Karty graficzne
Karty graficzne
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 1
Zadania karty graficznej
Zadania karty graficznej
Karta graficzna, często określana te\
mianem akcelerator grafiki, to element
Karta graficzna, często określana te\
mianem akcelerator grafiki, to element
komputera tworzący sygnał dla monitora lub TV.
komputera tworzący sygnał dla monitora lub TV.
Umieszczana jest w gniez
dzie AGP lub PCI-E (kiedyś PCI) o odpowiedniej
Umieszczana jest w gniez
dzie AGP lub PCI-E (kiedyś PCI) o odpowiedniej
szybkości
szybkości
W tej chwili na rynku mamy dwie dominujące grupy kart oparte o chipset
W tej chwili na rynku mamy dwie dominujące grupy kart oparte o chipset
NVIDIA i ATI.
NVIDIA i ATI.
Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o
Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o
tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednim
tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednim
sterowaniu monitorem.
sterowaniu monitorem.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 2
Historia karty graficznej
Historia karty graficznej
Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu
Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu
łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb
łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb
tekstowy ( powstały bowiem jako zamienniki urządzeń drukujących.
tekstowy ( powstały bowiem jako zamienniki urządzeń drukujących.
Pierwszą kartą grafiki była powstała w 1981 MDA (Monochrome Display
Pierwszą kartą grafiki była powstała w 1981 MDA (Monochrome Display
Adapter). Karta ta pracowała tylko w trybie tekstowym. Potrafiła wyświetlić
Adapter). Karta ta pracowała tylko w trybie tekstowym. Potrafiła wyświetlić
25 linii po 80 znaków w trybie monochromatycznym.
25 linii po 80 znaków w trybie monochromatycznym.
Następcą MDA była karta CGA, która potrafiła ju\
wyświetlać grafikę w
Następcą MDA była karta CGA, która potrafiła ju\
wyświetlać grafikę w
rozdzielczości 640 na 200 pikseli w 16 kolorach.
rozdzielczości 640 na 200 pikseli w 16 kolorach.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 3
Historia karty graficznej
Historia karty graficznej
Kolejna generacja kart graficznych (przełom lat 80 i 90 ubiegłego wieku)
Kolejna generacja kart graficznych (przełom lat 80 i 90 ubiegłego wieku)
potrafiła ju\
wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty
potrafiła ju\
wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty
(piksele) - tryb graficzny:
(piksele) - tryb graficzny:
Były to karty a\
do VGA czy SVGA nie wniosły nic przełomowego do
Były to karty a\
do VGA czy SVGA nie wniosły nic przełomowego do
tematu kart graficznych. Zwiększeniu ulegały jedynie rozdzielczości,
tematu kart graficznych. Zwiększeniu ulegały jedynie rozdzielczości,
liczba kolorów.
liczba kolorów.
Aby obsłu\
yć nowe tryby pracy karty posiadały coraz więcej własnej
Aby obsłu\
yć nowe tryby pracy karty posiadały coraz więcej własnej
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).
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 4
Historia karty graficznej
Historia karty graficznej
Za prawdziwy przełom mo\
na uznać powstanie pierwszych kart
Za prawdziwy przełom mo\
na uznać powstanie pierwszych kart
wspomagających tworzenie grafiki 3d.
wspomagających tworzenie grafiki 3d.
Jednym z pierwszych układów realizujących to zadanie był VooDoo (3dfx)
Jednym z pierwszych układów realizujących to zadanie był VooDoo (3dfx)
Pierwsze akceleratory grafiki trójwymiarowej pracowały w komputerze
Pierwsze akceleratory grafiki trójwymiarowej pracowały w komputerze
równolegle do kart graficznych.
równolegle do kart graficznych.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 5
Historia karty graficznej
Historia karty graficznej
Z czasem szybkość komunikacji karty graficznej z procesorem oferowana
Z czasem szybkość komunikacji karty graficznej z procesorem oferowana
przez złącze PCI przestała wystarczać.
przez złącze PCI przestała wystarczać.
W 1997 roku Intel opracował standard AGP (zaprezentowany poni\
ej) a w
W 1997 roku Intel opracował standard AGP (zaprezentowany poni\
ej) a w
2004 r PCI Express. W międzyczasie coraz większe znaczenie na rynku kart
2004 r PCI Express. W międzyczasie coraz większe znaczenie na rynku kart
graficznych zyskiwały firmy NVidia (układy serii TNT, TNT2 a w końcu
graficznych zyskiwały firmy NVidia (układy serii TNT, TNT2 a w końcu
GeForce) oraz nieco póz
niej ATI (Radeon).
GeForce) oraz nieco póz
niej ATI (Radeon).
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 6
Podział kart
Podział kart
I Typ :
I Typ :
Bufory ramki - są to podstawowe sterowniki zawierające pamięć RAM i układ
Bufory ramki - są to podstawowe sterowniki zawierające pamięć RAM i układ
wyświetlający dane przygotowane przez procesor i przechowywane w
wyświetlający dane przygotowane przez procesor i przechowywane w
pamięci obrazu.
pamięci obrazu.
W celu wygenerowania obrazu np. fraktala, procesor musi wyliczyć kolory
W celu wygenerowania obrazu np. fraktala, procesor musi wyliczyć kolory
wszystkich punktów rysunku i zapisać odpowiednie bajty w pamięci
wszystkich punktów rysunku i zapisać odpowiednie bajty w pamięci
obrazu.
obrazu.
Do tej grupy zaliczamy karty graficzne poczynając od kart MDA i CGA przez
Do tej grupy zaliczamy karty graficzne poczynając od kart MDA i CGA przez
EGA kończąc na VGA i SVGA.
EGA kończąc na VGA i SVGA.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 7
Podział kart
Podział kart
II Typ :
II Typ :
Akceleratory graficzne - są to karty z wyposa\
one w dodatkowy procesor, który
Akceleratory graficzne - są to karty z wyposa\
one w dodatkowy procesor, który
odcią\
a procesor główny od obliczeń dotyczących przetwarzania obrazu oraz
odcią\
a procesor główny od obliczeń dotyczących przetwarzania obrazu oraz
z zainstalowanym specjalnym układem, wykonującym kilkanaście
z zainstalowanym specjalnym układem, wykonującym kilkanaście
podstawowych funkcji graficznych np. kreślenie linii, rysowanie okręgów i
podstawowych funkcji graficznych np. kreślenie linii, rysowanie okręgów i
elips a tak\
e przesyłanie bloków pamięci.
elips a tak\
e przesyłanie bloków pamięci.
Karty te są znacznie szybsze ni\
bufory ramki, lecz wymagają oprogramowania
Karty te są znacznie szybsze ni\
bufory ramki, lecz wymagają oprogramowania
stworzonego specjalnie dla nich.
stworzonego specjalnie dla nich.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 8
Podział kart
Podział kart
III Typ :
III Typ :
Karty koprocesorowe - ten rodzaj kart nale\
y do najszybszych, stosowane są
Karty koprocesorowe - ten rodzaj kart nale\
y do najszybszych, stosowane są
tam, gdzie potrzebna jest bardzo du\
a moc obliczeniowa.
tam, gdzie potrzebna jest bardzo du\
a moc obliczeniowa.
W kartach tych instalowany jest specjalny koprocesor odcią\
ający procesor
W kartach tych instalowany jest specjalny koprocesor odcią\
ający procesor
główny od przetwarzania obrazu.
główny od przetwarzania obrazu.
Koprocesor ten posiada własny zestaw instrukcji i jest w pełni programowalny.
Koprocesor ten posiada własny zestaw instrukcji i jest w pełni programowalny.
Kart tych u\
ywa się w większości do celów profesjonalnych np. w studiach
Kart tych u\
ywa się w większości do celów profesjonalnych np. w studiach
graficznych.
graficznych.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 9
Budowa
Budowa
Obecnie głównym podzespołem prawie ka\
dej karty graficznej jest tzw. GPU
Obecnie głównym podzespołem prawie ka\
dej karty graficznej jest tzw. GPU
(Graphics Processing Unit), czyli specjalny procesor zbudowany tak, aby jak
(Graphics Processing Unit), czyli specjalny procesor zbudowany tak, aby jak
najszybciej wykonywał obliczenia potrzebne do generowania grafiki
najszybciej wykonywał obliczenia potrzebne do generowania grafiki
trójwymiarowej.
trójwymiarowej.
Głównym atrybutem tego układu jest wartość taktowania. Obecnie procesory
Głównym atrybutem tego układu jest wartość taktowania. Obecnie procesory
kart graficznych są taktowane częstotliwościami ponad 700 MHz.
kart graficznych są taktowane częstotliwościami ponad 700 MHz.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 10
Budowa
Budowa
Procesor na karcie graficznej wspomaga setki ró\
nych funkcji, z trójwymiarowymi
Procesor na karcie graficznej wspomaga setki ró\
nych funkcji, z trójwymiarowymi
włącznie.
włącznie.
Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty,
Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty,
potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą
potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą
(powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd.
(powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd.
Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej
Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej
informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zale\
y od
informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zale\
y od
procesora karty.
procesora karty.
Procesory 64-bitowe wysyłają paczki 64-bitowe (8-bajtowe), 128-bitowe paczki 16
Procesory 64-bitowe wysyłają paczki 64-bitowe (8-bajtowe), 128-bitowe paczki 16
bajtowe.
bajtowe.
To czy procesor jest 64-bitowy czy 128-bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej
To czy procesor jest 64-bitowy czy 128-bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej
ró\
nicy prędkości na korzyść układów 128-bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna
ró\
nicy prędkości na korzyść układów 128-bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna
przy pracy w wy\
szych rozdzielczościach.
przy pracy w wy\
szych rozdzielczościach.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 11
Budowa
Budowa
Drugim z najwa\
niejszych podzespołów karty graficznej jest pamięć graficzna, w
Drugim z najwa\
niejszych podzespołów karty graficznej jest pamięć graficzna, w
której karta przechowuje potrzebne informacje o obrazie .
której karta przechowuje potrzebne informacje o obrazie .
W pamięci tej przechowywane są dane o ka\
dym punkcie obrazu, a tak\
e tekstury (w
W pamięci tej przechowywane są dane o ka\
dym punkcie obrazu, a tak\
e tekstury (w
postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw.
postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw.
bufor Z)
bufor Z)
Wolna komunikacja GPU z pamięcią RAM komputera sprawia, \
e jakość i szybkość
Wolna komunikacja GPU z pamięcią RAM komputera sprawia, \
e jakość i szybkość
pamięci na karcie graficznej ma bardzo du\
e znaczenie.
pamięci na karcie graficznej ma bardzo du\
e znaczenie.
Coraz większe rozdzielczości wymuszają zwiększanie rozmiaru tej pamięci oraz
Coraz większe rozdzielczości wymuszają zwiększanie rozmiaru tej pamięci oraz
przepustowości jej połączenia z GPU. Obecnie stosowane są pamięci (DDR, DDR2,
przepustowości jej połączenia z GPU. Obecnie stosowane są pamięci (DDR, DDR2,
GDDR3, GDDR4).
GDDR3, GDDR4).
Większy numer przy oznaczeniu pamięci to większa prędkość taktowania oraz
Większy numer przy oznaczeniu pamięci to większa prędkość taktowania oraz
przepustowość. Obecnie trudno znalez
ć kartę graficzną wyposa\
oną w mniej ni\

przepustowość. Obecnie trudno znalez
ć kartę graficzną wyposa\
oną w mniej ni\

256MB pamięci.
256MB pamięci.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 12
Budowa
Budowa
Układem jeszcze do niedawna bardzo wa\
nym był RAMDAC.
Układem jeszcze do niedawna bardzo wa\
nym był RAMDAC.
Układ ten zamieniał cyfrowe sygnały generowane przez kartę graficzną na
Układ ten zamieniał cyfrowe sygnały generowane przez kartę graficzną 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 DVI słu\
ącego do połączenia
rozpowszechnieniem się cyfrowego złącza DVI słu\
ącego do połączenia
monitora z kartą graficzną.
monitora z kartą graficzną.
Analogowe łącze SVGA odchodzi powoli do lamusa.
Analogowe łącze SVGA odchodzi powoli do lamusa.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 13
Budowa
Budowa
Układ RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor
Układ RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor
karty graficznej. Dane te są w postaci zbioru ró\
nokolorowych punktów.
karty graficznej. Dane te są w postaci zbioru ró\
nokolorowych punktów.
Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora.
Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora.
Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu sekundy,
Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu sekundy,
co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświe\
ania (jest to liczba
co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświe\
ania (jest to liczba
pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy)
pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy)
Częstotliwość 60Hz oznacza, \
e w ciągu sekundy na ekranie monitora
Częstotliwość 60Hz oznacza, \
e w ciągu sekundy na ekranie monitora
rysowanych jest 60 pełnych obrazów. Oko ludzkie przestaje odró\
niać
rysowanych jest 60 pełnych obrazów. Oko ludzkie przestaje odró\
niać
"skoki" między obrazami ju\
przy szybkości ok. 25 obrazów na sekundę, więc
"skoki" między obrazami ju\
przy szybkości ok. 25 obrazów na sekundę, więc
częstotliwość 60 Hz wydawałaby się a\
za du\
a.
częstotliwość 60 Hz wydawałaby się a\
za du\
a.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 14
Budowa
Budowa
Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotania obrazu, ale
Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotania obrazu, ale
nasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmy
nasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmy
ustawiać częstotliwość, co najmniej 75Hz, zaś im więcej tym lepiej.
ustawiać częstotliwość, co najmniej 75Hz, zaś im więcej tym lepiej.
Warto przy tym wiedzieć, \
e ustawienie częstotliwości większej ni\
85Hz nie
Warto przy tym wiedzieć, \
e ustawienie częstotliwości większej ni\
85Hz nie
ma ju\
wpływu na nasz wzrok.
ma ju\
wpływu na nasz wzrok.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 15
Budowa
Budowa
Zwiększanie szybkości działania kart graficznych wymusza stosowanie coraz
Zwiększanie szybkości działania kart graficznych wymusza stosowanie coraz
wydajniejszych systemów chłodzenia.
wydajniejszych systemów chłodzenia.
Najwydajniejsze obecnie karty graficzne wymagają stosowania chłodzenia
Najwydajniejsze obecnie karty graficzne wymagają stosowania chłodzenia
aktywnego, czyli wyposa\
onego w wentylator.
aktywnego, czyli wyposa\
onego w wentylator.
Jednak bez problemu mo\
na kupić dobrą kartę graficzną wyposa\
oną w
Jednak bez problemu mo\
na kupić dobrą kartę graficzną wyposa\
oną w
chłodzenie pasywne. Ten element karty graficznej (na zdjęciu) często jest
chłodzenie pasywne. Ten element karty graficznej (na zdjęciu) często jest
elementem swoistego "tuningu".
elementem swoistego "tuningu".
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 16
Budowa
Budowa
Czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest typ magistrali, z
Czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest typ magistrali, z
jaką komunikuje się ona z komputerem.
jaką komunikuje się ona z komputerem.
Rodzaje magistral:
Rodzaje magistral:
ISA - 16- bitowa magistrala danych, jest ju\
obecnie definitywnie zabytkiem,
ISA - 16- bitowa magistrala danych, jest ju\
obecnie definitywnie zabytkiem,
PCI - 64 -bitowa, max. transfer do 138Mb/s
PCI - 64 -bitowa, max. transfer do 138Mb/s
AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone
AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone
specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a
specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a
procesorem. Max. transfer to 528 Mb/s.
procesorem. Max. transfer to 528 Mb/s.
karty graficzne u\
ywające tego gniazda odchodzą do lamusa
karty graficzne u\
ywające tego gniazda odchodzą do lamusa
Gniazda obecnie stosowane do montowania kart graficznych w płycie głównej to
Gniazda obecnie stosowane do montowania kart graficznych w płycie głównej to
PCI- Express
PCI- Express
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 17
Budowa
Budowa
PCIe, PCI-E - znana równie\
jako 3GlO (od 3rd Generation I/O), jest
PCIe, PCI-E - znana równie\
jako 3GlO (od 3rd Generation I/O), jest
pionową magistralą słu\
ącą do podłączania urządzeń do płyty głównej.
pionową magistralą słu\
ącą do podłączania urządzeń do płyty głównej.
Zastąpiła ona magistralę PCI i AGP
Zastąpiła ona magistralę PCI i AGP
PCI-Express stanowi magistralę lokalną typu szeregowego, łączącą dwa
PCI-Express stanowi magistralę lokalną typu szeregowego, łączącą dwa
punkty (Point-to-Point). Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia
punkty (Point-to-Point). Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia
pasma pomiędzy kilka urządzeń - ka\
de urządzenie PCI-Express jest
pasma pomiędzy kilka urządzeń - ka\
de urządzenie PCI-Express jest
połączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest za pomocą
połączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest za pomocą
dwóch linii, po jednej w ka\
dym kierunku.
dwóch linii, po jednej w ka\
dym kierunku.
częstotliwość taktowania wynosi 2,5 GHz. Protokół transmisji wprowadza
częstotliwość taktowania wynosi 2,5 GHz. Protokół transmisji wprowadza
dwa dodatkowe bity, do ka\
dych ośmiu bitów danych (kodowanie 8/10).
dwa dodatkowe bity, do ka\
dych ośmiu bitów danych (kodowanie 8/10).
Zatem przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. W związku z tym, \
e
Zatem przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. W związku z tym, \
e
urządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkach
urządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkach
(full-duplex) to mo\
na ewentualnie przyjąć, \
e w przypadku takiego
(full-duplex) to mo\
na ewentualnie przyjąć, \
e w przypadku takiego
wykorzystania złącza, transfer mo\
e sięgać 500 MB/s.
wykorzystania złącza, transfer mo\
e sięgać 500 MB/s.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 18
Budowa
Budowa
Mo\
liwe jest kilka wariantów tej magistrali - z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami
Mo\
liwe jest kilka wariantów tej magistrali - z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami
(ka\
da składająca się z dwóch 2-pinowych części - nadawczej i odbiorczej).
(ka\
da składająca się z dwóch 2-pinowych części - nadawczej i odbiorczej).
Wraz ze wzrostem liczby linii wydłu\
eniu ulega gniazdo, jego konstrukcja
Wraz ze wzrostem liczby linii wydłu\
eniu ulega gniazdo, jego konstrukcja
(poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu nowych
(poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu nowych
linii) umo\
liwia wło\
enie wolniejszej karty do szybszego gniazda (w drugą
linii) umo\
liwia wło\
enie wolniejszej karty do szybszego gniazda (w drugą
stronę jest niemo\
liwe).
stronę jest niemo\
liwe).
Gniazdo 1x ma 18 pinów z ka\
dej strony, gniazdo x4 - 32, gniazdo x8 - 49,
Gniazdo 1x ma 18 pinów z ka\
dej strony, gniazdo x4 - 32, gniazdo x8 - 49,
zaś gniazdo x16 - 82 piny z ka\
dej strony.
zaś gniazdo x16 - 82 piny z ka\
dej strony.
Na płytach głównych gniazda 16x montuje się zwykle w miejscu gniazda AGP
Na płytach głównych gniazda 16x montuje się zwykle w miejscu gniazda AGP
na starszych płytach (poniewa\
większość chipsetów z kontrolerem PCI
na starszych płytach (poniewa\
większość chipsetów z kontrolerem PCI
Express nie zawiera kontrolera AGP, najczęściej obecność PCI-E eliminuje
Express nie zawiera kontrolera AGP, najczęściej obecność PCI-E eliminuje
mo\
liwość u\
ycia kart graficznych ze złączem AGP).
mo\
liwość u\
ycia kart graficznych ze złączem AGP).
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 19
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 20
Budowa
Budowa
Interfejs na slocie karty
Interfejs na slocie karty
graficznej :
graficznej :
P&D, DFP, DisplayPort
P&D, DFP, DisplayPort
VGA, DVI, HDMI,
VGA, DVI, HDMI,
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 21
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 22
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 23
HDMI
HDMI
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 24
Budowa
Budowa
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 25
Zasada działania karty graficznej
Zasada 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 zawartości
sterownik zainstalowany na karcie powoduje przesłanie zawartości
pamięci RAM do przetwornika DAC,
pamięci RAM do przetwornika DAC,
DAC przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go do
DAC przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go do
monitora.
monitora.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 26
Powstawanie grafiki
Powstawanie 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 nało\
yć na nią tekstury oraz odpowiednio je oświetlić. To
zadanie z kolei nale\
y do jednostek pikseli (pixel shader). Nawet gdy gotowa siatka
pokryta jest teksturami, to jeszcze nie koniec generowania obrazu, gdy\
w takiej wersji
nie mo\
e on zostać wyświetlony na ekranie monitora.
Aby było to mo\
liwe, na końcu wykorzystywana jest jednostka rasteryzująca
(Raster Operating Procesor), która odpowiada za przetwarzanie obrazu na bitmapy.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 27
Powstawanie grafiki
Powstawanie grafiki
Od wierzchołków do bitmapy
Szczególnie obcią\
one podczas generowania grafiki są shadery, zwłaszcza jednostki
pikseli. W najtańszych modelach kart łącznie jest kilka jednostek obu typów, w
najlepszych - ponad sto.
Poniewa\
zwiększanie liczby shaderów bywa z ró\
nych 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, \
e gdy trwają obliczenia na pikselach, jednostki werteksów przewa\
nie
nie mają \
adnych danych do przetwarzania i odwrotnie.
Poniewa\
budowa obu rodzajów jednostek jest zbli\
ona, zaczęto rozwa\
ać ich
unifikacje. W skrajnym przypadku mo\
liwa byłaby sytuacja, w której wszystkie
jednostki w danym momencie przetwarzają piksele albo werteksy.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 28
Powstawanie grafiki
Powstawanie grafiki
Podsumowując :
Im liczba shaderów większa, tym lepiej. Bez nich nie ma co liczyć na
atrakcyjne efekty graficzne.
W nowych grach szczególnie obcią\
one są jednostki pikseli, dlatego
producenci montują ich więcej.
Najnowszy trend to unifikacja obu typów shaderów
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 29
Direct 3D 10
Direct 3D 10
Procesor graficzny realizuje instrukcje otrzymywane z aplikacji.
To, jakie program mo\
e uzyskać efekty, zale\
y z kolei od biblioteki
instrukcji (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.
Tak\
e większość ju\
nie nowych gier bazuje na tym API. Wystarcza ono
równie\
do korzystania z interfejsu Aero w Windows Vista.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 30
Direct 3D 10
Direct 3D 10
W Windows Vista Microsoft wprowadził nową, dziesiątą wersję Direct3D.
Przynosi ona wiele przełomowych zmian, a tak\
e pozbawiona jest ró\
nych
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
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 31
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 ró\
nych producentów, jak i odmiennych
generacji procesorów tego samego wytwórcy.
Podsumowując mo\
na porównywać jedynie taktowanie w obrębie tej samej
rodziny procesorów - w takim wypadku im jest ono wy\
sze, tym lepiej.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 32
Pamięć ? Ma znaczenie
Pamięć ? Ma znaczenie
Małym drukiem producenci podają typ układów, szerokość szyny pamięci, czas
dostępu i częstotliwość pracy.
Parametrów jest wiele, ale nie wszystkie mają przeło\
enie na wydajność. Wzrost
pamięci z 256 MB do 512 MB często nie przynosi \
adnych dodatkowych korzyści.
Dodatkowa pamięć ma znaczenie dopiero w czasie pracy w rozdzielczości
1600x1200 pikseli i wy\
szych.
Nie mo\
na jednak powiedzieć, \
e montowanie na karcie kości o łącznej pojemności
768 MB czy nawet 1 GB nikomu się nie przyda. W du\
ą pamięć powinny
zainwestować jedynie osoby pracujące w bardzo wysokich rozdzielczościach albo
wykorzystujące dwa monitory na raz.
Wa\
nym, a zazwyczaj nie branym pod uwagę parametrem pamięci jest
szerokość szyny. Im wartość ta jest większa, tym więcej danych na raz mo\
e
trafiać do pamięci. Obecnie za absolutne minimum nale\
y uznać szynę o szerokości
128 bitów.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 33
Pamięć ? Ma znaczenie
Pamięć ? Ma znaczenie
Na ostateczną szybkość wymiany danych z pamięcią wpływ ma tak\
e jej
częstotliwość. Zysk jest dwu- czy nawet czterokrotny, podczas gdy ró\
nice 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, \
e 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 je\
eli nie u\
ywamy rozdzielczości ekranu powy\
ej
1280x1024 pikseli, wystarczy wybrać kartę z 256 MB pamięci.
Nale\
y natomiast unikać modeli z 64 bitową szyną pamięci, bo często staje się
ona wąskim gardłem spowalniającym generowanie grafiki minimum to
128 bitowa szyna danych
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 34
Podsumowanie
Podsumowanie
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, je\
eli obsługuje Direct3D 10.
Odradzam zakup karty, która jest kompatybilna jedynie z 8. wersją tego środowiska.
System chłodzenia
Gdy zale\
y nam na ciszy, kupmy kartę z chłodzeniem pasywnym. Je\
eli 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 wyposa\
ona jest karta graficzna -tym
będzie działała szybciej.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 35
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 ka\
dy producent ma w ofercie kilka kart pracujących przy
wy\
szym taktowaniu. Mało tego - kupując podkręcone urządzenie,
otrzymujemy na nie pełną gwarancję.
Podsumowanie Przetaktowanie karty przez producenta to dobre rozwiązanie.
Za z reguły niewiele wy\
szą cenę zyskujemy objęty gwarancją wzrost
wydajności. Doświadczeni u\
ytkownicy mogą jednak uzyskać podobne wyniki
sami.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 36
SLI i CrossFire
SLI 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 zbli\
onych
parametrach) w odpowiedniej płycie głównej i ju\
mo\
na cieszyć się wydajnością grafiki
renderowanej przez dwa procesory GPU.
Poniewa\
technologie CrossFire (ATI) i SLI (Nvidia) nie są nowe, zostały ju\
dopracowane i nie
powinny powodować takich problemów, jakie zdarzały się na początku.
Powstaje jednak pytanie, czy lepiej kupić jeden bardzo wydajny procesor graficzny, czy te\

połączyć moc dwóch słabszych układów ?? Szczególnie, \
e 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 zbli\
ona do ceny jednej wydajnej karty.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 37
SLI i CrossFire
SLI i CrossFire
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 mo\
na rozdzielić na kilka sposobów.
Ekran mo\
emy podzielić na pół i renderowanie ka\
dej połówki zlecić innemu
GPU.
Drugim, nieco bardziej skomplikowanym rozwiązaniem jest niesymetryczny
podział powierzchni ekranu pod kątem zło\
oności obliczeniowej
generowanej grafiki 3D.
Procesory graficzne mogą te\
naprzemiennie generować kolejne ramki
obrazu. Dobór metody mo\
e być automatyczny.
Wówczas informacje o tym, jak optymalnie wygenerować obraz w danej
aplikacji, zapisywane są w profilach zawartych w sterowniku kart graficznych.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 38
SLI i CrossFire
SLI i CrossFire
Do niedawna zasadnicza ró\
nica między technologiami ATI i Nvidii
dotyczyła 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.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 39
SLI i CrossFire
SLI i CrossFire
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 40
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 41
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 oka\
e się bardziej opłacalne od jej wymiany.
Co więcej, gdy zdecydujemy się po kilku miesiącach dokupić dodatkową kartę,
zapewne będzie ona du\
o 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 ju\
posiadanej karty chcemy dokupić  bliz
niaka".
Wyniki testów te\
w wielu wypadkach przemawiają za jedną kartą.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 42
Nowe karty graficzne
Nowe 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 obni\
ony pobór mocy.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 43
Nowe karty graficzne
Nowe karty graficzne
Nowoczesne karty graficzne charakteryzują się :
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.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 44
Nowe karty graficzne
Nowe karty graficzne
Nowoczesne karty graficzne charakteryzują się :
Są karty z pamięciami DDR3 o łącznej pojemności 1 GB, ale w związku z
tym, \
e ka\
dy z procesorów buforuje w pamięci te same tekstury po\
ytek z
dodatkowej pojemności jest niewielki.
Karty wyposa\
one są tak\
e w nową wersję 2.0 interfejsu PCI Express, który
oferuje podwojenie przepustowości do 16 GB/s,
pozwala na dostarczanie szyną PCIe a\
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 mo\
liwe dopiero wtedy, kiedy zainstalujemy Service
Pack 1 do Visty.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 45
Nowe (marzec 2008) karty graficzne
(marzec 2008)
Nowe karty graficzne
(Radeon)
(Radeon)
Nowoczesne karty graficzne charakteryzują się :
Nowe funkcje ułatwiają programistom wykorzystanie wszelkich mo\
liwości
DX10.
Ponadto pozwalają na stosowanie niektórych nowych funkcji, takich jak
Global Illumination (ogólne oświetlenie w scenach, które umo\
liwia
uzyskanie bardzo naturalnych, prawidłowych cieni).
Prawda jest taka, \
e na razie nie będą u\
ywane w grach (co ju\
potwierdza
część wydawców). Wygląda na to, \
e DX10.1 będzie kolejnym hasłem
reklamowym, które nie przeło\
y się na wykorzystanie nowych funkcji w
grach.
Do zasilania niezbędne jest podłączenie dwóch wtyczek (zazwyczaj
6-cio pinowych )
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 46
PCI Express 2.0
PCI Express 2.0
Pod względem fizycznym zarówno PCI Express 2.0, jak i 1.0 są takie same.
U\
ytkownik nie zauwa\
y ró\
nic, 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 du\
o większe mo\
liwości
ni\
1.0. Podwojono przepustowość do 16 GB/s.
Kolejny plus to zwiększenie mo\
liwości zasilania karty graficznej za
pośrednictwem szyny PCI. Teraz do karty mo\
na dostarczyć nią do 150 W
energii.
To du\
o, wystarczy do zdecydowanej większości kart graficznych i nie trzeba
będzie dodatkowo dostarczać energii specjalnym kablem z zasilacza.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 47
PCI Express 2.0
PCI Express 2.0
Jeśli chodzi o korzyści wynikające ze zwiększenia przepustowości interfejsu,
to choć producenci chwalą się, \
e ich produkty z PCI Express 2.0 pracują
wydajniej w testach nie było widać takiej zale\
ności.
Testy magazynu PCWK dowiodły, \
e karty z nowym interfejsem pracują tak
samo wydajnie na płytach z PCI Express 1.0, jak i 2.0.
Być mo\
e, w przyszłości sytuacja się zmieni, lecz kupując kartę obecnie, lepiej
nie sugerować się rodzajem interfejsu, w który ją wyposa\
ono.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 48
Magistrale dla
Magistrale dla
kart graficznych i rozszerzeń
kart graficznych i rozszerzeń
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 49
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 50
Na co zwrócić uwagę podczas
Na co zwrócić uwagę podczas
zakupu
zakupu
Spory wybór urządzeń graficznych mo\
e zdezorientować mniej
doświadczonego u\
ytkownika komputerów. Dlatego przed kupnem
akceleratora 3D warto się przez moment zastanowić, do czego tak naprawdę
będzie u\
ywana nowa karta graficzna.
Pierwsze pytanie, na które musi paść odpowiedz
, powinno zabrzmieć:
dlaczego i kiedy warto kupić dro\
sze, 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
wyposa\
enie. Zdarza się, \
e producent takich urządzeń gwarantuje stabilną
pracę przy podwy\
szonych częstotliwościach taktowania.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 51
Na co zwrócić uwagę podczas
Na co zwrócić uwagę podczas
zakupu
zakupu
Przed zakupem nale\
y się przyjrzeć samej karcie graficznej, poniewa\
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 zało\
one na pamięciach. Je\
eli w planie jest podkręcanie urządzenia
- ten dodatek staje się ju\
koniecznością.
Właściwie większość urządzeń wyposa\
ona jest w gniazdo D-Sub, cyfrowe
złącze DVI-I oraz TV-Out, a nowsze w HDMI.
Tańsze modele mogą mieć ograniczony zestaw złączy.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 52
Na co zwrócić uwagę podczas
Na co zwrócić uwagę podczas
zakupu
zakupu
Je\
eli jest to mo\
liwe, 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 mo\
na się zwyczajnie  naciąć".
Posiadanie HDMI - to nowe, bardzo wygodne w u\
yciu gniazdo, przez które
mo\
emy wyprowadzić obraz w wysokiej rozdzielczości.
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 53
Na co zwrócić uwagę podczas
Na co zwrócić uwagę podczas
zakupu
zakupu
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 54
Najwa\
niejsze pojęcia
Najwa\
niejsze pojęcia
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 55
Najwa\
niejsze pojęcia
Najwa\
niejsze pojęcia
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 56
Najwa\
niejsze pojęcia
Najwa\
niejsze pojęcia
opracował: in\
. Marcin Zajdowski
www.graphium.pl 57