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#VGA에 대하여
#디스플레이의 원리
어떤 문자를 화면에 표시하라는 명령을 내리면 CPU는 그 처리 결과를 모니터에 나타 내도록 그래픽 카드에게 명령을 내린다. 그래픽 카드에 내려진 명령은 비디오 칩을 거친 다음 비디오 램을 거쳐 문자 생성기라는 곳에서 비디오 램에 들어 있는 문자의 모양에 대한 정보를 읽어오고, 문자 모양 테이블에서 그에 해당하는 문자를 읽어 온 후 속성 컨트롤러에서 최종 정보를 만든다. 이 최종 정보는 그래픽 카드에서 처리한 디지탈 신호를 모니터에 표시할 수 있는 아날로그 신호로 분리 해 주는 램댁이라는 곳을 통해 RGB 신호로 분리되어 모니터로 보내진다.
그래픽 카드에서 입력된 신호는 모니터에 들어 있는 CRT에 도착하여 그래픽 카드의 신호가 붉은 색(Red), 초록색(Green), 그리고 파랑 색(Blue) 등으로 분리된 후 전자총을 통해 모니터의 뒷면에 칠해져 있는 형광 물질로 발사된다. 이렇게 발사되는 빔이 형광 물질과 부딪쳐 화면에 필요한 문자나 도형을 나타낸다.
1. 운영체제나 어플리케이션으로부터 디지털 신호가 비디오 카드에 전달된다. 비디오 카드에는 디지털-아날로그 변환기, DAC를 통해 처리된다.
2. DAC회로는 PC로부터 받은 디지털 신호를 내장된 표와 비교해 3원색을 표시할 수 있도록 전원 값을 찾는다. 이 표에는 262,144가지의 값을 보유하고 있으며, VGA 카드에는 이들 중 256가지 값만을 가지게 된다. 메모리가 더욱 많이 장착된 VGA 카드에서는 더욱 많은 칼라와 높은 해상도를 지원하게 된다.
3. 비디오 카드는 이 신호를 모니터 뒤편에 위치한 전자총으로 신호를 보낸다. 전자총에서 발생된 하나의 전자빔에는 3가지 삼원색을 표시할 수 있는데 각색의 조절은 비디오 카드로부터 받은 정보에 의해 조절된다.
4. 비디오 카드는 또 CRT의 목 부분에 신호를 보낸다. 이 신호는 전자빔의 초점과 위치를 결정하게 되고 해상도와 모니터의 리프레시 비율을 결정하는데 중요한 역할을 하게 된다.
5. 셰도우 마스크라 불리는 철판의 구멍을 전자빔이 통과하게 된다. 셰도우 마스크는 화면상의 정확한 위치에 주사하도록 하는 장치인데 이들 구멍간의 간격은 화면의 선명도를 결정하게 되는 도트 피치이다. 간격이 좁으면 도트 피치가 줄어들게 되어 더욱 선명한 이미지를 표시할 수 있다.
6. 전자빔에서 발생된 전자는 유리관 내부에 칠해진 발광체에 부딪히게 된다. 3가지의 발광체는 각각에 해당되는 3원색을 표시한다. 만약 각각의 발광체에 같은 양의 빔이 주사되면 흰색이 나타나게 된다. 다른 색상을 표시하기 위해서는 3원색의 강약을 조절하면 쉽게 표시할 수 있다.
7. 래스터 스캐닝이라는 방식을 이용해 빔은 화면의 좌측에서 우측으로 전체를 주사 한다.
8. CRT 의 목 부분에서는 다시 빔을 화면의 왼쪽 윗 부분으로 끌어 올린다. 화면은 초당 60회 리프레시 된다.
#VGA 카드의 구성과 기능
VGA 카드의 주요 목적은 CPU에서 정보를 가져와 모니터 상에 출력하는 것이다. 비디오의 속도를 가속화하기 위해 다른 조건이 다 똑같다면 CPU가 빠를수록 비디오의 속도가 빠르다. 또한 CPU는 시스템의 버스를 통해 VGA 카드에 연결되는데 이 버스의 속도가 비디오 시스템이 갱신할 수 있는 속도에 영향을 준다. 예를 들어 ISA 버스가 있는 시스템에서 PC상의 카드들은 단지 8MHz로 동작된다. CPU가 120MHz이든지 200MHz 이든지 오로지 8MHz로만 동작된다. PCI 버스에서는 현재 33MHz가 최고이다.
VGA 카드의 가장 일반적인 구성은 칩세트, 비디오 메모리, 바이오스 롬, 램댁(RAMDAC),확장 슬롯 커넥터, 비디오 피쳐 커넥터, 비디오 커넥터 등으로 이루어진다.
1. VGA그래픽 컨트롤러 (칩세트)
비디오 메모리와 램댁을 제어하고 버스 인터페이스를 통해 마더보드와 교신을 하면서 VGA 카드 전체의 동작을 제어한다. 이러한 컨트롤러 칩세트는 VGA 카드에 있어서 CPU라고 할 수 있는 곳으로 VGA의 모든 제어를 조절하는 부분이다.
CRT 컨트롤러 : 모니터로 출력될 각종 타이밍 신호와 제어 신호(vsync,ssync)들을 발생, 비디오 메모리의 DRAM 리프레쉬 신호 생성 타이밍 시퀀서 : VGA 카드상에서 동작하는 VGA칩 내부 및 비디오 메모리등의 각종 타이밍과 관련된 제어 신호를 만들어 제공함으로써 어댑터의 전반적인 동작을 관장.
그래픽 컨트롤러 : 시스템의 CPU와 인터페이스하게 되는 주된 요소. 주로 그래픽 모드에서 지원되는 각종 read/write모드를 지원하는 부분으로 이는 CPU가 비디오 메모리에 영상 정보를 저장하거나 다시 읽는 과정에서 요구되는 여러가지 작업을 지원하여 CPU가 효과적이고 신속하게 비디오 메모리를 관장할 수 있도록 도와 줌.
어트리뷰트 컨트롤러 : 비디오 메모리에 있는 영상 정보와 VGA 칩 내부 레지스터 에 저장되어 있는 각종 정보를 이용하여 CRT등에서 영상을 표현 하는데 요구되는 적절한 형태의 데이타로 변환, 속성 처리. 데이터 시리얼라이저 : 비디오 메모리의 디스플레이 정보인 1Byte 단위 병렬 데이터를 가져와서 비트 단위의 직렬 데이타로 변환해서 속성 컨트롤러에 보내주는 역할을 한다.
VGA 칩세트는 멀티미디어용 인터페이스와 하드웨어 그래픽 엔진 등을 내장하고 있을 뿐만 아니라 VGA 카드 상의 비디오 램 제어, 화면 출력 타이밍 생성, CPU 인터페이스 등 VGA가 필요로 하는 대부분의 작업을 수행한다.
2. 비디오 메모리
비디오 메모리는 화면에 표시되는 내용을 담고 있는 메모리로서 현재의 화면 모드가 텍스트이건 그래픽이건 그 내용은 반드시 비디오 메모리에 그대로 담겨있다. 화면에 그리기를 원하는 dot가 많을수록, 그리고 사용 가능하기를 원하는 색깔이 많을수록 VGA 카드에는 더 많은 메모리가 필요하다.
DRAM : 단일 포트를 사용함으로 한 순간에 읽거나 쓰기 한 동작만 가능 일반 RAM 보다 성능을 20% 개선 시킨 것 VRAM : 이중 포트를 사용함으로 읽거나 쓰기가 동시에 가능 DRAM 보다 속도가 2배 빠르다.
3. ROM BIOS
ROM BIOS는 하드웨어의 입출력을 비롯하여 대부분의 복잡한 기능을 처리해 주는 프로그램으로 원래 초창기 CGA나 허큘리스 비디오 카드에는 존재하지 않았다. 이러한 카드는 구조나 기능이 단순하여 그래픽 하드웨어를 제어하는 프로그램이 시스템 ROM BIOS에 내장될 수 있었기 때문이다. 그러다가 EGA 카드부터 내부 구조가 복잡해지고 비디오 기능을 수행하게 되면서 독립적인 ROM BIOS가 비디오 카드에 내장되게 되었다. 따라서 EGA이상의 비디오 카드는 시스템 BIOS와 별도로 보드 내에 자체 BIOS를 가지고 동작한다. 화면용 메모리 버퍼를 지우고, 커서의 모양이나 크기를 조절하고 또한 커서의 위치를 지하는 등 화면 표시에 관한 루틴을 내장하고 있어서 롬 바이오스를 호출하는 것만으로 간단하게 화면 처리 루틴을 사용할 수 있다.
4. 램댁 (RAM DAC)
램댁은 RAM (Random Access Memory)의 성격과 DAC (Digital-to-Ananlog Converter) 의 성격을 모두 가지고 있다. 램댁에는 256K 가지의 색상 중에서 프로그래머 마음대로 256가지를 선택하여 사용할 수 있게 해주는 팔레트가 들어 있으며 또한 디지탈 신호 형식의 비디오 데이터를 아날로그신호로 변환시켜 주는 기능도 있는데 외적으로 보이는 VGA의 주요 특징 모두를 램댁에서 제공하고 있는 셈이다.
※ 팔레트
컴퓨터 비디오 디스플레이에서 시스템이 나타낼 수 있는 색상들을 가리킨다. VGA 컬러 화면은 262,144 색의 팔레트를 제공하지만, 한 화면에서는 동시에 최대 256색만을 나타낼 수 있다. 페인트 프로그램과 드로우 프로그램에서는 화면에서 색상 툴 또는 그리기 툴 등의 선택 사항이 나타난다. 비디오 메모리의 한계와 신속한 색상 변경을 위해서 팔레트가 필요하다.
#색상과 해상도
1. 색상과 해상도의 개념
컴퓨터에서 색상 표현은 적색, 녹색, 청색의 3요소가 모여서 하나의 점을 만들면서 이루어 진다. 이것은 TV에서도 마찬가지인데 TV 화면을 가까이서 자세히 보면 적, 녹, 청색을 나타내는 셀(CELL)들이 무수히 연결되어 있다. 여기에 적절한 강도를 주어서 무한 개의 색을 조합해 내는 것이다. 그래픽 시스템에서의 색상과 해상도의 개념은 모두 메모리를 대상으로 하는 것이다. 그래픽 데이터를 처리할 수 있는 메모리가 많을수록 표현할 수 있는 색상과 해상도가 많아진다. 메모리를 3차원적 개념으로 구성하였을 때 일반적으로 색상은 메모리의 깊이가 결정하고 해상도는 평면의 면적이 결정한다고 할 수 있는데 이들은 모두 메모리의 용량에 관계하는 요소이다. 해상도는 픽셀에 대응되는 각 점들이 모여서 하나의 평면을 구성하는데 얼마나 많은 점들로 구성되는가에 따라 해상도가 결정된다. 그런데 이러한 평면에서 가지고 있는 색상 데이터는 0 또는 1뿐이므로 두가지색만 존재하고 이것은 모노 표현이다. 여러개의 평면이 겹쳐질 경우에 비로소 색상수가 증가하여 칼라가 된다. 두개의 평면이라면 4색상, 네 개라면 16색상, 여덟개라면 256색상이다.
2. 해상도, 칼라 수별 소요 비디오 메모리 양
해상도 X 칼라(bit) / 8 = 필요한 메모리 양 (byte)
EX) 1024 X 768 해상도에 65536(32bit)칼라를 사용하기 위해서 필요한 메모리 양
1024 X 768 X 32 / 8 = 3145728 byte (3145728 / 1048576 = 3M) [1K = 1024]
3. VGA에서 색상 구현
16색상, 256색상이라는 것은 적, 녹, 청의 세가지 요소에 적절한 값을 주어서 얻어진 전체 경우의 수를 말한다. 특정 픽셀의 색상을 바꾸고 싶으면 그 픽셀의 주소를 지정하고 겹쳐져 있는 여러 평면에서 같은 주소의 데이터를 바꾸어야 한다. 여기서의 평면은 비트 플레인이라고 말하고, 이것은 PC에서 정한 규칙을 지키기 위해 64KB 내에서 색상을 표현해야 하므로 여러 개의 64KB크기의 비트 플레인으로 구성된다.
1) 16색
16색의 경우 한 픽셀에 색을 나타내려면 4비트가 필요하다. 즉, 16색은 한 화면에 표시하기 위해 비디오 메모리의 64KB 단위비트 플레인을 네 개 구성한다. 각 비트 플에인에 각각의 픽셀에 대한 색 정보(4비트)가 각각 한 비트씩을 차지한다. 따라서 어느 한 픽셀에 어떠한 색을 주기 위해서는 4비트 플레인을 모두 제어해야 한다. 이 비트 플레인을 제어하는 것은 시퀀서가 담당하게 된다. 예를 들어 색 정보가 15번 색이라면 이진수로 1111이므로 이 값을 각각의 비트 플레인에 나누어 주게 되는 것이다.
2) 256색
256색을 표시하는 방법은 비트 플레인이 아닌 뱅크를 전환해 주는 방식으로 처리 된다. 뱅크는 페이지라고도 부르는데 화면의 한 픽셀을 표현하기 위해 필요한 8비트를 8개의 플레인에서 얻는 것이 아니라 하나의 플레인에서 연속적인 8비트를 얻는 방식이다. 따라서 각 플레인은 겹쳐지는 것이 아니라 선형적인 소 방식으로 접근할 수 있는 위치에 있게 되어 비트 플레인 대신 뱅크라는 용어를 사용한다.
뱅크 처리는 640 x 480의 256 칼라의 경우 약 300KB가 필요한데, 64KB로 나누면 4이상이므로 5개의 64KB크기의 뱅크를 만든다. 256색상을 표현하는데 1바이트가 필요하며 이것은 실제 비트 플레인처럼 비트씩 나누어지는 것이 아니라 8비트 모두가 한 뱅크에 넣어진다. 이 방식은 어떤 픽셀의 색들 바꾸려면 그 픽셀이 위치하고 있는 뱅크로 전환하고 그 뱅크상에서 픽셀의 위치에 해당하는 번지에 색의 번호를 전달함으로써 이루어 진다.
따라서 16색에서 색상을 결정할 경우 비트 플레인을 모두 전환해 주어야 하는 반면, 이 방식은 한 번만 뱅크 전환을 하게 되며, 또한 이웃한 점이 같은 뱅크이면 뱅크를 전환 할 필요가 없으므로 유리한 점이 있다.
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