Тема 8. Відеокарта та звукова карта

2. Процесор відеокарти

Перші комп'ютерні відеокарти були побудовані за принципом кадрового буфера, згідно з яким власне зображення формувалося центральним процесором комп'ютера і програмним забезпеченням, а карта відповідала лише за зберігання (в буфері пам'яті) і виведення з певною частотою окремих кадрів на монітор. Однак підвищення вимог до якості зображення, пов'язане з появою складних тривимірних комп'ютерних ігор і професійних конструкторських систем, привело до необхідності створення спеціалізованого процесора, який би займався виключно формуванням (точніше, розрахунком) зображення. При цьому центральний процесор комп'ютера звільнився практично від всіх функцій, пов'язаних з побудовою зображення. Сучасні графічні процесори по складності не поступаються центральним процесорам, і більш того, у багатьох популярних моделях використовуються технології, ще не знайшли застосування в центральних процесорах.

Спочатку дані в цифровому вигляді з шини потрапляють в відеопроцесор, де вони починають оброблятися. Після цього оброблені цифрові дані направляються в відеопам'ять, де створюється образ зображення, яке повинно бути виведено на дисплеї.

Для виключення конфліктів при зверненні до пам'яті з боку відеоконтролера і центрального процесора перший має окремий буфер, який у вільний від звернень ЦП час заповнюється даними з відеопам'яті.

Якщо конфлікту уникнути не вдається - відеоконтроллеру доводиться затримувати звернення ЦП до відеопам'яті, що знижує продуктивність системи; для виключення подібних конфліктів у ряді карт застосовується так звана двох портова пам'ять, яка припускає одночасні звернення з боку двох пристроїв.

Перш ніж стати зображенням на моніторі, двійкові цифрові дані обробляються центральним процесором, потім через шину даних направляються в відеоадаптер, де вони обробляються і перетворюються в аналогові дані і вже після цього направляються в монітор і формують зображення. Потім, все ще в цифровому форматі, дані, що утворюють образ, передаються в RAMDAC, де вони конвертуються в аналоговий вигляд, після чого передаються в монітор, на якому виводиться потрібне зображення.

Таким чином, майже на всьому шляху проходження цифрових даних над ними виконуються різні операції перетворення, стискання та зберігання. Оптимізуючи ці операції, можна домогтися підвищення продуктивності всієї відеопідсистеми. Лише останній відрізок шляху, від RAMDAC до монітора, коли дані мають аналоговий вигляд, не можна оптимізувати.

Крім внутрішньої архітектури, яка у різних відеопроцесорів може істотно відрізнятися, вони характеризуються параметрами:

• тактова частота роботи графічного ядра. У сучасних чіпів вона становить від 300 до 500 МГц, в залежності від класу
• технологічний процес, по якому виготовлений чіп. Основна маса графічних процесорів в даний час випускається або по 0,13 -, або по 0,11-мікронної технології. Чим досконаліше (мініатюрні) технологія, тим більше мікроскопічних транзисторів можна вмістити на кристалі одних і тих же розмірів, що означає більш високу продуктивність і одночасно меншу собівартість виробництва.

На продуктивність графічної підсистеми впливають кілька факторів:

• швидкість центрального процесора (CPU)
• швидкість інтерфейсній шини (PCI або AGP)
• швидкість відеопам'яті
• швидкість графічного контролера

Для збільшення продуктивності графічної підсистеми настільки, наскільки це можливо, доводиться знижувати до мінімуму всі перешкоди на цьому шляху. Графічний контролер виконує обробку графічних функцій, що вимагають інтенсивних обчислень, в результаті розвантажується центральний процесор системи. Звідси випливає, що графічний контролер повинен оперувати своєї власної, можна навіть сказати приватної, місцевої пам'яттю. Тип пам'яті, в якій зберігаються графічні дані, називається буфер кадру (frame buffer). У системах, орієнтованих на обробку 3D-додатків, потрібно ще й наявність спеціальної пам'яті, званої z-буфер (z-buffer), в якому зберігається інформація про глибину зображуваної сцени. Також, в деяких системах може матися власна пам'ять текстур (texture memory), тобто пам'ять для зберігання елементів, з яких формуються поверхні об'єкта. Наявність текстурних карт ключовим чином впливає на реалістичність зображення тривимірних сцен.