Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій

668 0 Новини високих технологій

Зображення на екрані дисплея складається з найдрібніших точок, званих пікселями. При найбільш поширеному дозволі Full HD їх кількість перевищує 2 млн, і ПК повинен вирішити, що робити з кожним з них. Для цього потрібен посередник, який міг би перетворити двійкові дані у видиме зображення. Якщо комп'ютер не справляється з цим завданням за допомогою апаратного забезпечення материнської плати, її виконання бере на себе графічна карта. Вироблені складні обчислення, але і пристрій принцип роботи відеокарти зрозуміти легко. В даній статті розглянуто її основні компоненти, їх функції, а також фактори, поєднання яких забезпечує високу продуктивність і ефективність ПК.

Як працює відеокарта?

Комп'ютер можна представити у вигляді організації з власним художнім відділом, в який направляється запит намалювати картину. Відділ вирішує, яким має бути малюнок, а потім наносить його на папір. Зрештою, чиясь ідея реалізується в видиме зображення.


Принцип роботи відеокарти такий же. Процесор і програмне забезпечення передають інформацію на графічну карту, яка вирішує, якими повинні бути пікселі на екрані, щоб вийшло потрібне зображення. Потім ці дані направляються по кабелю на монітор.
Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій
Створювати зображення з двійкових чисел складно. Щоб вивести на екран тривимірну картинку, графічна карта спочатку повинна розрахувати каркас з прямих ліній. Потім вона заповнює його пікселями. Після цього додаються колір, освітлення і текстура. У високошвидкісних комп'ютерних іграх графічний процесор повинен виконувати всі ці розрахунки не менше 60 разів в секунду. Без нього навантаження на ЦП була б занадто велика. Робота відеокарти комп'ютера, в принципі, залежить від наступних 4-х основних складових частин:
  • з'єднання з материнською платою, через який надходять харчування і дані;
  • процесора, який займається обробкою кожного екранного пікселя;
  • графічної пам'яті, що зберігає дані про кожному пікселі і завершених зображеннях;
  • системи виводу на дисплей кінцевого результату.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій
  • Графічний процесор

    Принцип роботи відеокарт заснований на отриманні даних з ГПУ і перетворення їх у зображення.


    Подібно материнській платі, графічна карта – це друкована плата з процесором та пам'яттю. Вона також обладнується мікросхемою системи вводу-виводу (BIOS), в якій зберігаються настройки і яка при запуску діагностує роботу пам'яті, системи введення і виведення. Графічне процесорний пристрій схоже на ЦПУ комп'ютера. Однак ГПУ спеціально спроектовано для проведення складних геометричних та математичних обчислень, які потрібні для візуалізації зображення. У деяких найбільш швидких процесорах транзисторів більше, ніж в середньому ЦПУ. ГПУ виділяє багато тепла, тому зазвичай охолоджується радіатором або кулером з вентилятором. Крім величезної обчислювальної потужності, графічні процесори для аналізу та використання даних взаємодіють зі спеціальним програмним забезпеченням. Компанії nVidia і ATI випускають переважна більшість чіпів для відеокарт. Вони розробляють власні засоби підвищення продуктивності. Щоб досягти більш високої якості зображення в графічних процесорах використовуються:
  • повноекранне згладжування країв 3D-об'єктів;
  • анізотропна фільтрація, підвищує чіткість відео.
  • При збереженні загального принципу роботи відеокарт кожен виробник розробляє власні техніки фарбування, накладання кольорів, текстур і шаблонів.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій
    Оскільки ГПУ створює зображення, воно повинно їх десь зберігати. Для цього служить оперативне запам'ятовуючий пристрій. Воно зберігає інформацію про всіх точках, їх колір і розташування. Частина ОЗП також може виконувати функцію буфера кадрів з завершеними зображеннями, поки не прийде час їх відобразити. Як правило, пам'ять працює з дуже високою швидкістю і є двонаправленою, тобто система може зчитувати і записувати дані одночасно. Графічне ОЗП безпосередньо підключено до цифро-аналогового перетворювача ЦАП, який перетворює зображення в сигнал, що використовується дисплеєм. У деяких відеокартах є декілька таких модулів, що підвищує продуктивність і дозволяє підтримувати більше одного монітора. ЦАП направляє остаточне зображення по кабелю. Докладно принцип роботи відеокарти з інтерфейсами описаний нижче.

    Роз'єм PCI

    Графічні карти з'єднуються з комп'ютером через роз'єм на материнській платі. За нього подається живлення і відбувається обмін даними з процесором. Потужні відеокарти часто використовують більше енергії, ніж дозволяє системна плата, тому вони забезпечуються роз'ємом для прямого з'єднання з блоком живлення.
    Підключення зазвичай проводиться через інтерфейси PCI, AGP і PCI Express (PCIe). Останній є найбільш сучасним і забезпечує найбільшу швидкість передачі даних між картою і материнської платою. PCIe підтримує використання декількох прискорювачів графіки одночасно.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій

    Принцип роботи відеокарти: підключення монітора

    Більшість графічних карт дозволяють вивести зображення на 2 дисплея. З'єднання здійснюється через порти DVI, HDMI, DisplayPort, підтримують РК-монітори, і VGA, до якого підключаються екрани ЕПТ-типу. На деяких картах є 2 DVI-порту. Але це не виключає можливість використання електронно-променевих трубок, оскільки вони можуть підключатися через адаптер. Компанія Apple раніше виробляла монітори з фірмовим роз'ємом ADC, який був замінений портом DVI, а потім – Thunderbolt на основі USB-C, назад сумісний з HDMI і DisplayPort. Більшість користується тільки одним дисплеєм. Тим, кому необхідно 2 монітори, можуть придбати графічну карту з можливістю виведення зображення два екрани. Такі ПК можуть підтримувати 4 і більше дисплеїв.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій

    Інші сполуки

    На додаток до материнської плати і монітора деякі графічні карти дозволяють підключитися до:
  • телевізійного дисплея (через вихід TV-out або S-video);
  • аналогових відеокамер (за допомогою ViVo та відеовходу);
  • цифровим камерам (через USB або FireWire).
  • Окремі відеокарти забезпечуються телетюнерами.

    DirectX і opengl

    Інтерфейси прикладного програмування (API забезпечують ефективну взаємодію програм і апаратних засобів, надаючи прості засоби виконання складних завдань (наприклад, тривимірної візуалізації). Розробники оптимізують графічні ігри для конкретних API. Ось чому новітні ігри часто вимагають поновити версію opengl і DirectX. АРІ відрізняються від драйверів, які є програмами, які дають змогу апаратним засобам працювати з ОС комп'ютера. Проте оновлення драйверів також може забезпечити коректне функціонування додатків.

    Еволюція

    З тих пір, як IBM зробила перший зразок у 1981 р., принцип роботи відеокарт не змінився. Тоді їх називали монохромними адаптерами дисплея. З їх допомогою можна було вивести на чорно-білий екран тільки текст. Мінімальним стандартом для відеокарт є VGA, підтримує 256 кольорів. А завдяки таким високопродуктивним стандартам, як 4К UHD, на екран можна виводити мільйони квітів з роздільною здатністю 3840 x 2160 пікселів.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій

    Вибір відеокарти

    Хороша графічна карта має швидкий процесор і великий об'єм оперативної пам'яті. Часто вона виглядає дуже привабливо. Високопродуктивні моделі відрізняються яскравим дизайном з декоративними вентиляторами і радіаторами. Високопродуктивні відеокарти пропонують набагато більшу потужність, ніж необхідно більшості користувачів. Ті, хто використовує свої ПК для читання електронної пошти, обробки тексту і веб-серфінгу, знайдуть все необхідне в материнській платі з вбудованою графікою. Більшості непостійних геймерів досить відеокарти середнього рівня. Потужні графічні прискорювачі потрібні тільки любителям комп'ютерних ігор і дизайнерам, які займаються 3D-моделюванням.
    Принцип роботи відеокарти в ноутбуці і ПК однаковий, хоча із-за дефіциту вільного простору перші зовні відрізняються від других. Гарним параметром оцінки продуктивності графічних карт є частота кадрів. Людське око сприймає близько 25 к/с, але для плавної анімації в деяких іграх потрібна швидкість більше 60 к/с Частота кадрів визначається:
  • Числом вершин трикутників або в секунду, складових тривимірні зображення. Цей параметр описує швидкість розрахунку всього полігону або вершин, які його визначають.
  • Піксельної швидкістю заповнення, яка вказує на те, як швидко ГПУ здатне растеризувати зображення.
    Принцип роботи відеокарти: опис системи, поняття, пристрій
  • Швидкодія

    Швидкість роботи відеокарти прямо залежить від апаратного забезпечення. На її швидкодію найбільше впливають наступні технічні характеристики:
  • тактова частота;
  • ширина шини пам'яті;
  • пропускна здатність ОЗУ;
  • обсяг оперативної пам'яті і її частота;
  • частота ЦАП.
  • ЦПУ і материнська плата ПК також відіграють певну роль, оскільки навіть дуже швидка відеокарта не здатна компенсувати погану роботу системи.

    Інтегрована графіка

    Багато ПК обладнані інтегроване в процесор відеокартами. Принцип роботи таких графічних прискорювачів відрізняється від дискретних карт тим, що вони поділяють оперативну пам'ять з ЦПУ. Вони легко справляються з двомірними зображеннями, тому ідеально підходять для офісних і інтернет-додатків. Установка дискретної карти таких материнських плат відключає вбудовані графічні функції.

    Популярі новини
    Загрузка...