Перечислите обязательные компоненты современного видеоадаптера? Кратко опишите назначение каждой компоненты!

Видеоадаптер содержит графический процессор(GPU), видеоконтроллер, видео-ПЗУ (VideoROM), видеодрайвер, RAMDAC, видеопамять, разъемы для подключения визуализаторов, разъем для подключения к материнской плате (для дискретных видеоадаптеров), систему охлаждения.

Графический процессор (Graphics processing unit (GPU)) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Рабочая частота GPU прямо влияет на производительность видеочипа — чем она выше, тем больший объем работы GPU может выполнить в единицу времени, обработать большее количество вершин и пикселей. Но далеко не только рабочая частота чипа определяет производительность, на его скорость сильно влияет и сама графическая архитектура: устройство и количество исполнительных блоков, их характеристики и т. п.

В некоторых случаях тактовая частота отдельных блоков GPU отличается от частоты работы остального чипа. То есть, разные части GPU работают на разных частотах, и сделано это для увеличения эффективности, ведь некоторые блоки способны работать на повышенных частотах, а другие — нет.

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора.

Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, задаёт все низкоуровневые параметры видеокарты, в том числе рабочие частоты и питающие напряжения графического процессора и видеопамяти, тайминги памяти. Также, VBIOS содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.

Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП; RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн. цветов. Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд. цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи.

Видеопамять выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5.

Для подключения визуализаторов используются следующие разъёмы.Аналоговый D-Sub разъём (также известен как VGA-выход или DB-15F) - это 15-контактный разъём для подключения аналоговых мониторов.

Разъёмы D-Sub были фактически единственным стандартом до времени широкого распространения LCD-мониторов. Такие выходы и сейчас часто используются для подключения LCD-мониторов, но лишь бюджетных моделей. Для подключения современных мониторов и проекторов рекомендуется использовать цифровые интерфейсы, одним из наиболее распространенных из которых является DVI.

Существует три типа DVI-разъёмов: DVI-D (цифровой), DVI-A (аналоговый) и DVI-I (integrated — комбинированный или универсальный):

DVI-D — исключительно цифровое подключение, позволяющее избежать потерь в качестве из-за двойной конвертации цифрового сигнала в аналоговый и из аналогового в цифровой. Этот тип подключения предоставляет максимально качественную картинку, он выводит сигнал только в цифровом виде. От DVI-I этот разъём отличается физическим отсутствием части контактов, и переходник DVI-to-D-Sub в него не воткнуть. Чаще всего этот тип DVI применяется в системных платах с интегрированным видеоядром, на видеокартах он встречается реже.

DVI-A — это довольно редкий тип аналогового подключения по DVI, предназначенного для вывода аналогового изображения на ЭЛТ-приемники. В этом случае сигнал ухудшается из-за двойного цифрово-аналогового и аналогово-цифрового преобразования, его качество соответствует качеству стандартного VGA-подключения.

DVI-I — это комбинация двух вышеописанных вариантов, способная на передачу как аналогового сигнала, так и цифрового. Этот тип применяется в видеоплатах наиболее часто, он универсален и при помощи специальных переходников, идущих в комплекте поставки большинства видеокарт, к нему можно подключить также и обычный аналоговый ЭЛТ-монитор со входом VGA.

Для передачи цифровых данных используется или одноканальное решение DVI Single-Link, или двухканальное — Dual-Link. Формат передачи Single-Link использует один TMDS-передатчик (165 МГц), а Dual-Link — два, он удваивает пропускную способность и позволяет получать разрешения экрана выше, чем 1920×1080 и 1920×1200 на 60 Гц, поддерживая режимы очень высокого разрешения, вроде 2560×1600.

В последнее время широкое распространение получил новый бытовой интерфейс — High Definition Multimedia Interface (HDMI). Этот стандарт обеспечивает одновременную передачу визуальной и звуковой информации по одному кабелю, он разработан для телевидения и кино.

HDMI-выходы на видеокартах сейчас встречаются уже довольно часто, и таких моделей всё больше, особенно в случае видеокарт, предназначенных для создания медиацентров. Видеокарты не обязательно должны иметь разъём HDMI, в остальных случаях подключение HDMI-кабеля осуществляется через переходник на DVI.

HDMI позволяет передавать защищенные от копирования звук и изображение в цифровом формате по одному кабелю.

Видеокарта вставляется в специальный разъем расширения на системной плате компьютера, через этот слот видеочип обменивается информацией с центральным процессором системы.

Все современные графические процессоры используют только один тип интерфейса — PCI Express.

Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.

В настоящее время разработано достаточно большое количество систем охлаждения, которые отличаются друг от друга средой для отвода тепла. По системам теплоотвода системы охлаждения разделяют на следующие категории: пассивные системы охлаждения на основе радиаторов; воздушные системы охлаждения; жидкостные системы охлаждения; системы охлаждения на основе тепловых трубок; системы охлаждения на основе модулей Пельтье.

Традиционная система охлаждения процессора или любой горячей интегральной схемы, называемая кулером, включает в себя радиатор и вентилятор. Радиатор необходим для того, чтобы увеличить интенсивность теплообмена между процессором и окружающим пространством. Радиаторы выполняются их алюминия, меди или из комбинации обоих металлов.

Пассивное охлаждение исключает вентилятор, а потому гарантирует отсутствие шума в работе. Но видеокарту с пассивным охлаждением разумнее устанавливать в корпус с хорошей вентиляцией.

Активная система охлаждения включает радиатор (иногда с тепловыми трубками) и вентилятор. Для высокой производительности в играх, а также если корпус компьютера не имеет достаточной вентиляции, используется активное охлаждение, выбрасывающее нагретый воздух за пределы корпуса системного блока.

Жидкостные системы охлаждения используются для отвода тепла от графических и центральных процессоров. Принцип действия жидкостных систем охлаждения состоит в следующем. Холодная жидкость (как правило, дистиллированная вода) прокачивается через радиаторы охлаждаемых объектов, в которых она нагревается (отводит тепло). Эффективность жидкостных радиаторов определяется площадью контакта его поверхности с жидкостью, поэтому для увеличения площади контакта внутри жидкостных радиаторов устанавливают ребра или столбчатые иголки. Нагретая жидкость поступает в теплообменник, в котором обменивается теплом с окружающим теплом и охлаждаетcя. Для эффективного теплообмена с окружающим пространством в теплообменниках, как правило, используются вентиляторы. Все элементы конструкции соединяются между собой гибкими силиконовыми шлангами диаметром 1 – 10 мм. Циркуляцию жидкости внутри системы обеспечивает специальный насос – помпа. Так как для переноса тепла используется жидкость, обладающая большей по сравнению с воздухом теплоемкостью, то такая система охлаждения обеспечивает лучший теплоотвод. Поэтому жидкостные системы охлаждения гораздо компактнее воздушных кулеров. Именно поэтому первыми стали применять жидкостное охлаждение на серийных устройствах производители ноутбуков. Следует отметить, что жидкостные радиаторы для графических процессоров гораздо меньше по размеру, чем радиаторы для центральных процессоров.

Для охлаждения чипсетов и компонентов видеоадаптера можно использовать тепловые трубы. Впервые тепловая труба была предложена Гровером в 1963 г. Основой тепловой трубы (Heat Pipe) является термосифон. Принцип действия термосифона основан на конвекции. Простейший термосифон представляет собой полую трубку, например, из меди, внутри которой имеется небольшое количество рабочей жидкости. После добавления жидкости из корпуса термосифона откачивают воздух и корпус герметизируют. Термосифон располагают вертикально, а конец с жидкостью помещают в область повышенной температуры. При подводе тепла жидкость превращается в пар, забирая тепло от охлаждаемого объекта Процесс парообразования происходит при любой температуре, однако до тех пор, пока пар над жидкостью не станет насыщенным. Для того чтобы повысить интенсивность парообразования при температурах, которые значительно ниже температуры кипения жидкости при нормальном атмосферном давлении, и создается пониженное давление внутри термосифона. Образующийся при нагревании пар в результате конвекции движется вверх, т.е. в зону с меньшей температурой. При остывании пар конденсируется и стекает по стенкам термосифона вниз. Для эффективного теплоотвода с помощью термосифона необходимо обеспечить постоянный отвод тепла от зоны конденсации, что можно сделать с помощью радиатора. Термосифон способен обеспечить большую мощность теплоотбора даже при малой разности температур между его концами, так как затраты тепла на парообразование у жидкостей велика. Необходимость возврата сконденсировавшейся жидкости в зону испарения требует установки термосифона в вертикальном положении, когда зона испарения находится ниже зоны конденсации. В этом случае жидкость стекает вниз под действием гравитации. В этом заключается главный недостаток термосифона. Для построения более универсальных систем охлаждения требуется, чтобы теплоотвод осуществлялся при любом положении охлаждающей системы, а не только в вертикальном. Однако для этого необходимо предусмотреть иной механизм возврата конденсата в зону испарения. Таким механизмом возврата может служить капиллярный эффект. В тепловой трубе в качестве сил, доставляющих конденсат в зону испарения, используются капиллярные силы, возникающие при смачивании жидкостью капиллярно-пористого материала. В отличие от термосифона тепловая труба работает в любом положении. Тепловые трубы, используемые для охлаждения процессоров, обычно изготавливаются из меди. Корпус тепловой трубы должен быть герметичным, выдерживать перепад давлений между внутренней и внешней средами и обеспечивать подвод тепла к рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости используют дистиллированную воду.

Термоэлектрические модули Пельтье используются для охлаждения процессоров и видеокарт. В таких системах холодная керамическая пластина модуля Пельтье приводится в соприкосновение с горячей поверхностью охлаждаемого элемента, а к горячей пластине модуля Пельтье прикрепляется радиатор с вентилятором для отвода тепла.

В характеристиках видеосистемы указано, что полоса пропускания равна 100 МГц, система поддерживает видеорежим 640×480×120 в режиме прогрессивной развертки. Нет ли в приведенных данных противоречия? Дайте пояснения к Вашему ответу?!

По формуле ,

где В – полоса пропускания,

N – разрешение по горизонтали (число пикселей в строке);

M – разрешение по вертикали (число строк в кадре);

R – частота регенерации;

1.05, 1.3 – коэффициенты, учитывающие время обратного хода в строке и кадре,

находим требующуюся полосу пропускания в режиме прогрессивной развертки для варианта видеорежима 640х480х120: 1,05х1,3х640х480х120 = 50319360 Гц, что меньше указанных 100 МГц и видеосистема с такой пропускной способностью указанный видеорежим обеспечить может.

В характеристиках видеосистемы указано, что полоса пропускания равна 200 МГц, система поддерживает видеорежим 2048×1536×100 в режиме прогрессивной развертки. Нет ли в приведенных данных противоречия? Дайте пояснения к Вашему ответу!

По формуле ,

где В – полоса пропускания,

N – разрешение по горизонтали (число пикселей в строке);

M – разрешение по вертикали (число строк в кадре);

R – частота регенерации;

1.05, 1.3 – коэффициенты, учитывающие время обратного хода в строке и кадре,

находим требующуюся полосу пропускания в режиме прогрессивной развертки для варианта прогрессивной развертки видеорежима 2048×1536×100:

1,05 х 1,3 х 2048 х 1536 х 100 = 429391872 Гц ≈ 429 МГц. Полученная полоса шире полосы пропускания, указанной в характеристиках видеосистемы, поэтому рекламируемая видеосистема не сможет обеспечить продекларированный режим.

Определите минимальный требующийся объем видеопамяти при прямом кодировании оттенка цвета пикселя для режима True Color и разрешении 1385×1024? Ответ привести в двоичных мегабайтах.

Минимальный требующийся объем видеопамяти при прямом кодировании оттенка цвета пикселя для режима True Color и разрешении 1385×1024 равен 1385×1024×3 байта (в указанном режиме каждый пиксель кодируется 3 байтами) = 3932160 байт/1024/1024 =4254720 = 4,0576 Мбайт двоичных.