Plan wykładu 1. Pojęcie podsystemu graficznego i karty graficznej 2. Typy kart graficznych 3. Budowa karty graficznej: procesor graficzny (GPU), pamięć podręczna RAM, konwerter cyfrowo-analogowy (DAC), złącze magistrali, BIOS, zestaw wyjść.
Podsystem graficzny Podsystem graficzny daje użytkownikowi możliwość wizualnego kontrolowania pracy komputera, uruchomionego na nim systemu operacyjnego i oprogramowania. W skład podsystemu graficznego wchodzą: karta graficzna monitor
Karta graficzna Karta graficzna karta rozszerzeń odpowiedzialna za generowanie sygnału graficznego dla ekranu monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest odbiór i przetwarzanie otrzymywanych od komputera informacji o obrazie oraz odpowiednie wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem monitora.
Typy kart graficznych Karty graficzne możemy podzielić na: - Karty graficzne pracujące jako oddzielne układy (dedykowane) można je wymieniać, są dużo szybsze od kart zintegrowanych. Współczesne karty graficzne do komunikacji z komputerem wykorzystują interfejs AGP, PCI lub PCIe. - Karty graficzne zintegrowane z płytą główną (a dokładniej z mostkiem północnym) lub bezpośrednio z CPU z powodu małych rozmiarów są one dużo wolniejsze od kart nie zintegrowanych. Jest to mniej popularny typ kart graficznych.
Typy kart graficznych cd. Nvidia GeForce GTX 295 Mostek północny Intel i815ep
Budowa karty graficznej Budowa karty graficznej: procesor graficzny (GPU), pamięć podręczna RAM, konwerter cyfrowo-analogowy (DAC), złącze magistrali, BIOS, zestaw wyjść.
Procesor graficzny (GPU) Procesor graficzny (Graphics Processing Unit) jest głównym elementem każdej karty graficznej i od jego możliwości w dużej mierze zależy wydajność całego podsystemu graficznego. Podstawowym zadaniem układu GPU jest odciążenie głównego mikroprocesora od większości obliczeń związanych z przetwarzaniem grafiki 2D (ang. Two-dimensional graphics grafika dwuwymiarowa) i 3D (ang. Three dimensional graphics grafika trójwymiarowa). Dzięki takiemu rozwiązaniu główna jednostka CPU może przeznaczyć całą moc obliczeniową na zadania systemowe, co przekłada się na ogólne zwiększenie wydajności komputera
Procesor graficzny (GPU) cd. Najnowsze układy GPU nie są już rozwijane wyłącznie pod kątem gier komputerowych. Coraz częściej wspomagają strumieniowe przetwarzanie wideo HD (ang. High Definition - wysokiej rozdzielczości), umożliwiają wykonywanie skomplikowanych obliczeń i pozwalają uzyskać realistyczne efekty graficzne 3D. Współczesne układy graficzne wykonują pewne operacje wielokrotnie szybciej niż tradycyjne mikroprocesory, dlatego coraz częściej stosuje się określenie General Purpose GPU (procesor GPU do obliczeń ogólnego przeznaczenia). Rozwój najnowszych układów graficznych jest również stymulowany przez wymagania interfejsów programowalnych API (ang. Application Programming Interface) tworzących pomost między oprogramowaniem multimedialnym a podsystemem graficznym i muzycznym komputera. Przykładem interfejsu API jest DirectX firmy Microsoft wykorzystywany przez większość współczesnych gier komputerowych i aplikacji multimedialnych.
Pamięć RAM Układ graficzny, podobnie jak mikroprocesor, do sprawnego działania potrzebuje pamięci operacyjnej, potocznie określanej skrótem RAM (ang. Random Access Memory pamięć o swobodnym dostępie). Pamięć RAM jest przestrzenią roboczą GPU przechowującą aktualnie przetwarzane dane graficzne. Od wielkości pamięci RAM zależy np. liczba wyświetlanych kolorów w grafice 2D, a w przypadku obrazów 3D także jakość i rozmiar nanoszonej tekstury
Pamięć RAM cd.
Pamięć RAM cd. Na wydajność podsystemu graficznego wpływają szerokość i szybkość magistrali, która łączy pamięć RAM karty graficznej z jej układem GPU. Współczesne karty graficzne wykorzystują szyny umożliwiające jednoczesny przesył 512 bitów i pracują z częstotliwościami bliskimi 1 GHz. Najnowsze karty graficzne są też wyposażone w pamięć DDR5 SDRAM oznaczoną jako GDDR
Konwerter cyfrowo - analogowy (RAMDAC) Karta graficzna generuje sygnał cyfrowy (liczba binarna zakodowana w postaci stanu wysokiego lub niskiego), natomiast monitory kineskopowe CRT wyświetlają obraz, bazując na sygnale analogowym (napięcie elektryczne proporcjonalne do wartości reprezentowanej liczby). W celu umożliwienia współdziałania tych komponentów karta graficzna musi być wyposażona w konwerter zamieniający sygnał cyfrowy na postać analogową. Konwerter RAMDAC zawiera pamięć SRAM służącą do przechowywania mapy kolorów.
Konwerter cyfrowo - analogowy (RAMDAC) cd.
Magistrala rozszerzeń Zewnętrzne karty graficzne przyjmują najczęściej postać kart rozszerzeń montowanych w złączu dedykowanej magistrali I/O. Niektórzy producenci integrują układy graficzne z chipsetem płyt głównych lub CPU. Magistrala rozszerzeń umożliwia komunikację układu graficznego GPU z pozostałymi komponentami komputera, np. mikroprocesorem lub pamięcią operacyjną. Najnowszym rozwiązaniem jest magistrala PCI Express działająca w trybie x16 i umożliwiająca transfer do 16 GB/s.
Magistrala rozszerzeń cd. Do niedawna funkcję interfejsu graficznego pełniła 32 - bitowa magistrala AGP x8 z transferem 2 GB/s, a jeszcze wcześniej - magistrale PCI, VESA, MCA, ISA. Płyta główna zwykle jest wyposażona w jedno złącze magistrali PCI - E x16 służące przede wszystkim do obsługi wydajnych kart graficznych. Wyjątkiem są produkty obsługujące tryby SLI (NVIDIA) lub CrossFire (ATI/AMD), dzięki którym istnieje możliwość generowania jednego obrazu przez kilka kart graficznych.
BIOS karty graficznej Podobnie jak płyta główna, karta graficzna jest wyposażona w układ ROM przechowujący BIOS (ang. Basic Input/ Output System). BIOS umożliwia działanie karty graficznej, zanim zostanie wczytany system operacyjny, oraz pozwala na wykonywanie instrukcji karty przez oprogramowanie systemowe.
Zestaw wyjść Zestaw wyjść karty graficznej umożliwia podłączenie za pomocą okablowania urządzeń typu monitor, telewizor czy rzutnik multimedialny Najczęściej spotykanymi wyjściami są: D-SUB (VGA). Złącze w kształcie wielkiej litery D" służące do podłączenia monitorów wykorzystujących sygnał analogowy. Najczęściej są to monitory kineskopowe CRT, tańsze wersje wyświetlaczy LCD, rzutniki multimedialne, telewizory LCD lub plazmowe.
Zestaw wyjść cd. DVI (ang. Digital Visual Interface cyfrowy interfejs obrazu). Standard umożliwiający podłączenie karty graficznej do monitora lub innego urządzenia multimedialnego. W zależności od zastosowanej wersji może służyć do przesyłania sygnału cyfrowego, ale również po zamontowaniu odpowiedniej przejściówki analogowego.
Zestaw wyjść cd. TV - Out (ang. TV-Output wyjście TV). Standard złącza analogowego znany również pod nazwą S-Video, zazwyczaj służący do podłączenia telewizora kineskopowego CRT do karty graficznej.
Zestaw wyjść cd. HDMI (ang. High Definition Multimedia Interface multimedialny interfejs wysokiej rozdzielczości). Cyfrowy interfejs umożliwiający jednoczesne przesyłanie obrazu i dźwięku w standardzie HD. Interfejs pozwala na podłączanie do karty graficznej wszelkiego rodzaju urządzeń multimedialnych zgodnych ze standardem.
Podsumowanie 1. Pojęcie podsystemu graficznego i karty graficznej 2. Typy kart graficznych 3. Budowa karty graficznej: procesor graficzny (GPU), pamięć podręczna RAM, konwerter cyfrowo-analogowy (DAC), złącze magistrali, BIOS, zestaw wyjść.