Как устроена видеокарта...

Компоненты видеокарты:

Для работы видеокарты необходимы следующие основные компоненты:

• BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода);

• графический процессор, иногда называемый набором микросхем системной логики видеокарты;

• видеопамять;

• цифроаналоговый преобразователь, он же DAC (Digital to Analog Converter). Ранее используемый в качестве отдельной микросхемы, DAC зачастую встраивается в графический процессор новых наборов микросхем. Необходимость в подобном преобразователе в цифровых системах (цифровые видеокарты и мониторы) отпадает, однако, пока живы аналоговый интерфейс VGA и аналоговые мониторы, DAC еще некоторое время будет использоваться;

• разъем;

• видеодрайвер.

Практически все видеокарты имеют наборы микросхем с поддержкой функций ускорения отображения трехмерных объектов.

BIOS видеокарты

Видеокарты имеют свою BIOS, которая подобна системной BIOS, но полностью независима от нее. (Другие устройства в компьютере, такие, как SCSI-адаптеры, могут также иметь собственную BIOS.) Если вы включите монитор первым и немедленно посмотрите на экран, то сможете увидеть опознавательный знак BIOS видеоадаптера в самом начале запуска системы.

BIOS видеокарты, подобно системной BIOS, хранится в микросхеме ROM; она содержит основные команды, которые предоставляют интерфейс между оборудованием видеоадаптера и программным обеспечением. Программа, которая обращается к функциям BIOS видеокарты, может быть автономным приложением, операционной системой или системной BIOS. Обращение к функциям BIOS позволяет вывести информацию о мониторе во время выполнения процедуры POST и начать загрузку системы до начала загрузки с диска любых других программных драйверов.

BIOS видеокарты, как и системную BIOS, можно модернизировать двумя способами. Если BIOS записана в микросхеме EEPROM, то ее содержимое можно модифицировать с помощью специальной программы, поставляемой изготовителем адаптера. В противном случае микросхему можно заменить новой, опять-таки поставляемой изготовителем. BIOS, которую можно модифицировать с помощью программного обеспечения, иногда называется flash BIOS.

Обновление BIOS видеокарты может потребоваться в том случае, если старый адаптер используется в новой операционной системе или изготовитель обнаруживает существенный дефект в первоначальном коде программы. Но не впадайте в соблазн модернизировать BIOS видеоадаптера только потому, что появилась новая, пересмотренная версия. Старайтесь следовать правилу: не модернизируйте, если в этом нет необходимости.

.

1. TV-выход

2. Разъем DVI (можно преобразовать в аналоговый сигнал)

3. Выход VGA

4. Разъем питания вентилятора охлаждения

5. Графический процессор RADEON с интегрированной DAC и теплоотводом/вентилятором

6. Разъем AGP 8х

7. Модули памяти DDR (128 Мбайт)

8. Микросхема регулировки напряжения

Графический процессор

Графический процессор, или набор микросхем, является сердцем любой видеокарты и характеризует быстродействие адаптера и его функциональные возможности. Две видеокарты различных производителей с одинаковыми процессорами зачастую демонстрируют схожую производительность и функции обработки графических данных. Кроме того, программные драйверы, с помощью которых операционные системы и приложения управляют видеокартой, как правило, разрабатываются именно с учетом параметров конкретного набора микросхем.

Зачастую драйвер, предназначенный для видеокарты с определенным набором микросхем, можно использовать с другим адаптером, в котором есть тот же набор микросхем. Безусловно, разница в быстродействии видеокарт с одинаковыми графическими процессорами зависит от типа и объема установленной видеопамяти.В видеокартах используется несколько основных типов процессоров.

Выбор графического и системного набора микросхем

Перед покупкой системы или видеокарты необходимо определиться с графическим процессором видеоадаптера или типом интегрированного набора микросхем системы. Это позволит:

• сравнить видеокарты или системы различных производителей;

• ознакомиться с технической спецификацией;

• просмотреть различные обзоры и тестовые испытания;

• мотивировать свой выбор;

• познакомиться с производителями видеокарт или наборов микросхем, схемами клиентской поддержки и предоставляемыми драйверами.

Поскольку быстродействие видеокарты и наличие необходимых функций играет важнейшую роль для конечного пользователя, перед покупкой конкретного продукта узнайте о нем как можно больше, просмотрите обзоры и журнальные статьи, посетите Web-узел производителя.

Лидирующий производитель графических процессоров, компания NVIDIA, создает исключительно наборы микросхем, в то время как ее ближайший конкурент, компания ATI, занимается непосредственной компоновкой видеокарт собственными процессорами, которые также поставляются сторонним производителям.

Видеопамять

Большинство видеокарт для хранения изображений при их обработке обходятся собственной видеопамятью; хотя некоторые видеоадаптеры AGP используют системную оперативную память для хранения трехмерных текстур, эта функция редко находит применение. Во многих дешевых системах встроенные графические системы используют оперативную память компьютера посредством унифицированной архитектуры памяти (Unified Memory Architecture — UMA). В любом случае с помощью как собственной, так и заимствованной видеопамяти выполняются одни и те же операции.

От объема видеопамяти зависит максимальная разрешающая способность экрана и глубина цвета, поддерживаемая адаптером. На рынке в настоящее время предлагаются модели с различным объемом видеопамяти: 128, 256, 512 Мбайт. Хотя больший объем видеопамяти не сказывается на скорости обработки графических данных, при использовании увеличенной шины данных (с 64 до 128 или 256 бит) или системной оперативной памяти для кэширования часто отображаемых объектов скорость видеокарты может существенно увеличиться.

Кроме того, объем видеопамяти позволяет видеокарте отображать больше цветов и поддерживать более высокое разрешение, а также хранить и обрабатывать трехмерные текстуры в видеопамяти адаптера AGP/ PCI-E 16x, а не в ОЗУ системы.

Память DDR SDRAM

Этот тип памяти позволяет работать на удвоенной частоте по сравнению с обычной памятью SDRAM. Разработан для современных системных плат с частотой шины 133 МГц. В настоящее время DDR SDRAM используется во всех видеокартах среднего и высшего уровней.

Скорость видеопамяти

Видеокарты с одним и тем же графическим процессором (GPU) могут взаимодействовать с видеопамятью, обладающей различными скоростными характеристиками.

Разрядность шины видеосистемы

Рассматривая память в системе отображения, следует также остановиться на формате обращения к памяти со стороны схем обработки изображения. В современной видеокарте все схемы, необходимые для формирования и обработки изображения, реализованы в специализированной микросхеме — графическом процессоре, установленном на этой же плате. Графический процессор и память обмениваются данными по локальной шине. Большинство современных адаптеров имеют 64-,128- или 256-разрядную шину. Кое-кого это может привести в замешательство: ведь с шиной сразу ассоциируются разъемы и т. п.

Но здесь речь идет о локальной шине, к которой имеют доступ только микросхемы графического процессора и памяти адаптера. Другими словами, если в описании видеоадаптера указано, что он 64-разрядный, не пугайтесь — в действительности это плата с 32-разрядным интерфейсом PCI-E16x или AGP, но внутри нее обмен между памятью и графическим процессором выполняется по 64-разрядной локальной шине.

Цифроаналоговый преобразователь

Цифроаналоговый преобразователь видеокарты (обычно называемый RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговые сигналы, которые может отображать монитор. Быстродействие цифроаналогового преобразователя измеряется в МГц, чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации.

В современных высокоэффективных видеокартах быстродействие может достигать 350 МГц и выше. В большинстве современных видеоадаптеров функции преобразователя поддерживаются непосредственно графическим процессором, однако у некоторых адаптеров с поддержкой нескольких мониторов есть отдельная микросхема RAMDAC, которая позволяет второму монитору работать с разрешением, отличным от установленного разрешения основного монитора.

При увеличении быстродействия цифроаналогового преобразователя происходит повышение частоты вертикальной регенерации, что позволяет достичь более высокого разрешения экрана при оптимальных частотах обновления (72-85 Гц и более).

Шина

В настоящее время существует четыре разновидности шины AGP – 1х, 2х, 3х, 4x, и 8х. Оригинальная версия AGP 1х работает на частоте 66 МГц и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 266 Мбайт/с. Версия AGP 2х работает на частоте 133 МГц и обеспечивает скорость передачи данных 533 Мбайт/с. AGP 4х обеспечивает скорость передачи данных до 1 Гбайта/с. Шина AGP 4х может использоваться также с AGP 2х -совместимыми системными платами (правда, в этом случае ее быстродействие снижается до 2х).

Компания Intel 2001 году выпустила спецификацию 1.0 режима AGP 8х, скорость передачи данных которого достигает 2 Гбайт/с. Режим 8х совместим со слотами AGP 4х, присутствующим в системных платах. Хотя AGP 3.0 (AGP 8x) является самой быстрой версией шины AGP, для работы с не очень новой системой лучше воспользоваться видеокартой AGP 4x (1.5 В), которая будет работать с интерфейсом AGP 4х и 8х.

В настоящее время, наиболее распространенным является новый стандарт шины PCI-E (PCI Express) для персональных компьютеров, который сейчас приходит на замену AGP. Новая технология PCI-E обеспечивает достаточно широкую полосу пропускания шин ввода-вывода для удовлетворения растущих требований к скорости передачи данных по этим шинам. Ширину пропускания канала PCI Express можно масштабировать за счет добавления каналов с данными, при этом получаются соответствующие модификации шины (PCI-E x1, x4, x8, x16).

Производительность устройства PCI-E характеризуется числом используемых сигнальных линий (lanes). Одна линия имеет пропускную способность 250 Мбайт/с (за вычетом накладных расходов) в каждом направлении передачи сигналов. Так, интерфейс PCI-E 16x (16 линий) имеет пропускную способность 4 Гбайт/с.

Наличие двух одинаковых слотов PCI-E позволит использовать сразу два видеоадаптера в параллельном режиме SLI/CrossFire (см. далее).

Видеодрайвер

Программный драйвер — важный элемент видеосистемы, с помощью которого осуществляется связь программного обеспечения с видеокартой. Ваша видеокарта может быть оснащена самым быстрым процессором и наиболее эффективной памятью, но плохой драйвер способен свести на нет все эти преимущества.

Видеодрайверы используются для поддержки процессора видеоадаптера. Несмотря на то, что видеокарты поставляются изготовителем вместе с драйверами, иногда используются драйверы, поставляемые вместе с набором микросхем системной логики.

Большинство производителей видеоадаптеров и наборов микросхем системной логики имеют свои Web-серверы, где можно найти информацию о самых последних версиях драйверов. Хотя может пригодиться драйвер, поставляемый вместе с набором микросхем системной логики, лучше использовать драйверы, поставляемые производителем адаптера.

Графические API

API (Application Programming Interface) предоставляют разработчикам аппаратного и программного обеспечения средства создания драйверов и программ, работающих быстрее на большом количестве платформ. Программные драйверы разрабатываются для взаимодействия непосредственно с API, а не с операционной системой и программным обеспечением.

В настоящее время существует два графических API — OpenGL (компания SGI) и Direct 3D (Microsoft).

Хотя производители видеоадаптеров поддерживают стандарт OpenGL, компания Microsoft предоставляет поддержку Direct3D для более комплексного API, называемого DirectX.

DirectX 9 и выше являются последними версиями программного интерфейса, расширившего поддержку трехмерной графики и обеспечившего улучшенные игровые возможности. Для получения дополнительной информации относительно DirectX или загрузки его по-следней версии обратитесь на Web-узел DirectX компании Microsoft: www.microsoft.com/directx.

CrossFire или SLI

В ответ на разработку и продвижение старой-новой технологии SLI (МК №30(357) 2005) компанией NVIDIA, главный конкурент на рынке видеоускорителей, компания ATI, разработала и внедрила свое аналогичное решение — технологию CrossFire. Так же, как и SLI от NVIDIA, она позволяет объединять ресурсы двух видеокарт в одном компьютере между собой, повышая производительность видеоподсистемы. Технология CrossFire в корне отличается от SLI, соответственно, имеет мало общего с конкурентом. Отдавая предпочтение определенным преимуществам той или иной технологии, в недалеком будущем пользователи будут выбирать между NVIDIA и ATI не только исходя из годами сформировавшихся мнений о брэндах, но и базируясь на фактах о технологиях SLI или CrossFire.

Техническая база

По аналогии с NVIDIA, для размещения двух видеокарт ATI в одной «упряжке» потребуется материнская плата с чипсетом того же производителя (планируется, что поддерживать CrossFire также будет чипсет Intel i975X), с двумя слотами PCI Express. Как и SLI, CrossFire требовательна к системным ресурсам, что потребует качественного БП. Рассмотрим требования к системе более детально.

.

Материнская плата. Мать должна быть основана на чипсете ATI Radeon Xpress 200 CrossFire. Данные платы выпускаются как для процессоров AMD Sempron/Athlon 64, так и для Intel Pentium 4/Celeron. Так что ATI теперь будет зарабатывать и на чипсетах, производство которых ранее не достигало больших масштабов.

Видеокарты. Для работы технологии необходима ведущая карта CrossFire master (детальнее об этом — ниже) и любая другая видеокарта на базе чипа из того же семейства, что и ведущая карточка. Ведущую карточку от других отличает наличие разъема DMS–59 (соединяемого с DVI на ведомой карте), чипа CrossFire, ну и, конечно же, стоимость.

Блок питания. Для содержания такого серьезного комплекта понадобится БП с мощностью 400–450 Вт минимум, желательно более мощный.

Ну вот, собственно, и все что нужно для сборки видеосистемы CrossFire. Как вы заметили, ATI более гибко относится к своим покупателям, не привязывая их, как землю к колхозу, к обязательной покупке двух карточек с одинаковым чипом от одного производителя. Привязка осуществляется только к семейству видеочипа, на котором основан ускоритель. То есть, можно приобрести ведущий видеоускоритель Radeon X800 и ведомый Radeon X800 XL. Master Radeon X800 будет совместим с карточкой любого производителя на базе любой модификации чипа X800. Это безусловное преимущество над конкурентом — если брать один ускоритель, с перспективой дальнейшей модернизации путем доустановки еще одной видеокарты, то не придется рыскать в поисках карточки какого-то определенного производителя на базе конкретного чипа. На данный момент технологию CrossFire поддерживают видеокарты на базе X800 и X850, а также новинки на базе X1xxx.

.

Основные принципы

На ведущей видеокарте (master CrossFire) находится специальный чип, позволяющий совмещать усилия ускорителей. Он попиксельно (в реальном времени) обрабатывает изображения, сгенерированные каждой карточкой, и объединяет их в единую картинку. Вся информация с ведомой видеокарты ведущей передается по соединению через разъемы DMS-59 и DVI. Длина кабеля между двумя карточками в таком случае довольно мала, что позволяет избежать потерь при передаче данных (теоретически).

Особенности и режимы работы CrossFire

Всего для CrossFire доступно 3 режима рендеринга: SuperTiling, AFR, Scissor. В отличие от SLI-систем свободный выбор режимов недоступен и нужный режим выбирается драйвером автоматически.

Scissor

Достаточно известный метод обработки изображения. Его суть заключается в разделении кадра на две части, каждую из которых обрабатывает отдельная видеокарта. В теории кадр может делиться пропорционально мощности видеочипов установленных в ПК видеокарт. Для одинаковых карточек кадр делится в соотношении 50:50; если одна из них более мощная, то выбирается соотношение 30:70 или 40:60. Однако, как может показаться на первый взгляд, не для всех игровых приложений такой режим будет предпочтителен. К примеру, в 3D–шутерах нижняя часть кадра мало меняется на протяжении игры, чего не скажешь о верхней… Для этого предусмотрено увеличение обрабатываемой в кадре зоны для карточки, простаивающей в данный момент времени. Правда, для расчета геометрии сцены также потребуются дополнительные ресурсы…

.

SuperTiling

Стандартный режим CrossFire. Делит изображение на множество квадратиков, визуально напоминающих шахматную доску. Часть таких квадратиков обрабатывает одна видеокарта, часть — другая. Это позволяет грамотно распределить нагрузку между видеокартами в пиксельных приложениях. Однако обе карточки должны просчитывать всю геометрию сцены. Известно, что данный режим не поддерживают игры на основе API OpenGL.

.

Alternate Frame Rendering (AFR)

Один из самых быстрых режимов работы CrossFire. Его суть заключается в том, что одна карточка рассчитывает четные кадры, вторая — нечетные. Таким образом, между обеими ускорителями равномерно распределяется нагрузка на графические процессоры. В принципе, данный метод — не новинка, AFR был задействован и на старых двухчиповых картах ATI. Единственный недостаток режима — он не будет работать в компьютерных играх, использующих функции render-to-texture. Также стоит помнить, что производительность CrossFire в режиме AFR будет зависеть от особенностей обрабатываемой сцены. Наконец, учтите, что обрабатываемый и отображаемый в данное время — разные кадры. Так что AFR будет эффективен для отображения качественной картинки в приложениях, не требующих плавной смены кадров для комфортной работы с ними. Говоря простым человеческим языком, в шутерах и симуляторах AFR будет менее эффективен, чем, скажем, в стратегиях.

.

Super AA

Режим, позволяющий существенно улучшить качество изображения в ущерб дополнительным FPS. Суть работы SuperAA заключается в том, что обе карточки генерируют одну сцену с разными шаблонами FSAA. Затем чип CrossFire объединяет их в единое целое. Это позволяет добиться лучшего сглаживания «зернистости», известной под именем aliasing.

.

По количеству режимов работы ATI таки обошла NVIDA, однако не факт, что качество их реализации на должном уровне. Режимом AFR обладают технологии обеих компаний, а Scissor — просто несколько переработанный режим Split Frame Rendering от NVIDIA. Режим SuperAA повышает качество в ущерб производительности, а практичность SuperTiling вызывает сомнения. Так что пока не известно, кто победит в борьбе за дополнительные FPS.

ATI Radeon Xpress 200 CrossFire Edition

Как уже было сказано выше, существуют версии чипсетов как для процессоров AMD, так и для Intel. Материнские платы на основе чипсета ATI не требуют установки режимов работы с одной или двумя видеокартами — связку CrossFire плата определяет автоматически, чем опять-таки выгодно отличается от NVIDIA nForce4 SLI. 130-нанометровый техпроцесс изготовления чипов обеспечит неплохие возможности для разгона без применения дорогих высококачественных систем охлаждения. Да и вообще, сама технология максимально нацелена на энтузиастов и оверклокеров.

Проведем параллели

Думаю, будет разумно взвесить все за и против, сравнив недостатки и преимущества технологий ATI CrossFire с NVIDIA SLI.

Преимущества CrossFire:

• для ATI CrossFire необязательна адаптация игры под данную технологию, она работает со всеми играми на основе API DirectX и API OpenGL;

• нет необходимости покупать карточки одного и того же производителя с одинаковыми чипами и версией BIOS — карты ATI CrossFire могут быть произведены разными компаниями;

• ATI CrossFire работает и с уже продававшимися моделями Radeon X800/X850;

• у ATI CrossFire больше режимов работы, чем у NVIDIA SLI, однако один из них делает акцент на качество, но вовсе не на производительность.

Недостатки CrossFire:

• стоимость ведущей (master) карточки CrossFire заметно выше, чем у ведомой, в то время как стоимость обеих карт NVIDIA одинакова;

• малая доступность технологии на рынке.

В общем, с уверенностью можно сказать, что у обеих технологий есть будущее. Какое, пока неясно. Ведь наблюдается тенденция интенсивного увеличения производительности видеокарт. И наверняка через год видеокарта среднего класса будет мощнее нынешней связки CrossFire...

Обучающий видеокурс "Оборона компьютера"

Обучающий видеокурс показывает, как любой человек, может легко автоматизировать процесс ремонта компьютера.

С помощью этой методики Вы сможете сами починить компьютер после любого вируса и зависания.

Узнайте подробнее...

=====================================================================
Евгений Серов - автор сайта "Ремонт ПК". Ремонт и модернизация компьютерной техники. Консультация и гарантийное обслуживание.
Ресурс: http://comprofit.ru