Maturski rad

Grafike kartice

SadrajUvod . 2 1. Grafike kartice ...... 3 1.1. Rezolucija ....... 3 1.2. Bitovi i broj boja ..... 4 2. Magistrale ..... 6 2.1. ISA (Industry Standard Architecture) .. 6 2.2. VLB (VESA Local Bus) ..... 7 2.3. PCI (Peripheral Component Interconnect) ... 7 2.4. AGP (Accelerated Graphics Port) ..... 8 2.5. PCI Express .. 9 3. Delovi grafikih kartica 10 3.1. Grafiki procesor ..13 3.2. Video memorija.14 3.3. Ramdac 14 3.4. Upravljaki softver (drajver)....15 4.3D16 4.1. Geometrija ....... 16 4.2. Realistino prikazivanje (renderovanje) .. 17 4.2.1. Preslikavanje tekstura ... 17 4.2.2. MIP preslikavanje ... 17 4.2.3. Bilinearno filtriranje . 18 4.2.4. Z-baferovanje . 18 4.2.5. Uklanjanje nazubljenosti .. 18 4.2.6. Gouraud senenje .... 18 4.2.7. Bump preslikavanje . 18 4.3. FSAA 18 5. DirectX 20 6. OpenGL .. 21 7. SLI 22 7.1. 3 WAY SLI 23 7.2. Quad SLI ... 24 8. Crossfire ... 25 8.1. Crossfire Physis .. 26 9. Zakljuak . 27 10. Literatura .. 28

Robert uri

Strana 1

Maturski rad

Grafike kartice

UvodU ovom maturskom radu sam pisao o grafikim karticama, o njihovom razvoju tokom godina, sve do dananjeg dana. U radu sam opisao svaki deo grafike kartice, emu slui koji deo. Pisao sam o razlici izmeu magistrala koje su koristile stare kartice, takoe sam pisao i o magistralama koje koriste moderne kartice. Naveo sam 3D, OpenGL, DirectX pomou kojih se filteruju slike koju grafika kartica prikazuje na ekranu monitora, takoe sam pisao o FSAA, pomou koje dobijamo meku sliku. Takoe sam obradio najnoviju tehnologiju dva najvea proizvoaa GPU a Nvidi - je i ATI - ja u pitanju je tehnologija pomou koje moemo prikljuiti vie kartica na matinu plou. Tehnologija oba proizvoaa imaju svoje prednosti i mane. Dok sam pretrazivao internet naisao sam na rezultate kod kojih su uporeivane Nvidijine grafike sa ATI jevima, sa novom tehnologijom SLI a i Crosfire a, i u veini sluajeva preformanse Nvidi je sa SLI om su bolje od ATI jevih grafikih kartica u Crossfire modu meutim jeftinije je realizovati sa ATI karticama.

Robert uri

Strana 2

Maturski rad

Grafike kartice

1.Grafike KarticeVideo ili grafika elektronska kola su obino smetena na posebnoj kartici, mada postoje i grafike kartice koje su integrisane u matinu plou, odgovorna su za stvaranje slike koja se prikazje na monitoru. Na prvim PC raunarima, zasnovanim na tekstu, to je bio dosta jednostavan zadatak. Meutim pojava grafikih operativnih sistema dramatino je poveala koliinu informacije za prikazivanje, do nivoa na kome je bilo nepraktino da se o njima stara glavni procesor, zbog toga se odluilo da se rastereti glavni procesor, tako to su sve aktivnosti u vezi sa ekranom poverili grafikoj kartici, tako su nastale prve grafike kartice, iji je zadatak bio da izvrava sve grafike operacije. Te grafike operacije su u poetku bile veoma jednostavne, meutim trite je zahtevalo neto ozbiljnije grafike prikaze na ekranu, pa su se uskoro pojavile grafike kartice: CGA (Color Graphic Adapter) omoguavao je monohromatsku sliku u rezoluciji 640x200, ili 16 boja u rezoluciji 320x200 taaka, a adapter Hercules je prikazivao samo monohromatsku sliku, ali s rezolucijom 720x348 taaka. Dok je ovaj drugi dugo opstajao u jeftinijim sistemima, CGA nije zadovoljavao u primenama koje su zahtevale prikaz u boji, pa je uskoro zamenjen poboljanom varijantom EGA (Enhanced Graphic Adapter), a posle toga se pojavio VGA (Video Graphics Array). Posle VGA se pojavila proirena grafika matrica, XGA (Extended Graphic Array), koji je bio prvi adapter displeja firme IBM koji je koristio VRAM (Video RAM memoriju), kapacitetima od 500 Kbajta ili 1 Mbajt. Super proirena grafika matrica SXGA (Super Extended Graphic Array) i Ultra proirena grafika matrica UXGA (Ultra Extended Graphic Array) su sledei IBM-ovi standardi, ali ni jedan od njih nije bio iroko usvojen. Udruenje za video elektronske standarde VESA (Video Electronics Standards Association), okupio je proizvodjae video adaptera i monitora, da bi standardizovali video protokole. Razvili su familiju video standarda, koji su unazad kompatibilni sa VGA, ali nude veu rezoluciju i vie boja, poznatije kao SVGA (Super Video Graphic Array). Ovaj standard se koristio do srdine 2000 godine. Posle toga se pojavio DVI konektor koji je zamenio VGA konektor, pomou njega moemo da dobijemo sliku mnogo vee rezolucije.1.1.

Rezolucija

Ona je prvenstveno funkcija monitora i odredjena je dimenzijama mlaza i korakom taaka. Slika sa stvara kada mlaz elektrona pogodi fosforne estice kojima je pokrivena osnova "ekrana" monitora. Grupa koja obuhvata jedan crveni, jedan zeleni i jedan plavi fosfor zove se piksel.Robert uri Strana 3

Maturski rad

Grafike kartice

Piksel predstavlja najmanji deo ekrana kojim moe pojedinano da se upravlja. Svaki piksel moe da se postavi na drugaiju boju i intenzitet osvetljenosti. Cela slika na ekranu sastoji se od vie hiljada piksela i rezolucija ekrana - odredjena brojem redova puta broj kolona - predstavlja maksimalni broj piksela koji se mogu prikazati. to je vea rezolucija, to se moe prikazati vie piksela, a samim tim i vie informacija na ekranu u bilo kom datom vremenu, takoe to nam je vea rezolucija samim tim su I pikseli manji. Standardi rezolucije pre pojave SVGA:Datu m Standar d Opis Rezolucij a Broj boja

1981 1984 1987

CGA EGA VGA

Kolor grafiki adapter Poboljani grafiki adapter Video grafika matrica

640 x 200 160 x 200 640 x 350 640 x 480 320 x 200 800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 1600 x 1200

Nijedna 16 16 od 64 16 od 262144 256 16.7 miliona 65,536 65,536 65,536

1990

XGA

Proirena grafika matrica

SXGA UXGA

Super proirena grafika matrica Ultra proirena grafika matrica

Posle standardizacije SVGA koji je bio standard do 2000 godine mogli smo na monitoru prikazati rezoluciju do ak 1600x1200 a na monitorima od 21 ina do ak

Robert uri

Strana 4

Maturski rad

Grafike kartice

1800x1400. Meutim pojavom DVI konektora u stanju smo za reprodukciju slike mnogo veih rezolucija i mnogo boljeg kvaliteta.

1.2.Bitovi i broj bojaSavremene grafike kartice, pored uobiajenog analognog (AGP) prikljuka, dobile su i digitalni prikljuak (DVI), namenjen digitalnim monitorima kao to su LCD modeli. Meutim, prve grafike kartice imale su upravo digitalne prikljuke, a u CRT monitorima (koji su po svojoj prirodi analogni ureaji) nalazio se D/A konvertor; analogni prikljuak se pojavio tek na VGA karticama (s njim i D/A kovertor), a razlog je bio povean broj boja. Pre VGA kartica, koristio se devetopolni prikljuak za monitor, koji je imao dovoljno kontakata za sinhronizacione impulse, masu, tri signala osnovnih boja i jo tri za intenzitet, to je sainjavalo standard EGA (monohromatski adapter je koristio jo manji broj signala). Ako analiziramo ovaj skup signala, videemo da se za svaku osnovnu boju koriste dva bita; boja ima tri, dakle ukupan broj bitova je est, to znai da je ovakva kombinacija monitora i kartice mogla da prikae dva na esti, tj. 64 boje; to emo nazvati globalnom paletom kartice. Unutranja konstrukcija EGA kartice ograniavala je prikaz u jednom trenutku na 16 boja (to emo nazvati lokalnom paletom), ali su one mogle biti bilo koje iz globalne palete od 64. Budui da je standard VGA u osnovnoj verziji mogao da prikae 256 boja iz mnogo vee globalne palete, prikljuak bi morao da ima znatno vie kontakata, pa je izabrano reenje u vidu analogne utinice, jer ona uopte ne ograniava broj boja. Dananji napredak tehnologije omoguio je vei stepen minijaturizacije, pa DVI utinice imaju sve potrebne digitalne kontakte, ali to je pre petnaestak godina bilo teko izvodljivo, a nije bilo ni potrebe, jer tada nisu postojali monitori vee diagonale od 21 ina. Prve VGA kartice imale su 18-bitnu globalnu paletu (po est bitova za svaku boju), to je davalo 262.144 boje. Njihova rezolucija bila je 640 x 480 taaka, a broj boja lokalne palete ograniavala je, izmeu ostalog, video memorija: da bi se u toj rezoluciji prikazalo 16 boja, za svaku taku potrebna su etiri bita; raunanjem se lako dolazi do potrebnih 153.600 bajtova, a poto se u njih ugraivalo 256 MB memorije, vie boja nije ni moglo biti prikazano; meutim, ove kartice imale su i reim s 320 x 240 taaka i 256 boja. Nadalje su se standardi manje potovali, ali je to ubrzalo razvoj: vrlo brzo su nezavisni proizvoai shvatili da je 256 MB memorije dovoljno i za neto viu rezoluciju od 640 x 480 taaka sa 16 boja, pa su se pojavile kartice koje su nudile i reim od 800 x 600 taaka. Rad u boji s jo viom rezolucijom od 1024 x 768 taakaRobert uri Strana 5

Maturski rad

Grafike kartice

zahtevao je dvostruko vie video memorije, ali su nie rezolucije tom prilikom dobile i vie boja. Taj period karakterie poznati problem sa D/A konvertorima koji nisu mogli da isporue dovoljan broj boja, a kada je to reeno, kartice su dobijale sve vie memorije, vie rezolucije i vei broj boja. Na slikama se moe videti VGA konektor i DVI konektor, koji se koristi na LCD monitorima.

VGA konektor

DVI konektor

2.MagistraleMagistrale predstavljaju vezu izmeu matine ploe i ostalih komponenata, kao to su modemi, TV kartice, LAN kartice, zvune kartice i grafike kartice. Prve VGA kartice su koristile ISA (Industry Standard Architecture) magistralu, zatim poto je bilo potrebno prosleivati veu koliinu podataka a ISA magistrala je predstavljala usko grlo zamenili su je VLB (VESA Local Bus) magistralom, a nju je ubrzo zamenio PCI (Pheripherial Component Interconnect), koji je imao sline karakteristike kao i VLB. PCI je omoguio dobre preformanse, ali su novije igrice, (koji je jedan od glavnih razloga brzog razvoja grafikih kartica) zahtevale jo bri protok, pa je dola na red AGP magistrala, koja se koristi i danas, dodue u sad ve veoma malom broju. 2002 godine je lansirana nova magistrala sa nazivom PCI Express, koja predstavlja najnoviji standard komunikacije izmeu komponenata. Kada je lansirana ova magistrala cene grafikih kartica sa ovakvim prikljukom su bile veoma skupe i mnogim kupcima ne pristupane, meutim danas one predstavljaju standard za magistralu grafikih kartica i cene PCI Express grafikih kartica su sada ve sasvim razumne i pristupane svim kupcima.

2.1.ISA (Industry Standard Architecture)Ova magistrala je bila standardizovana od strane proizvoaa PC proizvoaa i koristile su je i grafike kartice. ISA magistrala je imala brzinu prenosa od 8Mhz, ak je bilo i 8 bitnih modela, to nije predstavljalo problem kada se radilo sa statinim sadrajem, ali kada je trebalo proslediti veliku podataka magistrala je postala usko grlo.Robert uri Strana 6

Maturski rad

Grafike kartice

Ova magistrala se koristi kod raunara baziranih na 486 procesoru.

Slika 1

Slika 2

Na slici 1 se moe videti ISA magistrala, a na slici 2 se vidi grafika kartica, koja se smetala u ISA magistralu.

2.2.VLB (VESA Local Bus)Ova magistrala je 32-bitna magistrala koja je radila na 33-50Mhz, znai omoguila je bru komunikaciju izmeu matine ploe i grafike kartice, u odnosu na ISA koja je radila na 8MHz.

Slika 1

Na slici 1 se moe videti grafika kartica za VLB magistralu.

2.3.PCI (Pheripherial Component Interconnect)Ova magistrala je pruala bolje preformanse u odnosu na VLB magistralu. PCI magistrala je takoe bila 32-bitna, ali je imala bri protok podataka od oko 133MB u sekundi i donela je i napredne mogunosti upravljanja. Frekvencija na kojoj rade je slina kao i kod VLB-a.

Robert uri

Strana 7

Maturski rad

Grafike kartice

Slika 1

Slika 2

Na slici 1 se vide PCI magistrale preko kojih jo i danas komuniciraju periferni ureaji. Na slici 2 se vidi grafika kartica, koja koristi PCI magistralu.

2.4.AGP (Accelerated Graphics Port)Preko ovih magistrala se mogu prikljuiti iskljuivo samo grafike kartice, ne podrava druge ureaje. Dok je PCI magistrala 32-bitna i podrava prenos podataka do najvie 132Mb u sekundi, AGP magistrala je 64-bitna koja radi na 66MHz i ima mogunost da prenosi podatke brzinom od ak 533Mb u sekundi, to je 4 puta bre od PCI magistrale. AGP moe za svoje potrebe da rezervie i deo sistemske memorije, pa i to doprinosi preformansama u igrama i drugim grafikim aplikacijama. AGP je nekoliko puta ubrzavan, pa je bilo kartice 2x, 4x i 8x ovo ubrzanje se odnosi na radni takt, ali poveanje protoka je donela manje poboljanje preformansa od oekivanog. Tokom razvoja AGP kartica povremeno im je bio menjan i radni napon, pa su se pojavili problemi sa kompitabilnou, pa se u matinu plou sa magistralom od npr. AGP 8x sme staviti grafika tipa AGP 8x ili tipa AGP 4x, ali se ne sme stavljati grafika kartica starije generacije tipa AGP 2x ili 1x, ovo vai i u obrnutom smeru. AGP se koristi i danas ali u ne toliko irokom spektru, poto su se na trite pojavile PCI Express grafike kartice, koje sada ve dominiraju tritem, tako da se AGP kartice jo uvek mogu kupovati ali nee proi jo mnogo vremena da i one budu zastarele i odbaene. Ipak AGP je bio veoma uspean jer je dominirao tritem izmeu 2004 i 2007.

Robert uri

Strana 8

Maturski rad

Grafike kartice

Slika 1

Slika 2

Na slikama 1 i 2 se mogu videti AGP grafike kartice, od 2 dominantna proizvoaa grafikih kartica ATI sada ve AMD i Nvidia. Na slikama se takoe vidi da obe grafike kartice imaju jedan VGA i jedan DVI konektor.

Slika 3

Na slici 3 se vidi AGP magistrala. AGP magistrale tipa 1x, 2x, 4x, 8x prenose podatke razliitom brzinom iz tabele se vidi razlika. Tip AGP 1x AGP 2x AGP 4x AGP 8x Brzina prenosa 264 Mb/s 528 Mb/s 1 Gb/s 2 Gb/s

2.5.PCI ExpressPCI Express (PCI-E) je najnoviji standard komunikacije izmeu komponenti, predstavljen 2002. od strane Intel-a.Robert uri Strana 9

Maturski rad

Grafike kartice

Osmiljen za grafike kartice (PCI-E x16 standard) te za ostale raunarske dijelove (PCI-E x1 standard), karakterie ga vea brzina i propusnost od prijanjih standarda (ISA, PCI, AGP). Omoguava direktnu "ip-na-ip" komunikaciju. PCI-E port je sainjen od pojedinanih uni-direkcionih parova 1-bitnih serijskih interkonekcija propusne moi od 2,5 Gb/s u oba smera, poznatijih pod nazivom putanja (eng. lane). Postoji nekoliko PCI-E standarda: x1 (250 MB/s), x2 (500 MB/s), x4 (1000 MB/s), x8 (2000 MB/s), x16 (4000 MB/s). Trenutno ne nudi praktina poboljanja, no to se i oekivalo jer jo nema komponenti koje bi iskoristile velike mogunosti ove sabirnice, to e se u budunosti sigurno desiti. Ve danas se masovno proizvode grafike kartice za PCI-E sabirnicu koje nude veu propusnost i praktino poboljanje mogunosti grafike kartice i samim time raunara.

Slika 1

Slika 2

Na slikama 1 i 2 se mogu videti grafike kartice koje koriste PCI Express 16x magistralu. Na slici 1 je grafika karitca ATI (AMD) a na slici 2 je Nvidijina geforce kartica.

Robert uri

Strana 10

Maturski rad

Grafike kartice

Na slici 3 se vide PCI Express magistrale tipa 1x, 4x, 8x i 16x. 16x koriste grafike kartice, zbog velike propusne moi.

3.Delovi grafikih karticaSastavni deloviSavremene grafike kartice za PC raunare sastoje se od etiri glavna sastavna dela: grafikog procesora video memorije digitalno-analognog konvertora memorije sa direktnim pristupom (RAMDAC) upravljakog softvera (drajvera).

Robert uri

Strana 11

Maturski rad

Grafike kartice

Prvi VGA sistemi su bili spori. Centralna procesorska jedinica je bila veoma zaposlena obradom grafikih podataka, a koliina podataka koji su prenoeni preko magistrale predstavljala je suvie veliko optereenje za sistem. Problemi su bili jo vie pogorani zbog injenice da u obinu DRAM grafiku memoriju nije moglo istovremeno da se upisuje i iz nje ita, to je znailo da bi RAMDAC morao da eka da proita podatke dok centralna procesorska jedinica upisuje i obrnuto.

3.1.Grafiki procesorProblem je reen uvoenjem namenskih ipova za grafiku obradu na savremenim grafikim karticama. GPU (en. Graphics Processing Unit, ponekad i Visual Processing Unit ili VPU) je procesor specijaliziran za prikazivanje obine i napredne raunarske grafike. Grafiki ip se obino nalazi na grafikim karticama ili matinim ploama. Umesto da alje sirovu ekransku sliku kroz bafer kadra, centralna procesorska jedinica alje mali skup naredbi za crtanje koje interpretira sopstveni upravljaki program grafike kartice i koji se izvrava od strane GPU a. Operacije koje obuhvataju prenose bit mapa i slikanje, promenu veliine okvira i njegovog poloaja, iscrtavanje linija, skaliranje fontova i crtanje poligona, mogu da budu opsluene od strane procesora grafike kartice, koji je projektovan tako da obavlja ove zadatke u hardveru, daleko veim brzinama nego to bi to bio u stanju softver koji se izvrava na centralnoj procesorskoj jedinici sistema. Grafiki procesor zatim upisuje podatke o kadru u bafer kadra. Kako ima manje podataka za prenos, manje je nagomilavanje na sistemskoj magistrali i znatno se smanjuje optereenje centralne procesorske jedinice. Svi noviji ipovi imaju podrku za obraivanje jednostavnih i naprednih 3D i video operacija. Glavni proizvoai grafikih ipova su: nVIDIA ATi Technologies

Robert uri

Strana 12

Maturski rad

Grafike kartice

Slika 1

Slika 2

Na slikama 1 i 2 se vide grafiki procesori ovhi proizvoaa.

3.2.Video memorijaMemorija u kojoj se dri video slika se takodje naziva i bafer kadra i obino je ugradjena na samoj kartici. Na prvim sistemima, video memorija je bila izgradjena od standardne DRAM memorije. Medjutim, to zahteva stalno osveavanje podataka, da bi se spreilo da se oni izgube, a oni se ne mogu menjati za vreme tog procesa osveavanja. Posledica je znatna degradacija performanse, naroito sa vrlo brzim generatorima takta koje zahtevaju savremene grafike kartice. Prednost ugradnje video memorije na samoj grafikoj kartici je u tome to ona moe biti prilagodjena za svoj specifian zadatak. Grafike memorije ili VRAM se na dananjim grafikim karticama moe nai u kapacitetima od 256Mb pa sve do 1Gb memorije. Ove sa 1Gb VRAM memorije spadaju u High End grafike kartice i njihove cene su veoma velike. Tip memorije koje se koriste na dananjim karticama su DDR, DDR2, GDDR3 i najnovija GDDR4. U sledeoj tabeli su prikazane brzine VRAM memorija, za razliite tipove: Tip DDR DDR2 GDDR3 GDDR4 Clock rate MHz 166 - 950 533 - 1000 700 - 1800 1600 - 2400 Bandwidth Gb/s 1.2 30.4 8.5 16 5.6 54.4 64 156.6

Robert uri

Strana 13

Maturski rad

Grafike kartice

Ovi tipovi memorije su poeli da se koriste od 2003 sa DDR i tokom godina su stigli do GDDR4 koje su trenutno najbre memorije grafikih kartica.

3.3.RAMDACMnogo puta u sekundi, RAMDAC ita sadraj video memorije, konvertuje ga u analogni RGB signal i alje ga preko video kabla na monitor. Da bi konvertovao digitalni signal u nivo napona za svaku boju, RAMDAC koristi tabelu za pretraivanje. Postoji po jedan digitalno-analogni konvertor za svaku od tri primarne boje koje katodna cev koristi da bi stvorila ceo spektar boja.

eljeni rezultat je prava meavina koja je potrebna da bi se stvorila boja pojedinog piksela. Brzina kojom RAMDAC moe da konvertuje informacije i konstrukcija samog grafikog procesora diktiraju opseg brzina osveavanja koje grafika kartica moe da podri. RAMDAC takodje diktira i broj raspoloivih boja za datu rezoluciju, zavisno od njegove unutranje arhitekture. Meutim novi LCD monitori I televizori nemaju potrebu za RAMDAC om, pa on polako nestaje sa grafikih kartica.

3.4.Upravljaki softver (drajver)Upravljaki softver (drajver) savremene grafike kartice je od vitalne vanosti za njenu performansu i druge osobine. Za veinu primena, drajveri prevode ono to primena eli da prikae na ekranu u instrukcije koje moe da koristi grafiki procesor. Nain na koji drajveri prevode ove instrukcije je od vrhunskog znaaja. Savremeni grafiki procesori rade mnogo vie od pukog menjanja po jednog piksela istovremeno; oni imaju usavrene sposobnosti iscrtavanja linija i oblika, mogu da pomeraju velike blokove informacija unaokolo, kao i da ine jo mnoge stvari pored toga. Posao drajvera je da odluuje o najefikasnijem nainu upotrebe takvih osobina grafikog procesora, zavisno od toga ta primena zahteva da bude prikazano. U veini sluajeva, poseban upravljaki softver se koristi za svaku rezoluciju ili dubinu boje. To znai da, ak uzimajui u obzir razliite podrke koje su pridruene razliitim rezolucijama i bojama, grafika kartica moe da ima upadljivo razliite performanse na raznim rezolucijama, zavisno od toga koliko dobro je odredjeni upravljaki program napisan i optimizovan.

Robert uri

Strana 14

Maturski rad

Grafike kartice

4.3DGrafiki ip, bilo da je namenjen za trodimenzionalnu (3D) grafiku, bilo da je ip dvostruke namene 2D/3D, rastereuje centralnu procesorsku jedinicu u znatnoj meri i izvodi operacije realistinog prikaza (renderovanje) same slike. Sve u vezi tog renderovanja, ili iscrtavanja, radi se kroz grafiku protonu obradu u dva glavna stepena: geometriji i realistinom prikazivanju. Stepen geometrije koji izvodi centralna procesorska jedinica, radi sve poligonske aktivnosti i pretvara 3D prostorne podatke u piksele. Stepen realistinog prikaza, koji opsluuje 3D hardverski akcelerator, upravlja svim aktivnostima u vezi sa memorijom i pikselima i vri pripreme za prikazivanje boja na monitoru.

4.1.GeometrijaU stepenu za geometriju, sve trodimenzionalne (3D) slike se razbijaju u poligone. Svaki poligon se analizira i pridruuju mu se razliite karakteristike. Objekti se definiu pomou svojih koordinata i kombinuju se u jedinstveni koordinatni sistem koji se zove World Space Co-ordinate. Bilo koji element koji pada van okvira za dijalog ("prozora") na pokazivau se odseca ili odbacuje. Korisnikov ulaz (tj. igranje) u okviru World Space ini da se objekt pomera. Kako se on pomera, njegove geometrijske osobine moraju da se preispitaju i ponovo proraunaju. To se zove transformacija i obuhvata promene u pravcu X, Y i Z ose. Dobar primer je Duke Nukem 3D: kako glavni junak (odnosno igra) utrava kroz vrata i kree na levo u sobu, tako se cela scena menja; kad se pomera blie vratima, ona moraju da postanu vea, a kada se okree na levo, mora da se stvori cela nova scena sobe, dajui iluziju dubine. Tome se dodaju promene u kameri, osvetlenju, teksturi i bojama objekata, koje sve moraju da se izraunaju ili ponovo proraunaju.Robert uri Strana 15

Maturski rad

Grafike kartice

Sve to se zajedno zove geometrijska postavka - to je tradicionalno bio zadnji stepen grafike protone obrade koji izvodi glavna centralna procesorska jedinica, pre nego to 3D procesor preuzme dalju obradu radi izvravanja funkcije realistinog prikaza. Moe se smatrati da pridrueni prorauni izravaju sledee funkcije: Skaliranje, koje ini objekte veim ili manjim, zavisno od toga koliko daleko se oni nalaze u vidnom polju; Translaciju, koja obuhvata pomeranje objekata na njihova tana mesta; Rotaciju, koja obre objekat tako da on zausima svoj taan poloaj.

U raunarskoj igri sa dvadeset razliitih objekata na ekranu u bilo kom datom trenutku, centralna procesorska jedinica mora da izvri svaku od gore pomenutih procedura za svaki objekat. I ako to do sada nije dovoljno sloeno, ekran raunara jo mora da se osveava vie od sedamdeset puta u sekundi. Zato, svaka promena poloaja ovih objekata mora takodje da se prorauna i prikae, za svako osveavanje ekrana. Postavka trouglova pretvara podatke koje je stvorila postavka geometrija u oblik koji moe da bude ulaz za 3D akcelerator. Neke grafike kartice imaju sopstvene maine za postavku trouglova koje preuzimaju deo napora od sistemskog procesora. Medjutim, ak i te jedinice za postavljanje trouglova mogu da obradjuju samo mali deo podataka: ostatak mora da uradi glavna centralna procesorska jedinica.

4.2.Realistino prikazivanje (renderovanje)U stepenu za realiztino prikazivanje, koji izvodi hardverski akcelerator, 3D maina radi sa pikselima. Usko grlo ovde je pristup memoriji - odnosno koliko brzo pikseli mogu da se itaju iz, ili upisuju u bafer kadra. Postoji na hiljade poligona za svaki kadar scene i svi oni moraju da se auriraju i prenose kroz memoriju najmanje trideset puta u sekundi, da bi se stvorila iluzija pokreta. Ovaj prenos u bafer kadra je poznat kao brzina kadra i meri se u broju kadrova u sekundi (fps - frames per second). Odatle, kadrovi se alju u RAMDAC i pretvaraju u analogni signal za monitor gde se, posle mnogo matematikih manipulacija, odigrava akcija. Proces realistinog prikaza obuhvata upotrebu razliitih 3D tehnika: 4.2.1.Preslikavanje tekstura je tehnika za dodavanje posebnih detalja 3D objektu. Ona se najbolje moe opisati kao omotavanje trodimenzionalnog (3D) objekta uRobert uri Strana 16

Maturski rad

Grafike kartice

dvodimenzionalni (2D) obojeni papir. Na primer, data 3D slika automobila na ekranu bi bila omotana teksturom koja treba da prikae njegovu metaliziranu boju. To je mukotrpan posao, jer treba da se ponovi za svaki piksel na objektu i svaki piksel teksture nad njim - zvani teksel. Mnoge teksture mogu da se stave na isti objekat i to se zove multiteksturisanje. 4.2.2.MIP preslikavanje moe da se posmatra redukovana forma preslikavanja tekstura u kojoj je vie teksela stvoreno bez izvodjenja ekvivalentnog broja prorauna. Ako je MIP preslikavanje jedna etvrtina originalne teksture, itanje jednog teksela iz takvog preslikavanja je isto kao itanje etiri teksela iz originalne teksture. Ako se ono primeni uz upotrebu odgovarajuih filtara, kvalitet slike e u stvari biti bolji, jer ova tehnika poravnava nazubljene ivice. 4.2.3.Bilinearno filtriranje ita etiri piksela, proraunava njihovu srednju vrednost - odnosno srednju vrednost njihovih relativnih poloaja - boju i tako dalje, i prikazuje rezultat kao jedan piksel na ekranu. Ovo ima za rezultat zamagljivanje u bliskim delovima slike, to sa svoje strane poboljava njen izgled koji bi inae bio u vidu neprirodnih blokova. Bilinearno filtriranje je sada standard na veini grafikih kartica za PC raunare. 4.2.4.Z-baferovanje je metod proraunavanja piksela koji treba da se smeste u bafer kadra, memoriju koja dri podatke koji e uskoro biti prikazani. ipovi 3D akceleratora uzimaju jedan piksel, renderuju ga i prelaze na sledei. Problem sa ovim metodom je da akcelerator nema nikakav nain da zna da li proraunati piksel treba da bude prikazan odmah ili kasnije. Z-baferovanje ukljuuje "Z" vrednost u svaki proraunati piksel. Ako je Z vrednost za odredjeni piksel manja nego za neki drugi, to znai da e piksel sa manjom Z vrednou biti prvi prikazan. 4.2.5.Uklanjanje nazubljenosti je tehnika da se smanji "um" prisutan na slici. Da bi se predstavila neka slika, potrebna je izvesna koliina informacija. Ako je objekt u pokretu, u idealnom sluaju, te informacije bi trebalo da obuhvate njegov svaki mogui poloaj, boju, promene veliine i tako dalje. Ali ako ove informacije nisu raspoloive, centralna procesorska jedinica esto popunjava nedostajue segmente sa umom bez ikakvog znaenja. Uklanjanje nazubljenosti, zajedno sa MIP preslikavanjem, uklanja taj um. 4.2.6.Gouraud senenje ini objekte da izgledaju solidniji, primenjujui senke na povrini objekta. Algoritam odredjuje boje susednih poligona i pravi gladak prelaz izmedju njih. To osigurava da nema iznenadnih promena boje na objektu. 4.2.7.Bump preslikavanje je poboljanje ee koriene tehnike "ispupavanja" (embossing) koja se koristi za davanje "neravnog" izgleda povrinama. Ono koristi razliite mape tekstura da bi stvorilo iluziju dubine na povrinama i moe da se upotrebi za stvaranje efekata kao to su boginjavi, od metaka izreetani zidovi ili neravno zemljite.Robert uri Strana 17

Maturski rad

Grafike kartice

4.3. FSAAT-Buffer dozvoljava vie kljunih digitalnih efekata za poboljanje fotorealizma u trodimenzionalnom grafikom realistinom prikazivanju u realnom vremenu. To su sledei efekti: zamagljivanje pokreta da bi se dodala realistina zamagljenost objektima u pokretu koji bi inae bili definisani otrije od realnih stvarno fotografisanih objekata na hemijskom filmu,

dubinska otrina da bi se dodala vizuelna naznaka koja pomae da se definie rastojanje do svakog objekta u sceni pomou razliitih nivoa otrine, na razliitim dubinama i, to je moda i najvanije, uklanjanje nazubljenosti na celom ekranu (FSAA full-screen anti-aliasing).

Nazubljenost se javlja u dva oblika: "stepenice" na kosim linijama i "svetlucanje" vrlo tankih poligona. To su prostorne pojave, jer se javljaju zato to je uzorak sa scene koja se realistino prikazuje suvie mali. Ranije raspoloivo samo u profesionalnim sistemima za vizuelnu simulaciju kao to su vojni simulatori leta FSAA uklanjanje nazubljenosti ispravlja zupaste linije i uklanja svetlucanje veoma tankih objekata uzimanjem mnogo uzoraka scene i njihovim meanjem. Rezultat je smirenija, daleko realistinija i dopadljivija slika.

Robert uri

Strana 18

Maturski rad

Grafike kartice

5.DirectXDirectX je skup nekoliko api-ja koji pokrivaju irok spektar multimedijalne primene raunara. Praktino pokriveno je sve od 3d grafike, zvuka, preko videa i networkinga. Glavne komponente (api-ji) su: DirectDraw i Direct3D koji zajedno ine DirectX Graphic, DirectShow - video play i capture, DirectSound - zvuk, DirectMusic - muzika, DirectInput - ulaz, podrka za razliiti game hardware, DirectPlay komponente za mreno igranje i DirectSetup koji olakava instalaciju i odravanje pojedinih komponenti. Kada se kae DirectX, obino se misli na DirectDraw (2d grafika, ve neko vreme se praktino i ne koristi) i Direct3D, tj. na njegovu grafiku komponentu. Na svome poetku DirectX je bio sa razlogom nepopularan, ak i u neku ruku omraen kao jo jedan Microsoftov arogantni pokuaj trine dominacije osrednjim proizvodom, ije su (mnogobrojne) rupe krpljene marketingom i finansijskim injekcijama tamo-gde-treba. Api je bio lo, dosta nieg nivoa od OpenGL-a, i esto su i veoma jednostavne stvari zahtevale nesrazmerno mnogo koda, to je, uz primenu COM modela za razliku od klasinih biblioteka funkcija i svesno odbacivanje multiplatformnosti, bio jedan od glavnih (objektivnih) razloga zbog kojeg ga je i Carmack svojevremeno odbacio u korist OpenGL-a. Ipak, u roku od nekoliko godina, uz lobiranje to proizvoaa hardwarea, to razvojnih studija, kao i uz stalni razvoj api-ja koji prevazilazi deije bolesti i postaje sve kvalitetniji, DirectX postaje vodei igra na pc-ju. Negde u vreme pojave verzije 8, DX postaje praktino ravnopravan sa gl-om i na polju ozbiljne primene. Grafike kartice nove generacije ve imaju podrku DX 10.

Robert uri

Strana 19

Maturski rad

Grafike kartice

6.OpenGLOpenGL je low-level API (Application Programming Interface) za realtime, primarno 3D, ali i 2D grafiku. Potie od IrisGL-a grafikog api-ja kreiranog u Silicon Graphics-u za njihov OS Iris(varijanta unix-a) i odgovarajui hardware. Bez obzira na re open u imenu, u pitanju je zatvoreni projekat koji se razvija od strane OpenGL Architectural Review Board-a, ali i od samih proizvoaa hardvera koji mogu da uvedu nove mogunosti preko tzv. ekstenzija. Posle nekog vremena, najkorienije ekstenzije obino bivaju ukljuene direktno u sam api. Sa stanovita razvoja ovo je velika prednost u odnosu na DirectX iji je development u potpunosti zatvorenog tipa pod kontrolom Microsofta, ali ipak donosi odreene tekoe programerima zbog potrebe prilagoavanja delova koda odreenom hardveru (sa druge strane, to je stvar nezavisna od korienog api-ja, ba kao to je pokazala nVidiina FX serija, koja u nekim elementima jednostavno nije potovala potrebne specifikacije, to je zahtevalo pisanje potpuno odvojenog koda za njih i za Ati). to se tie primene, OpenGL je projektovan za ozbiljne poslove. Stvari poput hardverskog T&L-a (Transformations Lighting) su bile prisutne od samog poetka, naravno na odgovarajuem, profesionalnom hardware-u. Ipak, prihvatanje gl-a od strane id softwarea u poetcima akcelerirane 3d grafike na pc-ju, uvodi isti i u game primenu, rame uz rame sa Direct3D-om i tada dominantnim glide-om (3dfx). Danas, stvari su neto drugaije i gl je na pc-ju poraen od strane Direct3D-a. Ipak, nekoliko znaajnih studija jo uvek primarno radi sa njim: id, Relic(homeworld 1 i 2), Starbreeze(Riddick). Sa druge strane, na konzolama je jo uvek u upotrebi (PS2, PS3). Postoji i OpenGL ES, osiromaeni api za prenosne ureaje. Trenutno je aktuelna verzija 2.0, a Ati i nVidia zajedno rade na novom OpenGL 3.0 standardu.

Robert uri

Strana 20

Maturski rad

Grafike kartice

7.SLISLI (en. Scalable Link Interface) je nain spajanja dvije (pa i vie) grafike kartice tako da mogu raditi zajedno. Time se osigurava vea procesorska mo kao i sama koliina memorije. Pretea ove tehnologije je imala istu skraenicu SLI (Scan Line Interleave) koju je predstavio 3dfx 1998. godine (kojeg je NVIDIA kasnije kupila). NVIDIA je nakon kupovine ponovo predstavila tehnologiju 2004. godine. Teoretski SLI bi trebao da duplira mogunosti grafike moi, ali NVIDIA garantuje tek 1.9x ubrzanje grafike moi, to je blizu teoretskim granicama. Ne mogu sve grafike kartice koristiti SLI mogunost spajanja, to mogu samo NVIDIA grafike kartice od serije Geforce 6600 pa na vie, sve do Geforce 9800 ipa. SLI grafike kartice koriste iskljuivo PCI Express x16 magistrale (to znai da i matina ploa mora podravati SLI tehnologiju to znai da moraju da imaju dve PCIE x16 magistrale). Dve kartice su spojene preko malog PCB konektora. Postoje dva naina rada - SFR (Split Frame Rendering) i Alternate Frame Rendering (AFR). SFR tehnika prouavanjem slike odreuje 50/50 raspodjelu za dve grafike kartice odnosno njihove grafike procesore koji rade istovremeno. AFR tehnika odreuje jednoj grafikoj kartici da obrauje prvo trenutni frame, dok druga grafika kartica obrauje sljedei frame i tako dalje. Kada se obraivanje slike zavri ona se alje preko SLI konektora na glavni GPU (jedna od dvije grafike kartice mora biti glavna), koji rezultate alje na izlaz to je i krajniji rezultat koji vidimo na monitoru. Na slici se mogu videti 2 uparene grafike pomou SLI tehnologije.

Robert uri

Strana 21

Maturski rad

Grafike kartice

Razlike u preformansama izmeu jedne i dve grafike kartice se mogu videti na slici, testovi su raeni u igircama za grafiku karticu Nvidia Geforce 8600GTS

7.1. 3 WAY SLIPomou SLI moemo upariti i 3 grafike kartice ova tehnologija se naziva 3 WAY SLI. Ovu tehnologiju podravaju samo HIGH END Nvidia grafike 8800GTX, 8800Ultra i 9800GTX. Poboljanje u preformansi je 2.8x, i konektovanje se postie pomou 3 WAY SLI konektora. Na slici se moe videti nain povezivanja za 3 WAY SLI.

Robert uri

Strana 22

Maturski rad

Grafike kartice

7.2.Quad SLIPomou Quad SLI a moemo povezati 2 kartice sa po dva GPU a. To su grafike kartice Nvidi Geforce 7950x2 i 9800x2, x2 oznaava 2 GPU a. Na slici se moe videti jedno takvo reenje.

Primena ove tehnologije je veoma skupa poto su i matine ploe pa i grafike kartice za ovaj nain povezivanja skupe, pa ovo koriste samo najzahtevniji korisnici.

Robert uri

Strana 23

Maturski rad

Grafike kartice

8.CrossfireCrossfire je ATI jev odgovor na Nvidijinu SLI tehnologiju i ova omoguava uparivanje grafikih kartica, princip rada je malo drugaiji u odnosu na SLI. Kreiranje prikaza je jedna od prednosti Crossfire tehnologije nad konkurencijom. SLI moe da radi u dva moda: SFR (Split Frame Rendering) kada se frejm deli na pola i svaka kartica radi jednu polovinu i AFR (Alternate Frame Rendering) kada svaka kartica radi po jedan ceo frejm, naizmenino. Crossfire podrava oba ova moda, prvi ATi naziva Scissor, drugi kao i nVidia AFR, meutim CF poseduje i trei mod pod imenom SuperTiling koji frejm deli na 32 x 32 polja (1024 polja), polovinu radi prva, a drugu polovinu druga kartica. Koji e se mod koristiti, odluuje drajver. Ukoliko je moguan, koristi se AFR mod, a ukoliko je iz nekog razloga on nemoguan, onda se ukljuuje SuperTiling za Direct3D odnosno Scissor u sluaju OpenGL aplikacija. AFR je najbri jer tako svaka kartica radi jedan ceo frejm i dobija podatke samo za njega. U SuperTiling i Scissor modu obe kartice dobijaju celokupnu geometriju za svaki frejm pa vie podataka putuje PCI-Express magistralom. AFR se zato koristi kad god je to mogue, a nemogue ga je koristiti onda kada prikaz narednog frejma zavisi od prethodnog. Klasian primer je motion blur koji se esto koristi kada treba doarati brzinu. Ukljuivanje CF reima omoguuje i da se AntiAliasing radi u znatno viem kvalitetu, to se naziva SuperAA modom. Ovo je kombinacija SuperSampling AA i MultiSampling AA modova kojom se efektivno postie 10x, 12x i 14x. Na slici se mogu videti dve grafike spojene Crossfire tehnologijom.

Robert uri

Strana 24

Maturski rad

Grafike kartice

Na sledeoj slici se moe videti razlika preformansi sa Crossfire tehnologijom i bez nje.

8.1.ATI Crossfire PhysisOva tehnologija od ATI ja koja omoguava da dve grafike rade na renderovanju, dok trea grafika kartica radi na Physis. Ovo reenje je prikazano na slici ispod.

Robert uri

Strana 25

Maturski rad

Grafike kartice

9.ZakljuakDok sam pisao maturski rad o grafikim karticama dosao sam do zakljuka da su kartice tokom godina veoma daleko napredovale, od iscrtavanja veoma obicnih geometrijskih figura i tekstova, do veoma kompleksnih figura, objekta, koji su veoma priblini realnom svetu. U filmovima se takoe specijalni efekti dodaju pomou raunara npr. eksplozije, i veoma je teko primetiti razliku realne eksplozije i eksplozije iscrtane pomou raunarske tehnologije. U budue oekujem da e kartice biti u stanju da iscrtavaju slike koje su veoma blizu stvarnosti, takoe oekujem da e se pomou nanotehnologije ugraivati jaki grafiki ipovi i u mobilne telefone, pa e i oni biti u mogunosti da prikazuju slike veoma velikog kvaliteta i veoma odline efekte. Takoe mislim da e se 3D raunari razviti i da e biti dostupne javnosti i da e zameniti monitore tokom igranja igrice, i tako omoguiti nama da se naemo u 3D okruenju priblino realnom svetu. Smatram da ovo to predviam za budunost i nije tako daleko, sa obzirom brzine razvoja grafikih kartica.

Robert uri

Strana 26

Maturski rad

Grafike kartice

10.Literaturawww.wikipedia.com asopis Svet Kompijutera asopis Mikro Bench Mark forum Forum sveta kompijutera Vodi kroz PC tehnologiju www.slizone.com www.tbreak.com www.Nvidia.com www. ati.amd.com

Robert uri

Strana 27