Добавил реферат "Видеоадаптеры" и пятую лабу по физике

1 files changed, 320 insertions, 0 deletions

diff --git a/asvt/abstracts/videoadapters/videoadapters.tex b/asvt/abstracts/videoadapters/videoadapters.tex
new file mode 100644
index 0000000..354685b
--- /dev/null
+++ b/asvt/abstracts/videoadapters/videoadapters.tex
@@ -0,0 +1,320 @@
+\documentclass[bachelor, och, referat]{SCWorks}
+% параметр - тип обучения - одно из значений:
+%    spec     - специальность
+%    bachelor - бакалавриат (по умолчанию)
+%    master   - магистратура
+% параметр - форма обучения - одно из значений:
+%    och   - очное (по умолчанию)
+%    zaoch - заочное
+% параметр - тип работы - одно из значений:
+%    referat    - реферат
+%    coursework - курсовая работа (по умолчанию)
+%    diploma    - дипломная работа
+%    pract      - отчет по практике
+% параметр - включение шрифта
+%    times    - включение шрифта Times New Roman (если установлен)
+%               по умолчанию выключен
+
+\usepackage{subfigure}
+\usepackage{tikz,pgfplots}
+\pgfplotsset{compat=1.5}
+\usepackage{float}
+
+%\usepackage{titlesec}
+\setcounter{secnumdepth}{4}
+%\titleformat{\paragraph}
+%{\normalfont\normalsize}{\theparagraph}{1em}{}
+%\titlespacing*{\paragraph}
+%{35.5pt}{3.25ex plus 1ex minus .2ex}{1.5ex plus .2ex}
+
+\titleformat{\paragraph}[block]
+{\hspace{1.25cm}\normalfont}
+{\theparagraph}{1ex}{}
+\titlespacing{\paragraph}
+{0cm}{2ex plus 1ex minus .2ex}{.4ex plus.2ex}
+
+% --------------------------------------------------------------------------%
+
+
+\usepackage[T2A]{fontenc}
+\usepackage[utf8]{inputenc}
+\usepackage{graphicx}
+\graphicspath{ {./images/} }
+\usepackage{tempora}
+
+\usepackage[sort,compress]{cite}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{amssymb}
+\usepackage{amsthm}
+\usepackage{fancyvrb}
+\usepackage{listings}
+\usepackage{listingsutf8}
+\usepackage{longtable}
+\usepackage{tabularx}
+\usepackage{multirow}
+\usepackage{array}
+\usepackage[english,russian]{babel}
+
+% \usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
+\usepackage{url}
+
+\usepackage{enumitem}
+
+
+\newcommand{\eqdef}{\stackrel {\rm def}{=}}
+\newcommand{\dsint}{\displaystyle\int}
+
+\renewcommand\theFancyVerbLine{\small\arabic{FancyVerbLine}}
+
+\newtheorem{lem}{Лемма}
+
+\begin{document}
+
+% Кафедра (в родительном падеже)
+\chair{}
+
+% Тема работы
+\title{Видеосистема компьютера. Монитор. Понятие о видеорежимах. Видеопамять и ее назначение.}
+
+% Курс
+\course{1}
+
+% Группа
+\group{131}
+
+% Факультет (в родительном падеже) (по умолчанию "факультета КНиИТ")
+\department{факультета КНиИТ}
+
+% Специальность/направление код - наименование
+%\napravlenie{09.03.04 "--- Программная инженерия}
+%\napravlenie{010500 "--- Математическое обеспечение и администрирование информационных систем}
+%\napravlenie{230100 "--- Информатика и вычислительная техника}
+%\napravlenie{231000 "--- Программная инженерия}
+\napravlenie{090301 "--- Компьютерная безопасность}
+
+% Для студентки. Для работы студента следующая команда не нужна.
+% \studenttitle{Студентки}
+
+% Фамилия, имя, отчество в родительном падеже
+\author{Гущина Андрея Юрьевича}
+
+% Заведующий кафедрой
+% \chtitle{} % степень, звание
+% \chname{}
+
+%Научный руководитель (для реферата преподаватель проверяющий работу)
+\satitle{доцент} %должность, степень, звание
+\saname{О.В. Мещерякова}
+
+% Руководитель практики от организации (только для практики,
+% для остальных типов работ не используется)
+% \patitle{к.ф.-м.н.}
+% \paname{С.~В.~Миронов}
+
+% Семестр (только для практики, для остальных
+% типов работ не используется)
+%\term{8}
+
+% Наименование практики (только для практики, для остальных
+% типов работ не используется)
+%\practtype{преддипломная}
+
+% Продолжительность практики (количество недель) (только для практики,
+% для остальных типов работ не используется)
+%\duration{4}
+
+% Даты начала и окончания практики (только для практики, для остальных
+% типов работ не используется)
+%\practStart{30.04.2019}
+%\practFinish{27.05.2019}
+
+% Год выполнения отчета
+\date{2020}
+
+\maketitle
+
+% Включение нумерации рисунков, формул и таблиц по разделам
+% (по умолчанию - нумерация сквозная)
+% (допускается оба вида нумерации)
+% \secNumbering
+
+
+\tableofcontents
+
+\intro
+
+Основным техническим средством для оперативного формирования и отображения как текстовой, так и графической информации в компьютере является видеосистема.
+Она состоит из трёх основных элементов:
+\begin{itemize}
+    \item видеоадаптер -- устройство, которое формирует изображение;
+    \item монитор -- устройство, на которое выводится сформированное видеоадаптером изображение;
+    \item драйвера видеосистемы
+\end{itemize}
+
+Рассмотрим её составные элементы по отдельности.
+
+\section{Видеоадаптер}
+
+Видеоадаптер -- это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.
+
+Видеоадаптер включает в себя видеопамять, в которой хранится изображение, отображаемое в данный момент на экране дисплея, постоянное запоминающее устройство, в котором записаны наборы шрифтов, отображаемые видеоадаптером в текстовых и графических режимах, а также функции BIOS для работы с видеоадаптером. Кроме того, видеоадаптер содержит сложное управляющее устройство, обеспечивающее обмен данными с компьютером, формирование изображения и некоторые другие действия.
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.7\textwidth]{videocard.jpg}
+    \caption{Видеоадаптер с разъёмами VGA и DVI}
+    \label{fig:videocard}
+\end{figure}
+
+Современные видеоадаптеры состоят из следующих частей:
+\begin{itemize}
+    \item \textbf{Графический процессор} -- занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики.
+    \item \textbf{Видеоконтроллер} -- отвечает за формирование изображения в видеопамяти.
+    \item \textbf{Видеопамять} -- выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора.
+    \item \textbf{Видео-ПЗУ} -- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п.
+    \item \textbf{Цифро-аналоговый преобразователь} -- служит для преобразования картинки, формируемой видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор.
+    \item \textbf{Коннектор} -- необходим для подключения к монитору. 
+    (Рис. \ref{fig:videocard})
+\end{itemize}
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{nvidia_adapter.jpg}
+    \caption{Схема высокопроизводительного адаптера Nvidia}
+    \label{fig:nvidia}
+\end{figure}
+
+Большинство компонентов видеоадаптера, показанного на рис. \ref{fig:nvidia} скрыто под кожухом системы охлаждения графического процессора (GPU), включающей в себя вентилятор и теплоотвод. Практически все видеоадаптеры, представленные сегодня на рынке, используют наборы микросхем, обеспечивающие ускоренную обработку трехмерной графики.
+
+\section{Видеопамять и ее назначение}
+
+Видеопамять -- это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
+
+При включённом графическом видеорежиме в видеопамяти хранится информация о
+каждом пикселе на экране. При включённом текстовом видеорежиме хранятся только
+символы, соответствующие знакоместам на экране.
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{videomemory.jpg}
+    \caption{Чип видеопамяти, распаяный на плате}
+    \label{}
+\end{figure}
+
+Одно из узких мест любого видеоадаптера -- это пропускная способность памяти самого видеоадаптера. Причём изначально проблема возникла даже не столько из-за скорости обработки видеоданных (это сейчас часто стоит проблема информационного ``голода'' видеоконтроллера, когда он обрабатывает данные быстрее, чем успевает их читать/писать из/в видеопамять), сколько из-за необходимости доступа к ним со стороны видеопроцессора, центрального процессора и цифро-аналогового преобразователя.
+
+Сегодня существует несколько типов видеопамяти:
+\begin{itemize}
+    \item \textbf{FPM DRAM} (Fast Page Mode Dynamic RAM) -- динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом;
+    \item \textbf{VRAM} (Video RAM) -- видео ОЗУ;
+    \item \textbf{WRAM} (Window RAM) -- вариант VRAM, с увеличенной на ~25\% пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций;
+    \item \textbf{EDO DRAM} (Extended Data Out DRAM) -- динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе;
+    \item \textbf{SDRAM} (Synchronous Dynamic RAM) -- синхронное динамическое ОЗУ;
+    \item \textbf{SGRAM} (Synchronous Graphics RAM) -- синхронное графическое ОЗУ;
+    \item \textbf{НВМ} (High Bandwidth Memory) -- память с высокой пропускной способностью.
+\end{itemize}
+
+Объём памяти большего количества современных видеокарт варьируется от 256 МБ (например, AMD Radeon HD 4350) до 24 ГБ (например, NVIDIA GeForce GTX TITAN RTX). Поскольку доступ к видеопамяти GPU и другими электронным компонентами должен обеспечивать желаемую высокую производительность всей графической подсистемы в целом, используются специализированные высокоскоростные типы памяти, такие, как SGRAM, двухпортовые VRAM, WRAM, другие. Приблизительно с 2003 года видеопамять, как правило, базировалась на основе DDR технологии памяти SDRAM, с удвоенной эффективной частотой (передача данных синхронизируется не только по нарастающему фронту тактового сигнала, но и ниспадающему). И в дальнейшем DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 и на момент 2016 года GDDR5X. С выходом серии высокопроизводительных видеокарт AMD Fury совместно с уже устоявшейся на рынке памятью GDDR начала использоваться память нового типа HBM, предлагая значительно большую пропускную способность и упрощение самой платы видеокарты, за счёт отсутствия необходимости разводки и распайки чипов памяти. Пиковая скорость передачи данных (пропускная способность) памяти современных видеокарт достигает 480 ГБ/с для типа памяти GDDR5X (например, у NVIDIA TITAN X Pascal) и 672 ГБ/с для типа памяти GDDR6 (например, у TITAN RTX). 
+
+\section{Понятие о видеорежимах}
+
+Следует выделить два вида режимов работы видеоадаптера, отличающиеся способом формирования видеосигнала: графический и текстовый.
+
+Для графического режима видеоадаптера характерна возможность индивидуального управления каждым пикселем выводимого на экран изображения. Каждому выводимому на экран пикселю соответствует двоичный код, хранимый в ячейках видеопамяти. Кодированием задают количество цветов, градаций яркости или таких атрибутов, как мерцание, инверсия и др.
+
+Именно из-за указанных характеристик разным видеорежимам необходим разный
+объём видеопамяти у видеоадаптера.
+
+Различают несколько видов видеорежимов:
+\begin{itemize}
+    \item \textbf{CGA} (Color Graphics Adapter) -- объём памяти у стандартного видеоадаптера 16K байт, цифровой
+    \item \textbf{EGA} (Enhanced Graphics Adapter) -- объём памяти у стандартного видеоадаптера 128К байт, цифровой
+    \item \textbf{VGA} (Video Graphics Array) -- объём памяти у стандартного видеоадаптера 256К байт, аналоговый
+    \item \textbf{SVGA} (Super Video Graphics Array) -- объём памяти у стандартного видеоадаптера составляет от 512Kб до 32Мб, аналоговый
+\end{itemize}
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.64\textwidth]{vga_cable.png}
+    \caption{Кабель, для подключения монитора к VGA-адаптеру}
+    \label{}
+\end{figure}
+
+Для каждого из них характерно различное количество доступных цветов, а также
+разрешений экрана. Например, видеорежим VGA с разрешением 320х200 и 256 цветами
+является самым культовым из видеорежимов своего времени. При этом видеорежиму
+SVGA доступно разрешение в 4 раза большее, при 16 миллионах цветов.
+
+С другой стороны, текстовый видеорежим -- это режим компьютерного видеоадаптера, в котором экран представлен в виде решётки знакомест (а не пикселей, в отличие от графических режимов). В каждом из знакомест может находиться один символ из ограниченного набора.
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{text_video.png}
+    \caption{Norton Commander, работающий в текстовом режиме}
+    \label{}
+\end{figure}
+
+Текстовый режим даёт превосходство над графическим в скорости и простоте программирования. В 1970-е годы считалось расточительством ставить в терминал столько видеопамяти, чтобы хранить каждый пиксель экрана. В текстовом режиме изображение генерируется динамически из матрицы знакомест и изображений символов с помощью особой схемы -- знакогенератора. На более ранних ЭВМ использовались также знакопечатающие кинескопы, которые генерировали символы без сложных схем знакогенератора, используя трафарет. Вторым преимуществом текстовых интерфейсов, связанным с терминалами, стали низкие требования к скорости связи терминала и ЭВМ.
+
+\section{Монитор}
+
+Монитор -- это универсальное устройство вывода текстовой и графической информации. В современном мире существуют следующие разновидности мониторов: 
+\begin{itemize}
+    \item на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)
+    \item жидкокристалические (ЖК или LCD)
+    \item плазменные
+    \item OLED-мониторы и проекционные
+\end{itemize}
+
+Все они отличаются по технологии построения попиксельного (состоящего из множества точек) изображения.
+
+Рассмотрим подробнее технологию мониторов на основе ЭЛТ.
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.6\textwidth]{elt_monitor.jpg}
+    \caption{ЭЛТ монитор}
+    \label{fig:elt}
+\end{figure}
+
+В ЭЛТ-мониторах (рис. \ref{fig:elt}) используется поток электронов, сконцентрированный в форме одиночного луча или пучка лучей, которые управляются как по интенсивности (току), так и по положению в пространстве, и
+взаимодействуют с неподвижной пространственной мишенью (экраном).
+
+Схему устройства ЭЛТ монитора можно увидеть на рис. \ref{fig:crt-insides}.
+
+\begin{figure}[H]
+    \centering
+    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{crt_insides.png}
+    \caption{Устройство ЭЛТ монитора}
+    \label{fig:crt-insides}
+\end{figure}
+
+\begin{enumerate}
+    \item Электронные пушки
+    \item Электронные лучи
+    \item Фокусирующая катушка
+    \item Отклоняющие катушки
+    \item Анод
+    \item Маска
+    \item Красные, зелёные и синие зёрна люминофора
+    \item Маска и зёрна люминофора (увеличенно)
+\end{enumerate}
+
+%Библиографический список, составленный вручную, без использования BibTeX
+%
+\begin{thebibliography}{99}
+    \bibitem{Tannenbaum} Э.Танненбаум "Архитектура компьютера" (6-e издание)
+    \bibitem{RISC} http://shackmaster.narod.ru/vidmodes.htm
+    \bibitem{ALU} https://profi-user.ru/videoram/
+    \bibitem{IBM} https://ru.wikipedia.org/wiki/Видеопамять
+\end{thebibliography}
+
+%Библиографический список, составленный с помощью BibTeX
+%\bibliographystyle{mdpi}
+\bibliographystyle{gost780uv}
+\bibliography{thesis}
+
+% Окончание основного документа и начало приложений
+% Каждая последующая секция документа будет являться приложением
+
+\end{document}