A monitorvezérlő kártya

Az előadások a következő témára: "A monitorvezérlő kártya"— Előadás másolata:

1 A monitorvezérlő kártya

2 Miről lesz a fejezetben szó:
1. Az MDA kártya felépítése 2. A CGA kártya 3. A Hercules kártya felépítése 4. Az EGA vezérlő 5. A VGA vezérlő felépítése 6. Az SVGA monitorvezérlő kártyák 7. Gyorsító kártyák 8. A kártya beszerelése

3 Monitorvezérlő kártyák
A monitorok a lehető legkevesebb áramkört tartalmazzák a könnyű bővíthetőség érdekében. A monitorok meghajtásához szükséges további áramkörök egy kártyán találhatók meg. A monitorvezérlő teszi lehetővé, hogy a monitoron megjelenhessenek azok az információk, melyeket a számítógép közöl a felhasználókkal.

4 A kártyákon található egy grafikus memória, mely azt a célt szolgálja, hogy a képalkotás zökkenőmentesen történjen meg. A memóriát a PC felől lehet írni és olvasni egyaránt. Sőt az újabb memóriákat már egy időben lehet írni és olvasni is. Minden vezérlőn található egy céláramkör, mely a monitor vezérlését látja el.

5 1. Az MDA kártya 1981-ben jelent meg legrégebbi típus az MDA (Monochrome Display Adapter, egyszínű meghajtó adapter). Csak szöveges megjelenítésre képes, azt is csak 2 színben. A memória mérete 4 kbájt, mellyel a lehetséges felbontás 80x25 karakter. Egy karakter 9x 14 képpontból áll.

6 Az MDA csatlakozóinak jele digitális és TTL jelek
Az MDA csatlakozóinak jele digitális és TTL jelek. A katódsugarat két frekvenciával vezérlik. Az egyik a képfrekvencia (függőleges szinkron) a másodpercenkénti képváltás számát adja meg. Minél nagyobb ez az érték annál stabilabb lesz a kép. A másik vezérlőfrekvencia a sorfrekvencia (vízszintes szinkron), ez egy képpont sor kiírásának idejét határozza meg.

7 MDA lábkiosztás: Érintkező száma Jel neve 1 GND 2 3 Nem használt 4 5 6
Fényerő 7 TTL videojel 8 Vízszintes szinkronizáció(18,432 kHz) 9 Függőleges szinkronizáció (SOHz)

8 2. A CGA kártya Ez a típus az MDA kártya továbbfejlesztése. A CGA (Color Graphics Adapter, színes grafikus adapter) kártya, mint a neve is mutatja, már grafikus üzemmódra is képes. Ahhoz, hogy ez megoldható legyen, a memória méretét 16 Kbájtra kellett növelni. A kártya képes karakteres üzemmódra is. A CGA karakterek 8x8 képpont méretűek, ezzel 80x25 vagy 40x25 karakteres mód válik elérhető.

9 A memória első bájtja a képernyő bal felső sarkába kerülő karakter ASCII kódját tartalmazza. A következő címen a karakter megjelenítési módja. A harmadik bájt tartalmazza az első sor második oszlopába kerülő karakter, a negyedik pedig a második karakter attribútumát. Ez így folytatódik amíg a képernyőt ki nem töltik a karakterek, tehát amíg befejeztük az első kép kirajzolását. Így 80x25 karakter kirajzolásához 4000 bájt memória kell. A páros címeken mindig a karakterkód, míg a páratlan címeken az attribútum található. Az attribútum bájt értelmezése:

10 -2. bit Előtér színe kódolva
000 - fekete (sötétszürke) 001 - sötétkék (világoskék) O10 - sötétzöld (világoszöld) O11 - ciánkék (világos cián) 100 - vörös (világos piros) 101 - bíbor (világos lila) 110 - barna (sárga) 111 - világosszürke (fehér) 3. bit Növelt fényerő engedélyezése 4-6. bit Háttér színe kódolva 7. bit Karaktervillogás engedélyezése

11 Mint említettük, a CGA adapternek két különböző grafikus üzemmódja is van. A nagyobb felbontásban 640x200 képpont 2 színben használható. Alacsonyabb felbontásban, 320x200 képpont és 4 különböző szín jeleníthető meg. A feleakkora felbontás magyarázata a memóriaméretből adódik. Az első esetben minden kép­ponthoz 1 bit tartozik, így ez bitet igényel. Ez valamivel kevesebb, mint 16 kbájt. Ha azonban négy színt használunk, akkor a pontok tárolásához két bitre van szükség. Így a felbontás csak a fele lehet.

12 Érintkező száma Jel jelentése 1 GND 2 3 Vörös (R) 4 Zöld (G) 5 Kék (B) 6 Fényerő 7 Nem használt 8 Vízszintes szinkronizáció (15,75 kHz) 9 Függőleges szinkronizáció (60 Hz)

13 3. A Hercules kártya Megjelenése az CGA kártyával egy időben jelent meg. A monitorvezérlőn kívül a kártyára került egy párhuzamos port is. Felbontása grafikus üzemmódban 720x348 képpont. Szöveges módban a karakterek 9x14 képpont méretűek és 80x25 jeleníthető meg. Mivel a kártya nem IBM gyártmány, ezért az IBM gépek BIOS-a nem támogatja, ezért mindig szükség van illesztő programra.

14 4. Az EGA kártya Az EGA (Enhanced Graphic Adapter) a CGA továbbfejlesztése. Ma­ximális felbontóképessége 640x350 képpont, amit 16 különböző szín­nel képes megjeleníteni. A 16 színt 64 színből választhatjuk ki. A képinformációk tárolásához 256 kbájt memória áll rendelkezésre. Karakteres üzemmódban a karakterek 8x14 képpont méretűek, a sorok számát már 43-ra növelhetjük.

15 Szöveges mód: 8x14 képpontból álló karakterek
Képpont felbontás Szöveges felbontás Színek Üzemmód 320x200 40x25 2 CGA 16 640x200 80x25 - MDA Grafikus módok 4 EGA 640x350

16 5. A VGA kártya Az EGA kártya által megjeleníthető túl kevés volt. Ebből adódott az új kártyatípus kifejlesztése. A több színt úgy lehet elérni, ha a színek eltérő fényerő kombinációját keverjük össze. Az EGA kártyaminden szín fényerejét 2 biten tárolja, ezzel 4 fokozat érhető el. Hárombites tárolás esetén már 8 különböző állapot érhető el. Az emberi szem felbontása olyan hogy a legkisebb érzékelhető színárnyalat közötti különbség 24 biten tárolható. Itt minden szín fényerejét 8 biten tároljuk. Ezzel 16 millió színárnyalat különböztethető meg. Az ehhez szüksé­ges videó csatlakozónak már 27 lábra van szüksége. Ez igen nagy méretű csatlakozó felhasználását igényelné. E megoldás helyett a kártya a színjeleket analóg kimeneteken továbbítja a monitor felé. A csatlakozón három színjel hordozza a színkeverés alapszíneit egyenfeszültséggel. A vonalon lévő OV sötét, míg a +0,7V teljes fényerőt jelent. A közbenső fokozatok számára nincs megkötés.

17 A VGA (Video Graphics Array) kártyát az IBM fejlesztette ki a PS/2 gépei számára. A kártya 640x480 felbontásban tud megjeleníteni 16 színű grafikát. Minden szín egy színárnyalatot tartalmazó palettáról választható. A kártya a palettaregiszter tartalmát egy digitális­ analóg átalakítóra (Digital-Analog Converter, DAC) küldi. A DAC 256 db 18 bites regisztert tartalmaz, melyből a palettaregiszter választ. A regiszterek tartalmát alakítja a konverter analóg feszültséggé.

18 A konkurens gyártók ebben az esetben is felülmúlták az eredeti kár­tyát. Az új konstrukciót SVGA (Super VGA) név jellemzi Felbontás Színmélység 640x480 16 millió 800x600 32768 1024x768 256 1280x1024 16

19 Minden VGA kártyának van saját BIOS-a
Minden VGA kártyának van saját BIOS-a. Ez a bejelentkező üzenetét kiírja a képernyőre a számítógép indulása esetén.

20 Gyorsítókártyák A grafikus rendszerek elterjedésével a videokártyák sebessége már nem megfelelő. Ennek az a magyarázata, hogy az ablakok megnyitása, a menüpontok kiválasztása esetén mindig újra kell rajzolnia képet. A műveletet gyorsítani kell, melynek egyetlen hatékony módja a hardveres gyorsítás. 1992-ben jelent meg az első gyorsítókártya. Az elképzelés szerint egy intelligens processzor átveszi a számítógép CPU műveleteinek azon részét, mely a képalkotással foglalkozik. Az első kártyát az S3 cég fejlesztése.

21 A kártyák felépítése Minden kártya kimenete és a csatlakozó kiosztása a VGA kártyáéval teljes mértékig azonos. A kártya központi eleme, mint ahogyan már említettük, a grafikus gyorsító áramkör. Ez egy speciálisan erre a célra optimalizált processzor.

22 A VGA csatlakozó:

23 A VGA csatlakozó kiosztása:
Monitor típusa Szám Jelnév Funkció Színes Fekete-fehér 4 MID2 Monitor azonosító bemenet Nem használt 5 DGND Digitális jelek földje Önteszt 6 REDRTN A piros színjel analóg földje nem használt 7 GREENRTN A zöld színjel analóg földje VIDEORTN 8 BLUERTN A kék színjel analóg földje 9 10 11 MIDO 12 MID1 13 HSYNC Vízszintes szinkronjel 14 VSYNC Függőleges szinkronjel 15 Fenntartott

24 A VGA kártya csatlakozója eltér az eddig megismert kártyák csatlakozóitól. A 15 pólusú apa SUB-D csatlakozó lábkiosztása a táblázatban látható. Minden színvezetékhez külön analóg föld tartozik, ez a zavarvédelmet nagymértékben megnöveli. A monitor képes önmagát egy 3 bites kóddal azonosítani, így a kártya a monitornak megfelelően tudja beállítani magát.

25 A monitorok analóg jelekkel működnek, viszont a számítógépek digitálisak. Ezt hidalják át a digitális-analóg átalakítók (Analog Digital Converter, DAC)

26 A DAC ezeket a digitális jeleket RGB (RED­GREEN-BLUE, vörös-zöld kék) analóg jelekké alakítja.
Ahhoz, hogy a kártyát képes legyen a CPU elérni, szükség van egy áramkörre, amely a címdekódolást elvégzi. Mivel a rajzolt képek igen nagy mennyiségű adathalmazok, szükség van egy átmeneti tárolóra. Ez az egyszerű VGA kártyákon DRAM (Dynamic Random Access Memory, dinamikus véletlen elérésű memória), mivel ennek előállítási költsége nagyon alacsony. Nagy hátránya viszont a viszonylagos lassúsága.

27 A DRAM saját adat porttal rendelkezik, melyen keresztül a processzorral és a digitális-analóg átalakítóval kommunikál. A grafikus áramkör vezérli a DRAM írását úgy, hogy az adatot a PC processzora küldi, a DRAM pedig továbbküldi azt a DA átalakítónak. Az eljárás így meglehetősen lassú, legalábbis a grafikus rendszerek számára. A gyorsítás érdekében a grafikus kártyákon elhelyeztek ún. videó RAM­ot is (VRAM).

28 A VRAM és a DRAM között nincs túl nagy különbség, a működés elve azonos. Azonban a VRAM két adatporttal rendelkezik (Dual Port RAM). Ezzel a megoldással lehetővé válik, hogy egy időben kapjon adatokat a PC processzorától és küldjön már korábban kapott adatokat a DA átalakító felé.

29 A grafikus kártyák az utóbbi évekig (~2000 ) rendszerint 1 Mbájt vagy ennél kevesebb memóriával rendelkeztek alapkiépítésben. Ma már általános a 128 Mbájt vagy 512 Mbájt alapmemória a videó kártyákon. Azonban ez a mennyiség tovább bővíthető.

30 A memória mérete és a felbontás között közvetlen kapcsolat van
A felbontás és a színmélység meghatározza a memória méretét és fordítva. A memória méret meghatározza a felbontást és a színmélységet. 16 szín megjelenítéséhez 4 bit szükséges, mert 24 = biten 256, 16 biten 65536, 24 biten pedig 16,7 millió szín ábrázolható. A felbontás és a színmélység meghatározza a memória méretét (bájtban)! S= Lv*Lf*n / 8 S A szükséges memória mérete bájtban Lv Kép vízszintes mérete képpontban Lf Kép függőleges mérete képpontban n Színmélység bitben

31 Nézzünk meg egy példát. 640x480 képméret 16,7 millió színmélységgel ábrázolva. Tehát S = 640 x 480 x 24 / 8 = bájt.

32 A 16 bites színmélységet nevezik idegen szóval Hi-Color-nak, a 24 bites színábrázolást pedig True-Colornak is nevezik. Ez utóbbi már valósághű megjelenítést tesz lehetővé.

33 Színek száma 16 256 65536 16,7 millió 640x480 256 Kbájt 512 Kbájt 1 Mbájt 800x600 1,5 Mbájt 1024x768 2 Mbájt 2,5 Mbájt 1280x1024 3 Mbájt 4 Mbájt

34 Mai kártyatípusok csatlakozó interfész szerint:

35 Az AGP Ez a csatoló típus sokáig népszerű volt a kétezres évek elején. Elsősorban a játékok területén számított nagy előrelépésnek, emiatt a VGA kártya központi szerepet töltött be a PC felépítésében. Mára ez a csatoló és a hozzá tartozó kártyák kiszorulnak a piacról.

36 Az AGP (Accellerated Graphics Port, gyorsított grafikus port) a PCI sínnél elméletileg négyszer gyorsabban képes végrehajtani a ciklusokat. Nagy előnye, hogy nem kell csak a kártya memóriájával megelégednünk. Ha szükség van a nagy méretű 3D-s képek kirajzolásához, akkor a kártya képes a rendszer memóriáját használni. Másik mód a gyorsabb működés eléréséhez, hogy a kártya tartalmaz egy kitüntetett szerepű portot, melyen keresztül közvetlenül, késleltető elemek közbeiktatása nélkül képes elérni a memóriát és a processzort. Az adatátvitel sebessége a rendszer órajelével egyezik meg.

37

38 A PCI express A PCI Express (PCIe) a PCI sínrendszer egyik utódja.. A PCIe esetében a fizikai adatátvitel nagy sebességű soros kapcsolaton keresztül történik, szemben a PCI sínnel, ahol 32 vagy 64 bites párhuzamos sínt alkalmaznak. A PCI-nál az eszközök osztoznak a sínen, míg a PCI Expressnél egy switchen keresztül érik el (point-to-point síntopológia) a sínt ,minden eszköz úgy látja, mintha saját külön sínnel rendelkezne. A switch gondoskodik a point-to-point kapcsolatok létrehozásáról és a vezérli a sín adatforgalmát

39 A switch és az eszközök közötti kapcsolatokat link-nek nevezik
A switch és az eszközök közötti kapcsolatokat link-nek nevezik. Minden link egy vagy több sávból (angolul lane-ből) állhat. Egy sáv egy bájt egyidejű átvitelét teszi lehetővé, ami a gyakorlatban körülbelül 2,5 Gbit/s adatátviteli sebességet jelent

40

41 A PCI Express új, x1, x4, x8, és x16 kialakítású bővítő foglalatokat támogat, amely slotok sem fizikailag, sem elektromosan nem kompatibilisek a jelenlegi PCI, illetve AGP kártyákkal. A meglévő PCI kártyák használhatóságát a kiegészítő PCI foglalatok azonban még jó ideig biztosítani fogják az alaplapokon. A nagyobb PCI Express foglalatokban a specifikáció szerint használhatóak lesznek a kisebb foglalathoz tervezett kártyák, fordítva azonban már nem igaz mindez.

42

43 A protokol sávszélességét minden eddigi generációnál megduplázták
PCIe 1.0 PCIe 2.0 PCIe 2.1 PCIe 3.0 Sávszélesség sávonként 250 MB/s 500 MB/s 1000 MB/s

44 Videó kártyák kivezetései:

45 D-SUB (VGA): 15 tűs.

46 A DVI A Digitális Video Interfész
A DVI egy 1999-ben alkotott, törmörítetlen magas mínőségű digitáis videojel átvitelére szolgáló sztenderd. A körülbelüli adatatávitel szint 10x165MHz = 1.65 Gbps! 1. A DVI-D csatlakozás közvetlen digitális kapcsolatot hoz létre a forrás és a digitális LCD monitorok között 2. DVI-A - Magas felbontású analóg 3. A DVI-I csatlakozás olyan integrált csatlakozás, mely képes digitálisról-digitálisra vagy analógról-analógra jelátvitelre is

47 SVHS

48 Composit video RCA csatlakozó:

49 Egy kártyán mind:

50

51 A HDMI A High Definition Multimedia Interface ('HDMI') egy korszerű csatlakozófelület tömörítetlen audio-video adatfolyamok átvitelére. Ahogyan a digitális televíziózás és az egyéb különféle szórakoztató-elektronikai berendezések mind jobb és szebb képet szolgáltatnak, úgy vált szükségessé egy olyan kábel, és hozzátartozó csatolófelület megalkotása, amely ezt az élményt nem rontja le azáltal, hogy a video és hanganyagot csak tömörítve képes szállítani 5 Gbit/másodperces sebességgel.

52

53

54 Átalakítók, fordítók:

55

56 VGA kártya szerelése A foglalat rögzítései

57 A foglalat rögzítései

58

59

60

61

62 Áramellátás: AGP foglalaton keresztül 0.8V 1.5V 3.3V
Kiegészítő tápvezetéken 5v, 12V

63

64

65 VÉGE