Аппаратные средства ПК

Страница 13

Производительность текстурных карт

Определение Intel, подтверждающее, что после реализации AGP становится стандартом, следует из того, что без такого решения достижение оптимальной производительности 3D графики в PC будет очень трудным. 3D графика в режиме реального времени требует прохождения очень большого потока данных графическую подсистему. Без AGP для решения этой проблемы требуется применение нестандартных устройств памяти, которые являются дорогостоящими. При применении AGP текстурная информация и данные z-буфера могут хранится в системной памяти. При более эффективном использовании системной памяти графические платы на базе AGP не требуют собственной памяти для хранения текстур и могут предлагаться уже по значительно более низким ценам.

Теоретически PCI могла бы выполнять те же функции, что и AGP, но производительность была бы недостаточной для большинства приложений. Intel разрабатывала AGP для функционирования на частоте 133 MHz и для управления памятью по совершенно другому принципу, чем это осуществляет PCI. В случае с PCI, любая информация, находящаяся в системной памяти, не является физически непрерывной. Это означает, что существует задержка при исполнении, пока информация считывается по своему физическому адресу в системной памяти и передается по нужному пути в графическую подсистему. В случае с AGP Intel создала механизм, в результате действия которого, физический адрес, по которому информация хранится в системной памяти, совершенно не важен для графической подсистемы. Это - ключевое решение, когда приложение использует системную память, чтобы получать и хранить необходимую информацию. В системе на основе AGP не имеет значения, как и где хранятся данные о текстурах, графическая подсистема имеет полный и беспроблемный доступ к требуемой информации.

Индустрия компьютерной графики как сообщество разработчиков аппаратных и программных средств поддержала и приняла спецификацию AGP. В отличие от PCI, где существует много соперничающих между собой различных устройств для управления шиной, в случае с AGP единственным устройством является графическая подсистема. Дизайн шины AGP призван преодолеть ограничения шины PCI при передаче данных в системной памяти. AGP позволяет улучшить физическую скорость передачи данных, работая на тактовой частоте до 133MHz, по сравнению с 33 MHz тактовой частоты шины PCI, и, кроме того, AGP обеспечивает согласованное управление памятью, которое допускает разбросанность данных в системной памяти и их быстрое считывание случайным образом. AGP позволяет увеличить не только производительность 3D графики в режиме реального времени за счет ускорения вывода текстур, но и уменьшает общую стоимость создающихся высокопроизводительных графических подсистем, за счет использования существующих архитектур системной памяти.

Что такое DirectX?

DirectX представляет собой набор из нескольких API (application programming interface - интерфейс программирования приложений), позволяющих разработчикам игр и других интерактивных приложений получать доступ к специфическим функциям аппаратного обеспечения без необходимости написания аппаратнозависимого программного кода. Последняя версия DirectX имеет порядковый номер 9.0 и включает в себя следующие API:

· DirectDraw - обеспечивает доступ к аппаратным средствам, отвечающим за изображение. Предлагается возможность работать с двумерной графикой и напрямую управлять видеопамятью, оверлеями и сменой видеостраниц.

· DirectSound - как видно из названия, этот компонент обеспечивает аппаратнонезависимый интерфейс воспроизведения звука. DirectSound позволяет приложениям полностью использовать возможности аппаратных компонентов, обеспечивающих работу со звуком, например, микширование без временных задержек.

· DirectInput - Обеспечивает аппаратнонезависимый ввод данных в систему в режиме реального времени. События, обрабатываемые DirectInput, формируются клавиатурой, мышкой и джойстиком.

· DirectPlay - представляет собой независимый протокол для осуществления связи между компьютерами. Может применяться для многопользовательских игр, связь в которых осуществляется через Интернет, локальную сеть или прямое последовательное соединение с помощью кабеля. Интерфейс, именуемый DirectPlay Lobby, позволяет создавать онлайновые места встреч в интернете, попадая в которые множество людей могут объединяться и совместно участвовать в играх.

· Direct3D - это подсистема создания трехмерных графических изображений. Состоит из API низкого уровня, который обеспечивает несколько базовых возможностей создания изображения, и API высокого уровня, который осуществляет комплекс операций, образующих изображение.

DirectX широко используется в современном поколении компьютерных игр. Каждая игрушка, имеющая логотип "for Windows", прежде, чем запуститься на Вашем компьютере, требует наличия установленного в системе DirectX. Вот почему DirectX это не просто "нечто для программистов", это принципиально необходимое нечто для игроков. DirectX используется для обработки событий, которые должны совершаться в каждой игре, таких, как вывод изображения на экран или считывание входных данных с клавиатуры, мыши или джойстика. С появлением все большего и большего числа игр, использующих DirectX, пользователи замечают некоторые отличия, например:

· Улучшенные многопользовательские игры Причина, почему хороших многопользовательских игр не так много, в том, что они очень сложны в создании. DirectPlay делает создание таких игр менее болезненной проблемой и упрощает их установку. Вот почему мы вправе ожидать увеличения количества новых классных многопользовательских игр.

· Завораживающие 3D-игры Вы знаете, почему трехмерные игры идут на Вашем компьютере так медленно? Причина в том, что изображение 3D-объектов на плоском экране требует огромного количества математических вычислений. Если эти вычисления осуществляются центральным процессором системы, то такие процессы обсчитываются слишком медленно, так как процессор выполняет еще и другие системные операции. Одним из решением этой проблемы является возложение задач по обработке трехмерных процессов на специальные 3D-видеоакселераторы.

· Упрощенная установка программ Игры, соответствующие спецификации DirectX, полностью используют возможности, предоставляемые интерфейсом Windows, и их установка также проста, как инсталляция Вашего любимого текстового процессора.

· Изображение в играх стало гораздо лучше Большинство игр, написанных для DOS, используют низкое разрешение изображения, обычно 320x240. Это объясняется тем, что такое разрешение максимально для стандартных VGA-видеокарт, поддерживающих отображение только 256 цветов. Для того, чтобы использовать более высокое, а следовательно, более качественное разрешение, такое, как 640x480, или 800x600, или даже 1600х1200, разработчикам необходимо писать игры, работающие с видеокартами стандарта Super VGA, а это означает увеличение объема работ.

DirectX поддерживает VGA и SVGA видеорежимы при 64К цветов (Hi-color) без дополнительных затрат ресурсов. С каждым днем производительность видеоадаптеров возрастает, следовательно, DirectX игры будут выглядеть все более реалистично и привлекательно.

Мониторы

Понятно, что критериев, определяющих правильный выбор монитора, очень много. Более того, для разных целей выбираются разные мониторы. Стоимость мониторов может очень существенно отличаться, их возможности и технические параметры тоже различны.

ЭЛТ

Сегодня самый распространенный тип мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube)-мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа. Развитие этой технологии, применительно к созданию мониторов, за последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с высоким качеством и при низкой стоимости. Сегодня найти в магазине 14" монитор очень сложно, а ведь года три-четыре назад это был стандарт. Сегодня стандартными являются 15" мониторы, и наблюдается явная тенденция в сторону 17" экранов. Скоро 17" мониторы станут стандартным устройством, особенно в свете существенного снижения цен на них, а на горизонте уже 19" мониторы и более.

CRT- или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой вакуум, т.е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (Luminofor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии CRT, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5 и мало по времени (кстати, белый фосфор - сильный яд). Для создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате, электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны.

Все мы знаем или слышали о том, что наши глаза реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов.

Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов – триады).

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофор, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и, в результате, формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. Итак, повторимся: каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения.

ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково, и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

LCD

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически, это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Жидкие кристаллы были открыты давным-давно, но изначально они использовались для других целей. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров. Далее речь пойдет только о традиционных LCD-мониторах, так называемых Nematic LCD.

Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в такой световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковые повороты плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели.

При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов.

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна вот по какой причине: первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем. В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD-монитора и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность воспроизвести любой цвет.

Вообще-то, в случае с цветом есть несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (что приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидко-кристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.

К преимуществам LCD-мониторов можно отнести то, что они действительно плоские в буквальном смысле этого слова, а создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов. Отсутствие искажений на экране и массы других проблем, свойственных традиционным CRT-мониторам. Добавим, что потребляемая и рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у CRT-мониторов. Ниже мы приводим сводную таблицу сравнения LCD-мониторов с активной матрицей и CRT-мониторов: