ビデオカードの一般
ビデオカード (グラフィックス カード、グラフィックス カード、ビデオ アダプタとも呼ばれます) (英語のビデオカード) - コンピュータ メモリ内の画像をモニタ用のビデオ信号に変換するデバイス。通常、ビデオ カードは拡張カードであり、コンピュータに挿入されます。拡張スロット、ユニバーサル (PCI-Express、PCI、ISA、VLB) または専用 (AGP) ですが、システム ボードに組み込み (統合) することもできます。最新のビデオ カードは単純な画像出力に限定されません。これらのタスクからコンピュータの中央処理装置をオフロードして、追加の処理を実行できる統合グラフィックス マイクロプロセッサ。 たとえば、最新の NVIDIA および AMD (ATi) グラフィックス カードはすべて、ハードウェア レベルで OpenGL アプリケーションをサポートしています。
ストーリー
IBM PC 用の最初のグラフィックス アダプターの 1981 つは、80 年の MDA (モノクロ ディスプレイ アダプター) でした。 解像度 25x720 文字 (物理的には 350x1982 ピクセル) のテキスト モードでのみ動作し、標準、明るい、反転、下線、点滅の XNUMX つのテキスト属性をサポートしていました。 色やグラフィック情報を送信することはできず、文字の色は使用されるモニターの機種によって決まります。 通常、それらは黒と白、琥珀またはエメラルドでした。 Hercules は XNUMX 年に MDA アダプターをさらに発展させた HGC (Hercules Graphics) をリリースしました。 Controller - グラフィックス アダプター Hercules)、720 × 348 ピクセルのグラフィックス解像度を持ち、XNUMX つのグラフィックス ページをサポートしました。 しかし、彼はまだ私に色の仕事をさせてくれませんでした。
最初のカラー ビデオ カードは、IBM がリリースした CGA (Color Graphics Adapter) で、その後のビデオ カード規格の基礎となりました。 解像度 40x25 および 80x25 (文字マトリックス - 8x8) のテキスト モード、または解像度 320x200 または 640x200 のグラフィック モードで動作します。 テキスト モードでは、256 の文字属性が利用可能です - 16 文字の色と 16 の背景色 (または 8 つの背景色と点滅属性)、320x200 グラフィック モードでは、それぞれ 640 色の 200 つのパレットが利用可能で、64x640 の高解像度モードはモノクロでした。 . このカードの開発では、EGA (拡張グラフィックス アダプター) が登場しました。これは、最大 350 色の拡張パレットと中間バッファーを備えた改良されたグラフィックス アダプターです。 解像度が 80x43 に改善され、8x8 文字マトリックスを使用した 80x25 テキスト モードが追加されました。 8×14モードでは、大きなマトリックスが使用されました.16×64、640色を同時に使用でき、カラーパレットは350色に拡張されました。 グラフィックモードでは、16 × 64 の解像度で XNUMX 色のパレットから XNUMX 色を使用することもできました。 CGAとMDAに対応しました。
これらすべてのタイプのビデオアダプターのモニターとのインターフェイスはデジタルであり、MDA と HGC はドットが点灯しているか点灯していないかのみを送信し、「明るい」テキスト属性の追加の輝度信号を送信したことは注目に値します。同様に、CGA はメインを送信しました16 つのチャネル (赤、緑、青) のビデオ信号、およびさらに輝度信号 (合計 2 色) を送信できます。EGA には、原色ごとに 3 つの伝送ラインがありました。つまり、各原色をフルに表示できました。明るさ、最大明るさの 1/3、または 64/XNUMX で、合計で最大 XNUMX 色になります。
IBM PS / 2 のコンピュータの初期モデルでは、新しいグラフィックス アダプタ MCGA (Multicolor Graphics Adapter - マルチカラー グラフィックス アダプタ) が登場しました。 テキストの解像度が 640x400 に引き上げられ、80x50 マトリックスで 8x8 モードを使用し、80x25 モードで 8x16 マトリックスを使用できるようになりました。 色の数は 262144 (各色の 64 の輝度レベル) に増加し、テキスト モードでの EGA との互換性のために、64 色の EGA 空間が MCGA 色空間に変換されるカラー テーブルが導入されました。 320x200x256 モードが登場しました。画面上の各ピクセルはビデオ メモリ内の対応するバイトによってエンコードされ、それぞれビット プレーンはなく、テキスト モードのみが EGA と互換性を保ち、CGA との互換性は完全でした。 原色の明るさが非常に大きいため、すでにアナログの色信号を使用する必要があり、水平走査周波数はすでに 31,5 KHz でした。
その後、IBM はさらに一歩進んで、ミッドレンジの PS/2 モデルに導入された EGA 互換の MCGA 拡張である VGA (Video Graphics Array) を作成しました。 これは、80 年代後半以降の事実上のビデオ アダプタの標準です。 MDA エミュレーション用に 720x400 のテキスト解像度が追加され、ビットプレーン経由でアクセスされる 640x480 グラフィック モードが追加されました。 640x480 モードは、正方形のピクセルを使用するという点で注目に値します。つまり、水平方向と垂直方向のピクセル数の比率は、画面の標準アスペクト比である 4:3 と一致します。 その後、解像度が 8514x640x480 および 256x1024x768 の IBM 256/a と、132x25 テキスト モード (1056x400) および増加した色深度 (640x480x65K) の IBM XGA が登場しました。
1991 年以来、SVGA (Super VGA - 「オーバー」VGA) の概念が登場しました。これは、任意のフレーム レートを設定する機能など、上位モードと追加サービスを追加した VGA の拡張です。 同時に表示される色の数は 65'536 (High Color、16 ビット) および 16'777'216 (True Color、24 ビット) に増加し、追加のテキスト モードが表示されます。 サービス機能から、VBE（VESA BIOS Extention - VESA規格BIOSの拡張機能）への対応が登場。 SVGA は、Video Electronics Standard Association (VESA) によって VBE バージョン 1992 標準が採用された後、1.0 年半ば以降、事実上のビデオ アダプタ標準として認識されてきました。 その瞬間まで、ほとんどすべての SVGA ビデオ アダプタは相互に互換性がありませんでした。
多くのオペレーティング システムに登場したグラフィカル ユーザー インターフェイスは、ビデオ アダプターの開発に新たな段階をもたらしました。 「グラフィックアクセラレータ」(グラフィックアクセラレータ)という概念が登場。 これらは、ハードウェア レベルで一部のグラフィックス機能を実行するビデオ アダプタです。 これらの機能には、ある画面領域から別の画面領域への大きな画像ブロックの移動 (たとえば、ウィンドウの移動時)、画像領域の塗りつぶし、線、円弧、フォントの描画、ハードウェア カーソルのサポートなどが含まれます。特殊なデバイスは、グラフィカルユーザーインターフェイスが間違いなく便利であるという事実でしたが、その使用には中央プロセッサからのかなりのコンピューティングリソースが必要であり、最新のグラフィックアクセラレータは、画像を最終的に表示するための計算の大部分を取り除くように設計されています.スクリーン。
デバイス
最新のビデオ カードは、次の部分で構成されています。
GPU (グラフィック処理ユニット - グラフィック処理ユニット) - 表示された画像の計算を処理し、中央処理装置をこの責任から解放し、2D グラフィック コマンドを処理するための計算を実行します。 これはグラフィックカードの基礎であり、デバイス全体の速度と機能が依存するのはその上にあります。 最新のグラフィックス プロセッサは、コンピューターの中央処理装置に比べて複雑さはそれほど劣らず、多数のユニバーサル コンピューティング ユニットのおかげで、トランジスタの数と計算能力の両方でしばしばそれを上回ります。 ただし、前世代の GPU アーキテクチャでは、通常、複数の情報処理ユニット、つまり 3D グラフィックス処理ユニット、XNUMXD グラフィックス処理ユニットの存在が想定されており、通常、ジオメトリック コア (および頂点キャッシュ) とラスタライズ ユニットに分割されます。 (およびテクスチャ キャッシュ) など。
ビデオコントローラー - ビデオ メモリ内の画像の形成を担当し、RAMDAC コマンドを発行してモニター用のスキャン信号を生成し、中央処理装置からの要求を処理します。 さらに、通常、外部データ バス コントローラ (PCI や AGP など)、内部データ バス コントローラ、およびビデオ メモリ コントローラがあります。 内部バスとビデオ メモリ バスの幅は通常、外部バスよりも大きく (64、128、または 256 ビット対 16 または 32 ビット)、RAMDAC も多くのビデオ コントローラに組み込まれています。 最新のグラフィック アダプタ (ATI、nVidia) には、通常、互いに独立して動作し、それぞれ同時に XNUMX つ以上のディスプレイを制御する少なくとも XNUMX つのビデオ コントローラがあります。
ビデオメモリ - フレーム バッファとして機能し、グラフィック プロセッサによって生成され、絶えず変更され、モニタ (または複数のモニタ) に表示される画像を保存します。 ビデオメモリには、画面には表示されない画像の中間要素やその他のデータも保存されます。 ビデオメモリにはいくつかの種類があり、アクセス速度と動作周波数が異なります。 最新のビデオ カードには、DDR、DDR2、GDDR3、GDDR4、および GDDR5 メモリ タイプが装備されています。 また、ビデオカードにあるビデオメモリに加えて、最新のグラフィックプロセッサは通常、コンピュータのシステムメモリ全体の一部を使用し、ビデオアダプタドライバによって直接アクセスされることにも注意してください。 AGP または PCIE バス経由。
D/Aコンバーター (DAC、RAMDAC - ランダム アクセス メモリ デジタル - アナログ コンバーター) - ビデオ コントローラーによって生成された画像を、アナログ モニターに供給される色強度レベルに変換するために使用されます。 画像の可能な色範囲は、RAMDAC パラメータによってのみ決定されます。 ほとんどの場合、RAMDAC には 8 つのメイン ブロックがあります。256 つのデジタル - アナログ コンバーター、各カラー チャネル (赤、緑、青、RGB) に 16,7 つ、およびガンマ補正データを格納する SRAM です。 ほとんどの DAC のビット深度は 16,7 チャネルあたり 10 ビットです。各原色に 1024 の輝度レベルがあり、合計で 1 万色になります (また、ガンマ補正により、元の XNUMX 万色を表示することができます)。はるかに広い色空間)。 一部の RAMDAC はチャネルあたり XNUMX ビット (XNUMX 輝度レベル) を備えているため、XNUMX 億色以上を即座に表示できますが、この機能は実際には使用されていません。 XNUMX 台目のモニターをサポートするために、XNUMX 台目の DAC がインストールされることがよくあります。 ビデオ カードのデジタル DVI 出力に接続されたモニタおよびビデオ プロジェクタは、独自のデジタル - アナログ コンバータを使用してデジタル データ ストリームを変換し、ビデオ カードの DAC の特性に依存しないことに注意してください。
ビデオロム (ビデオ ROM) は、ビデオ BIOS、スクリーン フォント、サービス テーブルなどを含む読み取り専用メモリ デバイスです。ROM は、ビデオ コントローラによって直接使用されるのではなく、中央処理装置のみがアクセスします。 ROM に保存されているビデオ BIOS は、メイン オペレーティング システムがロードされる前にビデオ カードの初期化と動作を保証し、動作中にビデオ ドライバが読み取り、解釈できるシステム データも含んでいます (ドライバと BIOS)。 最近の多くのカードには、電気的に再プログラム可能な ROM (EEPROM、フラッシュ ROM) がインストールされており、ユーザーは特別なプログラムを使用してビデオ BIOS を上書きできます。
クーラント - ビデオ プロセッサとビデオ メモリの温度を許容範囲内に保つように設計されています。
最新のグラフィックス アダプタの正しく完全に機能する操作は、以下を使用して保証されます。 ビデオドライバー - ビデオ カードの製造元によって提供され、オペレーティング システムの起動時に読み込まれる特別なソフトウェア。 ビデオ ドライバは、アプリケーションを実行しているシステムとビデオ アダプタの間のインターフェイスとして機能します。 ビデオ BIOS と同様に、ビデオ ドライバは、対応するバスを介してアクセスされる特別な制御レジスタを使用して、ビデオ アダプタのすべての部分の動作を編成し、プログラムによって制御します。
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