Video karšu attīstības vēsture

Varbūt neviena no datora sastāvdaļām nav tāda pielūgšanas objekts kā datora grafiskais adapteris. Šī kulta piekritēji ir neskaitāmi datorspēļu cienītāji, kuri, nevilcinoties, var tērēt ievērojamu summu nākamajam jauninājumam skaistas gludas bildes labad. Šī nauda nepārtraukti veicina jaunu un jaudīgāku adapteru attīstību: un šīs ierīces attīstās daudz ātrāk nekā centrālās procesori. Bet tikai pirms 30 gadiem to neviens nevarēja iedomāties. Pievērsīsimies šiem laikiem un apsvērsim, kā viss sākās.

Nav grafikas

Par pirmo grafisko karti personālajam datoram tiek uzskatīts MDA (vienkrāsains displeja adapteris) video adapteris, kas bija daļa no slavenā IBM PC (1981), kas ir datoru saderīgu datoru saimes dibinātājs. Atšķirībā no priekšgājējiem, kas integrēti datora galvenajā dēlī, IBM MDA tika samontēts uz sava dēļa un uzstādīts universālā XT kopnes slotā. Faktiski tas bija vienkāršs video kontrolieris, kas displejā parāda video atmiņas saturu. Trūka pat obligātā RAMDAC vēlākiem adapteriem vienkārša iemesla dēļ, ka MDA ģenerētais signāls monitoram bija digitāls. Papildus pašai video kontroliera mikroshēmai MDA dēlī bija 4 KB video atmiņa, ROM mikroshēma ar fontu un pulksteņa ģenerators.

Interesanti, ka pirmais video adapteris IBM personālajam datoram bija pilnībā balstīts uz tekstu, t.i. nebija grafiskā darbības režīma. Tajā pašā laikā lielākā daļa šo gadu datoru zināja, kā strādāt ar grafiku. Kas izraisīja šādu IBM grafikas neievērošanu? Tas ir par pozicionēšanu. Šajos gados datora spēja "zīmēt" uz ekrāna bija cieši saistīta ar spēlēm un citām vieglprātīgām darbībām, un, no uzņēmuma viedokļa, biznesa dators bija pilnīgi nevajadzīgs.

Ko darīja MDA? Par savu laiku diezgan daudz. Monitora ekrānā viņš varēja parādīt 25 rindas ar 80 rakstzīmēm katrā, un katra rakstzīme aizņēma 9x14 pikseļu matricu. Citiem vārdiem sakot, tā nodrošināja 720x350 pikseļu izšķirtspēju, tāpēc tā parādītajam tekstam bija augsta izšķirtspēja, ko konkurenti nevarēja. Turklāt katram rakstzīmei varētu būt viens no pieciem atribūtiem: normāls, pasvītrots, spilgts, mirgojošs, apgriezts. Protams, MDA tika izmantots tikai ar vienkrāsainiem (vienkrāsainiem) monitoriem. Vēl viena adaptera iezīme bija printera pieslēgvieta, kas lietotājiem ietaupīja apmēram 100 ASV dolāru, kas maksāja atsevišķu kontrolieri.

Vieglprātīgs brālis

Tomēr IBM PC nebūtu ieguvis šādu popularitāti, ja tam nebūtu grafikas iespēju. Lai mazāk nopietni izmantotu datoru, IBM sagatavoja citu grafikas adapteri ar nosaukumu CGA (krāsu grafikas adapteris), kas tika izlaists tajā pašā 1981. gadā. Nodrošinot ne tik augstu attēla izšķirtspēju kā MDA, CGA varēja darboties daudzos un dažādos režīmos - gan tekstā, gan grafikā - kuriem bija nepieciešams to aprīkot ar 16 KB video atmiņu.

Tāpat kā MDA, arī CGA varēja parādīt 25 rindas ar 80 vai 40 rakstzīmēm, bet katras rakstzīmes izšķirtspēja bija tikai 8x8 pikseļi. Bet simboliem varētu būt 16 dažādas krāsas.

CGA grafiku varēja parādīt vienā no trim režīmiem: 640x200 ar 1 bitu krāsu (vienkrāsains režīms), 320x200 pikseļi ar 2 bitu krāsu (4 krāsas), 160x100 pikseļi ar 4 bitu krāsu (16 krāsas). Pēdējais tehniski bija grafikas atdarinājums, izmantojot teksta režīmu (t.i., pikseļus imitēja ar rakstzīmēm, kas bija pa pusei aizpildīts 8x8 pikseļu kvadrāts).

CGA adapteris bija aprīkots ar tādu pašu 9 kontaktu pieslēgvietu kā MDA, kā arī pārraidīja digitālo video, vienlaikus tam bija arī salikta izeja savienošanai ar krāsainu televizoru. Viņš varēja strādāt ar parasto vienkrāsaino MDA displeju. Šī saderība turpinājās līdz pat modernākajai EGA, kas tika izlaista 1984. gadā.

Vairāk krāsu, lielāka definīcija

Tātad grafisko adapteru attīstība gāja pa attēla izšķirtspējas un krāsas palielināšanas ceļu. EGA (Enhanced Graphics Adapter, 1984) varēja attēlot grafiku ar izšķirtspēju 640x350 pikseļi ar 4 bitu krāsu (16 krāsas). Video atmiņas apjoms vispirms palielinājās līdz 64 kb, un pēc tam līdz 256 kb, kas ļāva EGA darboties ar vairākām video atmiņas lappusēm. Tas nodrošināja zināmu grafikas paātrinājumu: procesors varēja ģenerēt vairākus attēlu rāmjus vienlaikus.

Tagad tas izklausās dīvaini, taču tik primitīvi video adapteri tirgū valda gadiem ilgi. Tātad līdz 1987. gadam ar datoriem saderīgos datoros EGA noteikumi netika apstrīdēti, un lietotāji nevarēja iedomāties, kas varētu būt labāks. Kas notika 1987. gadā? Parādījās VGA.

Jaunais video adapteris sākotnēji bija paredzēts jaunās paaudzes IBM PS / 2 datoriem. Šī ģimene, kuras izstrādē izstrādātāji atkāpās no atvērtās arhitektūras principiem, tirgū faktiski izgāzās, taču daudzi tajā pielietotie risinājumi sāka dzīvi. MCGA (Multi-Color Graphics Array), jaunākais video adapteris, kas iebūvēts PS / 2 datoru mātesplatē, drīz tika izlaists kā ISA kopnes karte, un to sauca par VGA (Video Graphics Array).

Jaunais produkts nodrošināja grafikas izvadi izšķirtspējā 640x480 pikseļi ar 16 krāsām vai 320x240 pikseļi 8 bitu krāsās (256 krāsas). Tas jau izskatījās mazliet kā kaut kas fotoreālistisks. Tā kā adapteris sākotnēji tika izstrādāts nesaderīgam PS / 2, tā izstrādātāji bez šaubu ēnas tam izveidoja jaunu analogo video saskarni - 15 kontaktu D-Sub, kas daudzus gadus kļuva par jaunu standartu un tiek izmantots joprojām budžeta sistēmās. Svarīgi ir tas, ka VGA bija programmatūra, kas bija saderīga ar EGA, CGA un MDA: mantotajiem adapteriem izstrādātas lietojumprogrammas varēja darboties ar jauno.

256 kb video atmiņa ļāva papildus uzglabāt vairākus kadrus un pielāgotu fontu, un, izmantojot visu kadru vienam kadram, bija iespējams attēlot attēlu 800x600 pikseļu izšķirtspējā, kas tajā laikā vēl nebija redzams, lai gan šī funkcija bija nav dokumentēts un tika izmantots ārkārtīgi reti.

Mazliet ātrāk

Atkārtojot stāstu ar MDA un CGA, IBM ir izstrādājis divus video adapterus PS / 2 vienlaikus: integrētu MCGA (VGA) un uzlabotu 8514 / A. 8514 / A, kas tiek piegādāts kā papildu PS / 2 jauninājums, varēja parādīt 1024x768 pikseļus 8 bitu krāsā. Bet tehnoloģiskie jauninājumi ar to nebeidzās. Pirmo reizi izstrādātāji domāja par dažu kadra sagatavošanas darbu pārnešanu uz video adaptera pleciem un 8514 / A nodrošināja dažas grafikas paātrināšanas funkcijas.

Adapteris iemācījās patstāvīgi uzzīmēt līnijas savā atmiņā, aizpildīt rāmja daļu ar krāsu, uzklāt mazliet masku. Šo gadu grafikas lietojumiem tas bija neatsverams palīgs: pat veidojot diagrammas, ātrums bija jūtams, un inženiertehniskās grafikas lietojumprogrammas pat daudzkārt uzvarēja. Protams, tam visam bija nepieciešams programmatūras atbalsts, un jaunais adapteris to drīz saņēma.

Man jāsaka, ka tajās dienās profesionālās grafikas stacijas jau bija aprīkotas ar papildu grafikas kopprocesoriem, kas izvietoti uz atsevišķiem dēļiem. Šādas ierīces bija ļoti dārgas, un tajā pašā laikā tām bija ļoti plašas iespējas. 8514 / A bija daudz mazāk spējīgs, taču tas bija arī salīdzinoši lēts, kas bija un joprojām ir visvērtīgākā kvalitāte personālo datoru nozarē.

Un 1990. gadā 8514 / A ieguva izmaiņas XGA (Extended Graphics Array) adaptera formā, kurai bija nedaudz paplašināta funkcionalitāte. Jaunajam adapterim ir 800x600 pikseļu režīms ar 16 bitu krāsu (tā sauktā High Color, 65 536 krāsas), pretējā gadījumā tas bija līdzīgs tā priekšgājējam. Sākot ar XGA, tirgū sāka dominēt dažādi SuperVGA adapteri, un atmiņas apjoms un pieejamā izšķirtspēja katru gadu sāka pieaugt. Tā rezultātā ir kļuvis arvien grūtāk pārsteigt lietotāju ar attēla skaidrību un krāsu. Kā tad pārdot dārgas jaunas preces? Bija nepieciešamas jaunas, līdz šim nepieprasītas un nebijušas funkcijas. Un viņi parādījās.

Pirmais solis 3D

Pazīstamā kompānija S3 kļuva par pionieri 3D grafikas paātrināšanā datoriem. S3 Virge adapteris bija ļoti veiksmīgā Trio 64V + pēctecis, vienlaikus atbalstot līdz pat 4 MB DRAM vai VRAM. Tā grafikas kodols un video atmiņa strādāja ar 80 MHz frekvenci, kas šajās dienās nav nekas iespaidīgs.

Visinteresantākais jauninājums Virge ir 3D grafikas paātrināšanas funkciju atbalsts. Viņi nevarēja nopietni palielināt tā laika spēļu ātrumu, turklāt programmatūras (ar centrālā procesora palīdzību) atveidošana bieži vien darbojās ātrāk nekā aparatūras atveidošana Virge. Bet ar šo funkciju palīdzību spēļu izstrādātāji varēja atļauties dekorēt savus produktus ar jaunām tehnoloģijām, piemēram, dinamisku apgaismojumu un bilināras tekstūras filtrēšanu.

Iedvesmojoties no sava pioniera lomas, S3 pārņēma patērētāja 3D paātrinātāja nišu. Tātad tika noslēgti līgumi ar labi pazīstamu spēļu nosaukumu ražotājiem: Tomb Raider, Mechwarrior 2, Descent II saņēma atbalstu S3D standartam. Uzņēmuma mārketinga speciālisti ir pamatojuši, ka paplašinot savu 3D paātrinājuma funkciju standartu, viņi iegūs ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar konkurentiem. Teorētiski S3 Virge atbalstīja arī dažas profesionālā OpenGL 3D grafikas standarta funkcijas, taču veiktspēja ar šī standarta bibliotēkām bija pilnīgi neapmierinoša. Tika paziņots arī par tiešu 3D atbalstu, taču šādu spēļu nebija un tās pat netika plānotas: tajā laikā gandrīz visas spēles tika izlaistas ar MS-DOS.

S3 liela mēroga plāniem nebija lemts piepildīties: jau 1996. gadā 3Dfx izlaida 3D paātrinātāju Voodoo Graphics, kas nodrošināja tā dominanci nozarē. Virgei nav izredžu; nākamajos gados adapterim tika veikti vairāki atjauninājumi, taču tas nevarēja izkļūt no lētas 2D grafikas kartes lomas.

Monstru vecums

No kāda dziļuma izlīda līdz šim nezināmais 3Dfx uzņēmums? 1994. gadā trīs speciālisti, kas strādā ļoti, ļoti cienījamā profesionālās grafikas Silicon Graphics jomā, nolēma mainīt darbu. Ross Smits, Harijs Tarolijs un Skots Sellers pievērsa uzmanību videospēļu konsoles tirgus izaugsmei, kam jau bija laba 3D grafika. No vienkāršās idejas, ka datorspēļu uzplaukumam pietrūkst 3D veiktspējas, 3DfX radās.

Pēc vairāku aizdevumu saņemšanas uzņēmuma dibinātāji sāka ķerties pie lietas. Sākotnējā pieredze un kapitāls 3Dfx nopelnīja, izlaižot grafikas mikroshēmas spēļu konsolēm, bet gadu vēlāk parādījās pirmais produkts personālajiem datoriem - Voodoo Graphics. Computex prezentētais jaunums izraisīja sensāciju: 3D ainas renderēšanas vienmērīgums un skaistums pārsteidza iztēli. Grafikas kvalitātes ziņā akselerators krietni pārspēja Sony PlayStation un Nintendo 64 konsoles, kuras tajā laikā vēl nebija pat izlaistas.

Tāpat kā Virge, arī Voodoo Graphics bija atbalsts OpenGL un DirectX, taču ātrums bija "klibs". Bet, strādājot caur savu Glide programmēšanas saskarni, Voodoo Graphics darbojās lieliski. Daudzi spēļu ražotāji nekavējoties sāka optimizēt savus produktus jaunajam akseleratoram: konkurenti uz tā fona izskatījās, maigi sakot, bāli. Maksimālais Voodoo Graphics grafikas režīms neizskatījās īpaši iespaidīgs - tikai 640x480 pikseļi ar 16 bitu krāsu, taču tad šķita, ka 3D grafikai tas bija vairāk nekā pietiekami.

Strukturāli Voodoo Graphics bija uzstādīts adapteris un PCI slots, taču tam trūka 2D videokartes funkciju. Tas tika sērijveidā savienots ar monitoru ar parasto video adapteri un pārņēma vadību, pārejot uz 3D režīmu. Sākumā šī pieeja izskatījās daudzsološa: toreiz augstas kvalitātes 2D attēla nodrošināšana nebija niecīgs uzdevums, un spēja apvienot 3D paātrinātāju ar acīmredzami augstas kvalitātes 2D karti ļoti augstu novērtēja. Kā pretpiemēru mēs varam minēt tajā pašā 1996. gadā izlaisto paātrinātāju Rendition Verite V1000 3D, kuram bija 2D videokartes funkcijas, bet ievērojami "izskaloja" attēlu ar lielu izšķirtspēju. Šī paša iemesla dēļ 1997. gadā parādītais Voodoo Rush, kas bija pilnvērtīga videokarte ar 3D kodolu no Voodoo Graphics, nebija veiksmīga.

Uz borta Voodoo Graphics bija 4 MB EDO DRAM, kas, tāpat kā procesors, darbojās ar 50 MHz frekvenci. Cenu kritums šāda veida atmiņām 1996. gada beigās ļāva 3Dfx salīdzinoši lēti pārdot savus mikroshēmas, kas vēl vairāk palielināja to popularitāti. Ņemiet vērā, ka uzņēmums pats neražoja adapterus, bet piegādāja tikai mikroshēmas saviem partneriem. Diamond Monster 3D adapteris ir visplašāk izmantotais, tāpēc produktus, kuru pamatā ir 3Dfx mikroshēmas, ikdienā sauc par "monstriem".

Otrais ešelons

Papildus jaunajiem un agrīnajiem 3Dfx, vecāki uzņēmumi arī mēģināja iegūt savu tirgus daļu. Tādējādi ATI, kas dibināta 1985. gadā, parādoties Voodoo Graphics, jau bija nosaukums un pieredze, sākot ar IBM 8514 / A klonu ražošanu. Līdz 1995. gadam tam bija ATI 3D Rage - adapteris ar pamata 3D paātrinājumu, lielisku 2D grafiku un uzlabotu aparatūras apstrādi saspiestām MPEG-1 video straumēm. Līdz 1996. gada vidum uzņēmums izlaida 3D Rage II, kas divas reizes pārsniedza priekšgājēja 3D veiktspēju un varēja apstrādāt MPEG-2 (DVD) video. Adapteris atbalstīja Direct3D un daļēji OpenGL, bija aprīkots ar 8 MB SDRAM un darbojās ar frekvenci 60 MHz (CPU) un 83 MHz (atmiņa). Runājot par 3D renderēšanas veiktspēju, jaunais produkts bija ievērojami zemāks par daudziem konkurentiem,bet karte to izmantoja, pateicoties labam 2D ​​attēlam un aparatūras video paātrinājuma sākumam.

NVIDIA bija tikai divus gadus vecāka par 3Dfx, un jau 1995. gadā izlaida savu pirmo katastrofālo produktu. NV1 adapteris bija labi izdomāts un apvienoja 2D adapteri, 3D paātrinātāju, skaņas adapteri un pat Sega Saturn gamepad portu. Izrādījās, ka produkts nav lēts, savukārt 3D paātrinājuma vienībai bija ļoti neparasta arhitektūra: 3D aina tika veidota nevis no daudzstūriem, bet no trešās kārtas līknēm. Spēļu izstrādātāji bija piesardzīgi pret šādu oriģinālu pieeju, kas bija saistīta ar daudzām grūtībām 3D dzinēja programmēšanā, un Direct3D parādīšanās, kurā tiek izmantoti daudzstūri, beidzot pielika punktu NV1.

Piešķiriet NVIDIA pienākumu: zaudējot daudz naudas un daudz darbinieku, jau 1996. gadā tā varēja izlaist jaunu, pilnīgi citu produktu. NVIDIA Riva 128, kuras pamatā ir NV3 mikroshēma, bija 4 MB (8 MB Riva 128ZX versijā) SDRAM ar 128 bitu kopnes platumu un strādāja ar 100 MHz. Kam ir laba 3D daļa, kuras veiktspēja ir salīdzināma ar Voodoo Graphics, Riva 128 tika ražots gan PCI, gan AGP (ar ko "monstri" nevarēja lepoties), un izdevās izvilkt NVIDIA no finanšu bezdibenī. Tomēr paritāte ar 3Dfx produktu bija ļoti nosacīta: tās bija vienādas tikai tajā laikā maz lietotajā Direct3D ...