PC Anatomy graphic cards

Wstęp Historia Teraźniejszość

Anatomia PCOmówienie Histori i budowy Kart graficznych

Maciej Lichoń

Wrocław University of TechnologyFaculty of Fundamental Problems of Technology

17 maja 2010

1\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Karta Graficzna

Co to jest Karta graficzna

Definicja

Karta graficzna – karta rozszerzeń komputera generująca sygnał dlaekranu monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest odbiór iprzetwarzanie otrzymywanych od komputera informacji o obrazie orazodpowiednie wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem monitora.Podzespół ten jest też nazywany terminem karta VGA. Określenie to jestpoprawne, choć nieco anachroniczne.

2\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Schemat budowy karty graficznej

Standardowa karta graficzna

3\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Schemat budowy karty graficznej(szczegółowy)

Standardowa karta graficzna

4\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Opis Budowy

1 Procesor graficzny (GPU) – odpowiedzialny za generowanie obrazuw pamięci obrazu

2 Pamięć obrazu – VideoRAM, bufor ramki (ang. framebuffer) –przechowuje cyfrowe dane o obrazie

3 Pamięć ROM – pamięć przechowująca dane (np. dane generatoraznaków) lub firmware karty graficznej, obecnie realizowana jakopamięć flash EEPROM

4 DAC (ang. Digital-to-Analog Converter) przetwornikcyfrowo-analogowy – odpowiedzialny za przekształcenie cyfrowychdanych z pamięci obrazu na sygnał sterujący dla monitoraanalogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym DACnie ma zastosowania.

5 Interfejs do systemu komputerowego – umożliwia wymianę danych isterowanie kartą graficzną – zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express

6 Interfejs na slocie karty graficznej – zazwyczaj P&D, DFP, VGA,DVI, HDMI, DisplayPort

5\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

opis budowy cd

Wiele z kart graficznych posiada także:

1 Framegrabber – układ zamieniający zewnętrzny, analogowy sygnałwideo na postać cyfrową

2 Procesor wideo – układ wspomagający dekodowanie i przetwarzaniestrumieniowych danych wideo; w najnowszych konstrukcjachzintegrowany z procesorem graficznym.

6\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Budowa karty graficznej PCI i AGP

Karta PCI i AGP

7\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Rozwój Rozdzielczości, kolorów dzięki kolejnymstandardom

Year Text Mode Graphics Mode Memory(columns/lines) (resolution/colors)

MDA 1981 80×25 - 4 KBCGA 1981 80×25 640×200 / 4 16 KBHGC 1982 80×25 720×348 / 2 64 KBPGA 1984 80×25 640×480 / 256 320 KBEGA 1984 80×25 640×350 / 16 256 KB8514 1987 80×25 1024×768 / 256 -

MCGA 1987 80×25 320×200 / 256 -VGA 1987 80×25 640×480 / 16 256 KB

SVGA 1989 80×25 800×600 / 256 512 KB(VBE 1.x)

640×480+ / 256+ 512 KB+XGA 1990 80×25 1024×768 / 256 1 MB

XGA-2 1992 80×25 1024×768 / 65,536 2 MBSVGA(VBE 3.0) 1998 132×60 1280×1024 / 16.7M -8\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Rozwój pamięci

Type Memory clock rate (MHz) Bandwidth (GB/s)DDR 166 - 950 1.2 - 30.4

DDR2 533 - 1000 8.5 – 16GDDR3 700 - 2400 5.6 - 156.6GDDR4 2000 - 3600 128 – 200GDDR5 3400 - 5600 130 – 230

9\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Rozwój magistral cz1

Bus Width Clock rate Bandwidth Style(bits) (MHz) (MB/s)

ISA XT 8 4,77 8 ParallelISA AT 16 8,33 16 ParallelMCA 32 10 20 ParallelEISA 32 8,33 32 ParallelVESA 32 40 160 ParallelPCI 32 - 64 33 - 100 132 - 800 ParallelAGP 1x 32 66 264 ParallelAGP 2x 32 66 528 ParallelAGP 4x 32 66 1000 ParallelAGP 8x 32 66 2000 Parallel

10\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Standardy i Architektury

Rozwój magistral cz2

Bus Width Clock rate Bandwidth Style(bits) (MHz) (MB/s)

PCIe x1 1 2500 / 5000 250 / 500 SerialPCIe x4 1 × 4 2500 / 5000 1000 / 2000 SerialPCIe x8 1 × 8 2500 / 5000 2000 / 4000 SerialPCIe x16 1 × 16 2500 / 5000 4000 / 8000 SerialPCIe x162.0

1 × 16 5000 / 10000 8000 / 16000 Serial

11\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

Poglądowy rozwój rozdzielczości

12\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

MDA

13\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

CGA

14\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

HERCULES

15\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

PCG

16\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

EGA

17\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

VGA

18\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

Rozwój obrazu

SVGA

19\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Przykład GPU

20\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Asus Ares Radeon hd 5970

Parametry

4 GB pamięci RAM typu GDDR5 RAM 4,8 GHz

GPU 850 Mhz X2

Potężne chłodzenie aktywne

21\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Funkcje GPU

Filtrowanie anizotropowe

Technika poprawy jakości tekstur w trójwymiarowej graficekomputerowej, stosowana zwłaszcza dla obiektów obserwowanych poddużymi kątami, znajdujących się w dużych odległościach od kamery.Technika ta jest udoskonaleniem filtrowania trójliniowego i polega nauwzględnieniu w filtrowaniu tekstury kierunku obserwacji.

22\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Przykład

23\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Bump Mapping

Mapowanie wypukłości (ang. bump mapping)

w grafice 3D technika teksturowania, która symuluje niewielkiewypukłości powierzchni, bez ingerencji w geometrię obiektutrójwymiarowego.

24\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Przykład

25\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Efekty cząsteczkowe

Efekty cząsteczkowe

w animacji komputerowej symulacje złożonych zjawisk (takich jak opadyśniegu, czy deszczu, dym, pył, płomień), w których podstawowymobiektem jest duża grupa wirtualnych cząsteczek, traktowanych jakobiekty punktowe. Cząsteczki mają zwykle ograniczony czas istnienia,podlegają interakcji z otoczeniem, tj. odbijają się od przeszkód, ulegająrównież wpływom sił zewnętrznych (np. grawitacji, czy sile wiatru).

26\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

przykład

27\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Anti-Aliasing

Antyaliasing (ang. anti-aliasing)

zespół technik w informatyce służących zmniejszeniu błędówzniekształceniowych aliasing, powstających przy reprezentacji obrazu lubsygnału o wysokiej rozdzielczości w rozdzielczości mniejszej

28\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

GPU

Pezykład

29\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Inne Funkcje

Vertex ShaderCieniowanie wierzchołkowe - uruchamiane jest raz dla poszczególnychprzetwarzanych wierzchołków. Jego zadaniem jest transformacjapołożenia wierzchołka w wirtualnej przestrzeni 3D na współrzędne 2D naekranie. Cieniowanie wierzchołkowe może operować na takichwłasnościach wierzchołków jak położenie, kolor i współrzędne tekstur, alenie może tworzyć nowych wierzchołków. Wyjście cieniowaniawierzchołkowego jest wejściem dla następnego etapu w potoku, jakimjest albo cieniowanie geometryczne (jeśli jest obecne) albo rasteryzator.

30\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Geometry ShaderCieniowanie geometryczne - pozwala na dodawanie lub usuwaniewierzchołków z siatki wierzchołków (ang. mesh). Może być używane doproceduralnego tworzenia obiektów geometrycznych albo do dodawaniaobjętościowych detali istniejących siatek wierzchołków. Te operacjemogłyby być zbyt kosztowne obliczeniowo dla CPU. Direct3D 10 iOpenGL 3.1 mają już zawarte wsparcie dla tego typu cieniowania. Jeślicieniowanie geometryczne jest używane, to wtedy wyjście z niego jestprzekazywane do rasteryzatora.

31\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Pixel Shader lub Fragment ShaderCieniowanie pikseli - jest programowalną jednostką odpowiadającą zawyliczanie koloru pikseli. Direct3D używa terminu ”pixel shader”, aOpenGL - ”fragment shader”. Piksele na wejście ich cieniowania sąpobierane z rasteryzatora, który wypełnia wielokąty przesyłane z potokugraficznego. Cieniowanie pikseli jest najczęściej używane do oświetleniasceny i innych powiązanych efektów, np. Bump-mappingu lubkolorowania. Transform and Lighting, T&L (ang. transformacja ioświetlenie) - moduł w kartach graficznych, który przyspiesza obliczanieanimacji. Jego brak powoduje konieczność większego wykorzystaniaprocesora, przez co znacznie zmniejsza się płynność renderowania grafikitrójwymiarowej.Pierwszymi kartami mającymi jednostkę T&L były ATI Radeon 7200 oraznVidia GeForce 256.

32\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Karta graficzna czyni CUDA

Opracowana przez NVidiamechanizm CUDA pozwala na symulowanie bardzo zaawansowanychzjawisk fizycznych, efektów graficznych oraz łamania kodówkryptograficznych. Pozwala na to udostępnienie przez producenta kartmechanizmów do szybkich obliczeń numerycznych i macierzowych.

33\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Połączenie karty graficznej i procesora: AMD Fusion(planowana premiera 2011)

Firma AMD planuje stworzenie specjalnej technologi, która umożliwisprzętowe połączenie GPU i CPU . Niestety dane dotyczące szczegółówtego systemu są jeszcze utajnione. Wiadomo jednak że fusion będzieuruchamiane dopiero z poziomu systemu operacyjnego, jako dodatkowysterownik. Procesor będzie mógł wykonywać obliczenia bez żadnejingerencji użytkownika czy programisty na GPU. Co daje pełne sprzętowewsparcie dla obliczeń na GPU.

34\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Proces Renderingu 3d

(duży obrazek króry tutaj zmieści się na 10 slajdach)

35\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Technologia omijająca wierzchołki - Unlimited Detail

Technologia ta podobno zakończy panowanie technologi opartej nawielokątach. Technologia ta polega na modelowaniu ze zbiorówpunktów(chmur punktów). Omija ona całe sprzętowe wsparcie dlaoperacji wierzchołkowych. Za 11 miesięcy będzie można pobrać pierwszedemo tejże technologi. Twórcy twierdzą że tym sposobem zatrzymająrozwój kart graficznych.

36\37

Wstęp Historia Teraźniejszość

pozostałe

Przykład

37\37