Ovladač zobrazení videa - Video display controller

Blokové schéma řadiče grafického displeje NEC µPD7220

Řadič zobrazení videa nebo VDC (také pravidelně volal display engine , display interface ) je integrovaný obvod , který je hlavní složkou v generátoru videosignálu , zařízení odpovědný za výrobu TV video signálu v počítačovém nebo herní systém. Některé VDC také generují zvukový signál , ale to není jejich hlavní funkce.

VDC byly použity v domácích počítačích osmdesátých let a také v některých raných video obrazových systémech.

VDC je hlavní součástí logiky generátoru videosignálu, která je zodpovědná za generování časování video signálů, jako jsou horizontální a vertikální synchronizační signály a signál intervalu zatemnění . Někdy byly k vybudování kompletního systému nutné další podpůrné čipy, například RAM pro uložení pixelových dat , ROM pro uložení znakových písem nebo nějaká diskrétní logika, jako jsou posuvné registry .

Čip VDC je nejčastěji zcela integrován do logiky hlavního počítačového systému (jeho video RAM se objevuje v mapě paměti hlavního CPU), ale někdy funguje jako koprocesor, který dokáže nezávisle manipulovat s obsahem video RAM.

Řadič zobrazení videa vs. jednotka pro zpracování grafiky

Rozdíl mezi ovladačem displeje, grafickým akcelerátorem a integrovaným obvodem komprese/dekomprese videa je obrovský, ale protože celá tato logika se obvykle nachází na čipu jednotky pro zpracování grafiky a obvykle není k dispozici samostatně koncovému zákazníkovi „O těchto velmi odlišných funkčních blocích často panuje velký zmatek.

GPU s hardwarovou akcelerací se začaly objevovat v průběhu 90. let minulého století. VDC měly často speciální hardware pro vytváření „ skřítků “, což je funkce, která se v modernějších VDP čipech provádí pomocí „ Bit Blitter “ pomocí funkce „ Bit blit “.

Jedním příkladem typického procesoru pro zobrazování videa je „procesor zobrazení videa VDP2 32 bitů a rolovací rovina “ Sega Saturn . Dalším příkladem je čip Lisa (AGA), který byl použit pro vylepšenou grafiku počítačů pozdější generace Amiga .

To znamená, že není zcela jasné, kdy je „video čip“ „ovladač zobrazení videa“ a kdy „procesor zobrazení videa“. Například TMS9918 se někdy nazývá „řadič zobrazení videa“ a někdy „procesor zobrazení videa“. Obecně však „procesor zobrazení videa“ má určitou schopnost „zpracovat“ obsah paměti RAM (například vyplnění oblasti paměti RAM), zatímco „ovladač zobrazení videa“ ovládá pouze načasování signálů synchronizace videa a přístup k video RAM.

Jednotka grafického zpracování (GPU) jde o krok dále než VDP a normálně také podporuje 3D funkce. Toto je druh čipu, který se používá v moderních osobních počítačích.

Typy

Řadiče zobrazení videa lze rozdělit do několika různých typů, zde uvedených od nejjednodušších po nejsložitější;

  • Video řadiče neboli „systémy založené na registrech posouvání videa“ (pro tyto typy zařízení neexistuje obecně dohodnutý název) jsou nejjednodušším typem řadičů videa. Jsou přímo nebo nepřímo zodpovědní za signály časování videa, ale obvykle nemají přímý přístup k video RAM. Získávají obrazová data z hlavního CPU, po bajtech, a převádějí je na sériový bitový tok, odtud technický název „video shifter“. Tento sériový datový tok je poté použit spolu se synchronizačními signály k výstupu video signálu. Hlavní CPU musí odvést většinu práce. Tyto čipy obvykle podporují pouze režim rastrové grafiky s velmi nízkým rozlišením .
  • CRTC nebo katodové trubice řadič, generuje video časování a čte obrazových dat z paměti připojené k CRTC jako výstup pomocí generátoru ROM externí znak (pro režimy textu ) nebo přímo do registru video výstup posunutou hodnotou (vysoké rozlišení grafické režimy). Protože skutečné možnosti video generátoru závisí do značné míry na externí logice, video generátor založený na čipu CRTC může mít širokou škálu možností, od jednoduchých systémů pouze v textovém režimu až po systémy s vysokým rozlišením podporující širokou škálu barvy. Skřítci však tyto systémy obvykle nepodporují.
  • Řadiče video rozhraní jsou mnohem složitější než řadiče CRT a externí obvody, které jsou u CRTC potřebné, jsou integrovány v čipu řadiče videa. Skřítci jsou často podporováni, stejně jako generátory znaků (založené na RAM) a video RAM vyhrazené pro barevné atributy a registry palet ( tabulky pro vyhledávání barev ) pro režimy s vysokým rozlišením nebo text.
  • Video koprocesory mají vlastní interní CPU určené ke čtení (a zápisu) vlastní video RAM (která může být sdílena s CPU) a převádění obsahu této RAM na video signál. Hlavní procesor může dávat příkazy koprocesoru, například ke změně režimů videa nebo k manipulaci s obsahem video RAM. Video koprocesor také ovládá (nejčastěji RAM) generátor znaků, barevný atribut RAM, registry palet a logiku sprite (pokud samozřejmě existují).

Seznam příkladů VDC

Viz také: Seznam domácích počítačů podle video hardwaru a Sprite (počítačová grafika)

Příklady řadičů zobrazení videa jsou:

Řadiče videa

  • RCA CDP1861 byl velmi jednoduchý čip, postavený v CMOS technologii (což bylo neobvyklé, v polovině 1970) k doplnění RCA 1802 mikroprocesoru, to bylo používáno především v COSMAC VIP . Mohl podporovat pouze černobílý grafický režim s velmi nízkým rozlišením.
  • Television Interface Adapter (TIA) je zvykem videa čip, který je srdcem Atari 2600 herní konzole, velmi primitivní čip, který se spoléhal na 6502 mikroprocesoru dělat většinu práce, také byla použita ke generování zvuku.

CRT ovladače

  • Intel 8275 CRT řadič byl použit v oblasti konvergovaných technologií AWS / Burroughs B20 , spolu s některými S-100 bus systémů.
  • Motorola 6845 (MC6845) je video generátor adres nejprve představil Motorola a použity pro Amstrad CPC , a BBC Micro . To bylo také používáno pro téměř všechny rané video adaptéry pro PC, jako jsou MDA , CGA a EGA adaptéry. MDA a CGA používají skutečný čip Motorola, zatímco EGA má vlastní čipovou sadu IBM s pěti čipy LSI; jeden z těchto čipů zahrnuje IBM implementaci CRTC, který funguje jako MC6845, ale liší se v několika adresách registrů a funkcích, takže není 100% kompatibilní. Ve všech pozdějších VGA kompatibilních adaptérech je funkce 6845 stále reprodukována uvnitř video čipu, takže v jistém smyslu všechny současné PC kompatibilní s IBM PC stále obsahují logiku 6845 CRTC.

Ovladače video rozhraní

Video koprocesory

  • ANTIC ( lpha- N umeric T elevision I nterface C ircuit ) byl brzy videosystém čip použit v 8-bitové rodiny Atari z mikropočítačů . Dokázal přečíst „ Seznam zobrazení “ s vlastním vestavěným CPU a tato data použít ke generování komplexního video signálu.
  • TMS9918 je známý jako Video Display Processor (VDP) a byl poprvé navržen pro Texas Instruments TI-99/4 , ale později byl také použit v systémech, jako je MSX (MSX-1), Colecovision , Memotech sérii MTX , a pro Sega SG-1000 a SC-3000 . Zvládne systém využívá vylepšený VDP na základě TMS9918, a Sega 315-5313 (Yamaha YM7101) VDP použit v Sega Genesis a některé hrací automaty je další pokrok Master System VDP s originálem (horší) TMS9918 režimy odstraněn .
  • Yamaha V9938 je vylepšená verze TMS9918, a byl použit zejména v MSX2 .
  • Yamaha V9958 je Video Display Processor (VDP), používá hlavně v MSX2 + a MSX turboR počítačů.
  • VLSI VS21S010D-L je 128kB SPI/paralelní SRAM s integrovaným řadičem zobrazení videa s pixely s proměnnou bitovou hloubkou a blokovým pohybem.
  • Thomson EF936x série grafického displeje procesor (HDP), která nabízí rychlost kreslení 1 milion  pixelů  za sekundu a rozlišení až 1024 × 512.

Alternativy k čipu VDC

Všimněte si toho, že mnoho raných domácích počítačů nepoužívalo čip VDP, ale postavilo celý řadič zobrazení videa z mnoha diskrétních logických čipů (příklady jsou Apple II , PET a TRS-80 ). Protože jsou tyto metody velmi flexibilní, generátory zobrazení videa mohou být velmi schopné (nebo extrémně primitivní, v závislosti na kvalitě návrhu), ale také potřebují spoustu komponent.

Mnoho raných systémů používalo k vytvoření video systému nějakou formu raného programovatelného logického pole ; příklady zahrnují systémy ZX Spectrum a ZX81 a Elektronika BK-0010 , ale bylo mnoho dalších. Rané implementace byly často velmi primitivní, ale pozdější implementace někdy vedly k poměrně pokročilým video systémům, jako je ten v SAM Coupé .

Tyto systémy tak mohly vybudovat velmi schopný systém s relativně malým počtem komponent, ale nízký počet tranzistorů rané programovatelné logiky znamenal, že schopnosti raných systémů založených na PLA byly často méně působivé než ty, které používaly ovladače video rozhraní nebo video koprocesory, které byly k dispozici. ve stejnou dobu. Pozdější řešení PLA, například ta, která používají CPLD nebo FPGA , by mohla mít za následek mnohem pokročilejší videosystémy, které překonají ty, které byly postaveny pomocí běžných komponent.

Často používaným hybridním řešením bylo použít jako základ ovladač video rozhraní (často Motorola 6845 ) a rozšířit jeho možnosti o programovatelnou logiku nebo ASIC . Příkladem takového hybridního řešení je původní karta VGA , která používala 6845 v kombinaci s ASIC. Proto všechny současné video systémy založené na VGA stále používají hardwarové registry, které byly poskytnuty 6845.

Moderní řešení

Blokové schéma čipu ATi R300 . Řadič zobrazení je označen „rozhraní displeje“.

S pokrokem ve výrobě polovodičových zařízení je stále více funkcí implementováno jako integrované obvody , často licencovatelné jako polovodičové jádro duševního vlastnictví (jádro SIP). Řadič zobrazení SIP bloky lze nalézt na matrici z GPU , APU a SoC .

Podporují řadu rozhraní : VGA , DVI , HDMI , DisplayPort , VHDCI , DMS-59 a další. PHY obsahuje LVDS , TMDS a Flat Panel Display link , OpenLDI a CML .

Například signál VGA, který je vytvářen ovladačem displeje, je přenášen přes VGA kabel k displeji. Oba konce kabelu jsou zakončeny konektorem VGA . Notebooky a jiné mobilní počítače používají různá rozhraní mezi ovladačem displeje a displejem. Řadič zobrazení obvykle podporuje více standardů zobrazení počítače .

Ovladač KMS je příkladem ovladače zařízení pro ovladače zobrazení a AMD Eyefinity je speciální značka ovladače displeje s podporou více monitorů .

RandR (změna velikosti a otočení) je metoda pro konfiguraci rozlišení obrazovky a obnovovací frekvence na každém jednotlivém výstupu zvlášť a současně podle toho konfigurovat nastavení systému oken.

Příkladem této dichotomie je společnost ARM Holdings : nabízejí jádro SIP pro akceleraci vykreslování 3D a nezávisle pro řadič zobrazení. První z nich má marketingové názvy jako Mali-200 nebo Mali-T880, zatímco druhý je k dispozici jako Mali-DP500, Mali-DP550 a Mali-DP650.

Dějiny

V roce 1982 společnost NEC vydala NEC μPD7220 , jeden z nejpoužívanějších řadičů zobrazení videa v osobních počítačích v 80. letech . To bylo použito v NEC PC-9801 , APC III , IBM PC kompatibilní , DEC Rainbow , Tulip System-1 a Epson QX-10 . Intel licencoval design a nazval jej řadič grafického displeje 82720.

Dříve se grafickým kartám říkalo také grafické adaptéry a čipy používané na těchto kartách ISA / EISA se skládaly výhradně z řadiče displeje, protože to byla jediná funkce nutná k připojení počítače k ​​displeji. Pozdější karty obsahovaly integrované obvody pro provádění výpočtů souvisejících s 2D vykreslováním paralelně s CPU; tyto karty byly označovány jako karty grafického akcelerátoru. Podobně nakonec následovaly integrované obvody pro 3D vykreslování. Takové karty byly k dispozici s rozhraním VLB , PCI a AGP ; moderní karty obvykle používají sběrnici PCI Express , protože vyžadují mnohem větší šířku pásma, než může poskytnout sběrnice ISA.

Viz také

Reference

externí odkazy