Графична карта

фиг.18 Видеокарти ATI Radeon с различни системи кулери

1.9.1 Същност и стандарти
Графичната платка (известна също като графична карта, видеокарта, видеоадаптер) (англ. videocard) — устройство, преобразуващо изображението, намиращо се в паметта на компютъра, във видеосигнал за монитора.
Обикновено видеокартата е разширителна платка и се поставя в специален слот (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) за видеокарти на дънната платка, но може да бъде и вградена.
Съвременните видеокарти не се ограничават само с контрол на извежданото изображение. Вграденият в тях микропроцесор има и допълнителни функции, разтоварващи централния процесор на компютъра.

История

Стандартните типове видеоадаптери се използват в компютрите и регламентират основни характеристики като разделителна способност, брой цветове, тип интерфейс с монитора и честота на дискретизация. Съвременните видеоадаптери са SVGA, но имат собственни разширения за обработка на 2D и 3D графики.

Графическият потребителски интерфейс, в много операционни системи, стимулира нов етап  на развитие на видеоадаптерите. Графичният ускорител (graphics accelerator) е видеоадаптер, в който редица графични функции се осъществяват на апаратно ниво – преместване на блокове от изображението от един на друг участък от екрана (преместване на прозорец), запълване на участъци от изображението, рисуване на линии, дъги, шрифтове, апаратна поддръжка на курсора и др. Графичният потребителски интерфейс е удобен, но изисква от централния процесор немалко изчислителни ресурси. Графичният ускорител разтоварва процесора с основната част изчисления, необходими за извеждане и управление на изображението на екрана.

1.9.2 Структура и действие на графичните платки

Съвременната графична платка  се състои из следните части:

Общата структурна схема е показана на фиг.19.


фиг.19.

1.9.3 Основни характеристики

Поколения 3D-ускорители

Съответстват на версията DirectX, която поддържат:

1.9.4 Еволюция на интерфейса и видеопаметта

Първото тясно място в бързодействието на видеосистемата — е интерфейсът за предаване на данни към който е включен видеоадаптера. Ако каналите за обмен на информация между него, централния процесор, оперативната памет и дополнителните видеоустройства са бавни, ефективността на работа на видеодисплея е незадоволителна. С процесорите Intel Pentium II, и използването на PC като високопроизводителнасистема, както и с появата на 3D игрите със сложна графика, пропускателната способност на PCI в този вид, в който тя е съществувала на платформата PC (честота 33MHz и разрядност 32бита) не удовлетворяваше.
Ето защо Intel разработи отделна шина за графичната подсистема, модернизирайки PCI. Новата шина AGP (Accelerated Graphics Port — ускорен графичен порт). получи достъп до паметта с поддръжка на специфични заявки към видеоадаптера. Разрядността на AGP е 32bit, работната честота 66MHz, поддържайки режими на предаване на данни 1x, 2x, 4x, 8x, (за един такт се предават съответно едно, две, четири или осем 32 разрядни думи. Пиковата пропускателна способност в режим 1x е 266MB/сек. Съвременните видеоплатки с интерфейси AGP 8x, имат пропускателна способност 2,1 Гбайт/с.
Постепенно и параметрите на AGP се оказаха недостатъчни за нарасналите изисквания. Изобретено бе разширение на PCI — PCI Express, последователен интерфейс, за разлика от AGP, чиято пропускателна способност може да достигне 4Гбайт/с. Понастоящем се наблюдава отказ от AGP в полза на PCI Express.


Видеопамет

Освен шината за данни, второто тясно място на всеки видеоадаптер е бързодействието(пропускателната способност - bandwidth) на собствената видеопамет. Всяко изображение първично се съхранява във видеопаметта на видеоадаптера. Необходимо е информацията за изожражението да се прочете и изведе на екрана. На разделителна способност 1024x768 точки и дълбочина на цветовете 24bit (True Color),  отговарят 2.25MB. При честота на кадрите 75Гц номинално потребната пропускателна способност на видеопаметта е около 170MB/сек, без да се отчита, че самият видеоконтролер трябва да записва и чете данни от тази памет. При разделителна способност 1600x1200x32бит кадрова честота 75Гц, пропускателната способност нараства до 550 МB/s (Pentium2 има пикова скорост на работа с паметта 528МB/s. Проблемът се решава със специални типове памет, позволяващи четене едновременно на две устройства от тях, или използване на много бърза памет:
FPM DRAM – използвана до 1996г.
VRAM (Video RAM — видеоОЗУ) —дву-портова DRAM. Позволява да се съвмести във времето извода на изображение на екрана и неговата обработка във видеопаметта. Все още недостатъчна скорост.
WRAM (Window RAM) — вариант VRAM, с увеличена до~25 % пропускателна способност и поддръжка на някои често използвани функции, - шрифтове, местене на блокове и прозорци от изображението и т.н. Използва се в акселераторите на фирми Matrox и Number Nine, защото изисква специални методи за достъп и обработка на данните.
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM — синхронно динамическо ОЗУ) заменило EDO DRAM и других асинхронни едно-портови памети. След първо четене или запис в паметта, следващите такива операции са с нулева задръжка – достига се максимално возможна скорост на четене и запис на данни.
DDR DRAM (Double Data Rate) — вариант на SDRAM с предаване на данни по двата фронта на сигнала, получаван в резултат удвояване на скоростта на работа. Развитието по-нататък е в посока уплътнение на броя пакети в един такт на шината (DDR2, QDDR и др.)
SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронно графично ОЗУ) – вариант на DRAM със синхронен достъп. Работата на SGRAM е аналогична на SDRAM, но дополнително поддържа специфични функции за запис. За разлика от VRAM и WRAM, SGRAM е едно-портова, но може да отваря две страници на паметта като една, емулирайки двупортовост на други типове видеопамети.
MDRAM (Multibank DRAM — мн банково ОЗУ) — вариант на DRAM разработен от фирма MoSys, организиран във вид на множество независими банкови обеми по 32KB  всеки, работещи в конвейерен режим.

RDRAM (RAMBus DRAM) памет исползваща специален канал за предаване на данни (Rambus Channel) – шина за данни с ширина един байт. По него се предава информация като поток с максимална скорост 1600MB/сек (честота 800MHz, данните се предават по двата фронта на импулса). На един такъв канал може да се вкчат няколко чипа памет. Контролерът на тази памет работи с един канал Rambus. Теоретично може да се поддържат до 4 такива каналоа, т.е. да се постигне предавателна способност 6.4GB/сек. Недостатък на паметта е необходимостта да се чете информацията на големи блокове, иначе спада производителността.