Программирование, радиоэлектроника,
саморазвитие и частичка из моей жизни здесь...

Ретро ПК на 80486 - видеокарта для VLB, история звуковых адаптеров, Creative Sound Blaster

Небольшой рассказ о ретро видеокартах, первые ускорители графики (акселераторы), характеристики устройств и режимы их работы. Рассмотрим VLB видеоадаптер для работы в системе на базе процессора 80486.

Старые звуковые карты, история Creative Sound Blaster. Поделюсь историей своего знакомства с миром мультимедиа и некоторыми забавными приключениями из прошлого.

Это четвертая статья из серии.

Предыдущие части:

  1. Ретро ПК на 80486 - история, особенности микропроцессоров 486.
  2. Ретро ПК на 80486 - материнская плата с VLB, SIMM память и кеш-память L2
  3. Ретро ПК на 80486 - контроллер FDD/HDD/COM/LPT, жесткие и гибкие диски, дисководы 5.25, 3.5, ZIP

Содержание:

  1. Что такое видеоадаптер и графический ускоритель
  2. Из чего состоит видеоадаптер
  3. Режимы работы, Video-BIOS, интерфейсы подключения
  4. Обзор VLB видеокарты Trident TGUI9440AGi
  5. Мое первое знакомство с мультимедиа, веселая история
  6. Что такое звуковая карта, история аудио адаптеров
  7. Обзор Creative Sound Blaster 16 (ISA)
  8. В завершение

В предыдущих частях я рассказал о микропроцессорах 80486, рассмотрели материнскую плату с шиной VLB (VESA Local Bus), была подробная информация о SIMM памяти для компьютеров на базе 486, а также о использовании и настройке внешней кеш-памяти L2 и ее подделках. Поделился веселыми историями знакомства с 80486 из прошлого. Также были рассмотрены мультиконтроллер инетрфейсов и устройства хранения данных на гибких и жестких магнитных дисках.

В начале этой части пойдет речь об еще одном устройстве, без которого не сможет функционировать ни один персональный компьютер - это видеоадаптер.

Что такое видеоадаптер и графический ускоритель

В каждом персональном компьютере есть устройство, отвечающее за формирование и вывод информации на экран. Оно может представлять собой собранную на общей плате электронную схему (интегрированную) или же быть выполнено в виде отдельного съемного модуля (адаптера).

Video Card (видеокарта, видео-плата, видео контроллер) - электронное устройство, преобразующее хранящийся в памяти (видео-памяти) образ графического изображения в серию сигналов для передачи и отображения их на аналоговом или цифровом видео-дисплее.

В стареньких компьютерах видео-карта устанавливалась, как правило, в свободный ISA слот материнской платы и была оформлена в виде отдельного модуля - платы из стеклотекстолита с запаянными на ней электронными компонентами, разъемами.

Ниже представлены фото двух наиболее старых видеоадаптеров под ISA шину, которые у меня сохранились. Первый из них был установлен еще в моем первом персональном компьютере на процессоре 80286-12МГц, планка для крепления в нем отсутствовала, пришлось тогда ее изготовить самому из листовой алюминиевой бляхи.

Безымянный видеоадаптер под ISA шину - VGA с 256 Кб (0,25 МБ) памяти

Рис. 1. Безымянный видеоадаптер под ISA шину - VGA с 256 Кб (0,25 МБ) памяти.

Старый видеоадаптер под ISA шину - Realtek с 256 Кб (0,25 МБ) видео памяти

Рис. 2. Старый видеоадаптер под ISA шину - Realtek с 256 Кб видео памяти.

На плате есть четыре панельки под микросхемы видеопамяти, сейчас же заняты только две - что дает 256 КБ.

Попробуйте посчитать сколько всего микросхем расположено на плате этого старого видеоадаптера. "Гусеницы" черного цвета с ножками в один ряд  (это резисторные сборки) - не считаем.

А теперь посмотрите на сюрприз:

Хитро спрятанная микросхема в старом ISA видео-адаптере Realtek с 256 Кб памяти

Рис. 3. Хитро спрятанная микросхема в старом ISA видео-адаптере Realtek с 256 Кб памяти.

Следующие видеоадаптеры - также под шину ISA, но они уже оснащены уже 1 МБ видео памяти! Такой объем позволял использовать более высокие разрешения экрана, что стало очень затребовано с появлением операционных систем Windows 3.1 и Windows 95 и различных программных пакетов к ним.

Что такое графический ускоритель? - это электронная плата расширения или набор компонентов видео-адаптера, выполняющие часть расчетов по формированию 2D и/или 3D изображения и тем самым освобождая от этих расчетов центральный микропроцессор ПК.

Далее на фото показано несколько экземпляров видео-ускорителей 2D-графики под классическую шину ISA.

Рис. 4. Видеоадаптер Tirdent Microsystems TVGA8900D с объемом видеопамяти 1 МБ (1992 год).

Старая ISA видеокарта Tirdent TVGA8900С (1991 год)

Рис. 5. Старая ISA видеокарта Tirdent TVGA8900С (1991-й год).

Чип TVGA8900С на ISA видеокарте от Tirdent Microsystems

Рис. 6. Чип TVGA8900С на ISA видеокарте от Tirdent Microsystems.

Ретро ISA видеокарта Tirdent TVGA9000 с 1МБ видеопамяти (1994-й год)

Рис. 7. Ретро ISA видеокарта Tirdent TVGA9000 с 1МБ видеопамяти (1994-й год).

 Чип TVGA9000 на ISA видеокарте от Tirdent Microsystems

Рис. 8. Чип TVGA9000 на ISA видеокарте от Tirdent Microsystems.

Позже, с появлением более быстрых систем с VLB и PCI интерфейсами, начали выпускаться более оптимизированные и богатые по возможностям видео-адаптеры, ускорители графики.

Приведу здесь несколько экземпляров видеокарт с интерфейсом PCI, который был уже доступен на некоторых более поздних материнских платах для процессоров 80486 и Pentium.

PCI видеокарта S3 Trio64V+ с 1МБ видеопамяти

Рис. 9. PCI видеокарта S3 Trio64V+ с 1МБ видеопамяти.

Две площадки под микросхемы памяти свободны, а могло бы быть и 2 МБ видеопамяти.

PCI видеокарта 3D Rage Pro от ATI Technologies с 4МБ видеопамяти

Рис. 10. PCI видеокарта 3D Rage Pro от ATI Technologies с 4МБ видеопамяти.

На этом стареньком графическом ускорителе от ATI расположено не мало электронных компонентов, используются твердотельные конденсаторы, есть разъемы с видео выходами для подключения к TV.

VGA и TV разъемы в PCI видеоадаптере ATI 3D Rage Pro

Рис. 11. VGA и TV разъемы в PCI видеоадаптере ATI 3D Rage Pro.

Видеопамять распаяна в виде четырех микросхем - две с одной стороны и две с обратной. Также есть разъем для установки планки расширенной видео памяти.

Чип 3D Rage Pro на ретро видеоадаптере от ATI Technologies

Рис. 12. Чип 3D Rage Pro на ретро видеоадаптере от ATI Technologies.

Графический 2D ускоритель Alliance Semiconductor ProMotion AT25 на 4МБ видеопамяти (1997-й год)

Рис. 13. Графический 2D ускоритель Alliance Semiconductor ProMotion AT25 на 4МБ видеопамяти (1997-й год).

Чип Alliance Semiconductor ProMotion AT25 на PCI видеоадаптере

Рис. 14. Чип Alliance Semiconductor ProMotion AT25 на PCI видеоадаптере.

Согласитесь, логотип компании Alliance Semiconductor - уникальный и узнаваемый. Компания выпускала и продолжает выпускать чипы памяти SRAM и DRAM.

А теперь посмотрите на вот эту красотень от компании ASUS, которая использовала для своей видеокарточки чип ATI - 3D Rage II+DVD:

Профессиональная PCI видеокарта ASUS 3DP-V264/PRO с чипом 3D Rage II + DVD от ATI Technologies и с 4МБ видеопамяти

Рис. 15. Профессиональная PCI видеокарта ASUS 3DP-V264/PRO с чипом 3D Rage II + DVD от ATI Technologies и с 4МБ видеопамяти.

На плате собран целый "кибер-город" из микросхем, резисторов, конденсаторов, кварцов, особенно выделяются танталовые конденсаторы желтого цвета - "капельки".

Мало того что эта PCI видеокарта оснащена 4МБ памяти, так в ней еще и кроме видео-выходов предусмотрены видео-входы! За захват и обработку видео сигнала отвечает микросхема BT829AKPF, которая является видео-декодером для аналоговых сигналов со входов Composite Video и S-Video.

Чип 3D Rage II+DVD и микросхема видео-декодера BT829AKPF на видеокарте ASUS 3DP-V264/PRO

Рис. 16. Чип 3D Rage II+DVD и микросхема видео-декодера BT829AKPF на видеокарте ASUS 3DP-V264/PRO.

С приходом процессоров Pentium II и Celeron появилась еще более производительная шина - AGP (Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт).

Графический 3D-ускоритель, видеокарта под AGP порт - Nvidia Riva TNT2 с 32МБ видео-памяти

Рис. 17. Графический 3D-ускоритель, видеокарта под AGP порт - Nvidia Riva TNT2 с 32МБ видео-памяти.

В современных компьютерах видео-адаптеры устанавливаются, как правило, в высокоскоростные слоты PCI-Express и кроме вывода на экран построенного изображения применяются также для задач, которые связаны со сложными вычислениями.

Из чего состоит видеоадаптер

Каждый видеоадаптер с аналоговым видео-выходом состоит из четырех основных компонентов:

  1. Video BIOS - занимается инициализацией и конфигурацией видеоадаптера в момент запуска системы, содержит данные для работы с видеодрайвером;
  2. GPU (Graphical Processor Unit) - графический процессор, отвечает за обработку данных для построения рисунка, разгружая при этом основной микропроцессор системы;
  3. VRAM (Video RAM) - видеопамять, используемая для хранение данных изображения. Основные типы микросхем такой памяти: FPM DRAM, VRAM (Video RAM), WRAM (Window RAM), EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM;
  4. DAC (Digital-Analog Converter) - ЦАП, цифро-аналоговый преобразователь. Преобразование данных из памяти для подготовленного изображения в аналоговые сигналы, передаваемые на монитор.

Небольшая SRAM (Static RAM) для хранения палитры цветов и три быстродействующих DAC в содружестве являют собой RAMDAC (RAM + DAC). Эти компоненты часто выпускались в виде одной микросхемы, а также могут быть встроены в контроллер дисплея.

На следующем фото показана плата видеоадаптера, где присутствуют в классической связке: GPU (TVGA8900D), микросхему Video BIOS, а также DAC (TKD8001), выходы которого через дроссели подведены к разъему VGA.

Микросхема TKD8001 (24bit DAC, 'ColorSync') на видеокарте Tirdent Microsystems с чипом TVGA8900D

Рис. 18. Микросхема TKD8001 (24bit DAC, 'ColorSync') на видеокарте Tirdent Microsystems с чипом TVGA8900D.

От разрядности RAMDAC зависит допустимый диапазон изменения цветности для каждого выводимого на дисплей пикселя, а от его рабочей частоты также зависит и частота обновления экрана (в Герцах, например 85 Гц).

Режимы работы, Video-BIOS, интерфейсы подключения

Разрешающая способность дисплея (часто просто говорят "разрешение") - это размер минимального элемента изображения на экране, пикселя (Pixel, PictureElement->PixElement).

От размера пикселя и их количества по вертикали (Y) и горизонтали (X) зависит детализация выводимого на экран дисплея изображения.

Как правило, разрешение считают и обозначают сокращенно в виде двух чисел [X]x[Y] - количества пикселей по горизонтали и по вертикали экрана. Например: 640x480.

Рассмотрим список видео-режимов и адаптеров, которые позволяли получить разную цветность и разрешающую способность изображения на экране дисплея, история возникновения в хронологическом порядке:

  • MDA (Monochrome Display Adapter) - один из первых стандартов видеоадаптеров, выпущенных в 1981-м году для IBM PC; Монохромный текстовый режим 80x25 символов без поддержки графики.
  • HGC (Hercules Graphics Controller) - поддержка монохромного текстового и графического видеорежимов с разрешением 720x348.
  • CGA (Color Graphics Adapter) - первый цветной видеоадаптер, был выпущен также как и MDA в 1981-м году; Поддержка текстовых (40x25 и 80x25 знаков, 16 цветов символов + 8 с миганием или 16 обычных цветов фона) и графических (320x200 с 16-ю цветами и 640x200 в двух цветах) режимов.
  • EGA (Enhanced Graphics Adapter) - выпущенный в 1984 году, улучшенный графический адаптер, усовершенствование CGA; Присутствовало 16 КБ ПЗУ (BIOS); В палитре доступно 64 цвета, при разрешении 640x350 из нее можно было использовать 16 цветов на выбор; Текстовые режимы: 80x25, 40x25, 80x43; Графические: 320x200, 640x200, 640x350.
  • EGA Plus (Super EGA) - улучшенный EGA, с более высокими графическими разрешениями: 640x400, 640x480, 720x540, 752x410, 800x560, 896x350, 912x480;
  • MCGA (Multicolor Graphics Adapter) - встроенный в материнскую плату видеоадаптер для компьютеров IBM PS/2; Видеопамять - 64 КБ; Текстовый режим позволял работать в разрешении до 80x50 символов; Количество поддерживаемых цветов было увеличено до 262144!
  • VGA (Video Graphics Array) - выпущен в 1987-м году, расширение возможностей EGA, VGA BIOS, аналоговый интерфейс обмена сигналами с монитором; Добавлено текстовое разрешение 720x400, а также графический режим 640x480; Текстовые режимы: 40x25, 80x25; Графичесике режимы: 320x200 (4, 16, 256 цветов), 640x200 (2 и 16 цветов), 640x350 (2 и 16), 640x480 (2 и 16).
  • XGA (eXtended Graphics Array) - стандарт от компании IBM, анонсированный в 1990-м году, его часто связывали с разрешением 1024x768; Добавлял новые высокие разрешения: 640x480 (65536 цветов), 1024x768 (палитра в 16 или 256 цветов).
  • SVGA (Super VGA) - не является стандартом, общее название устройств с улученными режимами VGA (следующим стандартам VBE), поддержка 65 536 цветов (16 бит - High Color) и 16 миллионов цветов (24 бита - True Color); Также под этим названием часто подразумевают разрешение 800x600.
  • UVGA (Ultra VGA) - тот же SVGA но с еще более высокими разрешениями, например 1280x1024.

VGA BIOS - специальная программа, позволяющая обращаться к многим функциям видеоадаптера, вызывая их без непосредственного обращения к самому адаптеру. Шаг к стандартизации и аппаратной независимости программ - возможности использовать одни и те же программы с разными видеоадаптерами.

VBE (VESA BiOS Extensions) - стандарт программного интерфейса управления для SVGA-видеоадаптеров от разных производителей. Таким образом, для работы с любым из таких адаптеров программисту можно было ограничиться одним общим драйвером интерфейса VESA.

Все адаптеры от MDA до EGA подключались к дисплею по цифровому интерфейсу через 9-пиновый разъем D-sub (DB-9) - такой же по виду как и для COM-порта, только с другой разводкой и назначением выводов.

Начиная с MCGA для передачи на устройства сигналов отображения начали использовать аналоговый интерфейс с 15-пиновым D-sub (DB-15), который часто называют "VGA".

Переход на аналоговый метод передачи сигналов к монитору был вынужденной мерой, поскольку дальнейшее увеличение цветов с цифровым интерфейсом было очень проблематичным.

Для получения 8-ми (23) цветов пикселя достаточно в нужной комбинации засветить нужные из трех базовых цветов (RGB):

  • R - Red, красный;
  • G - Green, зеленый;
  • B - Blue, синий.

Чтобы убедиться в этом можете поиграть с RGB-светодиодом (например с помощью Raspberry Pi), просто коммутируя каждую из его трех частей и комбинируя их включения в разных конфигурациях.

Изменяя яркость каждого из каналов RGB можно получить огромное количество самых разных цветов.

Цифровая передача предусматривала 3 линии для управления RGB и дополнительные линии для управления фиксированными уровнями их яркости. Добавление новых уровней увеличивало количество каналов и соответственно количество необходимых контактов для подключения видеоадаптера к монитору.

Перейдя на аналоговый интерфейс, управление яркостью выполняется с помощью тех же трех проводников, которые использовались для включения/выключения RGB-каналов в цифровом интерфейсе. Для этого используется управление уровнем напряжения для каждого из каналов RGB.

Чтобы показать по каким проводникам проходят RGB-сигналы я разобрал VGA-кабель от старого монитора и очистил некоторые жилки:

Как устроен VGA-кабель от старого монитора, количество и строение жилок

Рис. 19. Как устроен VGA-кабель от старого монитора, количество и строение жилок.

Под внешней изоляцией спрятана экранирующая оплетка из очищенных тоненьких проводничков, под ней - экранирующая фольга. Таким образом реализована достаточно надежная защита от внешних высокочастотных помех.

Внутри этой защиты находится девять проводников, три из которых явно толще от остальных - это и есть каналы RGB. Каждый из этих сигнальных проводников - коаксиальный (одна центральная жилка в изоляции, которая обернута в экран).

Применение коаксиальных кабелей здесь обусловлено необходимостью защитить проводника от влияния сигналов, которые будут проходить по соседним проводникам.

Вот такое вот не простое строение у VGA-кабеля.

Обзор VLB видеокарты Trident TGUI9440AGi

Этот видео-адаптер, ускоритель 2D-графики от компании Trident мне достался вместе с материнской платой M912 (DX-6900).

Trident Microsystems - основанная в 1987-м году и хорошо известная в 1990-х годах компания по производству недорогих графических чипсетов для VGA и SVGA видео-адаптеров.

Наиболее инновационными видеоадаптерами компании того времени можно считать вышедшие после 1994-го года серии видеокарт TVGA, а позже и TGUI:

  • TVGA 92xx, TVGA 938x, TVGA 94xx -  первые ускорители под Windows (отрисовка 2D, "хардварный" курсор и другие оптимизации);
  • TGUI944х - первые высокопроизводительные 2D-ускорители для Windows, которые были способны составить достойную конкуренцию аналогичным продуктам других компаний.

Выше я приводил фото нескольких видеоплат с чипами TVGA от компании Trident Microsystems. Ускорителем графики является и рассматриваемая мною TGUI9440 с суффиксом AGi - TGUI9440AGi.

Видеокарта Trident TGUI9440 AGi, VLB 32-bit

Рис. 20. Видеокарта Trident TGUI9440 AGi, VLB 32-bit.

Надписи и идентификаторы на плате:

  • PB-TD9440VL / SOJ / SMT / V2;
  • FCC ID # KDE94OOCXIHFLVGA.

Чип TGUI9440 AGi на видеокарте с шиной VLB

Рис. 21. Чип TGUI9440 AGi на видеокарте с шиной VLB.

Микросхемы на плате:

  • TGUI9440AGi 46TRKD/9447 - графический чип с логотипом компании Trident, 1994 год.
  • HY534256ALJ-60 - восемь микросхем динамической памяти (DRAM) с низким потреблением энергии (изготовлены по технологии CMOS, Complementary metal–oxide–semiconductor). Объем каждой - 256к*4 бит (128 КБайт), быстродействие - 60 наносекунд. Производитель - компания Hynix.
  • HM5142650DJ5 - DRAM 256к*16 бит (512 КБайт). Производитель - Hitachi.
  • Trident ver. A5.1 445C4BI2BNJDH007 - микросхема BIOS.

Для фильрации напряжения по линиям питания на плате распаяны танталовые конденсаторы, корпуса которых выполнены в виде оранжевых "капелек". Вы могли уже видеть такие на крутой PCI видео-карте от компании ASUS, которая была рассмотрена выше.

На выходе видеоадаптера - 15-контактный разъем для подключения монитора:

15-контактный разъем D-15 (VGA) для подключения дисплея у видеокарты TGUI9440

Рис. 22. 15-контактный разъем D-15 (VGA) для подключения дисплея у видеокарты TGUI9440.

Те кто работал с подобными видеокартами от Trident Microsystems, скорее всего вспомнят их характерную черту при инициализации системы - отображаемые цветные логотип и текст с названием компании, размером видеопамяти, разрядностью и режимом работы:

 trident-logo-on-display 

Рис. 23. При загрузке компьютера с видеокартой TGUI9440 отображается логотип компании Trident Microsystems.

Основные характеристики видеоадаптеров на чипе Trident TGUI9440:

  • Год выпуска: 1994;
  • Кодовое имя: TGUI9440;
  • Поддерживаемые шины: VLB (VESA Local Bus) с частотой до 50 МГц, PCI - с частотой до 33 МГц;
  • Тип памяти: DRAM или EDO DRAM;
  • Размер памяти: 1MB, 2MB (максимум 2MB);
  • Видео-выход: 15-пиновый D‐sub (VGA);
  • Разрядность ядра и шини памяти: 32 бита (количество данных, передаваемых за один такт);
  • Интегрированный 24-битный (TrueColor) DAC с таблицей цветов;
  • Функции ускорения графики для: BitBLT (Bit Blit, перенос блока с битами одного изображения на другое), прорисовки линий, заполнения цветом многоугольных замкнутых областей (полигонов), преобразований рисунков и текста;
  • Поддержка аппаратного курсора: 64x64 или 32x32, два цвета;
  • Поддержка высоких разрешений: 1280x1024 - 256 цветов, 1024x768 - 256, 1024x768 - 65536, 800x600 - 65536, 640x480 - 16 миллионов цветов;
  • Поддержка расширенных текстовых режимов: 80 или 132 колонки, при 25, 30, 43 или 60-ти строчках;
  • Поддержка технологии управления питанием "Deep Green PC": VESA DPMS (Display Power Management Signaling), интерфейс для отключения питания RAMDAC, возможность полного отключения графической подсистемы;
  • 100% совместимость с IBM VGA по BIOS, регистрам и на аппаратном уровне.

В даташите на чип заявлен следующий список пакетов программ с поддержкой видеоадаптера без необходимости установки специального драйвера:

  1. Microsoft Windows;
  2. Wordstar;
  3. OS/2;
  4. Autoshade;
  5. FrameMaker;
  6. P-CAD;
  7. Microsoft Word;
  8. Symphony;
  9. SCO X-Windows (графическая оболочка SCO UNIX);
  10. Ventura Publisher;
  11. Microsoft NT;
  12. CADKEY;
  13. Lotus;
  14. AutoCAD;
  15. Quattro-Pro;
  16. VersaCAD;
  17. WordPerfect.

На плате также можно видеть 26-контактный разъем, подписанный как CONN5 - это VAFC (VESA Advanced Feature Connector), порт который соединен с интерфейсом DAC и к которому можно подключить какое-то внешнее поддерживающее этот интерфейс устройство для вывода дополнительного слоя изображения (overlay, от over layer - поверх слоя) на экран, минуя остальные функциональные блоки графического чипа.

Пиковая пропускная способность VLB - до 130 МиБ/с (1 Мебибайт, 1МиБ = 220 = 1024*1024 байт), примерно 133 Мегабайт/сек. Такой же пропускной способностью обладает и 32-разрядная шина PCI. Это более чем в 10 раз больше чем скорость 16-битной шины ISA (8.33 Мегабайт/сек).

В моем случае все банки памяти на плате (а их два) заполнены и общая доступная видеопамять составляет максимум для этого адаптера - 2MB.

Если посчитать, то этого объема будет достаточно для получения следующих максимальных разрешений:

  1. 800x600 True Color (24 бита, 16 миллионов цветов): 800 * 600 * 24 бит/пиксель = 11520000 бит = 1440000 байт = 1.44 МБ памяти;
  2. 1024x768 High Color (16 бит, 65536 цветов): 1024 * 768 * 16 бит/пиксель = 12582912 бит = 1572864 байт = 1.573 МБ памяти.

Для системы с 486-м центральным процессором возможностей этого видеоадаптера будет вполне достаточно как для DOS, так и для MS Windows. К тому же, если посмотреть на сравнительную таблицу с тестами на https://gona.mactar.hu/DOS_TESTS/ то видеокарта TGUI9440AGi имеет очень хорошую совместимость с DOS-играми.

Вот архив этой странички в HTML - 7-ZIP архив (25 КБ).

Единственным из минусов, о которых заявляют обладатели стареньких карт от Trident является вероятность появления полос при выводе картинки на TFT-экран. Если же используется экран с электронно-лучевой трубкой, то картинка идеальная.

Даташит на TGUI9440 GUI Accelerator - 7-ZIP архив (576 КБ).

Мое первое знакомство с мультимедиа, веселая история

В самой первой части этой серии статей я рассказал небольшую историю об офисном компьютере на основе 80486, который был установлен у родителей на работе.

В нем не было звуковых колонок, звуковой карты - и это не удивительно, поскольку такой "апгрейд" (upgrade) стоил немалых денег да и начальство тогда думаю было не очень заинтересовано в том, чтобы его работники развлекались на рабочем месте.

Примерно в то же время, многие из моих знакомых уже знали что я немного разбираюсь в компьютерах, знаю как устанавливать и настраивать какие-то программы, игры и т.п. У меня дома был свой "персональный помощник" - INTEL 286-12МГц с 1МБ ОЗУ под управлением MS-DOS и Windows 3.1.

Однажды, один из моих друзей попросил меня навестить его коллегу, у которого дома также появился компьютер - нужно было оценить возможности аппарата, настроить систему, игры...

Я отправился на встречу, перед тем вооружившись "боевым комплектом" из дискет с MS-DOS, Norton Utilities, собранным мною спасательным диском с разными скриптами и софтом, а также взял с собой десяток носителей на которых были архиваторы, программы и игры...

На мансардном этаже частного домика, в уголке небольшой уютной комнаты располагался небольшой деревянный столик. На нем я увидел монитор с диагональю примерно 14',  системный блок белого цвета высотой с тот же монитор, а также две небольшие колоночки по бокам.

По столу были разбросаны разные аудио компакт-диски (какая-то попса, денс-хиты 90-х) и несколько потрепанных временем трехдюймовых дискет.

Я заметил что в отсеке системника присутствует как на то время очень крутая вещь - CD-ROM! На один компакт-диск помещалось до 600-700 Мегабайт информации, что равно по размеру примерно 480 дискетам на 1.44МБ! Это было просто нечто.

Когда компьютер запустился, я увидел для себя то, с чем предстояло познакомиться и в чем еще нужно было разобраться - Windows 95! В процессе загрузки ОС отображалось красивое, насыщенное цветами лого на фоне облаков - смотрелось просто шикарно.

Экран загрузки операционной системы Microsoft Windows 95 с ее логотипом

Рис. 24. Экран загрузки операционной системы Microsoft Windows 95 с ее логотипом.

Поскольку ОС была русифицирована и я был хорошо знаком с ее предшественницей Windows 3.1, то разобраться в новом окружении мне не составило большого труда - за несколько часов я уже имел представление того, что, где и для чего нужно, чувствовал себя "как дома".

В свойствах системы я увидел что микропроцессор у этого ПК - intel Pentium 100 MHz! Оперативной памяти было 8 МБ.

Жесткий диск был размером где-то около 1Гб и большая часть его пространства практически не использовалась - присутствовала сама ОС и папки с какими-то оставшимися документами.

Было замечено что система поводит себя немного странно: все сильно притормаживает, при попытках запуска некоторых стандартных программ выскакивают ошибки. Появилось подозрение что исполняемые файлы EXE/COM могут быть заражены какими-то вирусами.

Файловые вирусы под DOS для меня не были новинкой, уже было некоторое понимание что это такое и как с ними бороться. Перезагрузив ПК с загрузочной дискетки, скопировал архив drweb.rar с другой дискеты во временную папку на диске "С", распаковал его там же с помощью DOS-архиватора RAR. В запасе на дискетах еще был AidsTest.

Что мне нравилось в Doctor Web, так это то что он умел лечить зараженные исполняемые файлы (удалять тело вируса из файла), а не просто детектировать наличие инфекции и удалять весь файл.

После запуска DRWEB на проверку всего диска "С" началось длительное ожидание, на протяжении которого мы шутили, обсуждали разные истории и конечно же этот компьютер.

Как оказалось, это была списанная рабочая станция из какого-то банка, собранная из разным образом раздобытых частей - системник, монитор, клавиатура, мышка.

У меня было время покопаться в стопочке с дисками возле ПК, там было много музыкальных CD, но кроме них был замечен один интересный лазерный диск - какой-то сборник стратегических игр от Westwood Studios!

Что примечательно, на обратной стороне кейса приводился список всех игр с их подробными системными требованиями. Просматривая его я увидел под названиями первых двух игр в их системных требованиях числа 80286 и замер... Оказалось что на моем домашнем ПК смогут заработать две из них: Dune и Dune II.

Тем временем проверка диска уже закончилась, ее результаты показали что обнаружено десятки зараженных файлов, а также инфицирована загрузочная запись жесткого диска (MBR, Master Boot Record). Была дана команда на лечение и исправление.

После перезагрузки Win 95 стартовала без проблем, программы начали запускаться корректно. Скопировав с дискет на жесткий диск некоторый принесенный с собою софт и игры пришло время разобраться и со звуком.

Звуковая карта в диспетчере устройств Windows 95 отображалась под названием "ESS", возле нее был восклицательный знак, показывающий что с устройством что-то не так. Во вкладке с его свойствами было сказано что имеется проблема с драйвером.

Поинтересовавшись есть ли какие-то дискеты или диски с драйверами, что шли с ПК, стало понятно что придется искать другие пути. Мне тогда просто повезло и решение оказалось простым - переустановить драйвер в автоматическом режиме с поиском имеющихся в системе драйверов. ОС все сама нашла и переустановила, знак восклицания возле звукового устройства исчез. Возможно причиной поломки были вирусы на компьютере, подпортившие какие-то связанные с драйвером EXE-файлы.

Операции в ОС, некоторые программы и игры теперь были с озвучкой. Шутер Wolfenstein 3D работал очень шустро и я впервые услышал как эта игра звучит через звуковую карту - с музыкой и более реалистичными, чем через PC-Speaker, звуками выстрелов, открывания дверей, голосами противников, гавканьем собак. Это впечатляло.

Как оказалось есть еще одна небольшая проблемка - вся стопка с аудио-дисками была практически бесполезной, поскольку при их проигрывании с CD-ROM в программном проигрывателе отображался прогресс но звука в колонках так и не было.

Коллега показал папку на диске "C" в которую он якобы скопировал всю музыку из диска - там были просто файлики с названиями в стиле "Track1.cda" и размером по пару десятков байт. Было понятно что в них не может быть никаких даже феноменально сжатых звуковых данных.

Подключение колонок к гнезду на CD-ROM приводило к тому что был слышен очень тихий звук, даже при максимальном положении регулятора громкости на приводе.

Это не удивительно, поскольку аудио-коллонки были пассивными (без усилителя) и подключались штекером Mini-Jack 3.5mm к звуковой карте с встроенным усилителем низкой частоты (на звуковой плате была установлена микросхема УНЧ).

Сняв верхний кожух корпуса ПК я увидел свисающий от CD-ROM-дисковода провод с разъемчиком на четыре гнезда, который не был никуда подключен. Осмотрев звуковую карту были обнаружены несколько подходящих разъемов, возле одного из них было написано "CD".

После соединения аудио-выхода привода и аудио-входа звуковой карты, а также экспериментов в панели управления звуком в Windows, компакт диски начали звучать, присутствующие в комнате начали веселиться и танцевать.

Размещенные на столе маленькие колоночки играли очень даже не плохо, звук не сравнить с какими-то дешевыми Maxxtro или подделками на популярные Primax 90S (заглушка с клеем вместо ВЧ-головки, дешевые динамики).

Как потом выяснилось, разбирая одну из колонок, там были достаточно качественные широкополосные динамики - с бумажными диффузорами и гибкими прорезиненными подвесами, что позволяло в корпусе из пластика воспроизводить вполне неплохие низкие частоты (басс).

Был восторг от того что все получилось и что за один день удалось столько всего узнать и попробовать, но мне не давало покоя еще одно незавершенное дело - компакт-диск со стратегиями и игра, которая могла бы заработать на моем домашнем ПК.

Называлась она: "Dune II - The Building of a Dynasty". Чтобы увидеть что это такое - быстренько установил ее с компакт-диска на компьютер и увиденное меня не разочаровало.

Рис. 25. Классическая стратегия реального времени Dune II - The Building of a Dynasty.

Dune II по своему оформлению была на голову выше большинства из тех игр, которые были на моем ПК с 80286, не считая правда крутого шутера Wolfenstein 3D. Было очень интересно что же там "напичкано" в эти 7 МБ, которые занимала эта программа.

Я не совсем понимал что и как в ней ней происходит и что нужно делать, но картинка завораживала и я принялся освобождать несколько из принесенных с собой дискет для копирования многотомного архива с этой интересной стратегической игрой.

Вышло так, что после копирования архивов одна из принесенных домой дискет испортилась (на диске появились сбойные сектора), поэтому пришлось в тот же день еще раз навестить комнату на чердаке и заново скопировать один том архива с игрой на подготовленную чистую дискету.

Дома все распаковал, пришлось правда искать целых 7 МБ места на моем жестком диске в 40 МБ, и она запустилась...Дюна 2. Так я познакомился с миром игр в жанре RTS (Real Time Strategies, стратегии в реальном времени), а также с миром компьютерного звука.

Играя в Dune II с озвучкой через PC-Speaker вспоминал как звучала эта игра на ПК Pentium-100 моего коллеги, а также музыку с CD-ROM, озвучку программ в Win 95, Wolf-3D со звуком.

Мелькали мысли о том, чтобы где-то раздобыть звуковой адаптер и попробовать воткнуть его в свой ПК на 80286, но заработает ли он там?... Было понимание что у такой системы уже мало мощности для подобных вещей, звуковая карточка может стоить немалых денег, в подарок мне ее бы никто не дал, а Win95 для ПК на 80286 вообще "не по зубам".

Тем не менее, я был и так очень счастлив новой игре, да и вообще тому что у меня был личный компьютер для экспериментов.

Что такое звуковая карта, история аудио адаптеров

Звуковая плата (Sound Card), аудиокарта (Audio Card) - собранная на отдельной плате расширения электронная схема, позволяющая с помощью компьютера обрабатывать и выводить на воспроизведение аудио-сигналы.

Чипы для звуковых карт выпускались многими компаниями, среди которых уверенную часть рынка занимали: Creative Labs, Crystal, ESS и Analog Devices.

Первым устройством, позволяющим издавать программируемые звуковые сигналы, является конечно же PC Speaker - небольшой динамик мощностью 0,25-0,5Вт или зуммер ("пищалка"), подключаемый к материнской плате к специально предназначенному для этого выходу "Speaker".

PC Speaker для персонального компьютера - небольшой маломощный динамик с сопротивлением катушки 8 Ом

Рис. 26. PC Speaker для персонального компьютера - небольшой маломощный динамик с сопротивлением катушки 8 Ом.

Следующим шагом к улучшению звучания ПК можно считать поступившее в 1986-м году в продажу устройство от компании Covox Inc.

Covox Speech Thing - внешнее аудио устройство, подключаемое к LPT-порту компьютера и позволяющее выводить на акустические системы синтезированный программным способом звук.

Основа устройства - простейший 8-битный ЦАП (Цифро-Аналоговый Преобразователь, DAC), собранный на "лесенке" из 17-ти резисторов.

Принципиальная электрическая схема 8-битного ЦАП компании COVOX

Рис. 27. Принципиальная электрическая схема типового 8-битного ЦАП компании COVOX.

Каждая из ступеней такой "лестницы" содержит по два резистора и подключена к одному из 8-ми логических выходов данных LPT-порта. Важно чтобы сопротивления в каждой из ступеней имели двукратную разницу (например 20К и 10К) и отклонения о номинала было не более 1%.

Краткая суть работы такого DAC: в зависимости от наличия низкого (0V) или высокого уровня сигнала (+5V) на каждом из пинов 2-9 разъема J1 и их комбинирования, на верхушке схемы "лестницы" из резисторов удастся получить 256 (8 бит, 28) уровней напряжения.

При программном модулировании из полученного напряжения удастся получить сигналы разной тональности и амплитуды. Некоторую высокочастотную составляющую сигнала фильтруем керамическим конденсатором C1, а дальше через С2 подаем на выходное гнездо, к которому будет подключен аудио усилитель с колонками.

Фактически, Covox можно считать первой звуковой картой, которая подключалась как внешнее устройство к интерфейсу компьютера (LPT-порту).

Похожую и немного более сложную архитектуру имела также подключаемая к тому же порту приставка Disney Sound Source, выпускавшаяся Disney Software.

Выпускаемых с поддержкой Covox игр было не много. Гораздо большую поддержку получили устройства Disney Sound Source.

Некоторые музыкальные треккеры (программы) под MS-DOS также поддерживали Covox, например: Fast Tracker, Impulse Tracker и Scream Tracker.

В 1987-м году вышел музыкальный синтезатор AdLib от компании Ad Lib, Inc., устанавливаемый в PC-совместимый ISA-слот. Заявлена поддержка шести тонов с частотной модуляцией (FM, Frequency Modulation) и озвучка пяти инструментов перкуссии.

В том же году компания Creative Labs выпустила карту Creative Music System ("C/MS", CT-1300), которая умела воспроизводить 12 тонов с двухканальным (стерео) звуком.

В 1988-м году компанией был выпущен Game Blaster, который фактически повторял "C/MS".

Первый же Sound Blaster был выпущен уже в 1989-м году и имел кодовое название"Killer Kard" (карточка, "убирающая" конкурентов), плата маркировалсь как CT1310. Качество звука было гораздо лучше чем у AdLib.

Для подключения к PC джойстиков с 1980-х годов выпускались отдельные платы с наличием игрового порта (Game Port), выведенного как 15-контактный разъем DA-15. Позже компания Creative Labs интегрировала этот интерфейс в свои звуковые платы и тем самым получила более привлекательную позицию на рынке по сравнении с продуктом от AdLib.

Напртяжении следующих лет компанией были разрработаны и выпущены следующие версии Sound Blaster: 1.5 (CT1320C, CT1320U), 2.0 (CT1350), MCV (CT5320), Pro (CT1330), Pro 2 (CT1600), Pro 2 MCV (CT5330).

В 1990-м году компанией Microsoft был анонсирован стандарт MPC (Multimedia Personal Computer), который позже был принят в ассоциации с такими компаниями как: Creative Labs, Dell, Gateway, Fujitsu.

Самыми минимальными требованиями, которым должен соответствовать компьютер для соответствия стандарту (MPC1) в 1991 были приняты следующие:

  1. 16 MHz 386SX / 2 MB RAM / 30 MB HDD / VideoCard 640×480 VGA (256 цветов);
  2. CD-ROM со скоростью 1x;
  3. Pвуковая карта (выход - 22 kHz, 8-bit, вход - 11 kHz, 8-bit) с поддержкой MIDI, предпочтительно Sound Blaster;
  4. MS Windows 3.0 с расширениями мультимедиа (Multimedia Extensions).

Летом 1992-го года был анонсирован Sound Blaster 16, который позволял уже воспроизводить 16-битный звук, по качеству приравниваемый к воспроизведению цифрового аудио на CD. Кроме того, на плате присутствовал игровой порт, а также 26-пиновый разъем для подключения дочерной платы расширения Wave Blaster с набором семплов для MIDI.

Следующими продуктами Creative Labs стали: Sound Blaster AWE32 (1994), Sound Blaster 32 (1995), Sound Blaster AWE64 (1996), Sound Blaster Live! (1998) и другие.

Качество записи и воспроизведения звука напрямую зависит от следующих характеристик звуковой карты:

  1. Разрядность - количество бит ЦАП (DAC), которые отвечают за разрешающую способность, точность при формирования уровня аналогового сигнала;
  2. Частота дискретизации - частота сохранения мгновенных значений звукового сигнала при оцифровке (дискретизации). Чем выше этот параметр, тем более точно оцифрованное представление звука будет соответствовать оригиналу.

Чтобы было понятнее, нарисовал небольшую диаграмму с представлением кусочка сигнала, оцифрованного 8-битным АЦП:

Форма оцифрованного 8-битного сигнала

Рис. 28. Форма оцифрованного 8-битного сигнала.

Добавлю небольшое объяснение, так станет все понятно.

Чем выше частота дискретизации - тем на большее число кусочков во времени (по горизонтальной оси) был бы разложен и сохранен сигнал.

Чем больше разрядность - тем больше уровней сигнала было бы доступно по вертикальной оси, тем точнее было бы записано значение амплитуды сигнала в каждый, разрешенный частотой дискретизации, момент времени.

Увеличив частоту дискретизации и разрядность на этом графике мы смогли бы практически не увидеть ступенчатости сигнала - он был бы в виде плавной кривой линии.

Наиболее популярные аудио-форматы для хранения звуковых данных в файлах на ПК 90-х годов:

  • WAV (WAVeform Audio) - сокращение от "wave" (волна). Разработан в 1991-м году компаниями IBM и Microsoft;
  • MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3) - формат для хранения цифровых данных со сжатием (с потерями), опубликованный в 1993-м году группой экспертов из MPEG (Moving Picture Experts Group) как часть стандартов MPEG-1 и MPEG-2;
  • MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - цийровой интерфейс для работы с музыкальными инструментами, а также цифровой формат музыкальных файлов, содержащий в себе команды для генерации звука из заранее записанных и подготовленных образцов (samples, семплов).

Файлы с музыкой в формате MIDI занимают намного меньше дискового пространства чем в WAV и MP3, поскольку в сохраняются лишь наборы команд для воспроизведения образцов нужных инструментов.

Качество и стиль воспроизведения такой музыки напрямую зависит от микросхемы синтезатора и загруженного в память набора семплов с инструментами (Wave Table), в то время как в файлах WAV и MP3 хранятся все составляющие звука.

Файлы MIDI пользуются большой популярностью серди музыкантов, поскольку их удобно генерировать, редактировать и хранить. В 1 МБ данных этого формата можно сохранить более двух часов программно синтезируемой стерео музыки!

Характеристики некоторых стандартов качества записи/воспроизведения звука без сжатия и при разной частоте дискретизации:

Название Частота дискр.,
Гц
Разрядность,
бит
Каналы Поток данных,
КБ/сек.
Телефонная линия
(Phone Line)
11 025 8 1 (моно) 11
Трансляция с радио
(Radio Translation)
22 050 8 1 (моно) 22
Запись с CD
(CD audio record)
44 100 16 2 (стерео) 172

Одна минута звукового потока с качеством записи "CD" займет немного больше 10 МБ дисковго пространства, а если использовать качество "для радиотрансляции" то размер уменьшится до 1.32 МБ.

Обзор Creative Sound Blaster 16 (ISA)

Итак, у меня в руках оказалась одна из звуковых карточек серии Sound Blaster 16 от компании Creative - модель CT2980 (CT-2980), которая была выпущена в 1994-м году.

Основные характеристики:

  • Модель: CT2980;
  • Тип шины: ISA;
  • Разрядность: 16 бит;
  • Максимальная частота дискретизации: 44 100 Гц;
  • Количество каналов: 2;
  • Частотный синтезатор (FM): CQM;
  • Встроенная память: отсутствует;
  • Интерфейс для подключения CD-ROM: IDE (ATA);
  • Коннекторы для подачи аудио-сигнала с CD-ROM: SBCD и MPC (4 пина);

В целом на печатной плате расположено достаточно много электронных компонентов. По середине виден большой квадратный чип CT2502-SDQ - в нем интегрирован звуковой процессор, а также контроллер шины, благодаря которому эта карточка поддерживает спецификацию PnP!

PnP, Plug-and-Play ("подключай и играй") - спецификация для компьютерных шин и устройств, в соответствии с которой в системе выполняется автоматическое определение и конфигурирование устройств без необходимости их ручной настройки (установки перемычек для прерываний, каналов памяти и т.п.) и принятия мер по предотвращению конфликтов аппаратных ресурсов.

Таким образом, на карточке нет никаких перемычек, достаточно будет установить ее в ISA-слот и потом запустить в ОС автоматический поиск оборудования для определения и автонастройки.

Ретро звуковая карта Creative Sound Blaster 16, ISA, Plug and Play

Рис. 29. Ретро звуковая карта Creative Sound Blaster 16, ISA, Plug and Play.

С левой стороны расположена 40-пиновая гребенка с контактами - это встроенный IDE интерфейс, который предназначался для подключения CD-ROM привода.

В верхней части присутствует 26-пиновый разъем для внешней платы расширения Wave Blaster, а левее от него два разъема для подключения аудио-выхода от CD.

Справа есть еще загадочный массив из 10 контактов, подписанный как "MB_PRO" - он предназначен для подключения к плате модема (Modem Blaster card).

Чип CT2502-SDQ на звуковой плате Creative Sound Blaster 16

Рис. 30. Чип CT2502-SDQ на звуковой плате Creative Sound Blaster 16.

Немного ниже под этим разъемом расположены компоненты, на которых собран усилитель мощности низкой частоты 2 x 6Вт, в основе которого лежит микросхема TDA1517 от компании Philips.

Усилитель мощности ЗЧ Philips TDA1517 на звуковой плате Creative Sound Blaster 16

Рис. 31. Усилитель мощности ЗЧ Philips TDA1517 на звуковой плате Creative Sound Blaster 16.

В статье про изготовление платформы для самодельного робота я рассматривал эту микросхему и ее подключение. Собранный на ее основе усилитель звучит достаточно качественно.

В торцевой планке расположены следующие гнезда:

  • LINE IN (Line Input ) - линейный вход, предназначен для подачи аналогового стерео сигнала со средней амплитудой 250-350 мВ. Входное сопротивление - сотни кОм;
  • MIC IN (Microphone Input) - вход для подключения микрофона, амплитуда подаваемого сигнала в среднем 1-5 мВ. Входное сопротивление - десятки КОм. На сигнальном выводе может присутствовать некоторое напряжение позитивной полярности, необходимое для питания электретных микрофонов;
  • LINE OUT (Line Output) - линейный выход, предназначен для подключения наушников, а также к линейным входам другой аудио-аппаратуры;
  • SPK OUT (Speakers Output) - выход для подключения акустических систем (4-16 Ом). Уровень выходного сигнала может достигать нескольких Вольт, поэтому будьте осторожны подключая сюда наушники или входы других аудио-устройств;
  • JOYSTICK - разъем DA-15 для подключения джойстика.

Гнезда для аудио сигналов и игрового порта на звуковой плате Creative Sound Blaster 16 ISA

Рис. 32. Гнезда для аудио сигналов и игрового порта на звуковой плате Creative Sound Blaster 16 ISA.

Таким образом, к выходу SPK OUT можно будет подключить пассивные акустические системы с номинальной мощностью 6 Вт и больше без необходимости использования дополнительного усилителя.

В завершение

Хороший видео адаптер от Trident Microsystems вместе с Creative Sound Blaster станут отличным дополнением ранее рассмотренных комплектующих для сборки ретро-ПК на основе классического процессора 80486 DX2 66MHz.

В следующей части рассмотрим устройство, которое будет поставлять электроэнергию во все блоки и компоненты компьютерной системы - блок питания. Также рассмотрим передние панели типовых на то время ПК и их компоненты управления: Power, Reset, Key Lock, HDD LED и т.д.

Продолжение - Ретро ПК на 80486 - блок питания стандарта AT, модуль управления с индикатором частоты ЦПУ.

0 437 Железо