Доклад Видеокарта2
.docВидеока́рта (другие названия видеоада́птер, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель, 3D-ка́рта) — электронное внутреннее устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов, т.е. видеокарта предназначена для создания графического и видео изображения и вывода его на экран монитора.
Впервые системы компьютерной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами.
Изначально, несмотря на развитие технологии, пользователь не имел доступа к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась на принтер в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение. Художник прежде всего должен был владеть программированием, так как ему приходилось переносить свои работы в компьютер.
1971-1985гг. – появились персональные компьютеры, где у пользователя появился доступ к дисплеям.
В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Первые мониторы являлись наследниками осциллографов, в них изображение строилось «от точки до точки». Микропроцессор управлял отклоняющей системой дисплея напрямую.
Однако со временем целесообразнее стало подключить компьютер к телевизору. Телевизионное изображение – растровое, т.е. создается посредством последовательного облучения электронным пучком экрана строка за строкой. Роль графики резко возросла, но наблюдалось очень низкое быстродействие компьютера. Для построения картинки теперь требовались специализированные довольно ресурсоемкие вычисления, поэтому понадобились специальные устройства - видеоадаптеры, которые могли бы хранить в себе видеоинформацию, обрабатывать ее и выводить на монитор.
Видеокарты стандарта MDA использовались на персональных компьютерах самыми первыми, они были представлены IBM в 1981 году. MDA-адаптеры были монохромными и работали в только текстовом режиме. По сути, задача сводилась к тому, чтобы «распечатать» на мониторе текст, как на принтере.
Текстовый режим в современных операционных системах используется только на этапе начальной загрузки.
В это же время выпускается монохромный адаптер высокого разрешения – Hercules. Это первый графический адаптер. Он получил большое распространение при работе с электронными таблицами для построения графиков и диаграмм, но в силу своей монохромности дальше не поддерживался. Однако очень долгое время данный адаптер продолжал использоваться, так как только он позволял подключить два монитора к одному компьютеру.
На смену MDA в 1982 году пришел стандарт CGA (Color Graphics Adapter) и привел за собой жесткие стандарты. Это была первая революция в видеоадаптерах. Видеоадаптеры CGA были цветными и поддерживали как символьный, так и графический вывод. Палитра CGA состояла из 16 цветов. Однако в текстовом режиме видеокарта могла выводить все 16 цветов, но в графическом режиме памяти хватало лишь на то, чтобы одновременно выводить только 4 основных цвета. Это было связано с тем, что CGA-адаптеры стандартно комплектовались только 16 Кб видеопамяти. Дело в том, что модули памяти в то время были очень дорогими.
Первой видеокартой, способной воспроизводить нормальное цветное изображение, был EGA-адаптер (Enhanced Graphics Adpter), представленный IBM в 1984 году. EGA поддерживал 16 цветов и разрешение до 640х350 точек. Стандартный объем видеопамяти составлял 64 Кб.
Поистине революционным стандартом можно считать стандарт VGA (Video Graphics Array), представленный IBM в 1987 году. Впервые в VGA-адаптерах появился цифро-аналоговый преобразователь. Это связано с переходом от цифрового управления монитором к аналоговому. Все дело в том, что VGA-видеокарта могла отображать значительно больше оттенков, чем видеоадаптеры всех предыдущих стандартов: теперь для кодирования каждого цвета требовалось не 2 бита, а целых 6, то есть необходимо 18 проводов для передачи на монитор цвета, плюс один провод на сигнал синхронизации, это оказалось нецелесообразно. Поэтому в монитор стали передавать аналоговый сигнал, от уровня которого зависел уровень яркости соответствующей RGB-пушки. Для преобразования сигнала из цифрового в аналоговый используется цифро-аналоговый преобразователь. VGA-адаптеры комплектовались 256 Кб видеопамяти и поддерживали 262144 оттенков. Начиная с этого адаптера, применяются разрешения с соотношением сторон 4:3.
Все современные мониторы используют аналоговый видеосигнал. Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером.
Конкуренты IBM решили начать выпуск более дешевых видеоадаптеров с разрешением, которое выше разрешения IBM. Эти видеоадаптеры образовали категорию Super VGA (SVGA).
Отличительной чертой SVGA являлся встроенный графический акселератор, который присутствовал практически на всех SVGA-видеоадаптерах.
2D-ускорители
Появление графического пользовательского интерфейса во многих операционных системах толкает видеоадаптеры на новый этап развития. Графический пользовательский интерфейс очень удобен, но его использование требует от центрального процессора немалых вычислительных ресурсов. Поэтому на видеокарте появляется свой графический процессор, призванный снять с центрального процессора львиную долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран. Графический процессор получил название «графический ускоритель» (graphics accelerator-графический акселератор). Такая видеокарта способна выполнять построение линии по двум точкам, перемещение больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например, при перемещении окна), рисование дуг, шрифтов, поддержку аппаратного курсора без участия центрального процессора. 2D-акселератор берет на себя прорисовку таких элементов, как рабочий стол, окна приложений и так далее. На видеоадаптерах устанавливается своя память, с которой работает графический процессор, не загружая оперативную память и системную шину процессора.
3D-ускорители
Первоначально областью применения подобных устройств было трехмерное моделирование и САПР, поэтому они выпускались небольшими тиражами, стоили очень дорого (от 1 до 15 тыс. долларов) и были практически недоступны массовому пользователю. Однако с массовым распространением компьютерных игр, видеокарты стали наделять все более мощными средствами ускорения трехмерной машинной графики. Видеоадаптеры, способные ускорять операции трехмерной графики, получили название 3D-ускорителей или 3D-акселераторов.
Построение трехмерной сцены происходит следующим образом - в компьютере трехмерные объекты представляются с помощью геометрических моделей, состоящих из сотен и тысяч элементарных геометрических фигур, обычно треугольников. Задаются также пространственное положение источников света, отражательные свойства материала поверхности объекта и т. п. Чтобы поверхность смоделированного объекта не выглядела искусственной, на нее наносится текстура, передающая цвет и фактуру поверхности. Все перечисленные трехмерные объекты с учетом примененных к ним эффектов должны в конечном итоге быть преобразованы в плоское изображение. Эта операция называется рендерингом.
При наличии 3D-ускорителя из всего перечисленного центральный процессор обычно занимается только расчетом координат вершин треугольников при перемещении объектов на сцене (трансформацией), все остальное делает акселератор.
На сегодняшний день на рынке видеокарт выделяют две основные линейки, выпускаемые фирмами NVIDIA или AMD. Откуда же возникло это противостояние.
Давным-давно, ещё в прошлом тысячелетии, среди производителей видеокарт наблюдался лютый разброд и шатание. Пока фирма S3не выпустила S3 Trio64 V+, который стал своеобразным стандартом: процессор обсчитывал и отправлял данные в память, а видеокарта передавала картинку на дисплей. В 1994 году в компьютерный мир ворвалась фирма 3dfx Interactive с революционной технологией Voodoo. Voodoo - это был первый так называемый 3D-ускоритель.
Осознав преимущество нового рынка, в борьбу за потребителя включились и другие крупные игроки, вышли видеокарты 3D RAGE от ATI, RIVA от NVIDIA, а также Millennium от Matrox.
Стремясь превзойти конкурентов, 3dfx бросила все силы на разработку нового чипсета, но ей это не удалось. В это время фирма NVIDIA делает прорыв, выпуская GeForce 256 и компания 3dfx разоряется. Большую часть активов приобрела NVIDIA. С этого момента, фактически, осталось лишь два производителя высокоскоростных видеокарт: ATI и NVIDIA.
В 2000 году компания ATI выпускает культовый процессор нового поколения — Radeon. Бренд оказался настолько популярным, что используется до сих пор. Данный графический процессор был первым решением, целиком поддерживающим DirectX 7.
В разное время пальма первенства переходила то к одной, то к другой компании.
В 2006 году компания ATI приобретается корпорацией AMD. Однако старый бренд сохраняется и выпускаемая продукция продолжает маркироваться как ATI Radeon. Новые «двухтысячники» — HD2000 — поддерживают DirectX 10.0 и OpenGL 3.3. Уменьшение техпроцесса привело к снижению тепловыделения и позволило безболезненно нарастить количество потоковых процессоров, отвечающих за обработку графики. Наиболее топовые решения получают память GDDR5.
В 2007 году компания NVIDIA совершает прорыв в вычислениях, выпустив восьмое поколение своего продукта — GeForce 8. Помимо поддержки DirectX 10 и OpenGL 3.3, поддерживается технология CUDA, с помощью которой можно часть вычислений переложить с основного процессора на процессоры видеокарты. Вместе с данной технологией была представлена ещё одна — PhysX — которая для вычислений могла использовать либо центральный процессор, либо процессор видеокарты с поддержкой CUDA.
Наши дни
В 2012 году обе корпорации представили обновлённые линейки своих продуктов: GeForce 600 от NVIDIA и Radeon HD7000 от AMD.
Графические процессоры от NVIDIA получили обновлённую начинку, основанную на архитектуре Kepler, благодаря чему увеличилась производительность и снизилось тепловыделение. 28 нм техпроцесс также пошёл на пользу (в картах начального уровня используется 40 нм). Доступные технологии — DirectX 11.1 и OpenGL 4.3.
Чипсеты AMD получили архитектуру Graphics Core Next, производство ведётся по 28 нм процессу. Доступные технологии — DirectX 11.1 и OpenGL 4.2.
Обе фирмы — AMD и NVIDIA — предлагают решения, способные удовлетворить практически любого пользователя. У обоих корпораций есть решение для 3D — поддержка в играх и фильмах. Видеокарты данных фирм способны выводить изображение на несколько мониторов, вплоть до того, что можно использовать несколько мониторов для одной игры. А ещё, у AMD и NVIDIA есть технологии, позволяющие объединяться несколько видеокарт, благодаря чему производительность в некоторых играх, фактически, удваивается.
Однако наверняка у вас назрел вопрос: какая же видеокарта на данный момент является самой быстрой? Пока это двухпроцессорный флагман, AMD Radeon HD 7990, построенной на 2-ух графических процессорах AMD Radeon HD 7970. Но помните: фирмы не стоят на месте и каждый день разрабатывают и выпускают новые линейки видеокарт и пальма первенства постоянно переходит от одной фирмы к другой.
