- Grafická karta -
Grafická karta (videokarty, grafický adaptér) je zařízení, které zabezpečuje výstup dat z počítače na:
· Obrazovku monitoru
· LCD display
Většina grafických karet dovoluje práci ve dvou režimech:
· Textový režim:
o Režim, který umožňuje zobrazovat pouze předem definované znaky, např.:
§ Písmena A, a, B, b, C, c, …..
§ Číslice 1, 2, 3
§ Speciální znaky: #,&,@
§ Pseudografické znaky: symboly pro vykreslení tabulky
o Zobrazované znaky jsou přesně definované pomocí matic bodů a je možné je zobrazovat pouze jako celek.
· Grafický režim
o Režim, ve kterém jsou informace zobrazovány po jednotlivých obrazových bodech tzv. pixelech – Picture Element
o Může z jednotlivých pixelů vykreslit prakticky „libovolnou“ informaci.
· Rozlišení v textovém režimu:
o Počet znaků, které je možné v textovém režimu zobrazit na jednom řádku, a počet řádků, které je možné umístit na obrazovku.
o Např. 80x25, 40x25, 80x25 znaků.
· Matice znaku:
o Počet bodů (ve vodorovném a ve svislém směru), za kterých se může skládat jeden znak v textovém režimu
o Např. 9x14, 8, 14, 8x8 bodů
· Rozlišení v grafickém režimu:
o Počet pixelů, které je možné zobrazit v horizontálním a ve vertikálním směru.
o Např. 640x480, 800x600,1024x768, 1152x864, 1600x900 pixelů
· Počet barev (barevná hloubka):
o Počet barev, které je možné zároveň zobrazit
o Udává se většinou pouze pro grafický režim
o Např. 2, 4, 16, 256, 65535, 16,7 mil. Barev
· Rychlost:
o Objektivní vyjádření rychlosti grafické karty je problematické a nejednotné
o Udává se jako počet určitých operací, které grafická karta, dokáže provést za jednotlu času
o Bývá stanovena pouze v (určitém) grafickém režimu
o Např.
§ 20 mld. Pixelů/s
§ 380 mil. Trojuhelníků/s
§ 136 mil. Vrcholů/s
o Vyjadřuje se také frekvencí:
§ Procesoru grafické karty – např. 576 MHz
§ Se kterou pracuje její paměť např. 999 MHz
§ Shaderu – např. 1242 MHz
o Bývá také udávána např. přenosovou rychlostí mezi procesorem grafické karty a jeji pamětí (např. 223,8 GB/s).
o Pro určení rychlosti grafické karty se velmi často používají různé testovací programy (bechmerks)
o Shader:
§ Program určená pro zpracování přímo na grafické kartě.
§ Soubor programových instrukcí, které jsou použity při generování obrazu na základě předem definovaného modelu.
§ Je zpracováván specializovanými jednotkami GPU, které mohou pracovat s jinou (vyšší) frekvencí než jádro GPU.
§ Existují různé typy shaderů:
· Vertex shader:
o Provádí se pro každý vrchol (vertex) vstupní geometrie
o Jeho účelem je transformovat 3D pozici každého vrcholu ve virtuálním prostoru do 2D souřadnic, na nichž se zobrazí na obrazovce.
· Pixel shader
o Provádí se pro každý pixel na obrazovce
o Typicky realizuje výpočet bary pixelu.
· Geometry shader:
o Provádí úpravu geometrie
o Umožňuje přidávat a odebírat vrcholy
Grafické karty SVGA
· Grafická karta SVGA (super video graphics array) je dnes nejpoužívanější typ grafické karty
· Skládá se z následujících částí
o Procesor (GPU – Graphics Processing Unit):
§ Řídí činnost celé grafické karty
§ Ovládá rozlišení grafické karty, barevnou hloubku a všechny elementy spojené s vykreslováním pixelů na obrazovku
§ Značnou měrou ovlivňuje rychlost celé grafické karty
§ Nejznámější výrobci nVidia, AMD/ATI, Matrox
o Paměť (videopaměť, frame buffer)
§ Uchovává informace, ze kterých procesor grafické karty vytváří digitální obraz
§ Kapacita videopaměti bývá 1 MB – 2 GB
o RAM DAC (RAM Digital to Analog Convertor)
§ Převodník, který přebírá digitální obraz vytvářený procesorem grafické karty
§ Na jeho základě vytváří analogový signál pro monitor
o ROM BIOS
§ Základní programové vybavení (firmware) nezbytné pro činnost grafické karty.
o Feature Connector:
§ Konektor, který dovoluje propojit grafickou kartu s dalšími zařízením, např. grafickým koprocesorem, s televizní kartou apod.
· Grafický akcelerátor:
o Označení grafické karty, jejiž procesor je schopný samostatně realizovat některé operace používané v počítačové grafice, např.:
§ Vykreslení určitých grafických objektů
§ Antialiasing
§ Skryté neviditelných hran v 3D scéně
§ Stínování 3D scény
§ Přehrávání videosekvencí
o Umožnuje podstatně vyšší výkon, protože není nutné, aby každý pixel, který se má zobrazit na obrazovce, byl vypočítán procesorem počítače.
o Procesor počítače pouze vydá příkaz grafické kartě, co má vykreslit (linku, kružnici, obdélník).
o Vlastní výpočet jednotlivých zobrazovaných pixelů provede specializovaný procesor grafické karty.
o Využití možnosti grafické akcelerace je podmíněno použitím správného programového ovládače, jež je schopen využít všech možností, kterými procesor grafické karty disponuje.
o Současné karty mají většinou integrovánu i akceleraci (některých) funkcí DirectX a OpenGL.
· Procesorem grafické karty je propojen s videopaměti pomocí sběrnice, jejíž šířka bývá 32, 64, 128, 256, 384, 448 bitů.
· Paměť na grafické kartě bývá realizována jako:
o DDR SDRAM
o DDR2 SDRAM
o Specializované paměti určené pro grafické karty:
§ GDDR-3
§ GDDR-4
§ GDDR-5
· V minulosti byly používány i jiné typy videopěmtí (DRAM, FOM DRAM, EDO RAM, SDRAM, VRAM, SGRAM, WRAM).
· V závisloti na kapacitě této videopaměti a procesorum který tato karta používá, je možné zobrazovat následující režimy.
· Minimání kapacita videopaměti nutná pro zobrazení konkrétního grafického režimu je dána vztahem:
o Kapacita video paměti = H. V. P (B)
· Kde
o H značí počet pixelů v horizontálním směru
o V značí počet pixelů ve vertikálním směru
o P značí počet bytů nutných pro zobrazení jednoho pixelu
· Hodnota parametru P je dána barevnou hloubkou:
· Režim True Color pracují s barvami uloženými na třech bytech, které odpovídají modelu RGB:
o 1 byte : udává hodnotu červené složky (RED)
o 1 byte: udává hodnotu zelené složky (GREEN)
o 1 byte: udává hodnotu modré složjy (BLUE)
· K těmto třem bytům se někdy přidává ještě čtvrtým který vyjadřuje hodnotu tzv. α kanálu
· α kanál je již neurčuje žádnou ze základních barev, ale udává míru transparentnosti (průsvitnosti) dané barvy.
· Tohoto se využívá zejména při výpočtu třírozměrných scén, kde se jednotlivé objekty mohou překrývat, přičemž jejich povrch je částečně průsvitný à tzv. α- bleding
· Vysoká kapacita videopěmti bývá v současné době využívána zejména při zobrazování 3D scén, např. pro:
o Z-buffer:
§ Algoritmus vyžadující dodatečnou paměť pro skrývání neviditelných hran objektů
o Double buffering:
§ Technika, kdy videopaměť je rozdělena do dvou částí
§ Jedna část vždy obsahuje informace, které se právě zobrazují (např. spočítaný snímek pohyblivé 3D scény)
§ Ve druhé části může probíhat výpočet následujícího snímku.
§ Poté, co je další snímek spočítán, dojde k rychlému přepnutí těchto oblastím tj. z druhé oblasti se informace zobrazují a v první nyní probíhá výpočet.
· Grafické karty se v minulosti připojovaly do počítače prostřednictvím rozšiřující sběrnice (PC-bus, ISA, EISA, MCA, VL-bus, PCI)
· Dnes jsou grafické karty připojovány nejčastěji pomocí sběrnice PCIe, popř. speciálního portu AGP (accelerated Graphiccs Port).
· Port AGP umožňoval (ve své době) vyšší přenosové rychlosti a komunikace mezi grafickou kartou a procesorem nebyla rušena jinými zařízeními (umístěnými na rozšiřující sběrnice PC bus-PCI).
· Současné grafické karty bývají vybaveny:
o Výstupem na analogový monitor (DE-15)
o Digitálním výstupem na LCD panel (DVI)
o Televizním výstupem
o Konektor HDMI pro připojení TV, DVD apod.
· Kromě televizního výstupu mají některé grafické karty také integrovaný video vstup pro připojení např. videopřehrávače, kamery,
· Existují i grafické karty, které jsou obsazený televizním tunerem určeným pro příjem televizního signálu
· Pomocí sběrnice PCI express je možné do počítače zapojit dvě (popř. víceú grafických karet, ketré budou pracovat paralelně a budou produkovat jeden společný výstup
· Technologie dovolující toto zapojení se iznačuje jako SLI (scalable link interface).
o Základní deska umožňující zapojení dvou grafických karet
o Dvě identické grafické karty podporující SLI
o Můstkový konektor k propojení grafických karet
