Grafická karta a její princip

Moderní grafická karta, dnes ji zná téměř každý, kdo si někdy stavěl počítač, případně rozebíral.

Rozdělení grafických karet:

• integrovaná grafická karta - nacházející se na základní desce, často integrovaná v procesorech

• externí grafická karta viz obrázek - karta s vyššími výkony vhodná pro rendering, hry, případné úpravy fotografií a videí

Jak pracuje grafická karta

Rendering - tvorba obrazu

• renderování je vyobrazení skutečného obrazu pomocí 3D technologie jako počítačový model

• renderováním obrazu bývá také převáděna 2D kresba do 3D, společně s nastavením několika parametrů, vystínování, doplnění odlesků a to až do realistického vyobrazení objektu

• podle výkonnosti grafické karty je spolupráce rozdělena - čím výkonnější grafická karta tím je menší zatížení hlavního mikroprocesoru

• při kreslení obrazu dochází ke spolupráci centrálního mikroprocesoru s obvody grafické karty

 

Dva druhy zobrazení

• 2D (osa x,y) – textové editory, účetní programy, jednoduché tvary (čtverec, obdélník, atd.)

• 3D (osa x,y,z) – hry, CAD programy, 3D simulace

 

Tvorba 3D obrazu

1. aplikace (program, jehož výstupem je obraz) matematicky popíše podobu obrazu (scénu) pomocí sítí trojúhelníků a předá přes API hardwaru
   
2. hardware natočí scénu do polohy odpovídající pozorovateli
   
3. vykreslí povrch těles „vymalování trojúhelníkové sítě“ – dvě metody:

              stínování – každý pixel v trojúhelníku svojí barvu

              mapování textur – každý trojúhelník je potažen dvojrozměrným vzorkem

     4. filtrování a vyhlazování obrazu
     5. podle pořadí, v němž se budou kreslené prvky zobrazovat, dochází k odstranění objektů, které jsou překryty a            nejsou vidět
     6. odeslání snímku do monitoru

 

API

• v překladu znamená rozhraní pro programování aplikací

• v rámci grafické karty tzn. software, pomocí něhož komunikují ovladače s HW grafické karty - řídí tvorbu obrazu

• software, který napomáhá grafické kartě a jejímu ovladači k tvorbě obrazu

• DirectX, Open GL – dva konkurenční programy, u nichž dochází k neustálému vývoji na vyšší verze, většina grafických karet umí komunikovat s oběma programy

 

Hardware grafické karty

• GPU (Graphics Processor Unit) – grafický čip (jádro) karty – mikroprocesor řídící činnost karty
  
• Operační paměť uchovává informaci o každém pixelu, slouží pro dočasné uložení jeho stavu a průběžném dokončování
  
• Důležité parametry paměťi grafické karty:

1. kapacita paměti
   
2. takt a typ paměti např.: DDR, DDR2, DDR3
   
3. šířka paměťové sběrnice (počet bitů přenesených za jeden takt)
   

• Frekvence a šířka sběrnice – obstarává přenos dat mezi GPU a operační pamětí

• RAMDAC – převodník digitálního signálu obrazu na analogový

• Chlazení – aktivní (ventilátor a blok chladiče) nebo pasivní (blok chladiče)

• Rozšiřující obvody (televizní tuner, VIVO11)

• Konektory karty (VGA, DVI, HDMI, DisplayPort)

• Patice – AGP, PCIe
  

 

Princip funkce grafické karty a vnitřních komponent [1].

DVI – základní norma pracující s digitálním signálem, výstupní konektor z grafické karty pro připojení monitoru.

• DVI-D – pracuje s digitálním signálem (nepotřebuje RAMDAC)

• DVI-I – je schopné přenést digitální i analogový signál, na jedné straně kabelu může být umístěn konektor DVI-I a na druhé VGA konektor

• Single-link – původní provedení

• Dual-link – rozšiřuje přenosové schopnosti

• největší výhodou je kompatibilita takřka se všemi ostatními konektory (pouze nutnost redukce) a relativně nízká cena za kabel i redukce

• nevýhodou je, že přenáší pouze obraz (rozhraní HDMI umožňuje i přenos zvuku)
  

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.