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1、计算机辅助设计与图形学学报年第期‘提高图形处理速度的硬件研究石教英施服光,浙江大学!国家重点实验室计算机系。摘要提高图形处理速度是计算机图形学硬件的发展方向在国外高档的图形,,,工作站中都采用各种各样的技巧和方法比如改进工作站的系统结构普遍采用、。,图形专用硬件专用专有芯片等来提高图形处理速度本文从硬件的角度出发就如,、、、何提高图形处理速度村工作站体系结构帧存结构图形处理器图形专用硬件。等进行了详细的分析和研究、一引言。当前计算机图形学的发展动向主要是追求高质量的图象和图形的实时生成待处
2、理的信。,、息量大是计算机图形处理的一个特点在图形的生成过程中都要经历一遍包括模型建立、、、,,几何变换裁剪消隐扫描转换绘制等一系列处理过程由于其中许多算法都是计算量大,。需反复调用的过程因此计算机图形处理的运算量很大图形处理的特点决定了图形硬件的。发展趋向不断提高图形处理速度—,。图形硬件通常是指用来生成和显示图形的硬件也就是指处理图形的硬件这部分硬件。与视频监视器组合在一起通常称为图形显示器图形显示器按显示器件可分为阴极射。,线管显示器和平板型显示器两大类虽然平板型代表着显示器的发展方向然而目前显示器市
3、场的主流仍,为显示器而光栅扫描图形显示器以其良好的性能价格比和丰富的色彩。,、成为当前显示器市场的主流光栅扫描图形显示器有多种硬件实现方法例如位映射显示器、。,实时扫描转换显示器行程编码显示器和单元编码显示器除位映射显示器外其它三种光。。栅扫描图形显示器大多有其专门的相对较窄的应用领域因此用途最广的属于位映射显示器,位映射显示器的硬件实现通常采用帧存储器结构荧光屏上的象素与帧存图象信息位一一对,,,。应其基本图形元素是点即任何图形均由离散的点阵组成因此可构成任意复杂的图形这就是该类显示器的通用性所在。。采用帧存
4、储器结构的光栅扫描显示器的体系结构如图所示随着半导体集成电路工业和,。计算机科学技术的发展传统概念上的光栅扫描图形显示器正悄悄地被工程工作站所代替光,。栅扫描图形显示器通常只作为主机的图形终端通过串行口或接口与主机相联工作,、站是独立的机器通过网络与其它计算机工主二,。弓‘廿作站相联共享数据和其它资源弃压基,棍找随着工程工作站的发展图形硬件的研究,、、」一七云万亡忿匕成果象帧存组织图形专用硬件及专用专有。图光栅扫描图形显示器的通用结构芯片都充分反映在高档的图形工作站中图形。。本文于灼日,年拐
5、月收到国家自然科学基金资助项目。工作站的一般结构见图下面就结合工作站的,。各部分结构讨论图形硬件技术主主存仲拐困形处理器、二主和存储器结构形翻新控翻器存妞器控创技术分析,目前大部分高档的工作站其都采用网络挂劝局部,技术如系列的芯片以及存日谷。的精确结构芯片等。图图形工作站的一般结构是精简指令集计算机的缩写对于,,通用微处理器而言运算速度的提高主要依靠提高主振频率精确设计存储器系,以,统以减少存储器系统的延迟时间
6、及减少指令周期数来达到这一关系可示意地用下式表示运算速度,。处理器主振频率的提高受电磁信号最大传输速度的限制不能无限提高目前已普遍采。,用的时钟频率为正在研制的双极或处理器。它的时钟频率可望达到或更多关于存储器延时等待时间的减少可以通过高速,。。缓存来实现下面我们还要分析这一技术关于指令周期数的减少可用技术来实现采,用技术的微处理器每条指令所占的时钟周期数一般少于而技术中每条指令所
7、,,占时钟周期数为一如公司的微处理器的平均为因此采用技。术可明显提高运算速度,。只是一种设计思想而不是一种特殊的结构尽管思想是要建立一个精简的,,因指令集但由于不同的设计者有其不同的出发点以及他自己的思想此具体实现时还有较,,。大的差别象的精确结构与的结构就有较大的区别见表是微公司基于思想的一表一与一结构的比较。种实现它是根据年加州大学分一亚。人!校
8、的结构发展而来的的精确结构,是通过对大量实际应用程序指令的跟踪分析指令数。确定指令集与通用寄存器等一些特性的设通用寄存器扮,计者认为一些指令虽然稍微有些复杂但还虚拟地址位数,,是属于比较常用的因此加快这种指令可以保护级别。“提高系统的性能如卜采用了比较转协处理器技术”,一移指令而的条件转移需
