Architektura Komputerów

Transkrypt

1 Architektura systemów Architektura Komputerów komputerowych Wykład nr. 9 dr Artur Bartoszewski

2 Karty graficzne - nazwy trybów rozdzielczości Skrót Pełna nazwa Rozdzielczość VGA VGA 640x480 SVGA Super VGA 800x600 XGA extended Graphics Array 1024x768 SXGA Super XGA 1280x1024 UXGA Ultra XGA 1600x1200 HDTV High-Definition TV 1920x1080 QXGA Quard XGA 2048x1536

3 Karty graficzne - historia

4 VGA (SVGA) Obsługa pamięci Dla kart VGA podstawową metodą odwzorowania ekranu jest metoda płatowa (ang. planar, bit mapped). Pamięć obrazu dzielona jest na płaty (bloki) po 64 KB każdy. W każdym bloku jednemu bitowi odpowiada jeden punkt. VGA 4 bloki SVGA minimum 8 Dzięki takiej strukturze 256 KB (dla kartu VGA) pamięci obrazu zajmuje 64 KB przestrzeni adresowej. Konsekwencją przyjętej organizacji pamięci jest utrudniony dostęp do danych. Zapis lub odczyt wymaga dodatkowo programowania rejestrów układu graficznego.

5 Układ RAMDAC

6 Układ RAMDAC Współczesne karty posiadają wyjścia cyfrowe. Układy DAC zostały w nich zastąpione interfejsem złącza (HDMI lub DVD-D), którego zadaniem jest przetworzenie wartości RGB na sygnały sterujące monitorem w tym wypadku nie analogowe lecz cyfrowe.

7 VGA (SVGA) Pamięd graficzna Rozdzielczość oraz głębia kolorów wyświetlanego obrazu zależna jest od ilości pamięci zamontowanej na karcie graficznej. Przykładowo: dla trybu 1024 x 768 w 16 milionach kolorów (24 bity) (rozdzielczość pozioma) x (rozdzielczość pionowa) x (bitów na punkt) 1024 x 768 x 24 bity = bity = B = 2,24 MB Pamięć graficzna dla karty VGA wynosiła 256 KB Karty SVGA posiadają co najmniej 512 KB pamięci

8 Układ RAMDAC - parametry

9 VGA (SVGA) Schemat kolorów Dla zachowania zgodności pierwsze 16 kolorów sterownika VGA odpowiada szesnastu kolorom sterownika EGA. Kolejnym numerom odpowiadają następujące kolory: 0 - czarny (black) 1 - niebieski (blue) 2 - zielony (green) 3 - siny (cyan) 4 - czerwony (red) 5 - fioletowy (magenta) 6 - brązowy (brown) 7 - jasnoszary (light gray) 8 - szary (gray) 9 - jasnoniebieski (light blue) 10 - jasnozielony (light green) 11 - jasnosiny (light cyan) 12 - jasnoczerwony (light red) 13 - różowy (pink) 14 - żółty (yellow) 15 - biały (white)

10 Standard VESA Standard VESA ukazywał się w kilku edycjach. Do chwili obecnej opublikowano wskazania techniczne dotyczące: parametrów monitorów przeznaczonych do współpracy z kartami SVGA; numeracji i rozdzielczości trybów graficznych i znakowych; interfejsu programowego (dodatkowych funkcji przerwania loh BIOS-u); magistrali lokalnej (Local Bus) do komunikacji ze sterownikiem graficznym. Obecnie najczęściej spotykane na rynku sterowniki VESA są zgodne z wersją 1.2. Oznacza to możliwość obsługi trybów wielobarwnych (15, 16 lub 24 bity na piksel) pod warunkiem, że karta SVGA wyposażona jest w specjalny układ przetworników C/A.

11 Grafika 3D na komputerze domowym

12 Akceleratory graficzne Pod pojęciem akceleratorów Graficznych należy rozumieć karty graficzne SVGA wzbogacone o dodatkowe modły sprzętowe.

13 Akceleratory graficzne Układy takie lokalizuje się (w odróżnieniu od koprocesora arytmetycznego) nie w rejonie procesora ale blisko przetwarzanych danych (pamięci obrazu) - na karcie graficznej. Biorą one na siebie fragment procesu dekodowania obrazu video, przez co zwalniają jednostkę centralną (CPU) z ogromnej ilości operacji. Odzyskana moc obliczeniowa stawiana jest do dyspozycji systemu operacyjnego a odciążone magistrale systemowe umożliwiają szybszy dostęp do zasobów: pamięci RAM, dysków i peryferii.

14 Budowa akceleratora graficznego

15 Budowa akceleratora graficznego Sygnał kierowany jest do magistrali danych. Niewidoczne elementy trafiają do jednostki Hyper Z. Pozostałe dane wędrują do silnika geometrycznego (Vertex Engine), po czym (po wstępnej obróbce) trafiają do silnika ustawień (Setup Engine). Ponownie,w celu uniknięcia konieczności obliczania niewidocznych przedmiotów, trafiają one do Hyper Z. Pozostałe elementy poddawane są ostatecznej obróbce w jednostce nazwanej Smmoothvision HD (pod tą nazwą kryją się układy poprawiające jakość obrazu, np. jednostka anti-aliasingu). Gotowe już obiekty trafiają do interfejsu graficznego, w którym na podstawie wyliczonych danych generowany jest obraz. Dalej przesyłany jest on za pośrednictwem złącza wyjściowego: VGA, DVI, S-VIDEO lub HDMI do urządzenia wyświetlającego (monitora lub telewizora

16 Akceleratory graficzne Zadania akceleratora grafiki 3D: 1. obliczanie współrzędnych obiektów podlegających przemieszczeniom, takim jak obrót, przesunięcie itp, 2. przeskalowywanie obiektów, których rozmiary zmieniają się w trakcie ruchu, 3. obliczenia barw obiektów oświetlanych (barwa wypadkowa zależy od barwy własnej podłoża i od barwy światła padającego na nią), 4. usuwanie (clipping) fragmentów brył niewidocznych dla obserwatora, 5. projekcja obrazu wypadkowego na płaszczyznę 2D.

17 Potok przetwarzania grafiki 3D

18 Złącza kart graficznych D-SUB (Monitor CRT) S-VIDEO (TV, zarówno wejście jak i wyjście) DVI (Digital Video Interface) Dzielimy na: DVI-D (złącze cyfrowe, dla paneli LCD) DVI-A (złącze analogowe, np.: wyjście TV) DVI-I (zintegrowane analogowe i cyfrowe)

19 Złącza kart graficznych - CRT D-SUB (CRT)

20 Złącza kart graficznych - DVI DFP (Digital Flat Panel) P&D (Plag and Display) złącze spotykane najczęściej w projektorach DVI (Digital Vision Interface) standard stworzony przez DDWG w celu ujednolicenia interfejsu zewnętrznych paneli obrazowych

21 Złącza kart graficznych - HDMI HDMI (High-Definition Multimedia Interface) obecnie bardzo popularny, cyfrowy interfejs służący do przesyłania obrazu i dźwięku w cyfrowej jakości. Za jego pośrednictwem można podłączyć monitor, konsolę do gier, cyfrowy dekoder czy odtwarzacz DVD lub Blu-ray. Dużą przewagą nad poprzednikiem jest możliwość jednoczesnego przesyłania obrazu i dźwięku, co pozawala na zredukowanie liczby przewodów.

22 Złącza kart graficznych - HDMI High Definition Multimedia Interface (HDMI) jest cyfrowym interfejsem dla sygnału audio/wideo zdolnym przesyłać pełen strumień danych bez kompresji. Dane wideo przesyłane są z wykorzystaniem technologii TMDS.

23 Złącza kart graficznych - HDMI HDMI pozwala łączyć ze sobą dowolne, zgodne ze standardem, urządzenia audio/wideo takie jak odtwarzacze DVD, konsole gier, komputery z monitorem lub telewizorem cyfrowym. Obecnie zaczyna wypierać starsze standardy zarówno analogowe (np.: S- Video, SCART, VGA, DVI-A) jak i cyfrowe.

24 Karta dźwiękowa

25 Karta dźwiękowa

26 Karta dźwiękowa

27 Procesor DSP

28 Procesor DSP Procesor sygnałowy DSP (ang. Digital Signal Processor) służy do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Prostym przykładem zastosowania procesora DSP umieszczonego na karcie dźwiękowej jest stworzenie efektu pogłosu lub echa: - ciąg cyfrowych próbek, który procesor przesyła do przetwornika C/A, zapamiętywany jest dodatkowo w pamięci. Ciąg ten wyczytany z pamięci z pewnym opóźnieniem przesyłany jest również na wejście przetwornika C/A. W ten sposób na wyjściu przetwornika pojawiają się dwa sygnały analogowe o tym samym brzmieniu, przesunięte w czasie

29 Zintegrowany kodek dźwięku AC 97 AC'97 ( Audio Codec '97; od 2004 roku AC'97 Intel High Definition Audio) jest to standard opracowany przez Intel Architecture Labs w 1997 roku i używany głównie w płytach głównych, modemach i kart dźwiękowych. Wykorzystane przez Intela wyrażenie kodek audio odnosi się do kodowania / dekodowania sygnałów do / z analogowego audio z / do postaci cyfrowej, (AD-DA konwerter). AC 97 nie należy mylić z kodekiem w sensie konwersji z jednego formatu na inny, jak np. audio (MP3) i wideo (Xvid). Zintegrowany chipset składa się z dwóch komponentów: cyfrowy sterownik AC'97 (DC97), który jest wbudowany w chipset płyty głównej, układu kodeka audio AC'97 (rys. powyżej), który jest analogową częścią architektury. AC'97 definiuje wysokiej jakości, 16 lub 20-bitowy dźwięk przestrzenny dla komputerów PC. Obsługuje częstotliwości próbkowania 96 khz przy rozdzielczości 20-bit stereo i 48 khz częstotliwość próbkowania 20-bitowa rozdzielczość stereo do nagrywania i odtwarzania wielokanałowego.

30 Zintegrowany kodek dźwięku AC 97

31 Karta dźwiękowa USB Karta dźwiękowa na złączu USB to (w zależności od modelu), prosta, lub wysokiej klasy kart dźwiękowa. Od klasycznej karty dźwiękowej różni się w zasadzie tylko interfejsem pomiędzy nią a systemem (USB zamiast PCI czy PCI-E)

32 Karta dźwiękowa USB Głośniki USB nie wymagają zastosowania karty dźwiękowej (zewnętrznej, ani zintegrowanej). Przetwarzanie dźwięku cyfrowego odbywa się na poziomie sterowników (z wykorzystaniem CPU). Zamiana sygnału cyfrowego na analogowy zachodzi w głośniku.