Будова сучасних відеокарт. СПК

Довідник Список використаних джерел Список учасників НОП

Сучасні відеокарти мають складну будову. Загалом відеокарта складається з наступних частин:

1. Графічний процесор
2. Відеоконтролер
3. Відео-ПЗП
4. Відео-ОП
5. RAMDAC та TMDS
6. Коннектор
7. Система охолодження

Графічний процесор

Графічний процесор (Graphics processing unit (GPU) - графічне процесорний пристрій) займається розрахунками виведеного зображення, звільняючи від цього центральний процесор, проводить розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Є основою графічної плати, саме від нього залежать швидкодія і можливості всього пристрою. Сучасні графічні процесори по складності мало чим поступаються центральному процесору комп'ютера, і часто перевершують його як по числу транзисторів, так і з обчислювальної потужності, завдяки великому числу універсальних обчислювальних блоків. Однак, архітектура GPU минулого покоління зазвичай передбачає наявність декількох блоків обробки інформації, а саме: блок обробки 2D-графіки, блок обробки 3D-графіки, який в свою чергу, зазвичай розділяється на геометричне ядро (плюс кеш вершин) і блок растеризації (плюс кеш текстур ) та ін.

Відеоконтролер

Відеоконтролер відповідає за формування зображення у відеопам'яті, а також дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Крім цього, зазвичай присутні:

• контролер зовнішньої шини даних (наприклад, PCI або AGP );
• контроллер внутрішньої шини даних;
• контролер відеопам'яті.

Ширина внутрішньої шини і шини відеопам'яті зазвичай більше, ніж зовнішньої (64, 128 або 256 розрядів проти 16 або 32 ), в більшість відеоконтролерів вбудовується ще й RAMDAC. Сучасні графічні адаптери (AMD, nVidia) зазвичай мають не менше двох відеоконтролерів, що працюють незалежно один від одного і керують одночасно одним або декількома дисплеями.

Відео-ПЗП

Відео-ПЗП (Video ROM) - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), в який записані BIOS відеокарти, екранні шрифти, службові таблиці і т.п. ПЗП не використовується відеоконтролером. До нього звертається тільки центральний процесор. BIOS забезпечує ініціалізацію і роботу відеокарти до завантаження операційної системи, а також задає всі низькорівневі параметри відеокарти, в тому числі робочі частоти і живлення напруги графічного процесора і відеопам'яті, таймінги пам'яті. Також, VBIOS містить системні дані, які можуть читатися і інтерпретуватися відеодрайвером в процесі роботи (залежно від застосовуваного методу розділення відповідальності між драйвером і BIOS). На багатьох сучасних картах встановлюються електрично перепрограмовані ПЗП (EEPROM, Flash ROM), що допускають перезапис відео - BIOS самим користувачем за допомогою спеціальної програми.

Відео-ОП

Тип	Ефективна частота памяти, МГц	Пікова швидкість передачі даних (пропускна здатність), ГБ/с
DDR	166 — 950	1.2 — 3.4
DDR2	400 — 2400	3,2 — 9,6
GDDR3	700 — 2400	5.6 — 156.6
GDDR4	2000 — 3600	128 — 200
GDDR5	900 — 6500	130 — 370

Відеопам'ять - виступає у ролі своєрідного буфера обміну, до якого на деякий час поміщаються зображення, які виводяться на монітор, створюються та постійно змінюються графічним ядром. У цьому буфері також поміщаються елементи,що необхідні для формування цих зображень; [джерело 1]

Об'єм пам'яті великої кількості сучасних відеокарт варіюється від 33 МБ (напр. Matrox G550 ) до 6 ГБ (напр. NVIDIA Quadro 6000). Оскільки доступ до відеопам'яті GPU і іншими електронним компонентами повинен забезпечувати бажану високу продуктивність всієї графічної підсистеми в цілому , використовуються спеціалізовані високошвидкісні типи пам'яті , такі як SGRAM , двопортові (англ. dual - port ) VRAM , WRAM , інші . Приблизно з 2003 року , відеопам'ять , як правило , базувалася на основі DDR технології пам'яті SDRAM , з подвоєною ефективною частотою (передача даних синхронізується не тільки по наростаючому фронту тактового сигналу , але і ниспадающему ) . І надалі DDR2 , GDDR3 , GDDR4 і GDDR5. Пікова швидкість передачі даних ( пропускна здатність ) пам'яті сучасних відеокарт досягає 327 ГБ / с ( напр. у NVIDIA GeForce GTX 590 або 320 ГБ / с у AMD Radeon ™ HD 6990 ) . Відеопам'ять використовується для тимчасового збереження , крім безпосередньо даних зображення , і інші: текстури , шейдери , вершинні буфери ( en : vertex buffer objects , VBO ) , Z- буфер (віддаленість елементів зображення в 3D графіці ) , і тому подібні дані графічної підсистеми ( за винятком , здебільшого даних Video BIOS , внутрішньої пам'яті графічного процесора і т. п. ) і коди .

RAMDAC та TMDS

Графічний процесор , отримавши інформацію про зображення з відеопам'яті , обробляє її і передає чи в цифро -аналоговий перетворювач ( RAMDAC ) для виведення на аналоговий монітор , або в мікросхему формування цифрового сигналу TMDS для виведення на цифровий монітор. Апаратна структура RAMDAC практично описана в його назві , де RAM - це Random Access Memory (пам'ять з довільною вибіркою ) , а DAC - Digital to Analog Converter (цифро -аналоговий перетворювач) . Пам'ять в модулях RAMDAC побудована на статичних елементах , тому за швидкодією приблизно відповідає кеш -пам'яті процесорів.

Перевага цифрового інтерфейсу TMDS перед RAMDAC полягає в одному: при виведенні зображення не здійснюються цифро-аналогові перетворення початкового цифрового сигналу, що теоретично забезпечує кращу якість. На практиці різниця стає помітною на великих моніторах у високому розширенні.

Розрядність RAMDAC говорить про те , яка кількість кольорів здатний відтворити відеоадаптер . Більшість мікросхем підтримує представлення 8 біт на кожен канал кольору , що забезпечує відображення близько 16,7 мільйона кольорів . За рахунок гамма- корекції вихідний колірний простір розширюється ще більше. Останнім часом з'явилися RAMDAC з розрядністю 10 біт по кожному каналу .

Багато сучасних відеокарт підтримують одночасну роботу з двома моніторами , тому в такі карти встановлюють по два RAMDAC і / або TMDS . У переважній більшості відеокарт є також вихід на телевізор (TV -Out ) , що дозволяє переглядати мультимедійні програми або фільми на телевізійному екрані. Телевізійний сигнал формується окремої спеціалізованої мікросхемою .

Коннектор

Відеоадаптери MDA , Hercules , EGA і CGA оснащувалися 9 -контактним роз'ємом типу D- Sub. Зрідка також був присутній коаксіальний роз'єм композитного відеосигналу , що дозволяє вивести чорно- біле зображення на телевізійний приймач або монітор , оснащений НЧ- відеовходом . Відеоадаптери VGA і пізніші версії зазвичай були оснащенні всього одним 15 -контактним D- Sub роз'ємом VGA . Рідко мали 9-контактні VGA роз'єми для сумісності з старими моніторами . Вибір робочого виходу задавався перемикачами на платі відеоадаптера. В наш час плати оснащені роз'ємами DVI або HDMI , або ще може бути DisplayPort в кількості 1-3 (а деякі відеокарти ATi останнього покоління мають аж 6 таких портів ) . Порти DVI і HDMI є еволюційними стадіями розвитку стандарту передачі відеосигналу , тому для з'єднання пристроїв з цими типами портів можливе використання перехідників ( роз'єм DVI до гнізда D- Sub - аналоговий сигнал , роз'єм HDMI до гнізда DVI -D - цифровий сигнал який не підтримує технічні засоби захисту авторських прав ( англ. High Bandwidth Digital Захист від копіювання , HDCP) , тому без можливості передачі багатоканального звуку і високоякісного зображення). Порт DVI -I також включає аналогові сигнали , що дозволяють підключити монітор через перехідник на старий роз'єм D- SUB ( DVI- D не дозволяє цього зробити). DisplayPort дозволяє підключати до чотирьох пристроїв , в тому числі аудіопристрої, USB - концентратори і інші пристрої введення-виведення 9-контактний роз'єм S-Video TV-Out, DVI и D-Sub.

Система охолодження

Так як тепловіддача сучасних відеокарт більше 300 Вт, то потрібно якимось чином сменшити температуру відеокарти. Цю роботу виконує система охолодження. Найчастіше для відеокарт використовується повітряне охолодження - це звичайний вентилятор який ставится на відеокарту. Рідше використовується рідке охолодження та пасивне охолодження (радіатор).

Наприклад:

Arctic Cooling Accelero Xtreme III Сумісність: AMD Radeon HD 8870, 7870, 7850, 6970, 6950, 6870, 6850, 6790, 5870, 5850, 5830, 4890, 4870, 4850, 4830, 3870, 3850 NVIDIA GeForce GTX Titan, 780, 770, 760, 680 *, 670 *, 660Ti, 660, 650Ti, 580, 570, 560Ti, 560 SE, 560, 550Ti, 480, 460 SE, 460 GTS 450, 250, 240 (OEM) 9800 GTX +, 9800 GTX, 9800 GT, 9600 GT, 9600 GSO 512, 9600 GSO, 9500 GT (не LP) 8800 Ultra (G80), 8800 GTX (G80), 8800 GTS 512 (G92), 8800 GTS (G92), 8800 GTS (G80), 8800 GT, 8800 GS (9600GSO) 7900 GTX, 7800 GTX 512, 7800 GTX, 7800 GT

Кулер може неповністю розміщуватися на карті. Розмір вентилятора: 92 мм

Існує ще один тип охолодження відеокарти - термоінтерфейс. Це набір із пластин рідкого металу який змінюється від рідкого до твердого.