Презентация к уроку "Архитектура компьютера. Видеосистема"

Архитектура компьютеров

Лекция

Видеосистема персонального компьютера

Видеосистема компьютера

Три компонента видеосистемы:

• Монитор (дисплей);
• Видеоадаптер;
• Программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

Монитор – устройство визуального отображения информации.

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы.

Программные средства обрабатывают видеоизображения: выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Самое главное

Изображение на экране монитора формируется из отдельных точек - пикселей.

Пространственное разрешение монитора - это количество пикселей, из которых складывается изображение.

Каждый пиксель имеет определённый цвет, который получается комбинацией трёх базовых цветов - красного, зелёного и синего ( цветовая модель RGB ).

Глубина цвета - длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество цветов N в палитре и глубина i цвета связаны между собой соотношением: N = 2 i .

Монитор и видеокарта (видеопамять + видеопроцессор) образуют видеосистему персонального компьютера.

Опорный конспект

Пиксель – отдельная точка изображение на экране монитора.

Количество пикселей, из которых складывается изображение

на экране монитора – пространственное разрешение

монитора.

Цветовая модель RGB – комбинация трёх базовых цветов –

Красного ( R ) , зелёного ( G ) и синего ( B ) .

N = 2 i ,

где N – количество цветов в палитре , i – глубина цвета

Монитор

Видеосистема

Видеопамять

Видеокарта

Видеопроцессор

Пространственное разрешение монитора

Изображение на экране монитора формируется из отдельных точек - пикселей , образующих строки; всё изображение состоит из определённого количества таких строк.

Изображение высокого разрешения состоит из большого количества мелких точек и имеет хорошую чёткость. Изображение низкого разрешения состоит из меньшего количества более крупных точек и может быть недостаточно чётким.

Пространственное разрешение монитора - это количество пикселей, из которых складывается изображение на его экране. Оно определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке.

Разрешение монитора 1280  1024 означает, что изображение на его экране будет состоять из 1024 строк , каждая из которых содержит 1280 пикселей .

Изображения высокого и низкого разрешения

Компьютерное представление цвета

Человеческий глаз воспринимает каждый из многочисленных цветов и оттенков окружающего мира как сумму взятых в различных пропорциях трёх базовых цветов - красного, зелёного и синего.

У первых цветных мониторов базовые цвета имели всего две градации яркости, т. е. каждый из трёх базовых цветов либо участвовал в образовании цвета пикселя (1), либо нет ( 0).

Палитра таких мониторов состояла из восьми цветов. При этом каждый цвет можно было закодировать цепочкой из трёх нулей и единиц - трёхразрядным двоичным кодом.

Современные компьютеры обладают необычайно богатыми палитрами, количество цветов в которых зависит от того, сколько двоичных разрядов отводится для кодирования цвета пикселя.

Глубина цвета - длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество N цветов в палитре и глубина i цвета связаны между собой соотношением: N = 2 i .

Яркость базовых цветов

Красный

0

Зелёный

0

Синий

0

Цвет

0

Код

0

0

чёрный

1

0

1

1

синий

000

0

1

1

001

0

зелёный

1

голубой

1

0

010

0

011

красный

1

1

1

100

пурпурный

0

1

101

1

жёлтый

110

белый

111

Глубина цвета

8

Количество цветов в палитре

16

2 8 = 256

2 16 = 65 536

24

2 24 = 16 777 216

Видеосистема персонального компьютера

Качество изображения на экране компьютера зависит как от пространственного разрешения монитора, так и от характеристик видеокарты (видеоадаптера), состоящей из видеопамяти и видеопроцессора.

Пространственное разрешение монитора, глубина цвета и частота обновления экрана - основные параметры, определяющие качество компьютерного изображения. В операционных системах предусмотрена возможность выбора необходимого пользователю и технически возможного графического режима

Видеосистема

Видеоадаптер

Монитор

Видеопроцессор

Видеопамять

Размер 256, 512 Мб

и более

Частота обновления

экрана не менее 75 Гц

Задача

Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 640  480 и палитрой из 65 536 цветов.

Решение:

N = 65 536

K = 640  480

I — ?

N = 2 i ,

I = K  i

65 536 = 2 i , i = 16,

I = 640  480  16 = 2 6  10  2 4  30  2 4 =

= 300  2 14 (битов) = 300  2 11 (байтов) = 600 (Кбайт).

Ответ : 600 Кбайт.

Вопросы и задания

Подсчитайте объём данных, передаваемых в секунду от видеопамяти к монитору в режиме 1024  768 пикселей с глубиной цвета 16 битов и частотой обновления экрана 75 Гц.

Установите соответствие между понятиями и их описаниями

Заполните таблицу, вычислив количество цветов в палитре N при известной глубине цвета i :

Выберите (отметьте галочкой) основные параметры монитора, определяющие качество компьютерного изображения:

Как вы понимаете смысл фразы «В операционных системах предусмотрена возможность выбора необходимого пользователю и технически возможного графического режима»?

Какие особенности нашего зрения положены в основу формирования изображений на экране компьютера?

Опишите в общих чертах работу видеосистемы персонального компьютера.

Какие функции выполняет видеопроцессор?

Опишите цветовую модель RGB.

Для чего нужна видеопамять?

Основное устройство вывода

видеоинформации

Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 1024 x 768 и количеством отображаемых цветов, равным 16 777 216.

Вы хотите работать с разрешением монитора 1600  1200 пикселей, используя 16 777 216 цветов. В магазине продаются видеокарты с памятью 512 Кбайт, 2 Мбайт, 4 Мбайт и 64 Мбайт. Какую из них можно купить для вашей работы?

Глубина цвета ( i )

1

Количество цветов в палитре ( N )

2

3

4

8

16

24

Пиксель





размер по диагонали

пространственное разрешение



глубина цвета



тактовая частота



потребляемая мощность



разрядность



вес



быстродействие



частота обновления экрана

Количество пикселей, из которых

складывается изображение

Глубина цвета

Точечный элемент экрана монитора

Монитор

Длина двоичного кода, который

используется для кодирования

цвета пикселя

Палитра

Пространственное

разрешение монитора

Набор цветов, которые могут быть

воспроизведены при выводе

изображения на монитор

Частота обновления

экрана

Количество обновлений изображения

на экране монитора в секунду

Видеосистема

• GPU (видеокарта) – graphics processing unit
• Display (монитор) – устройство отображения графической информации
• TPM – Trusted Platform Module

Определение

• GPU - устройство для создания входного потока для монитора

• Выделенный(дискретный) Подключаемый к шине Внешний Встроенный В процессор – APU – (auxillary processing unit) На материнской плате
• Выделенный(дискретный) Подключаемый к шине Внешний
• Подключаемый к шине
• Внешний
• Встроенный В процессор – APU – (auxillary processing unit) На материнской плате
• В процессор – APU – (auxillary processing unit)
• На материнской плате

Элементы платы GPU

• Видеоадаптеры могут быть интегрированными или дискретными. Интегрированный видеоадаптер является неотъемлемой частью материнской платы. Он не имеет отдельного процессора и встроенной памяти, а использует соответствующие ресурсы компьютера. Дискретный видеоадаптер – это отдельная плата, которая может быть добавлена в компьютер или снята по желанию.
• Современные дискретные видеоадаптеры состоят из следующих устройств:
• Графический процессор – устройство, которое рассчитывает и выводит изображение, разгружая, таким образом, центральный процессор. Именно от графического процессора зависит скорость и возможности всего видеоадаптера.
• Современные графические процессоры имеют тот же уровень сложности, что и центральные процессоры.
• Видеопамять является оперативным запоминающим устройством. Она временно хранит то изображение, которое рассчитывает графический процессор, а также некоторые промежуточные результаты этих вычислений.
• Кроме видеопамяти графические адаптеры в процессе работы вполне могут использовать и часть оперативной памяти компьютера.
• Видеоконтроллер - формирует изображение в видеопамяти, осуществляет связь видеоадаптера с центральным процессором, формирует сигнал развертки для монитора.
• Цифро-аналоговый преобразователь. Это устройство используется только для мониторов, подключенных к аналоговому выходу видеоадаптера. Оно преобразовывает изображение, сформированное видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, которые потом будут подаваться на аналоговый монитор.
• Мониторы и видеопроекторы, которые подключены к цифровому выходу видеоадаптера не используют цифро-аналоговый преобразователь видеоадаптера.

Дискретный видеоадаптер

Встроенный видеоадаптер

• Архитектура с раздельной памятью

• Matrox G200 (G400) серверные компьютеры
• Matrox G200 (G400) серверные компьютеры

• Архитектура с разделенной памятью

• Intel Core, AMD Trinity…
• Intel Core, AMD Trinity…

• Архитектура с объединенной памятью

• Nvidia Pascal AMD “Kaveri” (PS4)
• Nvidia Pascal
• AMD “Kaveri” (PS4)

Unified vs. Partitioned

Nvidia Kepler K40

• 2880 потоковых процессоров в виде 15 мультипроцессоров
• Каждый мультипроцессор состоит из 192 ядер
• Объем памяти : 12 GB
• Частота : 745 MHz

Видеокарта (видеоадаптер)

Как правило дополнительная плата (но может быть и встроенная в MB) , которая устанавливается в слот (разъем) материнской платы и обеспечивает управление работой монитора (формирование видеосигнала из полученной цифровой информации от компьютера).

Видеовыходы

D-Sub

S-Video (TV-out)

DVI

Разъём для подключения к

MB PCI-Express x16

Диапазон цен: 1000 – 24000 руб.

Разумная цена: до 10000 руб.

Технические характеристики видеоадаптера

Название товара

• Видеокарта MSI NX8400GS-TD256E

Модель

• NX8400GS-TD256E

Спецификация

Чип: семейство

• nVidia GeForce 84xx

Объем памяти

• 256 Мб

Чипсет

• nVidia GeForce 8400GS (G86)

Частота GPU

• 450 МГц

Частота памяти / время выборки

• 800 МГц

Тип памяти

• DDR2

Шина памяти

• 64 бит

Количество унифицированных процессоров

• 16

Частота RAMDAC

• 2 x 400 МГц

Версия Direct X

• Microsoft DirectX 10.0

Шина

• PCI-Express x16

Видеовыходы

• 1 х DVI
• 1 x D-Sub
• 1 х S-Video (TV-out)

Доп. Информация Стоимость на 11.02.08 – 1700 руб

Основные параметры видеокарты

• Объём собственной памяти (128-2048 Мбайт)
• Разрядность шины данных (128-256 разрядов)
• Количество и типы входов и выходов
• Порт подключения ( AGP , PCI - E *16)
• Система охлаждения.
• Режим СЛИ – установка двух видеокарт, характеристики улучшаются.

Видеоинтерфейсы

• Цифровые

• CGA – 1981 год: 640 × 200 @ 60 EGA -1984 год: 640 × 35 0 @ 60
• CGA – 1981 год: 640 × 200 @ 60
• EGA -1984 год: 640 × 35 0 @ 60

• Аналоговые

• VGA – video graphics array, 1987 год, 2048 × 1536 @ 85
• VGA – video graphics array, 1987 год, 2048 × 1536 @ 85

Видеоинтерфейсы

• DVI – Digital video interface (1999)

• DVI-D – цифровой 2560 × 1600 @ 60 DVI-I – аналоговый
• DVI-D – цифровой 2560 × 1600 @ 60
• DVI-I – аналоговый

• HDMI - High-Definition Multimedia Interface –цифровой ( 4096 × 2160 @ 6 0), 2003 год
• Display port – 2007 год, 8192 × 4320 @ 60 , цифровой
• MHL – Mobile High-Definition Link , 2010 год, 1920 × 1080 @ 60

Разъемы DVI

• DVI MiniDVI microDVI

Разъем HDMI

Разъем display port

50 дюймов) Большие мониторы ( 50 дюймов) LCD Все остальное Все остальное " width="640"

Компьютерные мониторы

• Электронно-лучевые

• Быстро меняющееся изображение
• Быстро меняющееся изображение

• Плазменные

• Большие мониторы ( 50 дюймов)
• Большие мониторы ( 50 дюймов)

• LCD

• Все остальное
• Все остальное

Жидкокристаллические мониторы (ЖК)

В ЖК мониторах с пассивной матрицей используется тонкая плёнка из жидких кристаллов помещённая между двумя стеклянными пластинами. Матрица – сетка невидимых горизонтальных и вертикальных нитей, в месте пересечения которых создается точка изображения.

В ЖК мониторах с активной матрицей используется прозрачный экран, разделенный на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (три основные цвета и одна резервная), и управляется собственным транзистором.

Количество ячеек по широте и высоте экрана называется разрешением экрана (642*480, 1280*1024 или 1024*768).

LCD (Liquid Crystal Display)

• Каждый элемент – клапан, регулирующий свечение
• Подсветка используется для эффекта свечения и улучшения изображения

LCD

• Напряжение регулирует свечение каждого сабпикселя
• Сама панель – сэндвич между

• Передней пленкой Подсветкой
• Передней пленкой
• Подсветкой

Поляризация света

• Естественный свет поляризован по кругу
• Свет подсветки поляризован в одном направлении
• Вред поляризованного света для организма не изучен

Жидкие кристталлы

• Свободно передвигаются, но ориентация постоянная
• Ориентация задается магнитным полем

3D мониторы

• Используются для создания 3 D изображения в очках
• Использует

• Комбинацию активной матрицы И фильтров где изображение показывается с разной поляризацией
• Комбинацию активной матрицы
• И фильтров где изображение показывается с разной поляризацией

• Применение

• Проектирование Медицина Развлечения
• Проектирование
• Медицина
• Развлечения