opracował: in Ŝ. Marcin Zajdowski 1 · Rodzaje magistral: ISA-16-bitowa magistrala danych, jest juŜ obecnie definitywnie zabytkiem, PCI-64 -bitowa, ... Budowa MoŜliwe jest kilka

opracował: inŜ. Marcin Zajdowski www.graphium.pl 1

KKarty arty ggraficzneraficzne

2opracował: inŜ. Marcin Zajdowski

www.graphium.pl

Zadania karty graficznejZadania karty graficznej

�� Karta graficzna, często określana teŜ mianem akcelerator grafikiKarta graficzna, często określana teŜ mianem akcelerator grafiki, to element , to element komputera komputera tworzący sygnał dla monitora lub TV. tworzący sygnał dla monitora lub TV.

�� Umieszczana jest w gnieździe Umieszczana jest w gnieździe AGP lub PCIAGP lub PCI--EE (kiedyś PCI) o odpowiedniej (kiedyś PCI) o odpowiedniej szybkościszybkości

�� W tej chwili na rynku mamy dwie dominujące grupy kart oparte o W tej chwili na rynku mamy dwie dominujące grupy kart oparte o chipsetchipsetNVIDIA i ATI. NVIDIA i ATI.

�� Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informPodstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o acji o tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednitym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednim m sterowaniu monitorem. sterowaniu monitorem.


www.graphium.pl

Historia karty graficznejHistoria karty graficznej

�� Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfaPierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu betu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków -- tryb tryb tekstowy ( powstały bowiem jako zamienniki urządzeń drukujących.tekstowy ( powstały bowiem jako zamienniki urządzeń drukujących.

�� Pierwszą kartą grafiki była powstała w 1981 MDAPierwszą kartą grafiki była powstała w 1981 MDA ((MonochromeMonochrome DisplayDisplayAdapter). Karta ta pracowała tylko w trybie tekstowym. PotrafiłaAdapter). Karta ta pracowała tylko w trybie tekstowym. Potrafiła wyświetlić wyświetlić 25 linii po 80 znaków w trybie monochromatycznym. 25 linii po 80 znaków w trybie monochromatycznym.

�� Następcą MDA była karta CGA, która potrafiła juŜ wyświetlać grafNastępcą MDA była karta CGA, która potrafiła juŜ wyświetlać grafikę w ikę w rozdzielczości 640 na 200 pikseli w 16 kolorach.rozdzielczości 640 na 200 pikseli w 16 kolorach.


www.graphium.pl


�� Kolejna generacja kart graficznych (przełom lat 80 i 90 ubiegłegKolejna generacja kart graficznych (przełom lat 80 i 90 ubiegłego wieku)o wieku)potrafiła juŜ wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkpotrafiła juŜ wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty ty (piksele) (piksele) -- tryb graficzny:tryb graficzny:

�� Były to karty aŜ do Były to karty aŜ do VGAVGA czy czy SVGASVGA nie wniosły nic przełomowego do nie wniosły nic przełomowego do tematu kart graficznych. Zwiększeniu ulegały jedynie rozdzielczotematu kart graficznych. Zwiększeniu ulegały jedynie rozdzielczości, ści, liczba kolorów. liczba kolorów.

�� Aby obsłuŜyć nowe tryby pracy karty posiadały coraz więcej własnAby obsłuŜyć nowe tryby pracy karty posiadały coraz więcej własnej ej pamięci (od 4KB w przypadku MDA do nawet 2MB w przypadku karty pamięci (od 4KB w przypadku MDA do nawet 2MB w przypadku karty XGA).XGA).


www.graphium.pl


�� Za prawdziwy przełom moŜna uznać powstanie pierwszych kart Za prawdziwy przełom moŜna uznać powstanie pierwszych kart

wspomagających tworzenie grafiki 3d. wspomagających tworzenie grafiki 3d.

�� Jednym z pierwszych układów realizujących to zadanie był Jednym z pierwszych układów realizujących to zadanie był VooDooVooDoo (3dfx)(3dfx)

�� Pierwsze Pierwsze akceleratory grafiki trójwymiarowejakceleratory grafiki trójwymiarowej pracowały w komputerze pracowały w komputerze

równolegle do kart graficznych. równolegle do kart graficznych.


www.graphium.pl


�� Z czasem szybkość komunikacji karty graficznej z procesorem oferZ czasem szybkość komunikacji karty graficznej z procesorem oferowana owana

przez przez złącze PCIzłącze PCI przestała wystarczać.przestała wystarczać.

�� W 1997 roku W 1997 roku IntelIntel opracował standard opracował standard AGPAGP (zaprezentowany poniŜej) a w (zaprezentowany poniŜej) a w

2004 r PCI 2004 r PCI ExpressExpress. W międzyczasie coraz większe znaczenie na rynku kart . W międzyczasie coraz większe znaczenie na rynku kart

graficznych zyskiwały firmy graficznych zyskiwały firmy NVidiaNVidia (układy serii TNT, TNT2 a w końcu (układy serii TNT, TNT2 a w końcu

GeForceGeForce) oraz nieco później ) oraz nieco później ATIATI ((RadeonRadeon). ).


www.graphium.pl

Podział kartPodział kart

I Typ :I Typ :

Bufory ramkiBufory ramki -- są to podstawowe sterowniki zawierające pamięć RAM i układ są to podstawowe sterowniki zawierające pamięć RAM i układ wyświetlający dane przygotowane przez procesor i przechowywane wwyświetlający dane przygotowane przez procesor i przechowywane wpamięci obrazu. pamięci obrazu.

W celu wygenerowania obrazu np. fraktala, procesor musi wyliczyćW celu wygenerowania obrazu np. fraktala, procesor musi wyliczyć kolory kolory wszystkich punktów rysunku i zapisać odpowiednie bajty w pamięciwszystkich punktów rysunku i zapisać odpowiednie bajty w pamięciobrazu. obrazu.

Do tej grupy zaliczamy karty graficzne poczynając od kart MDA i Do tej grupy zaliczamy karty graficzne poczynając od kart MDA i CGA przez CGA przez EGA kończąc na VGA i SVGA. EGA kończąc na VGA i SVGA.


www.graphium.pl


II Typ :II Typ :

Akceleratory graficzneAkceleratory graficzne -- są to karty z wyposaŜone w dodatkowy procesor, który są to karty z wyposaŜone w dodatkowy procesor, który

odciąŜa procesor główny od obliczeń dotyczących przetwarzania obodciąŜa procesor główny od obliczeń dotyczących przetwarzania obrazu oraz razu oraz

z zainstalowanym specjalnym układem, wykonującym kilkanaście z zainstalowanym specjalnym układem, wykonującym kilkanaście

podstawowych funkcji graficznych np. kreślenie linii, rysowanie podstawowych funkcji graficznych np. kreślenie linii, rysowanie okręgów i okręgów i

elips a takŜe przesyłanie bloków pamięci. elips a takŜe przesyłanie bloków pamięci.

Karty te są znacznie szybsze niŜ bufory ramki, lecz wymagają oprKarty te są znacznie szybsze niŜ bufory ramki, lecz wymagają oprogramowania ogramowania

stworzonego specjalnie dla nich. stworzonego specjalnie dla nich.


www.graphium.pl


III Typ :III Typ :

Karty Karty koprocesorowekoprocesorowe -- ten rodzaj kart naleŜy do najszybszych, stosowane są ten rodzaj kart naleŜy do najszybszych, stosowane są

tam, gdzie potrzebna jest bardzo duŜa moc obliczeniowa. tam, gdzie potrzebna jest bardzo duŜa moc obliczeniowa.

W kartach tych instalowany jest specjalny koprocesor odciąŜającyW kartach tych instalowany jest specjalny koprocesor odciąŜający procesor procesor

główny od przetwarzania obrazu. główny od przetwarzania obrazu.

Koprocesor ten posiada własny zestaw instrukcji i jest w pełni pKoprocesor ten posiada własny zestaw instrukcji i jest w pełni programowalny. rogramowalny.

Kart tych uŜywa się w większości do celów profesjonalnych np. w Kart tych uŜywa się w większości do celów profesjonalnych np. w studiach studiach

graficznych. graficznych.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Obecnie głównym podzespołem prawie kaŜdej karty graficznej jest Obecnie głównym podzespołem prawie kaŜdej karty graficznej jest tzw. tzw. GPUGPU

((GraphicsGraphics ProcessingProcessing UnitUnit), czyli specjalny procesor zbudowany tak, aby jak ), czyli specjalny procesor zbudowany tak, aby jak

najszybciej wykonywał obliczenia potrzebne do generowania grafiknajszybciej wykonywał obliczenia potrzebne do generowania grafiki i

trójwymiarowej. trójwymiarowej.

�� Głównym atrybutem tego układu jest wartość taktowania. Obecnie pGłównym atrybutem tego układu jest wartość taktowania. Obecnie procesory rocesory

kart graficznych są taktowane częstotliwościami ponad 700 kart graficznych są taktowane częstotliwościami ponad 700 MHzMHz. .


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Procesor na karcie graficznej wspomaga setki róŜnych funkcji, z Procesor na karcie graficznej wspomaga setki róŜnych funkcji, z trójwymiarowymi trójwymiarowymi włącznie. włącznie.

�� Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkUkłady takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty, ąty, prostokąty, potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą tzw. teksturą (powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd.(powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd.

�� Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej pobierając z niej informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych painformacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zaleŜy od czek zaleŜy od procesora karty.procesora karty.

�� Procesory 64Procesory 64--bitowe wysyłają paczki 64bitowe wysyłają paczki 64--bitowe (8bitowe (8--bajtowe), 128bajtowe), 128--bitowe paczki 16 bitowe paczki 16 bajtowe. bajtowe.

�� To czy procesor jest 64To czy procesor jest 64--bitowy czy 128bitowy czy 128--bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej róŜnicy prędkości na korzyść układów 128róŜnicy prędkości na korzyść układów 128--bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna przy pracy w wyŜszych rozdzielczościach. przy pracy w wyŜszych rozdzielczościach.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Drugim z najwaŜniejszych podzespołów karty graficznej jest Drugim z najwaŜniejszych podzespołów karty graficznej jest pamięć graficznapamięć graficzna, , w w której karta przechowuje potrzebne informacje o obrazie . której karta przechowuje potrzebne informacje o obrazie .

�� W pamięci tej przechowywane są dane o kaŜdym punkcie obrazu, a tW pamięci tej przechowywane są dane o kaŜdym punkcie obrazu, a takŜe tekstury (w akŜe tekstury (w postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym cepostaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw. lu wydzielany tzw. bufor Z) bufor Z)

�� Wolna komunikacja GPU z pamięcią RAM komputera sprawia, Ŝe jakośWolna komunikacja GPU z pamięcią RAM komputera sprawia, Ŝe jakość i szybkość ć i szybkość pamięci na karcie graficznej ma bardzo duŜe znaczenie. pamięci na karcie graficznej ma bardzo duŜe znaczenie.

�� Coraz większe rozdzielczości wymuszają zwiększanie rozmiaru tej Coraz większe rozdzielczości wymuszają zwiększanie rozmiaru tej pamięci oraz pamięci oraz przepustowości jej połączenia z GPU. Obecnie stosowane są pamięcprzepustowości jej połączenia z GPU. Obecnie stosowane są pamięci (i (DDR, DDR2, DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4GDDR3, GDDR4). ).

�� Większy numer przy oznaczeniu pamięci to większa prędkość taktowWiększy numer przy oznaczeniu pamięci to większa prędkość taktowania oraz ania oraz przepustowość. Obecnie trudno znaleźć kartę graficzną wyposaŜonąprzepustowość. Obecnie trudno znaleźć kartę graficzną wyposaŜoną w mniej niŜ w mniej niŜ 256MB pamięci. 256MB pamięci.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Układem jeszcze do niedawna bardzo waŜnym był Układem jeszcze do niedawna bardzo waŜnym był RAMDACRAMDAC. .

�� Układ ten zamieniał cyfrowe sygnały generowane przez kartę grafiUkład ten zamieniał cyfrowe sygnały generowane przez kartę graficzną na czną na sygnał analogowy zrozumiały dla monitorów. sygnał analogowy zrozumiały dla monitorów.

�� Obecnie jednak układ ten powoli traci swoją rolę w związku z Obecnie jednak układ ten powoli traci swoją rolę w związku z rozpowszechnieniem się cyfrowego złącza rozpowszechnieniem się cyfrowego złącza DVIDVI słuŜącego do połączenia słuŜącego do połączenia monitora z kartą graficzną.monitora z kartą graficzną.

�� Analogowe łącze Analogowe łącze SVGASVGA odchodzi powoli do lamusa. odchodzi powoli do lamusa.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Układ RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesorUkład RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesorkarty graficznej. Dane te są w postaci zbioru róŜnokolorowych pukarty graficznej. Dane te są w postaci zbioru róŜnokolorowych punktów. nktów.

�� Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do moNastępnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora. nitora. Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu sekundy, sekundy, co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświeŜania (jest to lico ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświeŜania (jest to liczba czba pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy)pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy)

�� Częstotliwość 60Hz oznacza, Ŝe w ciągu sekundy na ekranie monitoCzęstotliwość 60Hz oznacza, Ŝe w ciągu sekundy na ekranie monitora ra rysowanych jest 60 pełnych obrazówrysowanych jest 60 pełnych obrazów. Oko ludzkie przestaje odróŜniać . Oko ludzkie przestaje odróŜniać "skoki" między obrazami juŜ przy szybkości ok. 25 obrazów na sek"skoki" między obrazami juŜ przy szybkości ok. 25 obrazów na sekundę, więc undę, więc częstotliwość 60 Hz wydawałaby się aŜ za duŜa.częstotliwość 60 Hz wydawałaby się aŜ za duŜa.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotaniaJak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotania obrazu, ale obrazu, ale nasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmnasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmy y ustawiać częstotliwość, ustawiać częstotliwość, co najmniej 75Hzco najmniej 75Hz, zaś im więcej tym lepiej. , zaś im więcej tym lepiej.

�� Warto przy tym wiedzieć, Ŝe ustawienie częstotliwości większej nWarto przy tym wiedzieć, Ŝe ustawienie częstotliwości większej niŜ 85Hz nie iŜ 85Hz nie ma juŜ wpływu na nasz wzrok. ma juŜ wpływu na nasz wzrok.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Zwiększanie szybkości działania kart graficznych wymusza stosowaZwiększanie szybkości działania kart graficznych wymusza stosowanie coraz nie coraz wydajniejszych wydajniejszych systemów chłodzeniasystemów chłodzenia. .

�� Najwydajniejsze obecnie karty graficzne wymagają stosowania chłoNajwydajniejsze obecnie karty graficzne wymagają stosowania chłodzenia dzenia aktywnegoaktywnego, czyli wyposaŜonego w wentylator. , czyli wyposaŜonego w wentylator.

�� Jednak bez problemu moŜna kupić dobrą kartę graficzną wyposaŜonąJednak bez problemu moŜna kupić dobrą kartę graficzną wyposaŜoną w w chłodzenie chłodzenie pasywnepasywne. Ten element karty graficznej (na zdjęciu) często jest . Ten element karty graficznej (na zdjęciu) często jest elementem swoistego "elementem swoistego "tuningutuningu". ".


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest Czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest typ magistralityp magistrali, z , z jaką komunikuje się ona z komputerem. jaką komunikuje się ona z komputerem.

�� Rodzaje magistral: Rodzaje magistral: �� ISAISA -- 1616-- bitowa magistrala danych, jest juŜ obecnie definitywnie zabytkibitowa magistrala danych, jest juŜ obecnie definitywnie zabytkiem, em,

�� PCIPCI -- 64 64 --bitowa, bitowa, maxmax. transfer do 138Mb/s . transfer do 138Mb/s

�� AGPAGP -- gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczongniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone e specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficspecjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a zną a procesorem. procesorem. MaxMax. transfer to 528 Mb/s. . transfer to 528 Mb/s.

�� karty graficzne uŜywające tego gniazda odchodzą do lamusa karty graficzne uŜywające tego gniazda odchodzą do lamusa

�� Gniazda obecnie stosowane do montowania kart graficznych w płyciGniazda obecnie stosowane do montowania kart graficznych w płycie głównej to e głównej to PCIPCI-- ExpressExpress


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� PCIePCIe, , PCIPCI--E E -- znana równieŜ jako znana równieŜ jako 3GlO3GlO (od (od 3rd 3rd GenerationGeneration I/OI/O), jest ), jest pionową magistralą słuŜącą do podłączania urządzeń do płyty główpionową magistralą słuŜącą do podłączania urządzeń do płyty głównej. nej. Zastąpiła ona magistralę PCI i AGPZastąpiła ona magistralę PCI i AGP

�� PCIPCI--ExpressExpress stanowi magistralę lokalną typu szeregowego, łączącą dwa stanowi magistralę lokalną typu szeregowego, łączącą dwa punkty (punkty (PointPoint--toto--PointPoint). Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia ). Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia pasma pomiędzy kilka urządzeń pasma pomiędzy kilka urządzeń -- kaŜde urządzenie kaŜde urządzenie PCIPCI--ExpressExpress jest jest połączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest zpołączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest za pomocą a pomocą dwóch linii, po jednej w kaŜdym kierunku.dwóch linii, po jednej w kaŜdym kierunku.

�� częstotliwość taktowania wynosi 2,5 częstotliwość taktowania wynosi 2,5 GHzGHz. Protokół transmisji wprowadza . Protokół transmisji wprowadza dwa dodatkowe bity, do kaŜdych ośmiu bitów danych (kodowanie 8/1dwa dodatkowe bity, do kaŜdych ośmiu bitów danych (kodowanie 8/10). 0). Zatem przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. W związku z tyZatem przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. W związku z tym, Ŝe m, Ŝe urządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkurządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkach ach ((fullfull--duplexduplex) to moŜna ewentualnie przyjąć, Ŝe w przypadku takiego ) to moŜna ewentualnie przyjąć, Ŝe w przypadku takiego wykorzystania złącza, transfer moŜe sięgać 500 MB/s. wykorzystania złącza, transfer moŜe sięgać 500 MB/s.


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� MoŜliwe jest kilka wariantów tej magistrali MoŜliwe jest kilka wariantów tej magistrali -- z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami (kaŜda składająca się z dwóch 2(kaŜda składająca się z dwóch 2--pinowych części pinowych części -- nadawczej i odbiorczej). nadawczej i odbiorczej).

�� Wraz ze wzrostem liczby linii wydłuŜeniu ulega gniazdo, jego konWraz ze wzrostem liczby linii wydłuŜeniu ulega gniazdo, jego konstrukcja strukcja (poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu n(poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu nowych owych linii) umoŜliwia włoŜenie wolniejszej karty do szybszego gniazdalinii) umoŜliwia włoŜenie wolniejszej karty do szybszego gniazda (w drugą (w drugą stronę jest niemoŜliwe). stronę jest niemoŜliwe).

�� Gniazdo 1x ma 18 Gniazdo 1x ma 18 pinówpinów z kaŜdej strony, gniazdo x4 z kaŜdej strony, gniazdo x4 -- 32, gniazdo x8 32, gniazdo x8 -- 49, 49, zaś gniazdo x16 zaś gniazdo x16 -- 82 82 pinypiny z kaŜdej strony.z kaŜdej strony.

�� Na płytach głównych gniazda 16x montuje się zwykle w miejscu gniNa płytach głównych gniazda 16x montuje się zwykle w miejscu gniazda AGP azda AGP na starszych płytach (poniewaŜ większość na starszych płytach (poniewaŜ większość chipsetówchipsetów z kontrolerem PCI z kontrolerem PCI Express nie zawiera kontrolera AGP, najczęściej Express nie zawiera kontrolera AGP, najczęściej obecność PCIobecność PCI--E eliminuje E eliminuje moŜliwość uŜycia kart graficznych ze złączem AGPmoŜliwość uŜycia kart graficznych ze złączem AGP). ).


www.graphium.pl


www.graphium.pl

BudowaBudowa

�� Interfejs na Interfejs na slocieslocie karty karty

graficznej :graficznej :

�� P&D, DFP, P&D, DFP, DisplayPortDisplayPort

�� VGA, DVI, HDMI, VGA, DVI, HDMI,


www.graphium.pl


www.graphium.pl


www.graphium.pl

HDMIHDMI


www.graphium.pl

BudowaBudowa


www.graphium.pl

Zasada działania karty graficznejZasada działania karty graficznej

�� Ogólnie:Ogólnie:

�� procesor zapisuje dane o obrazie w pamięci RAM karty, procesor zapisuje dane o obrazie w pamięci RAM karty,

�� sterownik zainstalowany na karcie powoduje przesłanie zawartościsterownik zainstalowany na karcie powoduje przesłanie zawartościpamięci RAM do przetwornika DAC,pamięci RAM do przetwornika DAC,

�� DAC przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go doDAC przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go domonitora. monitora.


www.graphium.pl

Powstawanie grafikiPowstawanie grafiki

Od wierzchołków do bitmapy

� Najpierw wyliczane są pozycje wierzchołków obiektów występujących w danej scenie. Zadanie to spoczywa na jednostkach werteksów (ang. vertex shader).

� Następnie budowana jest siatka trójkątów (wireframe).

� W kolejnym etapie trzeba nałoŜyć na nią tekstury oraz odpowiednio je oświetlić. To zadanie z kolei naleŜy do jednostek pikseli (pixel shader). Nawet gdy gotowa siatka pokryta jest teksturami, to jeszcze nie koniec generowania obrazu, gdyŜ w takiej wersji nie moŜe on zostać wyświetlony na ekranie monitora.

� Aby było to moŜliwe, na końcu wykorzystywana jest jednostka rasteryzująca(Raster Operating Procesor), która odpowiada za przetwarzanie obrazu na bitmapy.


www.graphium.pl


Od wierzchołków do bitmapy

� Szczególnie obciąŜone podczas generowania grafiki są shadery, zwłaszcza jednostki pikseli. W najtańszych modelach kart łącznie jest kilka jednostek obu typów, w najlepszych - ponad sto.

� PoniewaŜ zwiększanie liczby shaderów bywa z róŜnych powodów kłopotliwe (m.in. ze względu na zwiększanie ilości wydzielanego ciepła przez GPU), producenci procesorów graficznych zaczęli zastanawiać się na ich optymalnym wykorzystaniem.

� Tym bardziej, Ŝe gdy trwają obliczenia na pikselach, jednostki werteksów przewaŜnie nie mają Ŝadnych danych do przetwarzania i odwrotnie.

� PoniewaŜ budowa obu rodzajów jednostek jest zbliŜona, zaczęto rozwaŜać ich unifikacje. W skrajnym przypadku moŜliwa byłaby sytuacja, w której wszystkie jednostki w danym momencie przetwarzają piksele albo werteksy.


www.graphium.pl


Podsumowując :

� Im liczba shaderów większa, tym lepiej. Bez nich nie ma co liczyć na atrakcyjne efekty graficzne.

� W nowych grach szczególnie obciąŜone są jednostki pikseli, dlatego producenci montują ich więcej.

� Najnowszy trend to unifikacja obu typów shaderów


www.graphium.pl

Direct 3D 10Direct 3D 10

� Procesor graficzny realizuje instrukcje otrzymywane z aplikacji.

� To, jakie program moŜe uzyskać efekty, zaleŜy z kolei od bibliotekiinstrukcji (fachowo nazywanej API) obsługiwanej przez system operacyjny i dany układ 3D.

� Obecnie popularne są dwa główne API graficzne: Direct3D (firmy Microsoft) i OpenGL.

� Wśród starszych kart dominują modele zgodne z Direct3D w wersji 9.0c. TakŜe większość juŜ nie nowych gier bazuje na tym API. Wystarcza ono równieŜ do korzystania z interfejsu Aero w Windows Vista.


www.graphium.pl

Direct 3D 10Direct 3D 10

� W Windows Vista Microsoft wprowadził nową, dziesiątą wersję Direct3D.

� Przynosi ona wiele przełomowych zmian, a takŜe pozbawiona jest róŜnych ograniczeń występujących we wcześniejszych edycjach graficznego API.

� Przykładowo dodano jednostkę odpowiadającą za obliczenia geometrii, co do tej pory było wykonywane przez procesor komputera (geometry shader).

� Podsumowując dziś jedyną słuszną opcją jest grafika z DirectX10


www.graphium.pl

Jakie znaczenie ma częstotliwość Jakie znaczenie ma częstotliwość

pracy procesora ?pracy procesora ?� Na pudełkach kart graficznych producenci eksponują ich częstotliwość. � Na podstawie częstotliwości rdzenia nie sposób jednak ocenić wydajności

danej karty.

� Częstotliwość pracy wskazuje jedynie, jak często GPU wykonuje charakterystyczne dla siebie operacje. Tym samym nie ma sensu zestawianie częstotliwości zarówno układów róŜnych producentów, jak i odmiennych generacji procesorów tego samego wytwórcy.

� Podsumowując moŜna porównywać jedynie taktowanie w obrębie tej samej rodziny procesorów - w takim wypadku im jest ono wyŜsze, tym lepiej.


www.graphium.pl

Pamięć ? MaPamięć ? Ma znaczenieznaczenie

� Małym drukiem producenci podają typ układów, szerokość szyny pamięci, czas dostępu i częstotliwość pracy.

� Parametrów jest wiele, ale nie wszystkie mają przełoŜenie na wydajność. Wzrost pamięci z 256 MB do 512 MB często nie przynosi Ŝadnych dodatkowych korzyści.

� Dodatkowa pamięć ma znaczenie dopiero w czasie pracy w rozdzielczości 1600x1200 pikseli i wyŜszych.

� Nie moŜna jednak powiedzieć, Ŝe montowanie na karcie kości o łącznej pojemności 768 MB czy nawet 1 GB nikomu się nie przyda. W duŜą pamięć powinny zainwestować jedynie osoby pracujące w bardzo wysokich rozdzielczościach albo wykorzystujące dwa monitory na raz.

� WaŜnym, a zazwyczaj nie branym pod uwagę parametrem pamięci jestszerokość szyny. Im wartość ta jest większa, tym więcej danych na raz moŜe trafiać do pamięci. Obecnie za absolutne minimum naleŜy uznać szynę o szerokości 128 bitów.


www.graphium.pl

Pamięć ? MaPamięć ? Ma znaczenieznaczenie

� Na ostateczną szybkość wymiany danych z pamięcią wpływ ma takŜe jej częstotliwość. Zysk jest dwu- czy nawet czterokrotny, podczas gdy róŜnice w taktowaniu pamięci wynoszą „jedynie" kilkanaście procent. Testy wskazują na dwukrotny wzrost wydajności który po połowie jest efektem szerszej szyny i większej liczby shaderów.

� Z testów wynika, Ŝe pozostałe dwa parametry pamięci - typ (DDR2, GDDR3 i GDDR4) i czas dostępu (od 3 ns do 1 ns) - mają pomijalne znaczenie, przynajmniej w popularnych zastosowaniach.

� Podsumowując jeŜeli nie uŜywamy rozdzielczości ekranu powyŜej 1280x1024 pikseli, wystarczy wybrać kartę z 256 MB pamięci.

� NaleŜy natomiast unikać modeli z 64 bitową szyną pamięci, bo często staje się ona wąskim gardłem spowalniającym generowanie grafiki minimum to128 bitowa szyna danych


www.graphium.pl

PodsumowaniePodsumowanie

� Szerokość szyny� Ta wartość ma ogromny wpływ na wydajność. Dobrze, gdy jej szerokość to przynajmniej 128 bitów.

� Obsługa DirectX� Karta graficzna powinna być zgodna co najmniej z DirectD 9.0c. Dobrze, jeŜeli obsługuje Direct3D 10.

Odradzam zakup karty, która jest kompatybilna jedynie z 8. wersją tego środowiska.

� System chłodzenia� Gdy zaleŜy nam na ciszy, kupmy kartę z chłodzeniem pasywnym. JeŜeli chcemy podkręcać, wybierzmy

chłodzenie standardowe lub wodne.

� Pojemność pamięci� Pamięci o pojemności 512 MB i większe są, potrzebne wtedy, gdy gramy w wysokich rozdzielczościach.

Karta z 256 MB wystarczy nam do większości zastosowań.

� Jednostki cieniowania pikseli i werteksów� W im więcej jednostek cieniowania werteksów, a zwłaszcza pikseli wyposaŜona jest karta graficzna -tym

będzie działała szybciej.


www.graphium.pl

Podkręcanie grafiki

Jeszcze nie tak dawno niewielu producentów oferowało fabrycznie podkręcone karty.

Wynikało to z dezaprobaty ATI i Nvidii, które nie przejawiały optymizmu, kiedy takie urządzenia pojawiały się w sklepach.

Obecnie niemal kaŜdy producent ma w ofercie kilka kart pracujących przy wyŜszym taktowaniu. Mało tego - kupując podkręcone urządzenie, otrzymujemy na nie pełną gwarancję.

Podsumowanie Przetaktowanie karty przez producenta to dobre rozwiązanie. Za z reguły niewiele wyŜszą cenę zyskujemy objęty gwarancją wzrost wydajności. Doświadczeni uŜytkownicy mogą jednak uzyskać podobne wyniki sami.


www.graphium.pl

SLI i CrossFireSLI i CrossFire

� Od kilku lat niemal wszystkie karty graficzne bazujące na układach ATI i Nvidii przystosowane są do pracy w duecie. Wystarczy zainstalować dwie karty (o identycznych lub zbliŜonych parametrach) w odpowiedniej płycie głównej i juŜ moŜna cieszyć się wydajnością grafiki renderowanej przez dwa procesory GPU.

� PoniewaŜ technologie CrossFire (ATI) i SLI (Nvidia) nie są nowe, zostały juŜ dopracowane i nie powinny powodować takich problemów, jakie zdarzały się na początku.

� Powstaje jednak pytanie, czy lepiej kupić jeden bardzo wydajny procesor graficzny, czy teŜ połączyć moc dwóch słabszych układów ?? Szczególnie, Ŝe rozwiązania te mają podobną cenę.

� By odpowiedzieć na to pytanie magazyn komputerowy CHIP wykonał na tym samym komputerze testy kart ATI i Nvidii oraz po dwóch słabszych układów obu producentów.

� Do konfiguracji CrossFire i SLI CHIP starał się dobrać karty o połowę tańsze, by kwota niezbędna na zakup takiego rozwiązania była zbliŜona do ceny jednej wydajnej karty.


www.graphium.pl


W teorii zasada działania technologii CrossFire i SLI jest dość prosta :� Zadanie wygenerowania ramki obrazu zlecane jest nie jednemu, lecz dwóm

czy nawet kilku układom graficznym. � Ramki moŜna rozdzielić na kilka sposobów. � Ekran moŜemy podzielić na pół i renderowanie kaŜdej połówki zlecić innemu

GPU.

� Drugim, nieco bardziej skomplikowanym rozwiązaniem jest niesymetryczny podział powierzchni ekranu pod kątem złoŜoności obliczeniowej generowanej grafiki 3D.

� Procesory graficzne mogą teŜ naprzemiennie generować kolejne ramki obrazu. Dobór metody moŜe być automatyczny.

� Wówczas informacje o tym, jak optymalnie wygenerować obraz w danej aplikacji, zapisywane są w profilach zawartych w sterowniku kart graficznych.


www.graphium.pl


� Do niedawna zasadnicza róŜnica między technologiami ATI i Nvidiidotyczyła sposobu komunikowania się obu współpracujących kart, a raczej sposobu składania ich pracy w ostateczny efekt na ekranie.

� W wypadku Nvidii odbywało się to za pośrednictwem odpowiedniego złącza na krawędzi karty, a modele o niskiej wydajności łączyły się bez jego udziału.

� Rozwiązanie ATI bardziej przypominało instalację karty graficznej z osobnym akceleratorem 3D, podobnie jak w przypadku VooDoo firmy 3dfx:� Sygnał z karty podrzędnej jest przesyłany przez specjalne wyjście cyfrowe do karty

nadrzędnej, która oprócz generowania 3d zajmowała się ( za pomocą osobnego układu na jej pokładzie) składaniem wyników pracy w jeden obraz, który wysyłany był następnie do monitora.

� Z czasem w ATI zrezygnowano z tego rozwiązania i obecnie do komunikacji między kartami wykorzystuje się złącze krawędziowe podobne do złącza w kartach Nvidii.


www.graphium.pl



www.graphium.pl


www.graphium.pl

Zatem co wybrać ?Zatem co wybrać ?

� Gdy chcemy kupić nowy komputer, powinniśmy się zdecydować na zakup jednej silnej karty zamiast dwóch słabszych.

� Dzięki temu, gdy zacznie brakować nam mocy. będziemy mogli dokupić drugą kartę, co okaŜe się bardziej opłacalne od jej wymiany.

� Co więcej, gdy zdecydujemy się po kilku miesiącach dokupić dodatkową kartę, zapewne będzie ona duŜo tańsza.

� Choć więc hasła marketingowe CrossFire i SLI brzmią efektownie, w praktyce warto się na to skusić tylko w dwóch wypadkach: � gdy stać nas od razu na dwie najmocniejsze karty

� albo gdy do juŜ posiadanej karty chcemy dokupić „bliźniaka".

� Wyniki testów teŜ w wielu wypadkach przemawiają za jedną kartą.


www.graphium.pl

Nowe karty graficzneNowe karty graficzne

Nowoczesne karty graficzne charakteryzują się :

� Zbudowane z ok. 700 mln tranzystorów, a inne z 666 mln.

� Interfejs pamięci od 256 do 512 bitów.

� Pamięć Ram >= 512 MB

� Procesory wykonane w procesie technologicznym 55 nm, co oznacza zmniejszenie powierzchni GPU z 408 (np. w Radeonie HD 2900 XT) do 192 mm2.

� Niewątpliwym plusem nowych technologii jest obniŜony pobór mocy.


www.graphium.pl



� 320 zunifikowanych jednostek przetwarzania,

� 16 potoków renderingu

� 16 modułów teksturujących.

� Pamięci GDDR4 (512MB) często są taktowane z częstotliwością 2,25 GHz,

� a procesor z częstotliwością 775 MHz.


www.graphium.pl



� Są karty z pamięciami DDR3 o łącznej pojemności 1 GB, ale w związku z tym, Ŝe kaŜdy z procesorów buforuje w pamięci te same tekstury poŜytek z dodatkowej pojemności jest niewielki.

� Karty wyposaŜone są takŜe w nową wersję 2.0 interfejsu PCI Express, który � oferuje podwojenie przepustowości do 16 GB/s, � pozwala na dostarczanie szyną PCIe aŜ 150 W do karty graficznej. � aby skorzystać z tych zalet, trzeba mieć odpowiednią płytę główną.

� obsługują funkcje DX10.1 i model cieniowania 4.1.� ich wykorzystanie będzie moŜliwe dopiero wtedy, kiedy zainstalujemy Service

Pack 1 do Visty.


www.graphium.pl

Nowe Nowe (marzec 2008)(marzec 2008) karty graficzne karty graficzne ((RadeonRadeon))


� Nowe funkcje ułatwiają programistom wykorzystanie wszelkich moŜliwości DX10.

� Ponadto pozwalają na stosowanie niektórych nowych funkcji, takich jak Global Illumination (ogólne oświetlenie w scenach, które umoŜliwia uzyskanie bardzo naturalnych, prawidłowych cieni).

� Prawda jest taka, Ŝe na razie nie będą uŜywane w grach (co juŜ potwierdza część wydawców). Wygląda na to, Ŝe DX10.1 będzie kolejnym hasłemreklamowym, które nie przełoŜy się na wykorzystanie nowych funkcji w grach.

� Do zasilania niezbędne jest podłączenie dwóch wtyczek (zazwyczaj6-cio pinowych )


www.graphium.pl

PCI Express 2.0PCI Express 2.0

� Pod względem fizycznym zarówno PCI Express 2.0, jak i 1.0 są takie same.

� UŜytkownik nie zauwaŜy róŜnic, co istotne, nowszy interfejs PCI Express 2.0 jest kompatybilny wstecznie ze starszą wersją. Dzięki temu nie ma problemów z pracą starszych kart graficznych na nowszych płytach głównych i odwrotnie.

� Pod względem specyfikacji PCI Express 2.0 oferuje duŜo większe moŜliwości niŜ 1.0. Podwojono przepustowość do 16 GB/s.

� Kolejny plus to zwiększenie moŜliwości zasilania karty graficznej za pośrednictwem szyny PCI. Teraz do karty moŜna dostarczyć nią do 150 W energii.

� To duŜo, wystarczy do zdecydowanej większości kart graficznych i nie trzeba będzie dodatkowo dostarczać energii specjalnym kablem z zasilacza.


www.graphium.pl

PCI Express 2.0PCI Express 2.0

� Jeśli chodzi o korzyści wynikające ze zwiększenia przepustowości interfejsu, to choć producenci chwalą się, Ŝe ich produkty z PCI Express 2.0 pracują wydajniej w testach nie było widać takiej zaleŜności.

� Testy magazynu PCWK dowiodły, Ŝe karty z nowym interfejsem pracują tak samo wydajnie na płytach z PCI Express 1.0, jak i 2.0.

� Być moŜe, w przyszłości sytuacja się zmieni, lecz kupując kartę obecnie, lepiej nie sugerować się rodzajem interfejsu, w który ją wyposaŜono.


www.graphium.pl

Magistrale dla Magistrale dla

kart graficznych i rozszerzeńkart graficznych i rozszerzeń


www.graphium.pl


www.graphium.pl

Na co zwrócić uwagę podczas Na co zwrócić uwagę podczas

zakupuzakupu� Spory wybór urządzeń graficznych moŜe zdezorientować mniej

doświadczonego uŜytkownika komputerów. Dlatego przed kupnem akceleratora 3D warto się przez moment zastanowić, do czego tak naprawdę będzie uŜywana nowa karta graficzna.

� Pierwsze pytanie, na które musi paść odpowiedź, powinno zabrzmieć: dlaczego i kiedy warto kupić droŜsze, markowe urządzenie?

� O ile kiedyś głównym powodem zakupu firmowej karty graficznej mogły być np. sterowniki, o tyle w dobie dopracowanych driverów referencyjnych jest to sprawą drugorzędną.

� Podstawowymi zaletami współczesnych kart z tzw. marką są przede wszystkim jakość wykonania, lepsze warunki gwarancji czy bogatsze wyposaŜenie. Zdarza się, Ŝe producent takich urządzeń gwarantuje stabilną pracę przy podwyŜszonych częstotliwościach taktowania.


www.graphium.pl


zakupuzakupu� Przed zakupem naleŜy się przyjrzeć samej karcie graficznej, poniewaŜ to

właśnie ona jest głównym elementem, za który przyjdzie zapłacić.

� Radiator i wentylator powinny być sztywno przymocowane do procesora graficznego, co jest warunkiem stabilnej pracy całego urządzenia.

� Poza tym na poprawę stabilności mogą - ale nie muszą - wpływać dodatkowe radiatory załoŜone na pamięciach. JeŜeli w planie jest podkręcanie urządzenia - ten dodatek staje się juŜ koniecznością.

� Właściwie większość urządzeń wyposaŜona jest w gniazdo D-Sub, cyfrowe złącze DVI-I oraz TV-Out, a nowsze w HDMI.

� Tańsze modele mogą mieć ograniczony zestaw złączy.


www.graphium.pl


zakupuzakupu� JeŜeli jest to moŜliwe, warto przed zakupem zainstalować kartę w komputerze

i ocenić poziom głośności wentylatora oraz jakość sygnału generowanego na analogowym wyjściu D-Sub lub cyfrowym DVI

� Ostrość obrazu nie jest problemem w przypadku urządzeń markowych, jednak przy tańszych kartach moŜna się zwyczajnie „naciąć".

� Posiadanie HDMI - to nowe, bardzo wygodne w uŜyciu gniazdo, przez które moŜemy wyprowadzić obraz w wysokiej rozdzielczości.


www.graphium.pl


zakupuzakupu


www.graphium.pl

NajwaŜniejsze pojęciaNajwaŜniejsze pojęcia


www.graphium.pl



www.graphium.pl


Documents

opracował: in Ŝ. Marcin Zajdowski 1 · Rodzaje magistral: ISA-16-bitowa magistrala danych, jest juŜ obecnie definitywnie zabytkiem, PCI-64 -bitowa, ... Budowa MoŜliwe jest kilka