История видеокарт — Часть 1

 Для продвинутых пользователей не является секретом, что такое видеокарта, для чего она нужна и её принцип работы. А вот с историей появления, развития и усовершенствования её до сегодняшнего дня мало кто знаком. Хотя многим это интересно.

Видеокарты или графические адаптеры, являются составляющим компонентом  современного компьютера. А для большинства геймеров, так и вовсе стоят на первом месте по значимости. Они готовы заплатить кругленькую сумму денег за топовые модели видеокарт, что бы увеличить количество кадров в игре. Ну и, понятное дело, для разработчиков графических адаптеров это является толчком в создании более современных и мощных продуктов. Стремительное развитие видеокарт значительно обгоняет развитие, других комплектующих частей компьютера, скажем - процессоров.

1981год

Все началось в 1981 году, в знаменитом IBM появился адаптер MDA (Monochrome Display Adapter), который был первым не интегрированным в материнскую плату и стал родоначальником графических карт. Он был собран на отдельной плате и для него специально создан слот в универсальной шине XT-bus. IBM.

MDA - дальний предок современных видеокарт - IBM Monochrome Display Adapter

Его функция заключалась в выводе содержимого видеопамяти на монитор, в принципе, он был видеоконтроллером. Сгенерированный MDA сигнал, являлся цифровым, что стало причиной отсутствия обязательного для последующих адаптеров RAMDAC. Кроме этого видео плата MDA имела тактовый генератор, 4 кб видеопамяти и микросхему ПЗУ, в которой содержался шрифт.

Несмотря на то, что многие компьютеры того времени работали с графикой, MDA не работал в графическом режиме – он был  просто текстовым. На вопрос:  «Почему так получилось?». Ответ прост - тогда считалось чем-то несерьезным, что компьютер умел «рисовать» на мониторе и сопоставлялось с игами, понятно, что компьютеру для бизнеса не нужны были эти «игрушки».

Первый IBM PC

Но и работая только с текстом, MDA сумел зарекомендовать себя с положительной стороны. Он выводил на монитор 25 строк, содержащих 80 символов каждая, и отдельный символ располагался на матрице 9*14 пикселей. Таким образом, разрешение, выдаваемое MDA, было 720*350 пикселей, что придавало тексту большую четкость, которую конкуренты не могли предложить. Кроме этого, у символов было 5 атрибутов на выбор: обычный, яркий, подчеркнутый, инверсный и мигающий. Работал MDA только с черно-белыми мониторами. Еще одним плюсом стало то, что у MDA был порт для принтера, а это означает, что покупателю не надо покупать дополнительный контроллер, стоимостью близко $100 на то время.

И все же, ради «несерьезных» пользователей для IBM PC в этот же 1981 год был создан еще один адаптер CGA (Color Graphics Adapter). И хотя он выдавал меньшее разрешение, чем у MDA, зато у него было гораздо больше режимов. Благодаря 16 кб видеопамяти, CGA мог работать как в текстовом режиме, так и в режиме графики. Так сказать появился «родной брат» с графикой.

Видеокарта IBM CGA

В текстовом режиме CGA по отображению символов и строк ни чем не отличался от  MDA. Но у символов появилось 16 цветов, хотя и располагались они на матрице 8*8 пикселей.

В графическом режиме CGA выводил изображение на экран в трех вариантах: 640*200 с цветом в 1 бит (монохром); 320*200 пикселей с 2 битами (4 цвета); 160*100 пикселей уже с цветом в 4 бита (16 различных цветов). Третий вариант технически был эмуляцией графики в текстовом режиме (происходила имитация пикселей при помощи наполовину закрашенной матрицы 8*8 пикселей).

Порт у CGA, был девятиконтактным и передавал видеосигнал в цифре. И MDA и CGA имели порт для выхода на цветной телевизор. CGA работал с одноцветным дисплеем для MDA. Это длилось до появления в 1984 году EGA адаптера.

1984 год

Развитие видеокарт пошло по принципу увеличения качества. Приоритетом стал рост количества цветов и пикселей в разрешении. EGA (Enhanced Graphics Adapter) выводил на экран 16 цветов (4 бита) при разрешении в 640*350 пикселей. Видеопамять стала сначала 64 кб, а после достигла до 256 кб, благодаря чему EGA справлялся с несколькими страницами памяти. По этой причине процессор формировал несколько кадров изображения сразу, т.е. получилось некое ускорение графики.

EGA - 16 цветов, 640х350 точек

Улучшение графики в EGA-играх - Yorick

Улучшенная графика - Ancient Art of War

И хоть сейчас это трудно себе представить такие графические адаптеры не имели аналогов несколько лет до 1987 года.

1987 год

В этом году появился другой адаптер VGA (Video Graphics Array). Он был создан для новых ПК IBM PS/2. Проектируемое семейство должно было не использовать открытую архитектуру. К сожалению, оно было совершенно не успешным на рынке. Однако некоторые идеи были приняты пользователями в дальнейшем.

Разрешение у VGA было 640*480 пикселей и 16 цветами, либо 320*240 с 8-битным цветом (256 цветов). И хоть до фотореализма далековато, но все же еще один шаг сделан. VGA получил новый интерфейс – 15-контактный D-Sub, который стал стандартом и сохранился до наших дней в некоторых компьютерах. Особенностью стала совместимость с приложениями для EGA, CGA и MDA, благодаря чему они работали на VGA.

Имея 256 кб видеопамяти, VGA хранил по нескольку кадров, да еще и со шрифтом. Говорят, хотя это не подтверждено, что когда использовался весь объем памяти, на экран можно было вывести кадр с разрешением 800*600 пикселей.

IBM VGA с новым интерфейсом

Для PS/2 IBM выпустила 2 адаптера: MCGA (VGA) и продаваемый в качестве апгрейда 8514/А.

8514/A выводил изображение с разрешением 1024*768 точек и имел 8 бит цвета. Помимо всего его дополнили еще некоторыми возможностями по ускорению графики, благодаря чему он выполнял часть функций по подготовке кадра. 8514/A рисовал линии, выполнял заливку части кадра, а также накладывал битовую маску и все это в своей видеопамяти. Несомненно, это было существенным преимуществом для инженерной графики, ну и в частности при создании диаграмм. Несмотря на ограниченную функциональность, 8514/A был намного дешевле, а это очень важный фактор для сферы ПК.

Игра Манджонг на 8514/A

1990 год

На смену 8514/А пришел XGA (Extended Graphics Array) имеющий больше возможностей. Единственным изменением стал режим с разрешением 800*600 точек и 16 битами цвета (65 536 цветов, High Color). XGA положил начало доминированию различных адаптеров SuperVGA, а объемы видеопамяти и величина разрешения увеличивались год от года.

В итоге стало так, что удивить качеством картинки покупателя становилось сложнее. Поэтому, чтобы продавать новые дорогостоящие адаптеры, приходилось внедрять в них новые функции.

Старт 3D

Первой компанией, которая открыла 3D для компьютеров, стала S3. Она выпустила видеокарту S3 Virge, которая поддерживала 4 Мб памяти VRAM или DRAM и стала наследником успеха Trio 64V+. Ядро и память обладали частотой 80 МГц. У адаптера S3 Virge появилась функция ускорения трехмерной графики. Это позволило создателям игр создать более динамичные и масштабные картинки.

S3 Virge

На правах первооткрывателя 3D, компания поняла, что необходимо распространять свой стандарт и стала заключать контракты с разработчиками Tomb Raider, Descent II, Mechwarrior 2, которые получили стандарт S3D. К функциям Virge можно, конечно, отнести поддержку OpenGL, однако производительность в использовании их была очень плохой. В функциях была заявлена даже поддержка Direct3D, несмотря на то, что почти все игры были для MS-DOS, а игры с Direct3D не были еще даже в планах.

Лидерство на рынке видеокарт S3 длилось до 1996 года, когда компании 3Dfx выпустила ускоритель Voodoo Graphics. Несмотря на последующие обновления видеоадаптера и улучшения, Virge так и остался недорогой 2D-картой.

Монстры 3D

Собственно говоря компания 3Dfx появилась от осознания того, что для ПК необходима производительность в 3D, которая была хорошей в приставках того времени. Представители Silicon Graphics Гарри Таролли, Скотт Сеттерс и Росс Смит это хорошо поняли и основали компанию.

Первые шаги в индустрии 3Dfx сделала на выпуске графических чипов для приставок. А через год компания выпустила Voodoo Graphics. На выставке Computex где был представлен новый адаптер вызвал огромный восторг. Такого красивого и плавного процесса получения изображения по модели с помощью компьютерной программы 3D никто не представлял. Качество графики было намного выше, чем у Playstation и Nintendo 64, которые только готовились выйти в свет. У Voodoo Graphics была заявлена поддержка и DirectX и OpenGL, хотя скорость была совсем небольшой. Но во время работы со своим интерфейсом, названным Glide, работало все очень хорошо. Выдаваемый адаптером режим разрешением в 640*480 точек и 16 бит цвета на тот период был впечатляющим. Неудивительно, что разработчики игр тут же начали оптимизацию под Voodoo Graphics, не задумываясь о ее конкурентах.

Возможности Glide

Адаптер устанавливался в специальный слот PCI и не имел функций 2D. Принцип работы состоял в перехвате управления в режиме 3D у обычного адаптера, через который он и подключался к монитору. Сначала совмещение качественных 2D и 3D видеоадаптеров выглядело очень заманчиво и пользовалось популярностью пользователей, но это только сначала.

В 1997 году вышел 3D-ускоритель Rendition Verite V1000, у которого наблюдались функции 2D-видеокарты, хотя при высоком разрешении изображение мутнело.

В 1998 году вышел Voodoo Rush, но из-за тех же проблем, что и Rendition Verite V1000, не пользовался популярностью. Он был полноценной видеокартой с 3D-ядром Voodoo Graphics.

Видеокарта Voodoo Graphics

У Voodoo Graphics было 3 Мб EDO DRAM, работая на частоте 50 МГц, аналогичной процессору.

В конце 1996 года происходит падение цен на EDO DRAM и 3Dfx начало продавать адаптеры относительно по заниженной цене, что вызвало всплеск популярности у потребителей. Однако собственных адаптеров 3Dfx не реализовывала. Она была поставщиком их для партнеров. Самым популярным был Diamond Monster 3D, благодаря которому товары 3Dfx стали называться «монстрами» хотя  на вид не такой уж и монстр.

Видеокарта Diamond Monster

Конкуренты

Легендарный Quake на Riva128

Конечно, 3Dfx не была монополистом рынка видеоадаптеров, были и другие компании.

В 1985 году появилась  компания ATI, начав с копирования IBM 8514/A. К появлению первого адаптера от 3Dfx имела опыт и достаточную известность. В 1995 году у нее уже  был Rage адаптер, который выдавал отличную 2D картинку, имел возможности 3D и мог обрабатывать сжатый видеопоток MPEG-1. Ускоритель Rage II вышел в середине 1996 года.  Он был в 2 раза быстрее предшественника и обрабатывал уже формат MPEG-2 (DVD). У ускорителя была поддержка Direct3D и OpenGL (частично). На борту он нес 8 Мб SDRAM, а процессор и память имели частоту 60 и 83 МГц соответственно. Были недостатки в производительности в 3D-рендеринге, видеокарта имела отличное 2D-изображение и могла аппаратно ускорять видео на начальном уровне.

В 1995 году появилась компания NVIDIA, выпустившая свой первый, не очень удачный, продукт NV1. Он совмещал 3D-ускоритель, 2D-адаптер, а также адаптер звука и порт для геймпада Sega Saturn. Имел ряд недостатков, так, что когда появился Direct3D, NV1 окончательно канул в лету.

Несмотря на неудачи и потраченные ресурсы, NVIDIA смогла выпустить совсем другой продукт, названный NVIDIA Riva 128, базировавшийся на чипе NV3 и имевший 4 Мб (а в версии 128ZX — 8мб) SDRAM, шину в 128 бит и рабочую частоту в 100 МГц. Производительность в 3D у него была такая же как у Voodoo Graphics. Выпускался он в 2 вариантах:  PCI и AGP. Riva 128 помог NVIDIA не обанкротится. Однако ничья у 3Dfx и NVIDIA была всего лишь в непопулярном в то время Direct3D.

Продолжение

Александр Григорьев ЦСО "Крокус"