Budowa karty graficznej

Plan wykładu
1. Pojęcie podsystemu graficznego i karty graficznej
2. Typy kart graficznych
3. Budowa karty graficznej:
 procesor graficzny (GPU),
 pamięć podręczna RAM,
 konwerter cyfrowo-analogowy (DAC),
 złącze magistrali,
 BIOS,
 zestaw wyjść.
Podsystem graficzny
Podsystem graficzny daje użytkownikowi
możliwość wizualnego kontrolowania pracy
komputera, uruchomionego na nim systemu
operacyjnego i oprogramowania.
W skład podsystemu graficznego wchodzą:
• karta graficzna
• monitor
Karta graficzna
Karta graficzna
karta rozszerzeń odpowiedzialna za generowanie
sygnału graficznego dla ekranu monitora.
Podstawowym zadaniem karty graficznej jest
odbiór i przetwarzanie otrzymywanych od
komputera informacji o obrazie oraz odpowiednie
wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem
monitora.
Typy kart graficznych
Karty graficzne możemy podzielić na:
- Karty graficzne pracujące jako oddzielne układy
(dedykowane) – można je wymieniać, są dużo szybsze
od kart zintegrowanych. Współczesne karty graficzne
do komunikacji z komputerem wykorzystują interfejs
AGP, PCI lub PCIe.
- Karty graficzne zintegrowane z płytą główną (a
dokładniej z mostkiem północnym) lub bezpośrednio z
CPU – z powodu małych rozmiarów są one dużo
wolniejsze od kart nie zintegrowanych. Jest to mniej
popularny typ kart graficznych.
Typy kart graficznych cd.
Nvidia GeForce GTX 295
Mostek północny Intel i815EP
Budowa karty graficznej
Budowa karty graficznej:
 procesor graficzny (GPU),
 pamięć podręczna RAM,
 konwerter cyfrowo-analogowy (DAC),
 złącze magistrali,
 BIOS,
 zestaw wyjść.
Procesor graficzny (GPU)
Procesor graficzny (Graphics Processing Unit) –
jest głównym elementem każdej karty graficznej i od jego możliwości w
dużej mierze zależy wydajność całego podsystemu graficznego.
Podstawowym zadaniem układu GPU jest odciążenie głównego
mikroprocesora od większości obliczeń związanych z przetwarzaniem
grafiki 2D (ang. Two-dimensional graphics — grafika dwuwymiarowa) i 3D
(ang. Three – dimensional graphics — grafika trójwymiarowa).
Dzięki takiemu rozwiązaniu główna jednostka CPU może przeznaczyć całą
moc obliczeniową na zadania systemowe, co przekłada się na ogólne
zwiększenie wydajności komputera
Procesor graficzny (GPU) cd.
Najnowsze układy GPU nie są już rozwijane wyłącznie pod kątem gier
komputerowych. Coraz częściej wspomagają strumieniowe przetwarzanie
wideo HD (ang. High Definition - wysokiej rozdzielczości), umożliwiają
wykonywanie skomplikowanych obliczeń i pozwalają uzyskać realistyczne
efekty graficzne 3D.
Współczesne układy graficzne wykonują pewne operacje
wielokrotnie szybciej niż tradycyjne mikroprocesory, dlatego coraz częściej
stosuje się określenie General Purpose GPU (procesor GPU do obliczeń
ogólnego przeznaczenia).
Rozwój najnowszych układów graficznych jest również stymulowany
przez wymagania interfejsów programowalnych API (ang. Application
Programming Interface) tworzących pomost między oprogramowaniem
multimedialnym a podsystemem graficznym i muzycznym komputera.
Przykładem interfejsu API jest DirectX firmy Microsoft wykorzystywany przez
większość współczesnych gier komputerowych i aplikacji multimedialnych.
Pamięć RAM
Układ graficzny, podobnie jak mikroprocesor, do
sprawnego działania potrzebuje pamięci
operacyjnej, potocznie określanej skrótem RAM
(ang. Random Access Memory — pamięć o
swobodnym dostępie).
Pamięć RAM jest przestrzenią roboczą GPU
przechowującą aktualnie przetwarzane dane
graficzne. Od wielkości pamięci RAM zależy np.
liczba wyświetlanych kolorów w grafice 2D, a w
przypadku obrazów 3D — także jakość i rozmiar
nanoszonej tekstury
Pamięć RAM cd.
Pamięć RAM cd.
Na wydajność podsystemu graficznego wpływają
szerokość i szybkość magistrali, która łączy pamięć
RAM karty graficznej z jej układem GPU.
Współczesne karty graficzne wykorzystują szyny
umożliwiające jednoczesny przesył 512 bitów i
pracują z częstotliwościami bliskimi 1 GHz.
Najnowsze karty graficzne są też wyposażone w
pamięć DDR5 SDRAM oznaczoną jako GDDR
Konwerter cyfrowo - analogowy
(RAMDAC)
Karta graficzna generuje sygnał cyfrowy (liczba
binarna zakodowana w postaci stanu wysokiego lub
niskiego), natomiast monitory kineskopowe CRT
wyświetlają obraz, bazując na sygnale analogowym
(napięcie elektryczne proporcjonalne do wartości
reprezentowanej liczby).
W celu umożliwienia współdziałania tych
komponentów karta graficzna musi być wyposażona
w konwerter zamieniający sygnał cyfrowy na postać
analogową. Konwerter RAMDAC zawiera pamięć
SRAM służącą do przechowywania mapy kolorów.
Konwerter cyfrowo - analogowy
(RAMDAC) cd.
Magistrala rozszerzeń
Zewnętrzne karty graficzne przyjmują najczęściej
postać kart rozszerzeń montowanych w złączu
dedykowanej magistrali I/O. Niektórzy producenci
integrują układy graficzne z chipsetem płyt głównych lub
CPU.
Magistrala rozszerzeń umożliwia komunikację układu
graficznego GPU z pozostałymi komponentami
komputera, np. mikroprocesorem lub pamięcią
operacyjną.
Najnowszym rozwiązaniem jest magistrala PCI Express
działająca w trybie x16 i umożliwiająca transfer do 16
GB/s.
Magistrala rozszerzeń cd.
Do niedawna funkcję interfejsu graficznego pełniła 32 bitowa magistrala AGP x8 z transferem 2 GB/s, a jeszcze
wcześniej - magistrale PCI, VESA, MCA, ISA.
Płyta główna zwykle jest wyposażona w jedno złącze
magistrali PCI - E x16 służące przede wszystkim do obsługi
wydajnych kart graficznych. Wyjątkiem są produkty
obsługujące tryby SLI (NVIDIA) lub CrossFire (ATI/AMD),
dzięki którym istnieje możliwość generowania jednego
obrazu przez kilka kart graficznych.
BIOS karty graficznej
Podobnie jak płyta główna, karta graficzna jest
wyposażona w układ ROM przechowujący BIOS
(ang. Basic Input/ Output System).
BIOS umożliwia działanie karty graficznej,
zanim zostanie wczytany system operacyjny, oraz
pozwala na wykonywanie instrukcji karty przez
oprogramowanie systemowe.
Zestaw wyjść
Zestaw wyjść karty graficznej umożliwia podłączenie za pomocą
okablowania urządzeń typu monitor, telewizor czy rzutnik multimedialny
Najczęściej spotykanymi wyjściami są:
•D-SUB (VGA). Złącze w kształcie wielkiej litery „D" służące do podłączenia
monitorów wykorzystujących sygnał analogowy. Najczęściej są to
monitory kineskopowe CRT, tańsze wersje wyświetlaczy LCD, rzutniki
multimedialne, telewizory LCD lub plazmowe.
Zestaw wyjść cd.
• DVI (ang. Digital Visual Interface
—cyfrowy interfejs obrazu).
Standard umożliwiający
podłączenie karty graficznej do
monitora lub innego urządzenia
multimedialnego.
W zależności od zastosowanej
wersji może służyć do przesyłania
sygnału cyfrowego, ale również —
po zamontowaniu odpowiedniej
przejściówki — analogowego.
Zestaw wyjść cd.
TV - Out (ang. TV-Output—wyjście TV). Standard złącza analogowego znany
również pod nazwą S-Video, zazwyczaj służący do podłączenia telewizora
kineskopowego CRT do karty graficznej.
Zestaw wyjść cd.
•HDMI (ang. High Definition Multimedia Interface—multimedialny interfejs
wysokiej rozdzielczości). Cyfrowy interfejs umożliwiający jednoczesne
przesyłanie obrazu i dźwięku w standardzie HD. Interfejs pozwala na
podłączanie do karty graficznej wszelkiego rodzaju urządzeń
multimedialnych zgodnych ze standardem.
Podsumowanie
1. Pojęcie podsystemu graficznego i karty graficznej
2. Typy kart graficznych
3. Budowa karty graficznej:
 procesor graficzny (GPU),
 pamięć podręczna RAM,
 konwerter cyfrowo-analogowy (DAC),
 złącze magistrali,
 BIOS,
 zestaw wyjść.