Архитектура видеоадаптеров

РОССИЙСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Филиал  РУДН в г. Перми 
 

    Факультет: ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА 

    Дисциплина: ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ

«Архитектура  видеокарт» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Фарыма Глеб Алексеевич

1 курс,  ПИ-10-1

№ 3732100153 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПЕРМЬ

      2011 год  

Содержание 
 

Введение……………………………………………………………………………………….3

Основные характеристики видеокарт……………………………………………….………5

Основные компоненты видеокарты………………………………………………………....6

Технологии…………………………………………………………………………………....6

Технологии NVIDIA………………………………………………………………………….7

Технологии AMD………………………………………………………………………….…8

Интерфейсы видеокарт……………………………………………………………………....9

Функциональные блоки видеокарт…………………………………………………………12

Решения на нескольких видеокартах……………………………………………………….13

Устройство видеоускорителя………………………………………………………………..15

Классический  пример конвейера……………………………………………………………20

Унифицированная архитектура……………………………………………………………...21

Ядро и память.Разгон.………………………...…………………………………..…………..22

Заключение………………………………………………….…………………………….…...22

Источники……………………………………………………………………………………...23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Работа с графикой – одна из сложных задач, выполняемым  персональным компьютером. Видеокарта – это сложное многофункциональное  звено из всех компонентов компьютера. По другому ее также еще называют видеоплата, видеоадаптер. На нее ложатся такие задачи, как обработка и вывод на экран монитора изображения. Видеоплата обладает собственной оперативной памятью и не зависит от основной.

В последнее  время многие системные платы  идут с встроенным видеоядром и исходя из этого покупать отдельно видеокарту нет необходимости.

Все пользователи ПК делятся на две группы:

Пользователи, работающие с офисными приложениями, Интернетом, простой графикой, прослушиванием музыки – для них качество видеокарты стоит не на первом месте;

Пользователи-любители компьютерных игр и профессиональные дизайнеры – для них вопрос качества видеокарты просто жизненно необходим.

Видеокарты обычно являются так называемыми платами  расширения, которые вставляются  в специальные слоты на основной (системной или материнской) плате  компьютера. Это сделано для упрощения  модернизации, прежде всего. Самые дешевые  графические решения могут быть встроены в чипсет системной платы, они обычно хоть и могут выполнять  функции игровой 3D видеокарты, но делают это крайне медленно и подходят разве  что для обычной офисной работы или двухмерных игр. У пользователя есть возможность как покупки  нового компьютера целиком, так и  модернизации (или upgrade — апгрейда) старой конфигурации, с приобретением части новых и вероятной продажи (выбрасывания в мусор, откладывания на черный день или для сборки очередного ПК — на выбор) старых комплектующих. Заменив наиболее важные комплектующие, зачастую можно сравнительно небольшими средствами поднять производительность ПК для того, чтобы играть в современные игры с приемлемой производительностью.

Несмотря на то, что определение слабого звена  для игрового компьютера не всегда является простой задачей, чаще всего  в низкой производительности будет  виновата именно видеокарта, а не процессор  или малый объем памяти. Да, существуют игры, которые при определенных условиях будут ограничены процессором (они называются «процессорозависимыми»), игры, которые сильно страдают от недостатка оперативной памяти, но в первую очередь, производительность игры зависит от видеокарты. И чем более высокие графические настройки в играх вы хотите использовать, тем большая нагрузка ляжет на неё, и тем большая зависимость будет от её производительности. Особенно к этому относятся такие настройки, как разрешение экрана, уровень антиалиасинга и анизотропной фильтрации, которые нагружают исключительно видеокарту.

Сейчас компоненты ПК имеют тенденцию к интеграции: в материнские платы «засовывают» звуковые и видеокарты, а в ЦП интегрируют ядро для обработки графики.

Вероятно, данная тенденция вызвана желанием создать унифицированный процессор, который обрабатывал бы все сразу, так как подобный подход к обработке информации был «обкатан» на консолях (Xbox, Xbox 360 совмещали 3 вида обработчиков в 1) и показал себя очень неплохо. Возможно, эта архитектура и была уместна на консолях, но, похоже, принцип взаимозаменяемости компонентов будет сопровождать ПК ещё долго.

Зато на «персоналках» прослеживается тоже кое-что занятное: разработчики, уперевшись в предел частоты одного ядра, делают ставку на распараллеливание вычислений, и не зря – коэффициент прироста производительности от последующих ядер все возрастает (в основном благодаря усовершенствованию технологий).

Уже сейчас в магазинах можно приобрести процессоры на 6 ядер, видеокарты на двух чипах, а также подключить множество видеокарт (до 3-4) или мониторов (до 6-ти).

В данный момент создан даже 1000 ядерный процессор, но основная сложность в том, что их довольно сложно программировать, а уж о массовом рынке пока и речи не идёт.

В сложившейся в мире высоких технологий ситуации для достижения наилучшего результата продуманная архитектура вычислительных компонентов наиболее важна, тем более самых загруженных – видеокарт.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные характеристики видеокарт.

1. Объем оперативной памяти. На сегодняшний день все графические видеокарты имеют объем оперативной памяти минимум 256 Мб (для просмотра видео хватает даже 8 Мб). Остальное виртуальное пространство используется для создания качественной графики в трехмерных играх и чем его больше, тем реалистичней кажется игра. В трехмерных играх для быстрой и полноценной работы на 19-дюймовых мониторах хватает и 256 Мб памяти. Для работы с высоким разрешением 1600x1200 требуется уже чуть больше оперативной памяти – до 512 Мб. Ну а 1 Гб  может значительно улучшить качество картинки и сделать ее намного реалистичнее.
2. Тип используемой памяти. Совсем недавно этот параметр не имел особого значения, но сейчас многие пользователи придираются к типу памяти. Тип памяти на видеокарте практически ни чем не отличается от обычной оперативной памяти и используется, как правило, DDR3, а более дорогие модели оснащены более быстрой памятью – GDDR5.Многие модели видеокарт собранные разными производителями на основе одного чипсета могут оснащаться разными типами памяти, за счет чего их быстродействие может отличаться на десятки процентов.
3. Частота работы графического чипа и памяти. Память и графический тип на видеокартах могут работать как разных, так и на одной частоте и чем быстрее, тем лучше.Впрочем, частота работы чипа и памяти не единственный показатель быстродействия.

Нередки случаи, когда более быстрая по этим значениям  видеокарта значительно уступает своему более медленному конкуренту в основном, из-за количественных характеристик- там больше элементов для обработки графики.

4. Разрядность шины. От разрядности или от «ширины» шины зависит быстродействие видеокарты. Стандартная «ширина» шины 256 бит, но на дешевых моделях ее могут искусственно сократить до 128 бит. При этом вся мощь даже самых «крутых» процессоров сводится на нет. Так что при  выборе видеокарты стоит обратить внимание на этот параметр.
5. Поддержка HD-видео. HD-видео – это видео с высоким разрешением. HD-фильмы на компьютере появились совсем недавно и все сводится к тому, что будущее именно за ними. К сожалению декодирование HD-сигнала дает дополнительную нагрузку на центральный процессор и даже процессоры с тактовой частотой 2 Ггц с этим не справляются.  Именно поэтому на видеокартах в новых чипсетах от AMD и NVIDIA предусмотрен аппаратный HD-декодер, который берет всю нагрузку по обработке HD-сигнала на себя. Если вы планируете смотреть HD-фильмы не на экране монитора, а на плазменной ЖК-панели, то вам следует обратить внимание на выход HDMI.
6. Поддержка технологий. Для того чтобы сделать стыковки и переходы между картинками плавными в видеокарте применяется методы аппаратного сглаживания и фильтрации. Например, билинейная и трилинейная фильтрация (поддерживается платами, выпущенными с 2001 года), анизотропная (отвечает за качество отображения «удаленных» от пользователя участков игрового ландшафта), сейчас карточки поддерживают всё больше технологий, описанных далее.

 

Основные  компоненты видеокарты:

1. Процессор видеокарты (ядро), мощность которого тоже исчисляется, как и у центрального процессора в мегагерцах.
2. Память (DDR2-DDR5), чем больше объем, частота работы, тем лучше.
3. Подсистема питания (её стоит выделить, т.к. потребление питания возрастает в разы, может присутствовать дополнительное питание).
4. Интерфейс PCI-E (1.0 - 2.1), AGP(устарел).
5. Разъёмы (выходы DVI, D-SUB, S-VIDEO, HDMI + выход для технологии SLI/Crossfire/ CrossfireX).
6. Система охлаждения обычно устанавливается поставщиком (т.е. Sapfire, MSI, Palit и пр.), бывает как активная (радиатор+кулер, водяное), так и пассивная (радиатор).

 

Технологии.

Основное назначение – придать картинке максимальную реалистичность при минимальных ресурсозатратах. В связи с тем, что поставщика видеокарт два, то технологии разнятся. Но специфика развития отрасли и продвижение ОC Windows заставляет производителей придерживаться общих технологий:

1. DirectX — библиотека драйверов, встроенных в Windows, позволяющая игровым программам использовать такие возможности «железа», как встроенные технологии сглаживания (сейчас есть DirectX 10,11.).
2. Пиксельные шейдеры - создают максимально реалистичные поверхности, от дрожащего на ветру листа до волнистой глади озера, регулируют освещенность пикселей. DX 8.1 поддерживает шейдеры версии 1.1, DX 9.0 — шейдеры 2.0, DX 9.0c — шейдеры 3.0 и DX10 — шейдеры версии 4.0.
3. Поддержка цифрового интерфейса вывода (DV). Жидкокристаллические мониторы скоро совсем вытеснят привычные для нас модели на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Большинство ЖК-мониторов поддерживает не аналоговый, а цифровой метод передачи информации с системного блока, и производители видеоплат все чаще оснащают их соответствующим разъемом.

 

Технологии  NVIDIA

1. 3D Vision для профессионалов обеспечивают высококачественную среду для работы со стереоскопическим 3D.
2. Технология 3D VISION Surround  позволяет задействовать три монитора в режиме Full HD 3D.
3. Архитектура CUDA  - это революционная архитектура параллельных вычислений.
4. NVIDIA GPUDirect™ - обеспечивает прирост производительности до 30% при передаче данных. Непосредственный доступ к памяти к видеопамяти, минуя ОЗУ.
5. Hybrid SLI - объединяет дискретные графические процессоры с встроенным в материнскую плату.
6. Технология Optimus автоматически оптимизирует расход заряда батареи, обеспечивая более долгую работу и поддерживая графическую производительность.
7. PhysX– это мощный физический движок, обеспечивающий реалистичную физику в режиме реального времени в самых последних ведущих играх для ПК и консоли.
8. PowerMizer - передовая программно-аппаратная технология специально предназначена для увеличения времени работы ноутбуков от батарей. PowerMizer позволяет пользователям настраивать производительность системы и потребление энергии под свои нужды с помощью удобных инструментов настройки.
9. PureVideo обеспечивает плавное воспроизведение HD видео во всех форматах при высокой четкости картинки. Субпиксельная обработка высокой точности позволяет масштабировать видео так, что даже в маленьких окнах видео будет иметь HD качество.
10. SLI - многопроцессорная графическая технология использует увеличенную полосу пропускания шины PCI Express и включает интеллектуальные аппаратные и программные средства, позволяющие нескольким графическим процессорам работать эффективно для достижения высокой производительности.