Реферат: Архитектура видеопамяти. Основные характеристики видеопамяти современных пк реферат

Доклад - Архитектура видеопамяти - Информатика, программирование

Видеопамять

В растровых дисплейных системах видеопамять организована в виде прямоугольного массива точек. Элемент видеопамяти, стоящий на пересечении конкретных строки и столбца видеопамяти, хранит значение яркости и/или цвета соответствующей точки. Отображаемая на экране часть видеопамяти называется экранным буфером (буфером регенерации или экранной битовой картой). Регенерация изображения осуществляется последовательным построчным сканированием экранного буфера.

Так как каждый элемент видеопамяти определяет один элемент отображения размером в точку на экране монитора, то каждая точка экран (и соответствующий ей элемент видеопамяти) обозначаются термином пиксел (pixel — picture element).

Задача системы вывода изображений (видеоконтроллера) состоит в циклическом построчном просмотре экранного буфера от 25 до 100 раз в секунду. Адреса видеопамяти генерируются синхронно с координатами растра и содержимое выбранных пикселов используется для управления цветом и интенсивностью луча. Общая организация системы вывода изображений приведена на рис.1.

Рис.1. Экранный буфер и система вывода изображения

Генератор растровой развертки формирует сигналы отклонения и управляет адресными X и Y регистрами, определяющими следующий элемент буфера регенерации.

В идеальном случае время, требуемое для регенерации экранного буфера, должно быть много меньше, чем время, необходимое для манипуляций с данными, что позволит быстро обновлять или двигать изображение. Это означает, что усилители отклонения и усилитель, управляющий интенсивностью луча, должны быть очень широкополосными, чтобы обеспечить требуемую скорость передачи данных между экранным буфером и системой вывода изображения.

Частота регенерации для графических дисплейных систем среднего разрешения лежит в пределах 50 Мгц, а для систем высокого разрешения достигает 100-125 Мгц, с явной тенденцией к частотам более 125 Мгц в последнее время. При таких частотах таймирование регенерации экранного буфера становится важной задачей при проектировании подсистемы графического вывода. Так ка обычная DRAM память не обеспечивает времени доступа, подходящего для существующих мониторов высокого разрешения, то регенерация видеопамяти на таких частотах требует ее специальной организации. Пример организации видеопамяти, построенной на обычной динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) приведен на рис. 2.

Рис. 2. Регенерация экранного буфера, построенного на обычной динамической памяти (DRAM)

В такой системе регенерация экранного буфера видеопамяти осуществляется с помощью параллельно-последовательного преобразования. Выполняя регенерацию, видеоконтроллер выставляет адрес слова, требуемое слово данных видеопамяти (обычно 16-32-64 бита) затем трансформируется в последовательный видеопоток (videostream) с помощью внешнего сдвигового регистра под контролем аппаратуры регенерации. На рис.2 показана реализация регенерации экранного буфера для системы с одним слоем. Системы регенерации со многими слоями требуют такого же количества (16-32-64) битовых слов, подлежащих регенерации и параллельно-последовательных сдвиговых регистров, что и число битовых слоев видеопамяти.

Если частота регенерации экранного буфера составляет порядка 100 Мгц, то такое параллельно-последовательное преобразование уменьшает требования к частоте тактирования параллельно считываемого слова из экранного буфера видеопамяти до 6.25 Мгц, что требует времени доступа порядка 160 нс. При такой организации видеопамяти манипуляции с данными и обновление экрана должны происходить во времена межстрочного и межкадрового интервалов, когда регенерации не происходит. Таким образом, узкое место для обычной DRAM памяти в качестве видеопамяти в графических дисплейных системах вытекает из двух противоречивых требований:

 для растровых дисплейных систем должна осуществляться постоянная регенерация экранного буфера видеопамяти, что требует считывания выводимой на экран монитора графической информации с периодическим, жестко заданным циклом;

 с другой стороны, требуется время для обновления больших массивов данных видеопамяти со стороны собственно аппаратуры генерации изображений, работающей, как правило, в цикле чтение-модификация-запись.

Доступные в настоящее время DRAM устройства даже с наиболее быстрыми режимами доступа не обеспечивают быстрого чтения их содержимого для поддержки требуемого ритма регенерации, оставляя крайне мало времени графическому процессору для модификации изображения. Таким образом, ограниченная полоса пропускания DRAM памяти ограничивает доступ аппаратуры формирования изображений к данным видеопамяти на время значительных периодов регенерации экранного буфера. Проблема усложняется по мере увеличения экранного буфера из-за возрастания числа отображаемых пикселов для мониторов высокого разрешения или при увеличении числа битов на пиксел в системах с большим количеством отображаемых цветов.

Для решения этой проблемы разработаны различные архитектуры видеопамяти, включая двухпортовую видеопамять, двойное буферирование и др.

Однако лучшее решение этой проблемы достигается за счет применения нового типа DRAM памяти, получившей название VRAM (Video Random Accses Memory), например. Texas Instrument 4161, разработанной специально для использования в качестве памяти изображения в растровых дисплейных система. Структурная схема подобной памяти приведена на рис.3.

Рис. 3. Структурная схема VRAM памяти

Эта видеопамять содержит 2 порта, обеспечивая независимый доступ со стороны видеоконтроллера для регенерации и аппаратуры формирования изображений — графических процессоров. VRAM фактически представляет собой обычную DRAM память, которая была «внутренне» модифицирована посредством добавления сдвигового регистра. D и Q — это обычные входы и выходы порта с произвольной выборкой. Сигнал TR активируется на время передачи данных между сдвиговым регистром и видеопамятью. Сигналы SIN и SOUT — последовательные вход и выход сдвигового регистра, а сигнал SCLK — последовательный вход, управляющий сдвиговым регистром. Сдвиговый регистр загружается параллельным потоком в 256 бит из массива памяти за один цикл регенерации экрана. Длительность этого цикла не длиннее, чем стандартный цикл памяти. Обычно сдвиговый регистр загружается 1 раз во время обратного хода луча. Когда обратный ход заканчивается, на вход SCLK подается сигнал, вызывая сдвиг данных на последовательном выходе SOUT.

На рис.3 показан модуль видеопамяти объемом 64 Кбайт. Видеопамять объемом 256 Кбайт может быть построена из 4 модулей по 64 Кбайт (рис.4).

Рис. 4. Структурная схема многослойной VRAM памяти

В этом случае выходы SOUT от нескольких VRAM модулей подаются на параллельные входы внешнего сдвигового регистра, последовательный выход (CLK) которого тактируется со скоростью вывода точек (видеопотока битов), требуемой для регенерации экрана монитора.

В видеопамяти с такой организацией время на регенерацию экранного буфера (отображения на экран монитора) составляет менее 1.5% времени доступа. В системах же с обычной DRAM памятью время на регенерацию экрана составляет от 40% до 60% времени доступа.

Таким образом, применение VRAM обеспечивает практически полное время доступа для модификации данных видеопамяти, так как на одну строку сканирования растра требуется одна загрузка сдвигового регистра. Следовательно, в то время как предварительно загруженные видеоданные «выталкиваются» из сдвигового регистра в канал графического вывода, одновременно может осуществляться произвольный доступ к видеопамяти со стороны графических процессоров для модификации изображения.

Модификация данных в видеопамяти

Рассмотрим архитектуры видеопамяти с точки зрения манипуляции/обновления данных. Вопросы, относящиеся к выборке и обработке данных в видеопамяти графическим и/или центральным процессором, оказывают существенное влияние как на организацию самой видеопамяти, так и на внутреннюю архитектуру технических средств формирования изображений. Изображение, хранящееся в видеопамяти, концептуально может быть представлено в виде куба (рис. 5).

Рис. 5. Графический экранный буфер

Каждый пиксел, выводимый на экран монитора, состоит из отдельных битов видеопамяти, находящихся внутри куба.

Соотношение между значением пиксела, отображаемого из экранного буфера видеопамяти, и цветом на экране монитора устанавливается с помощью таблицы цветности видеоконтроллера. Доступ к данным, хранящимся внутри куба, необходим для их модификации и манипуляций с ними, регенерации экранного буфера и его обновления. В основном имеются 3 конфигурации: организация видеопамяти «в глубину», ориентированная на обработку элементов отображения — ЭО (пикселов), организация видеопамяти в виде битовых слоев (разрядных матриц) и «смешанная» архитектура.

Архитектура «в глубину». При такой организации видеопамяти обрабатываемые в каждый момент данные есть пиксел. В этом случае для многих слоев видеопамяти, генерируемый адрес вызывает слово данных, представляющих композицию битов «сквозь» слои, составляющие видеопамять (отсюда появился термин «глубина пиксела» — «pixel depth»). Такая архитектура применяется в системах высокого разрешения, предназначенных для обработки цветной трехмерной графической информации, например, в обработке изображений и моделировании структур твердых тел, т.е. там где значения каждого пиксела подвергаются интенсивным вычислениям. Эти применения, как правило, требуют «глубины пиксела» от 8 до 22-24 бит. В архитектуре «в глубину» данные в видеопамяти обрабатываются поэлементно. В случае использования для воспроизведения изображений, состоящих из нескольких цветовых плоскостей, адрес, направляемый в экранный буфер, генерирует слово данных, составленное из битов, представляющих собой одноименные разряды требуемых разрядных матриц.

«Слойная» архитектура. В «слойной» («plane») архитектуре данные видеопамяти обрабатываются как одно слово (обычно 16 бит) в каждый момент времени (пословная обработка) и отдельно для каждого слоя (разрядной матрицы).

Чтобы изменить один разряд слова видеопамяти, вместе с ним необходимо передать и оставшиеся 15 разрядов. Кроме того, для того чтобы обеспечить позиционирование и перемещение изображения с точностью до бита и с удовлетворительной скоростью, требуется специализированная аппаратура, осуществляющая быстрые сдвиги и «слияния» цепочек битов видеопамяти («barrell shifter»). Однако, несмотря на это условие, «слойные» архитектуры видеопамяти являются наиболее популярными в интерактивных 2D системах, так как требуют менее интенсивных вычислений значений пикселов (по сравнению с архитектурой «в глубину»), но более интенсивных вычислений при создании и перемещении изображения. Такие архитектуры видеопамяти часто находят применение в системах обработки инженерной и экономической информации, поскольку для них характерен значительный объем операций, связанных с манипуляциями данными и перемещении изображения.

Кроме того, достоинством такой архитектуры является возможность пословного доступа к видеопамяти со стороны центрального процессора (при соответствующей организации такая видеопамять для центрального процессора ничем не отличается от обычной оперативной памяти). Пословный доступ при достаточной разрядности слова (16-32 бит) и ограниченных требованиях к цвету (до 16 цветов, что требует четырех слоев видеопамяти) и при наличии аппаратных средств быстрого сдвига дают выигрыш в скорости, так как за один цикл памяти считывается сразу 16-32 битов данных, подлежащих модификации. «Смешанная» архитектура. В этой архитектуре доступ к данным видеопамяти может производиться как по «глубине» пиксела, так и в «ширину», реализуя лучшие возможности обеих архитектур.

Следует отметить, что такие архитектуры в последнее время применяются в дисплейных системах наиболее дорогих рабочих станций, поскольку требуют значительных аппаратных затрат на их реализацию.

При покупке графического адаптера зачастую приходится ориентироваться не только на GPU, который лежит в его основе, но и на объем установленной видеопамяти. Причем разброс здесь очень велик – от скромных 256 МБ до внушительных 2 ГБ. Существуют различные мнения о том, какое же количество мегабайт нужно для комфортной игры. Попробуем разобраться, сколько видеопамяти требуют современные игры, есть ли польза от дополнительного объема и стоит ли за него переплачивать.

При нехватке видеопамяти графические ускорители используют тот же метод, что и ОС при недостатке ОЗУ, с одним лишь отличием – вместо файла на жестком диске (хотя в особо тяжелых случаях есть и такой вариант) для расширения видеопамяти задействуется оперативная память компьютера. Однако даже если бы GPU мог использовать ОЗУ без всевозможных задержек, так же как и локальную, разница в скорости между этими двумя типами очень велика. К примеру, пропускная способность памяти у ATI Radeon HD 3850 составляет около 53 ГБ/с, в то время как у двухканальной DDR2, работающей на частоте 800 МГц, – всего 6,4 ГБ/с.

Максимальная загрузка видеопамяти, МБ

Если видеопамяти недостаточно, то в первую очередь выгружаются не используемые на текущий момент текстуры. Трудности начинаются, когда они понадобятся снова: их придется доставать из оперативной памяти, а заодно искать другие текстуры, которые можно выгрузить в ОЗУ. Если таких данных много, то наблюдаются притормаживания, особенно заметные в динамичных играх. Тут стоит отметить, что, к сожалению, при использовании обычных тестов среднее количество кадров в секунду не всегда корректно отображает именно комфортность игры. В связи с этим мы несколько адаптировали методику, чтобы добиться более правдивых результатов. Но все равно возьмите на заметку: при одинаковом количестве кадров в секунду карта с медленным чипом, но достаточным объемом памяти обеспечивает более комфортную игру, чем ускоритель с быстрым GPU, но малым объемом памяти.

Гораздо хуже, когда видеопамяти не хватает даже для текстур, находящихся в одном кадре. В такой ситуации довольно сильно падает производительность, ведь мы помним, насколько оперативная память медленней графической, а обращаться к ней приходится при прорисовке каждого кадра.

Методика тестирования

Для нашего исследования мы взяли видеокарты двух серий – ATI Radeon HD 3850 и NVIDIA GeForce 8800 GT, которые предлагаются в версиях с объемом 256, 512 МБ и 1 ГБ. Сразу предостережем желающих купить графический ускоритель с большим объемом памяти – иногда такие модификации имеют меньшие частоты, а на это стоит обращать пристальное внимание. Особенно часто подобным грешат видеокарты бюджетного уровня. Оверклокеров также огорчит и то, что в не самых дешевых моделях зачастую применяют более медленную память, которая хоть и работает на положенных частотах, но разгонный потенциал имеет невысокий.

Так как предоставленные видеокарты Sapphire HD 3850 1G и MSI NX8800GT-T2D256E-OC были изначально форсированы производителями, для создания равных условий мы привели их частоты к референсным значениям, которые составляют 670/1660 МГц для Radeon HD 3850 и 600/1800 МГц для GeForce 8800 GT.

Для измерения количества выделяемой видеопамяти мы применяли утилиту RivaTuner 2.09. Она удобна и проста в использовании, а также позволяет записывать лог и выводить значения загрузки на OSD. Мы рекомендуем эту программу читателям, желающим узнать, сколько памяти расходуется в интересующих их условиях и достаточно ли ее. Единственный серьезный недостаток RivaTuner 2.09 – невозможность отслеживать загрузку для OpenGL-приложений.

В качестве тестов были использованы 3DMark2006, Crysis, Call of Duty 4: Modern Warfare, Unreal Tournament 3, S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl и Elder Scrolls IV: Oblivion. Остановимся на интересных особенностях подробнее.

Результаты тестов

Для опытных пользователей не секрет, что синтетический бенчмарк FutureMark 3DMark 2006 не критичен к объему видеопамяти. Это полностью подтверждают полученные нами результаты – максимальные значения при стандартном для данного теста разрешении составили 220 МБ для видеокарт на базе HD 3850 и 245 МБ для 8800 GT. В связи с чем странным выглядит некоторое отставание HD 3850 256 МБ от своих коллег.

Crysis предсказуемо использует достаточно большое количество видеопамяти и потому моделям с 256 МБ приходится несладко. К примеру, при разрешении 1280×1024 GeForce 8800 GT 256 МБ уступает своей «коллеге» с 512 МБ на треть и даже проигрывает Radeon HD 3850 512 МБ. Примечательная особенность этой игры в том, что аппетит к ней приходит во время еды – чем большим объемом памяти оснащен графический адаптер, тем больше ее используется.

Примером достаточно экономных по отношению к видеопамяти игр должны были стать мультиплатформенные проекты, такие как Call of Duty 4 и Unreal Tournament 3. Дело в том, что на next-gen-консолях количество видеопамяти составляет 256 МБ, но, как оказалось, это вовсе не означает, что на ПК они тоже будут обходиться подобным объемом при максимальных настройках.

Так как в Call of Duty 4: Modern Warfare нет возможности использовать демо-записи в одиночной игре и на сетевые баталии обычно геймеры тратят заметно больше времени, то в качестве теста мы взяли запись именно мультиплеерного сражения. Однако отметим, что количество задействованной видеопамяти на локациях одиночной кампании ввиду их значительных размеров в среднем на четверть выше.

Мы уже видели, что в Crysis и Call of Duty 4 у видеокарт на базе чипсетов NVIDIA несколько более высокое потребление памяти, чем у чипов ATI, но в Unreal Tournament 3 разница очень велика. Если при разрешении 1920×1200 модели HD 3850 используют скромные 385 МБ, то 8800 GT уже целых 600! Такой огромный разброс частично объясняется тем, что у видеокарт ATI при включении полноэкранного сглаживания объем задействованной памяти не увеличивается, но падение производительности при активации антиалиасинга больше чем у конкурента.

Отечественный хит S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl использует достаточно качественные текстуры, и потому занимаемый игрой объем видеопамяти весьма велик. Стоит отметить, что мы не включали полноэкранное сглаживание, так как при полном динамическом освещении применяется отложенный рендеринг, который не предусматривает работы антиалиасинга. Однако у видеокарт NVIDIA возможна принудительная его активация через драйвер, но при этом сильно падает производительность, а потребление памяти вырастает очень значительно – даже при разрешении 1280×1024 оно превысило 700 МБ.

Последним тестовым приложением является культовая RPG The Elder Scrolls IV: Oblivion. Но включена она была в тестовый пакет вовсе не потому, что это прекрасная игра и достаточно много ее поклонников еще в нее играют. Главной причиной стало наличие для нее текстурного пака Qarl’s Texture Pack III, который заменяет стандартные текстуры на версии с большим разрешением (до 4096×4096 пикселов), благодаря чему картинка становится значительно краше. «Побочный» эффект использования текстур настолько высокого разрешения – значительный объем занимаемой видеопамяти. В итоге мы не смогли найти игру, которая превзошла бы Oblivion+Qarl’s Texture Pack III по этому параметру. Все настройки также были установлены на максимум, а антиалиасинг х4 и анизотропная фильтрация х16 форсированы через драйверы. Обратите внимание, в действительно тяжелых условиях GeForce 8800 GT 256 МБ не смогла пройти тест, а при разрешении 1920×1200 сдалась и 8800 GT 512 МБ.

Как показало наше исследование, видеокарты на базе чипов от NVIDIA гораздо болезненнее реагируют на нехватку видеопамяти, и, что еще усугубляет ситуацию, они при этом используют большее количество видеопамяти, чем продукты ATI. Как следствие мы получаем очень странную картину – Radeon HD 3850 256 МБ, имея одинаковый объем памяти с GeForce 8800 GT 256 МБ, в тяжелых режимах оказывается зачастую быстрее, несмотря на более медленный GPU. Хотя практической ценности от этого преимущества HD 3850 256 МБ нет, поскольку играть при подобных настройках уже нельзя.

Мы знали: 256 МБ памяти для такого достаточно мощного чипа, как G92, мало, однако то, что это настолько негативно влияет на быстродействие, стало неприятным открытием. Даже при разрешении 1280×1024 преимущество версии 8800 GT с 512 МБ может составлять 60%. Учитывая незначительное отличие в стоимости между моделями GeForce 8800 GT с 256 МБ и 512 МБ, гораздо предпочтительнее последняя. Особенно если учесть, что недорогая HD 3850 512 МБ показывает иногда даже лучшую производительность, чем 8800 GT 256 МБ. А если говорить о комфортности, то разница еще более велика – пусть и невысокая, но стабильная частота кадров заметно приятней высокой, но с частыми «лагами» при нехватке памяти. Еще одной интересной особенностью стало то, что 8800 GT с 256 МБ зачастую расходовала больше видеопамяти, чем модификации с 512 МБ и 1 ГБ.

Стоит отметить еще один побочный эффект нехватки видеопамяти, который часто не принимают во внимание, – уменьшение количества свободной ОЗУ. К примеру, в Oblivion при использовании HD 3850 256 МБ обращения к файлу подкачки на жестком диске были уже весьма частыми. Естественно, можно нарастить объем оперативной памяти и таким образом чуть улучшить ситуацию, однако с точки зрения производительности в играх все же лучше иметь графический адаптер с достаточным объемом видеопамяти.

При выборе между 8800 GT 512 МБ и 8800 GT 1 ГБ надо смотреть на личные предпочтения и цены: если вы играете при высоких разрешениях, то при разнице в стоимости 10–15% можно присмотреться к модели с гигабайтом памяти. А вот покупку Radeon HD 3850 1 ГБ нельзя назвать оправданной – отличие в производительности невелико даже в Oblivion. Скорее всего, сказывается использование видеокартами ATI более совершенного алгоритма сжатия текстур и шейдерного сглаживания.

Можно с уверенностью сказать, что 512 МБ на данный момент являются необходимостью для современных видеокарт, за исключением, возможно, бюджетных. Кроме того, уже сейчас существуют приложения, где и 512 МБ будет не всегда достаточно. Однако с другой стороны, в тех случаях, когда дополнительные 512 МБ ощутимо помогают, производительность обычно уже слишком низкая. К примеру, в Crysis мы не устанавливали максимально возможные настройки, при которых используется около 700 МБ, именно по этой причине. Потому оснащение видеокарт 1 ГБ памяти будет действительно оправданным для топовых ускорителей нового поколения.

Современные типы видеопамяти: MDRAM, VRAM, WRAM,SGRAM и другие

Все перечисленные технологии, используемые в видеоадаптерах, относятся к динамической оперативной памяти, работа которой имеет ряд особенностей. Во-первых, доступ к ней осуществляется достаточно крупными блоками. Во-вторых, она должна быстро перезаписывать большие объемы данных без прерывания процедуры считывания, так как образ картинки, формируемой на экране монитора, постоянно считывается из этой памяти с частотой кадровой развертки монитора, и одновременно в эту же память операционная система осуществляет запись, в результате чего происходит изменение изображения.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстpым стpаничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхpонный доступ, пpи котоpом упpавляющие сигналы жестко не пpивязаны к тактовой частоте системы. Активно пpименялся пpимеpно до 1996 г. Hаиболее pаспpостpаненные микpосхемы FPM DRAM — 4-pазpядные DIP и SOJ, а также — 16-pазpядные SOJ.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с pасшиpенным вpеменем удеpжания данных на выходе) — тип памяти с элементами конвейеpизации, позволяющий несколько ускоpить обмен блоками данных с видеопамятью.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM — синхронное динамическое ОЗУ) пришел на замену EDO DRAM и других асинхронных одно-портовых типов памяти. После того, как произведено первое чтение из памяти, или первая запись в память, последующие операции чтения или записи происходят с нулевыми задержками. Этим достигается максимально возможная скорость чтения и записиданных.

VRAM (Video RAM — видеоОЗУ) — так называемая двух портовая DRAM. Этот тип памяти обеспечивает доступ к данным со стороны сразу двух устройств, т.е. есть возможность одновременно писать данные в какую-либо ячейку памяти, и одновременно с этим читать данны е из какой-нибудь соседней ячейки. За счет этого позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки при доступе и увеличивает скорость работы. Т.е. RAMDAC может свободно выводить на экран монитора раз за разом экранный буфер ничуть не мешая видео чипу осуществлять какие-либо манипуляции с данными. Hо однако это все таже DRAM и скорость у нее не слишком высокая.

WRAM (Window RAM) — вариант VRAM, с увеличенной на ~25% пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций, таких как отрисовка шрифтов, перемещение блоков изображения и т.п. Применяется практически только на акселераторах фирм Matrox и Number Nine, поскольку требует специальных методов доступа и обработки данных, наличие всего одного производителя данного типа памяти (Samsung) сильно сократило возможности ее использования. Видеоадаптеры построенные с использованием данноготипа памяти не имеют тенденции к падению производительности при установке больших разрешений и частот обновления экрана, на одно-портовой же памяти в таких случаях RAMDAC все большее время занимает шину доступа к видеопамяти и производительность видеоадаптера может сильно упасть.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) вариант DRAM с синхронным доступом. В принципе, работа SGRAM полностью аналогична SDRAM, но дополнительно поддерживаются еще некоторые специфические функции, типа блоковой и масочной записи. В отличие от VRAM и WRAM, SGRAM является одно-портовой, однако может открывать две страницы памяти как одну, эмулируя двухпортовость других типов видеопамяти.

MDRAM (Multibank DRAM — много банковое ОЗУ) — вариант DRAM разработанный фирмой MoSys, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32КБ каждый, работающих в конвейерном режиме и использующая распараллеливание операций доступа к данным между большим количеством банков памяти RDRAM (RAMBus DRAM) память использующая специальный канал передачи данных (Rambus Channel), представляющий собой шину данных шириной в один байт. По этому каналу удается передавать информацию очень большими потоками, наивысшая скорость передачи данных для одного канала на сегодняшний момент составляет 1600MB/сек (частота 800MHz, данные передаются по обеим срезам импульса). Hа один такой канал можно подключить несколько чипов памяти. Контроллер этой памяти работает с одним каналом Rambus, на одном чипе логики можно разместить четыре таких контроллера, значит теоретически можно поддерживать до 4 таких каналов, обеспечивая максимальную пропускную способность в 6.4GB/сек. Hа сегодняшний момент этот тип памяти обеспечивает наивысшую пропускную способность на один чип памяти среди всех остальныхтипов памяти. Увеличение скоpости обpащения видеопpоцессоpа к видеопамяти, помимо повышения пpопускной способности адаптеpа, позволяет поднять максимальную частоту pегенеpации изобpажения, что снижает утомляемость глаз опеpатоpа.

www.ronl.ru

Реферат - Архитектура видеопамяти - Информатика, программирование

Видеопамять

В растровых дисплейных системах видеопамять организована в виде прямоугольного массива точек. Элемент видеопамяти, стоящий на пересечении конкретных строки и столбца видеопамяти, хранит значение яркости и/или цвета соответствующей точки. Отображаемая на экране часть видеопамяти называется экранным буфером (буфером регенерации или экранной битовой картой). Регенерация изображения осуществляется последовательным построчным сканированием экранного буфера.

Так как каждый элемент видеопамяти определяет один элемент отображения размером в точку на экране монитора, то каждая точка экран (и соответствующий ей элемент видеопамяти) обозначаются термином пиксел (pixel — picture element).

Задача системы вывода изображений (видеоконтроллера) состоит в циклическом построчном просмотре экранного буфера от 25 до 100 раз в секунду. Адреса видеопамяти генерируются синхронно с координатами растра и содержимое выбранных пикселов используется для управления цветом и интенсивностью луча. Общая организация системы вывода изображений приведена на рис.1.

Рис.1. Экранный буфер и система вывода изображения

Генератор растровой развертки формирует сигналы отклонения и управляет адресными X и Y регистрами, определяющими следующий элемент буфера регенерации.

В идеальном случае время, требуемое для регенерации экранного буфера, должно быть много меньше, чем время, необходимое для манипуляций с данными, что позволит быстро обновлять или двигать изображение. Это означает, что усилители отклонения и усилитель, управляющий интенсивностью луча, должны быть очень широкополосными, чтобы обеспечить требуемую скорость передачи данных между экранным буфером и системой вывода изображения.

Частота регенерации для графических дисплейных систем среднего разрешения лежит в пределах 50 Мгц, а для систем высокого разрешения достигает 100-125 Мгц, с явной тенденцией к частотам более 125 Мгц в последнее время. При таких частотах таймирование регенерации экранного буфера становится важной задачей при проектировании подсистемы графического вывода. Так ка обычная DRAM память не обеспечивает времени доступа, подходящего для существующих мониторов высокого разрешения, то регенерация видеопамяти на таких частотах требует ее специальной организации. Пример организации видеопамяти, построенной на обычной динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) приведен на рис. 2.

Рис. 2. Регенерация экранного буфера, построенного на обычной динамической памяти (DRAM)

В такой системе регенерация экранного буфера видеопамяти осуществляется с помощью параллельно-последовательного преобразования. Выполняя регенерацию, видеоконтроллер выставляет адрес слова, требуемое слово данных видеопамяти (обычно 16-32-64 бита) затем трансформируется в последовательный видеопоток (videostream) с помощью внешнего сдвигового регистра под контролем аппаратуры регенерации. На рис.2 показана реализация регенерации экранного буфера для системы с одним слоем. Системы регенерации со многими слоями требуют такого же количества (16-32-64) битовых слов, подлежащих регенерации и параллельно-последовательных сдвиговых регистров, что и число битовых слоев видеопамяти.

Если частота регенерации экранного буфера составляет порядка 100 Мгц, то такое параллельно-последовательное преобразование уменьшает требования к частоте тактирования параллельно считываемого слова из экранного буфера видеопамяти до 6.25 Мгц, что требует времени доступа порядка 160 нс. При такой организации видеопамяти манипуляции с данными и обновление экрана должны происходить во времена межстрочного и межкадрового интервалов, когда регенерации не происходит. Таким образом, узкое место для обычной DRAM памяти в качестве видеопамяти в графических дисплейных системах вытекает из двух противоречивых требований:

 для растровых дисплейных систем должна осуществляться постоянная регенерация экранного буфера видеопамяти, что требует считывания выводимой на экран монитора графической информации с периодическим, жестко заданным циклом;

 с другой стороны, требуется время для обновления больших массивов данных видеопамяти со стороны собственно аппаратуры генерации изображений, работающей, как правило, в цикле чтение-модификация-запись.

Доступные в настоящее время DRAM устройства даже с наиболее быстрыми режимами доступа не обеспечивают быстрого чтения их содержимого для поддержки требуемого ритма регенерации, оставляя крайне мало времени графическому процессору для модификации изображения. Таким образом, ограниченная полоса пропускания DRAM памяти ограничивает доступ аппаратуры формирования изображений к данным видеопамяти на время значительных периодов регенерации экранного буфера. Проблема усложняется по мере увеличения экранного буфера из-за возрастания числа отображаемых пикселов для мониторов высокого разрешения или при увеличении числа битов на пиксел в системах с большим количеством отображаемых цветов.

Для решения этой проблемы разработаны различные архитектуры видеопамяти, включая двухпортовую видеопамять, двойное буферирование и др.

Однако лучшее решение этой проблемы достигается за счет применения нового типа DRAM памяти, получившей название VRAM (Video Random Accses Memory), например. Texas Instrument 4161, разработанной специально для использования в качестве памяти изображения в растровых дисплейных система. Структурная схема подобной памяти приведена на рис.3.

Рис. 3. Структурная схема VRAM памяти

Эта видеопамять содержит 2 порта, обеспечивая независимый доступ со стороны видеоконтроллера для регенерации и аппаратуры формирования изображений — графических процессоров. VRAM фактически представляет собой обычную DRAM память, которая была «внутренне» модифицирована посредством добавления сдвигового регистра. D и Q — это обычные входы и выходы порта с произвольной выборкой. Сигнал TR активируется на время передачи данных между сдвиговым регистром и видеопамятью. Сигналы SIN и SOUT — последовательные вход и выход сдвигового регистра, а сигнал SCLK — последовательный вход, управляющий сдвиговым регистром. Сдвиговый регистр загружается параллельным потоком в 256 бит из массива памяти за один цикл регенерации экрана. Длительность этого цикла не длиннее, чем стандартный цикл памяти. Обычно сдвиговый регистр загружается 1 раз во время обратного хода луча. Когда обратный ход заканчивается, на вход SCLK подается сигнал, вызывая сдвиг данных на последовательном выходе SOUT.

На рис.3 показан модуль видеопамяти объемом 64 Кбайт. Видеопамять объемом 256 Кбайт может быть построена из 4 модулей по 64 Кбайт (рис.4).

Рис. 4. Структурная схема многослойной VRAM памяти

В этом случае выходы SOUT от нескольких VRAM модулей подаются на параллельные входы внешнего сдвигового регистра, последовательный выход (CLK) которого тактируется со скоростью вывода точек (видеопотока битов), требуемой для регенерации экрана монитора.

В видеопамяти с такой организацией время на регенерацию экранного буфера (отображения на экран монитора) составляет менее 1.5% времени доступа. В системах же с обычной DRAM памятью время на регенерацию экрана составляет от 40% до 60% времени доступа.

Таким образом, применение VRAM обеспечивает практически полное время доступа для модификации данных видеопамяти, так как на одну строку сканирования растра требуется одна загрузка сдвигового регистра. Следовательно, в то время как предварительно загруженные видеоданные «выталкиваются» из сдвигового регистра в канал графического вывода, одновременно может осуществляться произвольный доступ к видеопамяти со стороны графических процессоров для модификации изображения.

Модификация данных в видеопамяти

Рассмотрим архитектуры видеопамяти с точки зрения манипуляции/обновления данных. Вопросы, относящиеся к выборке и обработке данных в видеопамяти графическим и/или центральным процессором, оказывают существенное влияние как на организацию самой видеопамяти, так и на внутреннюю архитектуру технических средств формирования изображений. Изображение, хранящееся в видеопамяти, концептуально может быть представлено в виде куба (рис. 5).

Рис. 5. Графический экранный буфер

Каждый пиксел, выводимый на экран монитора, состоит из отдельных битов видеопамяти, находящихся внутри куба.

Соотношение между значением пиксела, отображаемого из экранного буфера видеопамяти, и цветом на экране монитора устанавливается с помощью таблицы цветности видеоконтроллера. Доступ к данным, хранящимся внутри куба, необходим для их модификации и манипуляций с ними, регенерации экранного буфера и его обновления. В основном имеются 3 конфигурации: организация видеопамяти «в глубину», ориентированная на обработку элементов отображения — ЭО (пикселов), организация видеопамяти в виде битовых слоев (разрядных матриц) и «смешанная» архитектура.

Архитектура «в глубину». При такой организации видеопамяти обрабатываемые в каждый момент данные есть пиксел. В этом случае для многих слоев видеопамяти, генерируемый адрес вызывает слово данных, представляющих композицию битов «сквозь» слои, составляющие видеопамять (отсюда появился термин «глубина пиксела» — «pixel depth»). Такая архитектура применяется в системах высокого разрешения, предназначенных для обработки цветной трехмерной графической информации, например, в обработке изображений и моделировании структур твердых тел, т.е. там где значения каждого пиксела подвергаются интенсивным вычислениям. Эти применения, как правило, требуют «глубины пиксела» от 8 до 22-24 бит. В архитектуре «в глубину» данные в видеопамяти обрабатываются поэлементно. В случае использования для воспроизведения изображений, состоящих из нескольких цветовых плоскостей, адрес, направляемый в экранный буфер, генерирует слово данных, составленное из битов, представляющих собой одноименные разряды требуемых разрядных матриц.

«Слойная» архитектура. В «слойной» («plane») архитектуре данные видеопамяти обрабатываются как одно слово (обычно 16 бит) в каждый момент времени (пословная обработка) и отдельно для каждого слоя (разрядной матрицы).

Чтобы изменить один разряд слова видеопамяти, вместе с ним необходимо передать и оставшиеся 15 разрядов. Кроме того, для того чтобы обеспечить позиционирование и перемещение изображения с точностью до бита и с удовлетворительной скоростью, требуется специализированная аппаратура, осуществляющая быстрые сдвиги и «слияния» цепочек битов видеопамяти («barrell shifter»). Однако, несмотря на это условие, «слойные» архитектуры видеопамяти являются наиболее популярными в интерактивных 2D системах, так как требуют менее интенсивных вычислений значений пикселов (по сравнению с архитектурой «в глубину»), но более интенсивных вычислений при создании и перемещении изображения. Такие архитектуры видеопамяти часто находят применение в системах обработки инженерной и экономической информации, поскольку для них характерен значительный объем операций, связанных с манипуляциями данными и перемещении изображения.

Кроме того, достоинством такой архитектуры является возможность пословного доступа к видеопамяти со стороны центрального процессора (при соответствующей организации такая видеопамять для центрального процессора ничем не отличается от обычной оперативной памяти). Пословный доступ при достаточной разрядности слова (16-32 бит) и ограниченных требованиях к цвету (до 16 цветов, что требует четырех слоев видеопамяти) и при наличии аппаратных средств быстрого сдвига дают выигрыш в скорости, так как за один цикл памяти считывается сразу 16-32 битов данных, подлежащих модификации. «Смешанная» архитектура. В этой архитектуре доступ к данным видеопамяти может производиться как по «глубине» пиксела, так и в «ширину», реализуя лучшие возможности обеих архитектур.

Следует отметить, что такие архитектуры в последнее время применяются в дисплейных системах наиболее дорогих рабочих станций, поскольку требуют значительных аппаратных затрат на их реализацию.

При покупке графического адаптера зачастую приходится ориентироваться не только на GPU, который лежит в его основе, но и на объем установленной видеопамяти. Причем разброс здесь очень велик – от скромных 256 МБ до внушительных 2 ГБ. Существуют различные мнения о том, какое же количество мегабайт нужно для комфортной игры. Попробуем разобраться, сколько видеопамяти требуют современные игры, есть ли польза от дополнительного объема и стоит ли за него переплачивать.

При нехватке видеопамяти графические ускорители используют тот же метод, что и ОС при недостатке ОЗУ, с одним лишь отличием – вместо файла на жестком диске (хотя в особо тяжелых случаях есть и такой вариант) для расширения видеопамяти задействуется оперативная память компьютера. Однако даже если бы GPU мог использовать ОЗУ без всевозможных задержек, так же как и локальную, разница в скорости между этими двумя типами очень велика. К примеру, пропускная способность памяти у ATI Radeon HD 3850 составляет около 53 ГБ/с, в то время как у двухканальной DDR2, работающей на частоте 800 МГц, – всего 6,4 ГБ/с.

Максимальная загрузка видеопамяти, МБ

Если видеопамяти недостаточно, то в первую очередь выгружаются не используемые на текущий момент текстуры. Трудности начинаются, когда они понадобятся снова: их придется доставать из оперативной памяти, а заодно искать другие текстуры, которые можно выгрузить в ОЗУ. Если таких данных много, то наблюдаются притормаживания, особенно заметные в динамичных играх. Тут стоит отметить, что, к сожалению, при использовании обычных тестов среднее количество кадров в секунду не всегда корректно отображает именно комфортность игры. В связи с этим мы несколько адаптировали методику, чтобы добиться более правдивых результатов. Но все равно возьмите на заметку: при одинаковом количестве кадров в секунду карта с медленным чипом, но достаточным объемом памяти обеспечивает более комфортную игру, чем ускоритель с быстрым GPU, но малым объемом памяти.

Гораздо хуже, когда видеопамяти не хватает даже для текстур, находящихся в одном кадре. В такой ситуации довольно сильно падает производительность, ведь мы помним, насколько оперативная память медленней графической, а обращаться к ней приходится при прорисовке каждого кадра.

Методика тестирования

Для нашего исследования мы взяли видеокарты двух серий – ATI Radeon HD 3850 и NVIDIA GeForce 8800 GT, которые предлагаются в версиях с объемом 256, 512 МБ и 1 ГБ. Сразу предостережем желающих купить графический ускоритель с большим объемом памяти – иногда такие модификации имеют меньшие частоты, а на это стоит обращать пристальное внимание. Особенно часто подобным грешат видеокарты бюджетного уровня. Оверклокеров также огорчит и то, что в не самых дешевых моделях зачастую применяют более медленную память, которая хоть и работает на положенных частотах, но разгонный потенциал имеет невысокий.

Так как предоставленные видеокарты Sapphire HD 3850 1G и MSI NX8800GT-T2D256E-OC были изначально форсированы производителями, для создания равных условий мы привели их частоты к референсным значениям, которые составляют 670/1660 МГц для Radeon HD 3850 и 600/1800 МГц для GeForce 8800 GT.

Для измерения количества выделяемой видеопамяти мы применяли утилиту RivaTuner 2.09. Она удобна и проста в использовании, а также позволяет записывать лог и выводить значения загрузки на OSD. Мы рекомендуем эту программу читателям, желающим узнать, сколько памяти расходуется в интересующих их условиях и достаточно ли ее. Единственный серьезный недостаток RivaTuner 2.09 – невозможность отслеживать загрузку для OpenGL-приложений.

В качестве тестов были использованы 3DMark2006, Crysis, Call of Duty 4: Modern Warfare, Unreal Tournament 3, S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl и Elder Scrolls IV: Oblivion. Остановимся на интересных особенностях подробнее.

Результаты тестов

Для опытных пользователей не секрет, что синтетический бенчмарк FutureMark 3DMark 2006 не критичен к объему видеопамяти. Это полностью подтверждают полученные нами результаты – максимальные значения при стандартном для данного теста разрешении составили 220 МБ для видеокарт на базе HD 3850 и 245 МБ для 8800 GT. В связи с чем странным выглядит некоторое отставание HD 3850 256 МБ от своих коллег.

Crysis предсказуемо использует достаточно большое количество видеопамяти и потому моделям с 256 МБ приходится несладко. К примеру, при разрешении 1280×1024 GeForce 8800 GT 256 МБ уступает своей «коллеге» с 512 МБ на треть и даже проигрывает Radeon HD 3850 512 МБ. Примечательная особенность этой игры в том, что аппетит к ней приходит во время еды – чем большим объемом памяти оснащен графический адаптер, тем больше ее используется.

Примером достаточно экономных по отношению к видеопамяти игр должны были стать мультиплатформенные проекты, такие как Call of Duty 4 и Unreal Tournament 3. Дело в том, что на next-gen-консолях количество видеопамяти составляет 256 МБ, но, как оказалось, это вовсе не означает, что на ПК они тоже будут обходиться подобным объемом при максимальных настройках.

Так как в Call of Duty 4: Modern Warfare нет возможности использовать демо-записи в одиночной игре и на сетевые баталии обычно геймеры тратят заметно больше времени, то в качестве теста мы взяли запись именно мультиплеерного сражения. Однако отметим, что количество задействованной видеопамяти на локациях одиночной кампании ввиду их значительных размеров в среднем на четверть выше.

Мы уже видели, что в Crysis и Call of Duty 4 у видеокарт на базе чипсетов NVIDIA несколько более высокое потребление памяти, чем у чипов ATI, но в Unreal Tournament 3 разница очень велика. Если при разрешении 1920×1200 модели HD 3850 используют скромные 385 МБ, то 8800 GT уже целых 600! Такой огромный разброс частично объясняется тем, что у видеокарт ATI при включении полноэкранного сглаживания объем задействованной памяти не увеличивается, но падение производительности при активации антиалиасинга больше чем у конкурента.

Отечественный хит S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl использует достаточно качественные текстуры, и потому занимаемый игрой объем видеопамяти весьма велик. Стоит отметить, что мы не включали полноэкранное сглаживание, так как при полном динамическом освещении применяется отложенный рендеринг, который не предусматривает работы антиалиасинга. Однако у видеокарт NVIDIA возможна принудительная его активация через драйвер, но при этом сильно падает производительность, а потребление памяти вырастает очень значительно – даже при разрешении 1280×1024 оно превысило 700 МБ.

Последним тестовым приложением является культовая RPG The Elder Scrolls IV: Oblivion. Но включена она была в тестовый пакет вовсе не потому, что это прекрасная игра и достаточно много ее поклонников еще в нее играют. Главной причиной стало наличие для нее текстурного пака Qarl’s Texture Pack III, который заменяет стандартные текстуры на версии с большим разрешением (до 4096×4096 пикселов), благодаря чему картинка становится значительно краше. «Побочный» эффект использования текстур настолько высокого разрешения – значительный объем занимаемой видеопамяти. В итоге мы не смогли найти игру, которая превзошла бы Oblivion+Qarl’s Texture Pack III по этому параметру. Все настройки также были установлены на максимум, а антиалиасинг х4 и анизотропная фильтрация х16 форсированы через драйверы. Обратите внимание, в действительно тяжелых условиях GeForce 8800 GT 256 МБ не смогла пройти тест, а при разрешении 1920×1200 сдалась и 8800 GT 512 МБ.

Как показало наше исследование, видеокарты на базе чипов от NVIDIA гораздо болезненнее реагируют на нехватку видеопамяти, и, что еще усугубляет ситуацию, они при этом используют большее количество видеопамяти, чем продукты ATI. Как следствие мы получаем очень странную картину – Radeon HD 3850 256 МБ, имея одинаковый объем памяти с GeForce 8800 GT 256 МБ, в тяжелых режимах оказывается зачастую быстрее, несмотря на более медленный GPU. Хотя практической ценности от этого преимущества HD 3850 256 МБ нет, поскольку играть при подобных настройках уже нельзя.

Мы знали: 256 МБ памяти для такого достаточно мощного чипа, как G92, мало, однако то, что это настолько негативно влияет на быстродействие, стало неприятным открытием. Даже при разрешении 1280×1024 преимущество версии 8800 GT с 512 МБ может составлять 60%. Учитывая незначительное отличие в стоимости между моделями GeForce 8800 GT с 256 МБ и 512 МБ, гораздо предпочтительнее последняя. Особенно если учесть, что недорогая HD 3850 512 МБ показывает иногда даже лучшую производительность, чем 8800 GT 256 МБ. А если говорить о комфортности, то разница еще более велика – пусть и невысокая, но стабильная частота кадров заметно приятней высокой, но с частыми «лагами» при нехватке памяти. Еще одной интересной особенностью стало то, что 8800 GT с 256 МБ зачастую расходовала больше видеопамяти, чем модификации с 512 МБ и 1 ГБ.

Стоит отметить еще один побочный эффект нехватки видеопамяти, который часто не принимают во внимание, – уменьшение количества свободной ОЗУ. К примеру, в Oblivion при использовании HD 3850 256 МБ обращения к файлу подкачки на жестком диске были уже весьма частыми. Естественно, можно нарастить объем оперативной памяти и таким образом чуть улучшить ситуацию, однако с точки зрения производительности в играх все же лучше иметь графический адаптер с достаточным объемом видеопамяти.

При выборе между 8800 GT 512 МБ и 8800 GT 1 ГБ надо смотреть на личные предпочтения и цены: если вы играете при высоких разрешениях, то при разнице в стоимости 10–15% можно присмотреться к модели с гигабайтом памяти. А вот покупку Radeon HD 3850 1 ГБ нельзя назвать оправданной – отличие в производительности невелико даже в Oblivion. Скорее всего, сказывается использование видеокартами ATI более совершенного алгоритма сжатия текстур и шейдерного сглаживания.

Можно с уверенностью сказать, что 512 МБ на данный момент являются необходимостью для современных видеокарт, за исключением, возможно, бюджетных. Кроме того, уже сейчас существуют приложения, где и 512 МБ будет не всегда достаточно. Однако с другой стороны, в тех случаях, когда дополнительные 512 МБ ощутимо помогают, производительность обычно уже слишком низкая. К примеру, в Crysis мы не устанавливали максимально возможные настройки, при которых используется около 700 МБ, именно по этой причине. Потому оснащение видеокарт 1 ГБ памяти будет действительно оправданным для топовых ускорителей нового поколения.

Современные типы видеопамяти: MDRAM, VRAM, WRAM,SGRAM и другие

Все перечисленные технологии, используемые в видеоадаптерах, относятся к динамической оперативной памяти, работа которой имеет ряд особенностей. Во-первых, доступ к ней осуществляется достаточно крупными блоками. Во-вторых, она должна быстро перезаписывать большие объемы данных без прерывания процедуры считывания, так как образ картинки, формируемой на экране монитора, постоянно считывается из этой памяти с частотой кадровой развертки монитора, и одновременно в эту же память операционная система осуществляет запись, в результате чего происходит изменение изображения.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстpым стpаничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхpонный доступ, пpи котоpом упpавляющие сигналы жестко не пpивязаны к тактовой частоте системы. Активно пpименялся пpимеpно до 1996 г. Hаиболее pаспpостpаненные микpосхемы FPM DRAM — 4-pазpядные DIP и SOJ, а также — 16-pазpядные SOJ.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с pасшиpенным вpеменем удеpжания данных на выходе) — тип памяти с элементами конвейеpизации, позволяющий несколько ускоpить обмен блоками данных с видеопамятью.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM — синхронное динамическое ОЗУ) пришел на замену EDO DRAM и других асинхронных одно-портовых типов памяти. После того, как произведено первое чтение из памяти, или первая запись в память, последующие операции чтения или записи происходят с нулевыми задержками. Этим достигается максимально возможная скорость чтения и записиданных.

VRAM (Video RAM — видеоОЗУ) — так называемая двух портовая DRAM. Этот тип памяти обеспечивает доступ к данным со стороны сразу двух устройств, т.е. есть возможность одновременно писать данные в какую-либо ячейку памяти, и одновременно с этим читать данны е из какой-нибудь соседней ячейки. За счет этого позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки при доступе и увеличивает скорость работы. Т.е. RAMDAC может свободно выводить на экран монитора раз за разом экранный буфер ничуть не мешая видео чипу осуществлять какие-либо манипуляции с данными. Hо однако это все таже DRAM и скорость у нее не слишком высокая.

WRAM (Window RAM) — вариант VRAM, с увеличенной на ~25% пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций, таких как отрисовка шрифтов, перемещение блоков изображения и т.п. Применяется практически только на акселераторах фирм Matrox и Number Nine, поскольку требует специальных методов доступа и обработки данных, наличие всего одного производителя данного типа памяти (Samsung) сильно сократило возможности ее использования. Видеоадаптеры построенные с использованием данноготипа памяти не имеют тенденции к падению производительности при установке больших разрешений и частот обновления экрана, на одно-портовой же памяти в таких случаях RAMDAC все большее время занимает шину доступа к видеопамяти и производительность видеоадаптера может сильно упасть.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) вариант DRAM с синхронным доступом. В принципе, работа SGRAM полностью аналогична SDRAM, но дополнительно поддерживаются еще некоторые специфические функции, типа блоковой и масочной записи. В отличие от VRAM и WRAM, SGRAM является одно-портовой, однако может открывать две страницы памяти как одну, эмулируя двухпортовость других типов видеопамяти.

MDRAM (Multibank DRAM — много банковое ОЗУ) — вариант DRAM разработанный фирмой MoSys, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32КБ каждый, работающих в конвейерном режиме и использующая распараллеливание операций доступа к данным между большим количеством банков памяти RDRAM (RAMBus DRAM) память использующая специальный канал передачи данных (Rambus Channel), представляющий собой шину данных шириной в один байт. По этому каналу удается передавать информацию очень большими потоками, наивысшая скорость передачи данных для одного канала на сегодняшний момент составляет 1600MB/сек (частота 800MHz, данные передаются по обеим срезам импульса). Hа один такой канал можно подключить несколько чипов памяти. Контроллер этой памяти работает с одним каналом Rambus, на одном чипе логики можно разместить четыре таких контроллера, значит теоретически можно поддерживать до 4 таких каналов, обеспечивая максимальную пропускную способность в 6.4GB/сек. Hа сегодняшний момент этот тип памяти обеспечивает наивысшую пропускную способность на один чип памяти среди всех остальныхтипов памяти. Увеличение скоpости обpащения видеопpоцессоpа к видеопамяти, помимо повышения пpопускной способности адаптеpа, позволяет поднять максимальную частоту pегенеpации изобpажения, что снижает утомляемость глаз опеpатоpа.

www.ronl.ru

Доклад - Характеристики жёстких дисков и характеристики видеокарт

Департамент города Москвы

Государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Технический пожарно-спасательный колледж №57

Утверждено

Зам. директора по УР

_______ Ю.В. Кирша

«___»________20__г.

Самостоятельная работа

По дисциплине Технические средства автоматизации

По теме Характеристики жёстких дисков и характеристики видеокарт

Получил(а) «__________________ ________________Ф.И.О.

Выполнил(а) «___»_____________

Студент группы «АВТ-206 Дыскин А.Е. Ф.И.О.

Проверил «___»________________ Абраменко В.П. Ф.И.О.

Дата защиты «___»_____________

Оценка ___________

Содержание.

Жёсткий диск (HDD)...............................................................................................3

Характеристики жёстких дисков.................................................................3

Основные физические и логические параметры жестких дисков............5

Видеокарта.............................................................................................................10

Характеристики видеокарт.........................................................................10

Составляющие части видеокарт.................................................................11

Список литературы................................................................................................14

Жёсткий диск ( HDD ).

Накопитель на жёстких магнитных дисках илиНЖМД (англ. Hard ( Magnetic ) Disk Drive , HDD , HMDD ), жёсткий диск, винчестер, в компьютерном сленге «винт», хард, харддиск — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Характеристики жёстких дисков.

Интерфейс (англ. interface ) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity ) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жестких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная емкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жестких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на начало 2010г. достигает 4000 Гб (4 Терабайт). В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension ). Почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time ) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed ) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надёжность (англ. reliability ) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF ). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate ) при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;
• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Основные физические и логические параметры жестких дисков.

Все накопители, так или иначе, соответствуют стандартам, определяемым либо независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими производителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрения пользователей и производителей, которые, так или иначе, используются при сравнении накопителей различных производителей и выборе устройства.

Диаметр дисков (disk diameter) – параметр довольно свободный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпусов системных блоков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов. Диаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия. Накопители большего диаметра содержат большее число дорожек, и в них, как правило, используются более простые технологии изготовления носителей, предназначенных для меньшей плотности записи. Они, как правило, медленнее своих меньших собратьев и имеют меньшее число дисков, но более надежны. Накопители с меньшим диаметром больших объемов имеют более высокотехнологичные поверхности и высокие плотности записи информации, а также, как правило, и большее число дисков.

Число поверхностей (sides number) – определяет количество физических дисков нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с числом поверхностей от 1 до 8 и более. Однако, наиболее распространены устройства с числом поверхностей от 2 до 5. Принципиально, число поверхностей прямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки операций на одном цилиндре. Так как операции на поверхностях цилиндра выполняются всеми головками синхронно, то теоретически, при равных всех остальных условиях, более быстрыми окажутся накопители с большим числом поверхностей.

Число цилиндров (cylinders number) – определяет, сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024, вследствие чего, для распространенных ОС применяются унифицированные режимы доступа с пересчетом и эмуляцией и виртуализацией числа головок, цилиндров и секторов (LBA и Large).

Число секторов (sectors count) – общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический неформатированный объем устройства.

Число секторов на дорожке (sectors per track) – общее число секторов на одной дорожке. Часто, для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.

Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) – определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm). Для дисков емкостью до 1 гигабайта она обычно равна 5,400 оборотов в минуту, а у более вместительных достигает 7,200 и 10000 rpm.

Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time) – обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве. Показатель используется для условной оценки производительности при сравнении накопителей разных моделей и производителей.

Время успокоения головок (head latency time) – время, проходящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожку до момента начала операции чтения/записи. Является внутренним техническим показателем, входящим в показатель — время перехода с дорожки на дорожку.

Время установки или время поиска (seek time) – время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Среднее время установки или поиска (average seek time) – усредненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирования. Среднее время поиска имеет тенденцию уменьшаться с увеличением емкости накопителя, т.к. повышается плотность записи и увеличивается число поверхностей. Например, для 540-мегабайтных дисков наиболее типичны величины от 10 до 13, а для дисков свыше гигабайта — от 7 до 10 миллисекунд. Среднее время поиска является одним из важнейших показателей оценки производительности накопителей, используемых при их сравнении.

Время ожидания (latency) – время, необходимое для прохода нужного сектора к головке, усредненный показатель – среднее время ожидания (average latency), получаемое как среднее от многочисленных тестовых проходов. После успокоения головок на требуемом цилиндре контроллер ищет нужный сектор. При этом последовательно считываются адресные идентификаторы каждого проходящего под головкой сектора на дорожке. В идеальном, с точки зрения производительности случае, под головкой сразу окажется нужный сектор, в плохом — окажется, что этот сектор только что «прошел» под головкой, и, до окончания процесса успокоения необходимо будет ждать полный оборот диска для завершения операции чтения/записи.

Время доступа (access time) – суммарное время, затрачиваемое на установку головок и ожидание сектора. Причем, наиболее долгим является промежуток времени установки головок.

Среднее время доступа к данным (average access time) – время, проходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера до физического осуществления операции — результат сложения среднего время поиска и среднего времени ожидания. Среднее время доступа зависит от того, как организовано хранение данных и насколько быстро позиционируются головки чтения записи на требуемую дорожку. Среднее время доступа – усредненный показатель от многочисленных тестовых проходов, и обычно, оно составляет от 10 до 18 миллисекунд и используется как базовый показатель при сравнительной оценке скорости накопителей различных производителей.

Скорость передачи данных (data transfer rate), называемая также пропускной способностью (throughput), определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса. Различают две разновидности скорости передачи — внешняя и внутренняя. Скорость передачи данных, также является одним из основных показателей производительности накопителя и используется для ее оценки и сравнения накопителей различных моделей и производителей.

Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера. В настоящее время, накопители с интерфейсами EIDE или Fast ATA, обычно, имеют внешнюю скорость передачи данных от 11.1 до 16.6 мегабайта в секунду, а для накопителей с интерфейсами SCSI-2 — этот параметр находится в пределах от 10 до 40 мегабайт в секунду.

Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate или sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контроллером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружается большой графический или видеофайл). Внутренняя скорость передачи данных очень сильно зависит от частоты вращения шпинделя.

Размер кэш-буфера контроллера (internal cash size). Встроенный в накопитель буфер выполняет функцию упреждающего кэширования и призван сгладить громадную разницу в быстродействии между дисковой и оперативной памятью компьютера. Выпускаются накопители с 128, 256 и 512 килобайтным буфером. Чем больше объем буфера, тем потенциально выше производительность при произвольном «длинном» чтении/записи.

Средняя потребляемая мощность (capacity). При сборке мощных настольных компьютеров учитывается мощность, потребляемая всеми его устройствами. Современные накопители на ЖД потребляют от 5 до 15 Ватт, что является достаточно приемлемым, хотя, при всех остальных равных условиях, накопители с меньшей потребляемой мощностью выглядят более привлекательно. Это относится не только к экономии электроэнергии, но и надежности, т.к. более мощные накопители рассеивают избыток энергии в виде тепла и сильно нагреваются. А, как известно, проблемы, связанные с изменением свойств магнитных носителей напрямую зависят от их температуры и коэффициента расширения/сжатия материала.

Уровень шума (noise level), разумеется, является эргономическим показателем. Однако, он также, является и некоторым показателем сбалансированности механической конструкции, т.к. шум в виде треска — есть не что иное как звук ударов позиционера шагового или линейного механизма, а, даже микро- удары и вибрация так не желательны для накопителей и приводят к более быстрому их износу.

Среднее время наработки на отказ (MTBF) – определяет, сколько времени способен проработать накопитель без сбоев. К сожалению, точные оценки надежности производителями не афишируются. Они приводят обычно среднюю условную наработку на отказ в сотнях тысяч часов работы, что является расчетной статистической величиной. К тому же, производители используют для ее определения различные расчетные методики, поэтому сравнивать наработку на отказ, приводимую в спецификациях продукции разных компаний, нужно с особой осторожностью.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) – определяет степень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключенном состоянии. Является важным показателем для настольных и мобильных систем.

Физический и логический объем накопителей. Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным. Физический объем жесткого диска, также, зависит от типа интерфейса, метода кодирования данных, используемого физического формата и др. Производители накопителей указывают объемы дисков в миллионах байт, предполагая, исходя из десятичной системы исчисления, что в одном мегабайте 1000000 байт. Однако, ПО оперирует не десятичной, а двоичной системами, полагая, что в одном килобайте не 1000 байт, а 1024. Такие несложные разногласия в системах исчисления приводят к несоответствиям при оценке объема накопителей, данном в описании и — выдаваемом различными программными тестами.

Одним из возможных, но не желательных способов повышения физической емкости, для производителей, является увеличение емкости сектора. В настоящее время, стандартной емкостью сектора для IBM-совместимых компьютеров является 512 байт. Многие адаптеры позволяют, в процессе физического форматирования, программным путем, изменять емкость сектора, например, до 1024 байт. При этом соотношение пользовательских данных и служебной информации для сектора улучшается, но снижается надежность хранения данных, т.к. тот же полином ECC будет использоваться для коррекции большего объема данных. Однако, выигрыш на физическом уровне еще не означает тот же результат на логическом, т.к. логическая структура диска может оказаться не эффективной, например, при использовании для работы с файлами малой длинны (менее 1 К). Логический же объем зависит от того, как операционная система или программа записывает информацию в сектора. В случае использования программ и операционных систем с программной компрессией данных, можно повысить объем носителя на величину, зависящую от степени сжатия данных.

Для оптимального использования поверхности дисков применяется так называемая зонная запись (Zoned Bit Recording — ZBR), принцип которой состоит в том, что на внешних дорожках, имеющих большую длину (а, следовательно — и потенциальную информационную емкость на единицу площади), информация записывается с большей плотностью, чем на внутренних. Таких зон с постоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более; соответственно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем на внутренних. Благодаря этому файлы, расположенные на дорожках с большим диаметром, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных на дорожках с меньшим диаметром, т.к. для них будет производится меньшее число позиционирований с дорожки на дорожку.

В ЖД последнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике) и S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology — технология самостоятельного слежения анализа и отчетности). Первая разработана по причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска — уровень помех и искажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похожести (правдоподобия) делается заключение о приеме того или иного машинного слова.

Накопитель, в котором реализована технология S.M.A.R.T., ведет статистику своих рабочих параметров, которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или служебных зонах диска. Эта информация накапливается в течение всего периода эксплуатации и может быть в любой момент затребована программами анализа. По ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.

Видеокарта.

Видеокарта (известна также как графическая плата, графический ускоритель, графическая карта, видеоадаптер ) (англ. videocard ) — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ).

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера. Например, все современные видеокарты NVIDIA и AMD (ATi) поддерживают приложения OpenGL на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные способности графического процессора для решения неграфических задач.

Характеристики видеокарт.

Ширина шины памяти, измеряется в битах — количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.

Объём видеопамяти, измеряется в мегабайтах — объём собственной оперативной памяти видеокарты. Видеокарты, интегрированные в набор системной логики материнской платы или являющиеся частью ЦПУ, обычно не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера (UMA — Unified Memory Access).

Частоты ядра и памяти — измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.

Текстурная и пиксельная скорость заполнения, измеряется в млн. пикселов в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.

Выводы карты — видеоадаптеры MDA, Hercules, CGA и EGA оснащались 9-контактным разьемом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разьем Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом. Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разьем предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера. В настоящее время платы оснащают разъёмами DVI или HDMI, либо Display Port в количестве от одного до трех. Некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью видеовыходами. Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников. Порт DVI бывает двух разновидностей. DVI-I также включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на разьем D-SUB. DVI-D не позволяет этого сделать. Dispay Port позволяет подключать до четырёх устройств, в том числе акустические системы, USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода. На видеокарте также возможно размещение композитных и S-Video видеовыходов и видеовходов (обозначаются, как ViVo).

Составляющие части видеокарт.

Графический процессор (Graphics processing unit — 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 мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

Видеоконтроллер — отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Видеопамять — выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры UMA в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) — служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока — три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий, RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC 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.

Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.

Система охлаждения — предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Видеодрайвер — специальное программное обеспечение, поставляемое производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью него. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

Список литературы.

Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: Вильямс, 2007. — С. 653-700.

Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: Вильямс, 2007. — С. 889-970

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Политические технологии в восточной европе реферат
• 
  Российская государственность и российская цивилизация реферат
• 
  Реферат на тему создатель сети интернет
• 
  Сложные холодные закуски из рыбы реферат
• 
  Физическое самовоспитание самоанализ и самоконтроль реферат
• 
  Первая электрическая машина отто герике реферат
• 
  Реферат государство в неоинституциональной экономической теории
• 
  Формы предпринимательской деятельности в аудите реферат
• 
  Реферат на тему эволюция носителей информации
• 
  Реферат эффекты влияния группы на личность
• 
  Концепция устойчивого развития республики беларусь реферат