Видеокарты, как класс устройств, появились в начале 80-х годов. Их основная задача — преобразовывать изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Различают дискретные (в виде платы расширения) и встроенные видеоадаптеры (интегрированные в материнскую плату). Современные видеоускорители имеют встроенный графический микропроцессор (видеопроцессор), который может производить дополнительную обработку данных, разгружая центральный процессор компьютера. >>>

1. Как появились первые видеоадаптеры?
Первым известным графическим адаптером для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter), появившийся в 1981 году. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 25 символов 350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мигающий. Цвет символов напрямую зависел от модели монитора (черно-белый, янтарный или изумрудный). В следующем году фирма Hercules выпустила на рынок видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller) с графическим разрешением 348 точек. Но и он не умел работать с цветом.
Первой цветной видеокартой стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная IBM и ставшая основой для последующих стандартов. CGA могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 25 и 25 (матрица символа — 8), либо в графическом 200 или 200). В текстовых режимах было доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 200 был монохромным.
В видеодаптере EGA (Enhanced Graphics Adapter) цветовая палитра была расширена до 64 цветов, появилось разрешение 350. MCGA (Multicolor Graphics Adapter) увеличил размеры текстового разрешения до 640x400, количество цветов — до 262144.
В конце 80-х IBM выпустила VGA (Video Graphics Array). Появилось текстовое разрешение 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480. В последнем впервые стали использоваться квадратные пиксели. В 1991 году вышла видеокарта SVGA (Super VGA). Разрешение — 800x600. Число одновременно отображаемых цветов — 65536 (High Color, 16 бит) и 16777216 (True Color, 24 бита). Через год ассоциация VESA (ассоциация стандартизации видео-электроники) приняла SVGA в качестве стандарта для видеоадаптеров.
В эти годы операционные системы стали оснащаться графическим пользовательским интерфейсом, начинается бурное развитие трехмерных игр: начался новый этап развития видеоадаптеров.

2. Из каких блоков состоит современная видеокарта?
1. Графический процессор. Мозг видеокарты, занимается расчетами выводимого изображения, отвечает за формирование трехмерной графики. От него по большему счету зависит быстродействие всего устройства. Современные ГПУ зачастую превосходят ЦПУ по вычислительной мощности.
2. Видеоконтроллер. Формирует изображение в видеопамяти, осуществляет обработку запросов ЦПУ. Кроме того, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных, контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Современные графические адаптеры обычно имеют не менее двух независимых видеоконтроллеров.
3. Видеопамять. Место хранения изображения, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора. В видеопамяти хранятся также промежуточные элементы изображения и другие данные. В современных видеоадаптерах используется память следующих типов: GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Кроме того, видеокарты используют в своей работе общую системную память.
4. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter). Отвечает за преобразование изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные ЦАП.
5. Видео-ПЗУ (Video ROM). Постоянное запоминающее устройство, в котором хранится видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы. На многих современных картах устанавливаются перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM).
Правильная работа устройства обеспечивается с помощью видеодрайвера, выполняющего посредническую роль между операционной системой и видеоадаптером.

3. Кроме NVIDIA и AMD есть еще производители видеокарт?
Основная борьба за потребителя уже долгие годы разворачивается между компаниями NVIDIA и AMD (ранее ATI). Первые выпускают устройства под маркой GeForce, вторые — Radeon. На базе их чипов другие производители создают свои модели, несколько отличающиеся от базовых. Это продукция: ASUS, Gainward, GigaByte, Elitegroup, Leadtek, MSI, Palit, Sapphire, XFX, ZOTAC и других. Впрочем, NVIDIA и AMD также выпускают видеоускорители под своими торговыми марками. Тройку лидеров по производству видеоадаптеров замыкает компания Intel (основная специализация — встроенные в материнскую плату решения). Другие производители, например S3Graphics и другие, известны немногим.

4. Каковы основные характеристики видеоускорителей?
Перед покупкой видеокарты мы сталкиваемся с большим количеством различных характеристик, влияющих на ее быстродействие. На что нужно обратить внимание в первую очередь?
1. На каком чипе создана видеокарта. К примеру, на чипе RV710 созданы Radeon HD 4350/4550. RV730 — соответствует 4650/4670. В то же время более мощная Radeon HD 4850 X2 создана на чипе R700. Дабы не вникать в дебри, ориентируйтесь на номер ускорителя. 4550 должна быть мощнее 4350, но слабее 4650. К сожалению, иногда и эта иерархия нарушается производителем. В таких случаях ориентируйтесь на результаты реальных тестов (их можно найти в компьютерных печатных и электронных СМИ).
2. Частота ядра и частота памяти. Измеряются в мегагерцах. Чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
3. Объем собственной памяти видеокарты. Измеряется в мегабайтах и гигабайтов. Неофициальный стандарт на сегодня — 512 Мб. Видеокарты, интегрированные в материнскую плату, не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера. Существуют видеокарты с объемом в 1 Гб и даже 2 Гб. Однако разница в реальных игровых тестах между ними ничтожна. Поэтому переплачивать не имеет смысла. Разница же в скорости между 512 Мб и 1 Гб более существенна. Кроме того, необходимо знать, какую именно память вам продают: GDDR2, GDDR3, GDDR4 или GDDR5. Желательно брать видепроцессор с более новым типом памяти (хотя она и дороже).
4. Ширина шины памяти. Измеряется в битах — количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты. Стандарт на сегодня — 128 бит.
5. Максимальное разрешение, поддерживаемое видеокартой. Максимальное разрешение современных устройств: 2048x1536@85 Гц при подключении к аналоговому монитору и 2560x1600 при подключении через цифровой вход. Для сравнения, разрешение распространенных 22-дюймовых мониторов 1680x1050.
6. Поддержка API: DirectX 9, DirectX 10, DirectX 11, OpenGL 2.0. Большинство игр выпускается с поддержкой DirectX 9, более старшие версии “директа” поддерживаются ограниченным количеством видеокарт. Для DirectX 10 и 11 необходимо ОС Windows Vista/7.
7. Наличие видеоразъемов. Распространены следующие: аналоговый D-SUB и цифровые DVI или HDMI. Существуют переходники D-SUB/DVI и DVI/D-SUB. Используются в том случае, если монитор имеет аналоговый разъем, а видеокарта — только цифровой, и наоборот.

5. Чем различаются технологии NVIDIA SLI и ATI Crossfire?
NVIDIA SLI — технология, позволяющая использовать мощности нескольких видеокарт для обработки трехмерного изображения. В 1998 году компания 3dfx вывела на рынок графический процессор Voodoo2, включающий технологию SLI (англ. Scan Line Interleave — чередование строчек), которая позволяла работать вместе двум чипам Voodoo2. Высокая цена и нестабильность в работе ограничили популярность этой технологии. Вскоре видеокарты с шины PCI перешли на шину AGP и про SLI пришлось забыть (на материнских платах существует только один слот AGP).
В 2001 году NVIDIA купила компанию 3dfx и через три года возродила SLI на базе новой шины PCI Express. Теперь SLI — это Scalable Link Interface (масштабируемый интерфейс). В 2007 году появилась технология 3-Way SLI, позволяющая объединить три видеокарты Nvidia. Есть технология Quad SLI, объединяющая две двухчиповые видеоплаты. Для реализации такой возможности необходима ОС Windows Vista или Windows 7.
Какие требования выдвигаются к компьютеру, использующему технологию SLI:
1. Материнская плата с поддержкой SLI с двумя и более разъемами PCI Express.
2. Видеокарты GeForce 6/7/8/9/2xx или Quadro FX с шиной PCI Express. Видеокарты должны принадлежать к одному классу, при этом версия BIOS плат и их производитель значения не имеют.
3. Мост, объединяющий видеокарты. Поддержка чипсетов для работы со SLI осуществляется программно.
4. Качественный блок питания (рекомендуются блоки SLI-Ready).
SLI-систему можно организовать двумя способами: либо с помощью специального моста, либо программным путем, однако в последнем случае производительность окажется ниже.

ATI CrossFire — технология, позволяющая одновременно использовать мощности двух и более видеокарт ATI Radeon для построения трехмерного изображения. Анонс состоялся на выставке Computex 2005. Каждая из видеокарт формирует свою часть изображения, которое передается в чип Composing Engine мастер-карты, имеющий собственную буферную память. Этот чип объединяет изображения и выводит финальный кадр.
Какие требования выдвигаются к компьютеру, использующему технологию Crossfire:
1. Материнская плата с двумя и более разъемами PCI Express x16 с чипсетом AMD или Intel определенной модели.
2. Видеокарты с поддержкой CrossFire. Они должны быть одной серии, но необязательно одной модели. Быстродействие такой системы определяется характеристиками чипа с наименьшей производительностью.
3. Достаточно мощный блок питания;
CrossFire-систему можно организовать тремя способами:
1. Внешнее соединение — с помощью кабеля, при этом карта, на которой распаян чип Compositing Engine, называется мастер-картой (Master card). Остальные видеокарты могут быть любыми в пределах серии.
2. Внутреннее соединение — посредством гибкого мостика, при этом мастер-карту определяет драйвер.
3. Программный метод — видеокарты не соединяются, обмен данными идет по шине PCI Express x16, взаимодействие осуществляется с помощью драйверов. Производительность подобного способа ниже.

Кроме NVIDIA SLI и ATI Crossfire, существует молодая, но перспективная технология HYDRA Engine. Разрабатывается LucidLogix при активной поддержке компании Intel. Позволяет запускать в паре ускорители различных фирм. Технология реализуется с помощью драйверов и специального чипа на материнской плате. Таким образом, в единое целое можно объединять разные видеокарты (от двух до четырех, в зависимости от чипа). Система HYDRA автоматически распределяет нагрузку между видеоадаптерами.
Пока на рынке присутствует только одна материнская плата с поддеркжй HYDRA: Big Bang на базе чипсета Intel P55 с чипом HYDRA 200. К сожалению, только операционная система Windows 7 позволяет установить в компьютер две видеокарты от различных производителей. Будет ли у технологии будущее, покажет время.

6. Какие шины данных используют видеокарты?
В 1981 году на компьютерах IBM PC/XT появилась компьютерная шина ввода/вывода ISA (от англ. Industry Standard Architecture). В том числе эта шина использовалась видеокартами. В начале 90-х была разработана шина PCI (от англ. Peripheral component interconnect). Видеоадаптеры начали выпускаться с поддержкой этой шины данных. Но вскоре и ее пропускной способности стало не хватать: в 1997 году компания Intel вывела на рынок специализированную 32-битную системную шину для видеоускорителей AGP (от англ. Accelerated Graphics Port).
В 2002 году произошла еще одна революция: была официально представлена первая базовая спецификация новой компьютерной шины PCI Express, или PCIe, или PCI-E. Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. В настоящее время существуют спецификации 1.0 и 2.0. В середине 2010 года должны быть обнародован стандарт 3.0, а производство видеокарт на его основе начнутся в 2011 году. Подавляющее большинство современных видеоускорителей обладают поддержкой интерфейса PCI Express 2.0 16x, интерфейс AGP больше не поддерживается.

7. Кроме PhysX, какие PPU существут?
PPU — это физический процессор (англ. Physics Processing Unit) — специализированный процессор, предназначенный для обработки физических вычислений. Нужен для разгрузки CPU от трудоемких вычислений. Термин был придуман компанией Ageia для своего чипа PhysX. В 2008 году компания и технология были выкуплены NVIDIA. Сегодня для задействования чипа PhysX на видеокартах серии GeForce 8xxx и выше необходимо установить в систему физический движок PhysX SDK.
Кроме PhysX, компания Intel продвигает Havok FX, а AMD — Bullet Physics Library. Havok SDK является главным конкурентом движка PhysX SDK. По идее, Havok FX должен использоваться на компьютерах с двумя и более видеокартами (одна будет отвечать за физические расчеты).
Пока неизвестно, какая технология в ближайшие годы будет доминировать. Но PhysX появилась раньше конкурентов, поэтому пока этот движок лидирует.

8. Как можно разогнать видеокарту и чем протестировать?
Улучшить быстродействие можно разными способами: обновить драйвер, видео-БИОС, программно увеличить частоты ядра и памяти, разблокировать скрытые возможности, воспользоваться различными программами.
Многие современные видеокарты позволяют модифицировать или обновить собственную БИОС, повысить частоты процессора, памяти, изменить тайминги. Для редактирования БИОС разработаны программы NiBiTor (для видеокарт NVIDIA), RaBiT (ATI/AMD); для обновления прошивки: NVFlash, ATI FlashROM и другие. Однако этот метод не подходит для новичков, так как существует вероятность вывести из строя видеокарту. Им лучше воспользоваться специальными утилитами.
Из популярных программ, используемых для модификации BIOS видеоадаптеров, можно отметить следующие: ATI Tray Tools (http://www.guru3d.com/article/ati-tray-tools-/), RivaTuner (http://guru3d.com/), Powerstrip (http://www.entechtaiwan.com/util/ps.shtm). Современные видеокарты NVIDIA и ATI/AMD имеют собственные программные средства по разгону.
Быстродействие видеокарты можно вычислить с помощью тестов. Чаще всего используют утилиту Futuremark 3D Mark2006 либо высокопроизводительные и популярные игры.

9. Назовите основные тенденции по развитию видеоускорителей?
1. Сращивание центрального процессора и видеокарты. Самый известный проект — AMD Fusion — гибрид CPU и GPU. Однако выход на рынок пока откладывается: первые коммерческие продукты должны появиться не ранее 2011 года. Предполагается, что это будет процессор Llano с четырьмя ядрами класса Phenom II, 4 Мб кэш-памяти L3, контроллером ОЗУ DDR3 1600 МГц и графическим ядром с поддержкой DirectX 11.
2. Перекладывание на графический процессор некоторых вычислений, ранее выполняемых ЦПУ. У NVIDIA уже есть подобная технология, под названием CUDA, позволяющая программистам выполнять на видеокарте некоторые вычисления, не связанные с обработкой графики. Дело в том, что современные GPU по мощности и количеству процессоров уже превосходят ЦПУ.
3. Intel планирует выйти на рынок дискретных карт (напомним, что большая часть продаваемых встроенных решений выпускается Intel). Проект Larrabee будет базироваться на х86-совместимых мини-ядер. Тактовая частота каждого ядра составит 1,7-2,5 ГГц, каждое будет оснащено кэш-памятью L1 и набором инструкций для обработки графики. Первые версии Larrabee будут содержать от 16 до 24 ядер. Подобная архитектура позволит видеокарте стать мощным потоковым процессором наподобие NVIDIA Tesla и AMD Stream Processor.

(Опубликовано в газете "Мой друг компьютер", № 1, январь 2010 года. Здесь дана авторская редакция.)

Коментарии

Добавить комментарий
Пожалуйста оставляйте комментарии только по теме.
Имя:
E-mail
Домашняя страница
Тема:
BBCode:
Коментарий:
Код:*