SSRREEDDNNJJAA SSTTRRUUKKOOVVNNAA ŠŠKKOOLLAA MMAAKKAARRSSKKAA

ZZAAVVRRŠŠNNII RRAADD

GGRRAAFFIIČČKKAA KKAARRTTIICCAA

UUččeenniikk:: KKrriissttiinnoo AArraaččiićć PPrrooffeessoorr:: ŽŽeelljjkkoo MMaattiićć,, ddiippll.. iinngg.. MMaakkaarrsskkaa,, ssvviibbaannjj 22000044..

SADRŽAJ

1. Uvod.................................................................................................... 1

2. Slika grafičke kartice .......................................................................... 2

3. Grafički procesor................................................................................. 3

4. Memorija ............................................................................................. 5

5. RAMDAC ........................................................................................... 8

6. AGP sabirnica ................................................................................... 10

7. Karakteristike video signala.............................................................. 14

8. Zaključak........................................................................................... 19

9. Literatura ........................................................................................... 20

Uvod

Uvod Bez obzira na sofisticiranost grafičkih čipova koje sada s pravom nazivamo grafičkim procesorima, glavna je funkcija grafičke kartice još uvijek jednaka kao u vrijeme prvih monokromatskih kartica; ona treba podatke iz računala preraditi u oblik pogodan za slanje monitoru. Zbog te je funkcije grafička kartica zasigurno jedan od najvažnijih dijelova računala jer o kvaliteti rada grafičke kartice uvelike ovisi naš dojam o kvaliteti cjelokupnog računala. A pogledamo li kako izgleda grafička kartica, odmah ćemo utvrditi da je cjelokupna «logika» grafičke kartice zapravo smještena u specijalno dizajniranom i visokointegriranom čipu, kojeg već duže nazivamo grafičkim procesorom. Taj je izraz posve opravdan jer je moderni grafički čip davno prošao fazu razvoja u kojoj je bio zadužen za generiranje jednostavne 2D slike (prikaz scene u kojoj su objekti koji se pojavljuju prikazani samo po dvije referentne osovine – širini i visini). Ta je funkcija, naravno, još uvijek tu, no ona je tek jedna od mnogobrojnih drugih funkcija koje mora obavljati grafički procesor. Najvidljivija operacija koju on danas obavlja jest priprema 3D prikaza (prikaz scene u kojoj se objekti prikazuju kao da imaju tri referentne osovine – širinu, visinu i dubinu), tijekom koje će se izvršiti mnogobrojni matematički proračuni kakvih se ne bi postidio ni glavni procesor računala. Sad ću objasniti princip rada, a u nastavku ću detaljnije opisati pojedine dijelove grafičke kartice. Cijeli se proces može opisati u nekoliko riječi, jer se jednostavno može reći da grafička kartica podatke koji su sadržani u njezinoj memoriji (grafička memorija) pomoću posebnog sklopa zvanog digitalno-analogni pretvarač (RAMDAC) pretvara u analogni signal, koji onda šalje na monitor. Podaci do grafičke memorije dolaze preko AGP sabirnice, a može ih «uzeti» izravno sama grafička kartica odnosno grafički procesor, no najčešće će sve to biti pod kontrolom glavnog procesora. Iako je digitalno-analogni pretvarač prilično precizan i složen sklop, njegova je funkcija vrlo jednostavna, a pravi se posao pripreme slike prije njezinog konačnog pohranjivanja u grafičku memoriju obavlja u glavnom procesoru računala, te grafičkom procesoru smještenom na samoj grafičkoj kartici. Osnovna će aplikacija (primjerice igra) uz pomoć glavnog procesora pripremiti podatke i zahtjeve o tome kako želi da ih grafički procesor obradi. Te će podatke zatim predati upravljačkom programu (driver), koji je veza između softverskog dijela i samog hardvera, a upravljački će program sve to prenijeti u samu grafičku karticu. Nakon što su podaci i naredbe smješteni u grafičku memoriju, posao preuzima grafički procesor i obrađuje pristigle podatke prema zadanim zahtjevima. Ti su zahtjevi već djelomično obrađeni i pripremljeni od strane upravljačkog programa, kojeg na neki način možemo vidjeti kao prvu instancu i «produženu ruku» samog grafičkog procesora. Upravo zbog te početne pripreme utjecaj upravljačkog programa na ukupnu brzinu neke grafičke kartice može biti vrlo značajan, pa se stoga upravljačkim programima pruža velika pažnja i nije nimalo neobično što ih proizvođači grafičkih procesora često obnavljaju i unapređuju.

1

Slika grafičke katice

2

Grafički procesor

Grafički procesor

Grafički procesor glavni je i najvažniji dio grafičke kartice jer je upravo on odgovoran za brzo kreiranje konačne slike. Pritom treba imati na umu da naredbe koje mu šalje aplikacija (npr. igra) preko upravljačkog programa (driver) mogu biti prilično kompleksne kao što je transformacija, osvjetljavanje, postavljanje i renderiranje scena, odnosno zahtijevaju da grafički procesor «razbije» jednu naredbu na velik broj jednostavnijih operacija, koje će onda brzo obaviti na svim potrebnim elementima koji čine sliku. Svaki grafički čip se sastoji od nekoliko osnovnih dijelova. Počnimo od sučelja prema van (gotovo uvijek je to AGP), a preko njega na karticu stižu sve potrebne informacije – od tekstura, vrhova trokuta, pa do pixel shader (omogućava detaljniji prikaz zahvaljujući mogućnosti izračuna boje na razini svakog piksela te programibilnosti. Programibilnost omogućava jednostavno simuliranje stvarnih kompleksnih površina kao drvo, mramor i sl. ) i vertex shader (isto kao i pixel shader samo se on bavi vrhovima trokuta koji se inače koriste za predstavljanje gotovo svih 3D modela) koda. Kako brzina AGP sabirnice ipak nije dostatna za zadovoljavanje potreba, kartice dolaze s većom ili manjom količinom iznimno brze memorije, u koju se spremaju svi potrebni podaci, a u to ne spadaju samo ulazni, već i oni koji će biti iscrtani na monitoru (frame buffer – dio memorije koji se koristi za smještaj renderiranih piksela koji će se pojaviti na monitoru). Konačne performanse grafičke kartice izuzetno su ovisne o brzini memorije, tako da se na ovom polju koriste tehnike s ciljem boljeg iskorištavanja dostupne propusnosti, a jedna od najkorisnijih je segmentiranje memorijskog kontrolera.

-Blok shema grafičkog procesora-

3

Grafički procesor

Trik je u dijeljenju memorijske sabirnice na veći broj nezavisnih kanala koji mogu istovremeno čitati i pisati. Zbog segmentiranosti dolazi do blagog povećanja latencije, no u isto vrijeme drastično se popravlja iskorištenost memorijske sabirnice, a time, logično, i performanse memorijskog podsustava. S memorijskim kontrolerom surađuju 2D jezgra, podsustav za procesiranje videa, 3D podsustav te dio zadužen za štednju propusnosti.

-Blok shema memorijskog kontrolera-

3D podsustav se bavi s mnogim zadaćama – od procesiranja vertexa (vrhova trokuta), postavljanja scene, osvjetljavanja, lijepljenja tekstura, procesiranje piksela… Pri svakoj od ovih operacija grafički procesor će koristiti jedinicu za štednju propusnosti, barem kod najnaprednijih arhitektura. Prije prikaza na monitoru, krajnja slika se dodatno filtrira kako bi se izbjegla pojava nazubljenosti. Radi se, naime, o anti-aliasingu (tehnika koja se bavi smanjenjem nazubljenosti prikaza), a nakon njega slijedi slanje na jedan, ili više izlaza.

Na slici je prikazan tranzistor za izradu grafičkog procesora koji je proizveden u 0.13µ procesu i koji je usporedno sa 0.15µ procesom 25% brži i 25% manji. Danas se grafički procesori izrađuju sa više od 100 milijuna tranzistora.

4

Memorija

Memorija Memorija grafičke kartice određuje veće ili manje mogućnosti prikazivanja boja u rezoluciji, a ne brzinu grafičkih procesa u računalu, kako se često misli. Na grafičkoj kartici nalazimo dvije glavne vrste memorija, a to su RAM i ROM. Postoje i druge vrste memorija, kao što su VAM, DRAM, EPROMO koje su samo poboljšanja osnovnih RAM i ROM memorija. RAM (Random Access Memory) RAM memorija na grafičkoj kartici sastoji se od dva dijela. Prvi dio služi za pohranu slike i često se naziva video memorija ili framebuffer. Video memorija može biti veličine od 256 kB pa sve do 64 MB, pa i više. Tu dolaze do izražaja vrste RAM memorija. DRAM (Dynamic RAM) Zastarjela je vrsta memorije, koja je prilično spora, jer se memorija mora stalno osvježavati kako bi se pohranile slike. Još jedna mana DRAM-a je ta što se sa njega ne može čitati informacija istovremeno kada se po njoj piše.

EDO RAM Prva grafička memorija koja se upotrebljavala u osobnim računalima. EDO RAM se često upotrebljava i u glavnoj memoriji računala. Malo je brži od DRAM-a, a radi tako da ispušta svoje sadržaje u posebno odijeljene krugove i istovremeno prima nove podatke. VRAM (Video RAM) Najviše se upotrebljava za izradu grafičkih kartica. VRAM ima više ulaza te tako omogućava svim hardverskim uređajima pristup memoriji u isto vrijeme, uključujući glavni procesor, grafički procesor i digitalno-analogni konverter. Gledajući sveukupno VRAM ima mnogo bolje karakteristike od EDO RAM-a. WRAM (Windows RAM) Ima malo bolje karakteristike od VRAM-a, jeftinije ga je izraditi, te zato zamjenjuje VRAM u mnogim grafičkim karticama. MDRAM (MultiBank DRAM) Glavna je razlika između MDRAM-a i ostalih memorija u tome što su sve memorije ograničene na vrijednosti od 256 kB, 512 kB, 1 MB, 2 MB, 4 MB itd., dok se kod MDRAM-a mogu dodavati sitni dijelovi po 32 kB. To omogućuje korisniku da stavi upravo onoliko memorije koliko mu je potrebno. MDRAM je puno brži od VRAM-a. SGRAM (Syncronous Graphics RAM) Novija tehnologija omogućuje ovoj memoriji veliku brzinu. Radi u okviru od 66 MHz do 80 MHz. Njegova brzina može se koristiti tek onda kada se PCI bus na glavnoj matičnoj ploči nadogradi na 66 MHz.

5

Memorija

NVRAM (Nonvolatile RAM) Posebna vrsta memorije koja zadržava podatke i kada je računalo ugašeno. Poput ROM memorije, napaja je baterija unutar računala. Drugi dio RAM-a je mnogo manji i služi za pohranu raznih podataka, kao npr. izgled pokazivača ili predefiniranih karaktera. Kod novijih 3D grafičkih kartica, drugi dio se naziva localbuffer (memorija koja se koristi za privremeno spremanje podataka ili instrukcija, a namijenjena je samo specifičnim funkcijama) i u njemu se nalaze Z-buffer (kada prikazujemo 3D prostor na zaslonu potrebno je smjestiti podatke o udaljenosti pojedinih objekata od nas te u skladu s time odrediti koji objekti su prikriveni a koji ih prikrivaju), doublebuffer, teksture ili čak čitavi 3D model. U tom slučaju veličina localbuffera višestruko premašuje framebuffer. Prije se na grafičkim karticama nalazio samo jedan framebuffer, dok su danas uobičajeno dva, a u boljih grafičkih čipova čak i tri (triple buffering). Na taj je način omogućeno da se tijekom pretvaranja slike u analogni signal već priprema nova slika u drugom spremniku, koji se još naziva back buffer.

ROM (Read Only Memory) U ROM-u se nalaze video BIOS i razne tablice, kao npr. definicija izgleda karaktera koje će kartica prikazivati u tekstualnom karakteru koje će kartica prikazivati u tekstualnom modu. BIOS se sastoji od programa koji omogućuju emulaciju grafičkih standarda. Obično je za svaki emulacijski mod (VGA, VESAO) poseban ROM ili EPROM čip. Danas na grafičkim karticama se koristi samo DDR-RAM (double data rate) memorija. Njena osnovna prednost nad starom SD-RAM (single data rate) memorijom je mogućnost istodobnog čitanja i pisanja, što drastično povećava ukupnu propusnost memorije. U novije vrijeme pojavio se i DDR II standard kao rezultat sve većih zahtjeva za memorijskom propusnošću. Razlika DDR II i DDR I standarda: - manji naponi, smanjeni sa 2.5V na 1.8V - manje vrijeme pristupa koje iznosi 1.8 ns do 2.2 ns, za razliku od 2.9 ns kod DDR I - DDR II omogućava propusnost preko 20 Gb/s, za razliku od DDR I koji omogućava oko 10 Gb/s Svi ovi čimbenici zajedno omogućavaju veću brzinu takta.

6

Memorija

Načini pakiranja memorije na grafičkim karticama

Danas se koriste dva osnovna načina pakiranja memorijskih modula BGA (ball grid array ili bumped grid array) i TSOP (thin small outline package). BGA omogućava više radne taktove od TSOP-a. Podaci do i od memorije putuju preko sabirnice, za koju je apsolutno kritično da ima konstantnu impedanciju, a kako TSOP ima znatno većih problema s ulaznim kapacitetima i induktivitetima, jasno je da se BGA pokazuje kao bolje rješenje. Ovaj problem posebice dolazi do izražaja na višim frekvencijama, kada zbog osjetne promjene impedancije dolazi do refleksije signala. Refleksija rezultira s dva problema: smanjenjem amplitude ulaznog signala te stvaranjem šuma na sabirnici. Veći broj memorijskih čipova spojenih na istu sabirnicu također utječe na refleksiju. Uz djelomično rješavanje problema s impedancijom, BGA omogućava veći broj pinova, veću slobodu u postavljanju linija te bolje hlađenje. Ipak, iako ima brojnih prednosti, sve jeftinije kartice i dalje dolaze s memorijom u TSOP pakiranju iz par razloga - krajnji taktovi još uvijek su prvenstveno određeni tehnologijom izrade, ekonomski je prihvatljivije, a i lakše se provjerava ispravnost spojeva (vizualnom metodom).

BGA pakiranje – nožice nisu vidljive, a oblik je promijenjen u kvadrat

TSOP pakiranje – najlakše se prepoznaju po izduženom obliku te vidljivim nožicama

7

RAMDAC

RAMDAC Što je RAMDAC RAMDAC je dio grafičkog kontrolera zaduženog za pretvaranje vrijednosti piksela iz digitalnog u analogni oblik. Hardverska struktura RAMDAC -a se stoji od 2 dijela: RAM i DAC. RAM je skraćenica od Random Access Memory dok je DAC Digital to Analog Converter. Komponenta RAM-a u RAMDAC-u je mala statična memorija koja sprema vrijednosti crvene zelene i plave boje u digitalni oblik. DAC je struktura (sa tri neovisna DAC-a ustvari) koja pretvara binarne riječi predstavljajući crvene, zelene i plave tonove u naponske signale na pripadajućim signalnim linijama. Prvobitni VGA RAMDAC Prvobitna VGA kartica predstavljena od IBM-a 1985 je imala RAMDAC čip napravljen od INMOS-a s kodom 171. U 1985 je to bio vrhunski proizvod tehnologije s memorijom i DAC-om koji je radio na 28 Mhz. RAM dio je imao memoriju od 256 18 bitnih riječi. Njegova je organizacija bila često opisivana kao 256x(3x6). Ovaj dio RAMDAC-a je također poznat kao LUT (Look-Up Table), CLUT (Color LUT) ili posrednička tablica. 8 ulaznih linija koje su služile za adresiranje ulaza u RAM biraju jednu od 256 18 bitnih riječi. Ove memorijske riječi su u stvari grupe od 3 6bitne riječi i 6 bitne vrijednosti su korištene za kao ulazne varijable za 3 DAC-a. 8 bitni ulaz je bio preuzet iz Attribute Controller-a VGA čipa. U 8 bitnom načinu rada (jedini mogući na standarnoj VGA je bio 320x200 piksela), gdje svaki bajt video memorije predstavlja jedan piksel i taj bajt se dostavlja kao ulaz u RAMDAC. Bazirajući se na ovim vrijednostima, RAM komponenta je stvarala 3 6 bitne vrijednosti za DAC tako omogućavajući istovremeno korištenje bilo koje od 256 boja slobodno odabrane iz palete od 262144 boja (218). Budući da su DAC-ovi imali širinu od samo 6 bitova, samo do 64 nijanse osnovne boje su bile moguće, tako da nismo mogli imati više od 64 nijanse zelene, crvene, plave, sive i žute. Napredak VGA RAMDAC-a U kasnim 80tim i ranim 90-im VGA kontroleri su obično bili opremljeni s 512 KB do 1MB memorije. U to vrijeme dizajneri PC grafičkih kontrolera su počinjali primjenjivati tzv direktne načine boje gdje je pojedinačni piksel spremao informacije i zelenoj, crvenoj i plavoj boji direktno u trobitna polja. Ubrzo su se pojavile VGA kartice koje su mogle prikazati piksele koristeći 24 bita (po 8 bitova za svaku primarnu boju). RAMDAC u tim karticama jako je sličan prvobitnim VGA RAMDAC. Osnovna razlika je bila ovisno o tipu prikaza, ovi čipovi su imali mogućnost zaobilaženja RAM komponente i kombiniranje 2 ili 3 uzastopna niza 8 bitnih ulaznih riječi u pojedinačnu 16-24 bitnu riječ koja se tada dostavljala DAC-ovima. Ovo je stvorilo mali problem kompatibilnosti, tijekom učitavanja LUT-a, originalni VGA RAMDAC očekuje 6 bitne vrijednosti složene po najmanjoj bitnoj poziciji u bajtu. Kada se RAMDAC prebacuje u 8 bitni način rada, učitane vrijednosti su 8 bitne i njihov format nije kompatibilan sa 6 bitnim. Zbog tih razloga moderni RAMDAC mora obrađivati 6 bitne boje na staromodni način. I programeri se moraju prilagođavati ovakvom načinu rada.

8

RAMDAC

RGB blokada Budući da RAMDAC sadrži RAM bez obzira na trenutni način rada moguće je koristiti ovu memoriju za prilagođavanje vrijednosti primarnih boja prikazanih u direct color načinu rada. Da bi postigli ovo struktura RAM-a se mora promijeniti. Nova organizacija je 3x(256x8) nasuprot staroj 256x(3x6). Prvo, binarna riječ predstavljajući primarnu boju je 8 bitova duga, Drugo, tri odjeljka memorije koja pohranjuje vrijednosti crvene, zelene i plave komponente je moguće pristupiti neovisno jedna o drugoj. Ovo omogućava programiranje LUT tablica za svaku boju posebno i dobiveni efekt je poznat kao gamma korekcija. To se može opisati kao nelinearni odnos između binarnih vrijednosti pohranjenih u video memoriji i vrijednosti voltaže pripadajućeg video signala. To može kompenzirati nelinearnost CRT karakteristika. Ova mogućnost se najčešće naziva još i programibilna RGB blokada Brzina RAMDAC-a Brzina RAMDACA je frekvencija na kojoj RAMDAC obrađuje piksele i šalje video signale monitoru. Brzina ovisi o trenutnom načinu rada. Kada je brzina RAMDAC-a dana kao parametar brzine grafičke kartice to je maksimalna brzina koju RAMDAC može postići. To nije mjerilo brzine grafičke kartice nego samo odražava maksimalnu frekvenciju osvježavanja zaslona koju kartica može postići. Zapravo RAMDAC radi na granicama svojih mogućnosti tek na visokim rezolucijama. Tablica ispod sadrži frekvencije RAMDAC-a za različite rezolucije i frekvencije osvježavanja zaslona.

RAMDAC brzina u MHz Rezolucija60 Hz 70 Hz 75 Hz 85 Hz

640x480 25.175 31.5 31,5 36 800x600 40 50 48.5 56.25

1024x768 65 75 78.75 94.5 1152x864 94.2 108 121 1280x1024 108 135 157.51600x1200 162 189 202.5 229.51800x1440 214 250

9

AGP sabirnica

AGP sabirnica 1996 intel je predstavio AGP kao mnogo učinkovitiji način prijenosa tekućeg videa i 3D grafike u realnom vremenu koji su postali sve prisutniji u svim sferama računarstva. Prethodni standard se zvao Peripheral Component Interconnect (PCI). PCI sabirnica je put kojim se priključena jedinica koristi da dostavi podatke od grafičke kartice centralnom procesoru. PCI Sabirnica omogućava paketno slanje podataka od različitih izvora istovremeno. Podaci iz grafičke kartice putuju skupa sa informacijama svih ostalih uređaja priključenih na PCI. Kada sve te informacije stignu do procesora trebaju čekati na obradu podataka.

PCI utori na matičnoj ploči To je funkcioniralo dobro nekoliko godina dok PCI nije postao usko grlo. Internet i većina programa su postali grafički orijentirani što je zahtijevalo da grafička kartica ima prioritet nad svim ostalim PCI uređajima. AGP se bazira na dizajnu PCI sabirnice ali nasuprot tome omogućava direktnu vezu grafičke kartice i procesora. Takav neometan put do procesora i memorije omogućava AGP-u mnogo brži način razmjene informacija koje treba renderirati grafička kartica. U idućem dijelu ću pojasniti kako se to radi.

10

AGP sabirnica

AGP je zasnovan na ideji poboljšanja komunikacije kakvu PCI obavlja s centralnim procesorom. Intel je to postigao izdvajajući sva područja gdje je PCI stvarao blokade i uska grla protoka podataka. Eliminirajući ove zastoje u prometu AGP znatno povećava brzinu kojom cijeli sistem renderira grafiku koristeći komponente sistema racionalnije. Evo kako: • Pridruženi ulaz - samo je grafička kartica priključena na AGP ulaz. Sa pridruženom vezom s

centralnim procesorom grafička kartica može uvijek raditi s maksimalnim kapacitetom koji pruža veza.

• Pipelining - metoda organizacije podataka omogućava grafičkoj kartici primanje i odaziv na

višestruke pakete podataka na pojedinačni zahtjev. Evo pojednostavljenog primjera za to. S AGP-om grafička kartica može primiti zahtjev za renderiranjem svih potrebnih podataka odjedanput dok se s PCI kartica primala prvo podatke o visini slike, zatim o širini slike, zatim kombinirala podatke i tek nakon ih slala van. • Sideband addressing - kao i pismo, svi zahtjevi i informacije poslani unutar računala moraju

imati adresu «za» i «od». Problem PCI je taj da se «za» i «od» informacija skupa šalju u jednom paketu informacije. To je jednako kao i stavljanje adrese u unutar kuverte kada šaljemo pismo tako da poštar treba prvo otvoriti kuvertu da bi saznao gdje je treba dostaviti. To oduzima poštaru vrijeme a također smanjuje i količinu prostora u kuverti.

Sa sideband adressingom AGP izdaje još 8 dodatnih linija za pakete podataka samo za adresiranje. Ovo stavlja adresu na kuvertu i takoreći oslobađa totalnu propusnost za podatke u oba smjera. Povrh svega toga oslobađa mogućnosti sistema koji su prije bili korišteni za otvaranje paketa i čitanje adrese.

11

AGP sabirnica

PCI: Trošenje RAM-a Brzina nije jedino gdje je AGP potukao svog prethodnika. On također pojednostavljuje proces renderiranja grafike efikasnijom upotrebom sistemske memorije. Bilo koja 3D grafika koju vidimo u zaslonu je sastavljena od tekstura. Teksture su poput tapeta. Računalo uzima dvodimenzionalnu sliku i umotava oko nje mnoštvo parametara koje određuje grafička kartica za stvaranje dojma 3D slike. Zamislimo ovo kao umotavanje nevidljive kocke s ukrasnim papirom da pokažemo veličinu kocke. Važno je ovo razumjeti jer je kreiranje i pohrana tekstura glavna stvar koja odvlači memoriju iz grafičke kartice i iz cijelog sustava uopće. S PCI grafičkim karticama svaka tekstura se sprema dva puta, prvo se tekstura učitava s tvrdog diska u sistemsku memoriju (RAM) dok ne dođe u upotrebu. Kad je potrebna uzima se iz memorije i šalje procesoru na obradu. Kada je obrađena šalje se PCI sabirnicom grafičkoj kartici gdje se još jednom sprema u spremnik grafičke kartice (framebuffer). Taj spremnik je mjesto gdje grafička kartica drži pohranjenu sliku nakon obrade u slučaju osvježavanja kad god je potrebno. Čitavo ovo spremanje i slanje podataka između sustava i kartice je veoma iscrpljujuće za sveukupno funkcioniranje računala.

-Blok shema rada PCI sabirnice-

12

AGP sabirnica

AGP: Štednja RAM-a AGP poboljšava proces spremanja tekstura omogućavajući operativnom sustavu da dodjeli RAM na korištenje grafičkoj kartici u letu. Ova vrsta memorije se zove AGP memorija ili udaljena video memorija. Koristeći mnogo brži i stabilniji RAM koji koristi operativni sustav za spremanje tekstura i smanjuje broj tekstura koje se spremaju u memoriji grafičke kartice. Uz to veličina tekstura koje je računalo u mogućnosti prikazati ne ovisi više samo o količini RAM-a na grafičkoj kartici. Drugi način na koji AGP štedi radnu memoriju je spremanje tekstura samo jednom. Ovo se radi upotrebom čipseta. Čipset se naziva Graphics Address Remapping Table (GART). GART uzima djelić sistemske memorije koju je AGP zauzeo za spremanje tekstura za grafičku karticu i ponovno ih adresira. Nova adresa koju dodjeljuje GART zavarava procesor da misli da je tekstura spremljena u spremnik grafičke kartice. GART raspršuje dijelove i djeliće tekstura po sistemskoj radnoj memoriji ali kad ih centralni procesor treba one su upravo na mjestu gdje bi i trebale biti.

-Blok shema rada AGP sabirnice-

13

Karakteristike video signala

Karakteristike video signala

16.7 milijuna boja

256 boja

16 boja

Dubina boje Kako računalna grafika počinje nuditi brže učitavanje podataka i veće rezolucije, računalne slike sadrže zaprepašćujuću količinu detalja i jasnoće u usporedbi sa NTSC slikom. Premda su rane računalne slike obično bile ograničene na samo 16 ili 256 boja. Broj boja koje grafička kartica može prikazati uvelike utječe na realnost prikazane slike. Ako mislimo prikazati detaljni prizor sa finom gradacijom boja (foto realistična kvaliteta) novije grafičke kartice nam nude od 32000 do čak 16,7 miliona boja. Analogni video signal može prenositi neograničeno mnogo informacija o bojama, ali prethodno tome sva računala stvaraju sliku digitalno pa ja tek onda pretvaraju u analogni signal. Iz toga razloga niti jedno računalo ne može proizvesti neograničeno mnogo boja. Broj boja koje računalo može generirati je ovisan o broju bitova koje koristi. Svaki bit ima dvije vrijednosti 1 i 0 (uključeno, upaljeno). Stoga, 2 bita stvaraju 4 boje, 3 bita 8 boja itd... Današnje grafičke kartice obično imaju 8 bitova ili više. Povezanost između broja bitova i količine boje su prikazane u tablici.

Broj bitova Broj boja

8 256 15 32,768 16 65,536 24 16,777,216

14

Karakteristike video signala

Rezolucija

Riječ rezolucija se odnosi na računalni video signal i na pripadajuće izlazne jedinice. Računala stvaraju signal određene rezolucije ovisno o tipu hardvera i softvera. Neke grafičke kartice kao što su tzv. VGA kartice mogu mijenjati rezoluciju ovisno o potrebama računalnog programa. Projektori i monitori također mogu mijenjati rezoluciju, tako npr “Ovaj monitor je u mogućnosti prikazati razlučivost 1024 x 768” Rezolucija u računalnoj grafici se odnosi na broj piksela (točkica) postavljenih vodoravno i okomito gdje piksel predstavlja točkicu slike. Rezolucija 640 x 480 znači da je trenutno prikazano 640 točkica slike vodoravno i 480 točkica slike okomito. Gore prikazani dijagram pokazuje kako jednostavni lik poput kruga postaje jasnije definiran sa većim brojem vodoravnih i okomitih točkica (pixela) koji ga ocrtavaju. Još jedna primjena rezolucije se odnosi na sposobnosti monitora, TV-a, projektora da prikaže sliku s određenom dozom detaljnosti i čistoće prikaza. Umjesto prikazivanja rezolucije tipa 640x480 vrijednosti se izražavaju kao linije rezolucije. Npr. monitor je u mogućnosti prikazati 500 linija za kompozitni ulaz i 650 linija za RGB ulaz. Ovaj tip iskazivanja rezolucije se odnosi na samu propusnost unutar uređaja uključujući katodnu cijev, unutarnje krugove i video pojačalo. Više linija rezolucije znači i veću mogućnost prikaza oštre i čiste slike. Svi ti izlazni uređaji imaju svoju maksimalnu rezoluciju s tim da različite vrste zaslona imaju i različite mogućnosti. Korišteni zaslon bi trebao biti u mogućnosti prikazati rezoluciju koju stvara računalo ili neki drugi izvor. Propusnost i vrsta zaslona utječu na maksimalnu rezoluciju prikaza i na kvalitetu prikazane slike.

15

Karakteristike video signala

Rezolucija/Propusnost/ Frekvencija Termini visoka rezolucija, široka propusnost i visoka frekvencija su jako usko povezani i direktno proporcionalni. Visoka rezolucija zahtjeva visoku horizontalnu frekvenciju što zauzvrat zahtjeva veću propusnost za cijeli sustav prikaza. Tablica ispod pokazuje neke opće granice koje definiraju nisku, srednju i visoku rezoluciju, frekvencije i propusnost.

Nisko Srednje Visoko Horizontal Scan Rate: 15.75 KHz 16 to 35 KHz 36 KHz i više

Rezolucija: 320 x 200 640 x 480 1024 x 768 ili više Propusnost: 5 - 20 MHz 30 - 50 MHz 60 MHz i više

Rezolucija i horizontalna frekvencija računalnog signala su trajni parametri koji određuju potrebnu propusnost opreme za prikaz. Kada samo jedna komponenta podbacuje u propusnosti signala to znatno utječe na prikazanu sliku. Propusnost grafičkog sustava i njegov utjecaj na prikaz podataka Slovo E je izvrstan alat za proučavanje utjecaja niske i visoke frekvencije. U cilju vizualnog testiranja prikaza dovoljno je gledati u slovo E (normalni tip slova, Helvetica), crne boje na bijeloj podlozi. Prikazana vertikalna linija definira vodoravnu razlučivost i jako je ovisna o propusnosti video signala kroz grafički sustav. Vodoravne linije predstavljaju niskofrekventni dio signala i koriste se za usporedbu s vertikalnim linijama. Ako se propusnost cjelokupnog grafičkog podsustava prati propusnost izvornog video signala, vodoravni i okomiti dijelovi slova E ce biti ravnomjerno istaknuti. Ako propusnost nije dovoljna za video signal tada se polje visokog signala uklanja i rubovi postaju titravi i nejasni. Intenzitet vertikalnih linija opada nasuprot vodoravnim linijama. Daljnje smanjivanje propusnosti signala će rezultirati gubitkom visokog i srednjeg polja video signala. Okomite linije prikazana slike će postati razmućene, tanke i slabog intenziteta nasuprot vodoravnim linijama. Kada se bira video oprema za računalo veoma je važno da je propusnost opreme jednaka ili veća od propusnosti video signala. Kabeli igraju značajnu ulogu u sveukupnoj kvaliteti video slike i mogu unazaditi učinak vrhunske opreme.

16

Karakteristike video signala

Sučelja DVI-D (24 iglični konektor) je čisto digitalno sučelje namijenjeno prijenosu samo digitalnog signala. Grafička kartica stvara digitalnu sliku, stoga je najbolji mogući način prijenosa i prikaza te slike: digitalni. Digitalno sučelje pruža najveću moguću kvalitetu slike bez pogrešaka u konvergenciji i geometriji slike, uz potpunu čistoću slike. Dok kod analognog neizbježno dolazi do pada kvalitete slike.

DVI-I (24+5=29 iglični konektor) ima oba sučelja integrirana, pa ovisno o grafičkoj kartici možemo koristiti jedno od raspoloživih sučelja, tj. omogućuje prijenos digitalnog ili analognog video signala.

DB15 (DSub): 15 iglični konektor koji omogućuje prijenos samo analognog video signala. Prilikom pretvorbe u analogni oblik (grafička kartica), zatim tijekom prijenosa i na kraju tijekom pretvorbe iz analognog u digitalni oblik prikaziv na zaslonu LCD monitora dolazi do očiglednih pogrešaka koje slabe usporednu kvalitetu prikazane slike.

CGA

Skraćenica je od (Color Graphics Adapter) je imao maksimalnu razlučivost od 640 x 200 i horizontalnu frekvenciju od 15,75 KHZ. Video i sync signali su digitalni TTL signali i budući da imaju samo 4 bita za video mogu prikazati najviše 16 boja. Međutim, u visokorazlučivom 640x200 načinu rada samo 3 boje iz palete od 6 su dostupne zbog ograničenja memorije. CGA grafičke kartice imaju izlaz na 9 pinski D priključak koji je rijetko viđen danas osim na jako starim stolnim i prijenosnim kompjutorima. MDA

IBM - ov (Monochrome Data Adapter) je bio dizajniran za bolju razlučivost prikaza teksta. Razlučivost je poboljšana povećavanjem horizontalne frekvencije na 18,1 KHZ. Video i sync signali su digitalni TTL signali i samo četiri nijanse sive su dostupne (2 bita). MDA kartice nisu u mogućnosti prikazivati grafiku pa je kompanije Hercules predstavila svoju MDA karticu koja je bila u mogućnosti isto prikazivati grafiku kao CGA kartica samo monokromatski.

17

Karakteristike video signala

EGA

IBM -ova EGA kartica je bila dizajnirana da bude uskladiva s CGA i MDA karticama ali s boljom grafikom, više boja i boljim performansama. Razlučivost je dodatno poboljšana povećavanjem horizontalne frekvencije na 24,1 khz dok je maksimalni broj boja bio povećan na 64. 6 bitni video signali se bili digitalni i kartica je bila u mogućnosti raditi u visokorazlučivom i niskorazlučivom načinu rada. VGA/SVGA

IBM-ov Video Graphics Adapter je bio revolucionarni korak iznad EGA kartice. Horizontalna frekvencija je povećana na 31,5 khz rezultirajući razlučivošću od 640x480 i 256 boja. Video signal je analogni a sync signal digitalni TTL. VGA kartice su u mogućnosti generiranja 4 vrste razlučivosti omogućavajući im da podrže CGA, MDA i EGA softver. Četvrti način je poznat i kao 8514A način rada. SVGA je predstavljena od neovisnih proizvođača. Ove kartice su podržavale 4 načina VGA kartica uz još mnoge dodatne. Većina SVGA kartica radi na visokim razlučivostima, od kojih neke nude čak do 1280x1024 razlučivost i do 16,7 miliona boja. VGA i SVGA kartice imaju izlaz na 15 pinski HD priključak.

18

Zaključak

Zaključak Grafička kartica je neizostavna komponenta u računalu i kao takva je vrlo važan čimbenik koji određuje kvalitetu čitavog računala. Prije kupnje grafičke kartice treba dobro razmisliti koje su naše potrebe odnosno čime ćemo se baviti kad kupimo grafičku karticu. Ako ćemo se baviti samo obradom teksta odnosno uredskim poslovima sigurno je da na grafičku karticu nećemo potrošiti više od 1000 kn ali ako ćemo se baviti grafičkim poslovima, kao što je obrada slike ili ako ćemo kupiti računalo radi igranja morat ćemo potrošiti više od 1000 kn ako želimo kvalitetno obraditi slike i igrati igricu bez trzanja slike. Analizirajući funkcije grafičke kartice, postavlja se pitanje čemu dati prednost: broju sličica ili kvaliteti slike? Nije jednostavno dati jednoznačan odgovor, ali prednost ipak treba dati kvaliteti slike. U prošlim vremenima kada su elementi osobnog računala bili takvi da se jedva postizalo između 20 i 30 slika u sekundi, moglo se na kvalitetu pomalo i zaboraviti, ali danas kada se kod najboljih kartica postiže 60, 70 i više slika u sekundi, kvaliteta svakako dolazi na prvo mjesto. Tehnologija i razvitak svakoga dana napreduju, svakoga dana suočeni smo i sa novim grafičkim karticama, novi grafičkim procesorima naprednijih mogućnosti i veće brzine rada. Kao rezultat toga, pružaju se mogućnosti još naprednijih, bržih i ljepših grafičkih aplikacija.

19

Literatura

Literatura

Internet o www.tomshardware.com o www.pcguide.com o www.nvidia.com o www.intel.com

Časopisi o Bug – časopis za informatiku o PC–CHIP – časopis za informatiku o Vidi – časopis za informatiku

20