Состав и основные характеристики графического адаптера. Графические адаптеры. Инновации в современных видеокартах

Видеокарта.

Работа с графикой — одна из самых трудных задач, которые приходится решать современному компьютеру. Сложные изображения, миллионы цветов и оттенков... Поэтому нет ничего удивительного, что для этой работы приходится устанавливать в компьютер фактически второй мощный процессор. Видеокарта — как раз первый и главный из таких «наместников», при выборе которого нужно быть особенно осторожным и внимательным.
Так как все современные видеокарты способны быстро и качественно обрабатывать двухмерную графику,то при выборе видеокарты большинство пользователей в пер¬вую очередь обращает внимание на ее способности в работе с трехмерной графикой. Мысль о том, что это и есть самое главное достоинство видеокарты, успехом вдалбливали в сознание пользователей три последних года, так что не стоит удивляться, что даже не интересующийся играми покупатель все чаще выбирает для своего компьютера модную (и дорогую) карту для игроманов.
Создание объемного, реалистичного изображения — задача не простая. Фактически, видеокарте приходится выполнять несколько сложных операций: строить «каркас» каждого трехмерною объекта, обшивать его подходящими кусочками изображения — текстурами, имитирующими листву, одежду, скалы, землю и т. д. А главное — быть готовой в любой момент, повинуясь желанию игрока, показать его с любой точки зрения: сверху, сбоку и иногда даже снизу! Причем важно не просто показать объект с четырех сторон, но и — что самое сложное, воссоздать на экране его реальную, объемную модель. Сдвинулись вы на сантиметр — и трехмерный объект будет выглядеть несколько иначе. При этом видеокарта должна высчитывать не только две пространственные координаты для каждого пиксе¬ля, но и третью, которая характеризует удаленность объекта от наблюдателя. Но воссоздание объема — не самая сложная задача. Ведь даже самая объемная фигура будет выглядеть бледно и бесцветно, если не наложить на нее текстуру, то есть просто раскрасить ее с помощью множества цветных объектов. Пред¬ставьте, что у вас в руках некий болванчик-матрешка, на который вы можете нанести любой рисунок — как раз такой процесс и происходит в играх. Для хранения текстур видеокарте требуется большой объем собственной оперативной памяти (мин 512 Мб).
Например, сглаживание (Anti-Aliasing) контуров изображения, имитация тумана, пламени, рябь на водной глади, отражение в зеркале, тени и множество других. Для поддержки игровых спецэффектов в процессор видеокарты встраивают специальный «блок трансформации и освещения» (T&L), который позволяет получить просто фантастическое качество игрового изображения, а заодно и удорожает карту на несколько десятков долларов.
Наконец, еще один круг задач, которые призвана решать ваша видеокарта — обработка мультимедиа-информации. Многие карты сегодня поддерживают вывод изображения на телеэкран или, наоборот, прием изображения с внешнего источника — видеокамеры, видеомагнитофона или телевизионной антенны (эти операции выполняют соответственно видеовход и TV-тюнер). Кроме того, современной видеокарте при- ходиться заниматься еще и декодированием «сжатого» видео- - сигнала, поступающего с дисков DVD.

Устройство.

Графический процессор

Графический процессор (Graphics processing unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.
Все современные видеокарты изготовлены на основе графических процессоров Nvidia и AMD (ATi)

Видеоконтроллер

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Видео-ПЗУ

Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, задаёт все низкоуровневые параметры видеокарты, в том числе рабочие частоты и питающие напряжения графического процессора и видеопамяти, тайминги памяти. Также, VBIOS содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.

Видеопамять

Видеопамять выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры Uniform Memory Access в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП; RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий - RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

Коннектор

Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.

Характеристики видеокарт

Ширина шины памяти, измеряется в битах — количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.(128 - 256)

Объём видеопамяти, измеряется в мегабайтах — объём собственной оперативной памяти видеокарты. Больший объём далеко не всегда означает большую производительность(512 - 2048 мб)

Видеокарты, интегрированные в набор системной логики материнской платы или являющиеся частью ЦПУ, обычно не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера (UMA — Unified Memory Access).

Частоты ядра и памяти — измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.

Текстурная и пиксельная скорость заполнения, измеряется в млн. пикселов в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.

Сигналы, подаваемые на монитор, поступают из видеоадаптера, встроенного в систему или подключаемого к компьютеру.

Существует три способа подключения компьютерных систем к электронно-лучевому или жидкокристаллическому монитору:

Отдельные видеоплаты. Этот метод, для реализации которого требуются разъемы расширения AGP или PCI, обеспечивает наиболее высокий уровень эффективности и максимальную эксплуатационную гибкость при выборе объема памяти и необходимых возможностей (рисунок 17);

Набор микросхем графического ядра, встроенный в системную плату. Наиболее низкая стоимость графической конфигурации и довольно низкая эффективность, особенно для трехмерных игр или работы с графическими приложениями. Разрешающая способность и возможности цветопередачи ниже, чем при использовании отдельных видеоадаптеров, а объем памяти изменить практически невозможно;

Рисунок 15 – Внешний вид видеоадаптера

Для работы видеоадаптера необходимы следующие компоненты:

BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода);

BIOS видеоадаптера, подобно системной BIOS, хранится в микросхеме ROM; она содержит основные команды, которые предоставляют интерфейс между оборудованием видео-адаптера и программным обеспечением. Программа, которая обращается к функциям BIOS видеоадаптера, может быть автономным приложением, операционной системой или системной BIOS. Обращение к функциям BIOS позволяет вывести информацию о мониторе во время выполнения процедуры POST и начать загрузку системы до начала загрузки с диска любых других программных драйверов. BIOS самостоятельного видеоадаптера не зависит от BIOS системной платы. При использовании видеоадаптера, встроенного в набор системной логики BIOS материнской платы и видеоадаптера является общим.

Графический процессор - видеоакселератор (accelerator chip) с ограниченным набором функций. Такая архитектура, применяемая во многих видеоадаптерах, представленных на современном компьютерном рынке, предполагает, что электронные схемы видеоадаптера решают алгоритмически простые, но отнимающие много времени задачи. В частности, электронные схемы видеоадаптера выполняют построение графических примитивов - прямых линий, окружностей и т.п., а за центральным процессором компьютера остается конструирование изображения, разложение его на составляющие и пересылка в видеоадаптер инструкций, например: нарисовать прямоугольник определенного размера и цвета.

В современных графических системах применяется также процессор трехмерной графики (3D-графики), используемый практически во всех видеоадаптерах, оптимизированных для компьютерных игр, а также в большинстве наиболее распространенных видеоплат. Процессор трехмерной графики, представляющий собой блок обработки 3D-графики, располагается в наборе микросхем акселератора и используется для формирования изображения многоугольников, создания световых эффектов и прорисовки полутонов.

Видеопамять. При формировании изображения видеоадаптер обращается к памяти. Емкость памяти на видеоадаптере (видеопамяти) может быть разной: от 4 до 512 Мбайт и выше. Дополнительная память не увеличивает быстродействия видеоадаптера, но позволяет повысить разрешение изображения и/или количество воспроизводимых цветов. Встроенные в системную логику видеоадаптеры пользуются частью оперативной памяти строго ограниченной в настройках BIOS.

Объем памяти, необходимый для создания режима с заданным разрешением и количеством цветов, вычисляется следующим образом. Для кодирования каждого пикселя изображения необходим определенный объем памяти, а общее количество пикселей определяется заданным разрешением. Например, при разрешении 1 024×768 на экране отображается 786 432 пикселя.

Если бы это разрешение поддерживало только два цвета, то для отображения каждого пикселя понадобился бы всего один бит памяти, при этом бит со значением 0 определял бы черную точку, а со значением 1 - белую. Отведя на каждый пиксель 24 бит памяти, можно отобразить более 16,7 млн цветов, так как количество возможных комбинаций для 4-разрядного двоичного числа - 16 777 216 (т.е. 2 24). Перемножив количество пикселей, используемых при заданном разрешении экрана, на число битов, требующихся для отображения каждого пикселя, получим объем памяти, необходимый для формирования и хранения изображений в этом формате. Ниже приведен пример подобных вычислений:

1 024 × 768 = 786 432 пикселя × 24 бит/пиксель = 18 874 368 бит = 2 359 296 байт = 2,25 Мбайт

Цифроаналоговый преобразователь видеоадаптера (обычно называемый RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговые сигналы, которые может отображать монитор. Быстродействие цифроаналогового преобразователя измеряется в МГц; чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации. В современных высокоэффективных видеоадаптерах быстродействие может достигать 300 МГц и выше.

При увеличении быстродействия цифроаналогового преобразователя повышается частота вертикальной регенерации, что позволяет достичь более высокого разрешения экрана при оптимальных частотах обновления (72–85 Гц и более). Как правило, видеоадаптеры с быстродействием от 300 МГц и выше поддерживают разрешения до 1 920×1 200 при частотах обновления более 75 Гц. Разумеется, не забудьте убедиться в том, что необходимое разрешение поддерживается как монитором, так и используемым видеоадаптером.

Разъем. Видеоадаптеры обычно подключаются к разъему AGP на системной плате, реже встречаются графические адаптеры под PCI - это скорее удел старых моделей видеоадаптеров.

С монитором видеоадаптер связывается через специальный интерфейс VGA или DVI (рисунок 18).

Рисунок 16 – разъемы DVI и VGA

VGA – это интерфейс аналоговой передачи сигнала, т.е. передаются сигналы управления тремя основными цветами, но каждый сигнал имеет 64 уровня яркости. В результате число возможных комбинаций (цветов) возрастает до 262 144 (64). Для создания реалистичного изображения средствами компьютерной графики цвет часто оказывается важнее высокого разрешения, поскольку человеческий глаз воспринимает картинку с большим количеством цветовых оттенков как более правдоподобную.

DVI – это режим передачи цифрового сигнала, т.е. сигнал преобразуется в аналоговый не при выходе из видеоадаптера, а в самом мониторе. В этом и заключается преимущество DVI над VGA. Сигнал цифровой имеет только два дискретных значения: 1 и 0, т.е. каждый раз, когда вы передаете единицу цифровым способом, вы получаете именно единицу. В независимости от колебаний напряжения или от любых помех, происходящих при передаче. В аналоговой же системе, в результате передачи единицы, можно получить уже не единицу, а 0,935 или 1,062. Поэтому необязательно, что вы увидите на экране именно то, что формирует видеокарта.

Основными характеристиками видеоадаптера являются: частота памяти, частота процессора, вид слота и разъем для подключения к монитору.

История

Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в году. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью использовавшегося монитора. Обычно они были чёрно-белыми, янтарными или изумрудными. Фирма Hercules в году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.

Первой цветной видеокартой стала IBM и ставшая основой для последующих стандартов видеокарт. Она могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 и 80×25 (матрица символа - 8×8), либо в графическом с разрешениями 320×200 или 640×200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был монохромным. В развитие этой карты появился

Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3, или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.

В ранних моделях компьютеров от IBM PS/2 , появляется новый графический адаптер (приобретена AMD в 2006 г.)

Специализированные

Другие производители

• PNY Technologies (партнер NVIDIA)
• 3dfx (приобретена NVidia)
• XGI Technology Inc. (приобретена ATI в 2006 г.)

Литература

• Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - М.: «Вильямс» , 2007. - С. 889-970 . - ISBN 0-7897-3404-4

Стандарты видеоадаптеров и мониторов
Видеоадаптеры
MDA | CGA | PGC | MCGA | |
VGA | XGA | XGA+ | SXGA+ |
Широкоэкранные варианты
WXGA | WSXGA/WXGA+ | WSXGA+ |

Компоненты персонального компьютера
Системный блок
Компьютерная память

История

Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в году. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью использовавшегося монитора. Обычно они были чёрно-белыми, янтарными или изумрудными. Фирма Hercules в году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.

Первой цветной видеокартой стала IBM и ставшая основой для последующих стандартов видеокарт. Она могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 и 80×25 (матрица символа - 8×8), либо в графическом с разрешениями 320×200 или 640×200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был монохромным. В развитие этой карты появился

Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3, или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.

В ранних моделях компьютеров от IBM PS/2 , появляется новый графический адаптер (приобретена AMD в 2006 г.)

Специализированные

Другие производители

• PNY Technologies (партнер NVIDIA)
• 3dfx (приобретена NVidia)
• XGI Technology Inc. (приобретена ATI в 2006 г.)

Литература

• Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - М.: «Вильямс» , 2007. - С. 889-970 . - ISBN 0-7897-3404-4

Стандарты видеоадаптеров и мониторов
Видеоадаптеры
MDA | CGA | PGC | MCGA | |
VGA | XGA | XGA+ | SXGA+ |
Широкоэкранные варианты
WXGA | WSXGA/WXGA+ | WSXGA+ |

Компоненты персонального компьютера
Системный блок
Компьютерная память

Иногда пользователю необходимо узнать модель своей видеокарты. И сделать это можно несколькими способами.

1. Через Диспетчер устройств

Чтобы открыть Диспетчер устройств devmgmt.msc . Откроется Диспетчер устройств , в котором нажмите по плюсику рядом с категорией Видеодаптеры . Как видно на скриншоте, в ПК установлена видеокарта ATI RadeonHD 6800 Series.

В случае, если вместо модели написано «Стандартный VGA графический адаптер», то это значит, что драйвера для видеокарты не были установлены, поэтому Windows не может определить ее тип и модель.

Аналогично, если в Видеоадаптеры ничего нет, а в Другие устройства находится «Видеоконтроллер (VGA-совместимый)» или «Стандартный VGA графический адаптер», то это опять же значит, что официальный драйвер установлен не был, поэтому Windows установила свой драйвер. В этом случае узнать версию драйвера можно так: нажмите по Стандартный VGA графический адаптер (или Видеоконтроллер (VGA-совместимый) ») правой клавишей мыши и выберите пункт Свойства .

В нем переключитесь на вкладку Сведения , а в разделе Свойство смените пункт Описание устройства на ИД оборудования .

В разделе Значения нажмите по первой строчке правой клавишей мыши и выберите Копировать .

Скопированный текст вставьте в поисковик. Как видно на скриншоте, искомая видеокарта - ATI Radeon HD 6800 Series.

1. Через Параметры экрана

Для этого на пустом месте рабочего стола нажмите правой клавишей мыши и в контекстном меню выберите пункт Разрешение экрана . В открывшемся окне найдите Дополнительные параметры и откройте их. Появится окно со свойствами графического редактора. В разделе Сведения об адаптере найдите пункт Строка адаптера . То, что написано рядом, и есть модель видеокарты.

1. С помощью программы

Эта программа поможет узнать производителя видеокарты и ее модель и версию драйвера. А если драйвер отсутствует, Everest подскажет и официальный сайт производителя графического адаптера, откуда можно скачать его последнюю версию.

1. Через средство диагностики DirectX

Чтобы открыть Средство диагностики DirectX , нажмите Win+R на клавиатуре и в появившемся окне напишите dxdiag . Переключитесь во вкладку Экран и в разделе Устройство вы увидите производителя и модель видеокарты.

1. Сняв крышку системного блока

Обычно на видеокартах всегда указывается ее производитель и модель.