Исходник. 1. Как работает видеокарта Графический процессор Разъем pci быстродействие Принцип работы видеокарты описание системы, понятие, устройство Типы видеокарт Важность видеокарты в современных устройствах 2

Название	1. Как работает видеокарта Графический процессор Разъем pci быстродействие Принцип работы видеокарты описание системы, понятие, устройство Типы видеокарт Важность видеокарты в современных устройствах 2
Анкор	Исходник
Дата	06.06.2022
Размер	1.1 Mb.
Формат файла
Имя файла	Исходник.docx
Тип	Документы #572640

Как работает видеокарта?
Графический процессор
Разъем PCI
Быстродействие
Принцип работы видеокарты: описание системы, понятие, устройство
Типы видеокарт
Важность видеокарты в современных устройствах

Содержание

Определение
Основные функции видеокарты
Принцип действия видеокарты
Принцип действия видеокарты
Режимы работы видеокарты
Основные функции видеокарты
Устройство видеокарты

Принцип работы видеокарты: описание системы, понятие, устройство

Принцип работы видеокарты

Как работает видеокарта?

Работа видеокарты компьютера зависит от следующих основных составных частей:

соединения с материнской платой, через которое поступают питание и данные;
процессора, который занимается обработкой каждого экранного пикселя;
графической памяти, хранящей данные о каждом пикселе и завершенных изображениях;
системы вывода на дисплей конечного результата.

Графический процессор

полноэкранное сглаживание краев 3D-объектов;
анизотропная фильтрация, повышающая четкость видео.

При сохранении общего принципа работы видеокарт каждый производитель разрабатывает собственные техники окрашивания, наложения оттенков, текстур и шаблонов.

Поскольку ГПУ создает изображения, оно должно их где-то хранить. Для этого служит оперативное запоминающее устройство. Оно хранит информацию о всех пикселях, их цвете и местоположении. Часть ОЗУ также может выполнять функцию буфера кадров с завершенными изображениями, пока не придет время их отобразить. Как правило, память работает с очень высокой скоростью и является двунаправленной, т. е. система может считывать и записывать данные одновременно.

Графическое ОЗУ непосредственно подключено к цифро-аналоговому преобразователю ЦАП, который преобразует изображение в сигнал, используемый дисплеем. В некоторых видеокартах есть несколько таких модулей, что повышает производительность и позволяет поддерживать больше одного монитора.

ЦАП направляет окончательное изображение по кабелю.

Разъем PCI

Графические карты соединяются с компьютером через разъем на материнской плате. По нему подается питание и происходит обмен данными с процессором. Мощные видеокарты часто используют больше энергии, чем позволяет системная плата, поэтому они снабжаются разъемом для прямого соединения с блоком питания.

Подключение обычно производится через интерфейсы PCI, AGP и PCI Express (PCIe). Последний является наиболее современным и обеспечивает наибольшую скорость передачи данных между картой и материнской платой. PCIe поддерживает использование нескольких ускорителей графики одновременно.

Быстродействие

Скорость работы видеокарты прямо зависит от аппаратного обеспечения.

На ее быстродействие больше всего влияют следующие технические характеристики:

тактовая частота;
ширина шины памяти;
пропускная способность ОЗУ;
объем оперативной памяти и ее частота;
частота ЦАП.

ЦПУ и материнская плата ПК также играют определенную роль, поскольку даже очень быстрая видеокарта не способна компенсировать плохую работу системы.

Принцип работы видеокарты: описание системы, понятие, устройство

Изображение на экране дисплея состоит из мельчайших точек, называемых пикселями. При наиболее распространенном разрешении Full HD их количество превышает 2 млн, и ПК должен решить, что делать с каждым из них.

Для этого нужен посредник, который мог бы преобразовать двоичные данные в видимое изображение.

Если компьютер не справляется с этой задачей с помощью аппаратного обеспечения материнской платы, ее выполнение берет на себя графическая карта.

Производимые вычисления сложны, но устройство и принцип работы видеокарты понять легко. В данной статье рассмотрены ее основные компоненты, их функции, а также факторы, сочетание которых обеспечивает высокую производительность и эффективность ПК.

Как работает видеокарта?

Компьютер можно представить в виде организации с собственным художественным отделом, в который направляется запрос нарисовать картину. Отдел решает, каким должен быть рисунок, а затем наносит его на бумагу. В конце концов, чья-то идея реализуется в видимое изображение.

Принцип работы видеокарты такой же. Процессор и программное обеспечение передают информацию на графическую карту, которая решает, какими должны быть пиксели на экране, чтобы получилось требуемое изображение. Затем эти данные направляются по кабелю на монитор.

Создавать изображение из двоичных чисел сложно. Чтобы вывести на экран трехмерную картинку, графическая карта сначала должна рассчитать каркас из прямых линий. Затем она заполняет его пикселями.

После этого добавляются цвет, освещение и текстура. В высокоскоростных компьютерных играх графический процессор должен выполнять все эти расчеты не менее 60 раз в секунду.

Без него нагрузка на ЦПУ была бы слишком велика.

Работа видеокарты компьютера, в принципе, зависит от следующих 4-х основных составных частей:

соединения с материнской платой, через которое поступают питание и данные;
процессора, который занимается обработкой каждого экранного пикселя;
графической памяти, хранящей данные о каждом пикселе и завершенных изображениях;
системы вывода на дисплей конечного результата.

Графический процессор

Принцип работы видеокарт основан на получении данных из ГПУ и преобразовании их в изображения.

Подобно материнской плате, графическая карта – это печатная плата с процессором и ОЗУ. Она также оборудуется микросхемой системы ввода-вывода (БИОС), в которой хранятся настройки и которая при запуске диагностирует работу памяти, системы ввода и вывода.

Графическое процессорное устройство похоже на ЦПУ компьютера. Однако ГПУ специально спроектировано для проведения сложных геометрических и математических вычислений, которые нужны для рендеринга изображения. В некоторых наиболее быстрых процессорах транзисторов больше, чем в среднем ЦПУ. ГПУ выделяет много тепла, поэтому обычно охлаждается радиатором или кулером с вентилятором.

Помимо огромной вычислительной мощности, графические процессоры для анализа и использования данных взаимодействуют со специальным программным обеспечением. Компании nVidia и ATI выпускают подавляющее большинство чипов для видеокарт. Они разрабатывают собственные средства повышения производительности. Чтобы достичь более высокого качества изображения, в графических процессорах используются:

При сохранении общего принципа работы видеокарт каждый производитель разрабатывает собственные техники окрашивания, наложения оттенков, текстур и шаблонов.

Поскольку ГПУ создает изображения, оно должно их где-то хранить. Для этого служит оперативное запоминающее устройство. Оно хранит информацию о всех пикселях, их цвете и местоположении.

Часть ОЗУ также может выполнять функцию буфера кадров с завершенными изображениями, пока не придет время их отобразить. Как правило, память работает с очень высокой скоростью и является двунаправленной, т. е.

система может считывать и записывать данные одновременно.

Графическое ОЗУ непосредственно подключено к цифро-аналоговому преобразователю ЦАП, который преобразует изображение в сигнал, используемый дисплеем. В некоторых видеокартах есть несколько таких модулей, что повышает производительность и позволяет поддерживать больше одного монитора.

ЦАП направляет окончательное изображение по кабелю. Подробно принцип работы видеокарты с интерфейсами описан ниже.

Разъем PCI

Принцип работы видеокарты: подключение монитора

Большинство графических карт позволяют вывести изображение на 2 дисплея. Соединение производится через порты DVI, HDMI, DisplayPort, поддерживающие ЖК-мониторы, и VGA, к которому подключаются экраны ЭЛТ-типа. На некоторых картах есть 2 DVI-порта.

Но это не исключает возможность использование электронно-лучевых трубок, поскольку они могут подключаться через адаптер.

Компания Apple ранее производила мониторы с фирменным разъемом ADC, который был заменен портом DVI, а затем – Thunderbolt на основе USB-C, обратно совместимый с HDMI и DisplayPort.

Большинство пользуется только одним дисплеем. Тем, кому необходимо 2 монитора, могут приобрести графическую карту с возможностью вывода изображения два экрана. Такие ПК могут поддерживать 4 и более дисплеев.

Другие соединения

В дополнение к материнской плате и монитору некоторые графические карты позволяют подключиться к:

телевизионному дисплею (через выход TV-out либо S-video);
аналоговым видеокамерам (посредством ViVo и видеовхода);
цифровым камерам (через USB или FireWire).

Отдельные видеокарты снабжаются телетюнерами.

Типы видеокарт

Видеокарты делятся на 3 типа:

Интегрированные видеокарты(т.е Встроенная графика или IGP )
Дискретные видеокарты(т.е Внешняя видеокарта)
Гибридные решения

Интегрированные видеокарты

Это видеочипы, интегрированные в ядро процессора (CPU), (пребывают на кристалле процессора ) или, реже, вшиты в материнскую плату( как правило, находятся сами по себе, но вообще могут находиться под чипом именуемым “северным мостом“. Интегрированные видеокарты дают слабые показатели для тех, кто хочет хорошую графическую производительность.

Ведь интегрированные решения для этого не рассчитаны и используются в, например, офисных компьютерах(или ноутбуках), где предполагается, что не будет сильных нагрузок на видеочип.

Проблема интегрированных видеокарт в том, что они не имеют собственную оперативную память (ОЗУ), и используют вместе с процессором одну оперативную память компьютера, при том передача сигнала идет по одной системной шине — и то, и другое, на самом деле, сильно тормозит работу.

Интегрированная видеокарта идет вместо со всеми остальными компонентами на плате, так как, очевидно, она на этой плате располагается

image

image

Дискретные видеокарты

Это как раз вариант для тех, кому как раз -таки нужна хорошая графическая производительность.

Дискретные видеокарты отличаются своими вычислительными мощностями в сравнении с интегрированными видеоадаптерами, так как имею свою собственную память — следовательно нет необходимости лезть и на пару с процессором брать оперативную память компьютера, хотя дискретная видеокарта и это тоже умеет

Дискретная карта не интегрирована в материнскую плату, а располагается отдельно, являясь независимой.

Гибридные решения

Этот вариантподразумевает в себе совмещение интегрированной видеокарты и дискретной.

Если вы не планируете сильно грузить свой комьютер( или ноутбук), например - вам нужно просто сидеть в интернете, запускать легкие игры, иногда программировать, с использованием редакторов, а может даже и IDE, редактировать таблицы — то можно взять компьютер(или ноутбук) с интегрированной видеокартой — они стоят дешевле дискретных.

Если же вы хотите получить от компьютера больших мощностей, к примеру, поиграть в нововышедшие игры, смотреть видео в лучшем качестве, то стоит сделать выбор в пользу дискретной видеокарты.

Важность видеокарты в современных устройствах

Видеокарта является неотъемлемой частью современного ноутбука, компьютера и других периферийных устройств. Без нее невозможно вывести на экран монитора изображения, просматривать видео или играть в компьютерные игры.

Видеокарта

Содержание:

Определение
Основные производители
Принцип работы
Устройство видеокарты
Разъемы для подключения видеокарт
Разъемы на видеокарте

Обработка графической информации – одна из сложнейших задач, которые выполняет компьютер.

Видеокарта (видеоадаптер, видеоплата, разг. - видюха) – важная и сложная часть компьютера, в ее задачу входит обработка информации и вывод изображения на экран монитора. Современные видеокарты состоят из собственного процессора, кулера, оперативной памяти.

Современная видеокарта

На протяжении многих последних лет существуют два основных производителя видеоплат. Это компании Nvidia и ATI Technologies (в 2006 году была приобретена американской компанией AMD). Компания Nvidia производит видеокарты под брендом GeForce, а ATI – под брендом Radeon.

Логотипы компаний ATI и NVidia

Краткий принцип работы видеоадаптера

Процесс обработки графических данных – это очень сложный процесс. Чтобы получить на экране монитора определенное изображение, видеокарта выполняет много различных операций. Она получает информацию о будущей картинке от центрального процессора, после этого строит ее каркас, состоящий из точек (их называют «вершинами»).

Затем на этот каркас помещаются плоские кусочки – «полигоны». Под конец специальные программы («шейдеры») сглаживают углы, а на последнем этапе полученная фигура покрывается цветовой текстурой.

Т.к. картинка постоянно изменяется (особенно в компьютерных играх), расчеты должны производиться с очень большой скоростью. Только так можно обеспечить формирование необходимого количества кадров за 1 секунду. Идеальным для человеческого глаза является частота равная 25 кадров/сек. (англ. – FPS или Frames Per Second). Если количество кадров меньше, то будет заметно «торможение».

Почти все современные материнские платы и процессоры имеют встроенное видеоядро и поэтому покупать отдельную плату не всегда необходимо. В роли видеопамяти выступает часть оперативной памяти ПК. Не стоит ожидать высокой производительности от такого компьютера, но для работы в интернете и с офисными документами её будет вполне достаточно.

В случае, если вы планируете играть в компьютерные игры или заниматься обработкой графики или видео, без отдельной видеокарты не обойтись. Сегодня хорошая и мощная видюха является самым дорогим элементом при сборке игрового компьютера.

Устройство видеокарты

Рассмотрим из каких частей состоит видеоадаптер:

Графический процессор (от англ. GPU (Graphics processing unit) - графическое процессорное устройство, графическое ядро) – занимается расчетами и формированием графической информации, которая выводится на монитор компьютера. GPU - основа видеоадаптера и очень часто превосходит центральный процессор по своей сложности.
Видеопамять - является своеобразным буфером для временного помещения в него выводимых на монитор изображений, которые создаются и постоянно изменяются графическим ядром.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (от англ. RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter)) – осуществляет преобразование цифровой информации в аналоговый сигнал, который отображается на мониторе ПК. От ЦАП зависит разрешение картинки, частота вертикальной развертки, количество отображаемых цветов. Цифровые мониторы или проекторы, которые подключаются к цифровому разъему видеокарты, используют свои собственные ЦАП и не зависят от RAMDAC видеокарты.
Видеоконтроллер – устройство, которое отвечает формирование и передачу на RAMDAC необходимой информации из видеопамяти.
Видео-ПЗУ (Video ROM) – представляет из себя микросхему, которая хранит базовую систему ввода-вывода данной видеоплаты, другими словами, BIOS, и определяет алгоритмы и правила, заданные производителем, используя которые, между собой взаимодействуют различные составные части видеокарты.
Система охлаждения, которая осуществляет отвод тепла от видеопроцессора, видеопамяти и др. компонентов и его рассеивание, для обеспечения рабочего температурного режима.

Разъемы для подключения в компьютер

Как мы уже отмечали выше, видюхи бывают внешние и встроенные. Рассмотрим немного подробнее особенности внешних видеокарт.

Внешняя видеокарта представляет собой плату расширения и подключается в один из портов на материнской плате.

Наиболее старый разъем для подключения это AGP (от англ. - Accelerated Graphics Port или в переводе – ускоренный графический порт). Довольно редко, но всё-таки его ещё можно встретить на довольно старых компьютерах. Он был разработан компанией Intel сразу после появления процессоров Intel Pentium II и предназначался для соединения видеокарт и материнских плат с целью увеличения быстродействия видеосистемы.

AGP разъем

Но сегодня они безнадежно устарели, т.к. имеют очень малую пропускную способность шины (всего до 2.1 Гбайт/сек), при возросших требованиях современных программ и игр. Если в вашем компьютере установлена AGP видеокарта и нужно заменить ее на современную, то ничего не получится. Современные видеоадаптеры используют другой интерфейс – PCI Express x16.

PCI Express x16 разъем

В современных материнских платах отсутствует слот AGP, и все внешние видеокарты подключаются только через интерфейс PCI Express. Скорость шины данного интерфейса намного выше, чем у его предшественника. На сегодняшний день появилась уже третья версия интерфейса - PCI Express 3.0. С ним скорость передачи данных может достигать 16 Гбайт/сек.

Разъемы видеокарты

Современные видюхи обычно имеют по несколько разъемов, к которым можно подключить монитор (даже несколько мониторов одновременно), телевизор, проектор и т.д.

Наиболее старым выходным разъемом является VGA (от англ. Video Graphics Array). Появился данный разъем в далеком 1987 г. Как правило, при помощи него видеоплаты подключают к старым мониторам. Сигнал, выходящий через данный разъем, является аналоговым.
DVI (от англ. Digital Visual Interface) – цифровой выход. В основном используется для подключения современных ЖК-мониторов. В отличие от VGA. Может работать как аналоговым, так и с цифровым видеосигналом.
HDMI (от англ. High-Definition Multimedia Interface) - цифровой выход, используется для подключения ЖК-телевизоров и плазменных панелей. Основное отличие между HDMI и DVI в том, что разъём HDMI, кроме передачи видеосигнала, может передавать многоканальный цифровой аудиосигнал.
DisplayPort (DP) – также стандарт сигнального интерфейса, предназначенный для цифровых дисплеев. Рекомендуется к использованию в качестве самого современного интерфейса для соединения между собой аудио и видеоаппаратуры: компьютера с дисплеем или компьютера и домашнего кинотеатра.

Разъемы на видеокарте

Не знаете, какую видеокарту выбрать? Хотите выбрать недорогую, но достаточно мощную? Позвоните в центр компьютерной помощи Комполайф, и наши специалисты проконсультируют вас по всем интересующим вопросам и дадут ценные рекомендации по выбору. Кроме этого, у нас вы можете заказать установку новой видеокарты в системный блок.

устройство видеокарты, основные функции, определение

18.10.2021
Информатика, Лекции

Определение:

Видеокарта (видеоадаптер) — является компонентом видеосистемы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. По существу видеокарта выполняет роль интерфейса между ПК и устройством отображения информации (монитором).

Основные функции видеокарты

ускорение 2D- и 3D-графики;
обработка видеосигналов;
приём телевизионных сигналов;
формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемых при формировании растра на экране монитора;
и многое другое.

Видеокарта Rtx 2080 от компании производителя Nvidia

Видеокарта определяет следующие характеристики видеосистемы ПК:

максимальное разрешение и максимальное количество отображаемых оттенков цветов;
скорости обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и ПК в целом.
формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемых при формировании растра на экране монитора.

Принцип действия видеокарты

состоит в следующем.

Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы NхM n-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведённый для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером или фрейм-буфером.
Видеокарта последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану монитора. В результате яркость каждого пикселя на экране монитора пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеокарты.
По окончанию просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеокарта формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сигналы, вызывающие движение луча снизу вверх.

Таким образом, частоты строчной и кадровой развёртки монитора определяются скорость сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеокарта.

Режимы работы видеокарты

(видеорежимы) представляют собой совокупность параметров, обеспечиваемых видеокартой: разрешение, цветовая палитра, частоты строчной и кадровой развёртки, способ адресации участков экрана и др.

Все видеорежимы делятся на 2 основные группы: графические и текстовые, причём в различных режимах используются разные механизмы формирования видеосигнала, а монитор в обоих случаях работает одинаково.

Графический режим является основным режимом работы видеосистемы современного ПК. В этом режиме на экран монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В графическом режиме в каждой ячейке кадрового буфера содержится код цвета соответствующего пикселя экрана. Разрешение экрана при этом также равно NхM. Адресуемым элементом экрана является минимальный элемент изображения – пиксел. Поэтому графический режим называют также режимом АРА (All Point Addressable – все точки адресуемы). Иногда число n называют глубиной цвета. При этом количество одновременно отображаемых цветов равно 2ⁿ, а размер кадрового буфера, необходимого для хранения цветного изображения с разрешением NхM и глубиной цвета n, составляет NхM бит.

В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изображение на экране монитора представляет собой множество пикселей и характеризуется разрешением NхM. Однако все пиксели разбиты на группы, называемые знакоместами, или символьными позициями (Character boxes – символьные ячейки) размером pхq. В каждом из знакомест может быть отображён один из 256 символов. Таким образом, на экране умещается М/q = М_t символьных строк по N/p = N_t символов в каждой. Типичным текстовым режимом является режим 80х25 символов.

Устройство видеокарты

Современная видеокарта (видеадаптер) включает следующие основные элементы:

графический процессор;
модули оперативной памяти;
RAMDAC – цифроаналоговый преобразователь, выполняющий преобразование цифровых сигналов ПК в сигналы, формирующие изображение на мониторе;
ТV-тюнеры – для приёма телевизионных сигналов и вывода их на монитор; встроенные ТV-тюнеры не отличаются высоким качеством изображения, которое может воспроизводиться в небольшом окне Windows. ТV-тюнеры, устанавливаемые в отдельный слот ПК, обеспечивают полноэкранный режим и высокое качество изображения, обеспечивая при этом выполнение дополнительных сервисных функций (телефонные переговоры через Интернет, прослушивание радио, приём спутникового телевидения при наличии спутниковой антенны). Внешние ТV-тюнеры, подключаемые через порт USB, обеспечивают воспроизведение телепередач в «оконном» режиме на экране монитора;
специальный блок «трансформации и освещения» (Т&T) – для поддержки спецэффектов в игровых приложениях, обеспечивает высокое качество изображения.

Основные характеристики видеокарты:

частота смены кадров (frame per second – fps); качество современного видеокарты можно считать удовлетворительным, если при разрешении 1600х1200 он обеспечивает 60-70 fps; сфера применения этого показателя – компьютерные игры, причём в каждой трёхмерной игре этот показатель будет различным;
максимальное число обрабатываемых элементарных простых объектов (многоугольников, треугольников) в секунду; для отдельных видеокарт эти значения составляют 800-1200 млн/с;
объём оперативной памяти; в недорогих моделях используется память SDRAM или её более быстрая графическая модификация SGRAM со временем доступа 7-8 нс; более совершенные модели оснащены памятью DDR SDRAM со временем доступа 5-6 нс; для современных видеокарт объём оперативной памяти достигает 128 Мбайт и намного более;
частота работы графического чипа и памяти видеокарты; она может быть одинаковой или разной; например, базовая частота чипа самых популярных видеокарт в 2000 г. составляла 166-250 МГц, а частота памяти – 140-180 МГц;
частота RAMDAC определяет качество видеокарты; большинство современных видеокарт имеют частоту RAMDAC в диапазоне 250-400 МГц;
тип интерфейса с шиной ввода/вывода, который оказывает существенное влияние на быстродействие всей видеокарты; для эффективной работы с трёхмерной графикой современные видеокарты комплектуются интерфейсом AGP. AGP4x – суперскоростной режим, обеспечивающий скорость обмена 1,06 Гбайт/с.

Производители видеокарт:

фирма АТI – предпочтительно для мультимедийных комплексов;
фирма Маtrox – для двухмерной графики;
фирма Nvidia — для игровых приложений