350MHz	350MHz	350MHz	270 MHz
Max.rozdzielczość pozioma	2048	2048	2048	1920
Max.rozdzielczość pionowa	1536	1536	1536	1440
Częstotliwość odświeżania	75Hz	75Hz	75Hz	60Hz
Dokł. kodowania kolorów w 3D	8/16/32 bity	8/16/32 bity	8/16/32 bity	8/16/24/32 bity
Z-bufor	16/24 bity	16/24 bity	16/24 bity	16/24/32 bity

Podsumowując, można przypuszczać że wraz z dalszym rozwojem kart graficznych udoskonalone zostaną także pozostałe elementy komputerów osobistych, które staną się w przyszłości zarówno centrami rozrywki multimedialnej i miejscem naszej pracy.

Bibliografia:

• „Urządzenia Techniki Komputerowej” – Zdzisław Kolan

• Magazyn Komputerowy „CHIP” – 9/2001

• Czasopismo „CD-ACTION” – 11/2001

8