Відеокарта сімейства GeForce 4, с радіатором і вентилятором

Відеокарта (також відеоадаптер, графічний адаптер, графічна плата, графічна карта, графічний прискорювач) - електронне пристрій, що перетворює графічний образ, що зберігається, як вміст пам'яті комп'ютера (або самого адаптера), у форму, придатну для подальшого виведення на екран монітора. Перші монітори, побудовані на електронно-променевих трубках, працювали по телевізійному принципом сканування екрану електронним променем, і для відображення вимагався відеосигнал, що генерується відкритий.

В даний час, однак, ця базова функція втратила основне значення, і, в першу чергу, під графічним адаптером розуміють пристрій з графічним процесором - графічний прискорювач, який і займається формуванням самого графічного образу. Сучасні відеокарти не обмежуються простим виведенням зображення, вони мають вбудований графічний процесор, який може виробляти додаткову обробку, знімаючи цю задачу з центрального процесора комп'ютера. Наприклад, усі сучасні відеокарти Nvidia і AMD ( ATi) здійснюють рендеринг графічного конвеєра OpenGL і DirectX на апаратному рівні. Останнім часом також має місце тенденція використовувати обчислювальні можливості графічного процесора для вирішення неграфічних завдань.

Зазвичай відеокарта виконана у вигляді друкованої плати (плата розширення) і вставляється в роз'єм розширення, універсальний або спеціалізований ( AGP). Також широко поширені і вбудовані (інтегровані) в системну плату відеокарти - як у вигляді окремого чіпа, так і в якості складової частини північного моста чіпсета або ЦПУ); в цьому випадку пристрій, строго кажучи, не може бути названо відкритий.


1. Історія

Одним з перших графічних адаптерів для IBM PC став MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981. Він працював тільки в текстовому режимі з роздільною здатністю 80 25 символів (фізично 720 350 точок) і підтримував п'ять атрибутів тексту: звичайний, яскравий, інверсний, підкреслений та миготливий. Ніякої колірної або графічної інформації він передавати не міг, і те, якого кольору будуть літери, визначалося моделлю використався монітора. Зазвичай вони були білими, бурштиновими або смарагдовими на чорному тлі. Фірма Hercules в 1982 випустила подальший розвиток адаптера MDA, відеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller - графічний адаптер Геркулес), який мав графічне дозвіл 720 348 точок і підтримував дві графічні сторінки. Але він все ще не дозволяв працювати з кольором.

Першою кольоровою відкритий стала CGA (Color Graphics Adapter), випущена IBM і стала основою для подальших стандартів відеокарт. Вона могла працювати або в текстовому режимі з дозволами 40 25 знакомісць і 80 25 знакомест (матриця символу - 8 8), або в графічному з дозволами 320 200 точок або 640 200 точок. У текстових режимах доступно 256 атрибутів символу - 16 кольорів символу і 16 кольорів фону (або 8 кольорів фону і атрибут миготіння), в графічному режимі 320 200 було доступно чотири палітри по чотири кольори кожна, режим високого дозволу 640 200 був монохромним. У розвиток цієї карти з'явився EGA (Enhanced Graphics Adapter) - поліпшений графічний адаптер, з розширеною до 64 кольорів палітрою, і проміжним буфером. Було поліпшено здатність до 640 350, в результаті додався текстовий режим 80 43 при матриці символу 8 8. Для режиму 80 25 використовувалася велика матриця - 8 14, одночасно можна було використовувати 16 кольорів, колірна палітра була розширена до 64 кольорів. Графічний режим також дозволяв використовувати при дозволі 640 350 16 кольорів з палітри в 64 кольори. Був сумісний з CGA і MDA.

Варто зауважити, що інтерфейси з монітором всіх цих типів відеоадаптерів були цифрові, MDA і HGC ​​передавали тільки світиться або не світиться точка і додатковий сигнал яскравості для атрибута тексту "яскравий", аналогічно CGA по трьох каналах (червоний, зелений, синій) передавав основний відеосигнал , і міг додатково передавати сигнал яскравості (всього виходило 16 кольорів), EGA мав по дві лінії передачі на кожний з основних кольорів, тобто кожен основний колір міг відображатися з повною яскравістю, 2/3 або 1/3 від повної яскравості, що і давало в сумі максимум 64 кольори.

У ранніх моделях комп'ютерів від IBM PS / 2, з'являється новий графічний адаптер MCGA (Multicolor Graphics Adapter - багатобарвний графічний адаптер). Текстове дозвіл було піднято до 640x400, що дозволило використовувати режим 80x50 при матриці 8x8, а для режиму 80x25 використовувати матрицю 8x16. Кількість квітів збільшено до 262144 (64 рівня яскравості по кожному кольору), для сумісності з EGA в текстових режимах була введена таблиця кольорів, через яку виконувалося перетворення 64-кольорового простору EGA в колірний простір MCGA. З'явився режим 320x200x256, де кожен піксел на екрані кодувався відповідним байтом в відеопам'яті, ніяких бітових площин не було, відповідно з EGA залишилася сумісність тільки по текстовим режимам, сумісність з CGA була повна. Через величезну кількість яркостей основних кольорів виникла необхідність використання вже аналогового колірного сигналу, частота рядкової розгортки складала вже 31,5 кГц.

Потім IBM пішла ще далі і зробила VGA (Video Graphics Array - графічний відео масив), це розширення MCGA, сумісний з EGA і введене в середніх моделях PS / 2. Це фактичний стандарт відеоадаптера з кінця 80-х років. Додані: текстове дозвіл 720x400 для емуляції MDA і графічний режим 640x480 з доступом через бітові площини. Режим 640x480 чудовий тим, що в ньому використовується квадратний піксель, тобто співвідношення числа пікселів по горизонталі й вертикалі збігається зі стандартним співвідношенням сторін екрану - 4:3. Далі з'явився IBM 8514 / a з дозволами 640x480x256 та 1024x768x256, і IBM XGA з текстовим режимом 132x25 (1056x400) і збільшеною глибиною кольору (640x480x65K).

З 1991 з'явилося поняття SVGA (Super VGA - "понад" VGA) - розширення VGA з додаванням більш високих режимів і додаткового сервісу, наприклад можливості поставити довільну частоту кадрів. Число одночасно відображуваних кольорів збільшується до 65 536 (High Color, 16 біт) і 16 777 216 (True Color, 24 біта), з'являються додаткові текстові режими. Із сервісних функцій з'являється підтримка VBE (VESA BIOS Extention - розширення BIOS стандарту VESA). SVGA сприймається як фактичний стандарт відеоадаптера десь з середини 1992, після прийняття асоціацією VESA стандарту VBE версії 1.0. До того моменту практично усі відеоадаптери SVGA були несумісні між собою.

Графічний користувальницький інтерфейс, що з'явився в багатьох операційних системах, стимулював новий етап розвитку відеоадаптерів. З'являється поняття "графічний прискорювач" (graphics accelerator). Це відеоадаптери, які виробляють виконання деяких графічних функцій на апаратному рівні. До числа цих функцій відносяться: переміщення великих блоків зображення з однієї ділянки екрану в інший (наприклад, при переміщенні вікна), заливання ділянок зображення, малювання ліній, дуг, шрифтів, підтримка апаратного курсору і т. п. Прямим поштовхом до розвитку настільки спеціалізованого пристрою стало те, що графічний користувальницький інтерфейс, безсумнівно, зручний, але його використання вимагає від центрального процесора чималих обчислювальних ресурсів, і сучасний графічний прискорювач якраз і покликаний зняти з нього левову частку обчислень з остаточного висновку зображення на екран.

Приклад домашнього комп'ютера не- IBM - ZX Spectrum, має свою історію розвитку відеорежимів.


2. Пристрій

Сучасна відеокарта складається з наступних частин:

Графічний процесор

Графічний процесор (Graphics processing unit (GPU) - графічне процесорний пристрій) займається розрахунками виведеного зображення, звільняючи від цього обов'язку центральний процесор, проводить розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Є основою графічної плати, саме від нього залежать швидкодія і можливості всього пристрою. Сучасні графічні процесори по складності мало чим поступаються центральному процесору комп'ютера, і часто перевершують його як по числу транзисторів, так і з обчислювальної потужності, завдяки великому числу універсальних обчислювальних блоків. Однак, архітектура GPU минулого покоління зазвичай припускає наявність декількох блоків обробки інформації, а саме: блок обробки 2D-графіки, блок обробки 3D-графіки, у свою чергу, зазвичай розділяється на геометричне ядро ​​(плюс кеш вершин) і блок растеризації (плюс кеш текстур ) та ін

Видеоконтроллер

Видеоконтроллер відповідає за формування зображення в відеопам'яті, дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Крім цього, зазвичай присутні контролер зовнішньої шини даних (наприклад, PCI або AGP), контролер внутрішньої шини даних і контролер відеопам'яті. Ширина внутрішньої шини та шини відеопам'яті зазвичай більше, ніж зовнішньої (64, 128 або 256 розрядів проти 16 або 32), в багато відеоконтролером вбудовується ще й RAMDAC. Сучасні графічні адаптери (ATI, nVidia) зазвичай мають не менше двох видеоконтроллеров, що працюють незалежно один від одного і керуючих одночасно одним або декількома дисплеями кожен.

Відео-ПЗП

Відео-ПЗП (Video ROM) - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), в яке записано BIOS відеокарти, екранні шрифти, службові таблиці і т. п. ПЗУ не використовується відеоконтролером прямо - до нього звертається тільки центральний процесор.
BIOS забезпечує ініціалізацію і роботу відеокарти до завантаження основної операційної системи, задає всі низькорівневі параметри відеокарти, в тому числі робочі частоти і живлять напруги графічного процесора і відеопам'яті, таймінги пам'яті. Також, VBIOS містить системні дані, які можуть читатися і інтерпретуватися відеодрайвером в процесі роботи (в залежності від застосовуваного методу розділення відповідальності між драйвером і BIOS). На багатьох сучасних картах встановлюються електрично перепрограмовані ПЗП ( EEPROM, Flash ROM), що допускають перезапис відео-BIOS самим користувачем за допомогою спеціальної програми.

Відеопам'ять

Відеопам'ять виконує роль кадрового буфера, в якому зберігається зображення, що генерується і постійно змінюване графічним процесором і виводиться на екран монітора (чи декількох моніторів). У відеопам'яті зберігаються також проміжні невидимі на екрані елементи зображення і інші дані. Відеопам'ять буває декількох типів, що розрізняються по швидкості доступу і робочій частоті. Сучасні відеокарти комплектуються пам'яттю типу DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 і GDDR5. Слід також мати на увазі, що крім відеопам'яті, що знаходиться на відеокарті, сучасні графічні процесори зазвичай використовують у своїй роботі частина загальної системної пам'яті комп'ютера, прямий доступ до якої організується драйвером відеоадаптера через шину AGP або PCIE. У разі використання архітектури Uniform Memory Access в якості відеопам'яті використовується частина системної пам'яті комп'ютера.

Цифро-аналоговий перетворювач

Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП; RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter ) Служить для перетворення зображення, формованого відеоконтролером, у рівні інтенсивності кольору, що подаються на аналоговий монітор. Можливий діапазон кольоровості зображення визначається тільки параметрами RAMDAC. Найчастіше RAMDAC має чотири основні блоки: три цифроаналогових перетворювача, по одному на кожний колірний канал (червоний, зелений, синій - RGB), і SRAM для зберігання даних про гамма-корекції. Більшість ЦАП мають розрядність 8 біт на канал - виходить по 256 рівнів яскравості на кожен основний колір, що в сумі дає 16,7 млн ​​кольорів (а за рахунок гамма-корекції є можливість відображати вихідні 16,7 млн ​​кольорів в набагато більшу колірний простір) . Деякі RAMDAC мають розрядність по кожному каналу 10 біт (1024 рівня яскравості), що дозволяє відразу відображати більше 1 млрд квітів, але ця можливість практично не використовується. Для підтримки другого монітора часто встановлюють другий ЦАП. Варто відзначити, що монітори і відеопроектори, що підключаються до цифрового DVI виходу відеокарти, для перетворення потоку цифрових даних використовують власні цифроаналогові перетворювачі і від характеристик ЦАП відеокарти не залежать.

Конектор

Відеоадаптери MDA, Hercules, EGA і CGA оснащувалися 9-контактним роз'ємом типу D-Sub. Зрідка також був присутній коаксіальний роз'єм Composite Video, що дозволяє вивести чорно-біле зображення на телевізійний приймач або монітор, оснащений НЧ-відеовходом.
Відеоадаптери VGA і більш пізні зазвичай мали всього один роз'єм VGA (15-контактний D-Sub). Зрідка ранні версії VGA-адаптерів мали також роз'єм попереднього покоління (9-контактний) для сумісності зі старими моніторами. Вибір робочого виходу задавався перемикачами на платі відеоадаптера.
В даний час плати оснащують роз'ємами DVI або HDMI, або DisplayPort в кількості від одного до трьох (деякі відеокарти ATi останнього покоління оснащуються шістьма коннекторами). Порти DVI і HDMI є еволюційними стадіями розвитку стандарту передачі відеосигналу, тому для з'єднання пристроїв з цими типами портів можливе використання перехідників. Порт DVI-I також включає аналогові сигнали, що дозволяють підключити монітор через перехідник на старий роз'єм D-SUB (DVI-D не дозволяє цього зробити). DisplayPort дозволяє підключати до чотирьох пристроїв, у тому числі аудіопристрою, USB -концентратори і інші пристрої введення-виведення.

9-контактний роз'єм S-Video TV-Out, DVI і D-Sub. (Натискання на зображення будь-якого роз'єму викличе перехід на відповідну статтю.)

Також на відеокарті можуть бути розміщені композитний і компонентний S-Video відеовхід; також відеовхід (позначаються, як ViVo)

Система охолодження

Система охолодження призначена для збереження температурного режиму відеопроцесора і (найчастіше) відеопам'яті в допустимих межах.

Також, правильна і повнофункціональна робота сучасного графічного адаптера забезпечується за допомогою відео драйвера - спеціального програмного забезпечення, що поставляється виробником відеокарти та завантажуваного в процесі запуску операційної системи. Відеодрайвер виконує функції інтерфейсу між системою з запущеними в ній додатками та відеоадаптером. Так само як і відео- BIOS, відеодрайвер організовує та програмно контролює роботу всіх частин відеоадаптера через спеціальні регістри управління, доступ до яких відбувається через відповідну шину.


2.1. Інтерфейс

Перша перешкода до підвищення швидкодії відеосистеми - це інтерфейс передачі даних, до якого підключений відеоадаптер. Як би не був швидкий процесор відеоадаптера, велика частина його можливостей залишиться незадіяною, якщо не будуть забезпечені відповідні канали обміну інформацією між ним, центральним процесором, оперативною пам'яттю комп'ютера і додатковими відеопристроями. Основним каналом передачі даних є, звичайно, інтерфейсна шина материнської плати, через яку забезпечується обмін даними з центральним процесором і оперативною пам'яттю. Найпершою шиною використалася в IBM PC була XT-Bus, вона мала розрядність 8 біт даних і 20 біт адреси і працювала на частоті 4,77 МГц. Далі з'явилася шина ISA (Industry Standart Architecture - архітектура промислового стандарту), відповідно вона мала розрядність 16/24 біт і працювала на частоті 8 Мгц. Пікова пропускна спроможність складала трохи більше 5,5 МІБ / с. Цього більш ніж вистачало для відображення текстової інформації і ігор з шестнадцатіцветной графікою.

Подальшим ривком з'явилася поява шини MCA (Micro Channel Architecture) в новій серії комп'ютерів PS / 2 фірми IBM. Вона вже мала розрядність 32/32 біт і пікову пропускну здатність 40 МІБ / с. Але та обставина, що архітектура MCI була закритою (власністю IBM), спонукало інших виробників шукати інші шляхи збільшення пропускної спроможності основного каналу доступу до відеоадаптера.

З появою процесорів серії 486, було запропоновано використовувати для підключення периферійних пристроїв локальну шину самого процесора, в результаті народилася VLB (VESA Local Bus - локальна шина стандарту VESA). Працюючи на зовнішній тактовій частоті процесора, яка складала від 25 МГц до 50 МГц і маючи розрядність 32 біт, шина VLB забезпечувала пікову пропускну спроможність близько 130 МІБ / с. Цього вже було більш ніж достатньо для всіх існували додатків, крім цього можливість використання її не тільки для відеоадаптерів, наявність трьох слотів підключення та забезпечення зворотної сумісності з ISA (VLB являє собою просто ще один 116 контактний роз'єм за слотом ISA) гарантували їй достатньо довге життя і підтримку багатьма виробниками чіпсетів для материнських плат і периферійних пристроїв, навіть незважаючи на те, що при частотах 40 МГц і 50 МГц забезпечити роботу навіть двох пристроїв підключених до неї представлялося проблематичним через надмірно високого навантаження на каскади центрального процесора (адже більшість керуючих ланцюгів йшло з VLB на процесор безпосередньо, без усякої буферизації).

І все-таки, з урахуванням того, що не тільки відеоадаптер став вимагати високу швидкість обміну інформацією, і явною неможливості підключення до VLB всіх пристроїв (і необхідністю наявності міжплатформову рішення, не обмежується тільки PC), була розроблена шина PCI (Periferal Component Interconnect - об'єднання зовнішніх компонентів) з'явилася, в першу чергу, на материнських платах для процесорів Pentium. З точки зору продуктивності на платформі PC все залишилося як і раніше - при тактовій частоті шини 33 МГц і розрядності 32/32 біт вона забезпечувала пікову пропускну спроможність 133 МІБ / с - стільки ж, скільки і VLB. Однак вона була зручніше і, врешті-решт, витіснила шину VLB і на материнських платах для процесорів класу 486.

З появою процесорів Pentium II і серйозною заявкою PC на приналежність до ринку високопродуктивних робочих станцій, а також з появою 3D-ігор зі складною графікою стало ясно, що пропускної здатності PCI в тому вигляді, в якому вона існувала на платформі PC (зазвичай частота 33 МГц і розрядність 32 біт), скоро не вистачить на задоволення запитів системи. Тому фірма Intel вирішила зробити окрему шину для графічної підсистеми, кілька модернізувала шину PCI, забезпечила нової получившейся шині окремий доступ до пам'яті з підтримкою деяких специфічних запитів відеоадаптерів і назвала це AGP (Accelerated Graphics Port - прискорений графічний порт). Розрядність шини AGP становить 32 біт, робоча частота 66 МГц. Перша версія роз'єму підтримувала режими передачі даних 1x і 2x, друга - 4x, третя - 8x. У цих режимах за один такт передаються відповідно одне, два, чотири або вісім 32-розрядних слів. Версії AGP не завжди були сумісні між собою в зв'язку з використанням різних напруг живлення в різних версіях. Для запобігання пошкодження обладнання використовувався ключ в роз'ємі. Пікова пропускна спроможність в режимі 1x - 266 МІБ / с. Випуск відеоадаптерів на базі шин PCI і AGP на даний момент мізерно малий, так як шина AGP перестала задовольняти сучасним вимогам для потужності нових ПК, і, крім того, не може забезпечити необхідну потужність харчування. Для вирішення цих проблем створено розширення шини PCI - PCI Express версій 1.0, 1.1 і 2.0. Це послідовний, на відміну від AGP, інтерфейс, його пропускна здатність може досягати декількох десятків ГБ / с. На даний момент стався практично повна відмова від шини AGP на користь PCI Express. Проте варто відзначити, що деякі виробники досі пропонують досить сучасні по своїй конструкції відеоплати з інтерфейсами PCI і AGP - у багатьох випадках це досить простий шлях різко підвищити продуктивність морально застарілого ПК в деяких графічних завданнях.


2.2. Відеопам'ять

Крім шини даних другого вузьке місце будь-якого відеоадаптера - це пропускна спроможність ( англ. bandwidth ) Пам'яті самого відеоадаптера. Причому, спочатку проблема виникла навіть не стільки через швидкості обробки відеоданих (це зараз часто стоїть проблема інформаційного "голоду" відеоконтролера, коли він дані обробляє швидше, ніж встигає їх читати / писати з / в відеопам'ять), скільки через необхідність доступу до них з боку відеопроцесора, центрального процесора і RAMDAC'а. Справа в тому, що при високій роздільній здатності і великій глибині кольору для відображення сторінки екрану на моніторі необхідно прочитати всі ці дані з відеопам'яті і перетворити в аналоговий сигнал, який і піде на монітор, стільки разів у секунду, скільки кадрів в секунду показує монітор. Візьмемо обсяг однієї сторінки екрану при дозволі 1024x768 точок і глибині кольору 24 біт (True Color), це становить 2,25 МБ. При частоті кадрів 75 Гц необхідно зчитувати цю сторінку з пам'яті відеоадаптера 75 разів в секунду (зчитуються пікселі передаються в RAMDAC, і він перетворює цифрові дані про колір піксела в аналоговий сигнал, що надходить на монітор), причому, ні затриматися, ані пропустити піксел не можна, отже, номінально потребная пропускна здатність відеопам'яті для даного дозволу становить приблизно 170 МБ / с, і це без урахування того, що необхідно і самому видеоконтроллеру писати і читати дані з цієї пам'яті. Для дозволу 1600x1200x32 біт при тій же частоті кадрів 75 Гц, номінально потребная пропускна складає вже 550 МБ / с. Для порівняння, процесор Pentium-2 мав пікову швидкість роботи з пам'яттю 528 МБ / с. Проблему можна було вирішувати двояко - або використовувати спеціальні типи пам'яті, які дозволяють одночасно двом пристроям читати з неї, або ставити дуже швидку пам'ять. Про типи пам'яті і піде мова нижче.

  • FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM - динамічне ОЗП з швидким сторінковим доступом) - основний тип відеопам'яті, ідентичний використовуваної в системних платах. Використовує асинхронний доступ, при якому керуючі сигнали не прив'язані жорстко до тактовій частоті системи. Активно застосовувався приблизно до 1996 р.
  • VRAM (Video RAM - відео ОЗУ) - так звана двопортова DRAM. Цей тип пам'яті забезпечує доступ до даних з боку відразу двох пристроїв, тобто є можливість одночасно писати дані в будь-яку комірку пам'яті, і одночасно з цим читати дані з якої-небудь сусідньої комірки. За рахунок цього дозволяє поєднувати у часі виведення зображення на екран і його обробку в відеопам'яті, що скорочує затримки при доступі і збільшує швидкість роботи. Тобто RAMDAC може вільно виводити на екран монітора раз за разом екранний буфер, нітрохи не заважаючи видеопроцессору здійснювати будь-які маніпуляції з даними. Але це все та ж DRAM і швидкість у неї не дуже висока.
  • WRAM (Window RAM) - варіант VRAM, зі збільшеною на ~ 25% пропускною здатністю і підтримкою деяких часто вживаних функцій, таких як отрісовка шрифтів, переміщення блоків зображення і т. п. Застосовується практично тільки на акселераторах фірми Matrox і Number Nine, оскільки вимагає спеціальних методів доступу та обробки даних. Наявність всього одного виробника даного типу пам'яті ( Samsung) сильно скоротило можливості її використання. Відеоадаптери, побудовані з використанням даного типу пам'яті, не мають тенденції до падіння продуктивності при встановленні великих дозволів і частот оновлення екрану, на однопортової ж пам'яті в таких випадках RAMDAC все більший час займає шину доступу до відеопам'яті і продуктивність відеоадаптера може сильно впасти.
  • EDO DRAM (Extended Data Out DRAM - динамічне ОЗП з розширеним часом утримання даних на виході) - тип пам'яті з елементами конвейеризації, що дозволяє трохи прискорити обмін блоками даних з відеопам'яттю приблизно на 25%.
  • SDRAM (Synchronous Dynamic RAM - синхронне динамічне ОЗП) прийшов на заміну EDO DRAM і інших асинхронних Однопортова типів пам'яті. Після того, як вироблено перше читання з пам'яті або перший запис в пам'ять, наступні операції читання або запису відбуваються з нульовими затримками. Цим досягається максимально можлива швидкість читання і запису даних.
  • DDR SDRAM (Double Data Rate) - варіант SDRAM з передачею даних по двох зрізах сигналу, одержуємо в результаті подвоєння швидкості роботи. Подальший розвиток поки відбувається у вигляді чергового ущільнення числа пакетів в одному такті шини - DDR2 SDRAM (GDDR2), DDR3 SDRAM (GDDR3) і т. д.
  • SGRAM (Synchronous Graphics RAM - синхронне графічне ОЗУ) варіант DRAM з синхронним доступом. В принципі, робота SGRAM повністю аналогічна SDRAM, але додатково підтримуються ще деякі специфічні функції, типу блокової і масочной запису. На відміну від VRAM і WRAM, SGRAM є однопортової, однак може відкривати дві сторінки пам'яті як одну, емуліруя двухпортовий інших типів відеопам'яті.
  • MDRAM (Multibank DRAM - многобанковое ОЗУ) - варіант DRAM, розроблений фірмою MoSys, організований у вигляді безлічі незалежних банків обсягом по 32 КІБ кожен, що працюють у конвеєрному режимі.
  • RDRAM (RAMBus DRAM) - пам'ять, що використовує спеціальний канал передачі даних (Rambus Channel), що представляє собою шину даних шириною в один байт. По цьому каналу вдається передавати інформацію дуже великими потоками, найвища швидкість передачі даних для одного каналу на сьогоднішній момент складає 1600 МБ / с (частота 800 МГц, дані передаються по обох зрізах імпульсу). На один такий канал можна підключити декілька чіпів пам'яті. Контролер цієї пам'яті працює з одним каналом Rambus, на одній мікросхемі логіки можна розмістити чотири таких контролера, отже теоретично можна підтримувати до 4 таких каналів, забезпечуючи максимальну пропускну спроможність у 6,4 ГБ / с. Мінус цієї пам'яті - потрібно читати інформацію великими блоками, інакше її продуктивність різко падає.
В даний час
Тип Ефективна частота

пам'яті, МГц

Пікова швидкість передачі даних

(Пропускна здатність), ГБ / с [Джерело не вказано 342 дні]

DDR 166 - 950 1.2 - 30.4 (?)
DDR2 400 - 2400 3,2 - 9,6
GDDR3 700 - 2400 5.6 - 156.6
GDDR4 2000 - 3600 128 - 200
GDDR5 900 - 5700 130 - 320

Об'єм пам'яті великої кількості сучасних відеокарт варіюється від 33 МБ (напр. Matrox G550) [1] до 6 ГБ (напр. NVIDIA Quadro 6000). [2] Оскільки доступ до відеопам'яті GPU і іншими електронним компонентами повинен забезпечувати бажану високу продуктивність всієї графічної підсистеми в цілому, використовуються спеціалізовані високошвидкісні типи пам'яті, такі як SGRAM, двупортовий ( англ. dual-port ) VRAM, WRAM, інші. Приблизно з 2003 року, відеопам'ять, як правило, базувалася на основі DDR технології пам'яті SDRAM, з подвоєною ефективною частотою (передача даних синхронізується не тільки по наростаючому фронті тактового сигналу, але і ниспадающему). І надалі DDR2, GDDR3, GDDR4 і GDDR5. Пікова швидкість передачі даних (пропускну здатність) пам'яті сучасних відеокарт сягає 327 ГБ / з (напр. в NVIDIA GeForce GTX 580 або 320 ГБ / с у AMD Radeon HD 6990). [3] [4]

Відеопам'ять використовується для тимчасового збереження, крім безпосередньо даних зображення, та інші: текстури, шейдери, вершинні буфери (en: vertex buffer objects, VBO), Z-буфер (віддаленість елементів зображення в 3D графіці), і тому подібні дані графічної підсистеми (за винятком, по більшій частині даних Video BIOS, внутрішньої пам'яті графічного процесора і т. п.) і коди.


3. Характеристики відеокарт

  • ширина шини пам'яті, вимірюється в бітах - кількість біт інформації, що передається за такт. Важливий параметр в продуктивності карти.
  • обсяг відеопам'яті, вимірюється в мегабайтах - обсяг власної оперативної пам'яті відеокарти. Більший обсяг далеко не завжди означає більшу продуктивність.

Відеокарти, інтегровані в набір системної логіки материнської плати або є частиною ЦПУ, зазвичай не мають власної відеопам'яті і використовують для своїх потреб частину оперативної пам'яті комп'ютера (UMA - Unified Memory Access).

  • частоти ядра і пам'яті - вимірюються в мегагерцах, чим більше, тим швидше відеокарта буде обробляти інформацію.
  • текстурная і піксельна швидкість заповнення, вимірюється в млн. пікселів в секунду, показує кількість виведеної інформації в одиницю часу.

4. 3D-прискорювачі

3D прискорювач - плата розширення (PCI, PCI-E, AGP, ISA), яка відповідає за прискорення 2D, а пізніше за прискорення 3D графіки. Найпершим 3D прискорювачем стала відеокарта від NVidia - Diamond Edge 3D 3400.

4.1. Ігрові відеоприскорювачі

Ігрові відеоприскорювачі - це такі відеокарти, які орієнтовані на прискорення 3D графіки в іграх. На даний момент найшвидшими настільними відеокартами є NVIDIA GeForce GTX 690 і AMD Radeon HD 7990. Для ноутбуків найшвидшими є NVIDIA GeForce GTX 680M і AMD Radeon HD 7970M.

4.2. Професійні відеоприскорювачі

Професійні графічні карти - відеокарти, орієнтовані на роботу в потужних графічних станціях і використання в професійних математичних і графічних пакетах 2D-і 3D-моделювання, на які лягає значне навантаження при обрахунку і промальовуванні моделей проектованих об'єктів.

Ядра професійних відеоприскорювачів основних виробників, AMD і NVIDIA, "зсередини" мало відрізняються від їх ігрових побратимів. Вони давно уніфікували свої GPU і використовують їх у різних областях. Саме такий хід і дозволив цим фірмам витіснити з ринку компанії, які займалися розробкою і просуванням спеціалізованих графічних чіпів для професійних застосувань.

Особлива увага приділяється підсистемі відеопам'яті, оскільки це - особливо важлива складова професійних прискорювачів, на частку якої припадає основне навантаження при роботі з моделями гігантського обсягу.


5. Інтегровані (вбудовані) відеокарти

IGP (скор. від англ. Integrated Graphics Processor , Дослівно - інтегрований графічний процесор) - графічний процесор (GPU), вбудований (інтегрований) в материнську плату. Синоніми: інтегрована графіка (Integrated Graphics); інтегрований графічний контролер; вбудований в чіпсет відеоадаптер; вбудований (інтегрований) графічний контролер; вбудований (інтегрований) графічний чіп (Integrated graphics chip); графічний чіп, інтегрований в чіпсет. Вбудована графіка дозволяє побудувати комп'ютер без окремої відеоплати, що скорочує вартість і енергоспоживання систем. Дане рішення зазвичай використовується в ноутбуках, настільних комп'ютерах нижньої цінової категорії та бізнес-комп'ютерах (для яких не вимагається високий рівень продуктивності графічної системи). В якості відеопам'яті дані графічні системи використовують оперативну пам'ять комп'ютера, що призводить до обмежень продуктивності, так як і центральний і графічний процесори для доступу до пам'яті використовують одну шину. Як і "стаціонарні" відеокарти мобільні відеоадаптери поділяються на три основних види, в залежності від способу повідомлення відеоядра і відеопам'яті:

  • Графіка з пам'яттю - під потреби відеоадаптера динамічно виділяється область основного ОЗУ комп'ютера.
  • Дискретна графіка - на системній платі або (рідше) на окремому модулі розпаяні відеочіп і один або декілька модулів відеопам'яті.
  • Гібридна дискретна графіка - комбінація вищеназваних способів - невеликий обсяг фізично розпаяні на платі відеопам'яті, який може віртуально розширюватися за рахунок використання основної оперативної пам'яті.

6. Програмне забезпечення

На програмному рівні відеопроцесор для своєї організації обчислень (розрахунків тривимірної графіки) використовує той чи інший інтерфейс прикладного програмування (API).

Найперші прискорювачі використовували Glide - API для тривимірної графіки, розроблений 3dfx Interactive для відеокарт на основі власних графічних процесорів Voodoo Graphics.

Потім покоління прискорювачів в відеокартах можна вважати за версією DirectX, яку вони підтримують. Розрізняють наступні покоління:

  • DirectX 7 - карта не підтримує шейдери, всі картинки малюються накладенням текстур;
  • DirectX 8 - підтримка піксельних шейдеров версій 1.0, 1.1 та 1.2, в DX 8.1 ще й версію 1.4, підтримка вершинних шейдеров версії 1.0;
  • DirectX 9 - підтримка піксельних шейдеров версій 2.0, 2.0a і 2.0b, 3.0;
  • DirectX 10 - підтримка уніфікованих шейдеров версії 4.0;
  • DirectX 10.1 - підтримка уніфікованих шейдеров версії 4.1;
  • DirectX 11 - підтримка уніфікованих шейдеров версії 5.0;
  • DirectX 11.1 - підтримка уніфікованих шейдеров версії 5.1.

Також покоління прискорювачів в відеокартах можна вважати за версією OpenGL, яку вони підтримують:

  • OpenGL 1.0
  • OpenGL 1.2
  • OpenGL 1.4
  • OpenGL 2.0
  • OpenGL 2.1
  • OpenGL 3.0
  • OpenGL 3.1
  • OpenGL 3.2
  • OpenGL 4.0
  • OpenGL 4.1
  • OpenGL 4.2

7. Основні виробники

Спеціалізовані:

Інші виробники:

  • 3dfx (придбана NVidia)
  • Acer Laboratories Inc.
  • Alliance Logic
  • Ark Logic
  • ATI (придбана AMD в 2006 р.)
  • ASPEED Technology Inc.
  • Bitboys Oy (придбана ATI в 2006 р.)
  • Chips & Technologies (придбана Intel в 1997 р.)
  • Chromatic Research (придбана ATI в 1998 р.)
  • Cirrus Logic (покинула ринок в 1996 р.)
  • Hualon Microelectronics Corporation
  • IBM
  • Integrated Micro Solutions (пізніше - iXMicro)
  • Macronix
  • NEC
  • NeoMagic Corporation
  • Number Nine Visual Technologies (придбана S3 Graphics)
  • Oak Technology (покинула ринок на початку 90-х)
  • OPTi
  • Radius (випускала відеокарти для Apple Macintosh)
  • Real3D (СП Intel і Lockheed Martin, фактичний розробник i740)
  • Realtek
  • Rendition
  • S3 Graphics (графічне підрозділ придбано VIA в 2000 р.)
  • SiS
  • Trident Microsystems (в 2003 р. графічне відділення придбано XGI Technology Inc.)
  • Tseng Labs (придбана ATI в 1997 р.)
  • VIA
  • Weitek (покинула ринок в 1996 р.)
  • Western Digital (покинула ринок в 1989 р.)
  • XGI Technology Inc. [1] (придбана ATI в 2006 р.)

Література

  • Скотт Мюллер. Модернізація та ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 вид. - М .: "Вильямс", 2007. - С. 889-970. - ISBN 0-7897-3404-4

Примітки

  1. Matrox G550 - www.matrox.com/graphics/en/products/graphics_cards/g_series/g550/, див. Specification (англ.)
  2. Quadro 6000 - www.nvidia.ru/object/product-quadro-6000-ru.html, див. Специфікації.
  3. NVIDIA GeForce GTX 590 Specifications - www.geforce.com/Hardware/GPUs/geforce-gtx-590/specifications (англ.)
  4. AMD - Radeon HD 6950 Graphics, див. Specification (англ.)
Стандарти відеоадаптерів і моніторів
Відеоадаптери MDA | Tandy | HGC | CGA | EGA | PGC | VGA | MCGA | 8514 | XGA Порівняльні розміри
Дозвіл екрану QVGA | VGA | SVGA | XGA | XGA + | SXGA | SXGA + | UXGA | QXGA | QSXGA | QUXGA | HXGA | HSXGA | HUXGA
Широкоекранні варіанти WVGA | WXGA | WSXGA / WXGA + | WSXGA + | WUXGA | WQXGA | WQSXGA | WHXGA | WHSXGA | WHUXGA | WQUXGA
Перегляд цього шаблону Компоненти персонального комп'ютера
Системний блок
Пам'ять
Носії та дисководи
Висновок
Введення
Ігри
Інше