Historie grafik v noteboocích: od počátků k VGA | Kapitola 5
Seznam kapitol
Když se dnes mluví o grafických kartách v noteboocích, většině se vybaví AMD, Nvidia nebo Intel. Jenže u počátku notebooků nebyl ani jeden z této trojice. Povíme si o vzniku prvních přenosných počítačů PC, o problémech se zobrazováním grafiky na LCD i o společnostech, které si už dnes jen málokdo spojuje s grafickými kartami.
CirrusLogic CL-GD610/620-C (1991, původní verze 1989)
Z doby klasických VGA řešení jsem vybral čipovou sadu CL-GD610/620-C. Poslouží jako ukázka typického zástupce tehdejších mobilních grafických karet, které se po troškách začaly objevovat v nejvýkonnějších noteboocích od konce roku 1989 a jako ukázka, jak se mobilní varianty grafických karet začaly odlišovat od těch stolních. Konkurenční řešení se od tohoto v principu nelišila.
Čipová sada se skládá z grafického „procesoru“ GD610 a řadiče GD620 zajišťujícího komunikaci se sběrnicí (8/16bit ISA) a obsluhu obrazového výstupu. Aby bylo řešení kompletní, musí se doplnit paměťovými čipy (256kB–1MB), malou pamětí pro složení obrazu (kvůli LCD) a podpůrnou logikou. Podpora standardů byla rozšířena z VGA i na grafické režimy CGA, EGA a v omezené míře HCG (Hercules), takže nebyl problém s žádnou dobovou aplikací. Proti standardu VGA přibyla podpora vyšších rozlišení při 16 barvách (stolní karty už touto dobou podporovaly také 640×480 ve 256 barvách). Maximem bylo 1024×768, pokud to osazená paměť dovolovala.
Jenže každý paměťový čip zvyšuje spotřebu a hlavně něco stojí, takže výrobci své notebooky osazovali videopamětí o velikosti 256 kB, a maximem tím pádem bylo 640×480. Při použití interního displeje to nebyl problém, neboť všechny běžné notebooky měly displej taktéž s rozlišením (maximálně) 640×480. Nebyl to problém mnohdy ani s externím monitorem. VGA monitory s tímto rozlišením stály v USA 500–1000 dolarů a multifrekvenční monitory s podporou vyšších rozlišení byly mnohem dražší.
Od desktopových protějšků nebyla odlišnost jen ve spotřebě. Důležitou vlastností byla podpora pro displeje používané v noteboocích a s tím související speciální funkce. Řešení od CirrusLogic si poradilo mimo klasických CRT monitorů také s plazmovými, LCD a EL (elektroluminiscenčními) obrazovkami.
Jak na to šel Apple
Zajímavě vyřešil situaci Apple, který u svých PowerBooků zprvu umožnil pouze 1bit barvy (černá, bílá). Pozdější modely umožnily maximálně 16 odstínů šedi, což byly skutečné schopnosti displeje, a převod jemnějších odstínů pomocí ditheringu se neřešil. Obraz se vysílal v 16 stupních šedi již přímo z grafické karty, což bohužel znamenalo, že s takovým displejem nešlo spustit mnoho multimediálních aplikací (a her), které si řekly (nejčastěji) o 256 barevný režim. U notebooků kompatibilních s IBM PC podobné omezení nebylo.
Tehdy už se vědělo, že budoucnost displejů bude v technologii LCD, takže si pánové z CirrusLogic dali práci, aby na takových displejích zajistili co nejlepší obraz. Měl bych zmínit, že se v té době drtivá většina notebooků (s LCD) prodávala s monochromatickým displejem a pasivní maticí. Takové displeje měly velmi pomalou odezvu (300 ms) a umožňovaly zobrazit jen několik stupňů šedi.
V grafické kartě byla logika, která rychlým měněním výstupního signálu (dithering v časové rovině) umožňovala vytvořit dojem až 64 odstínů. Bylo tak možné rozumně převést 256barevnou grafiku za cenu mírného „vlnění“ obrazu (CirrusLogic používal dithering s proměnnými vzorky a dosažené výsledky patřily k tomu lepšímu). Výrobci se tehdy předháněli v implementaci těchto algoritmů s cílem dosáhnout co nejstabilnějšího obrazu a co nejlepšího vizuálního výsledku. Nemá cenu si nic nalhávat, výsledek nebyl moc oslnivý a displeje byly nejslabší stránkou většiny notebooků.
Ukázka hry Doom na pasivním černobílém displeji. Rychlost překreslování je tak nízká,
že je z celého obrazu jedna velká šmouha.
Ukázka několika her na plazmovém displeji. Místo bílé je sice oranžová,
ale překreslování je stejně rychlé jako na CRT obrazovkách.
S možnostmi VGA a analogovým přenosem signálu do CRT monitorů šlo zapnout prakticky libovolné rozlišení, čímž vzniknul pro notebooky další problém. Obraz se ještě v grafické kartě musel převést na rozlišení displeje (typicky 640×480).
Textový režim
Standardně má mít textový režim rozlišení 720×400. U starých notebooků se kvůli schopnostem displeje používalo rozlišení 640×400, kdy byl každý znak (z 80) ochuzen o jeden sloupec pixelů. Tento sloupec byl obvykle prázdný, takže výsledkem byly pouze menší mezery mezi znaky.
Dnešní grafické karty aplikují různé filtry, aby bylo „roztažení“ obrazu co nejméně bolestivé. V této době něco takového ještě nebylo možné, takže se uživatelé museli spokojit se zdvojováním některých řádků.
Displeje měly 640×480 a v praxi se dále používala rozlišení 640×400, 320×240 a 320×200. Obě rozlišení s šířkou 320 pixelů se roztahují (i dnes) na dvojnásobek v obou rozměrech, takže fakticky se počítalo jen s 640×400 a 640×480.
V grafice se při 640×400 zdvojil každý 80. řádek. Stejné rozlišení používal i textový režim, kde by takový postup moc dobře nevypadal. Použil se tedy sofistikovanější způsob s duplikováním řádků mezi jednotlivými písmeny. Výsledek byl o poznání lepší.
Pro přístup ke specifickým vlastnostem notebooku se stejně jako dnes používalo kombinací Fn s horní řadou kláves. Klávesová kombinace měnila přes BIOS registry karty, čímž šlo vedle výstupu grafiky přepínat také roztahování obrazu (vyplnění celé plochy, centrování) a invertovat obraz. Invertování jasové složky se používalo pro práci v textových režimech, aby byl černý text na bílém pozadí (pasivním displejům příliš nesedlo vykreslování bílého textu na černém pozadí).
Některé grafické karty umožňovaly také manuálně měnit převodní tabulku pro stupně šedi, CL-GD610/620 měnil nastavení automaticky, aby dosáhl vždy maximálního kontrastu (podobný systém dynamického kontrastu se stále používá).
Na začátku 90. let se už notebooky rozjely ve velkém, a pokud vynechám výkonné náhrady stolních počítačů, nejeden model se pohyboval hmotností kolem 3,5–5 kg. U takových strojů začala být mobilita víc než jen možnost převézt počítač autem z práce domů a zpět, takže začala hrát roli také výdrž. S tím výrobci počítali a do svých grafických karet přidávali různé šetřící funkce. V případě CL-GD610/620 to je třeba vypínání převodníku pro CRT monitor (RAMDAC) při běhu notebooku na baterie (pokud není monitor připojen), snížení obnovovací frekvence LCD a několik šetřících režimů od pouhého vypnutí LCD panelu až po uložení registrů do hlavní paměti RAM a následně vypnutí grafických čipů.