Будова сучасних відеокарт. СПК
|
Сучасні відеокарти мають складну будову. Загалом відеокарта складається з наступних частин:
- Графічний процесор
- Відеоконтролер
- Відео-ПЗП
- Відео-ОП
- RAMDAC та TMDS
- Коннектор
- Система охолодження
Зміст
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).
Існує ще один тип охолодження відеокарти - термоінтерфейс. Це набір із пластин рідкого металу який змінюється від рідкого до твердого.
