Skjermkort

Innen informasjonsteknologi og elektronikk er et skjermkort eller grafikkort [1] en maskinvarekomponent i datamaskinen , i form av et elektronisk kort , som har til formål å behandle videosignalet eller generere, med utgangspunkt i et elektrisk signalinngang fra prosessoren , et bestemt elektrisk utgangssignal som deretter kan sendes til videoinngangen ( skjerm eller monitor ) for å bli oversatt av sistnevnte til et bilde og vist til brukeren.

Avhengig av type datamaskin kan denne enheten være mer eller mindre kraftig: de første modellene av skjermkort kunne bare vise tekst, senere også kort som kan vise grafiske utdata ( ikke-tekstuelle bilder , definerbare på pikselnivå ) og til slutt også tre -dimensjonale teksturerte modeller i bevegelse og i sanntid. Sistnevnte korttyper behandler og modifiserer også bildet i deres interne minne , mens 2D-kort kan vise 3D-bilder kun ved hjelp av CPU -en som må utføre alle nødvendige beregninger selv.

Type og arkitektur for skjermkort

Et typisk skjermkort inneholder en integrert grafikk (eller mer enn én) som administrerer en viss mengde RAM dedikert til å lagre grafikkdataene som skal vises og som fysisk ligger på selve kortet. Skjermkort bygget for IBM PC - er og kompatible inneholder også en ROM med en veldig enkel driver (kalt fastvare som kan oppgraderes i moderne skjermkort), brukt av BIOS for bootstrap .

Betjeningen av et grafikkort er i prinsippet veldig enkel: hver plassering av grafikk-RAM inneholder fargen til en piksel på skjermen, eller av et tegn hvis kortet viser bare tekst; grafikkbrikken leser ganske enkelt de nødvendige plasseringene i rekkefølge (hvis den fungerer i tekstmodus, behandles hver plassering av en tegngenerator ) og driver en digital-analog-omformer , kalt RAMDAC , som genererer videosignalet som vil vises av Observere. Den maksimalt oppnåelige oppløsningen og antallet farger som er synlige samtidig avhenger av mengden grafikk-RAM som er utstyrt i kortet og den maksimale hastigheten (frekvensen) til RAMDAC-en.

Alle skjermkort kan også vise tredimensjonal grafikk (selv de med kun tekstmodus, hvis du godtar en ASCII-kunstrepresentasjon ), men uten spesielle akselerasjonsfunksjoner. Hele beregningsarbeidet må utføres, piksel for piksel, av datamaskinens hoved-CPU , som ofte er fullstendig absorbert av denne oppgaven: et ikke-tredimensjonalt grafikkort er i utgangspunktet begrenset til å vise en serie todimensjonale bilder som sendes til den av systemet.

Tekstmodus

Alle skjermkort har minst driftsmodusen som kalles "tekstmodus" eller " tegn ": i denne modusen er dataskjermen organisert som et rutenett av rektangulære bokser i hver av dem et skriftsnitt er skrevet, med en stil satt av en tegngenerator inne i kortet (vanligvis en del av videobrikken som leser beskrivelsen av de forskjellige tegnene som kreves av ROM - en eller av en del av video-RAM-en). For eksempel, på originale IBM-PCer var tekstmodusen 80 kolonner ganger 25 linjer. En del av kortets RAM brukes deretter til å lagre koden (vanligvis i ASCII -kode ) til en skrifttype.

I denne modusen, for å få ordet "skjermkort" til å vises på skjermen, er det tilstrekkelig for datamaskinen å skrive de tolv ASCII-kodene til komponentbokstavene (115, 99, 104, 101, 100, 97, 32, 118, 105, 100, 101, 111) på tolv steder i skjermkortets RAM-minne: tegngeneratoren til grafikkbrikken vil da oversette kodene til en serie piksler og gjøre alt annet.

Denne modusen ble satt opp og ble brukt i begrenset grad også til å produsere grafikk. Vanligvis representerer mange av de tilgjengelige tegnene ikke alfanumeriske symboler, men enkle geometriske former som kan kombineres for å danne tegninger, slik som skjer med ASCII-kunsten . Mange historiske systemer gir også brukeren muligheten til å omdefinere utseendet til hver tilgjengelig karakter, ved å modifisere enkeltpiksler; på denne måten øker mulighetene for å definere bildet betraktelig, selv om det maksimale antallet forskjellige tegn som kan vises samtidig på skjermen alltid forblir det samme. Denne typen grensesnitt kalles også semigrafisk .

Grafikkmodus

Nesten alle moderne skjermkort (med svært få unntak) kan da også fungere i grafikkmodus , altså uten å bruke den interne tegngeneratoren men spesifisere bildet piksel for piksel. I denne modusen spesifiseres fargen på hver piksel individuelt, vanligvis ved å bruke en eller flere videominneplasseringer. Denne modusen trenger mye mer RAM -minne enn tekstmodus: en skjerm i tekstmodus opptar vanligvis fra 2 til 6 KB med video-RAM , mens den er i grafisk modus, avhengig av oppløsningen i piksler og mengden farger som brukes samtidig som den betjener 10 til 10 000 ganger det. Måten å representere enkeltpikselen i videominnet på varierer sterkt avhengig av typen tilnærming som brukes av produsenten og den spesielle grafiske modusen: Imidlertid blir en bitmap -korrespondanse vanligvis tatt i bruk , dvs. et bitmap .

2D-akselererte skjermkort

I en tid nå har grafikkbrikken vært i stand til å utføre noen grafikkfunksjoner autonomt, uten at hovedprosessoren trenger å gripe inn: grafikkort med disse brikkene kalles 2D-akselerert , fordi de kan gjøre en del av arbeidet selv. tegning som ellers ville gjort. være opp til prosessoren. De vanligste operasjonene å implementere i maskinvare er sporing av linjer, buer og enkle geometriske former (rektangler, polygoner, sirkler, ellipser), generering og bevegelse av sprites og bit blitting , dvs. bevegelsen fra den ene delen til den andre bildet av blokker med piksler. Generelt er det også en avansert tegngenerator, som også kan fungere i grafisk modus og samtidig vise tegn med mange forskjellige fonter og størrelser.

3D-akselererte skjermkort

Skjermkort med tredimensjonale (eller 3D-akselererte ) grafikkmuligheter har de samme todimensjonale egenskapene som de forrige, og i tillegg har de en helt ny, 3D-modusen, der pikslene i bildet som skal vises er beregnet av GPU ( Graphics Processing Unit ), ramme for ramme, med utgangspunkt i en serie geometriske data levert av CPU.

I denne modusen inneholder video-RAM-en en rekke underbilder, teksturene . Hver av disse er assosiert med en bestemt todimensjonal overflate av en tredimensjonal modell som den utgjør "huden" av: om ønskelig kan de forskjellige teksturene betraktes som elektroniske bakgrunnsbilder . For hver ramme ( frame ) som skal vises i 3D-modus, mottar skjermkortet fra prosessoren en serie geometriske punkter (vertekser) som spesifiserer overflater i et tredimensjonalt rom med indikasjon på hvilke teksturer som skal påføres de ulike overflatene: GPUen sørger for å beregne, med utgangspunkt i de mottatte dataene, om den bestemte overflaten er synlig eller ikke, og, hvis den er synlig, dens form i to dimensjoner (skjermkoordinater); så tar den seg av å påføre teksturen (eller den) som er angitt. Verdien av hver piksel beregnes deretter med utgangspunkt i hvilke og hvor mange texel (piksler av teksturene) som er inneholdt i den.

For å gjøre alt dette er de akselererte 3D-skjermkortene utstyrt med en stor mengde RAM, og gjør massiv bruk av parallell databehandling: hovedintegrert er en ekte prosessor og kalles GPU (også programmerbar etter ønske, fra Nvidias 6800GT) serie ), internt sammensatt av en serie identiske enheter som opererer parallelt, hver på en annen serie piksler om gangen; siden i grafikk er lokalitetsprinsippet ikke gyldig, er det ikke mulig å bruke et hurtigbufferminne som i hoved- CPU , og kommunikasjonen med grafikk-RAM må være ekstremt rask: dette gjør det nødvendig å ta i bruk både en arbeidsfrekvens for grafikk- RAM mye høyere enn hovedminnet, og bruk av veldig store RAM-GPU- busser (128, 256 biter eller til og med 512 biter). Av samme grunn ville det ikke gi noen ytelsesfordeler å kjøre GPU-en ved mye høyere frekvenser enn grafikk-RAM, ved å bruke en frekvensmultiplikator som for hoved-CPU.

Ytterligere akselerasjonsfunksjoner, som er nyttige for å øke nivået av realisme til de beregnede bildene, er maskinvareberegningen av de innfallende lysene (Transform and Lighting eller T&L), pikselskyggere , vertex shader og gjengivelse ( rasterisering ), det anisotrope filteret og anti - aliasing-filteret .

Med denne nye arkitekturen avlaster de akselererte 3D-skjermkortene CPU-en fra alle beregningene som er nødvendige for visualiseringen, og etterlater den bare oppgaven med å oppdatere geometrien til bildet (beregning av kanter og hjørner, rotasjoner, skjæringer, animasjoner, etc.) .

De første 3D-akselererte skjermkortene beregnet for allmennheten (før det var de veldig dyre og forbeholdt profesjonelle) var den berømte Voodoo fra 3dfx , den første industrien som produserte skjermkort med 3D-funksjoner til populære priser, absorbert i 2001 av konkurrenten Nvidia .

Videoutganger

De vanligste forbindelsene mellom skjermkortet og skjermen (eller fjernsynet) er:

Andre videoutganger (nå foreldet) er:

Tilkoblingsgrensesnitt med hovedkortet

Buss Amplitude (bits) Klokkefrekvens
(MHz) 		Båndbredde
(MByte/s) 		Overføre
ISA XT 8 4,77 8 parallell
ISA AT 16 8,33 16 parallell
MCA 32 10 20 parallell
EISA 32 8,33 32 parallell
VESA 32 40 160 parallell
PCI 32 - 64 33 - 100 132 - 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 50/100 3200/6400 serie

I kronologisk rekkefølge var tilkoblingssystemene med hovedkortet:

I januar 2007 ble PCI Express 2.0-spesifikasjonen utgitt [3] , som øker ytelsen til PCI Express når det gjelder båndbredde og effekt, for å møte de økende kravene til skjermkort. Det første brikkesettet som støttet dem var Intels X38 , utgitt i 2007 .

Type tilkobling til hovedkortet

Skjermkort kan kobles til hovedkortet på forskjellige måter

Når en PC (både stasjonær og bærbar) har to skjermkort, er det enkelt å identifisere det integrerte. Faktisk er dette av samme merke som brikkesettet / CPU.

Videokortkombinasjoner

Nvidia Solution (SLI)

Konseptet bak akronymet "SLI" ( Scalable Link Interface ), et navn hentet fra parallelldatabehandlingsteknologien til 3dfx Voodoo 2 , er økningen i prosessorkraften til grafikksystemet gjennom kobling av to, tre eller fire identiske videoer kort via et bestemt nForce- brikkesett og et bestemt hovedkortoppsett .

Denne teknologien lar to (nå også tre og fire takket være svært komplekse systemer kalt "3-veis SLI" (tilgjengelig fra 8800GTX og Ultra GPUer) og "Quad SLI" (bare for 7950X2, 9800GX2 og GTX295) skjermkort kommunisere og dele beregningene for videobehandling så lenge de er identiske. I tillegg til de to skjermkortene må du ha et hovedkort som støtter to eller flere PCI-Express- kontakter , gjennomsnittlig dyrere enn motpartene med en enkelt kontakt; for å koble til de to Nvidia-kort kommer med en "elektrisk bro" (en liten stiv kabel) som forbinder de to kortene på toppen via to spesielle kontakter.

De to fanene deler arbeidet på følgende måte: hver behandler dataene til den ene halvdelen av skjermen (delt på forskjellige måter, eller halv og halv eller til og med i et "sjakkbrett"-mønster som gjør underinndelingen mer enhetlig) og slår deretter sammen dataene og sender dem til monitoren.

Nylig har systemer basert på Quad-SLI-løsninger blitt presentert av Nvidia, det vil si systemer som bruker to skjermkort i SLI-modus, men hvert av disse kortene bruker i sin tur 2 prosesseringsenheter. Systemer av denne typen har imidlertid uoverkommelige kostnader for den gjennomsnittlige brukeren.

ATI / AMD Solution (CrossFire)

I 1999 introduserte ATI sin første doble grafikkprosessorløsning som ikke var særlig vellykket: Rage Fury MAXX. Noen år senere og med bruken av NVidias SLI-modell, svarer det kanadiske selskapet med sin egen metode for å koble skjermkort: CrossFire .

For å fungere krever et CrossFire-system et hovedkort med et kompatibelt brikkesett og to PCI-Express- spor for å fysisk sette inn de to kortene. I motsetning til SLI-systemet til konkurrenten NVidia er det imidlertid ingen begrensning på å ha to identiske skjermkort, men det er nok at ett av de to i besittelse er et CrossFire-sertifisert Master-kort, eller et skjermkort aktivert for denne teknologien som har sitt egen Prosesskontrollblokk en brikke kalt Compositing Engine som, avhengig av kraften til det andre kortet som er koblet til systemet og kalt Slave, fordeler mengden av beregninger på en balansert måte, og dermed gjør alle kort kompatible. For å koble sammen de to kortene brukte ATI en ekstern kabel (nVidia, derimot, bruker en intern bro mellom kortene) som kobler sammen to DVI-utganger på de to kortene og har en tredje kontakt som kobles til skjermen.

Produksjonsindustrier

Store produsenter

Nylig har AMD og nVidia også startet markedsføringen av brikkesett med integrert grafikkort, spesielt egnet der det ikke kreves spesiell prosessorkraft, mens energisparing er viktigere.

I segmentet med diskrete grafikkort (skjermkortet er et kort i seg selv som skal kobles til hovedkortet), produserer imidlertid AMD og nVidia GPUene og definerer arkitekturen til kortet, som imidlertid er satt sammen og markedsført av partnerprodusenter, som kan anvende variasjoner på kjølesystem, driftsfrekvenser, strømforsyning og størrelse.

Tabellen viser hovedpartnerne til henholdsvis AMD og nVidia:

GPU-produsenter
NVIDIA AMD
Videokortprodusenter SYNSVINKEL MSI eVGA GECUBE XFX
GALAX OCZ FOXCONN JETWAY MUSHKIN
ASUS GLISTER ZOTAC SAFIR GIGABYTE
GIGABYTE PALIT PNY ASUS MSI
BFG GEVINST INNO3D

På bærbare datamaskiner, av åpenbare grunner til kretskomprimering så vel som utvidelsesbegrensninger (dvs. den praktiske umuligheten av å gjøre endringer i den forberedte maskinvaren ), er skjermkortet ofte integrert på hovedkortets brikkesett ( integrert grafikk eller innebygd grafikk ); alternativ term er delt skjermkort. I dette tilfellet er ressursene ( CPU og RAM ) delt, noe som innebærer åpenbare begrensninger for videoakselerasjon, 3D -grafikk , spill. Når den bærbare PC-en ikke er forbrukerklasse , gir arkitekturen et dedikert (diskret) kort med egne ressurser (minne og prosessor). Det er klart at videoytelsen som blir, når det gjelder toppprodukter, kan sammenlignes med stasjonære datamaskiner . I noen tid har det også vært bærbare produsenter som for noen serier/modeller gir dobbel grafikk [9] : et integrert skjermkort og et dedikert skjermkort. Den første brukes til "stille" applikasjoner, den andre når videokomponenten blir grunnleggende. Ofte kalles det integrerte kortet en "strømsparende GPU" og det dedikerte kortet "high performance GPU".

For eksempel har mange bærbare fra HP et integrert AMD-kort (eller ofte Intel når brikkesettet også er det) og et dedikert AMD-kort, begge av HD-typen. Vanligvis, på BIOS kan du stille inn den dynamiske modusen (brukeren, gjennom en spesifikk meny, kan matche ett av de to kortene til hvert program som krever videoytelse) eller den faste modusen (i så fall tildeler operativsystemet automatisk en kort avhengig av strømforsyningsforholdene eller gjør det mulig for brukeren å stille inn ett av de to kortene på kontrollpanelet på en fast måte, dvs. uavhengig av ett program i stedet for et annet). Vanligvis, ved å sette fast modus på bios, er det i de fleste datamaskinbruk kun det base-integrerte kortet (det med lavt energiforbruk) som aktiveres.

Det er også, selv om det er mindre utbredt, hybridskjermkortet, en mellomløsning mellom de integrerte og dedikerte.

Det skal bemerkes at, i det minste i OEM -systemer , er driverne til det integrerte skjermkortet ofte levert av produsenten av det dedikerte, og at noen andre operativsystemer enn Windows , for eksempel Ubuntu , fortsatt gir noen problemer (løses takket være til den kontinuerlige utviklingen av samfunnet), i forvaltningen av dobbel grafikk.

Til slutt finnes det løsninger fra forskjellige produsenter for "eksterne" skjermkort [10] for bærbare datamaskiner, åpenbart for de mest irriterte spillingene eller svært krevende profesjonelle behovene (videoredigering, CAD - CAM - modellering og simulering , arkitektonisk gjengivelse, etc.).

Markedsandeler

Fra juli 2010 er Intel, med en prosentandel på 54,3 %, den første produsenten av grafikkort for personlige datamaskiner. Intel produserer integrerte løsninger, grafikkortet er integrert med andre komponenter direkte inn i hovedkortet på datamaskinen og dette reduserer kostnadene, men reduserer også ytelsen, Intel-produkter er produkter beregnet på økonomiske systemer eller som tar sikte på maksimal energibesparelse. Den andre produsenten er AMD , med en markedsandel på 24,5 %. NVIDIA raste i stedet til tredjeplass med 19,8 % av markedet. Etterfulgt (for totalt 1,4 % av markedet) er produsentene VIA Technologies og SIS . Den siste produsenten, salgsmessig, er Matrox som utvikler grafikkort for profesjonelle applikasjoner. [11]

Profesjonelle kortprodusenter

Tidligere PC GPU-produsenter

I parentes perioden med aktivitet i produksjon av originale grafikkbrikkesett for PC-segmentet. Der det tilknyttede elementet er fraværende, er det en kort beskrivelse.

Merknader

  1. ^ På engelsk "videoadapter" eller "grafikkkort" eller slike kombinasjoner.
  2. ^ Oppgradering / erstatning av bærbare grafikkort
  3. ^ Datamaskinpunkt. PCI Express 2, setter PC-bussen turboen . 17. januar 2007
  4. ^ Asus XG Station: ekstern grafikk for bærbare datamaskiner
  5. ^ Asus XG Station gjør ultrabooks til spillmaskiner
  6. ^ AMD: alt klart for ekstern grafikk med nye drivere
  7. ^ Hvordan bruke et eksternt grafikkort på en bærbar PC
  8. ^ Desktop-grafikk også på bærbare datamaskiner med Alienware Graphics Amplifier
  9. ^ Selv om det er mer vanlig for mellomstore bærbare datamaskiner oppover, er det åpenbart også stasjonære modeller/versjoner (for ikke å nevne satt sammen slik at du kan gjøre som du vil) med doble grafikkort
  10. ^ For eksempel med USB-grensesnitt eller Intels nyeste og superytende Thunderbolt-grensesnitt.
  11. ^ Markedsandeler for grafikkbrikker , på tomshw.it . Hentet 29. juli 2010 (arkivert fra originalen 31. juli 2010) .
  12. ^ Farvel til ATI-merket

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker