Архитектура. Видеокарта

В статье про процессор мы писали, что вся информация в компьютере это много нулей и единиц. Так вот, в очень древних компьютерах не было мониторов и результаты сразу печатались — это было неэффективно. Так появилась видеокарта, чтобы работать с мониторами.

Зачем

Видеокарта — плата со своим графическим процессором и памятью. Видеокарту подключают к материнке через разъём PCI для доп. модулей, такие разъёмы называют шинами.
Ещё, шинами называют вдавленные в платы дорожки для передачи сигнала.

Отдельный графический процессор и память под него нужны вот почему: для того чтобы картинку можно было увидеть, её нужно отрисовать, то есть спроецировать память на экран.
Картинка может быть ещё и цветной — нужна ещё память, под разные цвета и их оттенки. Но чтобы изображение выглядело плавно, нужно больше 30 кадров в секунду — это ещё память.

Вот пример расчёта веса одного кадра цветного изображения:
Сейчас существует два варианта выделения памяти: 24бита/3байта на RGB схему или 32бита/4байта на CMYK схему. Возьмём RGB распределение, у него количество цветов получается \(2^{24}\) ≈ 16 млн.
Выводим на монитор с разрешением 1280 пикселей в ширину и 720 в высоту.
1280×720×24 = 22 118 400 млн. бит памяти или 2.7 Мб. на один кадр, для плавной картинки их нужно 29. Считаем дальше: 29×2,7 ≈ 78 Мбайт на секунду. Потом это пережимается, потому что используются не все 16 миллионов цветов и на картинке много однотонных мест, которые можно заменить массивами.

Устройство

Карта состоит из пяти компонентов: графического процессора, контроллеров, постоянной и оперативной памяти, и внешних портов. Их накрывают крышкой с кулером и подключают через PCI или PCIe в материнскую плату.

Графический процессор

GPU — Graphics Processing Unit.

У процессора видеокарты два отличия от центрального процессора: архитектура и способ обработки данных.
Архитектура GPU принимает большие данные и обрабатывает их параллельно, а не последовательно, как CPU. Поэтому, картинка грузится целиком и сразу, а не последовательной змейкой.

Контроллеры

Контроллер — чип регулирования или управления чем-нибудь. Для видеокарты работают три контроллера.

Видеоконтроллер формирует изображение в нужную форму для видеопамяти, даёт команды для вывода на монитор и обрабатывает запросы от северного моста с данными от центрального процессора.
Контроллер внешней шины отвечает за передачу данных между материнской платой и видеокартой через шину PCI.
Контроллер внутренней шины занимается передачей данных между устройствами видеокарты по внутренней шине.

По плате они расставляются по своим секретным правилам и иногда их помещают к процессору, как северный мост.

Постоянная память

Это хранилище для отдельного BIOS и всех системных штук для работы видеокарты. Этот BIOS выполняет такие же функции, что и чип на материнской плате.

Во время POST проверки BIOS материнки обращается и к BIOSу видеокарты, чтобы она включилась до загрузки ОС.

Работает это так же, как и на большой плате: сначала проверяется железо, потом сигнал «Всё ок — работаем»

Оперативная память

В этой памяти хранится активное изображение, отсюда его забирает видеоконтроллер и отправляет на монитор. Чем больше памяти, тем длинней полоса прогрузки на видео.

Видеокарты используют специальный вид памяти — GDDR5, G — graphic.
GDDR5 — улучшенная DDR3. При одинаковой частоте, GDDR5 передаёт в два раза больше данных. Объём памяти обычных видеокарт от 512 Мб до 12 Гб.

Она быстрее обыкновенной оперативки, потому что рассчитана на массивы одинаковых пикселей. Однотонные фотографии грузятся быстрее контрастных

Вывод

Для вывода существует два способа: RAMDAC и TMDS. Это разные алгоритмы преобразования кодировки изображения в сигнал. RAMDAC для VGA выхода, TMDS для DVI.
Чип отправки изображения преобразует код изображения в сигнал и направляет в нужный порт. В сигнале идёт адрес и точный цвет для каждого пикселя.

Поделиться
Отправить
Запинить
Популярное