Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифро-аналоговый преобразователь. Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операции, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т. п. Основными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 2D-уско-рителя, ядро 3D-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле видеоконтроллера. 2D-ускоритель – устройство, осуществляющее обработку графики в двух координатах на одной плоскости. ЗD-ускоритель – устройство, осуществляющее построение и обработку трехмерных (3D) изображений.

Важной характеристикой является емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.

Под разрешающей способностью здесь (так же, как и для мониторов) понимается то количество выводимых на экран монитора пикселов, которое может обеспечить видеоконтроллер. При разрешении 1024 ´ 768 на экран должно выводиться 786 432 пик-села, а при разрешении 2048 ´ 1536 – 3 145 728 пикселов. Для каждого пиксела должна храниться и его характеристика – атрибут.

Количество воспроизводимых цветовых оттенков (глубина цвета) зависит от числа двоичных разрядов, используемых для представления атрибута каждого пиксела. Выделение четырех битов информации на пиксел (контроллеры CGA) позволяло отображать 2⁴=6 цветов, 8 бит (контроллеры EGA и VGA) – 2⁸=256 цветов, 16 бит (стандарт High Color), 24 и 25 бит (стандарт True Color в контроллерах SVGA), соответственно, 2¹⁶ – 65 536, 2²⁴=16 777 216 и 2²⁵=33 554 432 цвета. В стандарте True Color для отображения каждого пиксела обычно используется 32 бита, из них 24 или 25 для характеристики цветового оттенка, а остальные для служеб­ной информации.

Необходимую емкость видеопамяти для работы с графикой можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселов, выводимых на экран. Например, в стандарте True Color при разрешающей способности монитора 1024 ´ 768 пикселов емкость видеопамяти должна быть не менее 2,5 Мбайт, а при разрешении 2048 ´ 1536 – не менее 9,5 Мбайт. При работе с текстом необходимая емкость видеопамяти существенно меньше.

Скорость вывода изображения на экран зависит от скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифро-аналоговым преобразователем и, в несколько меньшей степени, с центральным процессором.

Для увеличения скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифро-аналоговым преобразователем применяются либо увеличение раз

рядности и тактовой частоты внутренней шины видеоконтроллера (вплоть до 256 разрядов и 600 МГц), либо новейшие быстродействующие типы оперативной памяти. В качестве видеопамяти в контроллерах могут использоваться различные типы памяти DRAM, как универсальные: SDRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, так и особенно быстрые специализированные: SGRAM (синхронная графическая), VRAM и WRAM (двухпортовые типы видеопамяти), 3D RAM (трехмерная) и т. д.

Скорость обмена данными с центральным процессором определяется пропускной способностью шины, через которую осуществляется обмен. В современных компьютерах вместо шины PCI используется более скоростная шина AGP (в частности, AGP 4х).

Поскольку в мониторы необходимо подавать аналоговый видеосигнал, для преобразования цифровых данных, хранимых в видеопамяти, в аналоговую форму, в видеоконтроллере предусмотрен цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC. Он отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе. RAMDAC преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от видеопамяти, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующие электронные пушки трубки монитора, – красную, зеленую и синюю. Помимо цифро-аналоговых преобразователей для каждого цветового канала (красного, зеленого, синего), RAMDAC имеет встроенную память для хранения данных о цветовой палитре и т.д. Такие характеристики RAMDAC, как его частота и разрядность, непосредственно также определяют качество изображения.

От частоты зависит, какое максимальное разрешение и при какой частоте кадровой развертки монитора сможет поддерживать видеоконтроллер. Разрядность определяет, сколько цветов может поддерживать видеоконтроллер. Наиболее распространено 8-битное представление характеристики пиксела на каждый цветовой канал монитора (суммарная разрядность 24).

В видеоконтроллере имеются микросхемы ПЗУ двух типов:

1) содержащие видео-BIOS – базовую систему ввода-вывода, используемую центральным процессором для первоначального запуска видеоконтроллера;

2) содержащие сменные матрицы знаков, выводимых на экран монитора.

Многие видеокарты имеют электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись информации пользователем под управлением специального драйвера, часто поставляемого вместе с видеоадаптером. Таким образом, можно обновлять и видео-BIOS, и экранные шрифты.

Основные характеристики видеоконтроллера:

· режимы работы (текстовый и графический);

· воспроизведение цветов (монохромный и цветной);

· число цветов или число полутонов (монохромный);

· разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселов по горизонтали и вертикали);

· емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц – это число запоминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе);

· размер матрицы символа (количество пикселов в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора);

· разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной и т. д.

Существуют видеоконтроллеры следующих типов:

· Hercules – монохромный графический адаптер;

· MDA – монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter);

· MGA – монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter);

· CGA – цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter);

· EGA – улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter);

· VGA – видеографический адаптер (Video Graphics Adapter), иногда его называют видеографической матрицей (Video Graphics Array);

· SVGA – улучшенный видеографический адаптер (Super VGA);

· PGA – профессиональный графический адаптер (Professional GA).

В настоящее время практически используются видеоконтроллеры только типа SVGA.

Современные SVGA-видеоконтроллеры поддерживают разрешение до 2048 ´ 1536, число цветовых оттенков более 16,7 млн. (наиболее продвинутые 32-разрядные – более 33 млн.), имеют емкость видеобуфера до 64 Мбайт.

Видеоконтроллер устанавливается на материнской плате как видеокарта в свободный разъем AGP или PCI. Некоторые видеокарты имеют вход для подключения телевизионной антенны (TV-in) и тюнер, то есть позволяют через ПК просматривать телепередачи, видеофильмы с видеомагнитофона и видеокамеры; ряд видеокарт имеют разъем для подключения телевизора (TV-out), для просмотра видео.