Transcript A monitorvezérlő kártya

A monitorvezérlő kártya
Miről lesz a fejezetben szó:
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Az MDA kártya felépítése
2. A CGA kártya
3. A Hercules kártya felépítése
4. Az EGA vezérlő
5. A VGA vezérlő felépítése
6. Az SVGA monitorvezérlő kártyák
7. Gyorsító kártyák
8. A kártya beszerelése
Monitorvezérlő kártyák
• A monitorok a lehető legkevesebb
áramkört tartalmazzák a könnyű
bővíthetőség érdekében. A monitorok
meghajtásához szükséges további
áramkörök egy kártyán találhatók meg. A
monitorvezérlő teszi lehetővé, hogy a
monitoron megjelenhessenek azok az
információk, melyeket a számítógép közöl
a felhasználókkal.
• A kártyákon található egy grafikus
memória, mely azt a célt szolgálja, hogy a
képalkotás zökkenőmentesen történjen
meg. A memóriát a PC felől lehet írni és
olvasni egyaránt. Sőt az újabb memóriákat
már egy időben lehet írni és olvasni is.
Minden vezérlőn található egy céláramkör,
mely a monitor vezérlését látja el.
1. Az MDA kártya
• 1981-ben jelent meg legrégebbi típus az
MDA (Monochrome Display Adapter,
egyszínű meghajtó adapter). Csak
szöveges megjelenítésre képes, azt is
csak 2 színben. A memória mérete 4 kbájt,
mellyel a lehetséges felbontás 80x25
karakter. Egy karakter 9x 14 képpontból
áll.
• Az MDA csatlakozóinak jele digitális és
TTL jelek. A katódsugarat két
frekvenciával vezérlik.
• Az egyik a képfrekvencia (függőleges
szinkron) a másodpercenkénti képváltás
számát adja meg. Minél nagyobb ez az
érték annál stabilabb lesz a kép. A másik
vezérlőfrekvencia a sorfrekvencia
(vízszintes szinkron), ez egy képpont sor
kiírásának idejét határozza meg.
MDA lábkiosztás:
Érintkező száma
1
2
Jel neve
GND
GND
3
4
5
6
Nem használt
Nem használt
Nem használt
Fényerő
7
8
TTL videojel
Vízszintes szinkronizáció(18,432 kHz)
9
Függőleges szinkronizáció (SOHz)
2. A CGA kártya
• Ez a típus az MDA kártya továbbfejlesztése. A
CGA (Color Graphics Adapter, színes grafikus
adapter) kártya, mint a neve is mutatja, már
grafikus üzemmódra is képes. Ahhoz, hogy ez
megoldható legyen, a memória méretét 16
Kbájtra kellett növelni. A kártya képes karakteres
üzemmódra is. A CGA karakterek 8x8 képpont
méretűek, ezzel 80x25 vagy 40x25 karakteres
mód válik elérhető.
• A memória első bájtja a képernyő bal felső sarkába
kerülő karakter ASCII kódját tartalmazza. A következő
címen a karakter megjelenítési módja. A harmadik bájt
tartalmazza az első sor második oszlopába kerülő
karakter, a negyedik pedig a második karakter
attribútumát. Ez így folytatódik amíg a képernyőt ki nem
töltik a karakterek, tehát amíg befejeztük az első kép
kirajzolását. Így 80x25 karakter kirajzolásához 4000 bájt
memória kell. A páros címeken mindig a karakterkód,
míg a páratlan címeken az attribútum található. Az
attribútum bájt értelmezése:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
-2. bit
Előtér színe kódolva
000 - fekete (sötétszürke)
001 - sötétkék (világoskék)
O10 - sötétzöld (világoszöld)
O11 - ciánkék (világos cián)
100 - vörös (világos piros)
101 - bíbor (világos lila)
110 - barna (sárga)
111 - világosszürke (fehér)
3. bit
Növelt fényerő engedélyezése
4-6. bit
Háttér színe kódolva
7. bit
Karaktervillogás engedélyezése
• Mint említettük, a CGA adapternek két
különböző grafikus üzemmódja is van. A
nagyobb felbontásban 640x200 képpont 2
színben használható. Alacsonyabb
felbontásban, 320x200 képpont és 4 különböző
szín jeleníthető meg. A feleakkora felbontás
magyarázata a memóriaméretből adódik. Az
első esetben minden képponthoz 1 bit tartozik,
így ez 128 000 bitet igényel. Ez valamivel
kevesebb, mint 16 kbájt. Ha azonban négy színt
használunk, akkor a pontok tárolásához két bitre
van szükség. Így a felbontás csak a fele lehet.
Érintkező száma
Jel jelentése
1
2
3
4
GND
GND
Vörös (R)
Zöld (G)
5
6
7
Kék (B)
Fényerő
Nem használt
8
Vízszintes szinkronizáció (15,75
kHz)
Függőleges szinkronizáció (60 Hz)
9
3. A Hercules kártya
• Megjelenése az CGA kártyával egy időben
jelent meg. A monitorvezérlőn kívül a
kártyára került egy párhuzamos port is.
Felbontása grafikus üzemmódban
720x348 képpont. Szöveges módban a
karakterek 9x14 képpont méretűek és
80x25 jeleníthető meg. Mivel a kártya nem
IBM gyártmány, ezért az IBM gépek BIOSa nem támogatja, ezért mindig szükség
van illesztő programra.
4. Az EGA kártya
• Az EGA (Enhanced Graphic Adapter) a
CGA továbbfejlesztése. Maximális
felbontóképessége 640x350 képpont, amit
16 különböző színnel képes megjeleníteni.
A 16 színt 64 színből választhatjuk ki. A
képinformációk tárolásához 256 kbájt
memória áll rendelkezésre. Karakteres
üzemmódban a karakterek 8x14 képpont
méretűek, a sorok számát már 43-ra
növelhetjük.
Szöveges mód: 8x14 képpontból álló karakterek
Képpont felbontás
Szöveges felbontás
Színek
Üzemmód
320x200
40x25
2
CGA
320x200
40x25
16
CGA
640x200
80x25
2
CGA
640x200
80x25
16
CGA
-
80x25
2
MDA
Grafikus módok
Képpont felbontás
Szöveges felbontás
Színek
Üzemmód
320x200
40x25
2
CGA
320x200
40x25
4
CGA
640x200
80x25
2
CGA
320x200
40x25
16
EGA
640x200
80x25
16
EGA
640x350
80x25
2
EGA
640x350
80x25
16
EGA
5. A VGA kártya
• Az EGA kártya által megjeleníthető túl kevés volt. Ebből adódott az
új kártyatípus kifejlesztése. A több színt úgy lehet elérni, ha a színek
eltérő fényerő kombinációját keverjük össze. Az EGA kártyaminden
szín fényerejét 2 biten tárolja, ezzel 4 fokozat érhető el. Hárombites
tárolás esetén már 8 különböző állapot érhető el. Az emberi szem
felbontása olyan hogy a legkisebb érzékelhető színárnyalat közötti
különbség 24 biten tárolható. Itt minden szín fényerejét 8 biten
tároljuk. Ezzel 16 millió színárnyalat különböztethető meg. Az ehhez
szükséges videó csatlakozónak már 27 lábra van szüksége. Ez igen
nagy méretű csatlakozó felhasználását igényelné. E megoldás
helyett a kártya a színjeleket analóg kimeneteken továbbítja a
monitor felé. A csatlakozón három színjel hordozza a színkeverés
alapszíneit egyenfeszültséggel. A vonalon lévő OV sötét, míg a
+0,7V teljes fényerőt jelent. A közbenső fokozatok számára nincs
megkötés.
• A VGA (Video Graphics Array) kártyát az IBM
fejlesztette ki a PS/2 gépei számára. A kártya
640x480 felbontásban tud megjeleníteni 16
színű grafikát. Minden szín egy 262144
színárnyalatot tartalmazó palettáról választható.
A kártya a palettaregiszter tartalmát egy digitális
analóg átalakítóra (Digital-Analog Converter,
DAC) küldi. A DAC 256 db 18 bites regisztert
tartalmaz, melyből a palettaregiszter választ. A
regiszterek tartalmát alakítja a konverter analóg
feszültséggé.
A konkurens gyártók ebben az esetben is
felülmúlták az eredeti kártyát. Az új konstrukciót
SVGA (Super VGA) név jellemzi
Felbontás
Színmélység
640x480
16 millió
800x600
32768
1024x768
256
1280x1024
16
• Minden VGA kártyának van saját BIOS-a.
Ez a bejelentkező üzenetét kiírja a
képernyőre a számítógép indulása esetén.
Gyorsítókártyák
• A grafikus rendszerek elterjedésével a videokártyák
sebessége már nem megfelelő. Ennek az
• a magyarázata, hogy az ablakok megnyitása, a
menüpontok kiválasztása esetén mindig újra
• kell rajzolnia képet. A műveletet gyorsítani kell, melynek
egyetlen hatékony módja a hardveres gyorsítás.
• 1992-ben jelent meg az első gyorsítókártya. Az
elképzelés szerint egy intelligens processzor
• átveszi a számítógép CPU műveleteinek azon részét,
mely a képalkotással foglalkozik.
• Az első kártyát az S3 cég fejlesztése.
A kártyák felépítése
• Minden kártya kimenete és a csatlakozó
kiosztása a VGA kártyáéval teljes mértékig
azonos.
• A kártya központi eleme, mint ahogyan
már említettük, a grafikus gyorsító
áramkör. Ez egy speciálisan erre a célra
optimalizált processzor.
•
A VGA csatlakozó:
A VGA csatlakozó kiosztása:
A VGA csatlakozó
Szám
Jelnév
Monitor típusa
Funkció
Színes
Fekete-fehér
4
MID2
Monitor azonosító bemenet
Nem használt
Nem használt
5
DGND
Digitális jelek földje
Önteszt
Önteszt
6
REDRTN
A piros színjel analóg földje
REDRTN
nem használt
7
GREENRTN
A zöld színjel analóg földje
GREENRTN
VIDEORTN
8
BLUERTN
A kék színjel analóg földje
BLUERTN
Nem használt
9
Nem használt
10
DGND
Digitális jelek földje
DGND
DGND
11
MIDO
Monitor azonosító bemenet
Nem használt
DGND
12
MID1
Monitor azonosító bemenet
DGND
Nem használt
13
HSYNC
Vízszintes szinkronjel
HSYNC
HSYNC
14
VSYNC
Függőleges szinkronjel
VSYNC
VSYNC
15
Fenntartott
• A VGA kártya csatlakozója eltér az eddig
megismert kártyák csatlakozóitól. A 15
pólusú apa SUB-D csatlakozó
lábkiosztása a 2.8.8. táblázatban látható.
Minden színvezetékhez külön analóg föld
tartozik, ez a zavarvédelmet
nagymértékben megnöveli. A monitor
képes önmagát egy 3 bites kóddal
azonosítani, így a kártya a monitornak
megfelelően tudja beállítani magát.
• A monitorok analóg jelekkel működnek,
viszont a számítógépek digitálisak. Ezt
hidalják át a digitális-analóg átalakítók
(Analog Digital Converter, DAC)
• A DAC ezeket a digitális jeleket RGB (REDGREENBLUE, vörös-zöld kék) analóg jelekké alakítja.
• Ahhoz, hogy a kártyát képes legyen a CPU elérni,
szükség van egy áramkörre, amely a címdekódolást
elvégzi. Mivel a rajzolt képek igen nagy mennyiségű
adathalmazok, szükség van egy átmeneti tárolóra.
• Ez az egyszerű VGA kártyákon DRAM (Dynamic
Random Access Memory, dinamikus véletlen elérésű
memória), mivel ennek előállítási költsége nagyon
alacsony. Nagy hátránya viszont a viszonylagos
lassúsága.
• A DRAM saját adat porttal rendelkezik, melyen
keresztül a processzorral és a digitális-analóg
átalakítóval kommunikál. A grafikus áramkör
vezérli a DRAM írását úgy, hogy az adatot a PC
processzora küldi, a DRAM pedig továbbküldi
azt a DA átalakítónak. Az eljárás így
meglehetősen lassú, legalábbis a grafikus
rendszerek számára. A gyorsítás érdekében a
grafikus kártyákon elhelyeztek ún. videó
RAMot is (VRAM).
• A VRAM és a DRAM között nincs túl nagy
különbség, a működés elve azonos.
Azonban a VRAM két adatporttal
rendelkezik (Dual Port RAM). Ezzel a
megoldással lehetővé válik, hogy egy
időben kapjon adatokat a PC
processzorától és küldjön már korábban
kapott adatokat a DA átalakító felé.
• A grafikus kártyák az utóbbi évekig (~2000 )
rendszerint 1 Mbájt vagy ennél kevesebb
memóriával rendelkeztek alapkiépítésben.
Ma már általános a 128 Mbájt vagy 512
Mbájt alapmemória a videó kártyákon.
Azonban ez a mennyiség tovább
bővíthető.
A memória mérete és a felbontás
között közvetlen kapcsolat van
• A felbontás és a színmélység meghatározza a memória
méretét és fordítva. A memória méret meghatározza a
felbontást és a színmélységet.
• 16 szín megjelenítéséhez 4 bit szükséges, mert 24 = 16.
8 biten 256, 16 biten 65536, 24 biten pedig 16,7 millió
szín ábrázolható. A felbontás és a színmélység
meghatározza a memória méretét (bájtban)!
• S= Lv*Lf*n / 8
•
•
•
•
S A szükséges memória mérete bájtban
Lv Kép vízszintes mérete képpontban
Lf Kép függőleges mérete képpontban
n Színmélység bitben
• Nézzünk meg egy példát. 640x480
képméret 16,7 millió színmélységgel
ábrázolva. Tehát
S = 640 x 480 x 24 / 8 =921600 bájt.
• A 16 bites színmélységet nevezik idegen
szóval Hi-Color-nak, a 24 bites
színábrázolást pedig True-Colornak is
nevezik. Ez utóbbi már valósághű
megjelenítést tesz lehetővé.
Színek
száma
16
256
65536
16,7 millió
640x480
256 Kbájt
512 Kbájt
1 Mbájt
1 Mbájt
800x600
256 Kbájt
512 Kbájt
1 Mbájt
1,5 Mbájt
1024x768
512 Kbájt
1 Mbájt
2 Mbájt
2,5 Mbájt
1280x1024
1 Mbájt
1,5 Mbájt
3 Mbájt
4 Mbájt
Mai kártyatípusok csatlakozó
interfész szerint:
Az AGP
• Ez a csatoló típus sokáig népszerű volt a
kétezres évek elején. Elsősorban a játékok
területén számított nagy előrelépésnek,
emiatt a VGA kártya központi szerepet
töltött be a PC felépítésében.
• Mára ez a csatoló és a hozzá tartozó
kártyák kiszorulnak a piacról.
• Az AGP (Accellerated Graphics Port, gyorsított grafikus
port) a PCI sínnél elméletileg négyszer gyorsabban
képes végrehajtani a ciklusokat. Nagy előnye, hogy
nem kell csak a kártya memóriájával
megelégednünk. Ha szükség van a nagy méretű 3D-s
képek kirajzolásához, akkor a kártya képes a
rendszer memóriáját használni. Másik mód a gyorsabb
működés eléréséhez, hogy a kártya tartalmaz egy
kitüntetett szerepű portot, melyen keresztül közvetlenül,
késleltető elemek közbeiktatása nélkül képes elérni a
memóriát és a processzort. Az adatátvitel sebessége a
rendszer órajelével egyezik meg.
A PCI express
• A PCI Express (PCIe) a PCI sínrendszer egyik
utódja.. A PCIe esetében a fizikai adatátvitel
nagy sebességű soros kapcsolaton keresztül
történik, szemben a PCI sínnel, ahol 32 vagy 64
bites párhuzamos sínt alkalmaznak. A PCI-nál
az eszközök osztoznak a sínen, míg a PCI
Expressnél egy switchen keresztül érik el
(point-to-point síntopológia) a sínt ,minden
eszköz úgy látja, mintha saját külön sínnel
rendelkezne. A switch gondoskodik a point-topoint kapcsolatok létrehozásáról és a vezérli a
sín adatforgalmát
• A switch és az eszközök közötti
kapcsolatokat link-nek nevezik. Minden
link egy vagy több sávból (angolul laneből) állhat. Egy sáv egy bájt egyidejű
átvitelét teszi lehetővé, ami a gyakorlatban
körülbelül 2,5 Gbit/s adatátviteli
sebességet jelent
• A PCI Express új, x1, x4, x8, és x16 kialakítású
bővítő foglalatokat támogat, amely slotok sem
fizikailag, sem elektromosan nem kompatibilisek
a jelenlegi PCI, illetve AGP kártyákkal. A
meglévő PCI kártyák használhatóságát a
kiegészítő PCI foglalatok azonban még jó ideig
biztosítani fogják az alaplapokon. A nagyobb
PCI Express foglalatokban a specifikáció szerint
használhatóak lesznek a kisebb foglalathoz
tervezett kártyák, fordítva azonban már nem
igaz mindez.
• A protokol sávszélességét minden eddigi
generációnál megduplázták
PCIe 1.0 PCIe 2.0
Sávszélesség
sávonként
250
MB/s
PCIe 2.1
PCIe 3.0
500 MB/s 500 MB/s 1000
MB/s
Videó kártyák kivezetései:
D-SUB (VGA):
• 15 tűs.
A DVI
A Digitális Video Interfész
• A DVI egy 1999-ben alkotott,
törmörítetlen magas mínőségű digitáis
videojel átvitelére szolgáló sztenderd.
A körülbelüli adatatávitel szint
10x165MHz = 1.65 Gbps!
1. A DVI-D csatlakozás közvetlen digitális
kapcsolatot hoz létre a forrás és a digitális
LCD monitorok között
2. DVI-A - Magas felbontású analóg
3. A DVI-I csatlakozás olyan integrált
csatlakozás, mely képes digitálisról-digitálisra
vagy analógról-analógra jelátvitelre is
SVHS
•
Composit video
• RCA csatlakozó:
Egy kártyán mind:
A HDMI
A High Definition Multimedia Interface ('HDMI') egy
korszerű csatlakozófelület tömörítetlen audio-video
adatfolyamok átvitelére.
Ahogyan a digitális televíziózás és az egyéb különféle
szórakoztató-elektronikai berendezések mind jobb és
szebb képet szolgáltatnak, úgy vált szükségessé egy
olyan kábel, és hozzátartozó csatolófelület megalkotása,
amely ezt az élményt nem rontja le azáltal, hogy a video
és hanganyagot csak tömörítve képes szállítani 5
Gbit/másodperces sebességgel.
Átalakítók, fordítók:
VGA kártya szerelése
• A foglalat rögzítései
• A foglalat rögzítései
Áramellátás:
• AGP foglalaton keresztül 0.8V 1.5V 3.3V
• Kiegészítő tápvezetéken 5v, 12V
• VÉGE