Grafikkort

Grafikkort
Informasjon
Maker
kobles til
hovedkort
Skjerm

Et grafikkort eller skjermkort er et utvidelseskort på datamaskinens hovedkort eller hovedkort som er ansvarlig for å behandle dataene som kommer fra prosessoren og transformere dem til forståelig og representabel informasjon på utgangsenheten (for eksempel: skjerm , TV eller projektor ). Disse kortene bruker en grafikkbehandlingsenhet eller GPU, som ofte feilaktig brukes til å referere til selve grafikkortet. De er også kjent som Display Adapter, Video Adapter, Video Card og Graphics Accelerator Card.

Et skjermkort lar vanligvis brukeren spille videospill, bruke bilderedigeringsapplikasjoner som Adobe Photoshop eller GIMP , videoredigeringsapplikasjoner som Adobe Premiere eller DaVinci Resolve , og datastøttede tegneapplikasjoner som AutoCAD , Revit og ArchiCAD . De brukes også til å utvinne kryptovalutaer .

Noen grafikkort har tilbudt ekstra funksjonalitet som TV-innstilling , videoopptak, MPEG -2- og MPEG-4- dekoding [ 1 ] eller til og med IEEE 1394 ( Firewire ), mus , lyspenn eller joystick -kontakter .

De vanligste grafikkortene er de som er tilgjengelige for datamaskinen som er kompatible med IBM PC , på grunn av den enorme populariteten til disse, men andre arkitekturer bruker også denne typen enheter.

Grafikkort er ikke det eksklusive domenet til IBM -kompatible personlige datamaskiner (PCer) ; enheter som: Commodore Amiga (koblet til via Zorro II- og Zorro III - sporene ), Apple II , Apple Macintosh , Spectravideo SVI-328 , MSX -utstyr og i moderne spillkonsoller , som Nintendo Switch , PlayStation 4 og Xbox One .

Dedikert grafikk og integrert grafikk

Som et alternativ til skjermkort kan videomaskinvare integreres i hovedkortet eller i sentralbehandlingsenheten . Begge tilnærmingene kan forstås som integrert grafikk. Nesten alle datamaskiner med integrert grafikk på hovedkortet kan deaktivere den integrerte grafikkbrikkefunksjonen i BIOS , og har et PCI-spor , eller PCI Express (PCI-E) for å legge til et kort med høyere ytelse i stedet for integrert grafikk. Evnen til å deaktivere integrert grafikk tillater noen ganger også bruk av et hovedkort der grafikkkomponenten har sviktet. Noen ganger kan begge typer grafikk (dedikert og integrert) brukes samtidig for forskjellige funksjoner. De viktigste fordelene med integrert grafikk er kostnad, kompakthet, enkelhet og lavt strømforbruk. Ytelsesulempen med integrert grafikk er at de bruker CPU-ressurser. Et grafikkort har sitt eget RAM -minne , sitt eget kjølesystem og dedikerte elektriske regulatorer, med alle komponenter spesielt utviklet for å behandle videobilder. Oppgradering til dedikert grafikk frigjør systemets CPU og RAM, så ikke bare vil grafikkbehandlingen være raskere, men den generelle ytelsen til datamaskinen din kan også bli bedre.

De to store CPU-produsentene, AMD og Intel , investerer mer i prosessorer med integrert grafikk. En av hovedårsakene er at grafikkprosessorer er veldig gode på parallell prosessering, og ved å sette dem på CPU-brikkene kan du bruke parallellbehandlingsevnen deres til forskjellige dataoppgaver i tillegg til grafikkbehandling. AMD kaller disse CPU -ene for APU- er, og de er vanligvis nok for uformelle spill.

Komponenter

GPU

GPU ( akronym for " grafikkbehandlingsenhet ", som betyr "grafikkbehandlingsenhet") er en prosessor (som CPU) dedikert til grafikkbehandling; dens eksistens er å lette arbeidsbelastningen på den sentrale prosessoren, og dermed er den optimalisert for flytende punktberegning , som er dominerende i 3D-funksjoner. Det meste av informasjonen som tilbys i spesifikasjonen til et grafikkort refererer til egenskapene til GPU, siden det er den viktigste delen av grafikkortet, så vel som hoveddeterminanten for ytelse. Tre av de viktigste av disse funksjonene er kjerneklokkefrekvensen , som kan variere fra 825 MHz på low-end-kort til 1600 MHz (og enda høyere) på high-end-kort, antall shaders og antall pipes (av hjørner eller fragmenter) ansvarlig for å oversette et 3D -bilde som består av hjørner og linjer til et 2D -bilde som består av piksler.

Generelle elementer i en GPU:

VRAM

Graphics Random Access Memory (VRAM) er minnebrikker som lagrer og transporterer informasjon mellom hverandre, de er ikke avgjørende for grafikkortets maksimale ytelse, men reduserte spesifikasjoner kan begrense kraften til GPUen .

Det finnes to typer grafiske minner:

Grafikkminneegenskapene til et grafikkort uttrykkes i tre egenskaper:

Teknologi Effektiv frekvens (MHz) Båndbredde (GB/s)
GDPR 166 - 950 1,2 - 30,4
GDDR2 533 - 1000 8,5 - 16
GDDR3 700 - 1700 5,6 - 54,4
GDDR4 1600 - 1800 64 - 86,4
GDDR5 3200 - 7000 24 - 448
GDDR6 12000 - 14000 48 - 846
hbm 500 512
HBM2 500 - 1700 1,2 Tb/s
Dens generelle formel er kvotienten av produktet fra minnegrensesnittet (uttrykt i bits) med den effektive frekvensen til minnene (uttrykt i gigahertz), delt på 8 for å konvertere biter til byte .

For eksempel har vi et grafikkort med 256 bit minnegrensesnitt og 4200 MHz effektiv frekvens, og vi må finne båndbredden:

En viktig del av minnet til en videoadapter er z-bufferen , som har ansvaret for å administrere dybdekoordinatene til bildene i 3D-grafikk , det vil si at det er minneplassen der dybden i grafikken administreres.

RAMDAC

Random Access Memory Digital-til-Analog Converter (RAMDAC) er en digital - til - analog-omformer for RAM-minne. Den er ansvarlig for å transformere de digitale signalene som produseres i datamaskinen til et analogt signal som kan tolkes av skjermen. Avhengig av antall biter den håndterer samtidig og hastigheten den gjør det med, vil omformeren kunne støtte forskjellige skjermoppdateringsfrekvenser (det anbefales å jobbe fra 75 Hz, og aldri mindre enn 60). [ 2 ] Gitt den økende populariteten til digitale signalmonitorer, er RAMDAC i ferd med å bli foreldet, siden analog konvertering ikke er nødvendig, selv om det er sant at mange beholder en VGA-tilkobling for kompatibilitet.

Plass okkupert av lagrede teksturer

Plassen som opptas av et bilde som vises på skjermen bestemmes av dets oppløsning og fargedybde , det vil si at et ukomprimert bilde i standard Full HD -format med 1920 × 1080 piksler og 32-bits fargedybde vil okkupere 66 355 200 biter, dvs. 8294 MiB.

Avganger

De vanligste tilkoblingssystemene mellom grafikkortet og skjermenheten (f.eks. skjerm eller TV ) er:

Andre ikke så utbredt: på grunn av minoritetsbruk, fordi de ikke er implementert eller fordi de er foreldet; er:

Se også: Super Video Graphics Array , Digital Visual Interface , og High-Definition Multimedia Interface .

Grensesnitt med hovedkortet

Koblingssystemene mellom grafikkortet og hovedkortet har hovedsakelig vært (i kronologisk rekkefølge):

  1. MSX-spor: 8-bits buss brukt på MSX -maskiner .
  2. ISA : 16-bits bussarkitektur ved 8 MHz, dominerende på 1980- tallet ; Den ble laget i 1981 for IBM PC .
  3. Zorro II - Brukes i Commodore Amiga 2000 og Commodore Amiga 1500.
  4. Zorro III: brukt i Commodore Amiga 3000 og Commodore Amiga 4000
  5. NuBus: brukes i Apple Macintosh-datamaskinen .
  6. Prosessor direktespor : brukes på Apple Macintosh .
  7. MCA : i 1987 forsøkte å erstatte ISA av IBM . Den hadde 32 biter og en hastighet på 10 MHz, men den var inkompatibel med de forrige.
  8. EISA : i 1988 , IBMs konkurrentrespons; 32-bit, 8,33 MHz og bakoverkompatibel.
  9. VESA : ISA-utvidelse som løste 16-bits begrensningen, doblet bussstørrelsen og med en hastighet på 33 MHz.
  10. PCI : buss som fortrengte de forrige, startet i 1993 ; Med en størrelse på 32 biter og en hastighet på 33 MHz tillot den dynamisk konfigurasjon av tilkoblede enheter uten behov for å justere jumpere manuelt . PCI-X var en versjon som økte størrelsen på bussen opp til 64 biter og økte hastigheten opp til 133 MHz.
  11. AGP : dedikert buss, 32-bit som PCI; i 1997 økte den første versjonen hastigheten til 66 MHz.
  12. PCI-Express (PCIe): siden 2004 er det det serielle grensesnittet som begynte å konkurrere mot AGP; i 2006 doblet det båndbredden til AGP. Den lider av konstante revisjoner som multipliserer båndbredden, det finnes allerede versjoner fra 1.0 til dagens 6.0, utgitt i år 2022. Den må ikke forveksles med PCI-X, versjon av PCI.

Den vedlagte tabellen [ 3 ]​ [ 4 ]​ viser de mest relevante egenskapene til noen av disse grensesnittene.

busser Bredde
( biter )		 Frekvens
( MHz )		 Båndbredde ( MB / s )
_
 Havn
ISAXT _ 8 4,77 8 Parallell
ISA AT 16 8,33 16 Parallell
CAM 32 10 tjue Parallell
EISA 32 8,33 32 Parallell
VESA 32 40 160 Parallell
PCI 32 til 64 33 til 100 132 til 800 Parallell
AGP 1x 32 66 264 Parallell
AGP 2x 32 133 528 Parallell
AGP 4x 32 266 1000 Parallell
AGP 8x 32 533 2000 Parallell
PCIe x1 1*32 25/50 100/200 Serie
PCIe x4 1*32 25/50 400/800 Serie
PCIe x8 1*32 25/50 800/1600 Serie
PCIe x16 1*32 25/50 1600/3200 Serie
PCIe x16 2.0 1*32 25/50 3200/6400 Serie
Se også: Hovedkort

Kjøleenheter

På grunn av arbeidsbelastningen de utsettes for, når grafikkort svært høye temperaturer. Hvis det ikke tas i betraktning, kan varmen som genereres føre til at enheten svikter, blokkerer eller til og med bryter ned. For å forhindre dette, er det integrert kjøleenheter for å fjerne overflødig varme fra kortet.

To typer skilles:

Selv om de er forskjellige, er begge enhetene kompatible med hverandre og er vanligvis montert sammen på grafikkort; en kjøleribbe over GPU-en trekker ut varme, og en vifte over den trekker varm luft bort fra enheten.

Væskekjøling er en kjøleteknikk som bruker vann i stedet for kjøleribber og vifter (inne i chassiset ), og oppnår dermed utmerkede resultater når det gjelder temperaturer, og med enorme muligheter for overklokking . Det gjøres vanligvis med forseglede vannkretser.

Vann, og eventuell kjølevæske, har en høyere termisk kapasitet enn luft. Fra dette prinsippet er ideen å trekke ut varmen som genereres av datamaskinkomponentene ved å bruke vann som medium, avkjøle den en gang utenfor skapet og deretter gjeninnføre den.

Mat

Til nå hadde ikke strømforsyningen til grafikkort vært et stort problem, men den nåværende trenden med nye kort er å forbruke mer og mer energi. Selv om strømforsyningene blir kraftigere for hver dag, finnes energimangelen i det PCIe -porten kan gi, som bare er i stand til å gi en effekt på 75 W alene. [ 5 ] Av denne grunn kan grafikkort med et høyere forbruk enn strømforsyningen kan levere, inkluderer PCIe en PCIe-kontakt [ 6 ]​ som tillater en direkte forbindelse mellom strømforsyningen og kortet, uten å måtte gå gjennom hovedkortet, og derfor gjennom PCIe-porten.

Likevel er det spådd at grafikkort kanskje ikke trenger sin egen strømforsyning på lang tid, noe som gjør settet om til eksterne enheter. [ 7 ]

Historisk oversikt

Historien om grafikkort begynner på slutten av 1960 -tallet da den gikk fra å bruke skrivere, som et skjermelement, til å bruke skjermer. De første kortene var kun i stand til å vise tekst på 40x25 eller 80x25, men utseendet til de første grafikkbrikkene som Motorola 6845 gjorde det mulig å begynne å utstyre S-100- eller Eurocard -bussbasert utstyr med grafikkmuligheter. Sammen med kortene som la til en TV-modulator, var de de første som fikk begrepet skjermkort .

Suksessen til hjemmedatamaskinen og de første spillkonsollene betyr at på grunn av lavere kostnader (de er hovedsakelig lukkede design), er disse brikkene integrert i hovedkortet . Selv i datamaskiner som allerede kommer med en grafikkbrikke, ble det markedsført 80-kolonne kort, som la til en tekstmodus på 80x24 eller 80x25 tegn, hovedsakelig for å kjøre CP/M -programmer (som de i Apple II og Spectravideo SVI-328 ) .

Interessant nok er skjermkortet som følger med IBM PC , som med sin åpne designarv fra Apple II vil popularisere konseptet med et utskiftbart grafikkort, et kort med kun tekst. Den monokrome skjermadapteren (MDA) utviklet av IBM i 1981, fungerte i tekstmodus og var i stand til å representere 25 linjer med 80 tegn på skjermen. Den hadde et 4KB VRAM -minne , så den kunne bare fungere med én side med minne. Den ble brukt med monokrome skjermer, normalt grønne i nyansen. [ 8 ]

Derfra har ulike kontrollere for grafikk blitt oppsummert i den vedlagte tabellen. [ 9 ]​ [ 10 ]​ [ 11 ]​ [ 12 ]

År tekstmodus grafikkmodus Farger Hukommelse
MDA 1981 80*25 - 1 4KB
CGA 1981 80*25 640*200 4 16KB
HGC 1982 80*25 720*348 1 64 KB
EGA 1984 80*25 640*350 16 256KB
IBM 8514 1987 80*25 1024*768 256 -
GACM 1987 80*25 320*200 256 -
vga 1987 720*400 640*480 256 256KB
SVGA 1989 80*25 800*600 256 1 MB
XGA 1990 80*25 1024*768 65 000 2 MB

Videografikkadapteren (VGA) fikk bred aksept, og ledende selskaper som ATI , Cirrus Logic og S3 Graphics til å jobbe med kortet for å forbedre oppløsningen og antall farger. Dermed ble Super Video Graphics Array (SVGA)-standarden født. Med denne standarden ble 2 MB VRAM-minne nådd, samt oppløsninger på 1024 × 768 piksler ved 256 farger.

Konkurrerende PC-er, Commodore Amiga 2000 og Apple Macintosh , reserverte i stedet den muligheten for profesjonelle oppgraderinger, og integrerte nesten alltid GPU -en (som lett overgikk grafikkortene i PC-er på den tiden) på hovedkortene. Denne situasjonen fortsatte til dukket opp PCI-bussen ( Peripheral Component Interconnect ), som plasserer PC-kort på nivå med de interne bussene til konkurrentene, ved å eliminere flaskehalsen representert av Industry Standard Architecture (ISA)-bussen. Selv om det alltid er under effektivitet (med samme S3 ViRGE GPU , blir det som er et avansert grafikkort på en PC en profesjonell 3D-akselerator på Commodore Amigas med et Zorro III-spor), masseproduksjon (som reduserer kostnadene betydelig) og bruk av andre plattformer av PCI-bussen ser VGA-grafikkbrikker begynner å forlate PC-markedet.

I 1995 tok utviklingen av grafikkort en stor vending med utseendet til de første 2D/3D-kortene, produsert av blant andre Matrox , Creative , S3 og ATI. Disse kortene overholdt SVGA-standarden, men inneholdt 3D-funksjoner.

I 1997 ga 3dfx ut Voodoo-grafikkbrikken, med massiv datakraft så vel som nye 3D-effekter ( mip-mapping , z-buffering , antialiasing , etc.). Fra det tidspunktet fulgte en rekke utgivelser av grafikkort, for eksempel 3dfxs Voodoo2, NVIDIAs TNT og TNT2. Kraften som ble oppnådd av disse kortene var slik at PCI-porten der de var tilkoblet, ikke var båndbredde. Intel utviklet Accelerated Graphics Port (AGP) som skulle løse begrensningen som begynte å dukke opp mellom prosessoren og kortet.

Fra 1999 til 2002 dominerte NVIDIA grafikkortmarkedet (selv kjøpte de fleste av 3dfx sine varer) [ 13 ] med GeForce - serien . I den perioden var forbedringene orientert mot feltet 3D-algoritmer og hastigheten til grafikkprosessorer. Men minnene trengte også å forbedre hastigheten, så DDR -minner ble integrert i grafikkortene. Videominnekapasiteten på den tiden går fra 32 MB for GeForce, til 64 og 128 MB for GeForce 4.

De fleste av sjette generasjons og påfølgende videokonsoller bruker grafikkbrikker hentet fra de kraftigste 3D-akseleratorene i sin tid. Apple Macintosher har innlemmet brikker fra NVIDIA og ATI siden den første iMac , og PowerPC-modeller med PCI- eller AGP-buss kan bruke PC-grafikkort med ikke-CPU-avhengige BIOSer.

I 2006 og fremover delte NVIDIA og ATI (kjøpt samme år av AMD ) markedslederskapet [ 14 ] med henholdsvis GeForce- og Radeon -seriene med grafikkbrikker . GeForce og Radeon er eksempler på grafikkprosessorserier.

Gamle typer grafikkort

MDA-kort

Den monokrome skjermadapteren (MDA) ble utgitt av IBM som et 4 KiB minne eksklusivt for TTL-skjermer (representerer de klassiske gule eller grønne tegnene). Den hadde ikke grafikk, og den eneste oppløsningen var den som ble presentert i tekstmodus (80x25) i 14x9-punkts tegn, uten noen mulighet for konfigurasjon.

I utgangspunktet bruker dette kortet videokontrolleren til å lese punktmatrisen som skal vises fra ROM og sende den til skjermen som seriell informasjon. Mangelen på grafisk behandling burde ikke være overraskende, siden det i disse første PC-ene ikke fantes noen applikasjoner som virkelig kunne dra nytte av et godt videosystem. Så å si alt var begrenset til informasjon i tekstmodus.

Denne typen kort identifiseres raskt ettersom den inkluderer (eller en gang inkludert) en kommunikasjonsport for skriveren.

CGA-kort

Fargegrafikkadapteren (CGA, fargegrafikkarray eller fargegrafikkadapter , avhengig av teksten som ble brukt), ble lansert på markedet i 1981 også av IBM og var svært utbredt. Den tillot 8x8 prikker tegnarrayer på 25-rader, 80-kolonne skjermer, selv om den bare brukte 7×7 prikker for å representere tegnene. Denne detaljen gjorde det umulig for ham å representere understrekinger, så han erstattet dem med forskjellige intensiteter i den aktuelle karakteren. I grafikkmodus støttet den oppløsninger på opptil 640 × 200 piksler . Minnet var på 16 KiB og det var kun kompatibelt med RGB- og Composite-skjermer. Til tross for å være MDA overlegen, foretrakk mange brukere sistnevnte siden avstanden mellom potensielle rutenettpunkter på CGA-skjermer var større. Fargebehandlingen, digitalt selvfølgelig, ble gjort med tre bits og en til for intensiteter. Dermed var det mulig å oppnå 8 farger med to intensiteter hver, det vil si totalt 16 forskjellige toner men ikke reproduserbare i alle oppløsninger som vist i vedlagte tabell.

Dette kortet hadde en ganske vanlig feil og det ble kjent som snøeffekten . Dette problemet var tilfeldig og besto av at det kom snø på skjermen (lyse og intermitterende punkter som forvrengte bildet). Så mye at noen datidens BIOS -er inkluderte alternativet for snørydding i innstillingene.

HGC-kort

Hercules-grafikkkortet ( HGC), eller mer populært kjent som Hercules (navnet på produksjonsselskapet), ble lansert i 1982 , med stor suksess og ble en videostandard til tross for at IBM ikke støttet BIOS - rutiner . Oppløsningen var 720 × 348 poeng i monokrom med 64 KiB minne. Siden det ikke er noen tilgjengelig farge, er minnets eneste oppdrag å referere til hvert av punktene på skjermen ved å bruke 30,58 KiB for grafisk modus (1 bit × 720 × 348) og resten for tekstmodus og andre funksjoner. Avlesningene ble gjort med en frekvens på 50 HZ, administrert av videokontrolleren 6845. Tegnene ble tegnet i 14x9 punktmatriser.

Designere, produsenter og montører

GPU-designere
amd NVIDIA
Kortmontører ASUS ASUS
CLUB3D CLUB3D
GIGABYTE GIGABYTE
M: JA M: JA
POWERCOLOR EVGA
GECUBE SYNSVINKEL
XFX GEVINST
SAFIR ZOTAC
HANS ECS ELITEGRUPPE
DIAMANT PNY
- GNISTER
- GALAXY
- PALIT

I grafikkortmarkedet må tre typer selskaper skilles:

  1. GPU-designere: Design og bygg eksklusivt GPUen. De to viktigste er:
    1. AMD ( Advanced Micro Devices ), tidligere kjent som ATI Technologies (ATi);
    2. NVIDIA ;
    • Intel , skiller seg også ut i tillegg til de nevnte (NVIDIA og AMD), for GPUen integrert i brikkesettet på hovedkortet .
    • Andre produsenter som Matrox eller S3 Graphics har en veldig liten markedsandel. Alle leier og bestiller visse brikkeenheter fra produsenter basert på et design.
  2. GPU-produsenter: De er de som produserer og leverer enhetene som trekkes ut fra chipplatene til montørene. TSMC og GlobalFoundries er klare eksempler.
  3. Assemblers: de integrerer GPU-ene levert av produsentene med resten av kortet, av sitt eget design. Derfor har kort med samme brikke forskjellige former eller tilkoblinger eller kan gi små forskjeller i ytelse, spesielt modifiserte grafikkort eller lastet opp fra fabrikk.

En liste over de to brikkedesignerne og noen av brettmontørene de jobber med er vist i den medfølgende tabellen.

API for grafikk

På programmerernivå er det komplisert å jobbe med et grafikkort; Derfor dukket det opp applikasjonsprogrammeringsgrensesnitt (API) som abstraherer kompleksiteten og mangfoldet til grafikkort. De to viktigste er:

OpenGL blir fortrengt fra videospillmarkedet av Direct3D, selv om det har gjennomgått mange forbedringer de siste månedene.

Grafiske effekter

Noen av teknikkene eller effektene som vanligvis brukes eller genereres av grafikkort kan være:

Vanlige feil

Se også

Referanser

  1. ^ "MPEG-2-dekoding" . Arkivert fra originalen 12. februar 2007 . Hentet 17. februar 2007 . 
  2. ↑ "Anbefalt oppdateringsfrekvens som RAMDAC bør støtte" . 
  3. ↑ "Buss egenskaper" feil med selvreferanse ( hjelp ) . |url= 
  4. ^ "PCIe-funksjoner" . Arkivert fra originalen 2007-03-26 . Hentet 18. februar 2007 . 
  5. ^ "Løsning for energiforsyning" . Arkivert fra originalen 5. desember 2009 . Hentet 17. februar 2007 . 
  6. ^ "Strømkontakt for PCIe" . 
  7. ↑ "Fremtidige eksterne og proprietære grafikkort" . 
  8. ^ "MDA på IBM PC" . Arkivert fra originalen 2. februar 2007 . Hentet 17. februar 2007 . 
  9. ^ "Historikktabellreferanse (1)" . 
  10. ^ "Historikktabellreferanse (2)" . 
  11. ^ "Historikktabellreferanse (3)" . 
  12. ^ "Historikktabellreferanse (4)" . Arkivert fra originalen 27. september 2007. 
  13. ^ "3dfx selger eiendeler til NVIDIA" . Arkivert fra originalen 21. oktober 2006. 
  14. ^ "NVIDIA vs. ATI" . Arkivert fra originalen 22. april 2007. 

Eksterne lenker