Контроллер видеодисплея

Блок-схема NEC μPD7220 контроллера графического дисплея

Контроллер видеодисплея ( VDC ), также называемый механизмом отображения или интерфейсом дисплея , представляет собой интегральную схему , которая является основным компонентом генератора видеосигнала , устройства, отвечающего за производство телевизионного видеосигнала в вычислительной или игровой системе. . Некоторые VDC также генерируют аудиосигнал , но это не их основная функция.VDC использовались в домашних компьютерах 1980-х годов, а также в некоторых ранних видеоизображения системах .

VDC является основным компонентом логики генератора видеосигналов, отвечающим за генерацию синхронизации видеосигналов, таких как сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации и сигнал интервала гашения . Иногда для создания полноценной системы были необходимы другие вспомогательные микросхемы, такие как ОЗУ для хранения пикселей данных , ПЗУ для хранения символьных шрифтов или некоторая дискретная логика , такая как регистры сдвига .

Чаще всего чип VDC полностью интегрирован в логику основной компьютерной системы (его видеоОЗУ отображается в карте памяти основного ЦП), но иногда он функционирует как сопроцессор , который может самостоятельно манипулировать содержимым видеоОЗУ.

Контроллер видеодисплея и графический процессор

Разница между контроллером дисплея, графическим ускорителем и микросхемой сжатия/декомпрессии видео огромна, но, поскольку вся эта логика обычно находится на кристалле графического процессора и обычно недоступна конечному потребителю отдельно, , часто возникает путаница в отношении этих совершенно разных функциональных блоков.

Графические процессоры с аппаратным ускорением стали популярными в 1990-е годы, включая S3 ViRGE , Matrox Mystique и Voodoo Graphics ; хотя более ранние примеры, такие как NEC μPD7220, уже существовали некоторое время. VDC часто имели специальное оборудование для создания « спрайтов », функция, которая в более современных чипах VDP выполняется с помощью « Bit Blitter » с использованием функции « Bit Blitter ».

Одним из примеров типичного процессора видеодисплея является « 32-битный процессор видеодисплея VDP2 с фоновым изображением и плоскостью прокрутки » Sega Saturn .Другой пример — чип Lisa (AGA), который использовался для улучшенной графики компьютеров Amiga последнего поколения .

Тем не менее, не совсем ясно, когда «видеочип» является «контроллером видеодисплея», а когда — «процессором видеодисплея». Например, TMS9918 иногда называют «контроллером видеодисплея», а иногда «процессором видеодисплея». Однако в целом «процессор видеодисплея» обладает некоторой мощностью для «обработки» содержимого видеоОЗУ (например, заполнения области ОЗУ), в то время как «контроллер видеодисплея» управляет только синхронизацией сигналов видеосинхронизации и доступ к видеопамяти.

Графический процессор (GPU) идет на шаг дальше, чем VDP, и обычно также поддерживает функции 3D. Именно такой чип используется в современных персональных компьютерах.

Типы

Контроллеры видеодисплеев можно разделить на несколько типов, перечисленных здесь от самого простого к самому сложному;

Видеошифтеры , или «системы на основе сдвигового регистра видео» (для устройств этого типа не существует общепринятого названия), являются наиболее простым типом видеоконтроллеров. Они прямо или косвенно отвечают за сигналы синхронизации видео, но обычно не имеют прямого доступа к видеопамяти. Они получают видеоданные от основного процессора побайтно и преобразуют их в последовательный битовый поток, отсюда и техническое название «видеошифтер». Этот поток последовательных данных затем используется вместе с сигналами синхронизации для вывода видеосигнала. Основной процессор должен выполнять основную часть работы. с очень низким разрешением Обычно эти чипы поддерживают только режим растровой графики .
CRTC текстовых , или контроллер электронно-лучевой трубки , генерирует тайминги видео и считывает видеоданные из ОЗУ, подключенного к CRTC, для вывода их через ПЗУ внешнего символьного генератора (для режимов ) или непосредственно в сдвиговый регистр видеовыхода (для высокого разрешения). графические режимы). ^[1] Поскольку реальные возможности видеогенератора в значительной степени зависят от внешней логики, видеогенератор на основе чипа CRTC может иметь широкий диапазон возможностей: от простых систем, работающих только в текстовом режиме, до систем высокого разрешения, поддерживающих широкий диапазон цвета. Однако спрайты обычно не поддерживаются этими системами.
Контроллеры видеоинтерфейса намного сложнее, чем контроллеры ЭЛТ, и внешняя схема, необходимая для CRTC, встроена в микросхему видеоконтроллера. Часто поддерживаются спрайты, а также генераторы символов (на основе ОЗУ) и видеоОЗУ, предназначенные для атрибутов цвета и регистров палитр ( таблиц поиска цветов ) для режимов высокого разрешения или текстовых режимов.
Видеосопроцессоры имеют собственный внутренний ЦП, предназначенный для чтения (и записи) собственной видеопамяти (которая может использоваться совместно с ЦП) и преобразования содержимого этой видеоОЗУ в видеосигнал. Главный процессор может давать команды сопроцессору, например, для изменения видеорежимов или управления содержимым видеопамяти. Видеосопроцессор также управляет генератором символов (чаще всего на базе ОЗУ), ОЗУ атрибутов цвета, регистрами палитры и логикой спрайтов (если они, конечно, существуют).

Список примеров VDC

Примеры контроллеров видеодисплея:

Видеопереключатели

RCA CDP1861 представлял собой очень простой чип, построенный по технологии CMOS (что было необычно для середины 1970-х годов) в дополнение к микропроцессору RCA 1802. В основном он использовался в COSMAC VIP . Он мог поддерживать только монохромный графический режим с очень низким разрешением.
Адаптер телевизионного интерфейса (TIA) — это специальный видеочип, который является сердцем игровой консоли Atari 2600 , примитивный чип, который выполнял большую часть работы за счет микропроцессора 6502, а также использовался для генерации звука.

ЭЛТ-контроллеры

Контроллер Intel 8275 CRT использовался в Convergent Technologies AWS/ Burroughs B20 вместе с некоторыми шинными системами S-100 .
Motorola 6845 (MC6845) — генератор видеоадресов, впервые представленный компанией Motorola и используемый для Amstrad CPC и BBC Micro . Он также использовался почти во всех ранних видеоадаптерах для ПК, таких как адаптеры MDA , CGA и EGA . В MDA и CGA используется настоящий чип Motorola, а в EGA используется специальный набор микросхем IBM из пяти чипов LSI; один из этих чипов включает в себя повторную реализацию CRTC от IBM, который работает как MC6845, но отличается несколькими адресами регистров и функциями, поэтому он не совместим на 100%. Во всех более поздних VGA -совместимых адаптерах функции 6845 по-прежнему воспроизводятся внутри видеочипа, поэтому в некотором смысле все современные IBM PC-совместимые ПК по-прежнему включают в себя логику 6845 CRTC.

Контроллеры видеоинтерфейса

Signetics 2636 и 2637 — видеоконтроллеры, наиболее известные благодаря использованию в Interton VC 4000 и Emerson Arcadia 2001 соответственно.
MC6847 — это генератор видеоизображения (VDG), впервые представленный компанией Motorola и используемый, в цветном компьютере TRS-80 , Dragon 32/64 , Laser 200 и Acorn Atom . среди прочего,
Технология MOS 6560 (NTSC) и 6561 (PAL) известна как контроллер видеоинтерфейса (VIC) и используется в VIC-20 .
Технология MOS 6567/8562/8564 (версии NTSC) и 6569/8565/8566 (PAL) была известна как VIC-II и использовалась в Commodore 64 .
Технология MOS 8563/8568 (8563) и Commodore 128D (8568) для создания текстового дисплея с 80 столбцами использовалась в Commodore 128 , а также нескольких графических режимов высокого разрешения. Модели Commodore 128 включали VIC-II для поддержки Commodore 64 . видеорежимов, совместимых с
Устройство редактирования текста MOS Technology 7360 (TED) использовалось в компьютерах Commodore Plus/4 , Commodore 16 и Commodore 116 и имело встроенную аудиосистему.
Philips Semiconductors SCC66470 представлял собой VSC (видео- и системный контроллер), используемый вместе с их микроконтроллером 68070 , например, в CD-i . системах

Видео сопроцессоры

ANTIC 8 ( буквенно - цифровая телевизионного интерфейса схема Atari ) была компьютерах первой микросхемой видеосистемы, используемой в -битных . Он мог читать « Список отображения » с помощью собственного встроенного процессора и использовать эти данные для генерации сложного видеосигнала.
TMS9918 Texas известен как процессор видеодисплея (VDP) и был впервые разработан для Instruments TI-99/4 , но позже также использовался в таких системах, как MSX (MSX-1), ColecoVision , серии Memotech MTX и для Sega SG -1000 и SC-3000 . В Мастер-системе используется улучшенный VDP на основе TMS9918, а VDP Sega 315-5313 (Yamaha YM7101), используемый в Sega Genesis и некоторых игровых автоматах, представляет собой дальнейшее развитие VDP Мастер-системы с удаленными исходными (низшими) режимами TMS9918. .
NEC μPD7220 . Используется в некоторых высококлассных графических платах для IBM PC в середине 80-х годов, особенно в продуктах Number Nine Visual Technology .
Picture Processing Unit — видеосопроцессор, разработанный Ricoh для использования Nintendo в Famicom и Nintendo Entertainment System . Он был подключен к 2048 байтам выделенной видеопамяти и имел выделенную адресную шину, которая позволяла получить доступ к дополнительной ОЗУ или ПЗУ из игрового картриджа. Поддерживалось прокручиваемое игровое поле размером 256×240 пикселей, а также список отображения из 64 OBJ (спрайтов), из которых 8 могли отображаться на строку сканирования.
Yamaha V9938 представляет собой улучшенную версию TMS9918 и в основном использовалась в MSX2 .
Yamaha V9958 — это процессор видеодисплея (VDP), который в основном используется в компьютерах MSX2+ и MSX TurboR .
VLSI VS21S010D-L представляет собой параллельную SRAM емкостью 128 КБ со встроенным контроллером видеодисплея с пикселями переменной разрядности и блиттером с блочным перемещением.
Серия графических процессоров дисплея (GDP) Thomson EF936x , обеспечивающая скорость прорисовки 1 миллион пикселей в секунду и разрешение до 1024×512.

Альтернативы чипу VDC

Обратите внимание, что многие ранние домашние компьютеры не использовали чип VDP, а создавали весь контроллер видеодисплея из множества дискретных логических микросхем (примерами являются Apple II , PET и TRS-80 ). Поскольку эти методы очень гибки, генераторы видеоизображения могут быть очень функциональными (или чрезвычайно примитивными, в зависимости от качества проекта), но при этом требуют большого количества компонентов.

Многие ранние системы использовали ту или иную форму ранней программируемой логической матрицы для создания видеосистемы; примеры включают системы ZX Spectrum и ZX81 и Elektronika BK-0010 , но было и много других. Ранние реализации часто были очень примитивными, но более поздние реализации иногда приводили к довольно продвинутым видеосистемам, как, например, в SAM Coupé . На нижнем уровне, как и в ZX81, аппаратное обеспечение выполняло только электрические функции, а синхронизация и уровень видеопотока обеспечивались микропроцессором. Поскольку скорость видеоданных была высокой по сравнению со скоростью процессора, компьютер мог выполнять фактические вычисления без отображения только во время периода обратного отслеживания между кадрами отображения. Это ограничивало производительность не более чем 25% от общего количества доступных циклов ЦП.

Таким образом, эти системы могли создать очень мощную систему с относительно небольшим количеством компонентов, но малое количество транзисторов ранней программируемой логики означало, что возможности ранних систем на основе PLA часто были менее впечатляющими, чем те, которые использовали доступные контроллеры видеоинтерфейса или видеосопроцессоры. в то же время. Более поздние решения PLA, например, использующие CPLD или FPGA , могут привести к созданию гораздо более совершенных видеосистем, превосходящих те, которые построены с использованием готовых компонентов.

Часто используемым гибридным решением было использование контроллера видеоинтерфейса (часто Motorola 6845 ) в качестве основы и расширение его возможностей с помощью программируемой логики или ASIC . Примером такого гибридного решения является оригинальная карта VGA , в которой использовалась 6845 в сочетании с ASIC. Вот почему все современные видеосистемы на базе VGA по-прежнему используют аппаратные регистры , предоставленные 6845.

Современные решения

Благодаря достижениям в производстве полупроводниковых устройств все больше и больше функций реализуется в виде интегральных схем , которые часто лицензируются как ядро полупроводниковой интеллектуальной собственности (ядро SIP). Блоки контроллера дисплея System In Package (SiP) можно найти на кристалле графических процессоров , APU и SoC . ^{[ нужна ссылка ]}

Они поддерживают различные интерфейсы : VGA , DVI , HDMI , DisplayPort , VHDCI , DMS-59 и другие. PHY , включает LVDS , TMDS и Flat Panel Display CML OpenLDI и Link . ^{[ нужна ссылка ]}

Например, VGA-сигнал, создаваемый графическим процессором, передается по VGA-кабелю на контроллер дисплея. Оба конца кабеля заканчиваются разъемом VGA . Ноутбуки и другие мобильные компьютеры используют разные интерфейсы между контроллером дисплея и дисплеем. Контроллер дисплея обычно поддерживает несколько стандартов компьютерного дисплея .

Драйвер KMS — это пример драйвера устройства для контроллеров дисплея, а AMD Eyefinity — контроллер дисплея специальной марки с поддержкой нескольких мониторов .

RandR (изменение размера и поворот) — это метод настройки разрешения экрана и частоты обновления на каждом отдельном выходе отдельно и в то же время соответствующим образом настраиваются параметры оконной системы.

Пример этой дихотомии предлагает ARM Holdings : они предлагают ядро SIP для ускорения 3D-рендеринга и отдельно для контроллера дисплея. Первый имеет маркетинговые названия, такие как Mali-200 или Mali-T880, а второй доступен как Mali-DP500, Mali-DP550 и Mali-DP650. ^[2]

История

В 1982 году NEC выпустила NEC μPD7220 , один из наиболее широко используемых контроллеров видеодисплеев в персональных компьютерах 1980-х годов . Он использовался в NEC PC-9801 , APC III , совместимых с IBM PC , DEC Rainbow , Tulip System-1 и Epson QX-10 . ^[3] Intel лицензировала этот дизайн и назвала его контроллером графического дисплея 82720. ^[4]

Раньше графические карты также назывались графическими адаптерами, и чипы, используемые в этих картах ISA / EISA, состояли исключительно из контроллера дисплея, поскольку это была единственная функциональность, необходимая для подключения компьютера к дисплею. Более поздние карты включали микросхемы для выполнения вычислений, связанных с 2D-рендерингом, параллельно с ЦП; эти карты назывались картами графического ускорителя. Точно так же в конечном итоге последовали микросхемы для 3D-рендеринга. Такие карты были доступны с VLB , PCI и AGP интерфейсами ; современные карты обычно используют шину PCI Express , поскольку им требуется гораздо большая пропускная способность, чем может обеспечить шина ISA.

См. также

Ссылки

^ М. Раш, Б. Бертельсонс (1995). Скотт Слотер (ред.). PC Underground: темы нетрадиционного программирования . США: Abacus Software Inc., с. 58-68. ISBN 978-1557552754 . «Контроллер электронно-лучевой трубки (CRTC) отвечает за генерацию видеосигнала и является программируемым. CRTC-регистрирует таблицы значений битов для VGA , EGA , CGA , Hercules , SVGA , Mode X ».
^ «Первоначальная поддержка контроллера дисплея ARM Mali» . Список рассылки ядра Linux . 01.04.2016.
^ Дампф, Гвидо (1986). «Графика на NEC 7220: прямой доступ с помощью Turbo Pascal» . Проверено 27 июля 2013 г. (Перевод «Grafik mit dem 7220 von NEC», mc , 1986, H11, стр. 54-65)
^ Чангон Цай (1 января 1986 г.). Проект графической системы на базе контроллера графического дисплея INTEL 82720 . Техасский университет в Эль-Пасо. стр. 1–152. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

Внешние ссылки

Конференция Embedded Linux 2013 – анатомия встроенного драйвера KMS на YouTube Драйвер KMS — это драйвер устройства для контроллеров дисплея.

[Rasch_Slaughter_PC_Underground-1] М. Раш, Б. Бертельсонс (1995). Скотт Слотер (ред.). PC Underground: темы нетрадиционного программирования . США: Abacus Software Inc., с. 58-68. ISBN 978-1557552754 . «Контроллер электронно-лучевой трубки (CRTC) отвечает за генерацию видеосигнала и является программируемым. CRTC-регистрирует таблицы значений битов для VGA , EGA , CGA , Hercules , SVGA , Mode X ».

[2] «Первоначальная поддержка контроллера дисплея ARM Mali» . Список рассылки ядра Linux . 01.04.2016.

[3] Дампф, Гвидо (1986). «Графика на NEC 7220: прямой доступ с помощью Turbo Pascal» . Проверено 27 июля 2013 г. (Перевод «Grafik mit dem 7220 von NEC», mc , 1986, H11, стр. 54-65)

[4] Чангон Цай (1 января 1986 г.). Проект графической системы на базе контроллера графического дисплея INTEL 82720 . Техасский университет в Эль-Пасо. стр. 1–152. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

[1]

[2]

[3]

[4]