Загальне про відеокарти
Відеокарта (відома також як графічна плата, графічна карта, відеоадаптер) (англ. videocard) - пристрій, що перетворює зображення, що знаходиться в пам'яті комп'ютера, відеосигнал для монітора.Зазвичай відеокарта є платою розширення і вставляється в роз'єм розширення, універсальний (PCI-Express, PCI, ISA, VLB) або спеціалізований (AGP), але буває і вбудованою (інтегрованою) в системну плату. . Наприклад, всі сучасні відеокарти NVIDIA та AMD (ATi) підтримують програми OpenGL на апаратному рівні.
Історія
Одним із перших графічних адаптерів для IBM PC став MDA (Monochrome Display Adapter) у 1981 році. Він працював лише у текстовому режимі з роздільною здатністю екрану 80×25 символів (фізично 720×350 пікселів) та підтримував п'ять атрибутів тексту: звичайний, яскравий, інверсний, підкреслений та миготливий. Ніякої колірної чи графічної інформації він передавати не міг, і те, якого кольору будуть літери, визначалося моделлю монітора, що використовувався. Зазвичай вони були чорно-білими, бурштиновими чи смарагдовими. Фірма Hercules у 1982 році випустила подальший розвиток адаптера MDA, відеоадаптер HGC (Hercules Graphics) Controller - графічний адаптер Геркулес), який мав графічний дозвіл 720х348 пікселів і підтримував дві графічні сторінки. Але він все ще не дозволяв працювати з кольором.
Першою кольоровою відеокартою стала CGA (Color Graphics Adapter), випущена IBM і стала основою наступних стандартів відеокарт. Вона могла працювати або в текстовому режимі з роздільною здатністю 40х25 і 80х25 (матриця символу - 8х8), або в графічному з дозволами 320х200 або 640х200. У текстових режимах доступно 256 атрибутів символу — 16 кольорів символу та 16 кольорів фону (або 8 кольорів фону та атрибут миготіння), у графічному режимі 320×200 було доступно чотири палітри по чотири кольори кожна, режим високої роздільної здатності 640×200 був монохромний. У розвиток цієї карти з'явився EGA (Enhanced Graphics Adapter) — покращений графічний адаптер, з розширеною до 64 кольорів палітрою та проміжним буфером. Було покращено роздільну здатність до 640х350, в результаті додався текстовий режим 80х43 при матриці символу 8х8. Для режиму 80х25 використовувалася велика матриця - 8х14, одночасно можна було використовувати 16 кольорів, палітра кольору була розширена до 64 кольорів. Графічний режим також дозволяв використовувати при роздільній здатності екрану 640×350 16 кольорів з палітри в 64 кольори. Був сумісний із CGA та MDA.
Варто зауважити, що інтерфейси з монітором всіх цих типів відеоадаптерів були цифрові, MDA та HGC передавали тільки світиться або не світиться точка і додатковий сигнал яскравості для атрибуту тексту «яскравий», аналогічно CGA за трьома каналами (червоний, зелений, синій) передавав основний відеосигнал. , і міг додатково передавати сигнал яскравості (всього виходило 16 кольорів), EGA мав по дві лінії передачі на кожен 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). Текстова роздільна здатність була піднята до 640x400, що дозволило використовувати режим 80x50 при матриці 8x8, а для режиму 80x25 використовувати матрицю 8x16. Кількість кольорів збільшена до 262144 (64 рівня яскравості за кожним кольором), для сумісності з EGA в текстових режимах була введена таблиця кольорів, через яку здійснювалося перетворення 64-колірного простору EGA в колірний простір MCGA. З'явився режим 320×200×256, де кожен піксел на екрані кодувався відповідним байтом у відеопам'яті, ніяких бітових площин не було, відповідно з EGA залишилася сумісність тільки за текстовими режимами, сумісність із CGA була повна. Через величезну кількість яскравостей основних кольорів виникла необхідність використання аналогового колірного сигналу, частота малої розгортки становила вже 31,5 KГц.
Потім IBM пішла ще далі і зробила VGA (Video Graphics Array - графічний відео масив), це розширення MCGA, сумісне з EGA і введене в середніх моделях PS/2. Це фактичний стандарт відеоадаптера з кінця 80-х. Додано текстову роздільну здатність 720x400 для емуляції MDA та графічний режим 640x480, з доступом через бітові площини. Режим 640×480 чудовий тим, що в ньому використовується квадратний піксел, тобто співвідношення числа пікселів по горизонталі та вертикалі збігається зі стандартним співвідношенням сторін екрану – 4:3. Далі з'явився IBM 8514/a з роздільною здатністю 640x480x256 та 1024x768x256, та IBM XGA з текстовим режимом 132x25 (1056x400) та збільшеною глибиною кольору (640x480x65K).
З 1991 року з'явилося поняття SVGA (Super VGA — «над» VGA) — розширення VGA з додаванням вищих режимів та додаткового сервісу, наприклад, можливості поставити довільну частоту кадрів. Число кольорів, що одночасно відображаються, 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 із середини 1992 року, після ухвалення асоціацією VESA (Video Electronics Standart Association - асоціація стандартизації відео-електроніки) стандарту VBE версії 1.0. До того моменту практично всі відеоадаптери SVGA були несумісні між собою.
Графічний інтерфейс користувача, що з'явився в багатьох операційних системах, стимулював новий етап розвитку відеоадаптерів. З'являється поняття "графічний прискорювач" (graphics accelerator). Це відеоадаптери, які виконують виконання деяких графічних функцій на апаратному рівні. До цих функцій відносяться, переміщення великих блоків зображення з однієї ділянки екрана в інший (наприклад при переміщенні вікна), заливка ділянок зображення, малювання ліній, дуг, шрифтів, підтримка апаратного курсора і т. п. Прямим поштовхом до розвитку такого спеціалізованого пристрою стало те, що графічний інтерфейс користувача 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 за остаточним виведенням зображення на екран.
Пристрій
Сучасна відеокарта складається з наступних частин:
графічний процесор (Graphics processing unit - графічний процесорний пристрій) - займається розрахунками зображення, що зводиться, звільняючи від цього обов'язку центральний процесор, робить розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Є основою графічної плати, саме від нього залежать швидкодія та можливості всього пристрою. Сучасні графічні процесори за складністю мало чим поступаються центральному процесору комп'ютера, і часто перевершують його як за кількістю транзисторів, так і за обчислювальною потужністю, завдяки великому числу універсальних обчислювальних блоків. Однак, архітектура GPU минулого покоління зазвичай передбачає наявність кількох блоків обробки інформації, а саме: блок обробки 2D-графіки, блок обробки 3D-графіки, що в свою чергу, зазвичай поділяється на геометричне ядро (плюс кеш вершин) і блок растеризації (плюс кеш текстур ) та ін.
Відеоконтролер - Відповідає за формування зображення у відеопам'яті, дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Крім цього, зазвичай є контролер зовнішньої шини даних (наприклад, PCI або AGP), контролер внутрішньої шини даних і контролер відеопам'яті. Ширина внутрішньої шини і шини відеопам'яті зазвичай більше, ніж зовнішньої (64, 128 або 256 розрядів проти 16 або 32), багато відеоконтролерів вбудовується ще й RAMDAC. Сучасні графічні адаптери (ATI, nVidia) зазвичай мають не менше двох відеоконтролерів, що працюють незалежно один від одного та керують одночасно одним або декількома дисплеями кожен.
відеопам'ять - виконує роль кадрового буфера, в якому зберігається зображення, що генерується і постійно змінюється графічним процесором і відображається на екрані монітора (або декількох моніторів). У відеопам'яті зберігаються проміжні невидимі на екрані елементи зображення та інші дані. Відеопам'ять буває декількох типів, що відрізняються за швидкістю доступу та робочою частотою. Сучасні відеокарти комплектуються пам'яттю типу DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 та GDDR5. Слід також мати на увазі, що окрім відеопам'яті, що знаходиться на відеокарті, сучасні графічні процесори зазвичай використовують у своїй роботі частину загальної системної пам'яті комп'ютера, прямий доступ до якої організується драйвером відеоадаптера через шину AGP або PCIE.
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП, RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) - служить для перетворення зображення, що формується відеоконтролером, на рівні інтенсивності кольору, що подаються на аналоговий монітор. Можливий діапазон кольору зображення визначається лише параметрами RAMDAC. Найчастіше RAMDAC має чотири основні блоки — три цифроаналогові перетворювачі, по одному на кожен колірний канал (червоний, зелений, синій, RGB), та SRAM для зберігання даних про гама-корекцію. 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 у набагато більший колірний простір) . Деякі RAMDAC мають розрядність по кожному каналу 10 біт (1024 рівня яскравості), що дозволяє відразу відображати понад 1 млрд кольорів, але ця можливість практично не використовується. Для підтримки другого монітора часто встановлюють другий ЦАП. Варто зазначити, що монітори та відеопроектори, що підключаються до цифрового DVI виходу відеокарти, для перетворення потоку цифрових даних використовують власні цифрові аналогові перетворювачі і від характеристик ЦАП відеокарти не залежать.
Відео-ПЗУ (Video ROM) — постійний пристрій, в який записані відео-BIOS, екранні шрифти, службові таблиці і т. п. ПЗУ не використовується відеоконтролером безпосередньо — до нього звертається тільки центральний процесор. Відео-BIOS, що зберігається в ПЗУ, забезпечує ініціалізацію і роботу відеокарти до завантаження основної операційної системи, а також містить системні дані, які можуть читатися і інтерпретуватися відеодрайвером в процесі роботи (залежно від застосовуваного методу поділу відповідальності між драйвером і BIOS). На багатьох сучасних картах встановлюються ПЗУ, що електрично перепрограмуються (EEPROM, Flash ROM), що допускають перезапис відео-BIOS самим користувачем за допомогою спеціальної програми.
Система охолодження — призначена для збереження температурного режиму відеопроцесора та відеопам'яті в межах.
Правильна та повнофункціональна робота сучасного графічного адаптера забезпечується за допомогою відеодрайвера - Спеціального програмного забезпечення, що поставляється виробником відеокарти і завантажується в процесі запуску операційної системи. Відеодрайвер виконує функції інтерфейсу між системою із запущеними в ній програмами та відеоадаптером. Так само як і відео-BIOS, відеодрайвер організує та програмно контролює роботу всіх частин відеоадаптера через спеціальні регістри управління, доступ до яких відбувається через відповідну шину.
br /br /
