Устройство

Современная видеокарта состоит из следующих частей:

Графический процессор

Графический процессор (Graphics processing unit (GPU) — графическое процессорное устройство) 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. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

Видеоконтроллер

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Видео-ПЗУ

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.

Видеопамять

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 DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры Uniform Memory Access в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь

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. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий - RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. 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 (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). 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. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

Коннектор

Видеоадаптеры MDA, Hercules, EGA и CGA оснащались 9-контактным разъёмом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разъём Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом.
Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разъём предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера.
В настоящее время платы оснащают разъёмами DVI или HDMI, либо DisplayPort в количестве от одного до трёх (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью коннекторами). Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников. Порт DVI-I также включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъём D-SUB (DVI-D не позволяет этого сделать). DisplayPort позволяет подключать до четырёх устройств, в том числе аудиоустройства, USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода.

9-контактный разъём S-Video TV-Out, DVI и D-Sub. (Нажатие на изображение какого-либо разъёма вызовет переход на соответствующую статью.)

Также на видеокарте могут быть размещены композитный и компонентный S-Video видеовыход; также видеовход (обозначаются, как ViVo)

Система охлаждения

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

Также, правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

27. Звуковые карты современных РС.

Звуковая карта, звуковая плата, звуковой адаптер (soundcard, sound adapter) — плата расширения или РС-карта, которая в комплекте с внешними устройствами, такими, например, как динамики (см. также Акустическая система), микрофоны, музыкальные инструменты позволяет воспроизводить, синтезировать и записывать музыку, речь, звуковые эффекты и т.п. Часто в качестве синонима используют термин «саундбластер» (soundblaster), что в принципе неверно, поскольку последний обозначает имя собственное (Sound Blaster, или SoundBlaster) — наименование разновидностей реализации звуковых карт и плат фирмы Creative Labs и соответствующих им стандартов. Тем не менее, термин «саундбластер» все чаще рассматривается как нарицательный по отношению ко всем звуковым картам независимо от их производителей, марок, конструкций и модификаций. В настоящее время звуковой адаптер (Audio Codec — AC’97, High Definition Audio — HDA) очень часто интегрируется в чипсет системной платы.

Конструкция звуковых карт

Большинство звуковых карт как бытового, так и профессионального назначения, начиная с 2000-2001, выполнены на основе высокой степени интеграции, исключающей большое число дискретных элементов схемы. В настоящее время, как правило, в них используется один мощный DSP, дополненный минимальным числом элементов (таких, как блоки цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей (ЦАП/АЦП), аналоговые усилители, согласующие каскады и т.п.). Современные звуковые карты, как правило, имеют интерфейс PCI (ранее использовалась шина ISA).

Конструктивными особенностями современных звуковых карт являются: наличие многоканальных выходов; работа в полудуплексном режиме; требования к параметрам оцифровки и обработки сигнала — до 192 кГц/24 бит; аппаратная реализация звуковых эффектов; поддержка на аппаратном или программном уровне декодирования многоканального звукового сигнала формата Dolby Digital (AC-3); наличие, по крайней мере, одного цифрового выхода — оптического и/или электрического коаксиального кабеля; исполнение в виде как встроенных, так и внешних устройств (особенно для ноутбуков) и др.

Способы воспроизведения звука

Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки сигнала (например, 8 или 16 бит) определяет качество записи и, соответственно, воспроизведения. Так, 8-разрядное преобразование обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное — качество компакт-диска. Аппаратные средства, необходимые для прямой записи и воспроизведения сигнала, часто называют цифровым аудиоканалом (digital audio channel).

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации (упрощенно говоря — нотной последовательности) по ней формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы для синтеза звукового сигнала: синтез на основе использования частотной модуляции (FM-синтез), а также синтез с применением таблицы волн (сэмплов) — так называемый табличный, или WT-синтез (WaveTable). Поскольку эти виды синтеза также являются цифровыми, для них необходимо преобразование сигнала при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП или DAC — Digital to Analog Converter).

Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту, например, от MIDI-устройства (Musical Instruments Digital Interface). MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу.

Наконец, звуковая карта может воспроизводить аналоговый звук (например, с адио компакт-дисков).

Характеристики звуковых карт

Основными паpаметpами звуковых карт являются pазpядность, частота дискpетизации, количество каналов, отношение сигнал/шум, возможность работы в дуплексном режиме, способ синтеза и паpаметpы синтезатоpа, поддерживаемые спецэффекты, совместимость с существующими стандартами, дополнительные возможности расширения.

Звуковые карты позволяют записывать звук с разрешением 8 и 16 разрядов, что соответствует 256 и 65536 различным уровням сигнала. Этот параметр прежде всего определяет динамический диапазон воспроизводимого звука, то есть во сколько раз интенсивность самого громкого звука может быть больше, чем интенсивность самого тихого. Эта величина обычно выражается в логарифмическом масштабе и измеряется в децибелах. Для 8-разрядного звука динамический диапазон составляет всего 48 дБ, для 16-разрядного он равен 96 дБ. Если записываемый звук имеет большие перепады в громкости (например, звучание симфонического оркестра), то при его записи с недостаточной разрядностью происходят сильные искажения сигнала. Поэтому профессиональные звуковые карты имеют разрядность 20 или даже 22 бита.

Отношение сигнал/шум (S/N или SNR — Signal to Noise Ratio) показывает, во сколько раз громкость сигнала больше громкости шума, возникающего в звуковой плате по различным причинам, прежде всего в результате ошибки дискретизации. Шум дискретизации присутствует всегда и составляет не менее половины младшего разряда, поэтому отношение сигнал/шум ни для какой 16-разрядной платы не может быть лучше, чем 93 дБ (т. е. 96-6:2). Результаты многочисленных тестов звуковых карт показывают, что указываемые производителем значения 80 дБ и даже 90 дБ зачастую оказываются завышенными и не соответствуют действительности, поэтому при выборе звуковой карты следует в первую очередь доверять собственному слуху и оценивать реальное качество звучания.

Частота дискретизации (оцифровки) сигнала должна быть как минимум в два раза больше максимальной частоты входного сигнала (так называемая теорема Котельникова-Найквиста). Если человеческая речь занимает полосу частот до 3-4 кГц, то для ее оцифровки потребуется частота 8 кГц и т. п. Современные звуковые платы поддерживают частоты дискретизации 8,0, 11,025, 22,05, 44,1, 48 кГц, что соответствует сигналам с частотами до 22-24 кГц, выше которых человеческий слух уже не воспринимает. Профессиональные звуковые платы могут поддерживать частоты 96 кГц и выше для более тонкой обработки звука.

Работа в дуплексном режиме (Full Duplex) позволяет одновременно записывать и воспроизводить звук. Эта функция особенно важна при работе с приложениями наподобие Интернет-телефонов, в которых пользователи ведут диалог друг с другом. В полудуплексном режиме (Half Duplex) им приходится говорить и слушать по очереди.

Наиболее распространены два способа синтеза воспроизводимого звука: FM (Frequency Modulation) — ЧМ-синтез (или частотная модуляция), и синтез по таблице волн WT (WaveTable). Пpи использовании более простого и дешевого решения, каким является FM-синтез, музыкальные инструменты звучат бедно и имеют характерную безжизненную «металлическую» окраску звука. При использовании WT-синтеза звучание получается более естественным. Хорошие WT-синтезатоpы могут использоваться для профессионального написания музыки. Число голосов, или полифония (Polyphony), опpеделяет максимальное количество инструментов, которые могут звучать одновpеменно. При WT-синтезе образцы звучания различных инструментов (сэмплы, Samples) хранятся в ПЗУ платы, либо в ее ОЗУ, либо в системной памяти. Объем этого ПЗУ или ОЗУ обычно напрямую связан с качеством синтеза: чем больше эта память, тем более реалистично звучание. Для бытовых карт нормальным считается наличие от 0,5 до 4 Мбайт памяти, в полупрофессиональных и профессиональных моделях может применяться до 32 Мбайт памяти.

К спецэффектам, поддерживаемым звуковыми картами, относятся реверберация, хорус и различные 3D-расширения. Реверберация (Reverberation) создает эффект эха, придавая звучанию объемность (как в большом зале). Хорус (Chorus) представляет собой эффект «pазмножения» голоса или инструмента, что производит впечатление хорового пения или игры оркестра. Различные 3D-расширения призваны создавать эффект трехмерного звучания при использовании всего двух колонок для придания большего реализма звуковому сопровождению компьютерных игр. 3D-эффекты на дешевых звуковых картах обычно приводят лишь к заметному увеличению уровня шума.

К дополнительным возможностям расширения относятся: цифровой интерфейс S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format), который используется для передачи звука в цифровом виде от различных источников (CD, DAT, профессиональная аудиоаппаратура); интерфейс для подключения дополнительной карты с синтезом по таблице волн; соединители для подключения аналогового выхода CD-ROM и динамиков.

28. Печа­тающие устрой­ства. Принтеры матричные, струйные, лазерные.