Что такое видеокарта?
Видеокарта (известна также как графическая плата, видеоадаптер)
— устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти
компьютера или самого адаптера, в иную форму, предназначенную для дальнейшего
вывода на экран монитора. В настоящее время эта функция утратила основное
значение и, в первую очередь, под графическим адаптером понимают устройство с
графическим процессором - графический ускоритель, который и занимается
формированием самого графического образа.
Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется
в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или
специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную
плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части
северного моста чипсета или ЦПУ).
Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом
изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может
производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального
процессора компьютера.
1. графический
процессор (Graphics processing unit — 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.
2. 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.
3. видеопамять
— исполняет 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, DDR2, 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 UMA в качестве видеопамяти используется часть системной памяти
компьютера.
4. 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.
5. видео-ПЗУ
(Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны
видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется
видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до
загрузки основной операционной системы, а также 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.
6. система
охлаждения — предназначена для сохранения температурного режима
видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.
Правильная и полнофункциональная работа современного
графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального
программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и
загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет
функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и
видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно
контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры
управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.
Характеристики
видеокарты:
Ширина шины памяти, измеряется в битах — количество бит
информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.
Объём видеопамяти, измеряется в мегабайтах — объём собственной
оперативной памяти видеокарты. Больший объём далеко не всегда означает большую
производительность. 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.
Выводы карты — видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели
всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). В настоящее время платы оснащают
разъёмами DVI или HDMI, либо Display Port в количестве от одного до трех.
Некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью видеовыходами.
Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи
видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно
использование переходников. Порт DVI бывает двух разновидностей. DVI-I также
включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на
разьем D-SUB. DVI-D не позволяет этого сделать. Dispay Port позволяет
подключать до четырёх устройств, в том числе акустические системы,
USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода. На видеокарте также возможно
размещение композитных и S-Video видеовыходов и видеовходов (обозначаются, как
ViVo)
Типы памяти видеокарты
FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с
быстрым страничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный
используемой в системных платах. Использует асинхронный доступ, при котором
управляющие сигналы не привязаны жёстко к тактовой частоте системы. Активно
применялся примерно до 1996 г.
VRAM (Video RAM — видео ОЗУ) — так называемая двухпортовая
DRAM. Этот тип памяти обеспечивает доступ к данным со стороны сразу двух
устройств, то есть,имеется возможность одновременно писать данные в какую-либо
ячейку памяти, и одновременно с этим читать данные из какой-нибудь соседней
ячейки. За счёт этого позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран
и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки при доступе и увеличивает
скорость работы. То есть RAMDAC может свободно выводить на экран монитора раз
за разом экранный буфер, ничуть не мешая видеопроцессору осуществлять
какие-либо манипуляции с данными. Но это всё та же DRAM и скорость у неё не
слишком высокая.
WRAM (Window RAM) — вариант VRAM, с увеличенной на ~25 %
пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций, таких
как обрисовка шрифтов, перемещение блоков изображения и т. п. Применяется
практически только на акселераторах фирмы Matrox и Number Nine, поскольку
требует специальных методов доступа и обработки данных. Наличие всего одного
производителя данного типа памяти (Samsung) сильно сократило возможности её использования.
Видеоадаптеры, построенные с использованием данного типа памяти, не имеют
тенденции к падению производительности при установке больших разрешений и
частот обновления экрана, на однопортовой же памяти в таких случаях RAMDAC всё
большее время занимает шину доступа к видеопамяти и производительность
видеоадаптера может сильно упасть.
EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с
расширенным временем удержания данных на выходе) — тип памяти с элементами
конвейеризации, позволяющий несколько ускорить обмен блоками данных с
видеопамятью приблизительно на 25 %.
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM — синхронное динамическое ОЗУ)
пришёл на замену EDO DRAM и других асинхронных однопортовых типов памяти. После
того, как произведено первое чтение из памяти или первая запись в память,
последующие операции чтения или записи происходят с нулевыми задержками. Этим
достигается максимально возможная скорость чтения и записи данных.
DDR SDRAM (Double Data Rate) — вариант SDRAM с передачей
данных по двум срезам сигнала, получаем в результате удвоение скорости работы.
Дальнейшее развитие пока происходит в виде очередного уплотнения числа пакетов
в одном такте шины — DDR2 SDRAM (GDDR2), DDR3 SDRAM (GDDR3) и т. д.
SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ)
вариант DRAM с синхронным доступом. В принципе, работа SGRAM полностью
аналогична SDRAM, но дополнительно поддерживаются ещё некоторые специфические
функции, типа блоковой и масочной записи. В отличие от VRAM и WRAM, SGRAM
является однопортовой, однако может открывать две страницы памяти как одну,
эмулируя двухпортовость других типов видеопамяти.
MDRAM (Multibank DRAM — многобанковое ОЗУ) — вариант DRAM,
разработанный фирмой MoSys, организованный в виде множества независимых банков
объёмом по 32 КиБ каждый, работающих в конвейерном режиме.
RDRAM (RAMBus DRAM) память, использующая специальный канал
передачи данных (Rambus Channel), представляющий собой шину данных шириной в
один байт. По этому каналу удаётся передавать информацию очень большими потоками,
наивысшая скорость передачи данных для одного канала на сегодняшний момент
составляет 1600 МиБ/с (частота 800 МГц, данные передаются по обоим срезам
импульса). На один такой канал можно подключить несколько чипов памяти.
Контроллер этой памяти работает с одним каналом Rambus, на одной микросхеме
логики можно разместить четыре таких контроллера, значит теоретически можно
поддерживать до 4 таких каналов, обеспечивая максимальную пропускную
способность в 6,4 ГБ/с. Минус этой памяти — нужно читать информацию большими
блоками, иначе её производительность резко падает.
Источник: http://ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Видеокарта |