Архитектурные особенности и технические характеристики видеоадаптеров
А вот как это выглядит на двух мониторах: И в конце рассмотрения особенностей платы коснемся комплектации. Карта поставляется в красочной коробке, с ней идет CD-ROM с программным обеспечением (в том числе с игрой Expendable, поддерживающей Environment mapped Bump mapping), руководство пользователя и переходник TV-out. Ну что ж, приступим к тестированию. Компьютер, на котором мы испытываем видеокарты, имеет следующую конфигурацию процессор Intel Pentium III - 500 MHz; системная плата ASUS P3B-F (i440BX); оперативная память 128 Mb PC-100; жесткий диск Quantum FB CR 6.4GB; монитор ViewSonic P810 (21'); операционная система - MS Windows 98. Рассмотрим процесс установки видеокарты Matrox Millennium G400 MAX. Для тестирования мы использовали последние опубликованные драйвера версии 5.25. Также мы получили и бета-версии новых драйверов версии 5.30 и мини-драйвера TurboGL. Испытав версию 5.30, мы получили схожие с 5.25 результаты в DirectX и небольшой прирост скорости в OpenGL. При использовании же TurboGL-драйвера, прирост производительности в OpenGL был существенен. Поэтому мы использовали официально вышедшие драйвера версии 5.25 и отдельно - бета-версию мини-драйвера TurboGL. К сожалению, должен отметить, что драйвера не имеют почти никаких настроек 3D, поэтому пришлось установить утилиту G400 Tweak v.004. Эта программа позволяет регулировать Vsync (синхронизацию частот дискретизации карты и кадровой развертки монитора), устанавливать 32-битный Z-буфер, включение Environment mapped Bump mapping и другое. Тестирование проводилось при отключенном Vsync. Ну что ж, вот мы и подошли вплотную к рассмотрению результатов тестирования. Начнем мы с 2D-графики. Скоростные показатели мы получили при помощи Winbench99 в разрешении 1600х1200 при 32-битном представлении цвета. Можно убедиться, что по скорости практически никакого отличия от ранее протестированной Matrox Millennium G400 16MB нет. На сегодня платы серии Matrox G400 остаются лидерами по скорости в 2D среди игровых карт (да и профессиональных тоже). Ну а про качество 2D даже говорить много не надо - оно просто отличное. 1600х1200 - и все четко и прекрасно видно. Вывод очевиден: Matrox Millennium G400 MAX в 2D-графике имеет бескомпромиссное лидерство! Любой профессионал, работающий с высокоточной графикой и тончайшими линиями, несомненно останется доволен этой картой. А что же у нас с 3D? Кажется, используя Matrox Millennium G400 MAX появляется возможность получить и отличное 2D, и мощнейшее 3D. Оправдал ли Matrox Millennium G400 MAX наши ожидания? Ниже мы ответим на этот вопрос. Для получения комплексной картины скорости работы этой платы в 3D мы использовали ряд программ: FutureMark 3DMark 99 MAX - синтетический тест для разностороннего исследования работы платы в Direct3D (Direct X 6.1); Monolith Shogo - игра 3D-шутер, позволяющая оценить работу платы в Direct3D (использовалась демо Revshogo); Rage Expendable - игровой бенчмарк, позволяющий оценить работу платы в Direct3D, а также увидеть в деле рельфное текстурирование у Matrox Millennium G400 MAX; id Software Quake2 - известный 3D-шутер, позволяющий исследовать работу платы в OpenGL (используется демо massive1.dm2); id Software Quake3 Test 1.08 - тестовое демо 3D-шутера, позволяющее исследовать работу платы в OpenGL при различных стандартных режимах: Normal, High Quality, Fast и Fastest (используется демо q3demo1.dm3).
Тестирование проводилось на двух системах: на базе процессоров Intel Pentium III и AMD K6-2, однако скажу, что приводить результаты тестирования видеокарт последнего поколения на системе К6-2 уже нет никакого смысла, поскольку почти во всех режимах наблюдается нехватка мощности процессора и, по сути, измеряется не мощность видеокарты, а CPU. И в дальнейшем тестировании мы исключим эту платформу из наших инструментов исследования. Поклонникам AMD мы же посоветуем немного подождать и обратить свое внимание на новые процессоры Athlon, которые, безусловно, дадут прикурить современным видеокартам. Matrox Millennium G400 MAX мы будем cравнивать с Matrox Millenium G400 32MB, 3dfx Voodoo3 3500TV и Creative 3D Blaster Riva TNT2 Ultra на базе чипа NVIDIA Riva TNT2 Ultra. Эти карты (кроме Matrox Millennium G400) относятся примерно к одному ценовому диапазону (3dfx Voodoo3 3500TV стоит немного дороже, но она имеет дополнительные ТВ-функции). Исследоваться будут и режимы разгона, поскольку Matrox Millennium G400 MAX, имеющий частоты по умолчанию 150/200 МГц, хорошо и устойчиво работает на 170/225 МГц (напомню, что частоты чипа и памяти связаны, и нет никакой возможности их менять раздельно).
Как известно, производительность плат от Matrox в OpenGL всегда вызывала нарекания пользователей, особенно в свете почти годичного периода времени, прошедшего с момента выхода Matrox Millennium G200 и до появления окончательной версии ICD OpenGL для этой карты. Тем не менее, должен отметить, что Matrox стала наращивать темпы выхода новых, улучшенных версий OpenGL-драйверов. В данный момент ожидается выход уникального драйвера Matrox TurboGL, являющегося мини-драйвером, предназначенным для игр класса Quake2 и Quake3. Что же можно сказать, глядя на эти результаты? Пойдем по порядку. В тесте 3D Mark99 MAX плата Matrox Millennium G400 MAX оказалась примерно на уровне NVIDIA Riva TNT2 Ultra, явно обогнав 3dfx Voodoo3 3500TV (результаты в разрешении 1600х1200 при 16-битном цвете показались нам несколько странными, однако должен отметить, что сам тест ведет себя подчас непредсказуемо в этом разрешении, повторное тестирование может выдать цифры с погрешностью 50-70%, поэтому мы даем эти данные для ориентира). А вот в 32-битном цвете на том же тесте наша карта показала отличные результаты! В игре Shogo плата Matrox Millennium G400 MAX оставила далеко позади 3dfx Voodoo3 3500TV и оказалась также на одном уровне с NVIDIA Riva TNT2 Ultra. А вот в Expendable картина изменилась. На высоких (выше 1024х768) разрешениях Matrox Millennium G400 MAX сильно обогнал NVIDIA Riva TNT2 Ultra, однако чуть отстала от 3dfx Voodoo3 3500TV (явно сказывается более выгодный для 3dfx-карт режим мультитекстурирования). Зависимость производительности платы от частоты процессора показывает нам на явную невыгодность приобретения такой мощной платы владельцам низкоскоростных процессоров (если скорость не поднимается выше 34, а то и 28 fps, то можно купить и плату подешевле, которая даст примерно такую же скорость). Падение производительности при включении режима Environment mapped Bump mapping не столь критично, чтобы отказываться от такой красоты, однако и не безболезненно. Рассмотрим теперь ситуацию в OpenGL. Как можно увидеть, только TurboGL-драйвер, официальный выход которого запланирован на ближайшие дни, позволяет разогнанному Matrox Millennium G400 MAX подняться до уровня nVidia Riva TNT2 Ultra и до 3dfx Voodoo3 3500TV. Все же, OpenGL-драйвер у Matrox, видимо, еще не достаточно оптимизирован. Также хочу обратить внимание на то, что TurboGL-драйвер дает лучшие результаты в избранных разрешениях, прежде всего в 800х600 и 1024х768, где прирост в скорости относительно ICD OpenGL 5.25 максимальный. К сожалению, портит общую картину и отсутствие корректной работы ICD OpenGL в Quake2 от Matrox в разрешении 1280х960. В целом же, результаты у Matrox Millennium G400 MAX очень хорошие - владельцы быстрых процессоров не будут разочарованы этой платой. Затрагивая тему качества, могу сказать кратко, что нареканий никаких нет, все четко и красиво. Подробно мы рассматривали этот вопрос в нашем обзоре Matrox Millennium G400. И в заключение коснусь вопроса DVD-проигрывания. С платой Matrox Millennium G400 MAX поставляется Matrox DVD-Player, который обеспечивает снижение загрузки центрального процессора при декодировании MPEG2 до 55%, что дает нам основания для положительных эмоций. Качество изображения - отличное, видеопоток идет ровно, без рывков, и при этом процессор загружен не на 85-100%, а всего на 53-55%. То есть, часть функций по декодированию видеокарта действительно берет на себя. Подведем итоги. Видеоплата Matrox Millennium G400 MAX, обладая ценой примерно на уровне карт на базе NVIDIA Riva TNT2 Ultra, но меньшей, чем у 3dfx Voodoo3 3500TV (заметим, что количество памяти у Voodoo3 в 2 раза меньше), имеет скоростные показатели примерно на уровне вышеназванных плат, однако при этом обладает рядом достоинств. Во-первых, это - отличное 2D, которое устроит даже профессионалов, во-вторых - выход на два приемника видеосигнала, которыми могут быть либо два монитора, либо монитор и телевизор. Плюс прекрасное качество изображения как в 3D, и наличие технологии Environment mapped Bump mapping. Мы смело можем рекомендовать эту плату владельцам мощных процессоров, на которых плата сможет показать свою силу, а также тем, у кого либо большой монитор, либо пара мониторов, на которые можно разнести общий рабочий стол.
Краткий обзор стандартов
VGA
В настоящее время VGA-карта является стандартом в области PC. Вряд ли сейчас можно купить компьютер, который не был бы оснащен такой картой. Существует большое разнообразие видеокарт стандарта VGA. Стандарт VGA является базовым для таких стандартов, как Super VGA и HiRes, на его основе разработаны карты-ускорители, например, карты VLB.
Первые VGA-карты были представлены фирмой IBM в 1987 г. Сокращение VGA является аббревиатурой английского термина Video Graphics Array. Фирма IBM разработала этот стандарт для PS/2 — новой модели PC. Первые VGA-карты были 8-разрядными, однако сейчас в основном выпускаются 32- и 64-разрядные карты.
На всех VGA-картах имеется специальный разъем, так называемый Feature Connector, который на этих картах встречаете^ в двух исполнениях: в виде штекера или в виде разъема типа PAD. Этот 26-контактный разъем обеспечивает полную совместимость с оригинальным разъемом PS/2, но в основном он используется для подключения дополнительных карт обработки сигналов изображения. CGA-карты совместимы снизу-вверх, то есть они способны эмулировать все изданные ранее стандарты от MDA до EGA. Стандартная VGA-карта обеспечивает разрешение 640х480 пикселов с 16 цветами. Однако это неполные данные. На самом деле VGA-карта может под-держивать 256 цветовых оттенков, но это уже зависит от имеющегося объема видеопамяти. Объем видеопамяти 8-разрядной VGA-карты обычно составляет 256 Кб и юализован с помощью восьми микросхем 4464 или в двух 44256, 16- разрядная VGA-карта должна оснащаться объемом памяти не менее 512 Кб.
super VGA
Для большинства применений разрешение стандарта VGA вполне достаточно. Однако программы, ориентированные на графику, работают значительно учше и быстрее (бывают случаи, когда они даже не инсталлируются, если установленное разрешение или видеокарта не соответствуют их возможностям), если информационная плотность экрана выше. Для этого необходимо повышать разрешение. Таким образом, стандарт VGA развился в так называемый стандарт Super VGA (SVGA). Стандартное разрешение этого режима оставляет 800х600 пикселов.
Отметим закономерность: при объеме видеопамяти 256 Кб и SVGA-разрешении можно обеспечить только 16 цветов; 512 Кб видеопамяти дают возможность отобразить уже 256 цветовых оттенков при том же разреше-1ии. Карты, имеющие 1 Мб памяти, а это сейчас уже стало обычным явле-1ием, позволяют при этом же разрешении достичь отображения 32768, i5536 (HiColor) или даже 16,7 млн (TrueColor) цветовых оттенков.
HiRes VGA
Стандарт HiRes VGA (High Resolution — высокое разрешение) был также разработан фирмой IBM. В режиме 8514/А можно повысить разрешение до 1024х768 пикселов. Имеет ли смысл такое разрешение или нет, зависит от многих факторов, которые будут пояснены ниже.
Обычно при разрешении 1024х768 пикселов ограничена цветовая гамма. Способность монитора или видеокарты поддерживать высокое разрешение существенно влияет на их стоимость, особенно, если речь идет о режимах HiColor или TrueColor. Обычно для стандарта HiRes характерна поддержка 16 или 256 цветов.
Конструктивное исполнение
Видеоадаптеры EGA и VGA условно делятся на шесть логических блоков, описание
которых приведены ниже:
1. Видеопамять. В видеопамяти размещаются данные, отбражаемые адаптером на экране дисплея. Для EGA и VGA видеопамять обычно имеет объем 256 Кбайт, на некоторых моделях SVGA и XGA объем видеопамяти может быть увеличен до 2Мбайт.Видеопамять находится в адресном пространстве процессора и программы могут непосредственно производить с ней обмен данными. Физически видеопамять разделена на четыре банка, или цветовых слоя, использующих совместное адресное пространство.
2. Графический контроллер. Посредством его происходит обмен данными между центральным процессором и видеопамятью. Аппаратура графического контроллера позволяет прозводить над данными, поступающими в видеопамять и расположенными в регистрах-защелках простейшие логические операции.
3. Последовательный преобразователь. Выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в поток битов, затем передает их контроллеру атрибутов.
4. Контроллер ЭЛТ. Контроллер генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.
5. Контроллер атрибутов. Преобразует информацию о цветах из формата. в котором она хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ.
6. Синхронизатор. Управляет всеми временными параметрами видеоадаптера. Синхронизатор также управляет доступом процессора к цветовым слоям видеоадаптера.
Видеопамять адаптеров EGA и VGA разделена на четыре банка, или на четыре цветовых слоя. Эти банки размещаются в одном адресном пространстве таким образом, что по каждому адресу расположено четыре байта (по одному байту в каждом банке). Какой из банков памяти используется для записи или чтения данных процессором, определяется при помощи установки нескольких регистров адаптера. Так как все четыре банка находятся в одном адресном пространстве, то процессор может производить запись во все четыре банка за один цикл записи. Благодаря этому некоторые операции, например заполнение экрана, происходят с большей скоростью. В том случае, когда записсь во все четыре банка не требуется, можно разрешать или запрещать запись во все четыре банка при помощи регистра разрешения записи цветового слоя. Для операции чтения в каждый момент времени может быть разрешен с помощью регистра выбора читаемого цветового слоя только один цветовой слой. В большинстве режимов видеоадаптера видеопамять разделена на несколько страниц. При этом одна из них является активной и отображается на экране. При помощи
функций BIOS или программирования регистров видео-адаптера можно преключать активные страницы видеопамяти. Выводж информации может производиться как в активную, так и в неактивные страницы видеопамяти.
Текстовый режим. В текстовых режимах на экране могут отображаться только текстовые символы. Стандартные текстовые режимы позволяют выводить на экран 25 строк по 40 или 80
символов. Для кодирования каждого знакоместа экрана используется два байта: первый из них содержит ASCII код отображаемого символа, второй – атрибуты символа. ASCII коды символов экрана располагаются в нулевом цветовом слое, а их атрибуты -- в первом цветовом слое. Атрибуты определяют цвет символа и цвет фона. Благодаря такому режиму хранения информации достигается значительная экономия памяти. При отображении символа на экране происходит преобразование
его из формата ASCII в двумерный массив пикселов, выводимых на экран. Для этого преобразования используется таблица трансляциии символов (таблица знакогенератора). Таблица знакогенератора хранится во втором слое видеопамяти. При непосредственном доступе к видеопамяти нулевой и первый цветовые слои отображаются на общее адресное пространство с чередованием байтов из слоев. Коды символов имеют четные адреса, а их атрибуты -- нечетные. При установке текстовых режимов работы видеоадаптеров EGA и VGA BIOS загружает таблицы знакогенератора из ПЗУ во второй цветовой слой видеопамяти. Впоследствие таблицы используются при отображении символов на экране. Благодаря этому можно легко заменить стандартную таблицу знакогенератора своей
собственной. Это широко применяется при русификации компьютеров. EGA и VGA обеспечивают возможность одновременной загрузки соответственно четырех и восьми таблиц знакогенераторов в память. Каждая таблица содержит описание 256 символов. Одновременно активными могут быть одна или две таблицы знакогенератора. Это дает возможность одновременно отображать на экране до 512 символов. При этом один бит из байта атрибутов указывает, какая из активных
таблиц знакогенератора используется при отображении данного символа. Номера активных таблиц знакогенератора определяются регистром выбора знакогенератора. EGA поддерживает два размера для матриц символов: 8х8 и 8х14 пикселов. Один из этих наборов символов автомаически загружается BIOS в видеопамять при выборе текстового режима. Так как VGA имеет большую разрешающую способность, то его матрица символа имеет размеры 9х16. На каждый символ отводится 32 байта. Первая таблица имеет в видеопамяти адреса: 0000h--1FFFh, вторая: 2000h--3FFFh, ... , восьмая: E000h--FFFFh. Каждый символ, отображаемый на экране в текстовом режиме, определяется не только своим ASCII кодом, но и байтом атрибутов. Атрибуты задают цвет символа,
цвет фона, а также некоторые другие параметры. Биты D0--D2 байта атрибутов задают цвет символа, D4--D6 цвет фона. Если активной является одна таблица знакогенератора, то D3 используется для управления интенсивностью цвета символа, что позволяет увеличить количество воспроизводимых цветов до 16. Если одновременно определены две таблицы знакогенератора, то D3 задает таблицу знакогенератора, которая будет использована для отображения данного символа.
Бит D7 выполняет две различные функции в зависимости от состояния регистра режима контроллера атрибутов. Данный бит либо управляет интенсивностью цвета фона, увеличивая количество отображаемых цветов до 16, либо разрешением гашения символа, в результате чего символ на экране будет мигать.По умолчанию данный бит управляет разрешением гашения символа.
Видеопамять в графических режимах: Распределение видеопамяти в графических режимах работы адаптеров отличается от распредления видеопамяти в текстовых режимах. Ниже рассмотрена структура распределения видеопамяти отдельно для каждого графического режима.
Режимы 4 и 5. Это режимы низкого разрешения (320х200), используются 4 цвета. Поддерживаются видеоадаптерами CGA, EGA и VGA. У EGA и VGA видеоданные расположены в нулевом цветовом слое, остальные слои не используются. Для совместимости с CGA отображение видеопамяти на экране не является непрерывным: первая половина видеопамяти (начальный адрес В800:0000) содержит данные относительно всех нечетных линий экрана, а вторая (начальный адрес В800:2000) – относительно всех четных линий. Каждому пикселу соответствует два бита видеопамяти. За верхний левый пиксел экрана отвечают биты D7 и D6 нулевого байта видеопамяти. В режимах 4 и 5 имеются два набора цветов: стандартный и альтернативный: 00 -черный; 01 - светло-синий (зеленый); 10 - малиновый (красный); 11 - ярко-белый (коричневый).
Режим 6. Режим 6 является режимом наибольшего разрешения для CGA (640х200). Видеоадаптеры EGA и VGA используют для хранения информации только нулевой слой. Как и в режимах 4 и 5 первая половина видеопамяти отвечает за нечетные линии экрана, а вторая половина -- за четные. В данном режиме на один пиксел отводится один бит видеопамяти. Если значение бита равно 0, то пиксел имеет черный цвет, а если единице -- то белый.
Режимы 0Dh и 0Еh. Разрешающая способность в режиме 0Dh составляет 320х200, а в режиме 0Eh 640х200 пикселов. Данный режим поддерживается только видеоадаптерами EGA и VGA Для хранения видеоданных используются все четыре цветовых слоя. Адресу видеопамяти
соответствуют четыре байта, которые вместе определяют восемь пикселов. Каждому пикселу соответствуют четыре бита -- по одному из каждого цветового слоя. Четыре бита на пиксел, используемые в данных режимах, позволяют отображать 16 различных цветов. Запись в каждый из этих цветовых слоев можно разрешить или запретить при помощи разрешения записи цветового слоя. Управление доступом к цветовым плоскостям осуществляется при помощи регистров: Адресный регистр графического контроллера, порт вывода для этого регистра 3CEh; биты 0--3
содержат адрес регистра, остальные не используются. Регистр цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 00h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--3 определяют значение для соответствующей плоскости, остальные не используются. Регистр разрешения цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 01h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--3 означают разрешение соответствующего слоя, а остальные не используются. Регистр выбора плоскости для чтения: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 04h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0--2 содержат номер плоскости для чтения, а остальные не используются.
Графический контроллер осуществляет обмен данными между видеопамятью и процессором. Он может выполнять над данными, поступающими в видеопамять, простейшие логические операции: И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, циклический сдвиг. Таким образом, видеоадаптер может выполнять часть работы по обработке видеоданных. Хотя процессор может читать данные только из одного цветового слоя, запись данных в регистры-защелки происходит из всех цветовых слоев. Эту
особенность можно использовать для быстрого копирования областей экрана. Во время цикла чтения данных из видеопамяти , графический контроллер может выполнять операцию сравнения цветов. В отличие от обычной операции чтения. когда читается только один цветовой слой, при операции сравнения цветов графический контроллер имеет доступ ко всем четырем слоям одновременно. В
случае совпадения вырабатывается определенный сигнал.
Последовательный преобразователь. Это устройство запоминает данные, читаемые из видеопамяти в течении цикла регенерации, преобразует их в последовательный поток бит, а затем передает их контроллеру атрибутов.
Контроллер атрибутов. Контроллер атрибутов в графических режимах управляет цветами. Значениям цветовых атрибутов ставится в соответствие определенный цвет при помощи таблицы
цветовой палитры. Эта таблица ставит в соответствие четырем битам из видеопамяти шесть битов цветовой информации. Для ЕGA эта информация поступает непосредственно на дисплей, а для VGA -- преобразуется в соответствии с таблицей цветов тремя ЦАП в RGB-сигнал и передается на дисплей. Контроллер ЭЛТ выполняет следующие функции: вырабатывает сигналы управления
работой ЭЛТ, определяет формат экрана и символлов текста, определяет форму курсора, управляет световым пером, управляет скроллингом содержимого экрана. Синхронизатор управляет всеми временными парамет-рами видеоадаптера.
Особенности использования для разных задач пользователя
Двухпортовую видеопамять.
Двухпортовую видеопамять - графический процессор осуществляет чтение из видеопамяти или запись в нее через один порт, а RAMDAC осуществляет чтение данных из видеопамяти, используя второй независимый порт. В результате графическому процессору больше не надо ожидать, пока RAMDAC завершит свои операции с видеопамятью, и наоборот, RAMDAC больше не требуется ожидать, пока графический процессор не завершит свою работу с видеопамятью.
Такой тип памяти с двухпортовой организацией называется VRAM (Video RAM). На самом деле реализация этой технологии несколько сложнее, чем просто сделать два независимых порта для чтения и