Državni Univerzitet u Novom PazaruFakultet Tehničkih naukaSmer: Računarska tehnika

Tema: Grafička kartica

Student: Mentor:Admir Hajrović, 02-510/07 Prof. dr. Žarko Barbarić, dipl. inž.

Novi Pazar, Maj 2010.

Grafička kartica

Sadržaj

Admir Hajrović Page 2

Grafička kartica

Uvod

Računar je modularan uređaj tj. sastoji se od velikog broja standardnih delova kao što su grafičke kartice, diskovi itd. Modularnost odgovara i korisnicima i proizvođačima zato što omogućuje međusobnu kompatibilnost računarskih sistema, a sistemi postaju jeftiniji (rezultat standardizacije). Svi ti delovi su međusobno povezani preko glavne centrale celog računara-matične ploče.

Unošenje velike količine podataka u računar neće biti od velike koristi ako nemamo prilike da pomoću nekog izlaznog uređaja saznamo rezultate njihove obrade. Najčešći izlazni uređaji su monitor i štampač. Monitori i grafičke kartice prikazuju tekst, grafiku i slike, video isečke itd.

Grafičke kartice mogu biti integrisane na matičnoj ploči ili se nalaze na posebnoj kartici koja je utaknuta u utičnicu za proširivanje. Grafički adapter, ili grafička kartica, proizvodi sliku koja se prikazuje na ekranu. Ranije su sve grafičke kartice bile u obliku kartica za proširivanje, dok su danas jeftinije kartice ugrađene u matičnu ploču računara. Grafička kartica koja je ugrađena na matičnu ploču može se isključiti i umesto nje koristiti kvalitetnija grafička kartica koja ce biti ugrađena u podnožje za proširenje.

Slika 1:Grafička kartica

Admir Hajrović Page 3

Grafička kartica

I pored različitih vrsta, sve grafičke kartice imaju nekoliko zajedničkih komponenata kao što je prikazano na slici 2:

Slika 2:Komponente grafičke kartice

Admir Hajrović Page 4

Grafička kartica

Istorija i razvoj grafičkih standarda

MDA (Monochrome Display Adapter) predstavljen je davne 1981. godine i najstariji je video standard za PC. Korišten je na IBM PC računarima. Bio je sposoban prikazivati samo 256 znakova u jednoj veličini u 80 kolona i 25 redova. Mogao je prikazivati samo tekst, bez boje. Nije bio sposoban pixel-by-pixel (piksel po piksel) kontroli, stoga se nije mogla prikazivati grafika. Ovaj standard je bio pogodan za DOS aplikacije kao što je obrada teksta.

CGA standard se pojavio svega nekoliko meseci nakon MDA standarda i radio je sa RGB monitorima i bio sposoban pixel-by-pixel kontroli potrebnoj za grafiku. Mogao je prikazati 16 boja, ali samo 4 odjednom na rezoluciji 320x200 piksela. Pikseli su bili prilično veliki, rezolucija loša, ali mogao je prikazivati grafiku. CGA standard je nudio i visoku rezoluciju 640x200, ali tada je mogao prikazati samo dve boje odjednom. Uprkos svojim ograničenjima pa čak i povremenom blicanju i snegu (pojavljivanje tačkica po ekranu) ovaj standard se zadržao prilično dugo.

EGA (Enhanced Graphics Adapter) – Nakon nekoliko godina nedostaci CGA standarda su korisnicima postali očigledni. EGA standard je predstavljen 1984. godine. Mogao je prikazati 64 boje, ali samo 16 odjednom. Imao je način rada visoke rezolucije i jednobojni način rada i bio je kompatibilan sa svim prethodnim monitorima, uključujući CGA i monochrome (jednobojne monitore). Nova karakteristika EGA kartica je bila mogućnost ekspanzije memorije. EGA kartice su standardno dolazile sa samo 64KB memorije. Ekspanzijom memorije mogli ste dodati još 64KB za ukupno 128KB memorije.

VGA (Video Graphics Array) je analogni video standard za PC računare prvi put predstavljen od strane IBM-a 1987. godine. Termin VGA se često odnosi na rezoluciju 640x480 bez obzira na hardver koji proizvodi sliku. Ovaj standard je sposoban prikazati 262.144 boje, 256 odjednom na ekranu. Maksimalna rezolucija je 720x480 piksela, a maksimalni refresh rate (brzina osvežavanja ekrana) je do 70Hz. VGA standard su prevazišle brojne ekstenzije na ovaj standard koje su drugi proizvođači uvodili jednim imenom nazvane Super VGA.

SVGA (Super Video Graphics Array) je termin koji se koristi za brojne standarde koji su zapravo ekstenzije na VGA standard. SVGA se takođe odnosi i na rezoluciju 800x600 koja je u prvoj verziji bila maksimalna rezolucija, sa 4-bita po pikselu, što znači da je svaki piksel mogao biti jedna od 16 različitih boja. Ubrzo nakon toga proširen je na 1024x768 sa 8-bitnim pikselima, a u sledećim godinama daleko iznad toga. Iako je broj boja definisan u originalnoj specifikaciji, on je ubrzo postao nevažan jer za razliku od starih CGA i EGA standarda interfejs između grafičke kartice i SVGA monitora koristi jednostavne analogne voltaže da bi odredilo željenu nijansu boje. Dakle, što se tiče monitora, nema teoretske granice za broj različitih boja koje se mogu prikazati.

Admir Hajrović Page 5

Grafička kartica

Delovi grafičke kartice

Glavni delovi moderne grafičke kartice su:

PCB (Printed Circuit Board) je printana ploča na kojoj se nalaze svi ostali delovi GPU (Grapich Processing Unit) grafički procesor, ujedno i glavni deo koji prevodi binarni

kod u sliku RAM (ili VRAM - Video Random Acces Memory), služi za pohranjivanje najnužnijih

podataka za GPU, najčešće teksture Konektori (PCI, AGP, PCI Express) Izlazi (VGA (Video Graphics Array), DVI (Digital Visual Interface), Video in/Video out

(VIVO))

Slika 3:Delovi grafičke kartice

Današnje kartice najčešće imaju neku vrstu hladnjaka (aktivnog ili pasivnog) zbog komplikovanosti grafičkog procesora koji je već po broju tranzistora prestigao centralni procesor.

Moćnije kartice obično imaju i pasivne hladnjake (heatstink) na VRAM-u zbog visokih frekvencija koje su i do dva puta veće nego kod običnog RAM-a. RAMDAC je deo koji se brine za prikazivanje i kvalitetu 2D slike, dok 3D slike obrađuje grafički procesor u saradnji sa centralnim procesorom i RAM memorijom.

Admir Hajrović Page 6

Grafička kartica

Kvalitet, mogućnosti i trendovi

Što je brži GPU i VRAM na grafičkoj kartici time je ona bolja i kvalitetnija. Količina memorije nije presudna iako igra ulogu u mogućnostima jedne grafičke kartice. Često neke 3D igre nisu u mogućnosti da rade sa starijim grafičkim karticama jer GPU na njoj jednostavno nema instrukcije da ih pokrene. Svake godine se GPU na grafičkoj kartici neprestano unapređuje novim instrukcijama i mogućnostima. U zadnje vreme se sve češće promovišu SLI i Crossfire tehnologije, praktično uparivanja dve ili više grafičkih kartica (PCI-E obavezno) u jednu matičnu ploču.

Proizvođači

Glavni proizvođači grafičkih čipova (GPU):

Intel 3Dlabs ATI Tehnologies NVIDIA GeForce

Manji proizvođači grafičkih čipova (GPU):

S3 Graphics XGI Technology Inc. Tech Source Falanx Microsystems

Grafički čipovi posebne namene:

Matrox

Admir Hajrović Page 7

Grafička kartica

Dubina boja

Da bi prikazana slika primereno izgledala na monitoru, važan faktor je razlučivost i dubina boja. Pod pojmom razlučivosti treba razlikovati radnu razlučivost i maksimalnu razlučivost monitora i grafičke kartice. Ako monitor može prikazati sliku najveće razlučivosti 640x480 pixel-a, a grafička kartica koja može generisati sliku razlučivosti do 2048x1536 pixel-a, ne može se očekivati rezultat bolji od prvog navedenog.

Kod CRT sustava dobro je izabrati monitor koji ima najveću razlučivost istovetnu najvećoj razlučivosti grafičke kartice ili veću. Tada je fizički broj pixel-a (trioda) monitora koji sudeluju u prikazu jednog elementa slike veći i prikaz slike je kvalitetniji.

Kod LCD monitora tehnološki proces njihove izrade upućuje da je prikaz slike najprihvatljiviji kad se razlučivost prikazane slike podudara sa stvarnom razlučivosti monitora (native resolution), jer je u protivnom slika 'razmazana'. Stvarna razlučivost LCD monitora je fizički broj pixel-a po horizontali i vertikali ugrađen prilikom izrade monitora. To znači da za različite dimenzije monitora treba izabrati korisniku najprihvatljiviju stvarnu razlučivost. Nije dobro izabrati monitor dijagonale 15" kojem je stvarna razlučivost 1600x1200 jer su slova u Windows-ima toliko sitna da je zamorno raditi. Na ovaj detalj treba paziti i prilikom nabave LCD monitora ili projektora.

Dubina boja je broj nijansi pojedine boje koji se može ostvariti i koju u osnovi omogućava grafička kartica. Svaki pixel može svetliti različitom intenzitetom boje, pa kako je sve digitalizirano raspon boja se definiše s brojem bit-a raspoloživih za svaki pixel (bpp - bits per pixel) i kad se broj bit-a pomnoži s brojem pixel-a slike dobije se minimalna veličina video međuspreme grafičke kartice. GPU kartice obrađuje dubinu boja prema slijedećem:

8bpp = 256 boja 16bpp = 64K boja (65536) = High Color (Medium) 24bpp = 16.7M boja = True Color (Highest) 32bpp = 16.7M boja = True Color + 8 bit ALPHA CHANNEL

Admir Hajrović Page 8

Grafička kartica

Frekvencija osvežavanja

Važan parametar je frekvencija osvežavanja slike na monitoru koja se kreće od 50Hz pa čak do 200Hz, zavisno o radnoj rezoluciji prikaza slike na monitoru. To je broj slika koji će se u jedinici vremena prikazati na monitoru. Televizija ima 2x25 slika, jedna se slika ponavlja dva puta jer dinamičke promene nisu tako brze. Iako oko ne registruje treperenje od 50Hz, registrira ga ljudski mozak što dovodi do glavobolje i zamora nakon dužeg rada, te je dobro da ova frekvencija bude barem 75Hz. I u tom pogledu treba uskladiti monitor s grafičkom karticom, jer je monitor taj u kojeg se gleda cijeli dan i na kojem se 'gube oči'. Mogućnosti monitora trebale bi biti malo moćnije od mogućnosti grafičke kartice. Zbog silnih pomoćnih izbornika moderne programske potpore dobro je imati CRT monitor dijagonale 19" ili više ili LCD monitor 17" ili više, koji će naravno zadovoljiti grafičku karticu po pitanju radne razlučivosti slike.

Slika 4:Frekvencija osvežavanja

Admir Hajrović Page 9

Grafička kartica

DirectX

DirectX je skupina više programskih okruženja (API) za jednostavnije izvršavanje zadataka kod programiranja igara na Microsoft Windows. Najviše se koristi za razvoj računarskih igara za Windows. DirectX unapred dolazi instaliran na novije verzije Windowsa, iako se uz računarsku igru po pravilu isporučuje posljednja verzija DirectXa.

Delovi od kojih se DirectX sastoji:

DirectX Graphics, sastoji se iz dva API-a (DirectX 8.0 i noviji): DirectDraw, za prikazivanje rasterske grafike. Direct3D (D3D), za prikazivanje 3D računarske grafike DirectInput, obrađuje podatke sa tastature, miša, džojstika i ostalih upravljačkih uređaja DirectPlay, za mrežnu komunikaciju u računarskim igrama DirectSound, za sviranje i snimanje zvuka DirectMusic, za sviranje zvuka napisanog u DirectMusic Produceru DirectSetup, za instalaciju DirectX delova DirectX Media Objects, podrška za enkodere, dekodere i efekte

Slika 5:DirectX

Admir Hajrović Page 10

Grafička kartica

OpenGL

OpenGL ili Javna Grafička Biblioteka (eng. Open Graphics Library) je grafički 3D standard stvoren od strane Silicon Graphics kompanije. Silicon Graphics je debitirala na svetskom tržištu sa moćnim Silicon Graphics računarima za obradu video zapisa tokom osamdesetih i devedesetih godina prošlog veka.

Standard se sastoji od preko 250 različitih funkcija koje definišu načine crtanja kompleksnih 3D scena sa jednostavnim primitivima ili osnovnim geometrijskim elementima - kocka, piramida itd. OpenGL je popularna biblioteka u industriji video igara koja se trenutno takmiči sa Microsoftovim Direct3D-om.

OpenGL se koristi u sledećim industrijama:

CAD (arhitektura, 3D modeliranje) Virtualna realnost Vizualna prezentacija informacija Video igre

Admir Hajrović Page 11

Grafička kartica

SLI (Scalable Link Interface)

SLI (eng. Scalable Link Interface) je način spajanja dve (pa i više) grafičke kartice tako da mogu raditi zajedno. Time se osigurava veća procesorska moć kao i sama količina memorije. Preteča ove tehnologije je imala istu skraćenicu SLI (Scan Line Interleave) koju je predstavio 3dfx 1998. godine (kojeg je NVIDIA kasnije kupila). NVIDIA je nakon kupovine ponovo predstavila tehnologiju 2004. godine.

Teoretski SLI bi trebao da udvostruči mogućnosti grafičke moći, ali NVIDIA garantuje tek 1.9x ubrzanje grafičke moći, što je blizu teoretskim granicama. Ne mogu sve grafičke kartice koristiti SLI mogućnost spajanja, to mogu samo NVIDIA grafičke kartice od serije GeForce 6600 pa na više, sve do GeForce 9800 čipa.

SLI grafičke kartice koriste isključivo PCI Express x16 utičnice (to znači da i matična ploča mora podržavati SLI tehnologiju pa imati dve PCIe x16 sabirnice, odnosno dve utičnice). Dve kartice su spojene preko malog PCB konektora. Postoje dva načina rada - SFR (Split Frame Rendering) i Alternate Frame Rendering (AFR).

SFR tehnika proučavanjem slike određuje 50/50 raspodjelu za dve grafičke kartice odnosno njihove grafičke procesore koji rade istovremeno. AFR tehnika određuje jednoj grafičkoj kartici da obrađuje prvo trenutni frame, dok druga grafička kartica obrađuje sledeći frame i tako dalje. Kada se obrađivanje slike završi ona se šalje preko SLI konektora na glavni GPU (jedna od dve grafičke kartice mora biti glavna), koji rezultate šalje na izlaz što je i krajnji rezultat koji vidimo na monitoru. Jedini konkurent SLI tehnologiji je trenutno ATI-jev Crossfire način spajanja više grafičkih kartica.

Slika 6: SLI režim

Admir Hajrović Page 12

Grafička kartica

Literatura

Admir Hajrović Page 13