Page 1

Karta graficzna Opis, budowa, zasada działania, funkcje, technologie

Karta graficzna – karta rozszerzeń odpowiedzialna generowanie sygnału graficznego

dla ekranu monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest odbiór i przetwarzanie otrzymywanych od komputera informacji o obrazie oraz odpowiednie wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem monitora. Żaden komputer PC nie nadaje się do pracy bez karty graficznej. Jakość obrazu zależy przede wszystkim od jego częstotliwości odświeżania: im częściej odświeżany jest w czasie jednej sekundy obraz, tym spokojniej jest on postrzegany przez ludzkie oko(nie zauważalne jest migotanie obrazu). Częstotliwość odświeżania obrazu mierzona jest w hercach. Aby otrzymać w pełni stabilny obraz , konieczne jest co najmniej 72-krotne (72 Hz ) odświeżenie obrazu w ciągu każdej sekundy.

Podział kart graficznych Karty graficzne możemy podzielić na: - Karty graficzne pracujące jako oddzielne układy – Można je wymieniać, są dużo szybsze od kart zintegrowanych. Współczesne karty graficzne do komunikacji z komputerem wykorzystują interfejs AGP, PCI lub PCIe. - Karty graficzne zintegrowane z płytą główną (a dokładniej z mostkiem północnym) – Z powodu małych rozmiarów są one dużo wolniejsze od kart nie zintegrowanych. Jest to mniej popularny typ kart graficznych.


Budowa karty graficznej Każda współczesna karta graficzna posiada:  - Procesor graficzny, GPU (Graphics Processing Unit), koprocesor graficzny – jest główną jednostką obliczeniową kart graficznych odpowiedzialną za generowanie obrazu. Procesor na karcie graficznej wspomaga setki różnych funkcji, z trójwymiarowymi włącznie. Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty, potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą (powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd. procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zależy od procesora karty. procesory 64-bitowe wysyłają paczki 64-bitowe (8-bajtowe), za 128-bitowe paczki 16 bajtowe. To czy procesor jest 64-bitowy czy 128-bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej różnicy prędkości na korzyść układów 128-bitowych. przewaga zaczyna być widoczna przy pracy w wyższych rozdzielczościach.  - Pamięć obrazu (VideoRAM), bufor ramki (Frame Buffer) – Jest to odmiana kości pamięci RAM stosowana w kartach graficznych, przeznaczona wyłącznie do przetwarzania informacji o obrazie, teksturach oraz danych o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw. Bufor Z). VRAM - jest to pamięć podlegająca jednoczesnemu zapisywaniu (przez kontroler graficzny) i odczytywaniu (przez przetwornik RAMDAC). Gdyby obydwie te czynności musiały by być wykonywane w jednym bloku pamięci przetwornik RAMDAC musiał by czekać na ukończenie zapisywania. Podobnie z było by z odczytem, kontroler karty graficznej musiał by czekać na odczytanie przez przetwornik wszystkich danych. Aby te dwa procesy nie kolidowały ze sobą wprowadzono podwójne buforowanie (Dual Buffering).Kontroler graficzny ma do dyspozycji dwa bloki pamięciowe. Jeśli jeden z nich wypełniany jest świeżą treścią (Back Buffer), drugi można oddać do dyspozycji RAMDAC, by przekazał kompletną zawartość na ekran (Front Buffer). W ten sposób zawsze jakiś bufor jest używany, a jakiś jest gotów do zapisu i wspomniane dwa procesy nie zakłócają się wzajemnie. Podwójne buforowanie nie zawsze się jednak sprawdza i mimo dwóch buforów i tak występują opóźnienia. Dlatego wprowadzono buforowanie potrójne i poczwórne (które wyeliminowało wady potrójnego)  - Pamięć ROM – pamięć przechowująca dane (np. dane generatora znaków) lub firmware karty graficznej, obecnie realizowana jako pamięć flash EEPROM  - RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter) lub po prostu DAC – jest to układ scalony na karcie graficznej, przeznaczony do zmiany sygnału cyfrowego na analogowy. RADMAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor karty graficznej. Dane te są w postaci zbioru różnokolorowych punktów. RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora. Konwerter zawiera 4 funkcjonalne bloki: pamięć SRAM, służącą do przechowywania mapy kolorów, oraz 3 przetworniki cyfrowo-analogowe (C/A), po jednym dla każdego koloru podstawowego modelu RGB . Częstotliwość pracy


układu RAMDAC zależy od ustawionej rozdzielczości i częstotliwości odświeżania. W przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym RAMDAC nie ma zastosowania.  - Interfejs do systemu komputerowego – umożliwia wymianę danych i sterowanie kartą graficzną, najczęściej jest to PCI, AGP, PCIe  - Interfejs na slocie karty graficznej – zazwyczaj P&D, DFP, VGA, DVI, HDMI, DisplayPort

Rodzaje pamięci kart graficznych I.

DRAM - Jest prekursorem w grupie pamięci dynamicznych i wywodzi się z czasów pierwszych komputerów PC. Stosowana jest (z małymi modyfikacjami) do dnia dzisiejszego jako pamięć operacyjna, o czym decydują jednak inne kryteria. Ten standardowy pamięci nie jest obecnie w stanie sprostać wymaganiom stawianym przez aplikacje multimedialne.

II.

EDO i BEDO DRAM - Stanowi odmianę pamięci DRAM i udostępnia pasmo nieco powyżej 200 MB/s. śodczas odczytu dane utrzymywane są na wyjściu aż do momentu, gdy pole pamięci gotów będzie do przekazania następnego słowa. W ten sposób kontroler graficzny może przygotować; się do następnego cyklu odczytu, będąc jeszcze w trakcie przejmowania danych z poprzedniego. Grupowanie następujących po sobie cykli (śipeline) jest podstawą w stylu Burst (stąd wywodzi się nazwa Burst EDO, BEDO DRAM).

III.

SDRAM - Klasyczne układy pamięciowe ORAM wymagają podawania z zewnątrz precyzyjnie uformowanych sygnałów RAS i CAS (Row Address Strobe, Column Address Strobe). śamięci synchroniczne mają własny kontroler, przetwarzający impulsy zegarowe na niezbędne sygnały sterujące (porównaj rozdział 3.)- Zmniejsza to negatywny wpływ wszelkich zjawisk o podłożu falowym i elektromagnetycznym oraz umożliwia podwyższenie prędkości taktowania. Bloki pamięci SDRAM i SGRAM organizowane są zwykle w banki, które mogą być obsługiwane naprzemiennie (Interlecwe). W ten sposób każdy z nich może znajdować się w innej fazie tej samej operacji (procesy zachodzą na siebie w czasie).

IV.

SGRAM - Niestosowana już dziś odmiana synchronicznej pamięci SDRAM, która cechowała się dodatkowym trybem pracy blokowej przy zapisie {Błock Write). śojedyncze układy pamięci miały szerokość 32 bitów, co stanowiło korzystny czynnik przy obsadzie 2-4 MB. Częstotliwość zegara taktującego sięgała 100 MHz.

V.

MDRAM - Pamięci Multibank-DRAM należały do grupy synchronicznych układów DRAM. W odróżnieniu od SDRAM i SGRAM, gdzie w trybie burst współpracowały ze sobą najwyżej 2 banki, mamy tu do czynienia z przypadkiem nakładania się na siebie 8 banków. pamięć tego typu


wytwarzana była w zasadzie przez jedną tylko firmę (Mosys). Bazowała na logicznych jednostkach pamięci 256 kB, każda po 8 banków 32 kB. Na rynku powszechne były układy 1 MB, integrujące w sobie cztery jednostki pamięci. Technologia ta umożliwiała (w skali laboratoryjnej) taktowanie zegarem 100125 MHz, ale rozrzut parametrów i niedoskonałość wykonania elementów w produkcji masowej ograniczał częstotliwość do 85 MHz. Z pamięcią MDRAM współpracował kontroler ET-6000, będący dziełem firmy Tseng. VI.

V-RAM _Specjalny typ pamięci opracowany przez firmę Texas Instruments. Skrót V-RAM (Video--RAM) nie oddaje w pełni istoty sprawy. Z punktu widzenia kontrolera graficznego układy pamięci V-RAM zachowują się jak normalne pamięci DRAM. Osiągane pasmo przenoszenia przy zapisie magistralą 64-bitową nie przekraczało 200 MB/s. Ich szczególną był niezależny port wyjściowy prowadzący do przetwornika RAIV Transfer na tym odcinku osiągał 360 MB/s, a kontroler nie musiał tracić cykli zegara na wytworzenie sygnału dla monitora. Nie występowało tu, charakterystyczne dla kich innych typów pamięci, zjawisko stopniowego blokowania ograniczonego p pasma przepustowego magistrali w miarę wzrostu rozdzielczości i ilości odtwarzanych kolorów.

VII.

WRAM - Window RAM stanowił wariant V-RAM, poszerzony o pewne dodatkowo analizowane sprzętowo funkcje blokowe (Aligned Move i Fill). Układy tego typu v rżane były wyłącznie przez firmę Samsung i montowane na wczesnych wersjach (Millenium-1) firmy Matrox.

VIII.

DDR-SDRAM - Większość współczesnych kart graficznych wyższej klasy wyposażona jest w p DDR-SDRAM (Double Ratę SDRAM), której przewaga nad zwykłymi pamięciach chronicznymi leży w głównie w szerokości pasma dostępu -- w jednym cyklu impulsu zegarowego mają miejsce dwa transfery (jeden dla opadającego, a drugi dla narasta zbocza zegara).

Najważniejsze funkcje karty graficznej Technologia przetwarzania i oświetlenia (Transform and Lighting), T&L – W karcie graficznej jest odpowiedzialny za przyspieszanie obliczeń animacji. Jego brak obciąża procesor, przez co znacznie zmniejsza się płynność renderowania grafiki trójwymiarowej. Technologię T&L obecnie zastępuje cieniowanie (Shader) Shader (cieniowanie) – Program opisuje właściwości pikseli oraz wierzchołków. Cieniowanie pozwala na skomplikowane modelowanie oświetlenia i tekstur na. Jest jednak wymagające obliczeniowo i dlatego dopiero od kilku lat sprzętowa obsługa cieniowania jest obecna w kartach graficznych dla komputerów domowych. Biblioteki graficzne Direct3D i OpenGL używają trzech typów cieniowania:


Vertex Shader (Cieniowanie wierzchołkowe) Geometry Shader (cieniowanie geometryczne) Pixel Shader lub Fragment Shader (cieniowanie pikseli) Obecnie, z uwagi na wymagania bibliotek DirectX w wersji 10, zniknął podział panujący dotychczas na Pixel i Vertex Shader. Obliczenia, jakimi te odrębne jednostki się zajmowały, są teraz wykonywane przez jednolite jednostki obliczeniowe, które są dynamicznie przydzielane do takiego typu obliczeń, jaki jest aktualnie potrzebny. Rozwiązanie takie zostało nazwane przez ATI Stream Processors a przez nVidię Unified Shaders. - HDR rendering, rendering z użyciem szerokiego zakresu dynamicznego (High Dynamic Range Rendering) – Sposób generowania sceny trójwymiarowej przy użyciu większego niż normalnie zakresu jasności. Efektem tej technologii jest scena z realistycznym oświetleniem. - Antyaliasing – Technologia wygładzanie krawędzi (łuków, okręgów oraz innych krzywych) poprzez nałożenie dodatkowych pikseli o mniejszym nasyceniu i jasności niż piksele obiektu oraz poprzez niewielką zmianę położenia pikseli w pobliżu krawędzi. Ze względu na coraz większe rozdzielczości monitorów (a tym samym mniejsze rozmiary plamek) antyaliasing nie jest już tak potrzebny. Szacuje się że za jakiś czas nie będzie już potrzebny. - Efekty cząsteczkowe – Symulacje zjawisk (takich dym, pył, deszcz, ogień) budowanych z małych wirtualnych cząsteczek traktowanych jak obiekty punktowe które podlegają prawom fizyki oraz interakcji z otoczeniem. - Mapowanie wypukłości (bump mapping) – Sposób teksturowanie obiektów symulujący wypukłości powierzchni, bez ingerencji w geometrię obiektu trójwymiarowego. Efektem może być gładka kula wyglądająca jak by była nierówna. - Filtrowanie anizotropowe - Technika filtrowania tekstur poprawiająca ich jakość.

Schemat blokowy karty graficznej

Schemat blokowy karty graficznej GeForce 7800 GTX


Łączenie kart graficznych – SLI i CrossFire  SLI (Scalable Link Interface), interfejs skalowanego łącza – Technologia pozwalająca na wspólną pracę dwóch (lub więcej) kart graficznych w celu przyspieszenia renderowania obrazu. Obliczeniami nie zajmuje się tylko jeden układ.

 CrossFire, CrossFireX – Odpowiedź firmy ATI na technologię SLI. Technologia CrossFire dzieliona obraz idący do pierwszej karty graficznej (master) w ten sposób, że druga karta (slave) wykonuję połowę obliczeń. Druga karta jest układem wspomagającym. CrossfireX jest kontynuacją technologii współpracującą z nowszymi kartami graficznymi i chipsetami. Obecnie większość kart VGA posiada układ CrossFire.  Eyefinity – Technologia opracowana przez ATI pozwalająca jednej karcie graficznej obsługiwać wiele monitorów (standardowo 3 a w przypadku Eyefinity6, jak sama nazwa wskazuje jest to 6 monitorów). Na potrzeby Eyefinity6 została stworzona specjalna karta Radeon HD5870 posiadająca sześć złączy miniDisplayPort. 

Historia Kart Graficznych Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków – tryb tekstowy. Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) – tryb graficzny. Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D. Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D. W nowych układach graficznych zrezygnowano ze sztywnego schematu obliczeń, dając użytkownikowi pewną ilość jednakowych "rdzeni", które może on sobie zaprogramować (przy pomocy shaderów) do wyświetlania dowolnych efektów graficznych. Umożliwia to też wykorzystanie karty graficznej jako procesora ogólnego przeznaczenia (GPGPU), zdolnego do przeliczania dużych zbiorów uporządkowanych danych. Używane strony:  http://pl.wikipedia.org/wiki/Karta_graficzna  http://einformatyka.cba.pl/karty-graficzne-%E2%80%93-opis-budowazasada-dzialania-funkcje-technologie/  http://klub.chip.pl/lipka/budowa/grafika.htm

Karta Graficzna  

Opis, budowa, zasada działania, funkcje, technologie

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you