Что такое видеоконтроллер кратко
Видеоконтроллер
До появления микросхем видеоконтроллеров схемы формирования изображения полностью строились на дискретной логике. К середине 1970-х годов ЭЛТ-дисплеи стали популярным устройством вывода информации для микрокомпьютеров, а развитие технологии производства микросхем позволило реализовать основную часть схемы формирования изображения в виде отдельной микросхемы. Это упрощало разработку подобных схем, уменьшало габариты печатных плат и потребление энергии, снижало стоимость конечных устройств. Дальнейшее развитие видеоконтроллеров привело к появлению более сложных и многофункциональных устройств — видеопроцессоров.
Главным компонентом схемы формирования изображения всегда является видеоконтроллер, а также графический процессор, но могут использоваться и дополнительные микросхемы — ОЗУ для хранения изображения, ПЗУ для хранения графики символов, и дополнительная дискретная логика (например, сдвиговые регистры) для построения законченной схемы. В любом случае, видеоконтроллер отвечает за генерацию необходимых синхросигналов, таких как сигналы вертикальной и горизонтальной синхронизации, сигнал обратного хода луча.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент (интегральная микросхема), используемый для создания конфигурируемых цифровых электронных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программатор и IDE (отладочная среда), позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в.
Прошивкой (англ. firmware, fw) называют содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства — микрокалькулятора, сотового телефона, GPS-навигатора и т. д., в которой содержится его программа.
Компьютерная ши́на (англ. computer bus) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.
В области компьютеризации под аппаратным ускорением понимают применение аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций быстрее по сравнению с выполнением программ процессором общего назначения. Примерами аппаратного ускорения может служить блоковое ускорение выполнения в графическом процессоре и инструкции комплексных операций в микропроцессоре.
Все(Ну почти) о Видеокартах. Часть 1
Но при этом эта информация разбросана по разным источникам, и мне кажется, ее не мешало бы хоть немного систематизировать всего в двух статьях.
В первой части я постараюсь дать базовые знаний, во второй же будет немного более углубленный уровень.
Я постараюсь затронуть различные темы, касаемые видеокарт, в частности — что это, зачем она нужна, из чего состоит, характеристики и применение в вычислительной технике
Часть 1: Что Такое Видеокарта? Зачем она нужна? Из чего она состоит?
Часть 2: Характеристики и Применение Видеокарт в вычислительной технике
P.S Ссылку на 2 часть я прикреплю, как только она будет
Видеокарта – это устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.
Видеокарта в разных источниках может носить названия вроде: графический ускоритель, графическая карта, видеоадаптер, 3D-ускоритель, GPU и другие похожие термины. Все это различные названия одного и того же устройства, очень важного в современном компьютере.
Почему 3D-ускоритель или почему графический ускоритель? Почему «важного в современном комьютере»? Откуда это все? Об этом чуть позже
А сейчас смотрите — видеокарты делятся на 3 типа:
Интегрированные видеокарты : Это видеочипы, интегрированные в ядро процессора (CPU), (пребывают на кристалле процессора ) или, реже, вшиты в материнскую плату( как правило, находятся сами по себе, но вообще могут находиться под чипом именуемым «северным мостом «. Интегрированные видеокарты дают слабые показатели для тех, кто хочет хорошую графическую производительность.
Ведь интегрированные решения для этого не рассчитаны и используются в, например, офисных компьютерах(или ноутбуках), где предполагается, что не будет сильных нагрузок на видеочип.
Проблема интегрированных видеокарт в том, что они не имеют собственную оперативную память (ОЗУ), и используют вместе с процессором одну оперативную память компьютера, при том передача сигнала идет по одной системной шине — и то, и другое, на самом деле, сильно тормозит работу.
Интегрированная видеокарта идет вместо со всеми остальными компонентами на плате, так как, очевидно, она на этой плате располагается
Пример 1:
Пример 2:
Пример 3:
Дискретные видеокарты отличаются своими вычислительными мощностями в сравнении с интегрированными видеоадаптерами, так как имею свою собственную память — следовательно нет необходимости лезть и на пару с процессором брать оперативную память компьютера, хотя дискретная видеокарта и это тоже умеет
Дискретная карта не интегрирована в материнскую плату, а располагается отдельно, являясь независимой(захотел-вытащил и унес с собой) и соединясь с системной шиной данных с помощью плат расширения(иначе говоря — слотов), которые
Посмотреть все изображения
используются для подключения внешних устройств(aka адаптеры или контроллеры этих подключаемых устройств)
Говоря о слотах, я имею ввиду:
Дискретная карта, очевидно, отличается от интегрированной и выглядит так:
Пример 1:
Пример 2:
Пример 3:
Пример 4:
Как вы видите, дискретные карты, в отличие от интегрированных, не являются неотъемлемой частью платы и выполнены в виде отдельного чипа
Гибридные решения : Этот вариант(ну или это решение) подразумевает в себе, как, собственно, понятно из названия- совмещение интегрированной видеокарты и дискретной( только вот работа происходит не одновременно, а поочередно, при том ресурсы требующие больших вычислительных мощностей отдаются дискретной, а меньших — слабой, интегрированной видеокарте(происходит переключение-должно)
И вот в данном случае, видеокарту( как раз обычно и имеют ввиду дискретную) можно считать графическим ускорителем, 3D-ускорителем, ведь скорость работы заметно возрастает, и с прохождением игр проблем меньше.
Именно за своей вычислительной мощности дискретная карта играет роль очень важного в современном компьютере компонента.
К минусам еще можно отнести тот факт, что если по каким-то причинам ваш видеочип выйдет из строя- это будет больно, так как он находится аж в процессоре, что достаточно проблемно
Если же вы хотите получить от компьютера больших мощностей, ведь вам надо, к примеру, поиграть в нововышедшие игры, свободно смотреть видео в лучшем качестве, рендерить ролики и еще кучу всего, что хорошо прогреет вашу «машину», то, определенно стоит брать дискретную видеокарту, пусть это вам и обойдется дороже.
В случае выхода чипа из строя на дискретной карте- так как дискретная карта так же свободно вытаскивается, как и вставляется — его можно перепаять или заменить, изначально, конечно же, достав эту видеокарту (прогревать не стоит, я считаю, что это бред и потом будет только хуже)
Интегрированная видеокарта использует те же ресурсы, что и другие компоненты на этой плате, а вот с дискретной картой дела обстоят интереснее, она имеет свои компоненты.
Кому интересно, в разрезе она выглядит так:
Давайте еще раз посмотрим на внешнюю(дискретную) карту:
Современная дискретная видеокарта состоит из следующих частей:
Графический процессор (ну или Graphics Processing Unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства.
Современные графические процессоры по сложности строения не уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков( больше ядер)
Выглядит GPU, например, так :
О его архитектуре и в принципе, о различии между CPU и GPU мы еще поговорим, после того, как я разберу все составляющие компоненты
Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, он посылает команды на цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) и проводит обработку команд центрального процессора
Если же говорить о дискретной карте, то используется VRAM (видеопамять)
Современные графические адаптеры(видеокарты) — например у AMD, NVidia- обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.
Картинки:
Видео-ПЗУ (Video ROM) — не путайте с видеопамятью— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор
4.Видеопамять(VRAM) — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
Видеопамять выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, создаваемое и постоянно изменяемое графическим процессором, пока то не выведется на экран монитора (или нескольких мониторов).
В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные.
Вот эти черные чипы, расположенные вокруг графического процессора и есть видеопамять
Вот еще пример:
Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте, о ней мы еще поговорим ниже, когда я буду затрагивать характеристики видеокарт
Видеоконтроллер формирует изображение, однако его нужно преобразовать в необходимый сигнал с определенными уровнями цвета.
Данный процесс выполняет ЦАП
Один канал работает на 256 уровнях яркости для отдельных цветов, а в сумме ЦАП отображает 16,7 миллионов цветов(а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство).
Некоторые ЦАП имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется.
Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП.
Используется при DVI-D, HDMI, DisplayPort подключениях.
Дело в том, что с распространением жидко-кристаллических мониторов и плазменных панелей нужда в передаче этого самого аналогового сигнала отпала — в отличие от электронно-лучевых трубок они уже не имеют аналоговую составляющую и работают внутри уже сразу с цифровыми данными.
Более подробная информация про TMDS вот тут
Видеокарты имеют возможность передачи изображения на другие устройства вывода путем подключения, через интерфейсы(выходы):
VGA (Video Graphics Adapter) используется для вывода аналогового сигнала
Разъем для называют VGA или D-Sub 15 (15-контактный разъем)
HDMI (High Definition Multimedia Interface) интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования
DVI (Digital Visual Interface) — цифровой интерфейс, который применяется для подключения видеокарты к ЖК-мониторам, телевизорам, проекторам, а также плазменных панелей
S-Video (или S-VHS) — аналоговый разъем, который используется для вывода изображения на телевизоры и видеотехнику.
DisplayPort – принципиально новый тип цифрового интерфейса для связи видеокарт с устройствами отображения
Разъём RCA (Radio Corporation of America) aka «Тюльпан» или «Колокольчик».
Обычный выход, который можно встретить на телевизорах и видеооборудовании
Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах — очевидно
Вообще, такой вариант охлаждения не единственный, так же есть и другой —водяное охлаждение, которое нередко поставляется с красивой подстветкой.
Только посмотрите на это:
К слову, у воздушного охлаждения подсветка тоже есть:
Если из снимков еще не очевидно, то имейте в ввиду, что система воздушного охлаждения предполагает только радиатор(делается из меди или аллюминия, так как имеет большую теплоемкость, вследствие чего перетягивает на себя большую часть тепла) и вентилятор(«выдувает» это тепло из радиатора), в английском сам термин cooler(охладитель) принято разделять на 2 части. Так, например, есть понятия heat sink & fan — радиатор и вентилятор за счет этого и охлаждается (-ются) элемент(-ы) платы
Система жидкостного охлаждения же – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость, а не воздух.
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости.
Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом,
теплоемкостью.
На второй картинке на показано, но шланги тоже соединены с помпой
Имея жидкостную систему охлаждения, обычно остужают все сильно нагревающие компоненты, и тогда это выглядит так:
Но а для самой видеокарты охлаждение идет только самого видеочипа:
Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод.
В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.
Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорных элементов материнской платы, которые могут сильно нагреваться
Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха.
Как раз таки совмещение с кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся элементы, тем самым, в многих случаях спасая ситуацию
Выбирая жидкостную систему охлаждения, будьте бдительны. Этот подход хоть и делает работу комьютера менее шумным, и лучше остужает, но тем не менее, иногда это плохо заканчивается, включая все вытекающие последствия
Видеоконтроллер
Видеоконтроллер (англ. Video Display Controller, VDC) — специализированная микросхема, являющаяся главным компонентом схемы формирования видеоизображения в компьютерах и игровых консолях. Некоторые видеоконтроллеры также имеют дополнительные возможности, например, генератор звука. Микросхемы видеоконтроллеров применялись в основном в домашних компьютерах и игровых системах 1980-х годов.
До появления микросхем видеоконтроллеров схемы формирования изображения полностью строились на дискретной логике. К середине 1970-х годов ЭЛТ-дисплеи стали популярным устройством вывода информации для микрокомпьютеров, а развитие технологии производства микросхем позволило реализовать основную часть схемы формирования изображения в виде отдельной микросхемы. Это упрощало разработку подобных схем, уменьшало габариты печатных плат и потребление энергии, снижало стоимость конечных устройств. Дальнейшее развитие видеоконтроллеров привело к появлению более сложных и многофункциональных устройств — видеопроцессоров.
Главным компонентом схемы формирования изображения всегда является видеоконтроллер, [источник не указан 353 дня] а также графический процессор, но могут использоваться и дополнительные микросхемы — ОЗУ для хранения изображения, ПЗУ для хранения графики символов, и дополнительная дискретная логика (например, сдвиговые регистры) для построения законченной схемы. В любом случае, видеоконтроллер отвечает за генерацию необходимых синхросигналов, таких как сигналы вертикальной и горизонтальной синхронизации, сигнал обратного хода луча.
Типы видеоконтроллеров
Микросхемы видеоконтроллеров можно разделить на четыре группы по принципу их работы.
Video shift register — простейший тип видеоконтроллера. Генерирует синхросигналы и преобразует получаемые байты видеоданных (от процессора или контроллера ПДП) в последовательность бит, которая вместе с синхросигналами формирует выходной видеосигнал. Видеоконтроллеры этого типа обычно поддерживают только растровые видеорежимы очень низкого разрешения. Единственным примером подобного видеоконтроллера общего назначения, использовавшегося в домашних компьютерах, является микросхема RCA CDP1861. В других домашних системах, также использующих видеоконтроллеры этого типа, применялись заказные микросхемы — например, Television Interface Adapter (TIA) в игровой консоли Atari 2600, БМК компьютера Sinclair ZX81.
CRTC (Cathode Ray Tube Controller, контроллер ЭЛТ) генерируют синхросигналы и выполняют чтение ОЗУ, используемого в качестве видеопамяти. Прочитанные данные используются для формирования адреса в ПЗУ знакогенератора (для текстовых видеорежимов) или непосредственно (для графических режимов высокого разрешения). Видеоконтроллеры этого типа требуют большого количества внешних компонентов, выполняющих формирование видеосигнала, что позволяет им иметь широкий диапазон возможностей, от простейших текстовых режимов до цветной графики высокого разрешения. Такие видеоконтроллеры обычно не имеют поддержки аппаратных спрайтов. Среди наиболее известных видеоконтроллеров этого типа — микросхемы Intel 8275 и Motorola 6845.
Video interface controller — следующий шаг развития видеоконтроллеров. Практически все компоненты схемы генерации видеосигнала интегрированы в одну микросхему. Из внешних элементов требуются только аналоговые цепи формирования видеосигнала. К этой категории относятся микросхема Signetics 2636 и микросхемы, использовавшиеся в 8-разрядных компьютерах компании Commodore (наиболее известная микросхема — MOS Technology VIC-II, использовавшаяся в Commodore 64).
Video co-processor — более сложные устройства, использующие отдельное ОЗУ в качестве видеопамяти и способные не только отображать, но и самостоятельно обрабатывать данные в ней. Среди примеров этого типа видеоконтроллеров — микросхема ANTIC, применявшаяся в 8-разрядных системах Atari, и микросхемы Texas Instruments TMS9918, Yamaha V9938 и V9958, применявшиеся в компьютерах стандарта MSX. К этой категории также относят видеоконтроллеры 8-разрядных и 16-разрядных игровых консолей.