cuprinsul cursului

1Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (06-1)

Cuprinsul cursului

1. Introducere2. Metode pentru operații de I/E3. Magistrale4. Afișaje cu cristale lichide5. Alte tipuri de afișaje6. Adaptoare grafice7. Discuri optice

09.12.2015


6. Adaptoare grafice

Structura unui adaptor graficReprezentarea culorilorMemoria videoAcceleratoare graficeAcceleratoare 3DUnități de procesare graficăInterfețe digitale pentru monitoare

09.12.2015


Structura unui adaptor grafic (1)

09.12.2015



Controlerul grafic Realizează principalele funcții ale adaptorului graficInterfața cu magistrala sistemului

Transferuri în mod exploziv Transferuri fără stări de așteptare la citirea memoriei videoMemorie FIFO pentru scrierea eficientă în memoria video

09.12.2015



Interfața cu memoria video Permite actualizarea imaginilor video

Registrele VGA și registrele de controlAsigură programarea adaptorului grafic pentru funcționarea în modurile VGAExistă adaptoare care nu mai sunt compatibile cu standardul VGA

Generatorul cursoruluiFuncțiile grafice

Implementate de către acceleratoarele grafice 09.12.2015



BIOS videoPune la dispoziție funcții video pentru accesul la adaptorul video Programele BIOS ale diferitelor adaptoare sunt diferite programare dificilăStandard VESA (Video Electronics Standards Association) pentru funcțiile BIOS în modurile cu înaltă rezoluție

Memoria videoPăstrează imaginea video buffer de cadre

09.12.2015



Circuitul RAMDAC (RAM Digital to Analog Converter)

Preia imaginea digitală și o convertește în semnale analogice Funcțiile circuitului RAMDAC pot fi integrate în controlerul grafic Necesar pentru afișajele cu intrări analogice Afișajele care funcționează în domeniul digital reconvertesc semnalele analogice în formă digitală

09.12.2015



Controlerul CRT (Cathode Ray Tube)Generează semnalele de sincronizare necesare pentru afișarea imaginilor de către un monitor cu tub catodic: SH, SV

Generatorul de ceasConvertește frecvența oscilatorului cu cuarț în frecvențele necesare pentru controlerul grafic, controlerul CRT și circuitul RAMDAC

09.12.2015



Porturi videoPermit transferul imaginilor video la monitor Există diferite variante de porturi video VGA (Video Graphics Array)

Interfață analogică Proiectată pentru afișaje cu tub catodic, dar utilizată și de unele afișaje cu cristale lichide Pot apare zgomote electrice Conector DB-15

09.12.2015



VIVO (Video In Video Out)Interfață analogică pentru conectarea la aparate TV, aparate DVD, console (TV Out) Semnale: S-Video (Y/C); video compus; video pe componente (de ex., RGB) Conector mini-DIN cu 9 pini

DVI (Digital Visual Interface) Interfață digitală Conector DVI-I (semnale digitale și analogice) sau DVI-D (numai semnale digitale)

09.12.2015

Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (06-1) 11


Adaptor grafic cu porturi VGA, VIVO și DVI

09.12.2015



HDMI (High-Definition Multimedia Interface)Interfață digitală pentru date video necomprimate Permite transmiterea pe același cablu și a datelor audio digitale Conectori cu 19 pini (legătură simplă) sau 29 pini (legătură duală)

DisplayPort Interfață digitală pentru date video și audio Destinată înlocuirii interfețelor VGA și DVI Conectori cu 20 pini pentru 1, 2 sau 4 canale

09.12.2015




09.12.2015


Reprezentarea culorilor (1)

(a)8 biți pentru culoarea unui pixelMod pseudo-color256 de culoriSe utilizează o tabelă RAM CLUT (Color Look-Up Table) pentru extinderea numărului de culori

09.12.2015



(b)15 biți pentru fiecare pixel32.768 culori În memoria video se alocă 16 biți pentru fiecare pixel5 biți pentru fiecare culoare primară

09.12.2015



(c)16 biți pentru fiecare pixel 65.536 culoriPentru culoarea verde sunt alocați 6 biți Pentru culorile roșu și albastru sunt alocați câte 5 bițiMod “high color”

09.12.2015


Reprezentarea culorilor (4)(d)

32 de biți pentru fiecare pixel cei 8 biți m.s. nu sunt utilizați 16.777.216 culori Mod cu pixeli necompactațiPermite simplificarea structurii adaptoruluiReduce eficiența utilizării memoriei

09.12.2015


Reprezentarea culorilor (5)(e)

24 de biți pentru fiecare pixel 16.777.216 culori Mod cu pixeli compactațiMemoria video este utilizată mai eficient Se reduce rata de transfer necesară(d), (e): moduri “true color”

09.12.2015




09.12.2015


Memoria video (1)

Memoriile video pot fi cu port unic sau cu port dual Memorie video cu port unic

Unicul port de date este utilizat pentru a reîmprospăta ecranul și a înscrie noi date de către UCP sau controlerul grafic Operațiile nu se pot executa în paralel Rata de transfer trebuie să fie suficientă pentru toate aceste operații

09.12.2015


Memoria video (2)

Amplasarea unei memorii video cu port unic

09.12.2015


Memoria video (3)

Memorie video cu port dualUnul din porturi este utilizat pentru actualizarea imaginilor în memorie Al doilea port este cu acces serial și este utilizat pentru reîmprospătarea imaginilor de pe ecran Actualizarea memoriei și reîmprospătarea ecranului se pot executa în paralel Este necesar un circuit RAMDAC extern

09.12.2015


Memoria video (4)

Amplasarea unei memorii video cu port dual

09.12.2015


Memoria video (5)

Dimensiunea memoriei videoDetermină rezoluția maximă și numărul de culori care pot fi afișate Dimensiunea memoriei necesare este:

D = (RX RY Bpp) / 8 RX, RY – nr. de pixeli pe orizontală/verticală Bpp – nr. biților de culoare pe pixel

Este necesară o memorie video cu dimensiune mai mare acceleratoare 3D

09.12.2015


Memoria video (6)

Rata de transfer a memoriei videoRata de transfer maximă lățime de bandăInfluențată de tehnologia și timpul de acces al memoriei video Lățimea de bandă trebuie partajată de: circuitele de reîmprospătare a ecranului, UCP, controlerul graficEste necesar ca 30 .. 50% din lățimea de bandă să fie rezervată pentru alte funcții decât cea de reîmprospătare

09.12.2015


Memoria video (7)

Memoria DDR-400 (PC3200) Rata de transfer maximă: 3.200 MB/s Rata de transfer medie: ~1.600 MB/s

Memoria DDR2-667 (PC2-5300) Rata de transfer maximă: 5,336 GB/s

Memoria DDR3-1600 (PC3-12800)Rata de transfer maximă: 12,8 GB/s

Memoria DDR4-2400 (PC4-19200)Rata de transfer maximă: 19,2 GB/s

09.12.2015


Memoria video (8)

GDDR (Graphics Double Data Rate)Proiectată de ATI Technologies cu colaborarea comitetului JEDEC Diferite versiuni: GDDR2 .. GDDR5

GDDR2 și GDDR3: bazate pe tehnologia DDR2 GDDR4 și GDDR5: bazate pe tehnologia DDR3

Tensiune redusă: 1,8 V .. 1,5 V energie consumată și căldură disipată mai reduse Semnale de strob separate pentru citire și scriere

09.12.2015


Memoria video (9)GDDR5

Combină performanța ridicată cu funcționare stabilă și costuri de implementare reduse Organizarea memoriei: 32 Semnal de ceas pentru comenzi (CK, CK#) Semnale de ceas pentru scriere (WCK, WCK#)

Doi octeți de date sunt aliniați la un semnal WCK

Exemplu pentru o rată a datelor de 5 Gbiți/s: fCK = 1,25 GHz; fWCK = 2,5 GHz

09.12.2015


Memoria video (10)

Inversarea magistralei de date Reduce numărul biților de zero transmiși Indicată cu un semnal DBI# pentru fiecare octetLiniile de transmisie au terminatoare la nivel logic ridicat se reduce puterea disipată

Inversarea magistralei de adrese Antrenarea semnalelor

Ajustarea fazei pentru semnalele de ceas, date și adrese

09.12.2015


Memoria video (11)Antrenarea liniilor de adrese: alinierea magistralei de adrese la semnalul de ceas CK Alinierea semnalului WCK la semnalul CK Antrenarea liniilor de date: alinierea magistralei de date la semnalul WCK corespunzător Este posibilă o re-antrenare “ascunsă” a datelor

Calibrarea: îmbunătățește fiabilitatea Auto-calibrare: curentul generat, impedanța de terminare Ajustare controlată prin software

09.12.2015


Memoria video (12)Acces de citire/scriere în mod exploziv la memoria internă: 8 biți/pin 256 biți (două cicluri CK)

Rate maxime de transfer de 16 .. 28 GB/s pentru 32 pini

Detectarea erorilor Pini EDC (Error Detection Code) dedicați pentru transmiterea codurilor CRC la controler Cod CRC: pentru fiecare octet de date + linia DBI#Permite detectarea erorilor de unul și doi biți

09.12.2015


Memoria video (13)Gestiunea energiei consumate

Facilități care permit consumul de energie numai atunci când este necesar Frecvența ceasului și rata datelor sunt scalabile: 5 Gbiți/s .. 200 Mbiți/s Mod cu consum redus pentru nucleul DRAM Nivele multiple pentru impedanța de terminare: creșterea impedanței la rate reduse ale datelor Tensiune de alimentare redusă: 1,5 V Inversarea magistralei de date și de adrese

09.12.2015




09.12.2015


Acceleratoare grafice (1)

Conțin circuite specializate pentru execuția operațiilor matematice necesare redării imaginilor grafice

Eliberează UCP de sarcina execuției acestor operații Primele acceleratoare grafice: adaptoare AVGA (Accelerated VGA) Următoarele acceleratoare grafice: acceleratoare 2D Legătura între circuitele acceleratorului și SO se realizează printr-un driver

09.12.2015



Funcții grafice 2D obișnuite:Transferuri pe blocuri de biți (BitBlt – Bit Block Transfer)

Două hărți de biți sunt combinate printr-o operație de rastru operator boolean Rezultatul este transferat în zona destinațieBlitter: circuit dedicat pentru operația BitBlt

Trasarea liniilorDesenarea unor dreptunghiuri, cercuri Umplerea unor suprafețe sau poligoane Adăugarea culorii

09.12.2015



Acceleratoare multimedia: acceleratoare grafice extinse cu funcții de accelerare audio și video Funcții:

Decodificarea șirurilor de date audio Scalarea imaginilor video după direcțiile x, yConversia semnalelor video digitale în semnale RGB Decomprimarea imaginilor video reprezentate în diferite formate

09.12.2015




09.12.2015


Acceleratoare 3D

Acceleratoare 3DNecesitatea acceleratoarelor 3DImagini 3DOperații 3D

09.12.2015


Necesitatea acceleratoarelor 3D

Ecranul monitorului este bidimensional imaginile afișate trebuie să fie bidimensionale Pentru a afișa obiecte 3D, acestea trebuie să fie convertite în imagini 2D

Sunt necesare calcule complexe pentru translatarea imaginilor 3D în imagini 2D

Un accelerator 3D permite programelor afișarea imaginilor virtuale 3D cu un nivel de detaliere ridicat

09.12.2015


Acceleratoare 3D


09.12.2015


Imagini 3D (1)

Sunt gestionate utilizând modele abstracte Un obiect este reprezentat ca un set de puncte definite prin coordonatele sale x, y și z poziția vârfurilorDacă se conectează vârfurile obiectului prin linii, se obțin suprafețe pot fi umplute cu o anumită culoare sau textură Fiecare obiect 3D este compus dintr un ‑număr mare de triunghiuri (sau poligoane) care descriu suprafața sa

09.12.2015


Imagini 3D (2)

Grafica 3D animată necesită execuția unei serii de calcule geometrice care definesc poziția obiectelor în spațiul 3D

Calculele geometrice care manipulează vârfurile triunghiurilor pot fi executate de UCP sau procesorul grafic

Procesorul grafic trebuie să convertească aceste triunghiuri în suprafețe solide sunt necesare calcule intense

09.12.2015


Imagini 3D (3)

În lumea reală, obiectele interacționează unele cu alteleSe utilizează ecuații matematice complexe pentru a determina dacă un obiect este vizibil într o scenă dintr un unghi dat ‑ ‑Pe lângă componentele de culoare, pentru fiecare pixel trebuie memorată și o valoare alfa

Indică gradul de transparență al pixelului în imaginea finală

09.12.2015


Imagini 3D (4)

O altă informație care trebuie memorată: adâncimea în spațiu sau coordonata z

Acceleratorul determină valoarea z a pixelilor obiectelor dintr un plan și le afișează pe cele ‑cu o valoare z mai micăInformația de adâncime a pixelilor este memorată într un buffer separat ‑ buffer z De obicei, în bufferul z se alocă 32 de biți pentru fiecare pixel

09.12.2015


Imagini 3D (5)

La fiecare actualizare a imaginii, trebuie recalculată culoarea și adâncimea pixelilor

Aplicarea diferitelor calcule 3D asupra scenei procesul de redare (rendering) Se completează toate punctele de pe suprafața obiectului care a fost memorat doar ca un set de vârfuri Pe ecranul monitorului se va desena un obiect solid cu efecte 3D

09.12.2015


Acceleratoare 3D


09.12.2015


Operații 3D (1)

Operațiile 3D sunt executate în două etape:

Etapa geometrică: decuparea, transformarea, iluminarea Etapa de redare: umbrirea, maparea texturilor cu adăugarea efectului de perspectivă, filtrarea texturilor, mixajul alfa La acceleratoarele 3D actuale, operațiile din ambele etape sunt executate de procesorul grafic

09.12.2015


Operații 3D (2)

09.12.2015


Operații 3D (3)

DecupareDetermină care parte a unui obiect care este vizibilă pe ecran Elimină părțile care nu sunt vizibile

IluminareObiectele sunt modelate de sursele de lumină din cadrul sceneiEfectele de lumină creează nuanțe ale culorilor, reflexii de lumină, umbre

09.12.2015


Operații 3D (4)

TransformareTranslatare: deplasarea fiecărui punct cu o distanță fixă în aceeași direcțieReflexie: transformarea unui obiect în imaginea sa în oglindă Reflexie cu glisare: combinarea reflexiei cu translatarea de-a lungul axei de reflexieScalare: transformare liniară pentru modificarea dimensiunii obiectelor

09.12.2015


Operații 3D (5)

MozaicareDivizarea poligoanelor în structuri mai mici pentru redareDivizarea în triunghiuri: triangulație

09.12.2015


Operații 3D (6)

Umbrire (hașurare)Permite reprezentarea realistă a obiectelor 3D pe un ecran 2DAlgoritmi: Gouraud, Phong Citirea informațiilor de culoare ale vârfurilor Interpolarea intensităților pentru componentele de culoare

09.12.2015


Operații 3D (7)

Maparea texturilorAdăugarea detaliilor de suprafață (texturi) la poligoanele care reprezintă obiectele

Încărcarea unor elemente de textură (texeli) dintr-o hartă de bițiCombinarea elementelor de texturăScrierea pixelului rezultat în memoria video

Aplicarea unei singure texturiMulti-texturare: se aplică o combinație de texturi unui obiect

09.12.2015


Operații 3D (8)

Texturile pot necesita un spațiu ridicat în memorie se utilizează compresia Texturile trebuie corectate pentru a crea efectul de perspectivă

09.12.2015


Operații 3D (9)

Filtrarea texturilorReduce unele efecte nedorite care pot apare la maparea texturilorCuloarea unui nou pixel este determinată prin interpolare între culorile mai multor texeli din textura originalăFiltrarea bi-liniară: se utilizează media ponderată a patru texeli cei mai apropiați de un anumit texel

09.12.2015


Operații 3D (10)Filtrarea tri-liniară

Rezoluția texturii este redusă atunci când distanța față de obiect creșteAcceleratoarele 3D păstrează în memorie mai multe variante ale texturii “MIP mapping”Combinarea acestei facilități cu filtrarea bi-liniară

09.12.2015


Operații 3D (11)

Încețoșarea Estomparea gradată a obiectelor la distanță Scena va apare mai realistă iluzia unor obiecte aflate la distanțăPermite execuția mai rapidă a prelucrării 3D

Mixajul alfa Utilizat pentru a produce efectul de transparență al unor obiecte (de ex., ferestre)

09.12.2015


Operații 3D (12)

Eliminarea efectului de zimțuireLiniile oblice: aproximate prin combinarea unor segmente verticale cu segmente orizontale apare efectul de zimțuire Eliminarea acestui efect (“anti-aliasing”):

Modificarea culorii pixelilor din apropierea contururilor Se utilizează culoarea de fond mixată gradat cu cea a obiectului

Se reduce claritatea contururilor

09.12.2015


Rezumat (1)

Principala componentă a unui adaptor grafic este controlerul grafic

Conține interfața cu magistrala sistemului; viteza acesteia este un factor important de performanță

Porturile video permit combinarea imaginilor video de la alte surse cu imaginile graficeRata de transfer a memoriei video are un impact major asupra performanțelor

Memorii cu port dual: actualizarea imaginilor și reîmprospătarea ecranului se pot efectua în paralel

09.12.2015


Rezumat (2)

Memoria GDDR5 are facilități avansate pentru performanță ridicată și funcționare stabilă

Inversarea magistralei de date și de adrese; antrenarea semnalelor; calibrare; detecția erorilor

Acceleratoarele 3D sunt necesare pentru conversia realistă a obiectelor 3D în imagini 2DPentru fiecare pixel al unui obiect 3D, trebuie memorată o valoare alfa și coordonata zOperațiile 3D sunt executate în două etape: etapa geometrică și etapa de redare

09.12.2015


Noțiuni, cunoștințe (1)

Structura unui adaptor graficComponente ale controlerului graficFuncția circuitului RAMDACVariante de porturi videoModul de reprezentare a culorilor cu pixeli necompactațiModul de reprezentare a culorilor cu pixeli compactațiMemorie video cu port unic

09.12.2015


Noțiuni, cunoștințe (2)

Memorie video cu port dualCaracteristici ale memoriei grafice GDDR5Inversarea magistralei de date și de adrese la memoria grafică GDDR5Antrenarea semnalelor la memoria grafică GDDR5Reprezentarea obiectelor 3DEtape pentru execuția operațiilor 3DOperații 3D executate în etapa geometricăOperații 3D executate în etapa de redare

09.12.2015


Întrebări

1. Care este avantajul unei memorii video cu port dual?

2. Care sunt facilitățile de gestiune a energiei consumate ale memoriei video GDDR5?

3. Care sunt informațiile necesare pentru reprezentarea obiectelor 3D?

4. Care sunt operațiile executate în etapa de redare pentru imaginile 3D?

09.12.2015

cuprinsul cursului

Documents