Графические акселераторы

April 9, 2010 by admin Комментировать »

Для решения многих задач с использованием компьютера необходима высокока­чественная графика. Изображение такого качества требует вывода на экран боль­шого количества пикселов. Но сначала цвет каждого пиксела нужно вычислить и записать его в видеобуфер. Оттуда информация пересылается в дисплей с такой скоростью, чтобы экран обновлялся по меньшей мере 30 раз в секунду.

Вычисление интенсивности и цвета пикселов может выполняться программ­ным обеспечением. Результирующее изображение следует записать в видеобу­фер, а оттуда переслать на дисплей через шину компьютера. Однако объемы обра­батываемых таким образом данных будут настолько велики, что, если возложить всю их обработку на процессор, у него не останется времени для выполнения дру­гих задач. Кроме того, использование шины компьютера для пересылки содержи­мого видеобуфера на дисплей приведет к тому, что шина также почти полностью будет занята этими данными. Если один пиксел занимает 32 бита, для изображе­ния размером 1024 х 1024 пикселов понадобится 4 Мбайт, и для его пересылки потребуется шина со скоростью передачи не менее 120 Мбайт/с.

В большинстве графических приложений на экран выводятся трехмерные (3D) объекты. В частности, в компьютерных играх создается искусственный трехмер­ный мир с видеоизображениями, формируемыми программным путем. Для их по­лучения требуются очень сложные вычисления, которые лучше всего выполнять на отдельном специализированном процессоре. Такой процессор, называемый GPU (Graphics-Processing Unit — устройство обработки графики), является осно­вой популярных графических плат, установленных в большинстве персональных компьютеров. Кроме процессора графическая плата содержит высокоскоростную память объемом от 8 до 64 Мбайт. Эта память используется графическим процес­сором для выполнения вычислений и хранения результирующего изображения, предназначенного для вывода на экран. Дисплей подключается прямо к графиче­ской плате, так что она может обмениваться с ним информацией без помощи ши­ны компьютера. Высококачественные графические платы могут обновлять экран со скоростью от 75 до 200 раз в секунду.

Графический порт

Графическая плата может соединяться с компьютером посредством шины (напри­мер, PCI). Однако чаще на материнской плате компьютера имеется соединитель­ный слот, называемый AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт), специально предназначенный для графической платы. Это 32-разрядный порт, поддерживающий более высокую скорость пересылки данных, чем шина PCI. Он известен как AGP 1х, 2х, 4х или 8х, где AGP 1х — это исходный стандарт, определяющий передачу данных со скоростью 264 Мбайт/с. Последние версии стандарта AGP поддерживают в несколько раз большие скорости передачи дан­ных, в частности стандартом AGP 8х устанавливается скорость передача данных, равная 2 Гбайт/с.

Графическая обработка

В компьютерной графике трехмерный объект представляется в виде поверхно­сти, состоящей из большого количества маленьких многоугольников (как прави­ло, треугольников). Основной задачей графической обработки является преобра­зование трехмерного изображения в двухмерное, максимально близкое к тому, каким оно видится человеческим глазом. Для определения проекции и перспекти­вы объектов требуется вычислять местоположения вершин треугольников, пред­ставляющих разные фрагменты изображения. Далее с помощью сложных алго­ритмов создания реалистичного изображения вычисляются цвета и тени каждого треугольника. При этих вычислениях учитывается расположение источника све­та, его отражение от различных поверхностей, тени и т. п. Важной частью данного процесса является формирование определенной текстуры поверхности, напри­мер древесных волокон или кирпичной кладки. Текстура обычно задается с помо­щью элементов, именуемых текселами (texel). Отдельные треугольники заполня­ются текселами, в результате чего создается впечатление текстурной поверхности объекта. Скрытые части изображения удаляются путем отсечения (clipping). По­следний этап обработки изображения, когда определяется цвет и яркость каждого пиксела, называется самплингом (sampling), а весь вычислительный процесс, в ре­зультате которого трехмерное изображение превращается в набор отправляемых на дисплей пикселов, — визуализацией (rendering).

В случае движущихся изображений все эти вычисления повторяются по многу раз в секунду. Чтобы движение на экране было плавным, пикселы изображения должны пересчитываться как минимум 20 раз в секунду, а лучше 30 или 40. Это значение называется частотой кадров. Скорость выполнения графической платой описанных вычислений характеризуется ее коэффициентом T&L (Transformations and Lighting — преобразование и освещение), равным количеству треугольников, для которых видеокарта может выполнить проецирование, отсечение, освещение и самплинг за одну секунду. Как правило, это значение изменяется в пределах от 10 до 30 млн. треугольников в секунду.

В табл. 10.1 приведены характеристики графической платы RADEON VE про­изводства ATI Corp. Похожими возможностями обладает графический процессор GeForce 2 MX производства «Vidia Corp. Это примеры популярных плат для пер­сональных компьютеров. В профессиональных системах используются более мощные платы с расширенными возможностями. А в ближайшем будущем в этой быстро развивающейся области компьютерной индустрии ожидается появление еще более мощных процессоров.

Таблица 10,1. Графическая плата RADEON VE
Компонент Описание

Микросхема GPU RADEON VE

Шина AGP 4х

Память До 64 Мбайт, DDR SDRAM

Цвет 32 бита, включая 8 бит, зарезервированных для будущего

использования

Число пикселов 2048 х 1536

Коэффициент T&L 30 млн треугольников в секунду

Частота обновления От 75 до 200 раз в секунду в зависимости от установленного

экрана разрешения

Дополнительные Поддержка TV, VCR, DVD, HDTV и MPEG 2

возможности

Программное обеспечение графических плат

Графические платы предназначены для реализации множества сложных функций. Чтобы их использовать, нужно иметь специальное программное обеспечение, раз­работанное для конкретной платы. В этой области очень мало стандартов, и рынок открыт для конкуренции. Таким образом, для улучшения качества изображения недостаточно просто установить в компьютер лучшую графическую плату. Требу­ется специальное программное обеспечение. Очевидно, что назрела необходимость в разработке стандартов программных интерфейсов приложений (Application Programming Interface, API), позволяющих создавать аппаратно-независимое про­граммное обеспечение. И такие стандарты уже начинают появляться. Когда они получат достаточное распространение, программное обеспечение, интенсивно ис­пользующее возможности графики (например, компьютерные игры), сможет кор­ректно работать с графическими платами разных производителей. Примером такого стандарта является OpenGL (Open Graphics Language — открытая графи­ческая библиотека). Ему и подобным стандартам, связанным с различными ас­пектами обработки графики, соответствует все больше графических плат.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты