A videokártya ( videokártya [1] , videokártya [2] , grafikus adapter [1] , grafikus kártya , grafikus kártya , grafikus gyorsító [3] ) olyan eszköz, amely a számítógép tartalmaként tárolt grafikus képet átalakítja. s memóriát (vagy magát az adaptert) a monitor képernyőjén való további megjelenítésre alkalmas formába hozzuk . A videokártya jellemzően nyomtatott áramköri kártya ( bővítőkártya ) formájában készül, és az alaplap bővítőhelyébe kerül , akár univerzális, akár speciális ( AGP [4] , PCI Express ) [5] [6] .
Az alaplapon elhelyezett videokártyák is széles körben elterjedtek – mind különálló , különálló GPU-chip formájában, mind pedig a chipkészlet vagy a CPU északi hídjának szerves részeként ; CPU esetén a beépített (integrált [7] ) GPU szigorúan véve nem nevezhető videokártyának .
A videokártyák nem korlátozódnak az egyszerű képkimenetre, integrált grafikus processzorral rendelkeznek , amely további feldolgozást tud végezni, eltávolítva ezt a feladatot a számítógép központi processzorától [8] . Például az Nvidia és AMD ( ATi ) grafikus kártyák az OpenGL és a DirectX és a Vulkan grafikus folyamatot jelenítik meg hardverben [9] .
Szintén hajlamos a GPU számítási teljesítményét nem grafikus feladatok megoldására használni (például kriptovaluta bányászat ).
Az 1944 és 1953 között épült Whirlwind az első képmegjelenítővel felszerelt számítógép . A Whirlwind számítógép videoadaptere másodpercenként 6250 pontot tudott megjeleníteni 2048 × 2048-as pozíciók címzésével, vagy 550 számjegyig, és fénytollal is ellátták [ 10] .
1973 márciusában jelent meg a Xerox Alto miniszámítógép , amelyet az első személyi számítógépnek nevezhetünk [11] . Az Alto grafikus felülettel rendelkezett ablakkal és asztali metaforával , amelyhez kijelzővezérlővel volt felszerelve [12][ a tény jelentősége? ] , amely lehetővé tette a 606 × 808 pixel felbontású monokróm kép megjelenítését és a portré monitort.
1975-ben az Altair 8800 -as eladásra került . Kezdetben nem volt felszerelve semmilyen I / O-val, kivéve az előlapon lévő váltókapcsolókat és LED-eket. Teletype vagy szöveges terminálhoz kellett volna csatlakoztatni. 1976-ban azonban forgalomba került egy videokártya [13] Cromemco Dazzler , amely lehetővé tette a számítógép memóriájában kialakított színes kép megjelenítését egy hagyományos háztartási tévé képernyőjén [14] . Az első verzió 128 × 128 pixeles kép megjelenítését tette lehetővé, a következő generáció pedig 756 × 484 pixeles felbontást.
Az MDA ( Monochrome Display Adapter ) videoadaptert az IBM 1981 -ben adta ki IBM PC -hez [15] . Támogatta a 720x350 pixeles felbontást , és csak szöveges módban működött, akár 25 sort is megjelenítve a képernyőn. Nem tudott semmilyen színes vagy grafikus információt továbbítani [1] . A Hercules 1982 - ben kiadta az MDA-adapter továbbfejlesztését, a HGC ( Hercules Graphics Controller ) videoadaptert , amely két grafikus oldalt támogatott, de még mindig nem tette lehetővé a színekkel való munkát.
Az első színes grafikus kártya a PC -hez a CGA ( Color Graphics Adapter ) volt, amelyet az IBM adott ki 1981-ben . Működhet szöveges módban, 16 színű karaktert megjelenítve, vagy grafikus módban, négyszínű képeket jelenít meg alacsony (320 × 200) felbontásban. A 640x200-as nagy felbontású mód monokróm volt. A kártya fejlesztése során 1984 -ben megjelent az EGA ( Enhanced Graphics Adapter ) - egy továbbfejlesztett grafikus adapter, 64 színre bővített palettával [1] . A felbontást 640×350-re javították. Ezen adapterek sajátossága volt, hogy a nyitott architektúrájú ISA busz slotot használták , amellyel kapcsolatban a felhasználó önállóan cserélhette a videokártyát a kívántra [1] .
Az összes ilyen típusú videoadapter monitorral való interfészei digitálisak voltak, az MDA és a HGC csak akkor sugárzott, ha a pont világít vagy nem világít, és egy további fényerő jel a „fényes” szöveg attribútumhoz, hasonlóan a CGA-hoz három csatornán (piros, zöld, kék) továbbította a fő videojelet, és emellett fénysűrűségi jelet is tudott továbbítani (összesen 16 szín), az EGA-nak két átviteli vonala volt az elsődleges színekhez, vagyis minden elsődleges szín teljes fényerővel jeleníthető meg, 2 /3 vagy 1/3 teljes fényerő, ami összesen maximum 64 színt adott.
1987 -ben megjelenik egy új MCGA ( angol Multicolor Graphics Adapter ) grafikus adapter, amelyben az IBM mérnökeinek sikerült a szöveges módot 50 sorosra, a grafikus módot pedig 262 144 színre növelni, ezért vált szükségessé digitálisról analógra váltani . a monitorhoz . Aztán az IBM még tovább ment, és néhány hónappal később kiadta a VGA -t ( English Video Graphics Array ), amely sok éven át a videoadapterek de facto szabványává vált. Grafikus módban a felbontása 640x480 volt, és figyelemre méltó, hogy a pixelek számának aránya vízszintesen és függőlegesen egybeesett a monitor képernyőjének szabványos (akkori) képarányával - 4:3. 1991 óta megjelent az SVGA (Super VGA) koncepciója - a VGA kiterjesztése magasabb módokkal. Az egyidejűleg megjelenített színek száma 800x600 felbontás mellett 65 536-ra (High Color, 16 bit) és 16 777 216-ra (True Color, 24 bit) nő [1] . A VBE támogatása a szervizfunkciókból jelenik meg (VESA BIOS Extention - VESA szabványos BIOS kiterjesztés ). Az SVGA-t 1992 közepe óta fogadták el de facto videoadapter szabványként , miután a VESA elfogadta a VBE 1.0-s verziójú szabványt . Addig a pillanatig szinte az összes SVGA videoadapter nem volt kompatibilis egymással.
A számos operációs rendszerben megjelent grafikus felhasználói felület új szakaszt indított el a videoadapterek fejlesztésében [1] . Megjelenik a "grafikus gyorsító" (grafikus gyorsító) fogalma. Ezek olyan videoadapterek, amelyek hardver szinten hajtanak végre bizonyos grafikus funkciókat. Ezek a funkciók a következők: nagy képtömbök mozgatása a képernyő egyik területéről a másikra (például ablak mozgatásakor), képterületek kitöltése, vonalak, ívek, betűtípusok rajzolása, hardveres kurzor támogatása stb. Közvetlen lendület egy ilyen speciális eszköz fejlesztéséhez Kiderült, hogy a grafikus felhasználói felület kétségtelenül kényelmes, de használata jelentős számítási erőforrásokat igényel a központi processzortól, és a grafikus gyorsítót éppen arra tervezték, hogy a számítások oroszlánrészét eltávolítsa. a kép végső megjelenítése a képernyőn.
Maga a 3D-gyorsító kifejezés formálisan egy további bővítőkártyát jelent, amely a háromdimenziós grafika képződésének felgyorsítására szolgáló segédfunkciókat lát el . Az eredmény 2D-s képként való megjelenítése és a monitorra átvitele nem a 3D-gyorsító feladata. Szinte soha nem találhatók 3D gyorsítók különálló eszköz formájában. Szinte minden (kivéve a rendkívül speciális) videokártya, beleértve az integrált grafikus adaptereket a processzorok és a rendszerlogika részeként , hardveres gyorsítást hajt végre a kétdimenziós és háromdimenziós grafika megjelenítéséhez .
A grafikus képek kialakításának hardveres gyorsítása eredetileg sok személyi számítógép jellemzői közé tartozott , azonban az IBM PC első modellje csak szöveges módokkal rendelkezett, és nem volt képes grafikus megjelenítésre. Bár az IBM PC-kompatibilis számítógépekhez való első videokártyák, amelyek támogatják a 2D és 3D grafika hardveres gyorsítását, meglehetősen korán megjelentek. Így hát 1984-ben az IBM megkezdte a PGC szabványú videokártyák gyártását és értékesítését . A PGC-t professzionális felhasználásra, hardveres gyorsítású 2D és 3D primitívekre tervezték, és elsősorban CAD alkalmazásokhoz jelentett megoldást. Az IBM PGC rendkívül magas ára volt. Ennek a videokártyának az ára jóval magasabb volt, mint magának a számítógépnek, így az ilyen megoldások nem kaptak jelentős forgalmat. A professzionális megoldások piacán más gyártók videokártyái és 3D-gyorsítói is megjelentek.
A megfizethető 3D-s gyorsítók forgalmazása IBM PC-kompatibilis számítógépekhez 1994 -ben kezdődött . Az első grafikus kártya, amely támogatja a hardveresen gyorsított 3D grafikus megjelenítést, a Matrox Impression Plus volt , amelyet 1994-ben adtak ki (a Matrox Athena chipet használva ). Ugyanebben az évben a Matrox bemutatja az új Matrox Storm chipet és a Matrox Milleniumon alapuló grafikus kártyát .
1995- ben az S3 Graphics , amely akkoriban a 2D raszteres grafikus gyorsítással rendelkező videokártyák elismert és ígéretes gyártója volt, kiadta az egyik első sorozatgyártású 3D gyorsítót az S3 ViRGE lapkakészleten . Azonban ezeknek a videokártyáknak a valós forgatókönyvekben való használata közepes teljesítményt mutatott, ezért lehetetlen volt őket szó szerint 3D-s grafikus gyorsítóknak nevezni. Ugyanakkor a Matrox Mistique és az ATI 3D Rage videokártyák mutatták a legjobb eredményeket [16] .
Ugyanebben az évben több vállalat már kiad új grafikus chipeket, amelyek támogatják a 3D grafikus generáció hardveres gyorsítását. Tehát a Matrox kiadja az MGA-2064W-t, a Number Nine Visual Technology az Imagine 128-II GPU megjelenését ünnepli, a Yamaha bemutatja az YGV611 és YGV612 chipeket, a 3DLabs kiadja a Glint 300SX- et, az Nvidia pedig az NV1-et (amely szintén megjelent megállapodás az SGS-THOMSON- nal STG2000 néven). Ugyanebben az évben ezekre a megoldásokra alapozva nagyszámú, 3D grafikus gyorsítást támogató videokártyát adnak ki különböző gyártóktól.
Az igazi áttörést a 3D gyorsítók és a hardveresen gyorsított 3D grafikával rendelkező videokártyák piacán 1996 jelentette. Az idei év volt a hardveres 3D grafika tömeges bevezetésének és népszerűsítésének éve az IBM PC-kompatibilis számítógépeken. Idén új grafikai megoldások jelentek meg a 3DLabs, a Matrox, az ATI Technologies , az S3 , a Rendition , a Chromatic Research , a Number Nine Visual Technology , a Trident Microsystems és a PowerVR cégektől . Bár idén számos 3D-s gyorsító és teljes értékű, 3D-s grafikus gyorsítási funkcióval rendelkező videokártya készült ezeken a GPU-kon, a fő esemény a 3Dfx Voodoo Graphics chipkészleten alapuló 3D-gyorsítók kiadása . A 3dfx Interactive, amely korábban speciális 3D-s gyorsítókat gyártott játéktermi gépekhez , egy chipkészletet mutatott be az IBM PC-kompatibilis számítógépek piacán. A Voodoo Graphics kártyák által készített 3D jelenetek megjelenítésének sebessége és minősége a játékgépek szintjén volt , és a legtöbb videokártya-gyártó elkezdte kiadni a Voodoo Graphics készleten alapuló 3D-s gyorsítókat, és hamarosan a legtöbb számítógépes játékgyártó támogatta a Voodoo Graphics-ot és új játékokat adott ki . IBM PC-kompatibilis számítógépekhez a 3D grafika teljesen új szintjével. Robbanásszerűen megnőtt az érdeklődés a 3D játékok és ennek megfelelően a 3D-s gyorsítók iránt.
1998 óta fejlesztik az SLI (Scan Line Interleave) technológiát (3dfx cég, Voodoo2 kártya ) , amely lehetővé teszi több összekapcsolt videokártya teljesítményének felhasználását egy háromdimenziós kép feldolgozásához.
Professzionális videógyorsítókA professzionális grafikus kártyák olyan videokártyák, amelyek grafikus állomásokon működnek, és 2D-s és 3D-s modellezési matematikai és grafikus csomagokban ( AutoCAD , MATLAB ) használhatók, amelyek nagy terhelést jelentenek a tervezett objektumok modelljei kiszámításakor és rajzolásakor.
A fő gyártók, az AMD és az NVIDIA professzionális videógyorsítóinak magjai "belülről" alig térnek el játéktársaiktól. Régóta egységesítették GPU-jukat, és különböző területeken használják őket. Ez a lépés tette lehetővé, hogy ezek a cégek kiszorítsák a piacról a professzionális alkalmazásokhoz speciális grafikus chipek fejlesztésében és népszerűsítésében részt vevő vállalatokat.
Különös figyelmet fordítanak a videomemória alrendszerre , mivel ez a professzionális gyorsítók különösen fontos összetevője, amely a gigantikus modellekkel való munka során a fő terhelést viseli; Az összehasonlítható kártyák számára észrevehetően nagy mennyiségű memória mellett a professzionális szegmens videokártyái ECC memóriát is használhatnak [17] .
Külön vannak a Matrox termékek , amelyek speciális gyorsítóit 2017-től videokódolásra, TV-jelfeldolgozásra és összetett 2D grafikával való munkára használták.
A videokártya a következő részekből áll [3] :
A grafikus processzor ( eng. Graphics Processing Unit (GPU) - lit .: "graphic processing unit") a kimeneti kép kiszámításával ( renderelés ), 2D és 3D grafika [3] feldolgozásával foglalkozik . A grafikus processzorok bonyolultságában nem sokkal alacsonyabbak a számítógép központi feldolgozó egységénél, és gyakran felülmúlják azt mind a tranzisztorok számában, mind a számítási teljesítményben, az univerzális számítási egységek nagy száma miatt. Az előző generációs GPU architektúra azonban általában több információfeldolgozó egység jelenlétét feltételezi , nevezetesen: egy 2D grafikus feldolgozó egység, egy 3D grafikus feldolgozó egység, amelyek viszont általában egy geometriai magra (plusz egy csúcsgyorsítótárra) és egy raszterező egységre oszlanak. (plusz textúra gyorsítótár
Az adatbusz mellett minden videoadapter második szűk keresztmetszete magának a videoadapternek a memóriájának sávszélessége ( angolul bandwidth ) . Sőt, kezdetben a probléma nem annyira a videoadatok feldolgozásának sebessége miatt merült fel (gyakran a videovezérlő információs „éhsége” okozza a problémát , amikor gyorsabban dolgozza fel az adatokat, mint amennyi ideje van a videóról olvasni/írni. memória), hanem azért, mert videoprocesszorról, CPU -ról és RAMDAC oldalról kell elérni őket . Az a tény, hogy nagy felbontás és nagy színmélység esetén a képernyő egy oldalának a monitoron való megjelenítéséhez ki kell olvasni ezeket az adatokat a videomemóriából, és analóg jellé kell alakítani, amely a monitor másodpercenként annyiszor, ahány képkockát jelenít meg másodpercenként. Vegyük a képernyő egy oldalának térfogatát 1024x768 pixeles felbontással és 24 bites színmélységgel (True Color), ez 2,25 MB. 75 Hz-es képfrekvenciánál ezt az oldalt másodpercenként 75-ször kell kiolvasni a videoadapter memóriájából (az olvasási képpontok átkerülnek a RAMDAC-ba, és a pixel színére vonatkozó digitális adatokat egy analóg jel, amely a monitorra kerül), és nem lehet elhúzódni vagy kihagyni egy pixelt, ezért ehhez a felbontáshoz a névlegesen szükséges videomemória sávszélesség körülbelül 170 MB/s, és ez nem veszi figyelembe azt a tényt, hogy a videovezérlő magának adatokat kell írnia és ki kell olvasnia ebből a memóriából. 1600x1200x32 bites felbontásnál, azonos 75 Hz-es képkockasebesség mellett a névleges szükséges sávszélesség már 550 MB/s. Összehasonlításképpen: a Pentium II processzor maximális memóriasebessége 528 MB/s volt. A problémát kétféleképpen lehet megoldani – vagy speciális típusú memóriát használ, amely lehetővé teszi két eszköz egyidejű olvasását, vagy nagyon gyors memóriát telepít.
A videomemória típusai [18] :
A videokártyák RAM mennyisége 4 KB-tól (például MDA-ban) 48 GB-ig (például NVIDIA Quadro RTX 8000 ) [19] változik . Mivel a GPU-videómemóriához és más elektronikus alkatrészekhez való hozzáférésnek biztosítania kell a teljes grafikus alrendszer egészének kívánt nagy teljesítményét, speciális, nagy sebességű memóriatípusokat használnak, mint például az SGRAM , a kétportos VRAM , a WRAM és mások . Körülbelül 2003 óta a videomemória rendszerint az SDRAM memória DDR technológiáján alapul , kétszer akkora effektív frekvenciával (az adatátvitel nemcsak az órajel felfutó élén, hanem a lefutó élén is szinkronizálva van). A jövőben pedig DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 és 2016 idején [20] GDDR5X . Az AMD Fury sorozatú nagy teljesítményű videokártyák megjelenésével a piacon már jól bevált GDDR memóriával együtt egy új típusú HBM memória került alkalmazásra , amely lényegesen nagyobb sávszélességet kínál, és magát a videokártyát is leegyszerűsíti. a memóriachipek bekötésének és kiforrasztásának hiánya miatt. A videokártya memóriájának maximális adatátviteli sebessége (sávszélessége) eléri a 480 GB / s -t GDDR5X memóriatípus esetén (például NVIDIA TITAN X Pascal [21] ) és a 672 GB / s -ot GDDR6 memóriatípus esetén (például TITAN RTX). [22] ) .
A videomemória a képadatokon és egyéb adatokon kívül ideiglenes tárolásra szolgál: textúrák , árnyékolók , csúcspufferek , Z-puffer (a képelemek távolsága a 3D-s grafikában ) és hasonló grafikus alrendszer-adatok (kivéve a nagy része a Video BIOS-adatok , a GPU belső memóriája stb.) és a kódok.
Videó RAMA videomemória egy keretpuffer funkcióját látja el , amely a GPU által generált és folyamatosan módosított, a monitoron (vagy több monitoron) megjelenített képet tárolja. A videomemória a kép közbenső, a képernyőn nem látható elemeit és egyéb adatokat is tárolja. Jelenleg (2021) 7 típusú memória van a videokártyákhoz : DDR , GDDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 , GDDR6 és HBM . A videokártyán található videomemória mellett a grafikus processzorok általában a számítógép teljes rendszermemóriájának egy részét is felhasználják munkájuk során, amelyhez a közvetlen hozzáférést a videoadapter illesztőprogramja szervezi az AGP vagy PCI-e buszon keresztül . Az Uniform Memory Access architektúra használata esetén a számítógép rendszermemóriájának egy része videomemóriaként kerül felhasználásra.
A videovezérlő felelős a kép kialakításáért a videomemóriában, utasítja a RAMDAC -ot, hogy pásztázási jeleket generáljon a monitor számára, és feldolgozza a központi processzortól érkező kéréseket. Ezen kívül általában van egy külső adatbusz-vezérlő (például PCI vagy AGP), egy belső adatbusz-vezérlő és egy videomemória-vezérlő. A belső busz és a videomemóriabusz szélessége általában nagyobb, mint a külsőé (64, 128 vagy 256 bit a 16 vagy 32 bittel szemben), a RAMDAC számos videovezérlőbe is be van építve.
A grafikus adapterek (AMD, nVidia) általában legalább két videóvezérlővel rendelkeznek, amelyek egymástól függetlenül működnek, és egy vagy több kijelzőt vezérelnek egyszerre.
A digitális-analóg konverter (DAC; RAMDAC – Random Access Memory Digital-Analog Converter ) a videovezérlő által generált képet az analóg monitoron továbbított színintenzitási szintekre konvertálja. A kép lehetséges színtartományát csak a RAMDAC paraméterei határozzák meg. A RAMDAC-nak leggyakrabban négy fő blokkja van: három digitális-analóg konverter, egy minden színcsatornához (piros, zöld, kék - RGB), valamint SRAM a gammakorrekciós adatok tárolására. A legtöbb DAC bitmélysége csatornánként 8 bit – ebből 256 fényerősségi szint derül ki minden elsődleges színhez, ami összesen 16,7 millió színt ad (és a gamma-korrekciónak köszönhetően az eredeti 16,7 millió szín sokkal nagyobb színben jeleníthető meg nagyobb színtér) . Néhány RAMDAC csatornánként 10 bittel rendelkezik (1024 fényerőszint), ami lehetővé teszi több mint 1 milliárd szín azonnali megjelenítését, de ezt a funkciót gyakorlatilag nem használják. Egy második monitor támogatásához gyakran egy második DAC-t is telepítenek.
TMDS ( Transition-minimized differential signaling ) digitális jeladó DAC konverziók nélkül. DVI-D, HDMI, DisplayPort csatlakozásokhoz használható. Az LCD-monitorok és plazmapanelek elterjedésével megszűnt az analóg jel továbbításának szükségessége – a katódsugárcsövekkel ellentétben ezeknek már nincs analóg alkatrészük, és belsőleg digitális adatokkal dolgoznak. A szükségtelen konverziók elkerülése érdekében a Silicon Image TMDS-t fejleszt.
A Video ROM (Video ROM) egy csak olvasható memória (ROM), amely videokártya BIOS -t , képernyő-betűtípusokat , szerviztáblázatokat stb. tartalmaz. A ROM-ot nem közvetlenül a videovezérlő használja – csak a központi processzor fér hozzá.
A BIOS biztosítja a videokártya inicializálását és működését a fő operációs rendszer betöltése előtt , beállítja a videokártya összes alacsony szintű paraméterét, beleértve a GPU és a videomemória működési frekvenciáit és tápfeszültségeit, valamint a memória időzítését. A VBIOS rendszeradatokat is tartalmaz, amelyeket a video-illesztőprogram működés közben olvashat és értelmezhet (az illesztőprogram és a BIOS közötti felelősségmegosztás módjától függően). Sok kártya elektromosan újraprogramozható ROM-mal ( EEPROM , Flash ROM ) van felszerelve, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy egy speciális program segítségével felülírja a videó BIOS-t.
A videorendszer sebességének növelésének első akadálya az adatinterfész , amelyhez a videoadapter csatlakozik. Bármilyen gyors is a videoadapter processzora, a legtöbb képessége kihasználatlan marad, ha nem biztosítják a megfelelő csatornákat a közte, a központi processzor, a számítógép RAM-ja és a további videoeszközök közötti információcseréhez.
A fő adatátviteli csatorna természetesen az alaplap interfész busza, amelyen keresztül adatcsere történik a központi processzorral és a RAM-mal. Az IBM PC-ben használt legelső busz az XT-Bus volt, amelynek szélessége 8 bit adat és 20 bit cím volt, és 4,77 MHz frekvencián működött . Aztán jött az ISA busz (Industry Standard Architecture - iparági szabvány architektúra), ennek bitszélessége 8/16 bit volt, és 8 MHz-es frekvencián működött. A csúcsátviteli sebesség valamivel több, mint 5,5 MiB/s. Ez több mint elég volt a szöveges információk és játékok 16 színű grafikával történő megjelenítéséhez.
További áttörést jelentett az MCA (Micro Channel Architecture) busz megjelenése az IBM új PS / 2 számítógépeinek sorozatában. Már 32/32 bites bitmélységgel és 40 Mb/s-os csúcssávszélességgel rendelkezett. De az a tény, hogy az MCI architektúra zárva volt (az IBM tulajdona), más gyártókat arra késztetett, hogy más módokat keressenek a videoadapter fő hozzáférési csatornájának átviteli sebességének növelésére.
A 486-os sorozatú processzorok megjelenésével azt javasolták, hogy a perifériás eszközök csatlakoztatására a processzor helyi buszát használják, ennek eredményeként megszületett a VLB (VESA Local Bus - a VESA szabvány szerinti helyi busz ). A 25 MHz-től 50 MHz-ig terjedő és 32 bit szélességű külső processzor órajelen működő VLB körülbelül 130 MiB/s-os csúcsteljesítményt biztosított. Ez már bőven elég volt az összes létező alkalmazáshoz, ráadásul nem csak videoadapterekhez használható, három csatlakozóhely megléte és visszafelé kompatibilitás az ISA-val (a VLB csak egy újabb 116 tűs csatlakozó az ISA slot mögött) elég hosszú élettartamot és sok alaplap- és perifériális lapkakészlet-gyártó által nyújtott támogatást garantált, annak ellenére, hogy a 40 MHz-es és 50 MHz-es frekvenciákon még két csatlakoztatott eszköz működésének biztosítása is problémásnak tűnt a túl magas feszültség miatt. a központi processzor fokozatainak terhelése (végül is a legtöbb vezérlő áramkör a VLB-ről közvetlenül a processzorra ment, pufferelés nélkül).
És mégis, figyelembe véve azt a tényt, hogy nemcsak a videoadapter kezdett nagy sebességű információcserét igényelni, hanem az összes eszköz VLB-hez való csatlakoztatásának nyilvánvaló lehetetlensége (és egy olyan platformok közötti megoldás szükségessége, amely nem korlátozódik csak PC-khez), a PCI busz (Peripheral Component Interconnect - külső komponensek integrációja) mindenekelőtt a Pentium processzorok alaplapjain jelent meg. A PC-platform teljesítményét tekintve minden maradt a régiben - 33 MHz-es busz órajellel és 32/32 bites bitmélységgel 133 MiB / s csúcsteljesítményt biztosított - ugyanaz, mint a VLB. Ez azonban kényelmesebb volt, és végül felváltotta a VLB buszt a 486 osztályú processzorok alaplapjain.
A Pentium II processzor megjelenésével és a PC komoly igényével a nagy teljesítményű munkaállomások piacára, valamint az összetett grafikával rendelkező 3D-s játékok megjelenésével világossá vált, hogy a PC-platformon meglévő PCI sávszélesség (jellemzően 33 MHz) és 32 bites bitmélység), hamarosan nem lesz elég a rendszer igényeinek kielégítésére. Ezért az Intel úgy döntött, hogy külön buszt készít a grafikus alrendszer számára, kissé frissítette a PCI buszt, az új buszt külön memória-hozzáféréssel látta el, néhány speciális videoadapter kérés támogatásával, és AGP -nek (Accelerated Graphics Port - Accelerated Graphics Port) nevezte el. . Az AGP busz 32 bit széles és 66 MHz-en működik. A csatlakozó első verziója 1x és 2x adatátviteli módokat támogat, a második - 4x, a harmadik - 8x. Ezekben a módokban ciklusonként egy, kettő, négy vagy nyolc 32 bites szó kerül átvitelre. Az AGP verziói nem mindig voltak kompatibilisek egymással, mivel a különböző verziókban eltérő tápfeszültséget használtak. A berendezés károsodásának elkerülése érdekében a csatlakozóban kulcsot használtak. A csúcsteljesítmény 1x módban 266 MiB/s. A PCI és AGP buszokra épülő videoadapterek teljesítménye elenyésző, mivel az AGP busz már nem felel meg az új PC-k teljesítményigényének, ráadásul nem tudja biztosítani a szükséges tápellátást. E problémák megoldására egy PCI-busz-bővítést hoztak létre – a PCI Express 1.0, 1.1, 2.0, 2.1, 3.0 és a legújabb 4.0 verziókat. Ez egy soros interfész, ellentétben az AGP-vel, átviteli sebessége elérheti a több tíz Gb / s-ot. Jelenleg szinte teljes mértékben elutasították az AGP buszt a PCI Express javára. Érdemes azonban megjegyezni, hogy egyes gyártók továbbra is kínálnak PCI és AGP interfésszel ellátott videokártyákat – ez sok esetben meglehetősen egyszerű módja annak, hogy egyes grafikus feladatokban drámai módon megnöveljük egy elavult PC teljesítményét.
Az MDA, Hercules, EGA és CGA videoadapterek 9 tűs D - Sub csatlakozóval voltak felszerelve . Időnként volt egy koaxiális kompozit videócsatlakozó is , amely lehetővé tette, hogy fekete-fehér képet továbbítson egy alacsony frekvenciájú videobemenettel ellátott televíziókészülékre vagy monitorra.
A VGA és későbbi videoadapterek általában csak egy VGA-csatlakozóval rendelkeztek ( 15 tűs D-Sub ). Alkalmanként a VGA-adapterek korai verziói is rendelkeztek előző generációs (9 tűs) csatlakozóval a régebbi monitorokkal való kompatibilitás érdekében. A munkakimenet kiválasztását a videoadapter kártyán található kapcsolók határozták meg.
Az alaplapok DVI- vagy HDMI -csatlakozóval vagy DisplayPort -csatlakozóval vannak felszerelve, egytől háromig (egyes legújabb generációs ATI videokártyák hat csatlakozóval rendelkeznek).
A DVI és HDMI portok a videojelátviteli szabvány fejlődésének evolúciós állomásai, ezért adapterek használhatók az ilyen típusú portokkal rendelkező eszközök csatlakoztatására (a DVI csatlakozó a D-Sub aljzathoz analóg jel, a HDMI csatlakozó a DVI-D-hez A jack egy digitális jel, amely nem támogatja a szerzői jogok műszaki védelmét ( High Bandwidth Digitális másolásvédelem , HDCP ) , ezért nincs lehetőség többcsatornás hang és jó minőségű képek továbbítására) . A DVI-I port analóg jeleket is tartalmaz, lehetővé téve a monitor csatlakoztatását egy régebbi D-SUB csatlakozóhoz (a DVI-D ezt nem teszi lehetővé).
A DisplayPort lehetővé teszi akár négy eszköz csatlakoztatását, beleértve az audioeszközöket, USB -elosztókat és egyéb I/O-eszközöket.
Kompozit és komponens S-Video kimenetek is elhelyezhetők a videokártyán ; videó bemenet is (a továbbiakban: ViVo )
A hűtőrendszert úgy tervezték, hogy a videoprocesszor és (gyakran) a videomemória hőmérsékletét elfogadható határokon belül tartsa.
A videokártya specifikációjában a fejlesztő lehetőséget biztosít a gyártók számára történő testreszabására. Például a gyártók kiválaszthatják a kondenzátorok kapacitását és típusát (POSCAP, SP-CAP, MLCC). A nem megfelelő tesztelés vagy az olcsóbb alkatrészek használata a videokártyák instabil működéséhez vezethet. [23]
Az alaplap rendszerlogikai készletébe integrált vagy a CPU részét képező videokártyák általában nem rendelkeznek saját videomemóriával, és a számítógép RAM-jának egy részét a saját igényeikre használják ( UMA - Unified Memory Access ).
A videokártyát jellemző fontos műszaki jellemzők közé tartozik az integrált hűtőrendszer, ha van ilyen, valamint az adatátviteli interfészek csatlakozói [24] [25] .
A grafikus adapterek legnagyobb teljesítményű osztálya. Általában a nagy sebességű PCI Express adatbuszhoz csatlakozik . Korábban AGP buszokhoz (csak videokártyák csatlakoztatására szolgáló speciális adatcserebusz), PCI , VESA és ISA videokártyák voltak csatlakoztatva . A videokártyák a PCI Express buszon keresztül csatlakoznak , és minden más típusú csatlakozás elavult. Az IBM-kompatibilistől eltérő architektúrájú számítógépeken más típusú videokártya-csatlakozások is voltak.
Előfordulhat, hogy a diszkrét kártyát nem feltétlenül távolítjuk el az eszközről (például laptopokon a diszkrét kártya gyakran az alaplapra van forrasztva). Diszkrétnek nevezik, mivel külön chip (vagy lapkakészlet) formájában készül, és nem része más számítógépes komponenseknek (ellentétben az alaplapi rendszer logikai chipjébe vagy közvetlenül a központi processzorba épített grafikus megoldásokkal) . A legtöbb különálló grafikus kártya saját véletlen elérésű memóriával (VRAM) rendelkezik, amely gyakran nagyobb hozzáférési sebességgel vagy gyorsabb hozzáférési busszal rendelkezik, mint a hagyományos számítógépes RAM. Bár korábban léteztek olyan videokártyák, amelyek a fő RAM egészét vagy egy részét használták a grafikus információk tárolására és feldolgozására, a videokártyák saját videomemóriát használnak. Ezenkívül néha (de meglehetősen ritkán) vannak olyan videokártyák, amelyek RAM-ja nem külön memóriachipek formájában van telepítve, hanem a grafikus chip része (külön kristályok formájában vagy ugyanazon a chipen a grafikus processzorral).
A különálló lapkakészletként, nem pedig más chipek részeként megvalósított különálló grafikus kártyák meglehetősen összetettek és sokkal erősebbek lehetnek, mint az integrált grafikus kártyák. Emellett a saját videomemóriával rendelkező diszkrét videokártyáknak nem kell megosztaniuk a RAM-ot más számítógépes komponensekkel (elsősorban a központi processzorral). A saját RAM lehetővé teszi, hogy ne pazarolja a fő RAM-ot olyan információk tárolására, amelyekre a központi processzornak és más számítógép-összetevőknek nincs szüksége. Másrészt a videoprocesszornak nem kell sorban állnia ahhoz, hogy hozzáférjen a számítógép RAM-jához, amelyhez jelenleg a központi processzor és más alkatrészek is hozzáférhetnek. Mindez pozitív hatással van a diszkrét grafikus kártyák teljesítményére az integrált grafikához képest.
Az olyan technológiák, mint az Nvidia SLI és az AMD CrossFire lehetővé teszik több grafikus adapter párhuzamos futtatását ugyanarra a feladatra.
Az integrált grafikus adapterek nem rendelkeznek saját memóriával, és a számítógép RAM-ját használják, ami rontja a teljesítményt. Bár az Intel Iris Graphics a Broadwell processzorgeneráció óta 128 megabájt L4 gyorsítótárral rendelkezik, a memória többi részét el tudja venni a számítógép RAM-jából [26] . A beágyazott grafikus megoldásokat a hordozható eszközök alacsony fogyasztásuk miatt alkalmazzák. Teljesítményük már elég magas szinten van, és lehetővé teszi egyszerű háromdimenziós játékok lejátszását.
Az integrált GPU-k ugyanazon a chipen találhatók, mint a CPU (például Intel HD Graphics vagy Intel Iris Graphics ), a korábbi generációk (például Intel GMA ) külön chipként helyezkedtek el.
A hibrid megoldásokat ott alkalmazzák, ahol energiahatékonyság és nagy grafikus teljesítmény is szükséges, lehetővé téve az integrált grafikus adapter használatát a mindennapi feladatok során, és a különálló grafikus adaptert csak ott, ahol szükséges.
A hibrid grafika megjelenése előtt a gyártók a beépített mellé különálló adaptert is építettek, ezek közötti váltáshoz újraindítás kellett, ami nem volt túl felhasználóbarát. A hibrid adapterek csak az integrált grafikus adaptert használják a megjelenítéshez, de egyes számítások átvihetők egy különálló grafikus kártyára, ahelyett, hogy önmagukban végeznék őket. A felhasználó számára a videoadapterek közötti váltás láthatatlanná válik. Ilyen megoldás például az Nvidia Optimus technológiája és az AMD DualGraphics technológiája.
GPGPU (Eng. General-purpose computing for grafikai feldolgozó egységek, nem speciális számítások grafikus processzorokon) - videokártya grafikus processzorának használata párhuzamos számításokhoz. A grafikus adapterek akár több ezer processzorral is rendelkezhetnek, így a grafikus kártyákon egyes feladatok nagyságrenddel gyorsabban megoldhatók, mint a központi processzorokon. Az ezt a technológiát használó alkalmazások olyan technológiákkal íródnak, mint az OpenCL vagy a CUDA .
Az eGPU kifejezés a számítógépen kívül elhelyezett különálló grafikus kártyát jelent [27] . Használható például a laptopok 3D-s alkalmazásaiban a teljesítmény növelésére.
Általában a PCI Express az egyetlen alkalmas busz erre a célra. A port lehet ExpressCard , mPCIe (PCIe ×1, legfeljebb 5 vagy 2,5 Gb / s ) vagy Thunderbolt 1, 2 vagy 3 port (PCIe × 4, legfeljebb 10, 20 vagy 40 Gb / s, illetve) [28 ] [29] .
2016 -ban az AMD kísérletet tett a külső GPU-k szabványosítására [30] .
Szoftver szinten a videoprocesszor egyik vagy másik alkalmazásprogramozási felületet (API) használ a számítások ( háromdimenziós grafikus számítások) szervezéséhez.
A legelső mainstream gyorsítók a Glide nevű 3D grafikus API-t használták, amelyet a 3dfx Interactive fejlesztett ki a Voodoo Graphics saját GPU-jain alapuló videokártyákhoz.
Ezután a videokártyák gyorsítóinak generációit meg lehet számolni az általuk támogatott DirectX verzió szerint. A következő generációk vannak:
A DirectX 11 megjelenésével és az API Feature Level (FLxx) támogatási modell megjelenésével a legtöbb videokártya már nincs a DirectX egy adott verziójához kötve .
Ezenkívül a grafikus adapter helyes és teljes körű működését a videokártya - a videokártya gyártója által szállított és az operációs rendszer indításakor betöltött speciális szoftver - biztosítja. A video-illesztőprogram interfészként működik a rajta futó alkalmazások és a videoadapter között. Csakúgy, mint a videó BIOS , a video-illesztőprogram szervezi és programozottan vezérli a videoadapter minden részének működését speciális vezérlőregisztereken keresztül, amelyek a megfelelő buszon keresztül érhetők el.
Az eszközillesztő általában egy vagy több kártyát támogat, és kifejezetten egy adott operációs rendszerhez (OS) kell írni.
A legtöbb eszközhöz szabadalmaztatott illesztőprogramok szükségesek az összes funkció használatához, ezek az illesztőprogramok a népszerű operációs rendszerekhez általában az eszközhöz tartoznak, és gyakran ingyenesen letölthetők a gyártó webhelyéről. Számos nyílt forráskódú videokártya-illesztőprogram van fejlesztés alatt , de sok közülük csak a kártyák alapvető funkcióit tudja használni.
A videokártyán történő bányászat a kriptovaluta grafikus feldolgozóegységek (GPU-k) segítségével történő bányászatának folyamata. A kriptovaluta bányászatához processzorok helyett videokártyákat használnak, mivel azok több információt dolgoznak fel rövidebb idő alatt. Egyetlen hátrányuk a magas villamosenergia-fogyasztás, de a magas megtérülés könnyen kompenzálja ezt a gyengeséget [31] .
A bányászathoz teljes értékű diszkrét videokártyákat használnak, a processzorba integrált chipeket nem. A neten is vannak cikkek a külső videokártyán való bányászatról, de ez sem működik minden esetben és nem is a legjobb megoldás [32] .
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
PC-kompatibilis videoadapterekhez és monitorokhoz | Szabványok||
---|---|---|
Videó adapterek | ||
Képernyőfelbontás | ||
Szélesvásznú opciók | ||
Egyéb |