芯片图形性能：图形处理芯片编年史

芯片图形性能：图形处理芯片编年史图：英特尔82786图形控制器包括图形处理器和显示处理器图形处理器（GP）和显示处理器（DP）是82786中的独立处理器（如下图所示）。总线接口单元（BIU）及其DRAM / VRAM控制器在图形处理器。1986年，该公司推出了82786 （如下图所示），作为智能图形协处理器，它将取代传统上使用分立元件或软件进行图形功能的子系统和电路板。它被设计用于任何微处理器，包括Intel的16位80186和80286，以及32位的80386。图：英特尔82786是第一款支持硬件多窗口的图形芯片（Source Commons.wikipedia.org）82786集成了一个图形处理器，可用于单个88引脚网格阵列或引线载波，它包含一个带CRT控制器的显示处理器，以及一个带有支持4 MB的DRAM / VRAM控制器的总线接口单元内存，包括图形和系统内存。

图：随着集成EGA控制器的出现，AIB开始变小（旧计算机）

EGA规范是建立一些公司的催化剂，并且其他公司的成功也在增加。其中一家公司AMD收购了先锋图形公司ATI（和一家EGA克隆制造商）。

3、英特尔推出了首款独立显卡协处理器82786

英特尔看到了NEC的μPD7220，日立的HD63484以及IBM EGA的几个克隆等独立显卡控制器的成功。

1986年，该公司推出了82786 （如下图所示），作为智能图形协处理器，它将取代传统上使用分立元件或软件进行图形功能的子系统和电路板。它被设计用于任何微处理器，包括Intel的16位80186和80286，以及32位的80386。

图：英特尔82786是第一款支持硬件多窗口的图形芯片（Source Commons.wikipedia.org）

82786集成了一个图形处理器，可用于单个88引脚网格阵列或引线载波，它包含一个带CRT控制器的显示处理器，以及一个带有支持4 MB的DRAM / VRAM控制器的总线接口单元内存，包括图形和系统内存。

图形处理器（GP）和显示处理器（DP）是82786中的独立处理器（如下图所示）。总线接口单元（BIU）及其DRAM / VRAM控制器在图形处理器。

图：英特尔82786图形控制器包括图形处理器和显示处理器

英特尔认为，82786的集成设计可以提高编程效率和整体性能，同时减少许多基于微处理器的图形应用程序（如个人计算机，工程工作站，终端和激光打印机）的开发和生产时间以及成本。

与英特尔微处理器，许多独立于设备的标准以及IBM个人计算机位图存储器格式的兼容性，再加上对国际字符集，多任务处理以及8位或16位主机的支持，使82786的编程变得很灵活。英特尔82786的功能适应许多设计。下面是82786的一些主要功能。

• 集成绘图引擎，具有高级计算机图形界面指令集

• 支持多个字符集（字体），可同时用于文本显示应用程序，快速图案填充和国际字符

• 硬件支持快速操作和在屏幕上显示多个窗口

• DRAM / VRAM控制器支持高达4 MB的图形存储器，移位寄存器和DMA通道，支持顺序存取DRAM和双端口视频DRAM（VRAM）

• 系统和图形内存之间的快速位块传输（bitbit）

• 支持高达200 MHz的CRT或其他视频接口

• 每帧最多256个同步颜色

• 可编程视频定时

• IBM个人计算机位图格式

使用25 MHz像素时钟支持高分辨率显示器使82786能够同时显示多达256种颜色，这在当时是一个很大的突破。英特尔表示，采用多个82786设计的系统或带有VRAM的单个82786可以支持几乎无限的颜色和分辨率。

82786的关键亮点是它的存储器结构，它可以访问由集成DRAM / VRAM控制器直接支持的图形存储器或驻留在CPU总线上的外部系统存储器。当82786访问系统内存时，它控制总线并在主模式下运行。该芯片还可以作为从器件运行，CPU访问82786图形存储器和内部寄存器。从软件的角度来看，82786以相同的方式访问图形和外部系统内存。但是，当82786访问自己的图形内存时，性能提高，因为82786 DRAM / VRAM控制器直接访问它而不会遇到与CPU的争用问题。

82786的另一个特性是位图组织。它取代了传统的位平面存储器模型，并使用顺序排序（线性存储器），利用DRAM或双端口视频DRAM（VRAM）的快速顺序存取模式来获得性能（如下图所示）。第一个商用VRAM是由德州仪器于1983年推出的，比82786早三年，并被各种图形插件板（AIB）供应商采用。

图：DRAM具有单个数据端口，而VRAM是双端口

82786支持用于颜色的打包像素位图组织，其中每个像素的所有颜色位都存储在存储器中的相同字节中。在传统的位平面模型中，每个平面定义了单独的颜色信息。例如，4平面位图描述了具有四种颜色的位图。存储器的每个字节包含4平面位图中每个像素的一位颜色信息。在82786打包像素模型中，每个字节存储两个像素的数据。

芯片绘制了所有几何对象和字符，并在位图内和位图之间移动图像。GP创建并更新了位图，执行了由主机CPU放置在内存中的命令，并更新了DP的位图内存。GP高级命令提供了图形对象和文本的高速绘制。它独立于DP执行所有这些功能。

DP遍历GP或外部CPU生成的位图，组织数据，并在屏幕上以窗口的形式显示位图。DP有一个视频移位寄存器，可以在屏幕上从内存中的不同位图组合多个窗口，并在水平或垂直方向上缩放任何窗口。

本质上，DP作为地址生成器运行，访问存储器驻留位图的适当部分。从位图获取的数据被传递到DP CRT control1er，后者在屏幕上显示位图数据。DP CRT控制器生成并同步水平同步（HSync），垂直同步（VSync）和空白信号。DP独立于GP执行所有这些功能。

DP可以作为主机运作。或者基于水平同步（HSync）和垂直同步（VSync）信号的从机，它们通过CRT模式显示控制寄存器中的S（ync）位设置。当S位设置为1时，DP是从属设备，HSync和VSync信号作为输入。如果S位为O，则DP作为主站运行，HSync和VSync作为输出。

82786可以处理4 MB的内存。在那些日子里，大多数系统在至少两个段中划分存储器，对于使用DRAM / VRAM控制器的82786图形存储器和外部系统存储器。划分内存可以增强图形应用程序的性能。DRAM / VRAM控制器允许比外部系统内存更快地访问图形内存，因为它没有遇到来自CPU的争用问题。CPU同时访问系统内存并执行程序，而82786访问图形内存并执行其命令。

但是，当性能不是很关键时，82786和CPU可以与管理内存访问的集成82786 DRAM / VRAM控制器共享相同的内存。使用此配置，目标应用程序必须能够容忍系统内存的带宽减少。

英特尔将该芯片作为商用部件出售，独立的AIB供应商用它制造了电路板。1987年，两家公司使用82786提供三个AIB，到1988年，十家公司使用该芯片提供了15个AIB。与进入市场的其他产品相比，该芯片并不是非常强大，最值得注意的是德州仪器的TSM34010，也不像IBM VGA及其众多克隆版本那样受欢迎。英特尔在1989年推出了82786的更新版本86486微处理器。

4、德州仪器的TMS34010：第一款可编程图形处理器芯片

1984年，德州仪器（TI）推出了VRAM，即TMS4161。TMS34010 （如下图所示）和VRAM是相关的。在此之前的TMS9918和两个16位CPU和工作内存带宽是一个关键问题。Guttag的团队与TI的MOS存储器小组达成了一项协议，即如果TI的存储器部门能够构建它，那么Guttag的团队将帮助定义VRAM的架构以在系统中工作。

图：德州仪器的TMS34010图形系统处理器是第一款可编程图形芯片。

在VRAM设计和34010 Guttag团队的发布之间，还开发了TMS34061，这是一个VRAM控制器，它比34010快得多。

1986年，TI推出了第一款可编程图形处理器集成电路TMS34010。它是一个完整的32位处理器，包括面向图形的指令，因此它可以作为CPU和GPU的组合。该设计在TI公司位于英国贝德福德和德克萨斯州休斯顿的工厂进行。1985年12月，第一批芯片在休斯顿工作，1986年1月，第一批开发板被送到位于纽约金斯敦的IBM工作站.Karl Guttag也亲自在1986年1月向NeXT的Steve Jobs展示了34010 。

英特尔82786是在1986年5月TI TMS34010之后不久宣布的，并于第四季度上市。它是一个能够使用DRAM或VRAM的图形控制器，但它不像34010那样可编程。

除芯片外，TI还推出了新的软件接口 - 德州仪器图形架构（TIGA，如下图所示）。TI声称34010作为通用处理器在典型图形应用中比流行的英特尔80286更快。