Контроллер видеодисплея - Video display controller

Блок-схема контроллера графического дисплея NEC µPD7220

Видеоконтроллер или постоянный ток (также регулярно называется дисплей двигатель , интерфейс дисплея ) является интегральной схемой , которая является основным компонентом в генераторе видео-сигнале , устройство отвечает за производство ТВ 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 системах видеоизображения .

VDC является основным компонентом логики генератора видеосигналов, отвечающим за формирование синхронизации видеосигналов, таких как сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации и сигнал интервала гашения . Иногда для построения полной системы требовались другие поддерживающие микросхемы, например ОЗУ для хранения пиксельных данных , ПЗУ для хранения символьных шрифтов или некоторая дискретная логика, такая как регистры сдвига .

Чаще всего микросхема VDC полностью интегрирована в логику основной компьютерной системы (ее видеопамять отображается в карте памяти основного ЦП), но иногда она функционирует как сопроцессор, который может независимо управлять содержимым видеопамяти.

Контроллер видеодисплея против графического процессора

Разница между контроллером дисплея, графическим ускорителем и ИС сжатия / декомпрессии видео огромна, но, поскольку вся эта логика обычно находится на микросхеме графического процессора и обычно недоступна отдельно для конечного потребителя. , эти очень разные функциональные блоки часто вызывают путаницу.

Графические процессоры с аппаратным ускорением начали появляться в 1990-х годах. VDC часто имели специальное оборудование для создания « спрайтов », функция, которая в более современных чипах VDP выполняется с помощью « Bit Blitter » с использованием функции « Bit Blit ».

Одним из примеров типичного процессора видеодисплея является « 32-битный фоновый процессор VDP2 и видеодисплей с плоскостью прокрутки » Sega Saturn . Другой пример - микросхема Lisa (AGA), которая использовалась для улучшенной графики компьютеров Amiga более позднего поколения .

При этом 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» имеет некоторую мощность для «обработки» содержимого видеопамяти (например, заполнения области ОЗУ), в то время как «контроллер видеодисплея» управляет только синхронизацией сигналов видеосинхронизации и доступ к видеопамяти.

В Графический процессор (GPU) идет на один шаг дальше , чем VDP и , как правило , также поддерживает 3D функциональность. Это тот тип микросхемы, который используется в современных персональных компьютерах.

Типы

Контроллеры видеодисплея можно разделить на несколько различных типов, от самых простых до самых сложных;

  • Видеорекордеры , или «системы на основе регистра сдвига видео» (общепринятого названия для этого типа устройств не существует), являются наиболее простым типом видеоконтроллеров. Они прямо или косвенно несут ответственность за синхронизирующие видеосигналы, но обычно не имеют прямого доступа к видеопамяти. Они получают видеоданные от главного ЦП, побайтно, и преобразуют их в последовательный поток битов, отсюда и техническое название «видеопереключатель». Этот последовательный поток данных затем используется вместе с сигналами синхронизации для вывода видеосигнала. Основной процессор должен делать основную часть работы. Обычно эти микросхемы поддерживают только режим растровой графики с очень низким разрешением .
  • КРТЦ или электронно-лучевая трубка контроллер генерирует видео таймингов и считывает видеоданные из ОЗУ , прикрепленные к КРТЦ для вывода его с помощью генератора ROM внешних символов (для текстовых режимов ) или непосредственно в регистр выходного видеосигнала сдвига (за большой размер графические режимы). Поскольку фактические возможности видеогенератора в значительной степени зависят от внешней логики, видеогенератор на базе микросхемы CRTC может иметь широкий спектр возможностей, от простых систем только с текстовым режимом до систем с высоким разрешением, поддерживающих широкий диапазон цвета. Однако спрайты обычно не поддерживаются этими системами.
  • Контроллеры видеоинтерфейса намного сложнее контроллеров CRT, и внешняя схема, необходимая для CRTC, встроена в микросхему видеоконтроллера. Часто поддерживаются спрайты, а также (на основе ОЗУ) генераторы символов и видеопамять, предназначенные для атрибутов цвета и регистров палитры ( таблицы поиска цветов ) для режимов высокого разрешения или текста.
  • Видеосопроцессоры имеют собственный внутренний ЦП, предназначенный для чтения (и записи) собственной видеопамяти (которая может использоваться совместно с ЦП) и преобразования содержимого этой видеопамяти в видеосигнал. Главный ЦП может отдавать команды сопроцессору, например, для изменения видеорежимов или для управления содержимым видеопамяти. Сопроцессор видео также управляет генератором символов (чаще всего на основе ОЗУ), ОЗУ атрибутов цвета, регистрами палитры и логикой спрайтов (если они, конечно, существуют).

Список примеров VDC

См. Также: Список домашних компьютеров по видеооборудованию и Sprite (компьютерная графика)

Примеры контроллеров видеодисплея:

Видео переключатели

  • RCA CDP1861 был очень простой чип, встроенный в CMOS технологии (которая была необычна для середины 1970-х годов) в дополнение к RCA 1802 микропроцессор, он в основном используется в COSMAC VIP . Он мог поддерживать только монохромный графический режим с очень низким разрешением.
  • Адаптер Television Interface (TIA) обычай видео чип , который является сердцем Atari 2600 игровой консоли, очень примитивный чип , который опирался на 6502 микропроцессоре , чтобы сделать большую часть работы, также был использован для генерации звука.

Контроллеры CRT

  • Контроллер Intel 8275 CRT использовался в Convergent Technologies AWS / Burroughs B20 вместе с некоторыми шинными системами S-100 .
  • Motorola 6845 (MC6845) является генератором адреса видео первого введенный Motorola и используются для Amstrad CPC , и BBC Micro . Он также использовался почти для всех ранних видеоадаптеров для ПК, таких как адаптеры MDA , CGA и EGA . MDA и CGA используют реальную микросхему Motorola, в то время как EGA имеет специальный набор микросхем IBM из пяти микросхем LSI; одна из этих микросхем включает в себя повторную реализацию IBM CRTC, которая работает как MC6845, но отличается несколькими адресами регистров и функциями, поэтому она не на 100% совместима. Во всех более поздних VGA- совместимых адаптерах функция 6845 по-прежнему воспроизводится внутри видеочипа, поэтому в некотором смысле все современные ПК, совместимые с IBM PC, по- прежнему включают логику 6845 CRTC.

Контроллеры видеоинтерфейса

  • В Signetics 2636 и 2637 являются видео контроллеров наиболее известными для их использования в Interton VC 4000 и Emerson Arcadia 2001 соответственно.
  • MC6847 является генератором отображения видео (ВДГ) первый введенный Motorola и используется в TRS-80 Color Computer , Dragon 32/64 , Laser 200 и Acorn Atom среди других.
  • MOS Technology 6560 (NTSC) и 6561 (PAL) известны в качестве контроллера видео интерфейса (VIC) и используется в Commodore VIC-20 .
  • Технологии MOS 6567/8562/8564 (версии NTSC) и 6569/8565/8566 (PAL) были известны как VIC-II и использовались в Commodore 64 .
  • MOS Technology 8563 / 8568 было использовано в Commodore 128 (8563) и Commodore 128D (8568) , чтобы создать текстовый дисплей 80 столбцов, а также несколько графических режимов с высоким разрешением. Модели Commodore 128 включали VIC-II для поддержки видеорежимов, совместимых с Commodore 64 .
  • Устройство редактирования текста MOS Technology 7360 (TED) использовалось в компьютерах Commodore Plus / 4 , Commodore 16 и Commodore 116 и имело встроенные звуковые возможности.
  • Модель NEC μPD7220 . Используется в некоторых высокопроизводительных графических платах для IBM PC в середине 80-х, особенно в продуктах от Number 9 Computer Company .
  • В Philips Semiconductors SCC66470 был VSC (Теле- и система контроллер) , используемый в сочетании с их 68070 -Microcontroller например, CD-I систем.
  • Блок обработки изображений - это сопроцессор видео, 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 получать доступ к дополнительному ОЗУ или ПЗУ с игрового картриджа. Поддерживалось прокручиваемое игровое поле размером 256 × 240 пикселей, а также список отображения из 64 OBJ (спрайтов), из которых 8 можно было отображать на каждую строку развертки.

Сопроцессоры видео

  • ANTIC ( lpha- Н umeric Т elevision Я nterface С ircuit ) был одним из первого чипа - видео системы используется в Atari 8-битное семействе из микрокомпьютеров . Он мог читать « список отображения » с помощью собственного встроенного процессора и использовать эти данные для генерации сложного видеосигнала.
  • TMS9918 известен как Video Display Processor (VDP) и был первым разработан для Texas Instruments TI-99/4 , но позже был также использован в системах , таких как MSX (MSX-1), ColecoVision , серии MTX Memotech , и для Sega SG-1000 и SC-3000 . Master System использует улучшенную VDP на основе TMS9918, и Sega 315-5313 (Yamaha YM7101) VDP используется в Sega Genesis и некоторые игровые автоматами являются дальнейшим продвижением Master System VDP с оригиналом (нижнее) TMS9918 режимов удалены .
  • Yamaha V9938 представляет собой улучшенную версию TMS9918, и в основном используется в MSX2 .
  • Yamaha V9958 является Video Display Processor (VDP) , в основном используется в MSX2 + и MSX turboR компьютеров.
  • VLSI VS21S010D-L - это 128 КБ SPI / параллельная SRAM со встроенным контроллером видеодисплея с пикселями с переменной битовой глубиной и блиттером с перемещением блоков.
  • Thomson EF936x серии Graphic Display Processor (ВВП), который предлагает скорость отрисовки 1 миллиона  пикселей  в секунду и разрешением до 1024 × 512.

Альтернативы микросхеме VDC

Обратите внимание, что многие ранние домашние компьютеры не использовали чип VDP, а построили весь контроллер видеодисплея из множества дискретных логических микросхем (например, Apple II , PET и TRS-80 ). Поскольку эти методы очень гибкие, генераторы видеодисплеев могут быть очень функциональными (или чрезвычайно примитивными, в зависимости от качества дизайна), но также требуют большого количества компонентов.

Многие ранние системы использовали некоторую форму раннего программируемого логического массива 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, например, в SAM Coupé .

Эти системы могли, таким образом, построить очень мощную систему с относительно небольшим количеством компонентов, но малое количество транзисторов в ранней программируемой логике означало, что возможности ранних систем на основе PLA часто были менее впечатляющими, чем возможности, использующие контроллеры видеоинтерфейса или сопроцессоры видео, которые были доступны. 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 исходная карта VGA , в которой использовалась 6845 в сочетании с ASIC. Вот почему все современные видеосистемы на базе VGA по-прежнему используют аппаратные регистры, которые были предоставлены 6845.

Современные решения

Блок-схема микросхемы ATi R300 . Контроллер дисплея обозначен как «интерфейс дисплея».

С развитием производства полупроводниковых устройств все больше и больше функций реализуется в виде интегральных схем , часто лицензируемых как ядро интеллектуальной собственности полупроводников (ядро SIP). Показать блоки управления SIP могут быть найдены на матрице из графических процессоров , APUs и SoCs .

Они поддерживают множество интерфейсов : VGA , DVI , HDMI , DisplayPort , VHDCI , DMS-59 и другие. PHY включает в себя LVDS , TMDS и Flat Panel Display Link , OpenLDI и ХМЛ .

Например, VGA-сигнал, создаваемый контроллером дисплея, передается по VGA-кабелю на дисплей. 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 компьютерных дисплеев .

Драйвер KMS является примером драйвера устройства для контроллеров дисплея, а AMD Eyefinity - это контроллер дисплея особой марки с поддержкой нескольких мониторов .

RandR (изменение размера и поворот) - это метод настройки разрешения экрана и частоты обновления для каждого отдельного выхода отдельно и в то же время соответствующей настройки параметров оконной системы.

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

История

В 1982 году NEC выпустила NEC μPD7220 , один из наиболее широко используемых контроллеров видеодисплея 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 . Корпорация Intel лицензировала этот дизайн и назвала его контроллером графического дисплея 82720.

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

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки