Укажите как называется устройство преобразующее изображение

Видеокарта

Видеока́рта (также видеоада́птер, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель) — электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.

В настоящее время, однако, эта базовая функция, оставаясь нужной и востребованной, ушла в тень, перестав определять уровень возможностей формирования изображения — качество видеосигнала (чёткость изображения) очень мало связано с ценой и техническим уровнем современной видеокарты. В первую очередь, сейчас под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором — графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа. Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, все современные видеокарты Nvidia и AMD (ATi) осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP). Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты — как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ); в этом случае устройство, строго говоря, не может быть названо видеокартой.

Содержание

История

Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 году. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью использовавшегося монитора. Обычно они были белыми, янтарными или изумрудными на чёрном фоне. Фирма Hercules в 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller — графический адаптер Геркулес), который имел графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.

Первой цветной видеокартой стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная IBM и ставшая основой для последующих стандартов видеокарт. Она могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 знакомест и 80×25 знакомест (матрица символа — 8×8), либо в графическом с разрешениями 320×200 точек или 640×200 точек. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был монохромным. В развитие этой карты появился EGA (Enhanced Graphics Adapter) — улучшенный графический адаптер, с расширенной до 64 цветов палитрой, и промежуточным буфером. Было улучшено разрешение до 640×350, в результате добавился текстовый режим 80×43 при матрице символа 8×8. Для режима 80×25 использовалась большая матрица — 8×14, одновременно можно было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим также позволял использовать при разрешении 640×350 16 цветов из палитры в 64 цвета. Был совместим с CGA и MDA.

Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3 или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.

В ранних моделях компьютеров от IBM PS/2, появляется новый графический адаптер MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер). Текстовое разрешение было поднято до 640×400, что позволило использовать режим 80×50 при матрице 8×8, а для режима 80×25 использовать матрицу 8×16. Количество цветов увеличено до 262144 (64 уровня яркости по каждому цвету), для совместимости с EGA в текстовых режимах была введена таблица цветов, через которую выполнялось преобразование 64-цветного пространства EGA в цветовое пространство MCGA. Появился режим 320x200x256, где каждый пиксел на экране кодировался соответствующим байтом в видеопамяти, никаких битовых плоскостей не было, соответственно с EGA осталась совместимость только по текстовым режимам, совместимость с CGA была полная. Из-за огромного количества яркостей основных цветов возникла необходимость использования уже аналогового цветового сигнала, частота строчной развертки составляла уже 31,5 кГц.

Потом IBM пошла ещё дальше и сделала VGA (Video Graphics Array — графический видео массив), это расширение MCGA, совместимое с EGA и введённое в средних моделях PS/2. Это фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлены: текстовое разрешение 720×400 для эмуляции MDA и графический режим 640×480 с доступом через битовые плоскости. Режим 640×480 замечателен тем, что в нём используется квадратный пиксел, то есть соотношение числа пикселов по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3. Дальше появился IBM 8514/a с разрешениями 640x480x256 и 1024x768x256, и IBM XGA с текстовым режимом 132×25 (1056×400) и увеличенной глубиной цвета (640x480x65K).

С 1991 года появилось понятие SVGA (Super VGA — «сверх» VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких режимов и дополнительного сервиса, например возможности поставить произвольную частоту кадров. Число одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные текстовые режимы. Из сервисных функций появляется поддержка VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA). SVGA воспринимается как фактический стандарт видеоадаптера где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.

Графический пользовательский интерфейс, появившийся во многих операционных системах, стимулировал новый этап развития видеоадаптеров. Появляется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator). Это видеоадаптеры, которые производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне. К числу этих функций относятся: перемещение больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например, при перемещении окна), заливка участков изображения, рисование линий, дуг, шрифтов, поддержка аппаратного курсора и т. п. Прямым толчком к развитию столь специализированного устройства явилось то, что графический пользовательский интерфейс, несомненно, удобен, но его использование требует от центрального процессора немалых вычислительных ресурсов, и современный графический ускоритель как раз и призван снять с него львиную долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран.

Устройство

Современная видеокарта состоит из следующих частей:

Графический процессор (Graphics processing unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, задаёт все низкоуровневые параметры видеокарты, в том числе рабочие частоты и питающие напряжения графического процессора и видеопамяти, тайминги памяти. Также, VBIOS содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.

Видеопамять выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры Uniform Memory Access в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП; RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter ) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий — RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

Видеоадаптеры MDA, Hercules, EGA и CGA оснащались 9-контактным разъёмом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разъём Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом.
Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разъём предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера.
В настоящее время платы оснащают разъёмами DVI или HDMI, либо DisplayPort в количестве от одного до трёх (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью коннекторами). Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников. Порт DVI-I также включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъём D-SUB (DVI-D не позволяет этого сделать). DisplayPort позволяет подключать до четырёх устройств, в том числе аудиоустройства, USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода.

Также на видеокарте могут быть размещены композитный и компонентный S-Video видеовыход; также видеовход (обозначаются, как ViVo)

Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.

Также, правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

Интерфейс

Первое препятствие к повышению быстродействия видеосистемы — это интерфейс передачи данных, к которому подключён видеоадаптер. Как бы ни был быстр процессор видеоадаптера, большая часть его возможностей останется незадействованной, если не будут обеспечены соответствующие каналы обмена информацией между ним, центральным процессором, оперативной памятью компьютера и дополнительными видеоустройствами. Основным каналом передачи данных является, конечно, интерфейсная шина материнской платы, через которую обеспечивается обмен данными с центральным процессором и оперативной памятью. Самой первой шиной использовавшейся в IBM PC была XT-Bus, она имела разрядность 8 бит данных и 20 бит адреса и работала на частоте 4,77 МГц. Далее появилась шина ISA (Industry Standart Architecture — архитектура промышленного стандарта), соответственно она имела разрядность 16/24 бит и работала на частоте 8 МГц. Пиковая пропускная способность составляла чуть больше 5,5 МиБ/с. Этого более чем хватало для отображения текстовой информации и игр с шестнадцатицветной графикой.

Дальнейшим рывком явилось появление шины MCA (Micro Channel Architecture) в новой серии компьютеров PS/2 фирмы IBM. Она уже имела разрядность 32/32 бит и пиковую пропускную способность 40 МиБ/с. Но то обстоятельство, что архитектура MCI являлась закрытой (собственностью IBM), побудило остальных производителей искать иные пути увеличения пропускной способности основного канала доступа к видеоадаптеру.

С появлением процессоров серии 486, было предложено использовать для подключения периферийных устройств локальную шину самого процессора, в результате родилась VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA). Работая на внешней тактовой частоте процессора, которая составляла от 25 МГц до 50 МГц и имея разрядность 32 бит, шина VLB обеспечивала пиковую пропускную способность около 130 МиБ/с. Этого уже было более чем достаточно для всех существовавших приложений, помимо этого возможность использования её не только для видеоадаптеров, наличие трёх слотов подключения и обеспечение обратной совместимости с ISA (VLB представляет собой просто ещё один 116 контактный разъём за слотом ISA) гарантировали ей достаточно долгую жизнь и поддержку многими производителями чипсетов для материнских плат и периферийных устройств, даже несмотря на то, что при частотах 40 МГц и 50 МГц обеспечить работу даже двух устройств подключенных к ней представлялось проблематичным из-за чрезмерно высокой нагрузки на каскады центрального процессора (ведь большинство управляющих цепей шло с VLB на процессор напрямую, безо всякой буферизации).

И всё-таки, с учётом того, что не только видеоадаптер стал требовать высокую скорость обмена информацией, и явной невозможности подключения к VLB всех устройств (и необходимостью наличия межплатформенного решения, не ограничивающегося только PC), была разработана шина PCI (Periferal Component Interconnect — объединение внешних компонентов) появившаяся, в первую очередь, на материнских платах для процессоров Pentium. С точки зрения производительности на платформе PC всё осталось по-прежнему — при тактовой частоте шины 33 МГц и разрядности 32/32 бит она обеспечивала пиковую пропускную способность 133 МиБ/с — столько же, сколько и VLB. Однако она была удобнее и, в конце концов, вытеснила шину VLB и на материнских платах для процессоров класса 486.

С появлением процессоров Pentium II и серьёзной заявкой PC на принадлежность к рынку высокопроизводительных рабочих станций, а также с появлением 3D-игр со сложной графикой стало ясно, что пропускной способности PCI в том виде, в каком она существовала на платформе PC (обычно частота 33 МГц и разрядность 32 бит), скоро не хватит на удовлетворение запросов системы. Поэтому фирма Intel решила сделать отдельную шину для графической подсистемы, несколько модернизировала шину PCI, обеспечила новой получившейся шине отдельный доступ к памяти с поддержкой некоторых специфических запросов видеоадаптеров и назвала это AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт). Разрядность шины AGP составляет 32 бит, рабочая частота 66 МГц. Первая версия разъёма поддерживала режимы передачи данных 1x и 2x, вторая — 4x, третья — 8x. В этих режимах за один такт передаются соответственно одно, два, четыре или восемь 32-разрядных слов. Версии AGP не всегда были совместимы между собой в связи с использованием различных напряжений питания в разных версиях. Для предотвращения повреждения оборудования использовался ключ в разъёме. Пиковая пропускная способность в режиме 1x — 266 МиБ/с. Выпуск видеоадаптеров на базе шин PCI и AGP на настоящий момент ничтожно мал, так как шина AGP перестала удовлетворять современным требованиям для мощности новых ПК, и, кроме того, не может обеспечить необходимую мощность питания. Для решения этих проблем создано расширение шины PCI — PCI Express версий 1.0, 1.1 и 2.0. Это последовательный, в отличие от AGP, интерфейс, его пропускная способность может достигать нескольких десятков ГБ/с. На данный момент произошёл практически полный отказ от шины AGP в пользу PCI Express. Однако стоит отметить, что некоторые производители до сих пор предлагают достаточно современные по своей конструкции видеоплаты с интерфейсами PCI и AGP — во многих случаях это достаточно простой путь резко повысить производительность морально устаревшего ПК в некоторых графических задачах.

Видеопамять

Кроме шины данных второе узкое место любого видеоадаптера — это пропускная способность (англ. bandwidth ) памяти самого видеоадаптера. Причём, изначально проблема возникла даже не столько из-за скорости обработки видеоданных (это сейчас часто стоит проблема информационного «голода» видеоконтроллера, когда он данные обрабатывает быстрее, чем успевает их читать/писать из/в видеопамять), сколько из-за необходимости доступа к ним со стороны видеопроцессора, центрального процессора и RAMDAC’а. Дело в том, что при высоких разрешениях и большой глубине цвета для отображения страницы экрана на мониторе необходимо прочитать все эти данные из видеопамяти и преобразовать в аналоговый сигнал, который и пойдёт на монитор, столько раз в секунду, сколько кадров в секунду показывает монитор. Возьмём объём одной страницы экрана при разрешении 1024×768 точек и глубине цвета 24 бит (True Color), это составляет 2,25 МБ. При частоте кадров 75 Гц необходимо считывать эту страницу из памяти видеоадаптера 75 раз в секунду (считываемые пикселы передаются в RAMDAC, и он преобразовывает цифровые данные о цвете пиксела в аналоговый сигнал, поступающий на монитор), причём, ни задержаться, ни пропустить пиксел нельзя, следовательно, номинально потребная пропускная способность видеопамяти для данного разрешения составляет приблизительно 170 МБ/с, и это без учёта того, что необходимо и самому видеоконтроллеру писать и читать данные из этой памяти. Для разрешения 1600x1200x32 бит при той же частоте кадров 75 Гц, номинально потребная пропускная составляет уже 550 МБ/с. Для сравнения, процессор Pentium-2 имел пиковую скорость работы с памятью 528 МБ/с. Проблему можно было решать двояко — либо использовать специальные типы памяти, которые позволяют одновременно двум устройствам читать из неё, либо ставить очень быструю память. О типах памяти и пойдёт речь ниже.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхронный доступ, при котором управляющие сигналы не привязаны жёстко к тактовой частоте системы. Активно применялся примерно до 1996 г.

(Video RAM — видео ОЗУ) — так называемая двухпортовая DRAM. Этот тип памяти обеспечивает доступ к данным со стороны сразу двух устройств, то есть есть возможность одновременно писать данные в какую-либо ячейку памяти, и одновременно с этим читать данные из какой-нибудь соседней ячейки. За счёт этого позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки при доступе и увеличивает скорость работы. То есть RAMDAC может свободно выводить на экран монитора раз за разом экранный буфер, ничуть не мешая видеопроцессору осуществлять какие-либо манипуляции с данными. Но это всё та же DRAM и скорость у неё не слишком высокая.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) — тип памяти с элементами конвейеризации, позволяющий несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью приблизительно на 25 %.

(Synchronous Dynamic RAM — синхронное динамическое ОЗУ) пришёл на замену EDO DRAM и других асинхронных однопортовых типов памяти. После того, как произведено первое чтение из памяти или первая запись в память, последующие операции чтения или записи происходят с нулевыми задержками. Этим достигается максимально возможная скорость чтения и записи данных.

(Double Data Rate) — вариант SDRAM с передачей данных по двум срезам сигнала, получаем в результате удвоение скорости работы. Дальнейшее развитие пока происходит в виде очередного уплотнения числа пакетов в одном такте шины — DDR2 SDRAM (GDDR2), DDR3 SDRAM (GDDR3) и т. д.

(Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) вариант DRAM с синхронным доступом. В принципе, работа SGRAM полностью аналогична SDRAM, но дополнительно поддерживаются ещё некоторые специфические функции, типа блоковой и масочной записи. В отличие от VRAM и WRAM, SGRAM является однопортовой, однако может открывать две страницы памяти как одну, эмулируя двухпортовость других типов видеопамяти.

MDRAM (Multibank DRAM — многобанковое ОЗУ) — вариант DRAM, разработанный фирмой MoSys, организованный в виде множества независимых банков объёмом по 32 КиБ каждый, работающих в конвейерном режиме.

(RAMBus DRAM) — память, использующая специальный канал передачи данных (Rambus Channel), представляющий собой шину данных шириной в один байт. По этому каналу удаётся передавать информацию очень большими потоками, наивысшая скорость передачи данных для одного канала на сегодняшний момент составляет 1600 МБ/с (частота 800 МГц, данные передаются по обоим срезам импульса). На один такой канал можно подключить несколько чипов памяти. Контроллер этой памяти работает с одним каналом Rambus, на одной микросхеме логики можно разместить четыре таких контроллера, значит теоретически можно поддерживать до 4 таких каналов, обеспечивая максимальную пропускную способность в 6,4 ГБ/с. Минус этой памяти — нужно читать информацию большими блоками, иначе её производительность резко падает.

Пиковая скорость передачи данных

Объём памяти большого количества современных видеокарт варьируется от 33 МБ (напр. Matrox G550) [1] до 6 ГБ (напр. NVIDIA Quadro 6000). [2] Поскольку доступ к видеопамяти GPU и другими электронным компонентами должен обеспечивать желаемую высокую производительность всей графической подсистемы в целом, используются специализированные высокоскоростные типы памяти, такие как SGRAM, двухпортовые (англ. dual-port ) VRAM, WRAM, другие. Приблизительно с 2003 года, видеопамять, как правило, базировалась на основе DDR технологии памяти SDRAM, с удвоенной эффективной частотой (передача данных синхронизируется не только по нарастающему фронту тактового сигнала, но и ниспадающему). И в дальнейшем DDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Пиковая скорость передачи данных (пропускная способность) памяти современных видеокарт достигает 327 ГБ/с (напр. у NVIDIA GeForce GTX 580 или 320 ГБ/с у AMD Radeon™ HD 6990). [3] [4]

Видеопамять используется для временного сохранения, помимо непосредственно данных изображения, и другие: текстуры, шейдеры, вершинные буферы (en:vertex buffer objects, VBO), Z-буфер (удалённость элементов изображения в 3D графике), и тому подобные данные графической подсистемы (за исключением, по большей части данных Video BIOS, внутренней памяти графического процессора и т. п.) и коды.

Характеристики видеокарт

ширина шины памяти, измеряется в битах — количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.
объём видеопамяти, измеряется в мегабайтах — объём собственной оперативной памяти видеокарты. Больший объём далеко не всегда означает большую производительность.

Видеокарты, интегрированные в набор системной логики материнской платы или являющиеся частью ЦПУ, обычно не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера (UMA — Unified Memory Access).

частоты ядра и памяти — измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
текстурная и пиксельная скорость заполнения, измеряется в млн. пикселов в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.

3D-ускорители

3D ускоритель — плата расширения (PCI, PCI-E, AGP, ISA), которая отвечает за ускорение 2D, а позднее за ускорение 3D графики. Самым первым 3D ускорителем стала видеокарта от NVidia — Diamond Edge 3D 3400.

Игровые видеоускорители

Игровые видеоускорители — это такие видеокарты, которые ориентированы на ускорение 3D графики в играх. На данный момент самыми быстрыми настольными видеокартами являются NVIDIA GeForce GTX 690 и AMD Radeon HD 7990. Для ноутбуков самыми быстрыми являются NVIDIA GeForce GTX 680M и AMD Radeon HD 7970M.

Профессиональные видеоускорители

Профессиональные графические карты — видеокарты, ориентированные на работу в мощных графических станциях и использования в профессиональных математических и графических пакетах 2D- и 3D-моделирования, на которые ложится значительная нагрузка при обсчёте и прорисовке моделей проектируемых объектов.

Ядра профессиональных видеоускорителей основных производителей, AMD и NVIDIA, «изнутри» мало отличаются от их игровых собратьев. Они давно унифицировали свои GPU и используют их в разных областях. Именно такой ход и позволил этим фирмам вытеснить с рынка компании, занимавшиеся разработкой и продвижением специализированных графических чипов для профессиональных применений.

Особое внимание уделяется подсистеме видеопамяти, поскольку это — особо важная составляющая профессиональных ускорителей, на долю которой выпадает основная нагрузка при работе с моделями гигантского объёма.

Интегрированные (встроенные) видеокарты

IGP (сокр. от англ. Integrated Graphics Processor , дословно — интегрированный графический процессор) — графический процессор (GPU), встроенный (интегрированный) в материнскую плату. Синонимы: интегрированная графика (Integrated Graphics); интегрированный графический контроллер; встроенный в чипсет видеоадаптер; встроенный (интегрированный) графический контроллер; встроенный (интегрированный) графический чип (Integrated graphics chip); графический чип, интегрированный в чипсет. Встроенная графика позволяет построить компьютер без отдельной видеоплаты, что сокращает стоимость и энергопотребление систем. Данное решение обычно используется в ноутбуках, настольных компьютерах нижней ценовой категории и бизнес-компьютерах (для которых не требуется высокий уровень производительности графической системы). В качестве видеопамяти данные графические системы используют оперативную память компьютера, что приводит к ограничениям производительности, так как и центральный и графический процессоры для доступа к памяти используют одну шину. Как и «стационарные» видеокарты мобильные видеоадаптеры разделяются на три основных вида, в зависимости от способа сообщения видеоядра и видеопамяти:

Графика с разделяемой памятью — под нужды видеоадаптера динамически выделяется область основного ОЗУ компьютера.
Дискретная графика — на системной плате или (реже) на отдельном модуле распаяны видеочип и один или несколько модулей видеопамяти.
Гибридная дискретная графика — комбинация вышеназванных способов — небольшой объём физически распаянной на плате видеопамяти, который может виртуально расширяться за счёт использования основной оперативной памяти.

Программное обеспечение

На программном уровне видеопроцессор для своей организации вычислений (расчётов трёхмерной графики) использует тот или иной интерфейс прикладного программирования (API).

Самые первые ускорители использовали Glide — API для трёхмерной графики, разработанный 3dfx Interactive для видеокарт на основе собственных графических процессоров Voodoo Graphics.

Затем поколения ускорителей в видеокартах можно считать по версии DirectX, которую они поддерживают. Различают следующие поколения:

DirectX 7 — карта не поддерживает шейдеры, все картинки рисуются наложением текстур;
DirectX 8 — поддержка пиксельных шейдеров версий 1.0, 1.1 и 1.2, в DX 8.1 ещё и версию 1.4, поддержка вершинных шейдеров версии 1.0;
DirectX 9 — поддержка пиксельных шейдеров версий 2.0, 2.0a и 2.0b, 3.0;
DirectX 10 — поддержка унифицированных шейдеров версии 4.0;
DirectX 10.1 — поддержка унифицированных шейдеров версии 4.1;
DirectX 11 — поддержка унифицированных шейдеров версии 5.0;
DirectX 11.1 — поддержка унифицированных шейдеров версии 5.1.

Также поколения ускорителей в видеокартах можно считать по версии OpenGL, которую они поддерживают:

Быстрое (базовое) знакомство с устройством компьютера

Компьютер. Как много в этом слове! Из чего же состоит компьютер? Какие устройства образуют компьютер? Какие функции выполняют основные устройства компьютера?

На все эти вопросы мы с вами постараемся ответить в данной заметке. Заметка будет банальной для большинства читателей, но все же эта информация должна присутствовать на проекте pc-assitent.ru

Основные устройства компьютера

из чего состоит компьютер

Устройства обычного, настольного ПК условно можно разделить на внешние и внутренние. Внешние устройства как правило обеспечивают связь пользователя с системой, а также управление ею. Внутренние устройства обеспечивают производительность системы, её работоспособность и составляют аппаратную часть ПК. Как правило внутри системный блок выглядит как на картинке ниже:
Кликните для увеличения

Внешние (периферийные) устройства компьютера

Рассмотрим только основные внешние устройства компьютера, так как если перечислять все, то чернила закончатся Внешние устройства персонального компьютера еще называют периферийными устройствами. Это устройства которые обеспечивают связь компьютера с пользователем, объектами управления либо с другим компьютером, то есть с окружающей средой. Внешние устройства делят на устройства Ввода и Вывода.

Устройства Ввода

Клавиатура. Пожалуй самое главное (во всяком случае на момент написания заметки :)) периферийное устройство Ввода информации в ПК. Клавиатура (в народе еще кличут «Клава») — это набор кнопок (клавиш), которые расположены в определенном порядке. На кнопках изображены буквы, цифры и различные знаки. Также на клавиатуре могут быть установлены дополнительные клавиши для различных действий.

Компьютерная мышь. Устройство Ввода получившее распространение с появление графического интерфейса на ПК. С помощью мышки (кнопок и колесика) можно отдавать различные команды компьютеру и управлять курсором на мониторе. При перемещении компьютерной мышки на горизонтальном столе курсор на мониторе также передвигается (по правилам координатной плоскости). Мышку также называют координатным устройством ввода.
Устройств ввода много. Мы рассмотрели два основных. Кроме них к устройствам ввода можно отнести: сканер, сенсорный экран, микрофон, веб-камеру и т.д.

Устройства вывода

Монитор. Это экран, на который с помощью видеосигнала выводится информация. Видеосигнал формирует электронное внутреннее устройство вывода, которое называется видеокартой. О ней мы еще поговорим чуть ниже.

Принтер. Слово принтер произошло от англ. Printer, Print — печатать. Он предназначен для преобразования цифровой информации хранящейся на компьютере в аналоговую, доступную для нашего с вами понимания, а также для её вывода (распечатывания) в виде текста, рисунка или графики, на твердый физический носитель (бумага).

Акустическая система. Говоря по простому — это звуковые колонки, которые предназначены для вывода звуковой информации. Звуковая карта преобразует цифровую информацию хранящуюся на компьютере в звук и выводит его через акустическую систему. Устройств вывода также много и перечислять их всех нет смысла. Основные из них мы с вами рассмотрели. Поэтому, давайте уже от периферийных (внешних) устройств ПК перейдем к внутренним.

Внутренние устройства компьютера

Материнская плата — основа любого компьютера. В народе её ещё называют материнкой, мамкой, мать. Материнка это как фундамент дома, на котором уже строится все остальное. Также и в системном блоке. Материнская плата представляет собой печатную плату, на которой содержатся слоты, разъемы. В эти разъемы устанавливаются различные компоненты компьютера (внутренние и периферийные).

Процессор — это сердце компьютера. Его еще называют ЦП (центральный процессор), CPU, проц. От его мощности зависит быстродействие компьютера. Чем мощнее проц, тем больше возможностей у компьютера. Процессор крепится в специальный разъем на материнской плате. Его еще называют socket. Есть несколько видов разъемов для ЦП. С каждым годом их становится все больше и они совершенствуются. Нельзя установить процессор в материнскую плату если их socket не подходит друг к другу. Например в материнскую плату с сокетом LGA 1150 можно установить только процессоры от Intel. Для AMD необходима материнка например с сокетом AM3+.

Видеокарта. Её также еще называют графический адаптер, видеоадаптер, графический процессор, GPU. Это одно из основных внутренних устройств ПК, которое определяет скорость обработки графической и видеоинформации. В некоторых материнках бывает свой встроенный видеоадаптер. Он маломощен и поэтому его хватает лишь на просмотр картинок, просмотр интернет страниц и для простых игр. Для того, чтобы играть в более мощные игры с тяжелой графикой лучше всего воспользоваться отдельной, мощной видеокартой.

Оперативная память (ОЗУ, оперативка). ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Из названия уже ясно, что данное устройство предназначено для временного хранения информации. Эта информация передается в ЦП для обработки. Информация в оперативной памяти хранится до тех пор, пока запущена программа. Если программа закрывается, то данные тоже удаляются. Скорость передачи информации из оперативной памяти процессору и обратно в разы быстрее, чем та же самая работа с жестким диском. Чем больше объем памяти ОЗУ тем лучше.

Блок питания. Он обеспечивает все узлы компьютера электро-питанием. Блок питания компьютера Каждое устройство компьютера имеет свое потребление электроэнергии. Важно, чтобы блок питания обладал достаточной мощностью для обеспечения питания в необходимом количестве.

Жесткий диск (HDD, SSD). Основное устройство для хранения информации на компьютере. Его еще называют винчестер. Чем больше объем жесткого диска, тем больше данных можно на нем хранить. Жесткий диск через специальный разъем (SATA) подключается к материнке.

Оптический привод. Он предназначен для чтения и записи информации с CD/DVD дисков. Не любой оптический привод умеет записывать информацию на диск. Правда в настоящее время практически все поддерживают данную возможность. Привод устанавливается в системный блок, где его передняя часть выводится наружу, для того, чтобы была возможность загружать в привод диски.

Система охлаждения. Как правило у видеокарты охлаждение бывает отдельное, но в современных мощных компьютерах есть и общая система охлаждения. Система охлаждения компьютера Она обычно состоит из кулеров (вентиляторы), но в мощных системах используются радиаторы с охлаждающей жидкостью.

Подытожим:

В статье перечислены все основные устройства компьютера: внешние (периферийные) и внутренние. Конечно это не все устройства, которые составляют современный компьютер. Сегодня к компьютерам подключается огромное количество устройств для автоматизирования нашей с вами жизни. Хорошо это или плохо? Об этом не в данной публикации.
На сайте в скором времени выйдут статьи по всем устройствам в отдельности. Это будет цикл статей про то, как правильно выбрать то или иное устройство для компьютера, как не прогадать с его покупкой, как сделать оптимальный выбор. Поэтому подпишитесь на обновления и вы не пропустите ни одну интересную заметку.

Что такое видеокарта? Нужно простое и понятное определенее.

Видеока́рта (также видеоада́птер, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель) — электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера) , в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP, PCI Express). Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты — как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ) ; в этом случае устройство, строго говоря, не может быть названо видеокартой.

Устройство вывода изображения на экран. Изображение в компьютере самого по себе нет. Там же плавает набор цифр и сигналов. Происходящее там внутри надо как-то отображать. Простейший пример — индикаторы на корпусе. Лампочки (светодиоды) , которые горят когда компьютер включен. Ещё одна лампочка — работа жесткого диска: мигает — идёт запись или считывание. Но для того чтобы понять работает компьютер или нет достаточно двух положение — горит/не горит, а более сложные процессы требуют более сложной системы индикации. Это видеоадаптер. Он преобразует набор невидимы сигналов в видимый образ. Опять же простейший пример — калькулятор. Экран на нём показывает нам что мы вводим, но самой плате калькулятора это вообще не нужно — он и так посчитает всё правильно, но мы этого не увидим. Вот экранчик и визуализирует циферки. Видеокарта делает то же самое.

УСТРОЙСТВА,ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

Передающая телевизионная трубка — общее название класса электронно-лучевых устройств, преобразующих движущееся изображение в телевизионный видеосигнал. Главная составная часть телевизионных передающих камер и видеокамер, использовавшаяся до появления полупроводниковых светочувствительных матриц

Первоначально основывались на внешнем фотоэффекте, позднее — на внутреннем. Самые известные представители, в порядке появления — иконоскоп, суперортикон, видикон.

Иконоскоп — первая электронная передающая телевизионная трубка, изобретена и запатентована В. К. Зворыкиным, работавшим в это время в компании Radio Corporation of America. В основе работы иконоскопа лежат явления внешнего фотоэффекта и накопление зарядов.

Советские источники приписывают изобретение иконоскопа С. И. Катаеву, который подал заявку на полтора месяца раньше Зворыкина. В действительности, первые работающие экспериментальные образцы иконоскопов были созданы Зворыкиным ещё до 1930 года, а первые опыты по электронному получению и передаче изображений происходили ещё в 1911 году под руководством Б. Л. Розинга в Санкт-Петербурге. Устройство иконоскопа приведено на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Устройство иконоскопа
1 – светочувствительная мишень 7 — модулятор
2 – изоляционная пластина 8 — катод
3 – металлическая пластина 9 – отклоняющая система
4 – второй анод 10 — баллон
5 – фокусирующий электрод 11 — объектив
6 – первый анод

Иконоскоп состоит из вакуумной стеклянной колбы, в которой укреплена светочувствительная мишень, на которую объективом проецируется изображение; приваренной к колбе под углом электронно-лучевой пушки, размещённой сбоку или снизу от объектива; и систем, отклоняющих и фокусирующих электронный луч.

Иконоскоп был прибором, который впервые позволил реализовать чисто электронное телевидение, без механических развёртывающих элементов. Он позволил в сотни раз (с 30х40 до 300х400, а позднее и 1000х1000 элементов) увеличить количество элементов в телевизионном изображении.

Неизменными составными частями передающих телевизионных трубок были светочувствительная мишень, куда проецировалось изображение, и в которой происходило накопление зарядов, и электронно-лучевая пушка, осуществлявшая сканирование мишени. Накопление зарядов происходило в течение всего времени кадра, а считывание — практически мгновенно, при прохождении электронного луча. Для вещательного телевидения соотношение времени накопления и времени считывания — около полумиллиона. Сканирование мишени производилось с помощью отклонения электронного луча магнитным полем, как и в кинескопе. Для увеличения чувствительности и отношения сигнал/шум в конструкцию вводились дополнительные элементы, например, секция переноса, представлявшая собой оптико-электронный преобразователь. В этом случае на мишень падал не свет, а ускоренные электроны, выбитые из фотокатода.

Слово «трубка» в названии является калькой с англ. tube, которым долгое время обозначали все вакуумные электронные приборы. В действительности, форму «трубки» имели только видиконы, остальные приборы помещались в стеклянные баллоны довольно сложной и иногда несимметричной формы.

Габариты передающих телевизионных трубок были весьма большими, до полуметра в длину при размере светочувствительной мишени порядка 1 дециметра. Прогресс способствовал уменьшению размеров, наиболее массовыми в студийных камерах были трубки с диаметром в 1 дюйм, а для применения в бытовой и репортажной аппаратуре были разработаны и полудюймовые видиконы. Как правило, для фокусировки использовалось магнитное поле, так же, как и для отклонения луча, поэтому дополнительно габариты телекамеры увеличивались из-за фокусирующе-отклоняющей системы.

В настоящее время применяются только в узкоспециальном оборудовании, например, в сверхскоростной съёмке

В массовом применении полностью вытеснены полупроводниковыми датчиками изображения.

Наиболее совершенная трубка – видикон. Видико́н (англ. Vidicon, от лат. video — вижу и др.-греч. εἰκών — изображение) — передающая телевизионная трубка с накоплением заряда, действие которой основано на внутреннем фотоэффекте. Наиболее распространенный тип передающей трубки в телевизионных передающих камерах до появления полупроводниковых матриц. Устройство видикона приведено на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Устройство видикона.

Изображение в видиконе проецируется на плоскую мишень из полупроводникового материала, на котором накапливается потенциальный рельеф. Мишень сканируется электронным лучом, подключающим считываемый участок к нагрузке. Рельеф при этом разрушается и восстанавливается к моменту следующего прохода луча.

Видиконы создают видеосигнал при минимальной освещённости мишени от десятых долей до десятков люкс, обеспечивая разрешающую способность от 400 до 10 000 линий. Светочувствительность передающих камер на видиконе ограничена только шумами видеоусилителя и растёт при их уменьшении. Если потери из-за такого ограничения велики (например, при сверхвысоком разрешении), то используются видиконы, в которых отражённый от мишени луч усиливается вторично-электронным умножителем.

Чем выше число строк, тем качественнее, чётче изображение и тем больше информации на экране. В то же время чем выше число строк, тем шире должна быть используемая полоса частот (соответственно тем меньше можно создать телеканалов). Считается, что обычному кинокадру на 35 мм плёнке соответствовало бы телевизионное изображение с 900 строками. В телевидении стандартной четкости такое качество не достигается. Европейский стандарт разложения для передачи использует 625 строк, из которых активных, то есть, видимых на экране — 576. Американский стандарт использует 525 строк из которых активных — 480 (стандарт VGA). Во Франции существовала система с 819 строками, но сейчас она уже вымерла (такой канал занимал полосу 14 МГц). Современные стандарты телевидения высокой четкости предусматривают количество строк 720 и 1080, что обеспечивает высокое качество изображения. Использование для передачи цифрового сжатия потока видеоданных позволяет передавать такое изображение по относительно узкому каналу.