Архітектура відеосистеми сучасних мікропроцесорних систем

Якщо доведеться працювати з графічними додатками або грати в комп'ютерні ігри, потрібна буде 32-розрядна (3D) відеоплата, що містить не менше 32 Мбайт оперативної пам'яті. Для роботи з двомірною графікою достатньо і 4 Мбайт пам'яті, але для виконання ЗD-операцій при дозволі 1 024x768 і глибині кольору 32 біт вже необхідний, як мінімум, 16-мегабайтовий відеоадаптер. Підвищення дозволу і глибини кольору спричиняє за собою збільшення необхідного об'єму відеопам'яті. В сучасних моделях відеоадаптерів додаткові модулі пам'яті встановити не можна. Тому, вибираючи відеоадаптер, потрібно переконатись, що об'єм його пам'яті повною мірою відповідає сьогоднішнім і майбутнім потребам. В осоружному випадку при модернізації комп'ютера відеоадаптер доведеться замінити.

Розглядаючи пам'ять в системі відображення, слід також зупинитися на форматі звернення до пам'яті з боку схем обробки зображення. В сучасному відеоадаптері всі схеми, необхідні для формування і обробки зображення, реалізовані в спеціалізованій мікросхемі -- графічному процесорі, встановленому на цій же плати. Графічний процесор і пам'ять обмінюються даними по локальній шині. Більшість сучасних адаптерів має 64- або 128-розрядну шину. Декого це може привести в замішання: адже з шиною відразу асоціюються роз'єми і т.п. Але тут йдеться про локальну шину, до якої мають доступ тільки мікросхеми графічного процесора і пам'яті адаптера. Іншими словами, якщо в описі відеоадаптера вказано, що він 64-розрядний, насправді це плата з 32-розрядним інтерфейсом PCI або AGP, але усередині неї обмін між пам'яттю і графічним процесором виконується по 64-розрядній локальній шині.

Таблиця 4.4 Мінімальний об'єм пам'яті відеоадаптера для різних режимів відображення (двомірна графіка)

Дозвіл	Глибина кольору, битий	Глибина Z-буфера, битий	Режим буфера	Об'єм пам'яті, що використовується, Мбайт	Необхідний об'єм вбудованої відеопам'яті, Мбайт
640x480	16	16	Подвійний/ потрійний	1,71/ 2,34	2/ 4
	24	24	Подвійний/ потрійний	2,64/ 3,52	4/ 4
	32	32	Подвійний/ потрійний	3,52/ 4,69	4/ 8
800x600	16	16	Подвійний/ потрійний	2,75/ 3,66	4/ 4
	24	24	Подвійний/ потрійний	4,12/ 5,49	8/ 8
	32	32	Подвійний/ потрійний	5,49/ 7,32	8/ 8
1024x768	16	16	Подвійний/ потрійний	4,12/ 5,49	8/ 8
	24	24	Подвійний/ потрійний	6,75/ 9,00	8/ 16
	32	32	Подвійний/ потрійний	9,00/ 12,00	16/ 16
1280x1024	16	16	Подвійний/ потрійний	7,50/ 10,00	8/ 16
	24	24	Подвійний/ потрійний	11,25/ 15,00	16/ 16
	32	32	Подвійний/ потрійний	15,00/ 20,00	16/ 32
1600x1280	16	16	Подвійний/ потрійний	10,99/ 14,65	16/ 16
	24	24	Подвійний/ потрійний	16,48/ 21,97	32/ 32
	32	32	Подвійний/ потрійний	21,97/ 29,30	32/ 32

4.3.2 Пам'ять DRAM

Спочатку для зберігання зображень використовувалися звичайні мікросхеми динамічної пам'яті (Dynamic RAM -- DRAM). Вони досить дешеві, але володіють невисокою швидкодією, що обумовлено необхідністю періодично відновлювати (регенерувати) в них інформацію, а крім того, такі мікросхеми не дозволяють прочитувати інформацію під час запису.

Графічна Плати сучасних комп'ютерів вимагає виключно високої швидкості обміну даними з пам'яттю. При дозволі 786 432 (1024x768) пікселів і стандартній частоті регенерації 72 Гц весь вміст пам'яті (буфера кадру зображення) прочитується цифроаналоговим перетворювачем 72 рази в секунду. Це означає, що в режимі true color (24 біт/піксель) швидкість прочитування даних з пам'яті повинна бути близько 170 Мбайт/с -- практична межа для сучасних чіпів DRAM. Останніми роками, прагнучи задовольнити зростаючі вимоги до швидкодії пам'яті, розробники сталі застосовувати модулі пам'яті іншого типу.

4.3.3 Пам'ять EDO DRAM

Перша альтернатива пам'яті DRAM для відеоадаптерів низької цінової категорії -- EDO (Extended Data Out-- розширений вивід даних). Підвищення продуктивності модулів EDO RAM пояснюється тим, що їх елементи зберігання підзаряджаються незалежною електронною схемою так, що до наступного циклу обігу може починатися до того, як закінчиться попередній. В результаті EDO RAM працюють на 10% швидше, ніж DRAM, виконані за тією ж мікроелектронною технологією. Вперше випуск EDO RAM освоїла компанія Micron Technologies. Мікросхеми такого типу були задумані для використання як основна пам'ять комп'ютера, але стали застосовуватися в PCI-відеоадаптерах. Мікросхеми EDO виготовлені за тією ж технологією, що і DRAM, і на тому ж устаткуванні, тому коштують вони однаково.

4.3.4 Високошвидкісна відеопам'ять (сучасні типи)

4.3.4.1 Пам'ять SDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM) використовується в комп'ютерах з процесорами Pentium II/III як основна пам'ять. Модулі пам'яті DIMM можуть бути встановлені у ві-деоадаптер.

Цей тип пам'яті може працювати на частоті шини до 200 Мгц, але по швидкодії поступається SGRAM. Пам'ять SDRAM використовується у відеоадаптерах PCI і AGP.

4.3.4.2 Пам'ять SGRAM

Пам'ять SGRAM (Synchronous Graphics RAM) призначена для високоякісних моделей відеоадаптерів. Як і SDRAM, вона може працювати на частоті шини (до 200 Мгц). В порівнянні із звичайними DRAM швидкодія SGRAM зросла більш ніж в чотири рази, і вона може працювати на частотах 133 Мгц і вище. В даний час цей тип пам'яті використовується в сучасних відеоадаптерах PCI і AGP.

4.3.4.3 Пам'ять DDR SDRAM

Цей тип пам'яті дозволяє працювати на подвоєній частоті в порівнянні із звичайною пам'яттю SDRAM. Розроблений для сучасної системної плати з частотою шини 133 Мгц.

Не заглиблюючись в технічну тонкість, складно визначити, який тип пам'яті -- SDRAM, DDR SDRAM або SGRAM -- використовується в конкретній графічній платі. Тому рекомендовано звертати увагу в першу чергу на робочі характеристики і вибирати плату, керуючись її ефективністю, необхідними можливостями і ціною.

4.4 Цифроаналоговий перетворювач

Цифроаналоговий перетворювач відеоадаптера (званий RAMDAC перетворить що генеруються комп'ютером цифрові зображення в аналогові сигнали, які може відображати монітор. Швидкодія цифроаналогового перетворювача вимірюється в Мгц; чим швидше процес перетворення, тим вище вертикальна частота регенерації. В сучасних високоефективних відеоадаптерах швидкодія може досягати 300 Мгц і вище.

При збільшенні швидкодії цифроаналогового перетворювача підвищується частота вертикальної регенерації, що дозволяє досягти більш високого дозволу екрану при оптимальних частотах оновлення (72-85 Гц і більш). Як правило, відеоадаптери з швидкодією від 300 Мгц і вище підтримують дозволи до 1920x1200 при частотах оновлення більше 75 Гц. Зрозуміло, якщо необхідний дозвіл підтримується як монітором, так і відеоадаптером, що використовується.

4.5 Шина

В цьому розділі вже йшлося про те, що моделі відеоадаптерів призначені для відповідних типів шин. Наприклад, адаптер VGA розроблявся для шини МСА, те ж саме відноситься до адаптерів XGA і XGA-2. Швидкість обробки відеоінформації залежить від системної шини що використовується в комп'ютері (ISA, EISA або МСА). Шина ISA 16-розрядна, з тактовою частотою 8,33 Мгц. По шинах EISA і МСА можна одночасно передавати 32 біт даних, але їх тактова частота не перевищує 10 Мгц.

В липні 1992 року Intel впровадила в свої розробки шину PCI, яка максимально "наближала" периферійні пристрої до процесора. Вид повноцінної системної шини вона знайшла в другій версії (1993 рік). В шині PCI-2 поєднуються швидкодія локальної шини і певна незалежність від основного процесора. Відеоадаптери, призначені для шини PCI, як і плати, орієнтовані на VL-Bus, можуть радикально підвищити продуктивність відеосистеми: вони спроектовані відповідно до технології Plug and Play і практично не вимагають настройки.

Найсучасніша системна новина в області розробки шин -- прискорений графічний порт (AGP). Це спеціально виділена відеошина, розроблена Intel. Шина має максимальну пропускну спроможність, в чотири рази більшу, ніж у шини PCI. По суті, AGP є розширенням шини PCI, причому призначена вона для використання тільки з відеоадаптерами. Вказана шина надає їм високошвидкісний доступ до оперативної пам'яті комп'ютера. Це дозволяє адаптеру обробляти деякі елементи тривимірних зображень, наприклад текстурні карти, безпосередньо в системній пам'яті, а не копіювати їх в пам'ять адаптера до початку обробки. При цьому економиться час і не потрібно збільшувати об'єм пам'яті відеоадаптера для поліпшення підтримки функцій обробки тривимірних зображень.

Не дивлячись на те що найперша плата AGP мала порівняно малі об'єми вбудованої пам'яті, сучасні реалізації AGP-плати відрізняються не тільки великим об'ємом вбудованої пам'яті, але і використанням апертури пам'яті (виділеного адресного простору пам'яті, розташованого вище за область, фізичною пам'яттю, що використовується) для збільшення швидкості передачі даних у власну пам'ять відеоплати або з неї. Інтегровані набори мікросхем з вбудованим AGP використовують системну пам'ять для виконання будь-яких операцій, у тому числі і для створення текстурних карт.

Хоча AGP була розроблена спеціально для процесорів Pentium II, вона не залежить від процесора. Для неї потрібна підтримка набору мікросхем системної логіки системної плати, тобто для використання AGP ви не зможете модифікувати існуючу систему, не замінивши системну плату.

Більшість наборів мікросхем системної логіки, створених в компаніях Intel, ATI, VIA Technologies і SiS, підтримують, як мінімум, AGP 2x.

Навіть за наявності відповідного набору мікросхем системної логіки ви не зможете використовувати всі переваги AGP без підтримки з боку операційної системи. Засіб Direct Memory Execute (DIME) використовує оперативну пам'ять замість пам'яті відеоадаптера для виконання деяких задач і тим самим зменшує об'єм передаваної інформації від адаптера і до нього. Windows 98 використовує цю особливість точно так, як і Windows 2000, а Windows 95 -- ні.

В даний час існує три різновиди шини AGP -- 1х, 2х і 4х. Оригінальна версія AGP 1х працює на частоті 66 Мгц і забезпечує максимальну швидкість передачі даних 266 Мбайт/с, що приблизно рівно подвоєної швидкості роботи 32-розрядного відеоадаптера PCI. Наступна версія AGP, 2х, працює на частоті 133 Мгц і забезпечує швидкість передачі даних 533 Мбайт/с. Найпоширеніша на даний момент версія AGP підтримує режим 4х і забезпечує швидкість передачі даних до 1 Гбайт/с. Шина AGP 4х може використовуватися також з AGP 2х-совместимыми системною плата (правда, в цьому випадку її швидкодія знижується до 2х). Компанія Intel в середині 2001 року випустила специфікацію 1.0 режими AGP 8х, швидкість передачі даних якого досягає 2 Гбайт/с. При цьому самі відеоадаптери, що працюють в такому режимі, будуть створені значно пізніше. Режим 8х, як очікується, буде сумісний з AGP 4х сумісною системною платою (але не з ранніми версіями системної плати AGP 2х або 1х).

Між шинами VL-Bus, PCI і AGP існують відмінності, які відображені в таблиці 4.5.

Таблиця 4.5 Параметри локальних шин

Параметр	VL-Bus	PCI	AGP
Максимальна пропускна спроможність (теоретично)	132 Мбайт/с	132 Мбайт/с*	533 Мбайт/с (2х); 1,06 Гбайт/с (4х)
Кількість роз'ємів (типове)**	3	4 або 5	1
Підтримка технології Plug and Play	Ні	Так	Так
Ціна	Низька	Середня	Середня
Область застосування	Дешеві комп'ютери на базі процесора 486	Комп'ютери на базі процесорів 486, Pentium і вище	Могутні комп'ютери на базі процесорів Pentium II/III, Celeron, K6, Athlon

* При максимальній частоті шини 66 Мгц і розрядності 32 біт. Збільшується при використовуванні шини 100МГц.

** Збільшити кількість роз'ємів можна за допомогою спеціальних схем розширення РС1.

4.6 Відеодрайвер

Програмний драйвер -- важливий елемент відеосистеми, за допомогою якого здійснюється зв'язок програмного забезпечення з відеоадаптером. Відеоадаптер може бути оснащений найшвидшим процесором і найефективнішою пам'яттю, але поганий драйвер здатний звести нанівець всі ці переваги.

Додатки DOS безпосередньо управляють устаткуванням, і звичайно в їх склад входять власні драйвери для різних типів відеоадаптерів. Всі додатки для Windows використовують єдиний драйвер, встановлений в самій операційній системі (оскільки тільки у такому разі додатки можуть використовувати звернення до функцій операційної системи для управління відеоадаптером). Також в BIOS зашитий свій особистий драйвер який відповідає за виведення інформації при загрузці та в Setup. У фірменних потужних відеокартах завжди є свій особистий драйвер, який вичерпно використовує всі ресурси відеоадаптера.

Відеодрайвери використовуються для підтримки процесора відеоадаптера. Не дивлячись на те, що відеоадаптери поставляються виготівником разом з драйверами, іноді використовуються драйвери, що поставляються разом з набором мікросхем системної логіки.

Більшість виробників відеоадаптерів і наборів мікросхем системної логіки мають свої Web-сервери, де можна знайти інформацію про самі останні версії драйверів. Хоча може стати в нагоді драйвер, що поставляється разом з набором мікросхем системної логіки, краще використовувати драйвери, що поставляються виробником адаптера. Перед покупкою відеоадаптера бажано відвідати Web-сервер виробника і з'ясувати, які драйвери пропонуються для даного конкретного адаптера. Часті модифікації драйверів можна розцінювати не тільки як реакцію виробника на скарги користувачів, але і як ознака ненадійності устаткування.

Відеодрайвер також забезпечує інтерфейс, який використовується для настройки методів управління дисплеєм, вживаних адаптером. У вкладці Настройка (Settings) діалогового вікна Властивості: Екран (Display: Properties) системи Windows 9x приведені параметри монітора і режим відеоадаптера, що використовується. В цій же вкладці можна вибрати глибину (розрядність) кольору і роздільну здатність екрану. Драйвер можна налагодити так, щоб ніхто не міг вибрати параметри, які не підтримуються устаткуванням. Наприклад, не можна встановити роздільну здатність 1024x768 при глибині кольору 24 розряди, якщо адаптер має пам'ять об'ємом всього лише 1 Мбайт.

4.6.1 Графічні API

API (Application Programming Interface) надають розробникам апаратного і програмного забезпечення засобу створення драйверів і програм, що працюють швидше на великому числі платформ. В даний час існують декілька графічних API -- OpenGL (компанія SGI), Glide (компанія 3Dfx) і Direct 3D (компанія Microsoft). Glide підтримується тільки набором мікросхем, що випускається компанією 3Dfx. Інші API підтримуються більшістю сучасних відеоадаптерів. Direct 3D є частиною API, званого DirectX.

DirectX 8.Х -- це остання версія програмного інтерфейсу, що розширила підтримку тривимірної графіки і що забезпечила поліпшені ігрові можливості. Для отримання додаткової інформації щодо DirectX або завантаження його останньої версії звернетеся на Web-вузол DirectX компанії Microsoft: mm.microsoft, com/directx.

5. Модернізація або установка нового відеоадаптера

В даний час відеоадаптер можна модернізувати одним з наступних способів:

встановити прискорювач тривимірної графіки разом з існуючим відеоадаптером;

встановити новий відеоадаптер;

добавити пам'ять;

встановити TV-тюнер;

встановити пристрої відеозахоплення.

Можна придбати тільки прискорювач тривимірної графіки і встановити його разом з існуючим відеоадаптером, але практично всі сучасні моделі відеоадаптерів підтримують акселерацію тривимірної графіки. Вибір відеоадаптера залежить від типу встановленої моделі: якщо вона застаріла, то краще придбати "повну відеокарту", а не прискорювач тривимірної графіки.

5.1 Модернізація відеопам'яті

До 1997 року багато виробників відеоадаптерів залишали вільні роз'єми, в які можна було встановлювати додаткову пам'ять. Відсутність можливостей розширення відеопам'яті в сучасних відеоадаптерах пояснюється наступним:

більшість відеоадаптерів не модернізується, а просто обновляються;

на ринку існує багато типів пам'яті, і підібрати необхідний модуль досить складно;

зниження вартості відеопам'яті привело до того, що в сучасні моделі відеоадаптерів встановлюється достатній об'єм пам'яті (як правило, 32 Мбайт і більше).

5.2 Вибір відеоадаптера на основі одного набору мікросхем

Багато виробників випускають декілька моделей відеоадаптерів на основі одного і того ж набору мікросхем. Яку ж модель придбати? В таблиці 5.1 приведені найважливіші критерії, на які слід звернути увагу, придбаваючи сучасний відеоадаптер.

Зверніть увагу, що багато сучасних відеоадаптерів можна "розігнати". Перед виконанням цієї небезпечної операції прочитайте документацію і не забудьте відвідати Web-вузол виробника відеоадаптера, щоб взнати все "підводне каміння" цього процесу. Крім того, прогляньте місцеву комп'ютерну пресу: тема "розгону" -- частий гість на її сторінках.

Таблиця 5.1 Критерії, що використовуються при порівнянні відеоадаптерів

Критерій	Пояснення
Швидкодія RAMDAC	Швидкодія цифроаналогового перетворювача недорогих відеоадаптерів невисока, тобто отримати якісне зображення на великому моніторі (наприклад, 17-дюймовому) дуже складно. Вибираючи відеоадаптер, в першу чергу звертайте увагу на цей критерій, особливо якщо збираєтеся придбати великий монітор
Об'їм відеопам'яті	Практично у всіх сучасних відеоадаптерах встановлюється мінімум 16 Мбайт відеопам'яті. Цього об'єму пам'яті недостатньо для нормального функціонування сучасних ігор. Прагніть придбати відеоадаптер з об'ємом пам'яті не менше 32 Мбайт
Тип відеопам'яті	У високоякісних і дорогих відеоадаптерах частіше за все встановлюється ві-деопам'ять SGRAM або DDR SDRAM; у відеоадаптерах середнього рівня -- SDRAM. Відеопам'ять типу EDO в даний час не застосовується
TV-тюнер	Бажано придбати цей пристрій у вигляді окремої плати

6. Універсальна тестова Програма DisplayMate

Для ретельного тестування монітора і відеоадаптера служить програма DisplayMate. Причому вона може бути використана при тестуванні не тільки монітора, але і відеосистеми в цілому. З її допомогою можна перевірити якість системи зведення проміння (фокусування), систему центрування, настройку яскравості і контрастності, відсутність спотворень, а також якість відображення кольорів. Тому при покупці монітора рекомендується перевіряти його за допомогою цієї програми.

Перевірка відеоадаптера за допомогою цієї програми полягає у визначенні продуктивності, а також в його випробуванні у всіх можливих режимах (при всіх підтримуваних роздільних здатностях) (література 2).

7. Порівняння “професійних” плат виробництва 3DLABS лінійки OXYGEN (GVX420, GVX210, GVX1 Pro) з “ігровими” платами на процесорах NVIDIA

Існують такі поняття, як “професійні” та “ігрові” відеоплати. Професійні розраховані на роботу із складними графічними додатками, а ігрові більш оптимізовані для ігор. Цікаво дізнатися у чому їх суттєві відмінності і які їх характеристики [3,4].

Для оцінки швидкісних показників були використані бенчмарки які є рекомендованими для тестування в 3D Studio MAX самою компанією виробником програми.

Конфігурація тестового стенду:

Процесор - Athlon 1200Mhz

Материнська плата - Asus A7M266

Пам'ять - 256Mb PC2100 DDR SDRAM

Відеокарти - Oxygen GVX420, Oxygen GVX210, Oxygen GVX1Pro, GeForce2MX, GeForce3

Жорсткий диск - 15Gb IBM DTLA 7200rpm

Windows 2000 SP2

3ds max 4 (OpenGL rendering), 1024x768 32bit

Щоб орієнтуватись у характеристиках прорисовки 3D-графіки у відеокартах дивіться Додаток А.

7.1 Порівняння швидкісних характеристик

Перший бенчмарк є “стрес-тестом” - в чотирьох вікнах проекції програється анімація сцени. Проте, методи рендеринга (Rendering Method) різні. В двох верхніх вікнах сцена представлена у вигляді “Wireframe” (тобто в “дротяному або “каркасному” режимі”), в лівому нижньому “Smooth + HighLights” + “Edged Faces” (в затіненому режимі з виділеними гранями), в правому нижньому - “Smooth + HighLights”:

Також ввімкнено згладжування для вікон проекції, представлених в режимі Wireframe (Enable Anti-Aliased Lines in Wireframe Views). Оскільки тільки верхні вікна проекції представлені в цьому режимі, на нижні вікна ця опція не впливала. Результат “із згладжуванням” приведений через косу риску. Ця сцена містить небагато полігонів - всього 28 тисяч, проте через одночасне програвання анімації у всіх чотирьох вікнах, “загальний” fps малий (графік на рисунку 7.1.1.1.).

Полігонів: 28868

Джерел світла: 1

Режим: Wireframe, Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.1.1

В цьому стрес-тесті, навіть сама слаба GeForce2MX приблизно рівна Oxygen GVX420. Зазначте, що при включенні режиму згладжування ліній швидкість не падає тільки у GeForce3 і Oxygen GVX420.

Другий бенчмарк є сценою з сьома базовими геометричними об'єктами, загальною складністю в десять тисяч полігонів.

Шість об'єктів статичні, один поволі переміщається по сцені, “проходячи крізь” інші об'єкти. Цей бенчмарк перевіряє коректність відображення “перетину” об'єктів і швидкість, з якою драйвер і “залізо” відеокарти справляться з цим (графік представлений на рисунку 7.1.2.1.).

Полігонів: 9712

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.2.1

В цьому бенчмарку всі відеокарти, окрім GeForce3 показали приблизно однакові результати. Це пояснюється тим, що цей бенчмарк синтетичний і орієнтований в першу чергу на перевірку коректності драйверів, швидкість «заліза» тут вторинна. Проте, як ми бачимо, GeForce3 на висоті, а GeForce2 MX не сильно поступається Oxygen GVX420.

Сцена третього бенчмарка містить кулю, яка поволі пересувається на фоні геометрії в 15000 полігонів (рисунок 7.1.3.1.).



Рисунок 7.1.3.1

Куля ніде не перетинає інші об'єкти. Оскільки куля пересувається дуже поволі, то “правильний драйвер” вноситиме не дуже багато змін в кожний кадр. Іншими словами, цей бенчмарк перевіряє здатність відеоплати не перемальовувати в кожному кадрі об'єкти, що не обновляються (графік представлений на рисунку 7.1.3.2.).

Полігонів: 15653

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.3.2

Результати в цьому бенчмарку повністю аналогічні результатам у минулому бенчмарку - знову в лідерах GeForce3, а GeForce2 MX майже не відстає від Oxygen GVX420

Цей бенчмарк показує можливості відеокарти обробляти складну геометрію Бенчмарк показує продуктивність відеокарт в режимі Smooth+HighLights в сценах з складною геометрією (рисунок 7.1.4.1.).

Рисунок 7.1.4.1

Полігонів: 200270

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.4.2

В цьому геометричному бенчмарку всі плати 3DLABS показали приблизно однаковий результат. Плати на чипах NVIDIA демонструють перевагу 10-40% (рисунок 7.1.4.2.).

П'ятий бенчмарк тестує можливості відеоплати по обробці виключно складної геометрії. Цього разу число полігонів майже подвоїлося і склало майже 376 тисяч. На тій же самій “поверхні” тепер стоять будинки.

Цей бенчмарк здатний “поставити на коліна” будь-яку відеокарту - середній fps не перевищує трьох кадрів. Сам файл створювався, звичайно ж не при fps=3, будинки створювалися окремо в різних файлах і при “установці на грунт” невживана частина геометрії “відключалася” для підвищення продуктивності (графік представлений на рисунку 7.1.5.1.).

Полігонів: 376875

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.5.1

Подивіться на результати - знову всі плати 3DLABS показують однаковий результат! Таке враження, що драйвера цих плат не оптимізовані для обробки важкої геометрії. GeFоrce3 знову попереду.

Бенчмарк, тестуючий швидкість обробки множинних джерел світла. Оскільки більшість відеокарт не підтримує більше 8 джерел, то цей тест і ще два подальших містять 8 джерел світла різних типів. В цьому тесті 8 джерел світла типу SpotLight, переміщаючись, освітлюють так званий “астероїд” (рисунок 7.1.6.1.).

Рисунок 7.1.6.1

Слід помітити, що відображення освітленості, створеної джерелами типу Spotlight - набагато більш ресурсоємний процес, ніж відображення освітленості, створеної джерелами світла типу Omni і Directional (графік представлений на рисунку 7.1.6.2.).

Полігонів: 39600

Джерел світла: 8

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.6.2

В цьому бенчмарку відставання «професійних плат Oxygen» просто величезне. Створюється враження, що при розробці драйверів можливість роботи з джерелами світла типу SpotLight просто не враховувалася.

Той же “астероїд”, тільки тепер його освітлюють вісім джерел світла типу Directional. Джерела світла типу Directional “повільніші” ніж Omni, але “швидші”, ніж джерела світла типу Spotlight (графік представлений на рисунку 7.1.7.1.).

Полігонів: 39600

Джерел світла: 8

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.7.1

В цьому бенчмарку результати плат Oxygen набагато кращі, ніж у минулому, але відставання від плат на чіпах NVIDIA все одно дуже велике.

Знову той же самий “астероїд” і знову вісім джерел світла. Тепер це джерела типу Omni, “найшвидші джерела” світла в 3DMAX (графік представлений на рисунку 7.1.8.1.).

Полігонів: 39600

Джерел світла: 8

Режим: Smooth+Highlights



Рисунок 7.1.8.1

Цей бенчмарк знову говорить про явні проблеми в драйвері плат Oxygen - відставання від «ігрових плат» на чіпах Nvidia дуже велике. Таким чином, плата 3DLABS провалила два бенчмарка освітленості з трьох.

Сцена з “легкою геометрією” і єдиним джерелом світла, всього в чотири з половиною тисячі полігонів, займаюча все вікно проекції - це бенчмарк швидкості растеризації в режимі Smoth+Highlights (графік представлений на рисунку 7.1.9.1.).

Під час переміщення камери відеокарта повинна проводити растеризацию великих і малих полігонів (щодо екранного розміру)

Полігонів: 4684

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.9.1

І знову величезна перевага GeForce3. Проте, нічого дивного в цьому немає. Цей бенчмарк вимірює швидкість растеризации, тобто умови найбільш наближені до ігрових - дуже мало геометрії і текстуровані і освітлювані об'єкти у весь екран.

Бенчмарк, показуючий швидкість роботи відеокарт з текстурами. Файл містить безліч текстур і мінімум геометрії. Бенчмарк представляє собою кулю, що обертається, з 48-ми текстурами накладеними на його грані.

Мінімум геометрії і максимум текстур цієї сцени максимально показують швидкість обробки текстур відеокартою (графік представлений на рисунку 7.1.10.1.).

Полігонів: 224

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.10.1

В цьому текстурному бенчмарку положення «професійноих плат» дещо краще, проте все одно вони відстають від ігрових в 2 рази.

Повністю текстурована кімната, усередині якої переміщується камера. Цей бенчмарк найбільш наближений до реальних додатків, оскільки містить безліч текстур, непросту геометрію і декілька джерел світла. Цей бенчмарк показує можливості відеокарт при обробці непростих сцен в режимі Smooth+Highlight (графік представлений на рисунку 7.1.11.1.).

Полігонів: 12413

Джерел світла: 8

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок7.1. 11.1

В цьому бенчмарку геометрія приблизно такаж складна як і текстури, і відрив плат на чіпах NVIDIA різко скорочується в порівнянні з попередніми тестами.

Анімовані “хвилі” з накладеною текстурою показують швидкість обробки і модифікації текстур (графік представлений на рисунку 7.1.12.1.).

Полігонів: 880

Джерел світла: 1

Режим: Smooth+Highlights

Рисунок 7.1.12.1

Приблизно таке ж положення, що і у минулому бенчмарку, і це пояснюється тим же - в цьому бенчмарку модифікується геометрія, а значить значне навантаження по її обрахунку лягає на CPU, що певною мірою нівелює перевагу відеокарт на чіпах NVIDIA.

Бенчмарк міряє швидкість роботи в режимі Wireframe. 111 тисяч полігонів в режимі wireframe стануть серйозним тестом будь-якої сучасної відеокарти. Як і в першому тесті, я провів цей тест з антиаліасингом (графік представлений на рисунку 7.1.13.1.).

Полігонів: 111270

Джерел світла: 1

Режим: Wireframe

Рисунок 7.1.13.1

Цей бенчмарк містить дуже багато геометрії, відображеної в режимі WireFrame. Тому результати всіх карт приблизно однакові, оскільки обробка геометрії ведеться силами CPU, а потужності Athlon 1200Mhz явно не вистачає для того, що б відеокарти проявили весь свій потенціал.

Всі вищеописані бенчмарки рекомендовані для тестування відеокарт компанією виробником 3DMAX, проте, як ми бачили, вони тестують можливості відеокарт по окремих функціях, і серед них немає “загальних тестів”. Тому додано ще один бенчмарк - це сцена з вісьма джерелами світла, 61371 полігоном і безліччю прозорих площин. Складність цього файлу цілком типова на сьогоднішній день, весь файл разом з текстурами займає більш 6Mb (цей же файл використовувався при порівнянні продуктивності OpenGL і Direct3D). Анімація побудована для самого кращого тестування - камера переміщається по кімнаті, захоплюючи всі об'єкти.

Сцена в режимі Wireframe (графік представлений на рисунку 7.1.14.1.).

Полігонів: 61371

Джерел світла: 8

Режим: Wireframe

Рисунок 7.1.14.1

В цій комплексній сцені плати 3DLABS показали непогані результати. Проте, відсутність падіння продуктивності при переході до режиму із згладженими лініями ми бачимо тільки у «ігрової плати» GeForce3.

Та ж сцена в режимі Smooth+HighLight (графік представлений на рисунку 7.1.15.1.).

Полігонів: 61371

Джерел світла: 8

Режим: Smooth+HighLight



Рисунок 7.1.15.1

І знову, як у всіх бенчмарках в режимах Smooth+Highlights «ігрові карти» попереду з великим відривом.

Таблиця результатів тесту

	Oxygen GVX420	Oxygen GVX210	Oxygen GVX	GeForce3	GeForce2 MX
Benchmark 1: 4 Views Rendering Test	8,2/8,2	8,1/7,9	7,1/6,6	9,3/9,3	8,4/7,8
Benchmark 2: Blit Test	265,1	242,4	223,3	302,4	245,4
Benchmark 3: Dual Planes Visualization Test	334,4	333,2	301,6	356,3	321,1
Benchmark 4: Geometry Visualization Test 1	11,8	11,4	11,1	15,7	12,3
Benchmark 5: Geometry Visualization Test 2	2,4	2,4	2,4	2,6	2,2
Benchmark 6: Lighting Visualization Test 1	11,3	10,4	10,1	42,5	35,2
Benchmark 7: Lighting Visualization Test 2	38,7	35,4	32	56,3	46
Benchmark 8: Lighting Visualization Test 3	16,4	15,2	14,3	72,3	65,4
Benchmark 9: Rasterization Visualization Test	65,6	62,1	36,7	156,7	101,3
Benchmark 10: Texture Visualization Test 1	65,2	61,1	39,7	134,1	86,7
Benchmark 11: Texture Visualization Test 2	38,4	36,5	26,4	62,5	56,4
Benchmark 12: Texture Visualization Test 3	40	38,4	14,3	55,3	48,6
Benchmark 13: Wireframe Visualization Test	8,3/8,3	8,2/8,2	8,1/8,1	8,6/8,6	8,4/7,8
Benchmark 14: Complex Wireframe Visualization Test	22,9/21,8	22,8/21,2	20,7/18,6	26/26	26/23,3
Benchmark 15: Complex Shading Visualization Test	8,1	7,7	6,6	18,3	18,1

8. Параметри “ідеальної відеосистами” компю'тера

І на кінець хотілося б привести параметри бездоганної відеосистеми.

По-перше, - це 17-ти, або 19-тидюймовий рідкокристалічний монітор який займає мало місця на робочому столі, та з можливістю повороту в сторони. Без усяких шкідливих випромінювань завдяки іншій технології на відміну від моніторів на ЕПТ-трубках, не пошкоджуючи зір. Підтримка частоти оновлення екрану до100 Гц і вище.

По-друге, - це універсальний відеоадаптер із вбудованим TV-тюнером та платами відеозахвата. Який підтримує високу роздільну здатність (1280x1024 і вище) та високі частоти оновлення екрану (100 Гц і вище). Також адаптер повинен мати високочастотний графічний процесор з частотою ядра 500 МГц і вище, пам'ять DDR II з частотою 500 МГц, шину пам'яті на 256 біт, пропускну здатність пам'яті 20 Гбайт/с і вище. Тобто повинен бути такий відеоадаптер який буде працювати з любим графічним додатком, чи грою без затримок і “глюків”, повинен бути запас потужності на майбутнє.

По-третє, - це якісний відеодрайвер який вичерпно використовує ресурси відеокарти, та забезпечує інтерфейс який використовується для настройки методів управління дисплеєм, вживаних адаптером.

Висновки по проведеному дослідженні

Організація відеосистеми в процесі свого розвитку зазнала багато змін, і на сьогоднішньому високому етапі розвитку не зупиняє своїх оборотів. Вона буде постійно вдосконалюватись із виникненням нових технологій та програм. Постійно з'являються на ринку монітори з якимись новими оновленнями чи поліпшеннями (не говорячи вже про кількість технологій їх виготовлення), теж саме можна сказати і про відеоадаптери. Постійна конкуренція різних фірм призводить до покращення їхньої продукції. Хоча би взяти дві фірми 3DLABS та nVidia, тести відеокат яких представлені в даній курсовій роботі.

Що ми маємо у результаті тестування цих двох типів відеокарт? По-перше відразу видно, що всі три плати 3DLABS: Oxygen GVX 420, Oxygen GVX 210, Oxygen GVX1Pro не дивлячись на те, що коштують відповідно приблизно 2000, 1400 і 700 у.е., показують приблизно однакові результати, що не розрізняються в більшості бенчмарків більш ніж на 20%. По-друге ми бачимо, що “ігрові плати” мають величезну перевагу в бенчмарках з режимами Smoth+Highlights, особливо в бенчмарках освітленості і растеризации. Результати «професійних плат» в цих бенчмарках в 2 рази менші результатів, демонстрованих «ігровими платами». Правда, в бенчмарках з великим об'ємом геометрія, особливо в режимах WireFrame ця перевага нівелюється і іноді опускається до 10%. В першу чергу це пояснюється тим, що всю роботу по обчисленню координат полігонів проводить центральний процесор. Крім того, не можна забувати, що «професійні плати» і їх драйвера оптимізувалися саме для обробки важкої геометрії в каркасному режимі, а задача «ігровиих плат» полягає в максимально швидкому освітленні полігонів і накладенні всіляких ефектів. Проте, підводячи підсумки, ми бачимо, що «професійні плати» з тріском програли - OxygenGVX420 вартістю більше 2000 у.е. оказується в більшості бенчмарків не краще за саму звичайну GeForce2 МХ, вартість якої складає сьогодні близько 50 у.е. Чому таке могло статися? А пояснюється це тим, що виробники «професійних відеокарт» просто обледащіли. Дивіться самі: найшвидша плата 3DLABS - Oxygen GVX420 випущена рік тому з рекомендованою ціною в 2500 доларів. Сьогодні її ціна в Москві складає більше 2000 у.е. І весь цей рік ця плата залишається флагманським продуктом 3DLABS. А що за рік відбулося з «ігровою платою»? Був випущений чіп GeForce2 GTS і плата на його основі. Рік тому плата з GeForce2 GTS з 32Mb пам'яті коштувала більше 300 у.е., сьогодні - близько 100, тобто подешевшали в три рази. Крім того, з'явилася плата на GeForce3, яка швидша в 3dsmax свого попередника на 50%. І ціни на ці плати встигли впасти з початкових 600 у.е. до трохи більше 300 у.е. сьогодні. Таким чином, ми бачимо, що ринок “ігрових плат” куди більш динамічний, що призводить до покращення продукції і таким чином зменшення навантаження на CPU. Також ігрові плати стрімко обростають незатребуваними сьогодні “функціями майбутнього”, так і корисними можливостями, наприклад, новітніми технологіями кешування, застосованими в GeForce3. Рік тому ми б порівнювали Oxygen GVX420 з GeForce2 GTS і GeForce256, і в переважній більшості бенчмарків плата 3DLABS перемогла б GeForce265, а сьогодні через нерозторопність 3DLABS ми порівнюємо її плату вже з GeForce3. І саме цією нерозторопністю пояснюється те, що в цьому матеріалі ми побачили, що «професійні плати» вартістю в сотні і тисячі доларів в кращому для них випадку показують результати, наближені до «ігрових» GeForce.

Список використаної літератури

1. Скот Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. М. Вильямс.2002г.

2. CHIP. ООО СофтПресс. №№1-12, 2002г.№№1-10, 2003г.

3. www.ixbt.com

4. www.3Dlabs.ru

5. www.fcenter.ru

6. www.ferra.ru

7. www.referats.ru

Додаток А

Прискорювачі тривимірної графіки (3D Accelerator)

Зображення тривимірних об'єктів можуть складатися з величезної кількості елементів(література 5,6). В програмах створення тривимірної графіки використовується технологія зберігання в пам'яті і обробки не самих зображень, а набору абстрактних графічних елементів, що становлять ці зображення. До недавнього часу для перетворення цих абстрактних елементів в "живі образи", крім програм створення тривимірної графіки, були потрібні спеціальні додатки. Вони перенавантажували процесор, і, як наслідок, сповільнювалася робота всієї решти додатків.

Зараз ситуація змінилася. Поєднання більш високих дозволів екрану, 24- або 32-розрядного кольору і спеціальних процесорів для обробки тривимірної графіки привело до появи комп'ютерних ігор нового покоління. Наприклад, сучасні тривимірні спортивні ігри, що дозволяють змінювати освітлення і кут огляду, настільки реалістичні, що випадковий спостерігач цілком може прийняти гру за звичайну телепередачу.

Набір примітивних тривимірних об'єктів, вживаних в ранніх комп'ютерних іграх, давно не відповідає сьогоднішнім вимогам. В цілому персональні комп'ютери мають серйозних конкурентів в ігровому світі (більш того, зараз індустрія префіксальних ігор витісняє ігри для ПК) в особі високоефективних спеціалізованих ігрових консолей, таких як Sony PlayStation 2 і Nintendo GameCube (а також Xbox від Microsoft, яка була створена на базі персонального комп'ютера). Щоб залишитися "на плаву" в світі розваг, що бурхливо розвивається, персональний комп'ютер повинен ефективно працювати з тривимірною реалістичною анімацією, виконуваною в режимі реального часу. Саме цю потребу і забезпечують акселератори тривимірної графіки.

Отже, головною функцією програм створення тривимірної графіки є перетворення графічних абстрактних об'єктів в зображення на екрані комп'ютера. Звичайно абстрактні об'єкти включають три складових.

Вершини. Задають місцеположення об'єкту в тривимірному просторі; саме їх положення задається координатами X, У і Z.

Примітиви. Це прості геометричні об'єкти, за допомогою яких конструюються складніші об'єкти. Їх положення задається розташуванням визначаючих точок (звичайно вершин). Для конструювання зображень тривимірних об'єктів при побудові примітивів враховується також ефект перспективи.

Текстури. Це двомірні зображення, або поверхні, що накладаються на примітиви. Програмне забезпечення підсилює ефект тривимірності, змінюючи вид текстур залежно від положення примітиву (тобто відстані до примітиву і його нахилу); цей процес називається перспективною корекцією. В деяких додатках використовується інша процедура, звана відображенням MIP; в цьому випадку застосовуються різні версії однієї і тієї ж текстури, які містять різну кількість деталей (залежно від відстані до об'єкту в тривимірному просторі). При відображенні об'єктів, що віддаляються, зменшується насиченість і яскравість кольорів текстури.

Ці абстрактні математичні описи повинні бути візуалізовані, тобто перетворений у видиму форму. Процедура візуалізації грунтується на жорстко стандартизованих функціях, призначених для складання, що виводяться на екран цілісного зображення з окремих абстракцій. Нижче представлено дві стандартні функції.

Геометризація. Визначення розмірів, орієнтації і розташування примітивів в просторі і розрахунок впливу джерел світла.

Растеризація. Перетворення примітивів в пікселі на екрані з нанесенням потрібних затінювань і текстур.

В сучасні відеоадаптери, в яких графічний процесор може виконувати функції прискорення тривимірної графіки, вбудовуються спеціальні електронні схеми, виконуючі растеризацію набагато швидше, ніж програмне забезпечення. Нижче перераховані функції растеризації, здійснювані більшістю призначених для цього сучасних наборів мікросхем.

Растрове перетворення. Визначення того, які пікселі екрану покриваються кожним з примітивів.

Обробка півтонів. Колірне наповнення пікселів з плавними колірними переходами між об'єктами.

Утворення текстури. Накладення на примітиви двомірних зображень і поверхонь.

Визначення видимості поверхонь. Визначення пікселів, що покриваються найближчими до глядача об'єктами.

Анімація. Швидке і чітке перемикання між послідовними кадрами зображення, що рухається.

Згладжування. Плавна зміна колірних меж для згладжування контурів формованих об'єктів.

Практично у всіх прискорювачах тривимірної графіки застосовуються описані нижче технології (література 7).

Затуманення. Імітація газу або туману в іграх.

Затінювання Гуро. Інтерполяція кольорів для згладжування нерівностей кола і сфери.

Альфа-змішування. Одна з перших технологій тривимірної графіки, що використовується для створення реалістичних об'єктів, наприклад "прозорого диму", води і скла.

Нижче перераховані технології, найбільш часто що використовуються в сучасних прискорювачах тривимірної графіки.

Буфер шаблонів. Активно використовується в іграх (особливо в жанрі авіасимуляторів) при моделюванні ландшафту, літаків і інших об'єктів зовні скляної кабіни льотчика.

Z-буферизація. Спочатку застосовувалася в системах автоматизованого проектування. Частина відеопам'яті, відведена під Z-буфер, містить інформацію про глибину сцени. При візуалізації ця інформація використовується для побудови закінченого зображення: пікселі, які розташовуються ближче, будуть візуалізовані, на відміну від пікселів, закритих іншими об'єктами.

Рельєфне текстурування. Призначено для відтворення спеціальних світлових ефектів, таких, як водні бризки, каміння і інші складні поверхні. Це додає велику реалістичність ігровим сценам і ландшафтам.

Поліпшені технології накладення текстур. Для візуалізації тривимірних сцен з високим ступенем деталізації необхідно застосовувати спеціальні методи накладання текстур, які усувають небажані ефекти і роблять сцени більш реалістичними.

Білінійна фільтрація. Поліпшення якості зображення невеликих текстур, поміщених на великі багатокутники. Ця технологія усуває ефект "блоковості" текстур.

Множинне відображення. Поліпшення якості відображення об'єктів шляхом формування послідовності текстур одного і того ж зображення з дозволом, що зменшується; є різновидом згладжування.

Трилінійна фільтрація. Комбінація білінійної фільтрації і так званого накладення mip mapping (текстури, мають різний ступінь деталізації залежно від відстані до точки спостереження).

Анізотропна фільтрація. Що використовується в деяких відеоадаптерах, дозволяє зробити сцену ще більш реалістичної. Проте ця технологія поки не отримала належного розповсюдження через високі вимоги до апаратної частини відеоадаптера.

Однопрохідна або мулътипрохідна візуалізація. В різних відеоадаптерах застосовуються різні технології візуалізації. В даний час практично у всіх відеоадаптерах фільтрація і основна візуалізація виконуються за один прохід, що дозволяє збільшити частоту кадрів.

Апаратне або програмне прискорення. При апаратній виконуваній візуалізації досягається набагато краща якість зображень і швидкість анімації, ніж при програмній. Використовуючи спеціальні драйвери, нові відеоадаптери виконують всі потрібні обчислення з нечуваною раніше швидкістю. Для роботи з додатками тривимірної графіки, а також для сучасних ігор це технологічне рішення просто неоцінимо.

Щоб забезпечити таку продуктивність, більшість відеоадаптерів працює на високих частотах (іноді перевищуючих робочу частоту мікросхеми, тобто розігнані), а отже, виділяють велику кількість тепла. Для усунення перегріву застосовуються вентилятори і тепловідводи.

Повноекранне згладжування. Зменшення нерівностей, що виникають при збільшенні дозволу, за допомогою згладжування колірних меж для забезпечення плавних колірних переходів. Раніше згладжування використовувалося тільки для певних об'єктів; сучасні акселератори, створені компаніями nVidia і АТІ, дозволяють використовувати цю технологію для всього екрану.

Сполучення/згладжування вершин. Згладжування областей зчленовувань двох полігональних об'єктів, наприклад рук або ніг з тілом анімованого персонажа. Для виконання функції сполучення вершин у відеоадаптерах серії GeForce компанії nVidia використовується двохматрична технологія на програмній основі, а в процесорі RADEON компанії ATI використовується, у свою чергу, чотирьох-матричне сполучення, підтримуване на апаратному рівні.

Інтерполяція ключового кадру або трансформація вершин. Пожвавлення переходу від одного виразу обличчя до іншого, що дозволяє за відсутності скелетної анімації зробити міміку обличчя більш реалістичної. Більш докладна інформація на Web-вузлі компанії ATI.

Програмована трансформація вершин і обробка півтонів. Технологія nfiniteFX компанії nVidia (відеоадаптер GeForceS), що дозволяє розробникам програмного забезпечення модифікувати ефекти на зразок сполучення вершин і обробки півтонів (поліпшений метод перетворення неправильних поверхонь). Це дозволяє позбутися застосування відносно малої кількості ефектів з наперед певними характеристиками.

Размещено на Allbest.ru

...