Cuprinsul cursului

Cuprinsul cursului • 1. Introducere • 2. Metode pentru operaţii de I/E • 3. Magistrale • 4. Afişaje cu cristale lichide • 5. Alte tipuri de afişaje • 6. Adaptoare grafice • 7. Discuri optice Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

6. Adaptoare grafice • Structura unui adaptor grafic • Reprezentarea culorilor • Memoria video • Acceleratoare grafice • Acceleratoare 3D • Unităţi de procesare grafică • Interfeţe digitale pentru monitoare Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (1) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (2) • Controlerul grafic • Realizează principalele funcţii ale adaptorului grafic • Interfaţa cu magistrala sistemului • Transferuri în mod exploziv • Transferuri fără stări de aşteptare la citirea memoriei video • MemorieFIFO pentru scrierea eficientăîn memoria video Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (3) • Interfaţa cu memoria video • Permite actualizarea imaginilor video • Registrele VGAşi registrele de control • Asigură programarea adaptorului grafic pentru funcţionarea în modurile VGA • Există adaptoare care nu mai sunt compatibile cu standardul VGA • Generatorul cursorului • Funcţiile grafice • Implementate de către acceleratoarele grafice Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (4) • BIOS video • Pune la dispoziţie funcţii video pentru accesul la adaptorul video • Programele BIOS ale diferitelor adaptoare sunt diferite programare dificilă • Standard VESA(Video ElectronicsStandardsAssociation) pentru funcţiile BIOS în modurile cu înaltă rezoluţie • Memoria video • Păstrează imaginea video buffer de cadre Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (5) • Circuitul RAMDAC (RAMDigital to Analog Converter) • Preia imaginea digitală şi o converteşte în semnale analogice • Funcţiile circuitului RAMDAC pot fi integrate în controlerul grafic • Necesar pentru afişajele cu intrări analogice • Afişajele care funcţionează în domeniul digital reconvertesc semnalele analogice în formă digitală Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (6) • Controlerul CRT (CathodeRay Tube) • Generează semnalele de sincronizare necesare pentru afişarea imaginilor de către un monitor cu tub catodic: SH, SV • Generatorul de ceas • Converteşte frecvenţa oscilatorului cu cuarţ în frecvenţele necesare pentru controlerul grafic, controlerul CRT şi circuitul RAMDAC Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (7) • Porturi video • Permit transferul imaginilor video la monitor • Există diferite variante de porturi video • VGA(Video GraphicsArray) • Interfaţă analogică • Proiectată pentru afişaje cu tub catodic, dar utilizată şi de unele afişaje cu cristale lichide • Pot apare zgomote electrice • Conector DB-15 Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (8) • VIVO(Video In Video Out) • Interfaţă 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) • Interfaţă digitală • Conector DVI-I (semnale digitale şi analogice) sau DVI-D (numai semnale digitale) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (9) Adaptor grafic cu porturi VGA, VIVO şi DVI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Structura unui adaptor grafic (10) • HDMI (High-Definition Multimedia Interface) • Interfaţă digitală pentru date video necomprimate • Permite transmiterea pe acelaşi cablu şi a datelor audio digitale • Conectori cu 19 pini (legătură simplă) sau 29 pini (legătură duală) • DisplayPort • Interfaţă digitală pentru date video şi audio • Destinată înlocuirii interfeţelor VGA şi DVI • Conectori cu 20 pini pentru 1, 2 sau 4 canale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Reprezentarea culorilor (1) (a) • 8 biţi pentru culoarea unui pixel • Mod pseudo-color • 256 de culori • Se utilizeazăo tabelăRAM CLUT(Color Look-Up Table) pentru extinderea numărului de culori Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Reprezentarea culorilor (2) (b) • 15 biţi pentru fiecare pixel • 32.768 culori • În memoria video se alocă 16 biţi pentru fiecare pixel • 5 biţi pentru fiecare culoare primară Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Reprezentarea culorilor (3) (c) • 16 biţi pentru fiecare pixel • 65.536 culori • Pentru culoarea verde sunt alocaţi 6 biţi • Pentru culorile roşuşi albastru sunt alocaţi câte 5 biţi • Mod “high color” Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Reprezentarea culorilor (4) (d) • 32 de biţi pentru fiecare pixel cei 8 biţi m.s. nu sunt utilizaţi • 16.777.216 culori • Mod cu pixeli necompactaţi • Permite simplificarea structurii adaptorului • Reduce eficienţa utilizării memoriei Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Reprezentarea culorilor (5) (e) • 24 de biţi pentru fiecare pixel • 16.777.216 culori • Mod cu pixeli compactaţi • Memoria video este utilizată mai eficient • Se reduce rata de transfer necesară • (d), (e): moduri “true color” Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

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 şi a înscrie noi datede către UCP sau controlerul grafic • Operaţiile nu se pot executa în paralel • Rata de transfer trebuie să fie suficientă pentru toate aceste operaţii Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (2) Amplasarea unei memorii video cu port unic Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (3) • Memorie video cu port dual • Unul din porturi este utilizat pentru actualizarea imaginilor în memorie • Al doilea port este cu acces serialşi este utilizat pentru reîmprospătarea imaginilor de pe ecran • Actualizarea memoriei şi reîmprospătarea ecranului se pot executa în paralel • Este necesar un circuit RAMDAC extern Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (4) Amplasarea unei memorii video cu port dual Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (5) • Dimensiunea memoriei video • Determinărezoluţia maximă şi numărul de culori care pot fi afişate • Dimensiunea memoriei necesare este: D = (RX RYBpp)/8 RX, RY – nr. de pixeli pe orizontală/verticală Bpp– nr. biţilor de culoare pe pixel • Este necesară o memorie video cu dimensiune mai mare acceleratoare 3D Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (6) • Rata de transfer a memoriei video • Rata de transfer maximălăţime de bandă • Influenţată de tehnologiaşi timpul de acces al memoriei video • Lăţimea de bandă trebuie partajată de: circuitele de reîmprospătare a ecranului, UCP, controlerul grafic • Este necesar ca 30 .. 50% din lăţimea de bandă să fie rezervată pentru alte funcţii decât cea de reîmprospătare Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

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 Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (8) • GDDR (GraphicsDouble Data Rate) • Proiectată de ATI Technologies cu colaborarea comitetului JEDEC • Diferite versiuni: GDDR2 .. GDDR5 • GDDR2 şi GDDR3: bazate pe tehnologia DDR2 • GDDR4 şi GDDR5: bazate pe tehnologia DDR3 • Tensiune redusă: 1,8 V .. 1,5 V  energie consumată şi căldură disipată mai reduse • Semnale de strob separate pentru citire şi scriere Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (9) • GDDR5 • Combină performanţa ridicată cu funcţionare stabilă şi costuri de implementare reduse • Organizarea memoriei: 32 • Semnal de ceas pentru comenzi (CK, CK#) • Semnale de ceas pentru scriere (WCK, WCK#) • Doi octeţi de date sunt aliniaţi la un semnal WCK • Exemplu pentru o rată a datelor de 5 Gbiţi/s: • fCK = 1,25 GHz; fWCK = 2,5 GHz Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (10) • Inversarea magistralei de date • Reduce numărul biţilor de zero transmişi • Indicată cu un semnal DBI# pentru fiecare octet • Liniile 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 şi adrese Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

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: îmbunătăţeşte fiabilitatea • Auto-calibrare: curentul generat, impedanţa de terminare • Ajustare controlată prin software Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (12) • Acces de citire/scriere în mod exploziv la memoria internă: 8 biţi/pin  256 biţi (două cicluri CK) • Rate maxime de transfer de 4 .. 7 Gbiţi/s pe pin  16 .. 28 GB/s pentru 32 pini • Detectarea erorilor • Pini EDC (ErrorDetection Code) dedicaţi pentru transmiterea codurilor CRC la controler • Cod CRC: pentru fiecare octet de date + linia DBI# • Permite detectarea erorilor de unul şi doi biţi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Memoria video (13) • Gestiunea energiei consumate • Facilităţi care permit consumul de energie numai atunci când este necesar • Frecvenţă a ceasului şi rată a datelor scalabile: 5 Gbiţi/s .. 200 Mbiţi/s • Mod cu consum redus pentru nucleul DRAM • Nivele multiple pentru impedanţa de terminare: creşterea impedanţei la rate reduse ale datelor • Tensiune de alimentare redusă: 1,5 V • Inversarea magistralei de date şi de adrese Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Acceleratoare grafice (1) • Conţin circuite specializate pentru execuţia operaţiilor matematice necesare redării imaginilor grafice • Eliberează UCP de sarcina execuţiei acestor operaţii • Primele acceleratoare grafice: adaptoare AVGA (AcceleratedVGA) • Următoarele acceleratoare grafice: acceleratoare 2D • Legătura între circuitele acceleratorului şi SO se realizează printr-un driver Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Acceleratoare grafice (2) • Funcţii grafice 2D obişnuite: • Transferuri pe blocuri de biţi (BitBlt – BitBlockTransfer) • Două hărţi de biţi sunt combinate printr-o operaţie de rastru  operator boolean • Rezultatul este transferat în zona destinaţie • Blitter: circuit dedicat pentru operaţia BitBlt • Trasarea liniilor • Desenarea unor dreptunghiuri, cercuri • Umplerea unor suprafeţe sau poligoane • Adăugarea culorii Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Acceleratoare grafice (3) • Acceleratoare multimedia: acceleratoare grafice extinse cu funcţii de accelerare audio şi video • Funcţii: • Decodificarea şirurilor de date audio • Scalarea imaginilor video după direcţiile x, y • Conversia semnalelor video digitale în semnale RGB • Decomprimarea imaginilor video reprezentate în diferite formate Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Acceleratoare 3D • Acceleratoare 3D • Necesitatea acceleratoarelor 3D • Imagini 3D • Operaţii 3D Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Necesitatea acceleratoarelor 3D • Ecranul monitorului este bidimensional  imaginile afişate trebuie să fie bidimensionale • Pentru a afişa 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 afişarea imaginilor virtuale 3D cu un nivel de detaliere ridicat Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Imagini 3D (1) • Sunt gestionate utilizând modele abstracte • Un obiect este reprezentat ca un set de puncte definite prin coordonatele sale x, yşi z poziţia vârfurilor • Dacă se conectează vârfurile obiectului prin linii, se obţin suprafeţe pot fi umplute cu o anumită culoare sau textură • Fiecare obiect 3D este compus dintr‑un număr mare de triunghiuri(sau poligoane) care descriu suprafaţa sa Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Imagini 3D (2) • Grafica 3D animată necesită execuţia unei serii de calcule geometrice care definesc poziţia obiectelor în spaţiul 3D • Calculele geometrice care manipulează vârfurile triunghiurilor pot fi executate de UCP sau procesorul grafic • Procesorul grafic trebuie să convertească aceste triunghiuri în suprafeţe solide sunt necesare calcule intense Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Imagini 3D (3) • În lumea reală, obiectele interacţionează unele cu altele • Se utilizează ecuaţii 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 memoratăşi o valoare alfa • Indicăgradul de transparenţăal pixelului în imaginea finală Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Imagini 3D (4) • O altă informaţie care trebuie memorată:adâncimea în spaţiu sau coordonata z • Acceleratorul determină valoarea z apixelilor obiectelor dintr‑un plan şi le afişează pe cele cu o valoare z mai mică • Informaţia de adâncime a pixelilor este memorată într‑un buffer separat buffer z • De obicei, în bufferulzse alocă 32 de biţi pentru fiecare pixel Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Imagini 3D (5) • La fiecare actualizare a imaginii, trebuie recalculată culoareaşi adâncimea pixelilor • Aplicarea diferitelor calcule 3D asupra sceneiprocesul deredare (rendering) • Se completează toate punctele de pe suprafaţa obiectului care a fost memorat doar ca un set de vârfuri • Pe ecranul monitorului se va desena un obiect solid cu efecte 3D Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Operaţii 3D (1) • Operaţiile 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, operaţiile din ambele etape sunt executate de procesorul grafic Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Operaţii 3D (2) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Operaţii 3D (3) • Decupare • Determină care parte a unui obiect care este vizibilă pe ecran • Transformare • Translatare; reflexie; reflexie cu glisare; scalare • Iluminare • Efectele de lumină creează nuanţe ale culorilor, reflexii de lumină, umbre Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Operaţii 3D (4) • Mozaicare • Divizarea poligoanelor în structuri mai mici pentru redare; se pot utiliza triunghiuri • Umbrire (haşurare) • Permite ca forma obiectelor să fie mai bine definită • Maparea texturilor • Adăugarea detaliilor de suprafaţă (texturi) la poligoanele care reprezintă obiectele Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-1)

Cuprinsul cursului