Видеоадаптер. Общие вопросы устройства и принцип работы.

Сегодня мы попробуем разобраться в том, из чего же состоят видеоадаптеры, какие они бывают и каковы их основные характеристики.

На самом деле, видеоадаптер, как часть компьютера появился относительно недавно - практически одновременно с появлением персонального компьютера. На заре компьютерной эры, когда самого термина "персональный компьютер" просто не существовало, вся необходимая информация отображалась с помощью индикаторов и обычного печатающего устройства, которое и принтером можно было назвать с большой натяжкой.

В IBM совместимых компьютерах, первые видеокарты появились, в том виде, в котором мы привыкли их видеть, с выходом первого IBM XT. Самый первый адаптер - это MDA. Он был разработан фирмой IBM и являлся монохромным алфавитно-цифровым адаптером. Следующим был CGA - это уже был цветной адаптер и поддерживал он 16 цветов, правда в графических режимах он мог использовать одновременно только 4 или 2 цвета. По настоящему первым графическим и цветным адаптером стал HGA - разработанный фирмой Hercules он был революционным для того времени.

Но довольно истории. Поговорим о том, что же такое видеоадаптер и для чего он нужен. Самое простое определение, которое можно предложить - он нужен для вывода информации на монитор. Если бы его не было, то и работать с персональным компьютером мы бы просто не смогли. Или бы до сих пор работали с индикаторами в виде лампочек ;) Что общего есть у всех видеокарт, независимо от фирмы производителя, года выпуска и основного предназначения? Во-первых, это наличие собственной видеопамяти. Собственная память нужна видеоадаптеру для работы с той информацией, которую ему передает компьютер и которая потом выводится на экран. Во-вторых, специальная микросхема, отвечающая непосредственно за обработку поступающей информации и вывод ее на экран. Вот эти две составляющие присутствуют у любого видеоадаптера. Теперь рассмотрим это несколько подробнее.

Начнем с той самой важной микросхемы. Раньше ее называли "видеочипом", сейчас все чаще можно услышать "видеопроцессор" или "видеоакселератор" (среди профессионалов принят термин RAMDAC). Задача первых видеопроцессоров заключалась только лишь в получении от операционной системы определенных последовательностей команд в которых указывалось в какое место экрана и какую букву поместить. С появлением графических адаптеров, видеочип уже работал не с отдельными буквами и цифрами, а с точками экрана и их цветом. С появлением ускорителей трехмерной графики, все связанные с ней расчеты изначально были возложены на центральный процессор компьютера. Однако это сильно нагружало процессор и скорость смены кадров была практически нулевой (имеются ввиду не профессиональные графические станции, а обычный персональный компьютер). Поэтому на видеоадаптер также возложили обязанности по обработке трехмерных сцен.

Любой современный видеопроцессор работает в двух режимах - 2D и 3D. Первый из них используется при работе с плоской графикой - двухмерной. С 2D графикой мы работаем каждый день - когда печатаем документ, работаем в Интернете, рисуем в Photoshop'е или смотрим видеодиск. Это и есть двухмерная графика. С трехмерной графикой мы сталкиваемся только в компьютерных играх, если конечно вы не являетесь профессиональным художников или это не ваше хобби. Наиболее важными характеристиками, в обоих режимах является максимальная частота вертикальной развертки - скорости перерисовки экрана. Чем она выше - тем меньше у вас будут уставать глаза при долгой работе за компьютером. Сейчас стандартом считается частота не ниже 85Гц. Проведите один маленький эксперимент - установите частоту вашего адаптера в 56 или 60Гц и посмотрите на качество изображения. В большинстве случаев, особенно в комнатах где находится много электроники и различных проводов, вы можете заметить, что изображение начнет слегка подергиваться. Казалось бы это не так уж и неприятно, но попробуйте просидеть за таким монитором несколько часов - вы сами почувствуете как у вас начнут болеть глаза. Конечно, кроме адаптера такую же частоту должен поддерживать и ваш монитор. А вообще старайтесь всегда ставить ту максимальную частоту, которую поддерживает ваш монитор на данном разрешении. Кроме максимальной частоты очень важное значение имеет четкость картинки. Автору попадались видеоадаптеры азиатского производства, сделанные на последних моделях видеочипов, но с совершенно ужасной четкостью. Хотелось все время протереть глаза.

Когда вы запускаете современную игру, сделанную по последнему слову технологии, в дело вступает 3D часть видеопроцессора. Для лучшего понимания вопроса, мне хотелось бы сказать несколько слов о том что такое вообще трехмерная графика. Первое отличие 3D от 2D графики заключается, что логично, в количестве координат. Если для отображения курсора в текстовом редакторе достаточно 2 координат - x и y, то для того чтобы правильно нарисовать, например, монстра в игре Quake необходимо уже знать 3 координаты - x, y и z. Как это происходит на деле? Сначала компьютер просчитывает координаты объекта в пространстве (объектом может быть что угодно, начиная от цветка в поле и заканчивая планетой в космосе) и передает их видеопроцессору. Последний, по полученным координатам строит каркас, на который накладывает необходимые текстуры (текстура - это специальный рисунок, создающий эффект реалистичности поверхности) и транслирует трехмерную систему координат в двухмерную. Почему так? Дело в том в отобразить на плоской поверхности трехмерную сцену без специального преобразования невозможно без искажений. По настоящему трехмерный мир можно показать только в виртуальной реальности или создать его эффект с помощью стереоэффекта.

Теперь вы имеете представление о том, какие огромные вычисления производятся при обработке трехмерной графики. И это при расчете одной сцены. А в тех же играх сцены меняются постоянно. Вот здесь и проявляются возможности видеопроцессора. Кроме частоты вертикальной развертки, основными характеристиками 3D части видеочипа являются - частота работы, скорость "заливки" текстур и объем поддерживаемой видеопамяти. Частота работы, как и центрального процессора компьютера, измеряется в Мгц. На сегодня, средняя скорость последних моделей видеопроцессоров уже перешагнула 200МГц. Скорость "заливки" - это скорость, с какой видеочип накладывает текстуры на каркас. Измеряется она в млн. текселей (тексель (texel) это определенная точка текстуры).

Память. Если на первых моделях видеокарт объем памяти был равен 512Кб, то сегодня ее объемы сравнялись уже с объемами оперативной памяти компьютера - 32 и 64Мб. Основное назначение локальной памяти видеокарты - хранение текстур. Кроме этого там производится работа по обсчету трехмерных сцен. Для современного видеоадаптера имеет значение не только объем установленной памяти, но и также ее скорость работы и тип. Сегодня в видеоадаптерах применяют три типа памяти - SDRAM, SGRAM и DDR RAM. Отличаются они в первую очередь скоростью передачи данных. Наиболее распространена, особенно на более дешевых видеокартах SDRAM память. Этот же тип памяти используют при изготовлении модулей DIMM - память применяемая в компьютере в качестве оперативной. SGRAM более быстрая, но она же и несколько дороже. А наиболее дорогой и наиболее быстрой является DDR RAM память. Используется она только в видеокартах построенных на самых последних моделях видеопроцессоров и чаще всего в люкс комплектации. Ну и конечно же - чем больше локальной памяти установлено на видеокарте, тем больше там может храниться текстур и тем быстрее будет производится прорисовка сцен и выводе на экран.

В последнее время стало чуть ли не "модным" разгонять собственную видеокарту, благо утилит для этого достаточно. "Разгон" заключается в повышении тактовых частот видеопроцессора и локальной памяти видеокарты. Только вот, в отличие от общего разгона компьютера, вывести карту из строя шансов гораздо больше. К сожалению, определить какой режим окажется для видеопроцессора смертельным гораздо сложнее. Если вы выставите нестандартную частоту работы компьютера он может просто отказаться работать. Видеокарта же, работать будет, вот только - сколько? А потом она может просто сгореть. Так что если вы все-таки решитесь на этот шаг - проконсультируйтесь сначала со знакомым специалистом или почитайте материалы по этому вопросу. Их имеется достаточное количество в Интернете.

30. Видеоакселерация.Суть этого свойства состоит в том, что часть операций по построению изображения может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре, а чисто аппаратным путем - преобразованием данных в специальных микросхемах видеоакселератора.

Видеоакселераторы могут входить в состав видеоадаптера, а могут поставляться в виде отдельной платы расширения, устанавливаемой на материнской плате и подсоединяемой к видеокарте. Различают два типа видеоакселераторов: для плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые более эффективны для работы с прикладными программами общего назначения и оптимизованные для ОС Windows, другие ориентированы на работу с разными мультимедийними и развлекательными программами.

31. Перифери́йное устро́йство — аппаратура, которая позволяет использовать вычислительные возможности процессора.

1. Отдельно взятое устройство из класса периферийных устройств компьютера. Класс периферийных устройств появился в связи с разделением вычислительной машины на вычислительные (логические) блоки — процессор(ы) и память хранения выполняемой программы и внешние, по отношению к ним, устройства, вместе с подключающими их интерфейсами. Таким образом, периферийные устройства, расширяя возможности ЭВМ, не изменяют её архитектуру.
2. Периферийными устройствами также можно считать внешние по отношению к системному блоку компьютера устройства.

Периферийные устройства окружают системный блок и позволяют пользователю взаимодействовать с компьютером. Периферийные устройства можно разделить на следующие группы:

- устройства ввода информации;
- устройства вывода информации;
- устройства хранения информации;
- мультимедийные устройства;
- устройства передачи информации.

Устройства ввода.

К устройствам ввода относят такие стандартные устройства, как клавиатура и мышь, которые позволяют передать информацию от пользователя компьютеру. Кроме этого существуют много других устройств. Трекбол (или перевернутая мышь) - представляет собой шарик, вращая который, вы передвигаете курсор на экране. Планшет - это устройство ввода, по которому пользователь водит стилом (пером), а изображение передается компьютеру. Сканер - устройство для передачи картинки с твердого носителя (бумаги, пленки) в цифровой вид, который может обрабатываться компьютером. Цифровые камеры и цифровые видеокамеры, позволяют получить статические и подвижные снимки и передать в электронном виде на обработку компьютером.

Устройства вывода наоборот позволяют пользователю, получить информацию от компьютера, в понятном пользователю виде. Так для получения изменяемой информации, например - фильм, используются мониторы, реже проекторы. Чтобы получить документ на твердом носителе, применяют принтеры или плоттеры.

Кроме накопителей, которые присутствуют в системном блоке, те же накопители, могут подключаться, как внешние устройства, например: жесткие диски, дисководы, CD-ROM/RW, DVD-ROM/RW и т.д. Кроме этих накопителей, очень популярными являются Flash-накопители, небольшие устройства, подключаемые к USB порту. Их емкость составляет 16-256 Мб (и более), цена весьма привлекательна и так как USB порт есть сегодня в каждом компьютере, эти устройства стремительно набирают популярность, практически вытесняя дискеты и дисководы.

К мультимедийным устройствам, чаще всего, относят устройства связанные с вводом/выводом аудио и видеоинформации. Звуковая карта с акустической системой - для ввода/вывода звука. Для ввода/вывода видеоинформации используются платы нелинейного монтажа.

Эти устройства предназначены для обмена информацией двух и более компьютеров. Модем - устройство связи для удаленного соединения компьютеров по телефонной линии. На другом конце провода может быть ваш друг, либо же компьютер провайдера, предоставляющего доступ в Internet. Еще одним устройством обмена информации является сетевой адаптер (сетевая карта). Это более быстрое устройство для обмена информации, которое может передавать информацию по электрическим, оптическим, или радиоканалам связи.

32. Ма́тричный принтер (англ. dot matrix printer) — компьютерный принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом.

Матричные принтеры — старейшие из доныне применяемых принтеров. Их механизм был изобретён в 1964 году корпорацией Seiko Epson.

Принцип действия

В матричном принтере изображение формируется на носителе печатающей головкой, представляющей из себя набор иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка располагается на каретке, движущейся по направляющим поперёк листа бумаги; при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, аналогичную применяемой в печатных машинках и обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Для перемещения каретки обычно используется ременная передача, реже — зубчатая рейка или винтовая передача. Приводом каретки является шаговый электродвигатель. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM (англ. Serial Impact Dot Matrix — последовательные ударно-матричные принтеры). Скорость печати таких принтеров измеряется в CPS (англ. characters per second — символах в секунду).

Матричный принтер Star LC-10

Матричный принтер Epson FX-85

Устройство перемещения печатной головки

Картридж с красящей лентой

Иглы в печатающей головке располагаются, в зависимости от их количества, одним или двумя вертикальными столбцами, или в виде ромба. Материалом для игл служит износостойкий вольфрамовый сплав. Для привода игл используются две технологии, основанные на электромагнитах — баллистическая и с запасенной энергией.^[1] Поскольку электромагниты нагреваются при работе, печатающая головка снабжается радиатором для пассивного отвода тепла; в высокопроизводительных принтерах может применяться принудительное охлаждение печатающей головки вентилятором, а также система температурного контроля, снижающая скорость печати или прекращающая работу принтера при превышении допустимой температуры печатающей головки.

Для печати на носителях различной толщины в матричном принтере имеется регулировка зазора между печатающей головкой и бумагоопорным валом. В зависимости от модели, регулировка может производится вручную, либо автоматически. При автоматической установке зазора принтер имеет функцию определения толщины носителя.

В разное время выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18, 24 и 36, 48 иголками в головке; разрешающая способность печати, а также скорость печати графических изображений напрямую зависят от числа иголок. Наибольшее распространение получили 9- и 24-игольчатые принтеры.

9-игольчатые принтеры применяются для высокоскоростной печати с невысокими требованиями к качеству. Для достижения высокой скорости в некоторых принтерах используются сдвоенные (2х9) и счетверенные (4х9) 9-игольчатые печатающие головки. За счет меньшего количества игл 9-игольчатая печатающая головка отличается большей надежностью и меньшим нагревом. В настоящее время 9-игольчатые матричные принтеры занимают большую часть рынка.

Преимуществом 24-игольчатого принтера является высокое качество печати, в графическом режиме максимальное разрешение составляет 360х360 точек на дюйм. При этом скорость печати 24-игольчатого принтера существенно ниже, чем у 9-игольчатого. Основная сфера применения — печать с высокими требованиями к качеству. В настоящее время 24-игольчатые матричные принтеры вытеснены лазерными и струйными принтерами и занимают небольшую рыночную долю.

В современных матричных принтерах красящая лента из плотного нейлона упакована в картридж, содержащий также узлы для протяжки и натяжения ленты. В зависимости от конструкции принтера, картридж располагается на станине или на каретке. В ранних моделях вместо картриджа может использоваться лента на катушках для пишущей машинки. Для повышения ресурса ленты, ее длина часто составляет 6 и более метров. В случае короткой ленты используется дополнительная подкраска с помощью бункера или ролика из пористого материала (фетра), пропитанного краской. В некоторых принтерах для увеличения ресурса лента имеет вид Листа Мёбиуса.