Karty graficzne

KARTY GRAFICZNE

Krzysztof Bienias KrWzFb 1011 / 2004 / 2005

Marcin Karny KrWzFb 1011 / 2004 / 2005

Historia karty graficznej

Pierwsze komputery komunikowały się z człowiekiem za pomocą lampek bądź dalekopisu.
Z czasem zaczęto używać monitorów, które wyświetlały niezgrabne litery, a potem sięgnięto
po ułatwiającą kontakt z użytkownikiem grafikę.

Pierwszymi sterownikami graficznymi stosowanymi do współpracy z mikrokomputerami były
tzw. karty MDA (Monochrome Display Adapter) pozwalające emitować na ekranie monitora obraz
jednobarwny.

Niedługo potem IBM zaproponował swoją pierwszą kartę graficzną – CGA (Color Graphics
Adapter), która prócz tekstowych trybów pracy oferowała pierwsze tryby graficzne. Pierwszy,
chyba najbardziej utożsamiany z CGA, miał rozdzielczość 320x200, z "oszałamiającą" liczbą
czterech kolorów (dostępnych z dwóch palet: pierwsza zawierała kolory: biały, czarny,
różowy i jaskrawo-niebieski, a druga także biały i czarny oraz niezdecydowany zielony
i pomarańczowo-czerwony). Drugi tryb oferował większą rozdzielczość - 640x200, jednak już
tylko w dwóch kolorach.

Informacje ogólne

Karta graficzna - karta rozszerzeń umiejscawiana na płycie głównej poprzez gniazdo PCI lub
AGP, która odpowiada w komputerze za obraz wyświetlany przez monitor. Karty graficzne różnią
się między sobą szybkością pracy, wielkością pamięci RAM, wyświetlaną rozdzielczością obrazu,
liczba dostępnych kolorów oraz częstotliwością odświeżania obrazu.

Liczba wyświetlanych jednocześnie kolorów zależy od możliwości zainstalowanej w komputerze
karty graficznej.

Naturalnie wraz ze wzrostem liczby kolorów maleje szybkość przetwarzania

obrazu. Rozdzielczość obrazu mówi o tym, z ilu punktów (pikseli) się on składa. Jej wartością jest
liczba punktów obrazu w linii pomnożona przez liczbę linii. Im wyższa jest ta wartość, tym
ostrzejszy obraz możemy uzyskać. Za standard w Windows przyjmuje się rozdzielczość 800/600
punktów. Żaden komputer PC nie nadaje się do pracy bez karty graficznej. Jakość obrazu zależy
przede wszystkim od jego częstotliwości odświeżania: im częściej odświeżany jest w czasie jednej
sekundy obraz, tym spokojniej jest on postrzegany przez ludzkie oko(nie zauważalne jest
migotanie obrazu). Częstotliwość odświeżania obrazu mierzona jest w hercach. Aby otrzymać
w pełni stabilny obraz konieczne jest co najmniej 72-krotne (72 Hz ) odświeżenie obrazu w ciągu
każdej sekundy.

Model karty graficznej

Karty graficzne

Budowa karty graficznej

Każda karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów:

płytki drukowanej,
głównego procesora,
pamięci wideo,
układu RAMDAC (który często jest zintegrowany z procesorem w jednej obudowie) .

Schemat budowy karty graficznej

Procesor
Procesor na karcie graficznej wspomaga setki różnych funkcji z trójwymiarowymi włącznie,
komunikuje się on z pamięcią wysyłając i pobierając z niej informacje o obrazie w tzw. paczkach,
przy czym wielkość tych paczek zależy od procesora karty. Procesory 64-bitowe wysyłają
paczki 64-bitowe (8-bajtowe), zaś 128-bitowe paczki 16 bajtowe. To czy procesor jest 64-bitowy
czy 128-bitowy praktycznie nie powoduje dwukrotnej różnicy prędkości na korzyść układów
128-bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna przy pracy w wyższych rozdzielczościach.

Pamięć wideo
Każda karta graficzna ma własna pamięć RAM, w której przechowuje potrzebne informacje
o obrazie. Obecnie wielkość tej pamięci to średnio 128 Mb, a coraz częściej 256 Mb a nawet
512 Mb. W pamięci tej przechowywane są dane o każdym punkcie obrazu, a także tekstury
(w postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw. bufor Z).

Układ RAMDAC

Układ RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor karty graficznej. Dane
te są w postaci zbioru różnokolorowych punktów. Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały
analogowe i wysyła do monitora. Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji
w ciągu sekundy, co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświeżania (jest to liczba
pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy). Oko ludzkie przestaje
odróżniać "skoki" między obrazami już przy szybkości ok. 25 obrazów na sekundę, więc
częstotliwość 60 Hz wydawałaby się aż za duża. Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie
widać migotania obrazu, ale nasze oczy się meczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmy
ustawiać częstotliwość co najmniej 75Hz, zaś im więcej tym lepiej.

Karty graficzne

Magistrale
Również czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest typ magistrali, z jaka
komunikuje się ona z komputerem.

Rodzaje magistral:
-ISA - 16- bitowa magistrala danych, jest już obecnie definitywnie zabytkiem
-PCI - 64 -bitowa, max transfer do 138Mb/s
-AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone specjalnie
do szybkiego przesyłania danych pomiędzy karta graficzna a procesorem. Max transfer AGP8X
to 4 GB/s. Obecnie karty graficzne używające tego gniazda stały się standardem.

Dzisiejsze karty graficzne

Jeszcze cztery-pięć lat temu dostępne na rynku karty graficzne wyręczały główny procesor
komputera jedynie przy tworzeniu grafiki płaskiej (2D). Potrafiły rysować prostokąty o żądanych
wymiarach i położeniu, linie o zadanych punktach końcowych, mogły wybranym kolorem
wypełniać obszary zamknięte. Jako że robiły to sprzętowo, bez obciążania procesora komputera,
zostały nazwane akceleratorami.

Z czasem zaczęły się pojawiać karty, które przyśpieszają także operacje trójwymiarowe (3D):
nakładanie tekstur na przestrzenne obiekty, filtrowanie tych tekstur metodą dwuliniową
czy trójliniową, a także generowanie efektów atmosferycznych (np. mgła, dym).

Dzisiaj każdy układ graficzny wspomaga zarówno operacje dwuwymiarowe, jak i trójwymiarowe.
Z rynku całkowicie zniknęły karty bez wsparcia dla operacji 3D. Nawet jeśli pracujemy na naszym
komputerze wyłącznie w aplikacjach płaskich, musimy się pogodzić z faktem, że nasza
karta będzie zdolna do mapowania tekstur czy cieniowania metodą Gourauda. Naturalnie nie jest
to żadna wada, wręcz przeciwnie.

Najbardziej znaczącą spośród licznych producentów układów graficznych jest firma NVIDIA.
Nie sprzedaje własnych kart - ale chipy NVIDIA znajdują się na kartach produkowanych przez
wiele innych firm: Creative Labs, ELSA, Leadtek itd. Istotne jest to, że o wydajności karty
decyduje układ graficzny, a nie producent samej karty. Akcelerator z procesorem NVIDIA
GeForce 256 firmowany przez MSI będzie miał praktycznie takie same osiągi, jak karta firmy
Creative Labs. Poszczególne karty różnych producentów mogą się od siebie różnić jedynie
dodatkami w postaci wejść czy wyjść wideo lub tunerów telewizyjnych.

Rynek kart graficznych jest najbardziej prężnie rozwijającym się ramieniem ogólnego rynku
komputerowego. Wymieniona firma: Nvidia, wraz z drugą – Ati, opanowały dzisiejszy rynek kart
graficznych praktycznie co miesiąc wprowadzając do swojej bazy procesorów graficznych nowe
rozwiązania prześcigając się przez to w nowatorskich rozwiązaniach.

Bibliografia

1. http://k-graficzne.republika.pl/4.htm
2. http://www.budowakomputera.konin.lm.pl/kartagraf.htm
3. http://www.komputerswiat.pl/informacje/archiwum/menu_gazety.html
4. Magazyn komputerowy „Chip”, nr 5 / 2003
5. Piotr

Wróblewski,

„ABC komputera”, Helion Wydawnictwo S. A., Gliwice

6. Krzysztof

Wojtuszkiewicz,

„Jak działa komputer?”, Wydawnictwo MIKOM

sp. z o.o.,

Warszawa