Из чего состоит видеокарта

Сейчас практически все компьютеры оснащены дискретной видеокартой. С помощью данного устройства создается видимое на экране монитора изображение. Комплектующее это далеко не простое, а состоит из многих деталей, формирующих единую рабочую систему. В этой статье мы постараемся подробно рассказать обо всех компонентах современной видеокарты.

Из чего состоит видеокарта

Сегодня мы рассмотрим именно современные дискретные видеокарты, ведь интегрированные имеют совсем другую комплектацию и, в основном, они встроены в процессор. Дискретный графический адаптер представлен в виде печатной платы, которая вставляется в соответствующий разъем расширения. Все компоненты видеоадаптера расположены на самой плате в определенном порядке. Давайте подробнее разберем все составные части.

Читайте также:
Что такое дискретная видеокарта
Что значит интегрированная видеокарта

Графический процессор

В самом начале нужно поговорить о самой важной детали в видеокарте – GPU (графический процессор). От данного компонента зависит быстродействие и мощность всего устройства. В его функциональность входит обработка команд, связанных с графикой. Графический процессор берет на себя выполнение определенных действий, за счет чего снижается нагрузка на ЦП, освобождая его ресурсы для других целей. Чем современнее видеокарта, тем мощность установленного в ней GPU больше, она может превосходить даже центральный процессор благодаря наличию множества вычислительных блоков.

Видеоконтроллер

За генерацию картинки в памяти отвечает видеоконтроллер. Он посылает команды на цифро-аналоговый преобразователь и проводит обработку команд ЦП. В современной карточке встроенно несколько компонентов: контроллер видеопамяти, внешней и внутренней шины данных. Каждый компонент функционирует независимо друг от друга, позволяя осуществлять одновременное управление экранами дисплеев.

Видеопамять

Для хранения изображений, команд и промежуточных не видимых на экране элементов необходимо определенное количество памяти. Поэтому в каждом графическом адаптере присутствует постоянный объем памяти. Она бывает разных типов, отличающихся по своей скорости работы и частоте. Тип GDDR5 на данный момент является самым популярным, используется во многих современных карточках.

Однако еще стоит учитывать, что помимо встроенной в видеокарту памяти новые устройства задействуют и ОЗУ, установленную в компьютере. Для доступа к ней используется специальный драйвер через шину PCIE и AGP.

Цифро-аналоговый преобразователь

Видеоконтроллер формирует изображение, однако его нужно преобразовать в необходимый сигнал с определенными уровнями цвета. Данный процесс выполняет ЦАП. Он построен в виде четырех блоков, три из которых отвечают за преобразование RGB (красный, зеленый и синий цвет), а последний блок хранит в себе информацию о предстоящей коррекции яркости и гаммы. Один канал работает на 256 уровнях яркости для отдельных цветов, а в сумме ЦАП отображает 16,7 миллионов цветов.

Постоянное запоминающее устройство

ПЗУ хранит в себе необходимые экранные элементы, информацию с BIOS и некоторые системные таблицы. Видеоконтроллер никак не задействуется вместе с постоянным запоминающим устройством, обращение к нему происходит только со стороны ЦП. Именно благодаря хранению информации с BIOS видеокарта запускается и функционирует еще до полной загрузи ОС.

Система охлаждения

Как известно, процессор и графическая карта являются самыми горячими комплектующими компьютера, поэтому для них необходимо охлаждение. Если в случае с ЦП кулер устанавливается отдельно, то в большинство видеокарт вмонтирован радиатор и несколько вентиляторов, что позволяет сохранить относительно низкую температуру при сильных нагрузках. Некоторые мощные современные карточки очень сильно греются, поэтому для их охлаждения используется более мощная водяная система.

Читайте также: Устраняем перегрев видеокарты

Интерфейсы подключения

Современные графические карты оснащены преимущественно по одному разъему HDMI, DVI и Display Port. Данные выводы являются самыми прогрессивными, быстрыми и стабильными. Каждый из этих интерфейсов имеет свои преимущества и недостатки, с чем вы можете подробно ознакомиться в статьях на нашем сайте.

Подробнее:

Сравнение HDMI и DisplayPort
Сравнение DVI и HDMI

В этой статье мы подробно разобрали устройство видеокарты, детально рассмотрели каждый компонент и выяснили его роль в устройстве. Надеемся, что предоставленная информация была полезной и вы смогли узнать что-то новое.

Читайте также: Зачем нужна видеокарта

Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.
Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Помогла ли вам эта статья?

ДА НЕТ

Устройство и работа видеокарты

Подробности

Категория: Статьи

1  История создания видеокарты

Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 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 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller — графический адаптер Геркулес), который имел графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.

Первой цветной видеокартой стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная 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 EGA (Enhanced Graphics Adapter) — улучшенный графический адаптер, с расширенной до 64 цветов палитрой, и промежуточным буфером. Было улучшено разрешение до 640×350, в результате добавился текстовый режим 80×43 при матрице символа 8×8. Для режима 80×25 использовалась большая матрица — 8×14, одновременно можно было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим так же позволял использовать при разрешении 640×350 16 цветов из палитры в 64 цвета. Был совместим с CGA и MDA.

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 MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер). Текстовое разрешение было поднято до 640×400, что позволило использовать режим 80×50 при матрице 8×8, а для режима 80×25 использовать матрицу 8×16. Количество цветов увеличено до 262144 (64 уровня яркости по каждому цвету), для совместимости с EGA в текстовых режимах была введена таблица цветов, через которую выполнялось преобразование 64-цветного пространства EGA в цветовое пространство MCGA. Появился режим 320x200x256, где каждый пиксел на экране кодировался соответствующим байтом в видеопамяти, никаких битовых плоскостей не было, соответственно с EGA осталась совместимость только по текстовым режимам, совместимость с CGA была полная. Из-за огромного количества яркостей основных цветов возникла необходимость использования уже аналогового цветового сигнала, частота строчной развертки составляла уже 31,5 KГц.

Потом IBM пошла ещё дальше и сделала VGA (Video Graphics Array — графический видео массив), это расширение MCGA совместимое с EGA и введённое в средних моделях PS/2. Это фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлены текстовое разрешение 720×400 для эмуляции MDA и графический режим 640×480, с доступом через битовые плоскости. Режим 640×480 замечателен тем, что в нём используется квадратный пиксел, то есть соотношение числа пикселов по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3. Дальше появился IBM 8514/a с разрешениями 640x480x256 и 1024x768x256, и IBM XGA с текстовым режимом 132×25 (1056×400) и увеличенной глубиной цвета (640x480x65K).

С 1991 года появилось понятие SVGA (Super VGA — «сверх» VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких режимов и дополнительного сервиса, например возможности поставить произвольную частоту кадров. Число одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65536 (High Color, 16 бит) и 16777216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные текстовые режимы. Из сервисных функций появляется поддержка VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA). SVGA воспринимается как фактический стандарт видеоадаптера где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.

Графический пользовательский интерфейс, появившийся во многих операционных системах, стимулировал новый этап развития видеоадаптеров. Появляется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator). Это видеоадаптеры, которые производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне. К числу этих функций относятся, перемещение больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например при перемещении окна), заливка участков изображения, рисование линий, дуг, шрифтов, поддержка аппаратного курсора и т. п. Прямым толчком к развитию столь специализированного устройства явилось то, что графический пользовательский интерфейс несомненно удобен, но его использование требует от центрального процессора немалых вычислительных ресурсов, и современный графический ускоритель как раз и призван снять с него львиную долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран.

Пример домашнего компьютера не-IBM — ZX Spectrum, имеет свою историю развития видеорежимов.

2 Устройство видеокарты

Современная видеокарта состоит из следующих частей:

— 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.

— 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.

— 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, 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.

— 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.

— 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.

— 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.

3 Функциональная схема видеокарты

Обязательным элементом видеокарты является контроллер монитора, в задачу которого входит согласованное формирование сигналов сканирования видеопамяти (адрес и стробы чтения) и сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации монитора. Контроллер монитора должен обеспечивать требуемые частоты развертки и режимы сканирования видеопамяти, которые зависят от режима отображения (графический или текстовый) и организации видеопамяти. Опорной частотой для работы контроллера является частота вывода пикселов в графических режимах или точек разложения символов в текстовом режиме.

Видеопамять является специальной областью памяти, из которой контроллер монитора организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения. Первоначально для видеопамяти в карте распределения памяти РС была выделена область адресов A0000h-BFFFFh, доступные любому процессору х86. Для увеличения объема памяти (для VGA и SVGA) пришлось

Риснок 1.1 – Функциональная схема видеокарты

применять технику переключения банков памяти. Современные графические адаптеры имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов (свыше 16 Мбайт), что позволяет в защищенном режиме процессора работать с цельными образами экранов. На графических адаптерах существует и архитектура унифицированной памяти UMA. При таком подходе под видеобуфер выделяется область системного ОЗУ. Но это приводит к снижению производительности как графической подсистемы, так и компьютера в целом. Для повышения производительности служит не просто выделение видеопамяти, но и применение в ней микросхем со специальной архитектурой — VRAM, WRAM, MDRAM, RDRAM, SGRAM.

Контроллер атрибутов управляет трактовкой цветовой информации, хранящейся в видеопамяти. В текстовом режиме он обрабатывает информацию из байт атрибутов знакомест, а в графическом — бит текущего выводимого пиксела. Контроллер атрибутов позволяет увязать объем хранимой цветовой информации с возможностями монитора. В состав контроллера атрибутов входят регистры палитр, которые служат для преобразования цветов, закодированных битами видеопамяти, в реальные цвета на экране. С появлением адаптеров, способных более 256 цветов, на видеокарту их монитора перенесли цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов базисных цветов. Объединение ЦАП с регистрами палитр в настоящее время исполняется в виде микросхем RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь). Микросхемы RAMDAC характеризуются разрядностью преобразователей, которая может доходить до 8 бит на цвет, и предельной частотой выборки точек (DotCLK), с которой они способны работать.

Графический контроллер является средством повышения производительности программного построения образов изображений в видеопамяти. В адаптерах EGA и VGA функции графического контроллера реализованы аппаратными средствами специализированных микросхем. Адаптеры EGA и VGA имеют четыре 8-ми битных регистра-защелки, в которых фиксируются данные из соответствующих им цветовых слоев при выполнении любой операции чтения видеопамяти. В последующих операциях записи в формировании данных для каждого слоя могут принимать участие данные от процессора и данные из регистров-защелок соответствующих слоев. Регистр битовой маски позволяет побитно управлять источником записываемых данных: если бит регистра маски имеет нулевое значение, то в видеопамять этот бит во всех слоях будет записан из регистра-защелки. Данные от процессора будут поступать только для бит с единичным значением маски. При чтении графический контроллер может задавать номер читаемого слоя. В современных адаптерах функции графического контроллера, существенно расширенные по сравнению с EGA и VGA, выполняются встроенным микропроцессором — графическим акселератором.

Синхронизатор позволяет синхронизировать циклы обращения процессора к видеопамяти с процессом регенерации изображения. От внутреннего генератора вырабатывается частота вывода пикселов DotClock, относительно которой строятся все временные последовательности сканирования видеопамяти, формирования видеосигналов и синхронизации монитора. В то же время процессор обращается к видеопамяти асинхронно относительно процесса регенерации. В задачу синхронизатора входит согласование этих асинхронных процессов.

Внутренняя шина адаптера предназначена для высокопроизводительного обмена данными между видеопамятью, графическим акселератором и внешним интерфейсом. Типовая разрядность канала данных у этой шины 64/128 бит. Однако реально используемая разрядность может оказаться меньшей, если установлены не все предусмотренные микросхемы видеопамяти.

Блок внешнего интерфейса связывает адаптер с одной из шин компьютера. Раньше для графических адаптеров использовали шину ISA (8/16 бит). Современные графические адаптеры используют в основном высокопроизводительные шины, такие как PCI и еще более производительный канал AGP.

Блок интерфейса монитора формирует выходные сигналы соответствующего типа (RGB-TTL, RGB-Analog и т.д.). Этот же блок отвечает за диалог с монитором: в простейшем случае — чтение бит идентификации, а в более сложном — обмен данными по каналу DDC. Идентификация типа подключенного монитора VGA может производиться и по уровню видеосигнала на выходах красного или синего цвета: монитор имеет терминаторы (75 Ом) на каждом из аналоговых входов. Такая нагрузка при подключении снижает напряжение выходного сигнала. У монохромного монитора используется только канал зеленого цвета — линии красного и синего остаются без нагрузки.

Модуль расширения BIOS хранит код драйверов видеосервиса (INT 10h) и таблицы знакогенераторов. Этот модуль обеспечивает возможность установки любой карты, не задумываясь о проблемах программной совместимости. Модуль расширения получает управление для инициализации графического адаптера почти в самом начале POST. Модуль имеет начальный адрес C0000h и его размер зависит от типа адаптера. Для повышения производительности видеопостроений применяют теневую память (Video BIOS Shadowing) или кэширование (Video BIOS Caching). Для графических адаптеров, интегрированных в системную плату, программная поддержка также встроена в системную BIOS.

4      Характеристики видеокарты и их интерфейс

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.

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.

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 MDA, Hercules, CGA и EGA оснащались 9-контактным разьемом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разьем Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом. Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разьем предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера. 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) (Рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Разъемы: 9-контактный разъём TV-Out, DVI и D-Sub

Первое препятствие к повышению быстродействия видеосистемы — это интерфейс передачи данных, к которому подключён видеоадаптер. Как бы ни был быстр процессор видеоадаптера, большая часть его возможностей останется незадействованной, если не будут обеспечены соответствующие каналы обмена информацией между ним, центральным процессором, оперативной памятью компьютера и дополнительными видеоустройствами. Основным каналом передачи данных является, конечно, интерфейсная шина материнской платы, через которую обеспечивается обмен данными с центральным процессором и оперативной памятью. Самой первой шиной использовавшейся в IBM PC была XT-Bus, она имела разрядность 8 бит данных и 20 бит адреса и работала на частоте 4,77 МГц. Далее появилась шина ISA (Industry Standart Architecture — архитектура промышленного стандарта), соответственно она имела разрядность 16/24 бит и работала на частоте 8 МГц. Пиковая пропускная способность составляла чуть больше 5,5 МиБ/с. Этого более чем хватало для отображения текстовой информации и игр с шестнадцатицветной графикой. Дальнейшим рывком явилось появление шины MCA (Micro Channel Architecture) в новой серии компьютеров PS/2 фирмы IBM. Она уже имела разрядность 32/32 бит и пиковую пропускную способность 40 МиБ/с. Но то обстоятельство, что архитектура MCI являлась закрытой (собственностью IBM), побудило остальных производителей искать иные пути увеличения пропускной способности основного канала доступа к видеоадаптеру. И вот, с появлением процессоров серии 486, было предложено использовать для подключения периферийных устройств локальную шину самого процессора, в результате родилась VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA). Работая на внешней тактовой частоте процессора, которая составляла от 25 МГц до 50 МГц, и имея разрядность 32 бит, шина VLB обеспечивала пиковую пропускную способность около 130 МиБ/с. Этого уже было более чем достаточно для всех существовавших приложений, помимо этого возможность использования её не только для видеоадаптеров, наличие трёх слотов подключения и обеспечение обратной совместимости с ISA (VLB представляет собой просто ещё один 116 контактный разъём за слотом ISA) гарантировали ей достаточно долгую жизнь и поддержку многими производителями чипсетов для материнских плат, и периферийных устройств, даже несмотря на то, что при частотах 40 МГц и 50 МГц обеспечить работу даже двух устройств подключенных к ней представлялось проблематичным из-за чрезмерно высокой нагрузки на каскады центрального процессора (ведь большинство управляющих цепей шло с VLB на процессор напрямую, безо всякой буферизации). И всё-таки, с учётом того, что не только видеоадаптер стал требовать высокую скорость обмена информацией, и явной невозможности подключения к VLB всех устройств (и необходимостью наличия межплатформенного решения, не ограничивающегося только PC), была разработана шина PCI (Periferal Component Interconnect — объединение внешних компонентов) появившаяся, в первую очередь, на материнских платах для процессоров Pentium. С точки зрения производительности на платформе PC всё осталось по-прежнему — при тактовой частоте шины 33 МГц и разрядности 32/32 бит она обеспечивала пиковую пропускную способность 133 МиБ/с — столько же, сколько и VLB. Однако она была удобнее и в конце-концов вытеснила шину VLB и на материнских платах для процессоров класса 486.

С появлением процессоров Intel Pentium II, и серьёзной заявкой PC на принадлежность к рынку высокопроизводительных рабочих станций, а так же с появлением 3D-игр со сложной графикой, стало ясно, что пропускной способности PCI в том виде, в каком она существовала на платформе PC (обычно частота 33 МГц и разрядность 32 бит), скоро не хватит на удовлетворение запросов системы. Поэтому фирма Intel решила сделать отдельную шину для графической подсистемы, несколько модернизировала шину PCI, обеспечила новой получившейся шине отдельный доступ к памяти с поддержкой некоторых специфических запросов видеоадаптеров, и назвала это AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт). Разрядность шины AGP составляет 32 бит, рабочая частота 66 МГц. Первая версия разьема поддерживала режимы передачи данных 1x и 2x, вторая — 4x, третья — 8x. В этих режимах за один такт передаются соответственно одно, два, четыре или восемь 32-разрядных слов. Версии AGP не всегда были совместимы между собой в связи с использованием различных напряжений питания в разных версиях. Для предотвращения повреждения оборудования использовался ключ в разьеме. Пиковая пропускная способность в режиме 1x — 266 МиБ/с. Выпуск видеоадаптеров на базе шинах PCI и AGP на настоящий момент ничтожно мал, так как шина AGP перестала удовлетворять современным требованиям для мощности новых ПК, и, кроме того, не может обеспечить необходимую мощность питания. Для решения этих проблем создано расширение шины PCI — E — PCI Express версий 1.0 и 2.0, это последовательный, в отличие от AGP, интерфейс, его пропускная способность может достигать нескольких десятков ГБ/с. На данный момент произошёл практически полный отказ от шины AGP в пользу PCI Express. Однако стоит отметить, что некоторые производители до сих предлагают достаточно современные по своей конструкции видеоплаты с интерфейсами PCI и AGP — во многих случаях это достаточно простой путь резко повысить производительность морально устаревшего ПК в некоторых графических задачах.

5  Видеопамять

Кроме шины данных, второе узкое место любого видеоадаптера — это пропускная способность (англ. bandwidth) памяти самого видеоадаптера. Причём, изначально проблема возникла даже не столько из-за скорости обработки видеоданных (это сейчас часто стоит проблема информационного «голода» видеоконтроллера, когда он данные обрабатывает быстрее, чем успевает их читать/писать из/в видеопамять), сколько из-за необходимости доступа к ним со стороны видеопроцессора, центрального процессора и RAMDAC’а. Дело в том, что при высоких разрешениях и большой глубине цвета для отображения страницы экрана на мониторе необходимо прочитать все эти данные из видеопамяти и преобразовать в аналоговый сигнал, который и пойдёт на монитор, столько раз в секунду, сколько кадров в секунду показывает монитор. Возьмём объём одной страницы экрана при разрешении 1024×768 точек и глубине цвета 24 бит (True Color), это составляет 2,25 МиБ. При частоте кадров 75 Гц необходимо считывать эту страницу из памяти видеоадаптера 75 раз в секунду (считываемые пикселы передаются в RAMDAC и он преобразовывает цифровые данные о цвете пиксела в аналоговый сигнал, поступающий на монитор), причём, ни задержаться, ни пропустить пиксел нельзя, следовательно, номинально потребная пропускная способность видеопамяти для данного разрешения составляет приблизительно 170 МиБ/с, и это без учёта того, что необходимо и самому видеоконтроллеру писать и читать данные из этой памяти. Для разрешения 1600x1200x32 бит при той же частоте кадров 75 Гц, номинально потребная пропускная составляет уже 550 МиБ/с, для сравнения, процессор Pentium-2 имел пиковую скорость работы с памятью 528 МиБ/с. Проблему можно было решать двояко — либо использовать специальные типы памяти, которые позволяют одновременно двум устройствам читать из неё, либо ставить очень быструю память. О типах памяти и пойдёт речь ниже.

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 есть 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 отрисовка 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 ГиБ/с. Минус этой памяти — нужно читать информацию большими блоками, иначе её производительность резко падает.

Общий вид видеокарты изображен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Общий вид видеокарты на базе чипа NVidia GT218

Схема видеокарты изображена на рисунке 1.5.

 

Рисунок 1.5 — Схема видеокарты

 Недостатки видеокарт

Основным недостатком видеокарт является перегрев.

Перегрев видеокарт случается, когда они работают в закрытом, недостаточно проветриваемом корпусе. Современные видеокарты имеют достаточно большую мощность, поэтому сильно нагреваются. Этому способствует маленький корпус компьютера, набитый различными элементами, здесь есть большая вероятность, что видеокарта, когда-нибудь сгорит от перегрева.

Признаки перегрева видеокарты: происходят «глюки» системы, неправильное изображение цвета, появляются полосы, точки на экране, через несколько минут после начала интенсивной загрузки ускорителя. Последствия перегрева: потеря контакта в схеме видеокарты, вылет питающих узлов, высыхание электролитов, неисправности памяти. Такие же последствия возможны из-за плохого питания или разгона.

Если перегрев видеокарты длительный, то происходит высыхание электролитических конденсаторов на печатной плате видеокарты. Бывает, что производители экономят, и ставят конденсаторы, не предназначенные для работы при высоких температурах, в результате этого электролиты высыхают, что и становится причиной полной неработоспособности карты. Часто происходит то, что в схеме платы, нарушаются электрические контакты. Эта неисправность является самой простой и легко исправляемой.

Для того, чтобы устранить этот недостаток воспользуемся одним из методов охлаждения ПК. На современных компьютерах изготовитель устанавливает на видеокартах либо пассивное охлаждение, в виде радиатора или производит дополнительный обдув платы видеокарты вентилятором. Мы воспользуемся вторым способом, хотя при этом увеличится уровень шума, создаваемого дополнительным вентилятором.

Что такое видеокарта компьютера. Понятие, устройство и разъемы видеокарты

Содержание:

Обработка графической информации – одна из сложнейших задач, которые выполняет компьютер.

Видеокарта (видеоадаптер, видеоплата, разг. — видюха) – важная и сложная часть компьютера, в ее задачу входит обработка информации и вывод изображения на экран монитора. Современные видеокарты состоят из собственного процессора, кулера, оперативной памяти.

На протяжении многих последних лет существуют два основных производителя видеоплат. Это  компании Nvidia и ATI Technologies (в 2006 году была приобретена американской компанией AMD). Компания Nvidia производит видеокарты под брендом GeForce, а ATI – под брендом Radeon.

Краткий принцип работы видеоадаптера

Процесс обработки графических данных – это очень сложный процесс. Чтобы получить на экране монитора определенное изображение, видеокарта выполняет много различных операций. Она получает информацию о будущей картинке от центрального процессора, после этого строит ее каркас, состоящий из точек (их называют «вершинами»).

Затем на этот каркас помещаются плоские кусочки – «полигоны». Под конец специальные программы («шейдеры») сглаживают углы, а на последнем этапе полученная фигура покрывается цветовой текстурой.

Т.к. картинка постоянно изменяется (особенно в компьютерных играх), расчеты должны производиться с очень большой скоростью. Только так можно обеспечить формирование необходимого количества кадров за 1 секунду. Идеальным для человеческого глаза является частота равная 25 кадров/сек. (англ. – FPS или Frames Per Second). Если количество кадров меньше, то будет заметно «торможение».

Почти все современные материнские платы и процессоры имеют встроенное видеоядро и поэтому покупать отдельную плату не всегда необходимо. В роли видеопамяти выступает часть оперативной памяти ПК. Не стоит ожидать высокой производительности от такого компьютера, но для работы в интернете и с офисными документами её будет вполне достаточно.

В случае, если вы планируете играть в компьютерные игры или заниматься обработкой графики или видео, без отдельной видеокарты не обойтись. Сегодня хорошая и мощная видюха является самым дорогим элементом при сборке игрового компьютера.

Устройство видеокарты

Рассмотрим из каких частей состоит видеоадаптер:

• Графический процессор (от англ. GPU (Graphics processing unit) — графическое процессорное устройство, графическое ядро) – занимается расчетами и формированием графической информации, которая выводится на монитор компьютера. GPU — основа видеоадаптера и очень часто превосходит центральный процессор по своей сложности.
• Видеопамять — является своеобразным буфером для временного помещения в него выводимых на монитор изображений, которые создаются и постоянно изменяются графическим ядром.
• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (от англ. RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter)) – осуществляет преобразование цифровой информации в аналоговый сигнал, который отображается на мониторе ПК. От ЦАП зависит разрешение картинки, частота вертикальной развертки, количество отображаемых цветов. Цифровые мониторы или проекторы, которые подключаются к цифровому разъему видеокарты, используют свои собственные ЦАП и не зависят от RAMDAC видеокарты.
• Видеоконтроллер – устройство, которое отвечает формирование и передачу на RAMDAC необходимой информации из видеопамяти.
• Видео-ПЗУ (Video ROM) – представляет из себя микросхему, которая хранит базовую систему ввода-вывода данной видеоплаты, другими словами, BIOS, и определяет алгоритмы и правила, заданные производителем, используя которые, между собой взаимодействуют различные составные части видеокарты.
• Система охлаждения, которая осуществляет отвод тепла от видеопроцессора, видеопамяти и др. компонентов и его рассеивание, для обеспечения рабочего температурного режима.

Разъемы для подключения в компьютер

Как мы уже отмечали выше, видюхи бывают внешние и встроенные. Рассмотрим немного подробнее особенности внешних видеокарт.

Внешняя видеокарта представляет собой плату расширения и подключается в один из портов на материнской плате.

Наиболее старый разъем для подключения это AGP (от англ. — Accelerated Graphics Port или в переводе – ускоренный графический порт). Довольно редко, но всё-таки его ещё можно встретить на довольно старых компьютерах. Он был разработан компанией Intel сразу после появления процессоров Intel Pentium II и предназначался для соединения видеокарт и материнских плат с целью увеличения быстродействия видеосистемы.

Но сегодня они безнадежно устарели, т.к. имеют очень малую пропускную способность шины (всего до 2.1 Гбайт/сек), при возросших требованиях современных программ и игр. Если в вашем компьютере установлена AGP видеокарта и нужно заменить ее на современную, то ничего не получится. Современные видеоадаптеры используют другой интерфейс – PCI Express x16.

В современных материнских платах отсутствует слот AGP, и все внешние видеокарты подключаются только через интерфейс PCI Express. Скорость шины данного интерфейса намного выше, чем у его предшественника. На сегодняшний день появилась уже третья версия интерфейса — PCI Express 3.0. С ним скорость передачи данных может достигать 16 Гбайт/сек.

Разъемы видеокарты

Современные видюхи обычно имеют по несколько разъемов, к которым можно подключить монитор (даже несколько мониторов одновременно), телевизор, проектор и т.д.

• Наиболее старым выходным разъемом является VGA (от англ. Video Graphics Array). Появился данный разъем в далеком 1987 г. Как правило, при помощи него видеоплаты подключают к старым мониторам. Сигнал, выходящий через данный разъем, является аналоговым.
• DVI (от англ. Digital Visual Interface) – цифровой выход. В основном используется для подключения современных ЖК-мониторов. В отличие от VGA. Может работать как аналоговым, так и с цифровым видеосигналом.
• HDMI (от англ. High-Definition Multimedia Interface)  — цифровой выход, используется для подключения ЖК-телевизоров и плазменных панелей. Основное отличие между HDMI и DVI в том, что разъём HDMI, кроме передачи видеосигнала, может передавать многоканальный цифровой аудиосигнал.
• DisplayPort (DP) – также стандарт сигнального интерфейса, предназначенный для цифровых дисплеев. Рекомендуется к использованию в качестве самого современного интерфейса для соединения между собой аудио и видеоаппаратуры: компьютера с дисплеем или компьютера и домашнего кинотеатра.

Не знаете, какую видеокарту выбрать? Хотите выбрать недорогую, но достаточно мощную? Позвоните в центр компьютерной помощи Комполайф, и наши специалисты проконсультируют вас по всем интересующим вопросам и дадут ценные рекомендации по выбору. Кроме этого, у нас вы можете заказать установку новой видеокарты в системный блок.

Из чего состоит видеокарта для компьютера?

Опубликовано 30.09.2018 автор Андрей Андреев — 0 комментариев

Привет, друзья! Ну, признавайтесь: кто из вас в детстве любил разобрать игрушку и посмотреть, как она устроена? Конечно, все мы давно выросли, и игрушки у нас стали совсем другими. Чтобы узнать, из чего состоит видеокарта для компьютера и как она работает, ничего разбирать не нужно: добрый Андрей Евгеньевич и так вам все расскажет.

Графический процессор

Это – основной компонент современной видеокарты, который производит расчеты изображения, выводимого на монитор, освободив тем самый ЦП компьютера. По сложности архитектуры они не только не уступают центральному процессору, но кое в чем его превосходят: по техпроцессу и количеству интегрированных транзисторов, а часто и вычислительной мощности.

Именно поэтому для майнинга обычно используется видеокарта, а не центральный процессор, за исключением некоторых, не особо популярных криптовалют. Сегодня графические процессоры выпускают всего два производителя: Nvidia и AMD (который полностью выкупил компанию ATI).

Все видеокарты для ПК, которые сегодня доступны на рынке, оборудованы чипом одного из двух этих брендов.

Видеоконтроллер

Электрическая схема, которая формирует изображение в видеопамяти, трансформируя данные в сигналы развертки монитора, в ответ на обращение к нему графического и центрального процессора. У современных видях таких устройств обычно два, которые работают независимо друг от друга и могут управлять одновременно несколькими дисплеями.

ПЗУ

Постоянное запоминающее устройство хранит прошивку графического ускорителя – БИОС, служебные таблицы, экранные шрифты и всякое такое. Графический процессор напрямую к ПЗУ не обращается – только центральный. БИОС же задает все низкоуровневые параметры работы устройства, включая тайминги, рабочее напряжение и частоты.

ОЗУ

Своеобразный кадровый буфер, хранящий генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором изображение, которое потом выводится на экран монитора (или нескольких). Также здесь хранятся промежуточные данные, которые на дисплей не выводятся.

Разные модели видеокарт отличаются по объему встроенной видеопамяти и ее частоте. В основном, сегодня в них применяется DDR5, за исключением самых дешевых моделей.

Цифро-аналоговый преобразователь

«Приблуда», которая служит для преобразования формируемого видеоконтроллером изображения в уровни интенсивности цвета аналогового монитора. Параметрами ЦАП определяются возможный диапазон цветности изображения.

Если можно подключить несколько мониторов к видеокарте, то для каждого предусмотрен отдельный цифро-аналоговый преобразователь.

Коннектор

Слот, с помощью которого подключается монитор (или несколько – на каждый порт отдельный). Сегодня можно купить графический ускоритель с одним из следующих коннекторов:

• VGA;
• DVI;
• HDMI
• Display Port;
• S‑Video.

Существуют также адаптеры, которые позволяют подключить монитор к видеокарте, на которой нет подходящего слота.

Система охлаждения

Предназначена для отвода тепла от прочих частей графического ускорителя и сохранения рабочей температуры устройства в допустимых пределах. Чем мощнее видеокарта, тем она больше греется при работе, и соответственно, требует более совершенной системы охлаждения.

Для бюджетной модели, которая в основном используется на офисных и прочих слабых компах, достаточно только радиатора – тепло отводится за счет естественной циркуляции воздуха внутри системного блока.

С повышением температуры требуется принудительная циркуляция воздуха, поэтому видеокарты подороже оснащают вентилятором, размер которого напрямую зависит от необходимого теплоотвода. У дорогих видеокарт таких вентиляторов два, а иногда и все три.

Однако и они не справляются с температурой, генерируемой во время работы топовых графических ускорителей. Поэтому на таких устройствах система охлаждения жидкостная.

И если вы, друзья, знакомы с человеком, у которого на компе такое охлаждение, можете уже начинать завидовать – он играет в самые новые игры на максимальных настройках графики. Или играл еще полгода назад – зависит от того, сколько времени прошло с момента написания этого текста.

Корпус

Естественно, все основные части видеокарты помещаются в корпус. Как правило, над внешним видом устройства трудятся крутые дизайнеры, поэтому дорогие видеокарты имеют стильный и, я бы сказал, хищный вид. Ну и что, что девайс не виден внутри системного блока?

Кроме того, на корпусе любой видеокарты, даже самой маленькой, есть специальная скоба, с помощью которой посредством винтового соединения деталь крепится к корпусу компьютера.

Вот, собственно, и все устройство графического ускорителя. Если вас заинтересовала эта тема, почитать более подробно про правильный выбор видеокарты вы можете здесь.

Также советую ознакомиться со статьями «Все разъемы и выходы, которые есть на материнской плате» и «Процессор для майнинга: существует ли лучший вариант?».

И в качестве финальной рекомендации – обратите внимание на видеокарту MSI GeForce GTX 1060 Armor OC 6144Mb GDDR5 (GTX 1060 ARMOR 6G OC). Прелесть, не правда ли?

А на сегодня я с вами прощаюсь. Не забудьте подписаться на новостную рассылку этого блога, чтобы быть в курсе самых свежих публикаций. Про то, что этой статьей нужно поделиться в социальных сетях, не напоминаю – вы и сами все прекрасно знаете.

С уважением, автор блога Андрей Андреев

Как работает видеокарта? Часть 1. Компоненты и взаимодействие.

Графические карты берут данные от центрального процессора и преобразуют их в изображения. Изображения, которые вы видите на своем мониторе, сделаны из крошечных точек, названых пикселями. В большинстве имеющихся на сегодняшний день мониторах настройки разрешения экрана позволяют показывать более чем миллион пикселей, и компьютер должен решать, что же делать со всеми ими, чтобы создать изображение. Для выполнения этой задачи и были разработаны видеокарты, так сказать переводчики – которые берут двоичные данные от центрального процессора и превращают их в картинку, которую мы и видим на экранах своих мониторов. Почти все современные материнские платы оснащены встроенным видеоконтроллером, который хоть и способен преобразовывать графические данные, все же не сможет обеспечивать хорошую производительность в видеоиграх и 3D приложениях. Поэтому чтобы обеспечить качественную и количественную частоту кадров в секунду – высокое разрешение и скорость используют графические карты, подключаемые к материнской плате отдельно. Работа графической карты сложна, но её принцип, и компонентный состав легко понять. В этой статье рассмотрим основные части видеокарты и их функции в процессе работы. Давайте представим, что компьютер это компания, в штате которой состоит собственный художественный отдел. Когда люди в компании хотят получить иллюстрации или художественные работы, они посылают запрос художественному отделу. Художественный отдел решает, как создать изображение  затем рисует его на бумаге, т.е. идея становится фактической, видимой картиной. Развитие Видеокарт. Видеокарты проделали длинный путь. IBM в 1981 представили первый графический адаптер названный Адаптером Монохромного дисплея (MDA), карта обеспечивала дисплеи только для текста зеленого или белого на черном фоне экране. Теперь, минимальный стандарт для новых видеокарт — Видеографическая матрица (VGA), позволяет воспроизводить 256 цветов. С высокоэффективными стандартами как Расширенная графическая матрица Quantum (QXGA) видеокарты могут вывести на экран миллионы цветов в разрешениях до 2040 x 1536 pixels. Графическая карта работает подобно тем же принципам, что и наша компания. Центральный процессор, работающий в связке с программным обеспечением, посылает информацию об изображении на видеокарту. Видеокарта решает, как расположить пиксели на экране, чтобы создать правильное изображение. После чего она посылает подготовленную информацию на монитор через соединительный кабель. Создание изображения из двоичных данных является достаточно требовательным процессом. Например, чтобы сделать 3-х мерное изображение, графическая карта в первую очередь создает структуру изображения из прямых линий, затем проводит растрирование (заполнение пикселями), изображения, добавляет освещение, структуру и цвет. Для быстро изменяющихся видеоигр компьютер должен пройти этот процесс приблизительно шестьдесят раз в секунду. Без графической карты, чтобы выполнить необходимые вычисления, нагрузка на процессор была бы слишком большой, что бы приводило к зависанию картинки на мониторе, или другим системным сбоям. Для выполнения своей функции графическая карта, использует четыре основных составляющих её компонента: Порт соединения с материнской платой (AGP, PCI-E) для передачи данных и управления. Процессор (GPU), чтобы решить, что сделать с каждым пикселем на экране. Память (VRAM), чтобы держать информацию о каждом пикселе и временно хранить сформированные изображения. Вывод на монитор (VGA, DVI), чтобы видеть окончательный результат обработки. В следующей статье рассмотрим работу графического процессора и памяти видеокарты более подробно. Обсудить на форуме.

Для чего нужна видеокарта, устройство видеокарты компьютера на примере GeForce 9600 GT

Видеокарта является очень важным компонентом в системе, наверное вторым по важности после процессора. Но почему это именно так? Вообще, для чего нужна видеокарта? Приглашаю вас вместе со мной разобраться в этих вопросах, все ответы обязательно будут далее по тексту.

Открою секрет тем, кто еще не знает — абсолютно в каждом компьютере есть видеокарта. Объясняется это тем, что без нее просто немыслима работа за компьютером. Дело в том, что, как вы уже наверное догадались, видеокарта отвечает за формирование изображения на мониторе компьютера. Без нее мы с вами просто-напросто сидели бы и «втыкали» в пустой ничего не показывающий монитор, причем остальная часть устройств компьютера при этом бы стабильно продолжала работать.

Иными словами получается, что если убрать из системы видеокарту, ничего страшного не произойдет, все будет работать и это никак не отразится на работе компьютера в общем. Это с технической точки зрения. Но с точки зрения нас с вами, отсутствие видеокарты на 100% лишает нас возможности вообще хоть как-то работать на таком компьютере. И поэтому видеокарта по важности идет следом за процессором (без процессора комп даже не включится).

Чтобы понять что это за «зверь» такой — видеокарта и где он «живет», предлагаю заглянуть внутрь системного блока компьютера.

Видеокарта (зеленая стрелка) состоит из множества компонентов и представляет собой печатную плату, на которой эти компоненты размещены. Итак, что же это за компоненты такие? У меня на руках старенькая 9600 GT от известной фирмы-производителя. Думаю, можно использовать ее в качестве примера для наглядного описания компонентов, поскольку в конструктивном плане все современные графические карты (видеокарты) идентичны — различаются только некоторые моменты, такие как: расположение отдельных чипов, их количество и т.д. Иными словами, далее по тексту пойдет объяснение базовой структуры (из чего состоит видеокарта), которая есть у всех в том или ином виде.

Графический процессор (зеленая стрелка) — главный компонент (сердце) видеокарты. Именно от него зависят большинство характеристик видеокарты, производительность — в первую очередь. Графический процессор является еще и самым горячим компонентом любой видеокарты. Занимается расчетами выводимого на монитор изображения, разгружая при этом центральный процессор (у которого и своих обязанностей хватает). Участвует в расчетах для построения трехмерной графики. Современные графические процессоры (GPU) по сложности мало чем отличаются от центрального процессора компьютера (CPU). Не секрет, что число транзисторов в процессоре играет далеко не последнюю роль, так вот графический процессор видеокарты в большинстве случаев превосходит центральный процессор, как по количеству транзисторов, так и по вычислительной мощности. Достигается это, как правило благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков.

Видеоконтроллер — формирует картинку в памяти видеокарты, а так же отсылает информацию на ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) относительно развертки монитора, занимается обработкой запросов центрального процессора компьютера. Содержит в себе несколько контроллеров: контроллер внешней шины данных (PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер памяти видеокарты. Так как к большинству современных видеокарт можно одновременно подключить сразу несколько мониторов, видеокарты содержат в себе сразу несколько видеоконтроллеров, каждый из которых управляет одним или несколькими дисплеями.

Видеопамять (желтые рамки) — выполняет роль некоего буфера, в который поступает изображение с графического процессора через видеоконтроллер. По своей сути очень схожа с оперативной памятью компьютера. В видеопамяти также хранятся промежуточные кадры, невидимые на мониторе элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по частоте и скорости доступа. Если говорить про современные видеокарты, все они могут оснащаться памятью типа GDDR3, GDDR4, GDDR5. Объем памяти тоже может быть разный, как правило от 1-4 Гб.

Сами чипы видеопамяти находятся вблизи графического процессора и располагаются вокруг него — и это не случайно. Смысл в том, что чем ближе находятся чипы видеопамяти к GPU, тем быстрее он с ними может взаимодействовать, за счет этого повышается его тактовая частота. Следует иметь ввиду, что помимо видеопамяти, современные графические процессоры обычно используют часть системной (ОЗУ) памяти компьютера, доступ к которой организуется драйвером видеокарты через шину AGP (которая уже устарела) или PCI-E.

Коннекторы (видеовыходы) — служат для подключения монитора(ов) к компьютеру. На приведенной ниже фотографии их три, значит к видеокарте одновременно можно подключить три монитора. Как вы понимаете, выходов может быть значительно больше — все зависит от стоимости видеокарты.

Сейчас не будем останавливаться на характеристиках каждого из них, это тема отдельной статьи, а просто перечислим их — D-Sub (окрашен в синий цвет), HDMI (слева), DVI, DisplayPort (которого нету на данной видеокарте). Это все были основные выходы, отвечающие за вывод картинки на монитор. Но существуют и другие — коннекторы системы питания и охлаждения видеокарты. Например так выглядит коннектор системы охлаждения видеокарты, при условии, что она представлена в виде вентилятора (активная система охлаждения).

Через этот коннектор и далее по проводу подается напряжение на моторчик кулера, заставляя его вращаться. И через него же можно управлять скоростью вращения кулера. И как уже было сказано выше, есть еще один разъем — разъем дополнительного питания видеокарты. Все современные видеокарты им оснащаются в обязательном порядке, ибо потребляемая мощность этих видеокарт весьма и весьма высокая. Если на видеокарте нет такого разъема, как в случает с 9600 GT — мощность потребляется через интерфейс PCI-E x16, который способен «выдавать» до 75 Вт, если мне не изменяет память.

Если взглянуть на обратную сторону видеокарты, можно увидеть отверстия под винты крепления системы охлаждения графического процессора. Больше ничего интересного здесь вы не найдете.

Принцип работы видеокарты

Ну а теперь предлагаю обобщить все вышесказанное в некую последовательность, которая будет объяснять принцип работы видеокарты.

До того, как стать изображением на мониторе, цифровые данные в виде двоичного кода (0 и 1) обрабатываются центральным процессором компьютера, после чего они через шину данных направляются в видеокарту, где еще раз обрабатываются, преобразуются в аналоговый сигнал, который направляется на монитор. Это если кратко. Ну а если поподробней — сначала данные из шины данных попадают в графический процессор, где они обрабатываются. После чего эти обработанные цифровые данные через видеоконтроллер поступают в видеопамять видеокарты, где создается некий образ изображения, которое должно выводиться на мониторе. Следующим этапом — будет передача этих данных в RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь), где они преобразуются в аналоговый вид и уже в таком виде поступают на монитор.

Кстати, по поводу RAMDAC — сейчас все реже и реже на видеокартах встречается аналоговый выход (D-Sub), поэтому прошу тех, кто дочитал до этого момента (Вы молодец) указать в комментариях свое мнение на тот счет, нужен ли RAMDAC видеокартам, которые имеют только цифровые выходы (HDMI, DVI, DP). Ведь если главной функцией RAMDAC является кодирование данных из цифрового сигнала в аналоговый сигнал, то в случае с цифровыми выходами кодировать нечего и соответственно необходимость в RAMDAC отпадает. Прошу поделиться тех кто знает информацией на этот счет. Заранее спасибо.

Что такое видеокарта компьютера?

В предыдущем разделе были рассмотрены основные составляющие графической карты, время рассмотреть, как все это работает. А работает это так:
— ЦП вместе с определенными программами отправляет видеоадаптеру данные, необходимые для создания картинки на дисплее;
— Графическая плата устанавливает верное местонахождение пикселей на мониторе компьютера. Если на этом этапе произойдет сбой, то изображение может получиться не таким, каким должно;
— Графический ускоритель направляет данные на экран.
Фактически эти три шага: отправление графическому адаптеру информации, его работа с ней и вывод результата, представляет всю работу видеокарты.
Но давайте рассмотрим процессы, происходящие на втором шаг подробнее. Для примера возьмем компьютерную игру.
При работе с игровой программой главной задачей графического адаптера является создание 3D изображения. Здесь огромную роль играют полигоны — различные необъемные фигуры, число углов которых может быть равно, или больше трех. Полигоны включают в свой состав огромное множество треугольников. Из них строится весь игровой мир.
Графический ускоритель получил информацию касательно игрового мира. Сейчас он должен определить, что конкретно и как окажется в поле зрения игрока, а что нет. Все необходимое он размещает в кадре. Работая с треугольниками, видеокарта производит предметы, освещение и его влияние на окружение.
В построении игрового мира видеокарта выполняет следующее:
— Растеризация — окраска пикселей объекта;
z-буферизация — на этом этапе решается, какие из полигонов и треугольников, образующие предметы будут видны;
— Затенение — благодаря этому этапу, идёт установка цвета предметам отталкиваясь от источника света, и наличия тени;
— На предметы, произведенные графической платой, будут наложены необходимые текстуры, т.к. без них они не имеют каких-либо отличительных качеств. По сути, они как модели из 3D принтера, а текстуры это своеобразные наклейки на предметы, которые придают им внешний вид и реалистичность.
Тем не менее, не стоит забывать и о таких показателях, как площадь, периметр, диаметр, то есть геометрических показателях фигур и моделей. Операции по их вычислению довольно объемны и сложны, поэтому все это ложиться на плечи ЦП, чем он мощнее, тем лучше функционирует игра.