Для чого потрібні відеокарти і принципи їх роботи, знає безліч просунутих користувачів комп’ютера. Ну а історію їх розвитку та удосконалення від самого їх появи до сьогоднішнього дня мало хто знає. Хоча багатьом це цікаво. У нашій статті вам стане відома історія відеокарт.
Графічні адаптери, бути може, найбільш цікаві і важливі складові сучасного ПК. Для величезної кількості геймерів, відеокарти стоять на першому місці серед компонентів комп’ютера за значимістю. Заради збільшення такого дорогоцінного кількості кадрів у грі вони готові викласти чималу суму за топові відеокарти. А для розробників відеокарт ці кошти – поштовх для створення більш потужних і сучасних адаптерів. Розвиток відеокарт істотно обганяє розвиток, наприклад, процесорів. Хоча кілька десятків років у це було важко повірити.
Графіка? Не, не чув
Початок історії PC-сумісних персональних комп’ютерів поклав адаптер MDA (Monochrome Display Adapter), що з’явився у всім відомому IBM в 1981 році і став родоначальником графічних карт. Цей адаптер був першим неінтегрованих в материнську плату. Він був зібраний на окремій платі, і для нього був створений спеціальною слот універсальної шини XT-bus.
MDA – далекий предок сучасних відеокарт – IBM Monochrome Display Adapter
В принципі, він був відеоконтролером, функція якого полягала у виведенні вмісту відеопам’яті на монітор. Сигнал, який генерував MDA, був цифровим, що стало причиною відсутності обов’язкового для наступних адаптерів RAMDAC. Плата MDA включала в себе не тільки чіп відеоконтролера, але і 4 кб відеопам’яті, тактовий генератор і мікросхему ПЗП, в якій містився шрифт.
Забавно, але адаптер MDA не працював в графічному режимі – він був просто текстовим. Однак, багато ПК в той час працювали з графікою. Чому ж IBM відмовилося від графіки? Полягало все в позиції IBM. Те, що комп’ютер вмів малювати на моніторі, тоді вважалося чимось несерйозним, пов’язувалося з іграми. І, звичайно ж, комп’ютера для бізнесу не потрібні були ці «іграшки».
Перший IBM PC
Але, незважаючи на відсутність графіки, MDA вмів достатньо. Він виводив на монітор 25 рядків, що містять 80 символів кожна, і окремий символ розташовувався на матриці 9*14 пікселів. Таким чином, дозвіл, що видається MDA, було 720*350 пікселів, що надавало тексту більшу чіткість, яку конкуренти не пропонували. Крім цього, символів було 5 атрибутів на вибір: звичайний, яскравий, підкреслений, інверсний і навіть миготливий. Очевидно, що працював MDA тільки з чорно-білими моніторами. А також у MDA був порт для принтера, що означало, що покупці не треба було купувати додатковий контролер, який коштував на той час близько $100.
Повернутися до змісту
Брат з графікою
І все ж не будь у IBM PC графіки – він не був би таким популярним. Заради «несерйозних» користувачів для IBM PC в той же рік був виготовлений ще один адаптер, який називався CGA (Color Graphics Adapter). Він був випущений теж в 1981 році. Він видавав меншу роздільну здатність, ніж у MDA, зате у нього було набагато більше режимів. Завдяки 16 кб відеопам’яті, CGA міг працювати і в текстовому режимі і в режимі графіки.
Відеокарта IBM CGA
CGA відображав стільки ж рядків і символів, скільки і MDA (25 по 80 або 40 символів). Однак, символів було 16 кольорів, хоч і розташовувалися вони на матриці 8*8 пікселів.
В графічному режимі CGA виводив зображення на екран в трьох варіантах: 640*200 з кольором в 1 біт (монохром); 320*200 пікселів з 2 бітами (4 кольори); 160*100 пікселів вже з кольором в 4 біти (16 різних кольорів). Третій варіант технічно був емуляцією графіки у текстовому режимі (відбувалася імітація пікселів за допомогою наполовину зафарбованої матриці 8*8 пікселів).
Ігри часу – Solitare
Порт, передає відеосигнал в цифрі, у CGA був девятиконтактным, також як і порт у MDA, і у нього був вихід для роботи з кольоровим телевізором. CGA працював з одноколірним дисплеєм для MDA. І так було до 1984 року. До появи EGA адаптера.
Ігри часу – Wilf
Повернутися до змісту
Збільшення якості
Розвиток відеокарт пішло за принципом зростання кількості кольорів та пікселів в дозволі. З’явився в 1984 році Enhanced Graphics Adapter (EGA) виводив на екран 16 кольорів (4 біти) при дозволі 640*350 пікселів. Відеопам’ять стала спершу 64 кб, а потім доросла до 256 кб, завдяки чому EGA справлявся з кількома сторінками пам’яті. З цієї причини процесор формував кілька кадрів зображення відразу, тобто вийшло якесь прискорення графіки.
EGA – 16 кольорів, 640х350 точок
Поліпшення графіки в EGA-іграх – Yorick
Покращена графіка – Ancient Art of War
Такі графічні адаптери не мали аналогів кілька років, що в наші дні важко собі уявити. Це відбувалося до 1987 року, коли на ПК користувачі ставили найкращий для них адаптер EGA. Але все ж, в цьому році з’явився інший, названий VGA (Video Graphics Array).
Цей адаптер був створений для нових ПК IBM PS/2. Проектируемое сімейство мало не використовувати відкриту архітектуру, і, на жаль, воно було абсолютно не успішним на ринку. Хоча й багато ідей цього сімейства були прийняті користувачами. Наприклад, MCGA (Multi-Color Graphics Array), графічний адаптер, який підключався до PS/2 комп’ютерів через системну плату, був змінений на плату для шини ISA. Це і є VGA.
Дозвіл VGA було 640*480 пікселів і 16 квітами, або 320*240 з 8-бітним кольором (256 кольорів). До фотореалізму далеченько, але все ж крок зроблено. VGA отримав новий інтерфейс – 15-контактний D-Sub, який став стандартом і зберігся навіть до наших днів у деяких ПК. Однією з особливостей була сумісність з додатками для EGA, CGA і MDA, завдяки чому вони працювали на VGA.
Завдяки присутності на борту адаптера 256 кб відеопам’яті, VGA зберігав по декілька кадрів, та ще й зі шрифтом. Кажуть, що коли використовувався весь обсяг пам’яті, на екран можна було вивести кадр з роздільною здатністю 800*600 пікселів! Хоча це не підтверджено.
IBM VGA з новим інтерфейсом
Повернутися до змісту
Злегка продуктивніше
Як і у випадку з попередніми адаптерами для PS/2 IBM випустила 2 адаптера: MCGA (VGA), який був строенным, а також продається в якості апгрейда 8514/А.с Останній виводив зображення з роздільною здатністю 1024*768 точок і мав 8 біт кольору. До того ж творці цього адаптера доповнили його ще деякими можливостями щодо прискорення графіки, завдяки чому він виконував частину функцій по підготовці кадру.
8514/A малював лінії, виконував заливку частини кадру, а також накладав бітову маску і все це у своїй відеопам’яті. Це було істотним плюсом для додатків інженерної графіки, ну а особливо це було помітно при створенні діаграм. Звичайно ж, потрібна була допомога і від програм, яку вони скоро і зробили.
Не можна не відзначити, що тоді графічні станції професіоналів мали додаткові співпроцесори для графіки, які розміщувалися на окремих платах. Такі співпроцесори були дуже дорогими і мали безліч можливостей. Незважаючи на обмежену функціональність, 8514/A був набагато дешевше, а це дуже важливий фактор для сфери ПК.
Гра Манджонг на 8514/A
Настав 1990 рік і з’явився XGA (Extended Graphics Array). Він змінив 8514/А і мав більше можливостей. Єдиною зміною став режим з роздільною здатністю 800*600 пікселів і 16 біт кольору (65 536 кольорів, High Color). XGA поклав початок домінування різних адаптерів SuperVGA, а обсяги відеопам’яті і величина дозволу збільшувалися рік від року. Результатом цього стало те, що здивувати якістю картинки покупця ставало все складніше. Відповідно, щоб продавати нові дорогі адаптери, потрібно було впроваджувати нові функції.
Повернутися до змісту
Старт 3D
Компанією-першовідкривачем 3D для комп’ютерів стала S3. Її відеокарта S3 Virge підтримувала 4 Мб пам’яті VRAM або DRAM і стала спадкоємцем успіху Trio 64V+. Ядро і пам’ять мали зовсім сміховинною для наших днів частотою 80 МГц.
У цього адаптера з’явилася функція прискорення тривимірної графіки. Завдяки цьому творці ігор змогли користуватися динамічним освітленням і білінійної фільтрації текстур, хоч і надбавку в швидкості ігор Virge не давала.
S3 Virge у всій красі
Компанія швидко усвідомила, що їй, як першовідкривач 3D, варто впровадити свої плати в споживчий ринок. S3 стала укладати контракти з розробниками Tomb Raider, Descent II, Mechwarrior 2, які отримали стандарт S3D. В S3 зрозуміли, що необхідно поширювати свій стандарт, отримуючи тим самим, більшу перевагу покупців, ніж інші виробники. До функцій Virge можна, звичайно, віднести підтримку OpenGL, проте продуктивність у використанні їх була дуже поганою. У функціях була заявлена навіть підтримка Direct3D, незважаючи на те, що майже всі ігри були для MS-DOS, і ігри з Direct3D не були ще навіть в планах.
Панування S3 на ринку відеоадаптерів тривало до 1996 року, коли з’явився прискорювач Voodoo Graphics від компанії 3Dfx. І, незважаючи на подальші оновлення і покращення, Virge так і залишився лише недорогий 2D-картою.
Повернутися до змісту
Монстри 3D
Сама 3Dfx з’явилася від розуміння того, що для ПК необхідна продуктивність в 3D, яка була хорошою в приставках того часу. Це зрозуміли представники Silicon Graphics Гаррі Таролли, Скотт Сеттерс і Росс Сміт. Вони і заснували компанію.
Взявши кредити, фахівці почали роботу. Перші гроші і кроки в індустрії 3Dfx зробила на випуск графічних чіпів для приставок того часу. А через рік компанія випустила Voodoo Graphics. Новий адаптер був представлений на виставці Computex і викликав величезний захват. Такого плавного і красивого 3D візуалізації ніхто й не уявляв. Якість графіки було набагато вище, ніж у Nintendo 64 і Playstation, які лише готувалися вийти у світ. У Voodoo Graphics була заявлена підтримка DirectX і OpenGL, хоча швидкість була зовсім невеликий. Але під час роботи зі своїм інтерфейсом, названим Glide, працювало все дуже добре. Розробники ігор тут же почали оптимізацію під Voodoo Graphics, не замислюючись про її конкурентах. Видається адаптером режим роздільною здатністю 640*480 крапок і 16 біт кольору зараз не дивує зовсім, але в той час це для споживачів було навіть вражаюче.
Можливості Glide
Сам адаптер встановлювався в спеціальний слот PCI, проте не мав функцій 2D. Принцип роботи полягав у перехопленні управління в режимі 3D у звичайного адаптера, через який він і підключався до монітора. Поєднання якісних 2D і 3D адаптерів спочатку виглядало дуже цікавим і користувалося популярністю користувачів. У тому ж році вийшов 3D-прискорювач Rendition Verite V1000, у якого були функції 2D-відеокарти, однак при високому дозволі він затуманивал зображення. З-за цього також не користувався популярністю Voodoo Rush, який вийшов роком пізніше і був повноцінною відеокартою 3D-ядром Voodoo Graphics.
Відеокарта Voodoo Graphics
У Voodoo Graphics було 3 Мб EDO DRAM, яка працювала на частоті 50 МГц, аналогічної процесору. На кінець 1996 року відбулося падіння цін на EDO DRAM і 3Dfx почало продавати адаптери відносно дешево, викликаючи тим самим сплески своєї популярності у споживачів. Однак власних адаптерів 3Dfx не реалізовувала. Вона була постачальником їх для партнерів. Найпопулярнішим був Diamond Monster 3D, завдяки яким товари 3Dfx стали називатися «монстрами».
Відеокарта Diamond Monster – на вигляд не такий вже і монстр
Повернутися до змісту
Досвідчені конкуренти
Легендарний Quake на Riva128
Але 3Dfx не була одноосібним власником ринку. З’явилася ще в 1985 році компанія ATI, почавши з «клонування» IBM 8514/A, мала досвід і достатню популярність до появи першого адаптера від 3Dfx. До 1995 році у неї був уже Rage адаптер, який видавав відмінну 2D картинку, мав можливості 3D і міг обробляти стиснуте відео MPEG-1. Випуск 3D Rage II стався в середині 1996 року. Цей прискорювач був в 2 рази швидше попередника і обробляв вже формат MPEG-2 (DVD). У прискорювача була підтримка Direct3D і OpenGL (частково). На борту він ніс 8 Мб SDRAM, а процесор і пам’ять мали частоту 60 та 83 МГц відповідно. Незважаючи на помітний недолік в продуктивності 3D-рендерінгу, карта мала відмінне 2D-зображення і могла апаратно прискорювати відео на початковому рівні.
З’явилася на пару років раніше 3Dfx, компанія NVIDIA в 1995 році випустила свій перший, хоч і провальний, продукт NV1. Він поєднував 3D-прискорювач, 2D-адаптер, а також адаптер звуку і порт для геймпада Sega Saturn. Він був дорогим, і архітектура була у нього дивна: 3D з’являлося з кривих третього порядку, а не з полігонів. Для творців ігор цей підхід був дуже оригінальний і обіцяв чимало труднощів у створенні движка для гри. Ну а коли з’явився Direct3D, NV1 остаточно канув в лету.
Незважаючи на це і на втрати в співробітниках і грошах, NVIDIA змогла випустити зовсім інший продукт, названий NVIDIA Riva 128, базувався на чіпі NV3 і мав 4 Мб (а у версії 128ZX — 8мб) SDRAM, шина 128 біт і робочу частоту 100 МГц. Продуктивність в 3D у нього була на рівні Voodoo Graphics, і випускався він в 2 варіантах: PCI і AGP, який не підтримували продукти 3Dfx. Riva 128 допоміг NVIDIA не стати банкрутом. Проте, нічия у 3Dfx і NVIDIA була лише в непопулярному в той час Direct3D.
Повернутися до змісту
Кілька цікавих фактів про історію відеокарт
Повернутися до змісту
Факт №1. IBM PC в СРСР
У цього адаптера шрифт був всього один, і він знаходився безпосередньо в ПЗУ. Кодова таблиця складалася з 256 символів і включала у собі різні спецсимволи для європейських мов, символи псевдографіки, ну і, звичайно ж, рядкові і прописні символи латиниці. Якщо виникала необхідність зміни набору символів, необхідна була заміна мікросхеми ПЗУ.
Так при русифікації були великі складності. Незважаючи на відсутність ввезення IBM PC в СРСР, деякі комп’ютери добиралися до країни. Для відображення кирилиці доводилося проводити заміну мікросхеми ПЗУ на іншу, в якій європейські спецсимволи змінювалися на кирилицю.
Однак, для адаптерів з графічним режимом (CGA, HGC) переклад на кирилицю відбувався простіше. Символьна таблиця кирилиці всього лише «вшивалась» в пам’ять ПК, а пізніше в пам’ять самих адаптерів.
Повернутися до змісту
Факт №2. Допомога Геракла
Адаптер MDA мав безліч плюсів, проте графіку все ж відображати не міг. І все ж IBM PC отримав додатки, для яких режим графіки був просто необхідний (AutoCad, наприклад). Для замовника стояв серйозне питання: відмовлятися від принтерного порту і чіткості кольору, якими володів MDA або відмовлятися від програм, що використовують графіку?
Відповідь на це питання дала компанія Hercules Computer Technology, яка випустила в 1982 році адаптер Hercules Graphics Card, у якого були всі функції MDA, а головне, він мав емуляцію CGA. Правда сигнал був всього лише в монохроме, але користувачів це не лякало.
Ці адаптери стали дуже популярні, адже кольорові монітори коштували надто дорого. Тому підтримка HGC в додатках і іграх з’явилася досить швидко.
Повернутися до змісту
Факт №3. Два монітори
IBM, після випуску MDA і CGA, задумалася про їх спільній роботі. Адже користувалися адаптери різні області адресного простору і порти введення та виведення. Завдяки цьому можна було користуватися двома моніторами одночасно. Підтримка на програмному рівні двох моніторів була слабка, однак під DOS деякі дебагери все ж працювали.
Але не тільки в DOS була підтримка двох екранів. Linux, не маючи графічного інтерфейсу, дозволяв вивести на другий монітор журнал системних подій або консоль команд.
Повернутися до змісту
Факт №4. Щоб було красивіше
Те, що в адаптерах з’явилася функція прискорення 2D-графіки, стало поштовхом у розвитку користувальницького інтерфейсу. Звичайно ж, витрачаючи ресурси процесора на красивий інтерфейс – заняття не вдячне. Ну а коли ресурси поставляє відеокарта, то чому б і ні? На екваторі дев’яностих не було відеокарт, з’являлися без прискорення 2D. До того ж у адаптерів з’являлося все більше і більше функцій. Наприклад, S3 Trio 64V+, який користувався великим попитом у ті роки був в трьох варіантах шин (PCI, VLB і ISA), що мав 2 Мб відеопам’яті з 64-бітовим інтерфейсом, підтримував функцію прискорення 2D. Trio в назві означало присутність відразу трьох окремих пристроїв, об’єднаних разом: RAMDAC, графічне ядро і тактовий генератор.
Повернутися до змісту
Факт №5. Технологія прискорення
3D-сцена в 90-ті була сукупностей полігональних об’єктів з текстурами. ЦП вираховував координати полігонів (вершин трикутників, якими були полігони) і виробляв їх завантаження в пам’ять адаптера.
Після цього графічний процесор виробляв рендеринг. Він проецировал тривимірні координати цих трикутників на площині, видаляв приховані поверхні і накладав текстури. Рендеринг у той час називався конвеєром і за кожен його етап відповідали окремі компоненти процесора. У потужних представників відеоадаптерів цих компонентів могло бути кілька комплектів, які працювали паралельно. Говорили, що у чіпа кілька конвеєрів. За потужність відповідало не тільки підвищення тактової частоти, але і збільшення комплектів компонентів. Удосконалення також піддавалися різні компоненти процесора, що відповідали за конвеєр.
Повернутися до змісту
Факт №6. Програмна підтримка
Програмна підтримка була необхідна при появі 2D – і 3D-прискорення графіки. Для цього були створені загальні графічні бібліотеки (вони ж інтерфейси прикладного програмування (API). Ці бібліотеки були набором функцій для реалізації різних операцій. Програміст користується цими функціями, а розробники адаптерів випускають драйвера для сумісності з функціями цих бібліотек.
Найпопулярніші зараз бібліотеки це OpenGL, що збереглася від Silicon Graphics, яка підтримується більшістю ОС і Direct3D, яку створили в Microsoft. Вона входить в пакет DirectX і підтримується тільки в Windows. Різниця в них полягає в наборі функцій і можливостей, а також зручністю для користувача.
Закінчення в статті — Історія відеокарт — Частина 2.
