KARTA GRAFIKI
Obraz, jaki widzimy na ekranie monitora, to matryca malutkich kolorowych punktów. Punkty te składają się na różne obiekty: ikony i okienka w Windows, potwory atakujące nas w grach, szkielet budynku projektowany w AutoCAD-zie.
Każdy punkt na ekranie ma swój precyzyjnie określony kolor oraz współrzędne w pionie i poziomie. O tym, czy punkt ten będzie świecił się dokładnie takim kolorem, jaki sobie zażyczymy, oraz czy będzie znajdował się dokładnie w wyznaczonym dla siebie miejscu, decyduje niewielka karta zainstalowana w naszym komputerze — zwana kartą graficzną. To ona stanowi graficzne „centrum dowodzenia". Karta graficzna jest jednym z najważniejszych komponentów komputera do obróbki grafiki. To od niej (a także od monitora) zależeć będzie, czy na ekranie monitora zmieścimy tyle informacji, ile potrzebujemy. Ona zadba o to, by obraz był odpowiednio ostry i nie męczył wzroku. Jeśli zatem zamierzamy wykorzystywać nasz komputer do obróbki grafiki, nie powinniśmy oszczędzać pieniędzy przy zakupie odpowiedniej karty graficznej.
Do niedawna jeszcze istniał rozdział na karty graficzne, które wspomagają wyłącznie grafikę płaską (na przykład przesuwanie okienek w Windows), oraz na karty graficzne, które wspomagają grafikę trójwymiarową. Niesłusznie ten drugi rodzaj kart nazwano „akceleratorami" w celu odróżnienia ich od kart „dwuwymiarowych". W rzeczywistości każdą kartę graficzną można określić mianem „akceleratora", gdyż nawet jeden na najstarszych układów Trio64 wspomagał procesor komputera podczas tworzenia grafiki. Dziś każda karta graficzna akceleruje zarówno operacje dwuwymiarowe (tzw. 2D - od „two dimensional"), jak trójwymiarowe (3D). Mimo to, istnieją między kartami dość znaczne różnice w wydajności, przede wszystkim na polu 3D. Dlatego przy wyborze karty graficznej musimy zdecydować, co zamierzamy robić na naszym komputerze.
O wydajności akceleratorów graficznych decyduje układ graficzny, który jest ich sercem. To on zajmować się będzie obliczaniem położenia każdego punktu na ekranie. Układy graficzne produkuje wiele firm (np. S3, NVIDIA, 3dfx, Matrox, ATI i inne), spośród których kilka tworzy własne karty graficzne (np. ATI, Matrox, 3dfx). Najpopularniejszy obecnie producent chipów graficznych, firma NVIDIA, nie sprzedaje własnych kart graficznych. Karty z jej układami oferowane są przez takie firmy, jak ASUS, Guillemot, MSI czy Creative Labs. Karty graficzne różnych producentów, jednak z tym samym układem graficznym, cechować się będą podobną wydajnością oraz identycznymi funkcjami graficznymi. Karty różnych producentów różnią się tylko wyposażeniem dodatkowym. Najtańsze karty graficzne mają jedynie wyjście do monitora, zaś droższe egzemplarze wyposażane są także w wyjście TV-out. Do wyjścia tego podłączyć można telewizor czy magnetowid, dzięki czemu, dla przykładu, stworzoną przez nas animację możemy nagrać na kasetę wideo. Najdroższe karty graficzne posiadają ponadto wejścia wideo czy tunery telewizyjne. Przeznaczone są one do obróbki sekwencji filmowych lub po prostu wzbogacają nasz komputer o funkcje telewizora. Karty z tunerami i wejściami dostępne są w ofercie firm ASUS (seria kart Deluxe) oraz ATI (karty All-in-Wonder).
Jeśli wybieramy kartę graficzną do pracy, a nie do grania, bardzo ważna jest jakość obrazu, jaką możemy uzyskać dzięki tej karcie. W zasadzie najważniejszym czynnikiem jest jakość tzw. przetwornika RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter). Jest to niewielki układ, który zamienia cyfrowy opis obrazu zawarty w pamięci karty graficznej na postać analogową (czyli impulsy prądu o odpowiednich wartościach napięcia, warunkujących intensywność świecenia punktów na ekranie). RAMDAC niegdyś miał postać oddzielnego układu scalonego, który wlutowany był na karcie graficznej. Umożliwiało to producentom stosowanie różnych rodzajów przetworników RAMDAC, w zależności od zastosowania karty. Obecnie RAMDAC jest integrowany przez wszystkich producentów układów graficznych w samych układach. Rozwiązanie to nie zezwala na wymianę przetwornika na inny, jednak przy dzisiejszych parametrach stosowanych RAMDAC — ów nie trzeba tego wcale robić. Najważniejszą wielkością charakteryzującą RAMDAC jest jego szybkość. Układ taktowany jest zegarem o częstotliwości od 135 do 360 MHz, co bezpośrednio wpływa na szybkość odświeżania obrazu. Odświeżanie jest to wartość określająca, ile razy w ciągu sekundy widoczny na ekranie monitora kompletny obraz jest odrysowywany przez wiązkę elektronów. Odświeżanie na poziomie 60 Hz (obraz odświeżany jest 60 razy w ciągu sekundy) powoduje migotanie obrazu, co przy dłuższej pracy przy komputerze powoduje zmęczenie wzroku. Teoretycznie przy wartości 72 Hz nie powinno się już zauważać migotania i odczuwać jego negatywnych skutków, jednak najbardziej przyjaznym odświeżaniem jest 75 lub nawet 85 Hz. RAMDAC powinien zapewnić karcie możliwość odświeżania obrazu z częstotliwością co najmniej 75 Hz, a najlepiej 85 Hz w rozdzielczości, w której zamierzamy pracować. W praktyce, na monitorach 15-calowych i mniejszych komfortowo pracuje się w rozdzielczości 800x600, trochę mniej wygodnie w 1024x768. Na monitorach 17-calowych zalecaną rozdzielczością do pracy jest 1024x 768 lub 1152x864. Monitory 19-calowe umożliwiają wygodną pracę w rozdzielczości 1152x864 lub 1280x1024, zaś na monitorach 21" dobrze pracuje się w rozdzielczości 1280x 1024 lub ewentualnie 1600x 1200. Szybkość odświeżania we wszystkich wymienionych rozdzielczościach nie stanowi już problemu, gdyż większość nowoczesnych kart graficznych wyposażona jest w układy ze zintegrowanymi przetwornikami RAMDAC 250 MHZ lub więcej. Jeśli jednak planujemy pracę w bardzo wysokich rozdzielczościach, przykładowo 1600x1200 czy nawet 2048x1536, powinniśmy zdecydować się na kartę z RAMDAC 350 MHz lub więcej.
Kompletną informację o obrazie układ graficzny zapisuje i obrabia w pamięci zainstalowanej na karcie graficznej, zwanej pamięcią lokalną. W pamięci tej znajduje się informacja na temat położenia i koloru każdego punktu ekranu, a dodatkowo przy pracy z obrazami trójwymiarowymi, w pamięci lokalnej zapisywane są tekstury i tworzony jest bufor głębi (tzw. bufor Z).
Ilość potrzebnej pamięci bezpośrednio wpływa na maksymalną rozdzielczość, w jakiej karta będzie mogła pracować. Graficzne tryby trójwymiarowe wymagają o wiele więcej pamięci niż tryby płaskie. Gdy na komputerze tworzymy wyłącznie płaską grafikę (np. dokonujemy obróbki zdjęć w Photoshopie), nie musimy kupować potężnej karty graficznej z 64 MB pamięci. Wystarczy nam karta z 8 MB pamięci.
Dokładną ilość potrzebnej pamięci w trybie płaskim bardzo łatwo jest wyliczyć. Każdy punkt na ekranie w trybie 32-bitowego koloru (24 bity opisują kolor, a 8 bitów przeznaczonych jest na kanał przezroczystości) opisany jest przez 4 bajty (4x8 = 32). Jeśli pracujemy na monitorze 21-calowym w rozdzielczości 1280 x 1024 przy 32-bitowym kolorze, w pamięci musimy zmieścić informację o 1280 x 1024 = l 310 720 punktów. Skoro każdy wymaga czterech bajtów, całkowita zajętość pamięci wynosi l 310 720 x 4 = 5242 880 bajtów. Stąd wniosek, że do pracy we wspomnianym trybie graficznym potrzebna jest karta z 8 MB pamięci. Karta taka umożliwi również pracę w rozdzielczości 1600 x 1200 przy 32-bitowym kolorze, gdyż tryb ten wymaga 1600 X 1200 X 47 680 000 bajtów.
Jeśli na komputerze zamierzamy tworzyć trójwymiarowe obrazy czy animacje, to karta graficzna (konieczne z wydajnym wspomaganiem 3D) musi mieć o wiele więcej pamięci. W trybie trójwymiarowym informacja o obrazie zapamiętywana jest w pamięci dwukrotnie: dla aktualnej klatki animacji oraz klatki następnej —jest to tzw. podwójne buforowanie, zapobiegające migotaniu tworzonych obiektów. Na ekranie widzimy gotową klatkę animacji, w tym czasie procesor graficzny generuje klatkę następną, a gdy ta jest gotowa, wymienia aktualnie wyświetlaną na nową a starą kasuje. Coraz częściej stosuje się nawet potrójne buforowanie — w pamięci przechowywane są trzy kolejne klatki animacji. Do tego dochodzi bufor Z, który zajmuje tyle samo pamięci, ile ramka obrazu o tej samej głębi koloru (a więc np. bufor 24-bitowy zajmuje tyle samo pamięci, ile obraz o 24-bitowym kolorze). Pozostała część pamięci na karcie graficznej będzie wykorzystana na tekstury, o ile tworzone przez nas obiekty ich wymagają.
Zdecydowanie najpopularniejszym rodzajem pamięci stosowanym na kartach graficznych jest pamięć typu SDR (Single Data Ratę) SDRAM (Synchronous Dynamie RAM), zwana w skrócie po prostu „SDRAM". Jest to dokładnie ten sam typ pamięci, jaki popularnie stosuje się w komputerach jako pamięć główna (kości SDRAM wlutowane są na małych płytkach drukowanych zwanych DIMMami). Niektóre modele kart wyposaża się w pamięć typu SGRAM (Synchronous Graphics RAM), czyli specjalną odmianę SDRAM — u przeznaczoną dla kart graficznych.
Droższe modele kart graficznych z układami NVIDIA GeForce wyposaża się w nowy typ pamięci — DDR (Double Data Ratę) SGRAM, O ile dane w przypadku pamięci typu SDR przesyłane są jedynie na rosnącym zboczu zegara synchronizującego pamięć, o tyle w przypadku pamięci DDR dane te są przesyłane przy obu zboczach: rosnącym i malejącym. W efekcie pamięć DDR, przy taktowaniu tym samym zegarem, jest dwukrotnie szybsza od pamięci SDR. Pamięć DDR bardzo istotnie poprawia wydajność kart graficznych, jednak tylko w wysokich rozdzielczościach (1024x768 i więcej) oraz przede wszystkim w trybie 32-bitowego koloru. Jeśli prace 3D tworzymy w 16-bitowym kolorze, wystarczy nam karta z pamięcią typu SDR. Gdy jednak wymagamy najwyższych rozdzielczości, np. 1280x 1024 czy nawet 1600x 1200, przy 32-bitowym kolorze, to powinniśmy zainstalować kartę z pamięcią DDR.
Gdy na komputerze będziemy tworzyć grafikę trójwymiarową, powinniśmy zaopatrzyć się w kartę graficzną o wysokiej wydajności w trybie 3D. Najpopularniejsze układy graficzne nie tworzą grafiki przestrzennej całkowicie samodzielnie, gdyż podstawowe operacje geometryczne na trójwymiarowych obiektach (translacja, rotacja, skalowanie) oraz obróbkę świateł, zrzucają na barki procesora. Same potrafią jedynie mapować tekstury i dodawać efekty atmosferyczne. Operacje geometryczne (zwane transformacjami) oraz obróbka świateł są operacjami bardzo skomplikowanymi obliczeniowo, zatem przy wolnym procesorze szybka karta graficzna niewiele nam pomoże. Powinniśmy zdecydować się na kartę z układem o wbudowanym procesorze geometrii. Jest to jednostka, która zajmuje się obliczaniem także transformacji i oświetlenia (T&L — Transform & Lighting). Układy graficzne ze zintegrowanymi jednostkami T&L w 100% odciążają procesor główny komputera przy tworzeniu grafiki trójwymiarowej, a ich duża moc powoduje, że grafika „przyspiesza" nawet dwu- lub trzykrotnie w stosunku do podobnych układów bez procesorów geometrii.
Musimy dokonać wyboru — wysoka wydajność albo dobra jakość obrazu. Niestety, nie ma taniej karty, która łączyłaby obie cechy. Do najbardziej wydajnych należy obecnie układ GeForce. Jest to flagowy produkt firmy NVIDIA, najszybszy obecnie dostępny układ graficzny. Cechuje się świetną wydajnością w trybie 2D oraz najwyższą spośród konkurencji w trybie 3D (ma wbudowany procesor geometrii).