Видеокарта | База знаний

Видеокарта. Термины

DirectX

DirectX — это независимый программный комплекс, обеспечивающий соединение между приложениями в среде Windows и аппаратными средствами, в том числе и видеокартой. Благодаря DirectX разработчикам нет необходимости писать программы под каждую отдельную видеокарту. Это упрощает создание игр и мультимедиа-приложений, а также обеспечивает их широкое распространение. Поддержка DirectX означает способность карты на аппаратном уровне выполнять определенный набор функций.

OpenGL

Open Graphic Library — это стандарт для создания компьютерной графики, который используется при написании графического программного обеспечения. Последняя версия OpenGL — 2.1, ее поддерживают все новые видеокарты.

Анизотропная фильтрация

Анизотропная фильтрация — это специальная технология для обработки элементов изображения — текстур, которая позволяет улучшить общее качество картинки.

Позволяет избавиться от размытости мелких деталей, при наблюдении объемного объекта под острым углом или при приближении к нему. Текстура — это графическая картинка, которая накладывается на контур при построении 3D-изображения. Чем выше уровень анизотропной фильтрации, тем выше качество получаемых текстур. У современных видеокарт максимальная степень анизотропной фильтрации составляет 16x.

Вершинные шейдеры

Вершинные шейдеры позволяют воспроизводить такие эффекты, как, всевозможные деформации объектов, эффект размытости при движении и т. д. Используя шейдеры, можно добавлять спецэффекты при расчете геометрического каркаса изображения. Чем выше версия пиксельных шейдеров, тем больше у видеокарты возможностей по созданию специальных эффектов. Новые видеокарты поддерживают вершинные шейдеры версии 4.0 или 4.1.

Пиксельные шейдеры

Пиксельные шейдеры — это микропрограммы для пиксельных конвейеров, которые позволяют воспроизводить на выбранных поверхностях такие эффекты как, например, металлический блеск или поверхность воды.

«Antananarivo» — перевод на русский

Пиксельный шейдер служит для попиксельного расчета поверхности с используемым эффектом. Чем выше версия пиксельных шейдеров, тем больше у видеокарты возможностей по созданию специальных эффектов. Новые видеокарты поддерживают пиксельные шейдеры версии 4.0 или 4.1.

FSAA

Алиасинг — это эффект ‘лестницы’, появляющийся при отображении наклонных линий. Full Scene Anti-Aliasing — технология полноэкранного сглаживания, которая позволяет максимально, уменьшить данный эффект. Технология FSAA состоит в том, что видеопроцессор рассчитывает 3D-сцену для большего разрешения, чем то, которое используется для вывода на экран. Затем изображение сжимается до требуемого размера, в результате эффект ‘лестницы’ заметно снижается.

Максимальное разрешение

Разрешение определяет количество точек по горизонтали и по вертикали, из которых формируется изображение. Чем выше разрешение, тем более детальной и информативной получается картинка на мониторе. Высокое разрешение может понадобиться для подключения монитора с большой диагональю или для профессиональной работы с графикой. Современные профессиональные видеокарты обеспечивают максимальное разрешение — до 3840×2400.

Вершинные конвейеры

При построении 3D-модели такой конвейер рассчитывает геометрическую структуру изображения или контур. Наличие нескольких конвейеров позволяет производить вычисления параллельно сразу по нескольким направлениям, что повышает быстродействие системы. Для архитектуры с унифицированными конвейерами в этом поле указывается максимальное число таких потоковых процессоров, которые могут использоваться в качестве вершинных конвейеров.

Пиксельные конвейеры

При построении 3D-модели каждый конвейер рассчитывает цвет одной точки изображения. Наличие нескольких конвейеров позволяет совершать вычисления сразу для нескольких точек параллельно. Это увеличивает скорость заполнения изображения пикселями и, следовательно, производительность видеокарты в компьютерных играх.

Текстурные блоки

Блок наложения текстур, или Texture Module Unit — это специальный компонент, установленный перед пиксельным конвейером. Он осуществляет выборку из видеопамяти исходных данных, необходимых для работы пиксельного конвейера.

Название видеопроцессора

Наиболее популярные графические процессоры. Тип NVIDIA, ATI класс high-end GeForce 280, 260 Radeon HD 4870, HD 4850 средний класс GeForce 8800, 9600 Radeon HD 3870, HD 3850 бюджетные модели GeForce 8600, 8500 Radeon HD 3650, HD 2600 высокопроизводительные модели предыдущего поколения GeForce 9800 Radeon HD 3870 X2

TurboCache/HyperMemory

Технологии TurboCache от компании NVIDIA и HyperMemory от ATI позволяют видеопроцессору использовать часть оперативной памяти компьютера для обработки видеоизображения. Используются в недорогих моделях. Благодаря этим технологиям производитель может устанавливать на видеокарте всего 16 Мб или 32 Мб видеопамяти, но при этом видеопроцессор способен использовать целых 128 Мб.

Техпроцесс

Определяется технологическим процессом изготовления микросхем. Чем меньше эта величина, тем меньше общая площадь кристалла, слабее тепловыделение и больше максимальная тактовая частота видеопроцессора. Высокопроизводительные видеопроцессоры изготавливаются по техпроцессу 0.055 мкм или 0.065 мкм.

RAMDAC

Random Access Memory Digital to Analog Converter — устройство преобразования изображения в цифровом представлении в аналоговые сигналы для видеовыхода. Чем выше частота работы RAMDAC, тем больше максимальное разрешение изображения на выходе и частота обновления экрана.

Частота видеопроцессора

Повышение частоты работы процессора увеличивает тепловыделение. Поэтому для современных высокопроизводительных видеосистем приходится устанавливать мощную систему охлаждения, которая занимает дополнительное место и зачастую создает сильный шум при работе.

Графический процессор (от англ. graphics processing unit, GPU) — отдельное устройство  персонального компьютера или игровой приставки, выполняющее графический рендеринг.
Современные графические процессоры очень эффективно обрабатывают и отображают компьютерную графику. Благодаря специализированной конвейерной архитектуре они намного эффективнее в обработке графической информации, чем типичный центральный процессор. Графический процессор в современных видеоадаптерах применяется в качестве ускорителя трёхмерной графики. Может применяться как в составе дискретной видеокарты, так и в интегрированных решениях (встроенных в северный мост либо в гибридный процессор). Отличительными особенностями по сравнению с ЦП являются: архитектура, максимально нацеленная на увеличение скорости расчёта текстур и сложных графических объектов; ограниченный набор команд. Высокая вычислительная мощность GPU объясняется особенностями архитектуры. Если современные CPU содержат несколько ядер (на большинстве современных систем от 2 до 6, по состоянию на 2012 г.), графический процессор изначально создавался как многоядерная структура, в которой количество ядер может достигать сотен. Разница в архитектуре обусловливает и разницу в принципах работы. Если архитектура CPU предполагает последовательную обработку информации, то GPU исторически предназначался для обработки компьютерной графики, поэтому рассчитан на массивно параллельные вычисления.

Каждая из этих двух архитектур имеет свои достоинства. CPU лучше работает с  последовательными задачами. При большом объеме обрабатываемой информации, очевидное  преимущество имеет GPU. Условие только одно — в задаче должен наблюдаться параллелизм.

Программное обеспечение

На программном уровне видеопроцессор для своей организации вычислений (расчётов трёхмерной графики) использует тот или иной интерфейс прикладного программирования (API). Самые первые ускорители использовали Glide — API для трёхмерной графики, разработанный 3dfx Interactive для видеокарт на основе собственных графических процессоров Voodoo Graphics. Поколения процессоров в видеокартах, условно, можно считать по версиям DirectX и OpenGL, которую они поддерживают.

Встроенные графические процессоры

IGP (сокр. от англ. Integrated Graphics Processor, дословно — интегрированный графический  процессор) — графический процессор (GPU), встроенный (интегрированный) в материнскую плату.  Синонимы: интегрированная графика (Integrated Graphics); интегрированный графический  контроллер; встроенный в чипсет видеоадаптер; встроенный (интегрированный) графический  контроллер; встроенный (интегрированный) графический чип (Integrated graphics chip); графический чип, интегрированный в чипсет.

Встроенная графика позволяет построить компьютер без отдельных видеоадаптеров, что сокращает стоимость и энергопотребление систем. Данное решение обычно используется в ноутбуках и настольных компьютерах нижней ценовой категории, а также для бизнес-компьютеров, для которых не требуется высокий уровень производительности графической системы.

Город Антананариву, столица Мадагаскара

В качестве видеопамяти данные графические системы используют оперативную память компьютера, что приводит к ограничениям производительности, так как и центральный и графический процессоры для доступа к памяти используют одну шину.

Как и «стационарные» видеокарты, мобильные видеоадаптеры разделяются на 3 основных вида, в зависимости от способа сообщения видео ядра и видеопамяти:

Графика с разделяемой памятью (Shared graphics, Shared Memory Architecture)

Видеопамять в виде специализированных ячеек как таковая отсутствует, вместо этого под нужды видеоадаптера динамически выделяется область основной оперативной памяти компьютера. Такой способ адресации памяти почти исключительно используют  интегрированные видеокарты (т. е. выполненные не в виде отдельной микросхемы, а являющиеся частью одного большого чипа — северного моста). Преимущества данного решения — низкая цена и малое энергопотребление.  Недостатки — невысокая производительность в 3D-графике и отрицательное влияние на пропускную способность памяти. Самым большим производителем интегрированной графики является intel, чьи видео решения, на сегодняшний момент, исключительно интегрированные; также такой вид графики производят ATI (Radeon, IGP), в гораздо меньших объёмах SiS и NVidia.

Дискретная графика (Dedicated graphics)

На системной плате или (реже) на отдельном модуле распаяны видеочип и один или несколько модулей видеопамяти. Только дискретная графика обеспечивает наивысшую производительность в трёхмерной графике. Недостатки: более высокая цена (для высокопроизводительных процессоров — очень высокая) и большее энергопотребление. Основными производителями дискретных видеоадаптеров, как и на рынке стационарных видеокарт, являются AMD-ATI и NVidia, предлагающие самый широкий спектр решений.

Гибридная дискретная графика (Hybrid graphics)

Как следует из названия — комбинация вышеназванных способов, ставшая возможной с появлением шины PCI Express. Наличествует небольшой объём физически распаянной на плате видеопамяти, который может виртуально расширяться за счёт использования основной оперативной памяти. Компромиссное решение, с разной степенью успеха пытающееся нивелировать недостатки двух вышеназванных видов, но не устраняет их полностью.

Производство

Как уже было сказано, основными производителями графических процессоров в данный момент являются корпорации Nvidia и Ati. Именно на базе линеек их графических процессоров выполнено абсолютное большинство присутствующих на рынке видеоадаптеров.

Поколения видеопроцессоров

Историю развития GPU для работы с трехмерной графикой можно условно разделить на 3  поколения.

GPU первого поколения являлись специализированными процессорами для ускорения операций с трехмерной графикой и предназначались для построения двумерных изображений трехмерных сцен в режиме реального времени. Для ускорения операций использовались аппаратная реализация алгоритмов, в том числе отсечения невидимых поверхностей при помощи буфера глубины, и аппаратное распараллеливание. GPU первого поколения принимали на вход описание трехмерной сцены в виде массивов вершин и треугольников, а также параметры наблюдателя, и строили по ним на экране двумерное изображение сцены для этого наблюдателя. Поддерживалось отсечение невидимых граней, задание цвета вершин и интерполяционная закраска, а также текстуры объектов и вычисление освещенности без учета теней. Тени можно было добавить при помощи алгоритмов расчета теней на GPU, таких как теневые карты или теневые объемы. Первые GPU 1-ого поколения появились в середине 90-х годов в ответ на возрастающее потребление вычислительных ресурсов компьютерными играми.

Примеры GPU 1-ого поколения: S3 ViRGE, ATI Rage — ATI Radeon 7500, Matrox Mystique, 3dfx Voodoo, NVidia GeForce 256 — GeForce 3.

Основные интерфейсы программирования: специализированные интерфейсы взаимодействия, OpenGL (доминирующий), Direct3D.

GPU второго поколения добавили возможности программирования к GPU первого поколения. Изначально фиксированный алгоритм вычисления освещенности и преобразования координат вершин был заменен на алгоритм, задаваемый пользователем. Затем появилась возможность писать программы для вычисления цвета пиксела на экране. По этой причине программы для GPU стали называть шейдерами, от английского shade — закрашивать. Первые шейдеры писались на ассемблере GPU, их длина не превосходила 20 команд, не было поддержки команд переходов, а вычисления производились в формате с фиксированной точкой. По мере роста популярности использования шейдеров появлялись высокоуровневые шейдерные языки, например, Cg от NVidia и HLSL от Microsoft, увеличивалась максимальная длина шейдера. В 2003 году на GPU впервые появилась поддержка вычислений с 32-разрядной точностью. В качестве основного интерфейса программирования выделился Direct3D, первым обеспечивший поддержку шейдеров. Обозначились основные производители дискретных графических процессоров: компании ATI и NVidia. Появились первые приложения, использующие GPU для высокопроизводительных вычислений, начало складываться направление ОВГПУ. Для программирования GPU предложен подход потокового программирования. Этот подход предполагает разбиение программы на относительно небольшие этапы (ядра), которые обрабатывают элементы потоков данных. Ядра отображаются на шейдеры, а потоки данных — на текстуры в GPU.

Примеры GPU 2-ого поколения: NVidia GeForce 4 — 5, ATI Radeon 8500 — X800.

Основные интерфейсы программирования: Direct3D (становится доминирующим), OpenGL, шейдерные языки Cg и HLSL.

GPU третьего поколения характеризуются расширенными возможностями программирования. Появляются операции ветвления и циклов, что позволяет создавать более сложные шейдеры. Поддержка 32-битных вычислений с плавающей точкой становится повсеместной, что способствует активному росту направления ОВГПУ. OpenGL в версии 2.0 добавляет поддержку высокоуровневого шейдерного языка GLSL. Производительность GPU на реальных задачах достигает сотен гигафлоп. В более поздних представителях третьего поколения появляется поддержка целочисленных операций, а также операций с двойной точностью. Появляются специализированные средства, позволяющие взаимодействовать с GPU напрямую, минуя уровень интерфейса программирования трехмерной графики. Появляются потоковые библиотеки программирования  ОВГПУ (RapidMind, Accelerator). Этот этап продолжается по настоящее время.

Примеры GPU 3-ого поколения: NVidia GeForce 6 — 9, ATI Radeon X1K — HD4K.

Основные средства программирования графических приложений: OpenGL, DirectX, шейдерные языки GLSL, HLSL и CG.

Основные средства программирования ОВГПУ: шейдерные языки, система RapidMind, технология  NVidia CUDA

Примечание: ОВГПУ — Общие вычисления на GPU.

Используемые источники

1. gpu.parallel.ru/history.html

2. 3dtutorials.ru/novosti/895-15-let-istorii.html

3. ru.wikipedia.org/wiki/Графический_процессор

4. cgm.computergraphics.ru/issues/issue18/gpuhistory

5. overclockers.ua/video/gpu-evolution/?print

Иевлев Д. С.

Если вы хотите получать качественное видео на своей видеопанели или led-экране, вам обязательно понадобится видеопроцессор. Конечно, во многих мониторах он есть – встроенный. Но часто этого бывает мало, поскольку функции у таких встроенных видеоконтроллеров ограничены.

Что собой являет видеопроцессор?

По сути своей, видеопроцессор – это специальное устройство, которое занимается обработкой видеосигнала и передачей его уже в виде изображения на непосредственно монитор или led-экран. Особо важную роль видеоконтроллеры играют в видеостенах, где на них лежит задача выводить изображение так, чтобы несколько экранов сразу показывало цельную картинку. Также видеопроцессор занимается не только распределением информации по led-экранам, из которых состоит видеопанель, но и обработкой данных из разных источников.

Где находится Антананариву?

Так, нередко можно встретить небольшое изображение «в углу экрана», на котором крутят другой ролик, или показывают изображение с другой камеры, или вовсе выводят таблицы или другие данные.

Основные функции видеопроцессоров

  • Функция медиаплеера: распознавание, кодировка и декодировка, а также отображение на экране большинства стандартных медиа-файлов;
  • Функция сплиттера: объединения в один экран множества дисплеев, или наоборот разбивания изображения на разные экраны. При этом форма ориентации led-экранов может быть какой угодно, вплоть до нестандартных геометрических форм;
  • Функция скалера: возможность отображения масштабируемых окон, при чем без привязки к границам экранов, что крайне необходимо для полноценного функционирования рекламных мониторов;
  • Функция коммутатора: отображение картинки с любого входа на любом канале выхода;
  • Десктоп: возможность исполнять программы на основе Windows;
  • Программное обеспечение KVM: возможность работы с различными приложениями на рабочем столе видеостены.

ПО для видеостен

Для корректной работы видеопроцессора и LED-экранов необходима установка соответствующего программного обеспечения. Именно благодаря ему появляется возможность использовать все вышеперечисленные функции на 100%.

С программным обеспечением видеоконтроллер сможет перемещать, удалять и редактировать размеры окон, подготавливать шаблоны сетки, редактировать изображение вплоть до последнего пикселя, загружать контент с компьютера, работать на основе любого браузера через Интернет, устанавливать пароли и управлять источником удаленно.

Добавить комментарий

Закрыть меню