Геркулес. HGC (Hercules Graphics Card — графічна карта Hercules) — розширення MDA із графічним режимом 720x348

HGC (Hercules Graphics Card — графічна карта Hercules) — розширення MDA із графічним режимом 720x348, розроблене фірмою Hercules' CGA — кольоровий графічний адаптер

Першим растровим дисплейним адаптером, розробленим IBM для PC, був кольоровий графічний адаптер — CGA (Color Graphic Adapter). Представлена альтернатива MDA засліпила комп'ютерний світ, який звик до зеленого. Новий адаптер забезпечував 16 яскравих чистих кольорів. Крім цього, він мав здатність працювати в кількох графічних режимах із різною роздільною здатністю.

Як про це говорить назва адаптера, він призначався для формування графічного зображення на кольоровому екрані. Однак він забезпечував роботу і з монохромними дисплеями, створеними на IBMдля плати MDA. Він міг працювати в парі і з монохромними, і з композитними моніторами, і навіть із модулятором телевізійних приймачів. (Проте ви не можете підключити CGA до телевізора, якщо в нього немає композитного відеовходу). Забезпечує також роботу світлового пера.

CGA — це багаторежимний дисплейний адаптер. Він може застосовуватися і для символьних, і для побітових технологій. Для кожної з них він реалізує кілька режимів. Він містить 16 КБ пам'яті, безпосередньо доступної центральному мікропроцесору.

Символьний режим функціонування CGA установлюється за замовчуванням. У цьому режимі функціонування CGA нагадує MDA. Головною відмінністю цих двох адаптерів є те, що другий був створений для роботи з нестандартними вертикальними й горизонтальними частотами, забезпечуючи більш чітке зображення. Натомість CGA працює на стандартних частотах — тих, що використовуються композитними дисплеями. Це дає можливість бути сумісним із великим сімейством моніторів, але одночасно зменшує якість зображення.

CGA розділив дисплей на матрицю в 640 горизонтальних пікселів і 200 вертикальних. Для того щоб розташувати 2000 символів на екрані завбільшки 80x25 символів у форматі MDA, використовуються комірки 8x8 пікселів.

У системах CGA кожен символ розташовується в матриці 7x7. Одна точка зарезервована для підрядкового елемента і ще одна — для відокремлення. Очевидно, що підрядковий елемент має довжину на все зображення, що дозволяє уникнути додаткових ліній для відокремлення рядків тексту. Використання меншої кількості точок при зображенні символу означає, - що його зображення матиме більш грубу і менш приємну форму в порівнянні з MDA.

У будь-якому текстовому режимі IBM, керуючи атрибутами, можна працювати з 16-колірною палітрою. Будь-який символ тексту може бути зображений кожним з 16 кольорів.

Фон символу — точки, що входять у матрицю символу 8x8 і не беруть участі у формуванні форми символу, — може також мати один з 16 кольорів, але з одним обмеженням. У режимі, встановлюваному за вмовчанням, для фону можна використовувати 8 кольорів, тому що біт у байті параметрів, що встановлює яскравість або інтенсивність фонового кольору, призначається для іншої мети. Він застосовується для задавання режиму мерехтіння символу.

Спеціальний регістр CGA змінює призначення цього біта. Завантажуючи певні значення в цей регістр, користувач або програма можуть вибирати між мерехтінням або зображенням кольору фону з підвищеною інтенсивністю. Однак цей регістр керує всім текстом екрана, тому неможливо одночасно використовувати і мигаючі символи, і підвищену інтенсивність колірного тла.

EGA — поліпшений графічний адаптер

До 1984 р. недоліки CGA стали очевидними. Це виявилося завдяки його широкому розповсюдженню. Текст, що важко читається, і примітивна графіка псували зір більше, ніж будь-яке інше пристосування.

У відповідь на заслужену критику з'явився поліпшений графічний адаптер — EGA. Поліпшення було всебічним: зросла роздільна здатність, можливість забезпечувати графічний режим монохромних екранів, у тому числі улюблених для IBM зелених дисплеїв.

Найістотніша відмінність добре помітна на формованому зображенні. Роздільна здатність була збільшена до 640x350 пікселів. Комірки символів мають розмір 8x14. І хоча така комірка на одну точку вужча, ніж підтримувана MDA, символ формується тією ж матрицею 7x9. Але важливішим було те, що було виділено достатньо місця для підрядкового й надрядкового простору. Завдяки цьому суміжні ряди не зливалися і кольорове зображення тексту сприймалося так само добре, як і монохромне.

Роздільна здатність 640x350 забезпечувалася в графічному режимі. Цей адаптер міг також підтримувати всі графічні режими попередніх адаптерів IBM. Це означає, що EGA здатен забезпечити всі режими застарілого CGA.

Можливості стандарту EGA щодо формування кольорової гами істотно зросли. Задопомогою зміни інтерфейсу «адаптер — дисплей», реалізована палітра EGA була розширена до 64 відтінків (якщо вважати чорний і різні відтінки сірого за окремі кольори). Крім того, завдяки наявності великого ресурсу пам'яті стандарт EGA здатний підтримувати ширшу палітру кольорів з вищим рівнем роздільної здатності. У режимі з максимальною роздільною здатністю і повним використанням ресурсу Пам'яті EGA може одночасно формувати зображення в 16 колірних відтінках, обраних з 64-колірної палітри на екрані в 640x350 пікселів.

MCGA — багатоколірний графічний адаптер

MCGA (Multicolor Graphics Adapter) введений фірмою IBM у ранніх моделях PS/2. Кількість відтворених кольорів збільшена до 262144 (по 64 рівні на кожний з основних кольорів). Крім палітри, введене поняття таблиці кольорів, через яку виконується перетворення 64-колірного простору кольорів EGA у простір кольорів MCGA. Введений також відеорежим 320x200x256, у якому замість бітових площин використовується представлення екрана неперервною областю пам'яті об'ємом 64 000 байт, де кожен байт описує колір відповідної точки екрана. Сумісний з CGA у всіх режимах і з EGA — у текстових, за винятком розміру матриці символу. Інтерфейс із монітором — аналогово-цифровий: цифрові сигнали синхронізації, аналогові сигнали основних кольорів, передані моніторові без дискретизації. Підтримує підключення монохромного монітора і його автоматичне розпізнавання, при цьому у відео-BIOS вмикається режим Додавання кольорів за так званою шкалою сірого для одержання чорно-білого зображення з використанням напівтонів. Додавання виконується тільки при виведенні через BIOS — при безпосередньому записі у відеопам'ять на монітор потрапляє тільки сигнал зеленого кольору (якщо він не має вмонтованого змішувача кольорів).

VGA — масив візуальної графіки

VGA (Video Graphics Array) — розширення MCGA, сумісне з EGA, введене фірмою IBM у середніх моделях PS/2.

Так само як і попередні системи, VGA забезпечують різні рівні роздільної здатності у різних режимах функціонування. Але VGA забезпечує набагато більшу кількість режимів. їхня загальна кількість дорівнює 17 Однак у графічному й текстовому режимах досягаються відмінні рівні роздільної здатності.

У графічних режимах при формуванні растрового кольорового зображення досягається роздільна здатність 640x480 пікселів. При цьому формується 16 кольорів, обраних із палітри в 256. Такий самий рівень роздільної здатності забезпечується і для монохромного зображення.

Перехід до стандарту 640x480 пікселів від стандарту EGA (640x350) дозволив поліпшити точність зображення. Стандарт VGA дозволяє створити більш точне зображення з використанням більшої гами кольорів. Співвідношення кількості горизонтальних пікселів до кількості вертикальних, що дорівнює 4: 3, найбільш прийнятне, тому що відповідає відношенню боків екрана більшості моніторів.

Новий стандарт здатний підтримувати 256 відтінків екрана одночасно. Кольори вибираються з палітри 262 144 відтінки. У цьому режимі роздільна здатність обмежена рівнем 320x200 пікселів. Це роздільна здатність CGA, що працює в режимі із середньою роздільною здатністю, але останній може працювати одночасно з чотирма кольорами, обраними з палітри в шістнадцять кольорів

Спеціалізовані адаптери IBM

IBM 8514/a — спеціалізований адаптер для роботи з високою роздільною здатністю (640x480x256 і 1024x768x256), з елементами графічного прискорювача. Не підтримує відеорежимиVGA. Інтерфейс із монітором аналогічний до VGA/MCGA.

IBM XGA — наступний спеціалізований адаптер IBM. Розширено колірний простір (додано режим 640x480x65536), додано текстовий режим 132x25 (1056x400). Інтерфейс із монітором аналогічний до VGA/ MCGA.

SVGA — супер-VGA

SVGA (Super VGA) — розширення VGA із додаванням вищої роздільної здатності і додаткового сервісу. Відеорежими додаються з ряду 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 - усі зі співвідношенням 4: 3. Колірний простір розширений до 65536 (High Color) або 16, 7 млн (True Color)Також додаються розширені текстові режими формату 132x25, 132x43, 132x50. SVGA — це фактичний стандарт відеоадаптера приблизно з 1992 р. і до сьогодні.

Прискорювачі (акселератори)

Для перекладання частини типових операцій щодо роботи із зображенням на вмонтований процесор адаптера відеокарти почали доповнюватися набором апаратних можливостей, що називаються прискорювачем, або акселератором. Існують прискорювачі графіки, прискорювачі анімації, прискорювачі тривимірної графіки (30-акселератори) із підтримкою багатошарового зображення, тіней тощо.

Прискорювачі 20-графіки виконують деякі графічні функції на апаратному рівні й їхні можливості зазвичай використовуються для прискорення роботи графічного інтерфейсу користувача(GUI) в операційних системах, таких як, наприклад, Windows, OS/2, X-Windows і т. ін. До числа цих функцій належать переміщення великих блоків зображення з однієї ділянки екрана в іншу (наприклад, при переміщенні вікна), заливання ділянок зображення, малювання ліній, дуг, маскових шрифтів, підтримка апаратного курсору і т. ін.

Прискорювачі анімації, як правило, розвантажують центральний процесор від заключних стадій виведення відеозображення на екран монітора, наприклад, вони можуть здійснювати переведення кольорів з одного представлення в інше, масштабування зображення і т. ін.

Прискорювачі 3D-графіки використовуються для прискорення операцій при побудові тривимірних просторів і допомагають при візуалізації складних тривимірних об'єктів, у сучасних 3D-irpax й інших сферах, наприклад у системах автоматичного проектування

Хоча функції прискорювачів використовуються тільки на заключних стадіях побудови зображення і можуть досить успішно виконуватися і центральним процесором, але практично завжди це найбільш ресурсомісткі операції й застосування прискорювача може призвести до вельми істотного приросту продуктивності комп'ютера.

ЗD-акселерація

Подивимося, що робиться в комп'ютері при малюванні тривимірної сцени, наприклад у комп'ютерній грі. Кожна сцена малюється в кілька етапів:

і. Визначення стану об'єктів — ця частина програми не має прямого відношення до комп'ютерної графіки, вона моделює той світ, який відображатиметься надалі. Наприклад, у випадку комп'ютерної гри — це правила гри і фізичні закони пересування гравця, штучний інтелект монстрів і т. д.

2. Визначення відповідного поточного стану геометричних моделей — цей етап створює геометричне представлення поточного моменту цього маленького «віртуального світу».

3. Розбивка геометричних моделей на примітиви — на цьому етапі створюється зовнішній вигляд об'єктів у вигляді набору певних примітивів, зрозуміло, на основі інформації з попереднього етапу. Найбільш розповсюдженим примітивом у наш час є трикутник, і більшість сучасних програм і прискорювачів працюють саме з трикутниками. На трикутники завжди можна розбити будь-який плоский багатокутник, і саме трьома точками можна однозначно задати площину в просторі.

4. Прив'язка текстур і освітлення — на цій стадії визначається, як будуть освітлені геометричні примітиви (трикутники), а також які і як саме на них надалі будуть накладені текстури (зображення, що передають зовнішній вигляд матеріалу об'єкта, тобто негеометричну візуальну інформацію. Приклад текстури — пісок на абсолютно рівному пляжі). Як правило, на цій стадії інформація обчислюється тільки для вершин примітива.

5. Видові геометричні перетворення — тут визначаються нові координати для Усіх вершин примітивів, виходячи з положення спостерігача й напрямку його погляду. Сцена ніби проектується на поверхню монітора, перетворюючись у двовимірну, хоча інформація про відстань від спостерігача до вершин зберігається для подальшої обробки.

6. Відкидання невидимих примітивів — на цій стадії зі списку примітивів виключаються повністю невидимі (такі, що залишилися за зоною видимості або збоку від неї).

7. Установка примітивів — тут інформація про примітиви (координати вершин, накладання текстур, освітлення і т. д.) перетворюється на вигляд, придатний для наступної стадії.

8. Зафарбування примітивів — на цій стадії, власне, і відбувається побудова в буфері кадру (пам'яті, відведеній для результуючого зображення) картинки на основі інформації про примітиви, сформованої попередньою стадією, й інших даних, таких як текстури, таблиці туману й прозорості тощо. Як правило, на цій стадії для кожної точки зафарбовуваного примітива визначається її видимість наприклад, за допомогою буфера глибин (Z-буфера) і, якщо вона не закрита ближчою до спостерігача точкою (іншого примітива), визначається її колір. Колір визначається на основі інформації про освітлення й накладення текстури, визначеної раніше для вершин цього примітива.

9. Фінальна обробка — обробка всієї готової картинки якими-небудь двовимірними ефектами.

Прискорювач складається з геометричного процесора, механізму установки (відповідального за реалізацію етапу 7) і механізму малювання примітивів — зафарбування (етапи 8 і 9), що є комбінацією двох блоків — обробки текстур і обробки буфера кадру. Коли говорять про продуктивність прискорювача, як правило, наводяться два числа — максимальна пропускна здатність (трикутників на секунду) і максимальна продуктивність зафарбування (точок на секунду).

Зафарбування відбувається в такий спосіб: блок обробки буфера кадру визначає, чи видна зафарбовувана точка, наприклад, за допомогою буфера глибин (Z-буфер) Якщо вона видна, блок обробки текстур обчислює колір текстури, що відповідає цій точці примітива. Потім обчислений колір текстури записується в буфер кадру, заміняючи значення, яке знаходилося там раніше, або комбінується з ним за яким-небудь правилом. Прискорювач повинен уміти реалізувати кольорове освітлення, ефекти на зразок металу або відбиття й інші ефекти.

Як правило, для кожної точки текстури, крім кольору, можна задати ступінь її прозорості. У такий спосіб зафарбовуються, наприклад, напівпрозорі з країв вибухи й ореоли навколо джерел світла в комп'ютерних іграх.

Остання дія блока обробки буфера кадру — накладання глобальних ефектів на готову картинку. Наприклад, туман, серпанок або темрява, що з погляду прискорювача є одним і тим самим. Усуваються різкі межі між трикутниками, зображенню надається приємний «монолітний» вигляд.

Раніше прискорювачі брали на себе лише два-три останні етапи. Однак сучасні прискорювачі підтримують геометричні перетворення (етапи 5, 6) і здатні значно збільшити швидкість побудови зображення.

Контрольні запитання

1. Що таке відеокарта?

2. Опишіть будову відеокарти.

3. Охарактеризуйте відеокарти типу MDA.

4. Охарактеризуйте відеокарти типу EGA.

5. Охарактеризуйте відеокарти типу MCGA

.6. Охарактеризуйте відеокарти типу VGA.

7. Що таке 3D акселерація?

Лекція №8

Тема: Інтерфейси пристроїв

План лекції

1. ATA

2. BRI

3. Bluetooth

4. Fibre Channel

5. FireWire

6. HBA

7. PCI Express

8. PRI

9. PS/2

10. RCA

11. SCSI

12. Serial ATA

13. SAS

14. USB

Література

1. Валецька Т. М. Апаратні засоби персональних комп’ютерів: навчальний посібник / Т. М. Валецька. – К.: Центр навчальної літератури, 2002. – 208 с.

2. Мюллер С. Модернизация и ремонт ноутбуков: Пер. с англ. / С. Мюллер. – М.: Вильямс, 2006. – 688 с.

3. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК, 19-е издание.: Пер. с англ. / С. Мюллер. – М.: Вильямс, 2011. – 1276 с.

4. Сандлер К. Ремонт персонального компьютера, 7-е узд.: Пер. с англ. / К. Сандлер. – М.: Вильямс, 2004. – 656 с.

5. Степаненко О. С. Сборка, модернизация и ремонт ПК / О. С. Степаненко. – М.: Вильямс, 2003. – 672 с.

ATA

ATA (англ. Advanced Technology Attachment) — стандартний інтерфейс для підключення зовнішніх пристроїв, на кшталт жорстких дисків та CD-ROM приводів до персональних комп'ютерів. Для нього існує чимало синонімів, серед яких IDE, ATAPI та UDMA.

Після появи на ринку Serial ATA у 2003, оригінальний ATA було перйменовано у Parallel ATA (PATA). Відповідно до її назви, ця стаття описує лише Parallel ATA.

Стандарти Parallel ATA дозволяють використовувати для підключення кабелі довжиною до 48сантиметрів, не зважаючи на те, що у продажу є кабелі довжиною аж до 91 сантиметра. Через дане обмеження, ця технологія зазвичай використовується для внутрішніх пристроїв зберігання даних. Для цього вона забезпечує найзагальніший та найдешевший інтерфейс.

ATA кабелі: 40-жильний (зверху) та 80-жильний (нижній)

Спершу ім'я стандарту задумалося, як PC/AT Attachment, оскільки його призначенням було під'єднання пристроїв до шини ISA, котра також відома, як шина AT; це ім'я було скорочене до не певного AT Attachment, щоб уникнути можливих проблем із торговою маркою.

Рання версія специфікації, задумана Western Digital у ранніх 1980-х була більш відомою, як Integrated Drive Electronics (IDE).

Enhanced IDE (EIDE) - розширення до оригінального стандарту АТА, котре також було розроблене компанією Western Digital. EIDE дозволив розробляти зовнішні накопичувачі розміром більше, ніж 524Мб (504 мегабайта) - аж до 8.4 Ґб.

Версії стандарту PATA

У наведеній нижче табличці, вказано назви версій стандарту ATA, а також підтримувані ними режими і швидкість передачі даних. Слід зазначити, що швидкість передачі, котра вказується для кожного стандарту (наприклад, 66, 7 Мб/с для UDMA4, який зазвичай іменується, як «ULTRA-DMA 66») вказує максимальну теоретично можливу швидкість в кабелі. Це просто два байти, помножені на фактичну частоту, і припускається, що кожен цикл використовується для передачі призначених для користувача даних. На практиці швидкість звісно ж, менша.

Перевантаження на шині, до якої підключений ATA-контроллер, також може обмежувати максимальний рівень передачі. Наприклад, максимальна пропускна здатність шини PCI, котра працює на частоті 33 Мгц і має розрядність 32 біта, складає 133 Мб/с, і ця швидкість ділиться між всіма підключеними до шини пристроями.

Згідно даних на жовтень 2005 р., не існує ATA-дисків, що мають стійку швидкість передачі вище 80 Мб/с. Та й ці тести не дають реальної картини, оскільки спроектовані так, що при їх роботі практично не зустрічається затримок на пошук, і не враховується час очікування. У більшості реальних ситуацій ці два чинники багато чого визначають; третім по важливості чинником є пропускна здатність шини ATA. Отже, швидкість понад 66 Мб/с тільки тоді реально впливає на продуктивність, коли диск всі операції введення/виводу проводить зі своїм внутрішнім кешем — ситуація достатньо незвичайна, особливо з причини того, що дані в цьому випадку зазвичай вже кешовані операційною системою.

BRI

Інтерфейс базового рівня (англ. Basic Rate Interface, BRI) - забезпечує користувачеві надання двох цифрових каналів (ОЦК) по 64 кбит/с (канал B) і однополосный канал сигналізації D зі швидкістю передачі даних 16, 32 або 64 кбит/с. Таким чином, максимальна швидкість передачі в інтерфейсі BRI (2B+D) складає Rбmax=128+16=144 кбит/с.