7. diel - Staviame si počítač - Grafická karta 1/2

V minulom dieli nášho seriálu o stavbe počítača bola reč o operačnej pamäte RAM. Funkčné základ počítača máme už zostavený, ale stále v ňom chýba veľa dôležitých komponentov. Jednou z nich je rozširujúci grafická karta. Tej sa budeme dnes venovať.

Grafická karta je zariadenie prevádzajúcej dáta na digitálny signál, ktorý nám potom monitor zobrazí ako obraz. Prevažná väčšina dnešných počítačov má základnú grafickú kartu integrovanú v procesore (tzv. APU = CPU + GPU) alebo v základnej doske (on-board video). Okrem tejto grafickej karty je možné dokúpiť ešte jednu, výkonnejšie, ktorú využijeme najmä pri hraní hier a ktorá umožňuje rýchlo vykresľovať 3D scény.

Práve o tejto rozširujúcu (dedikované) karte budeme dnes hovoriť. Kancelárske počítače alebo aj niektoré domáce počítače túto kartu zvyčajne vôbec neobsahujú. Pokiaľ na počítači neplánujete hrať hry alebo spracovávať grafiku, nemusíte si ju kupovať. Nové APU (procesory s integrovanou grafickou kartou) navyše poskytujú už pomerne slušný herný výkon, ktorý pre občasné hranie stačí. Bolo namerané, že napr. Procesor Intel s integrovaným GPU Iris podá podobný výkon, ako nižší rad grafických kariet GeForce (viď ďalej). Problém integrovaných riešení je napr. S pamäťou, ktorú taká grafická karta uberie z pamäte RAM počítača. Ak si chcete zahrať novú hru v peknej grafike alebo pracujete na profesionálnej úrovni s 3D grafikou, musíte sa zatiaľ stále uchýliť k dedikované grafickej karte.

Histórie

Dedikovaná grafická karta je v súčasnej dobe vôbec najvýkonnejšie technológie v počítači a má za sebou bohatú históriu. Pôvodný počítače nemali grafickú kartu zaintegrovaný a preto sa musela vždy kúpiť zvlášť. Prvý grafickej karty sa vyvíjali čo sa týka počtu naraz zobrazených farieb (2, 4, 16, 256, high color, true color) a rozlíšenie, ktoré podporovali. Počet farieb bol zvyčajne viazaný na rozlíšenie a tejto dvojici sa hovorilo video mód.

Staršie grafická karta Trident VGA 9000 na rozhraní ISA

Akonáhle grafickej karty dosiahli dostatočne vysokých rozlíšenie a maximálneho počtu farieb, objavila sa tzv. Hardvérová akcelerácia.

Akcelerovaná grafika

Hardvérové urýchľovanie umožňuje preniesť vykresľovanie niektorých tvarov len na grafický procesor (GPU) a vôbec tým nezaťažovať centrálnej procesor počítača (CPU). Výsledkom je oveľa vyšší výkon a to jednak preto, že CPU toho stihne viac, ale aj preto, že GPU je navrhnuté tak, aby vykonávalo špecifické grafické úlohy a dokáže to teda oveľa rýchlejšie, než by to zvládlo CPU.

2D akcelerácia

Prvý grafickej karty podporovali tzv. 2D akceleráciu a vedeli veľmi rýchlo vykresľovať základné tvary (napr. Čiaru, kruh alebo obrázok). Týchto funkcií sa často využívalo pomocou rozhrania Direct Draw u starších 2D hier. Akcelerácia sa využívala aj pre vykresľovanie grafického rozhrania Windows.

3D akcelerátory

S obrovským úspechom 3D hier sa začalo premýšľať o akceleráciu aj pri zobrazovaní 3D grafiky. Prvé 3D čipy boli v podstate len doplnené 2D čipy o 3D funkcie (napr. S3 Virgo). Tieto pokusy boli pomerne neúspešné. Prvým pravým 3D akcelerátorom bola slávna karta Voodoo od 3DFX, ktorá podporovala iba 3D akceleráciu a slúžila ako ďalšie grafické karta k tej s 2D akceleráciou. Výsledky boli veľmi dobré a umožnili oveľa kvalitnejšie zobrazenie napr. U hry Quake 2.

Zaujímavosť: 3D akcelerácie funguje na princípe rýchleho zobrazovania otexturovaných trojuholníkov. Trojuholníkov preto, že je to útvar, z ktorého možno zložiť úplne ľubovoľné teleso. Môžete si predstaviť, že z 2 trojuholníkov zložíte obdĺžnik, ale aj kruh, keď ich dáte dostatočné množstvo jedným vrcholom do stredu.

3D akcelerátor Voodoo1

Akcelerované grafické karty

Dnešné grafické karty akcelerujú ako 3D, tak 2D grafiku. Okrem rôzne textúrovaných trojuholníkov umožňujú rýchlo vykonávať veľa ďalších efektov, ako sú napr. Osvetlenie alebo shadery, pomocou ktorých sa tvoria napr. Efekt plastickosti (Bump mapping).

Zľava: GeForce 2 MX 400, GeForce GTS 250, GeForce GTX 760 WindForce

Rovnako ako tomu bolo u CPU, aj u GPU si môžeme všimnúť vzrastajúceho problému s uchlazením čipu.

Stavba grafickej karty

Grafická karta je v podstate počítač v počítači, ktorý je zameraný na grafické výpočty. Na karte nájdeme grafický procesor (GPU), ktorý beží rovnako ako CPU na nejaké taktovacej frekvencii. Procesory grafických kariet majú niekoľko jednotiek pre špecifické úlohy (typicky pre shadery, textúrovanie a renderovanie celkového výstupu). GPU má oproti CPU oveľa viac jadier (niekedy ich má aj stovky) a je teda navrhnuté pre paralelné spracovanie. Niektoré úlohy na ňom môžu bežať až 14x rýchlejšie (meranie Intelu) než na CPU, zvyčajne je však "len" niekoľkokrát rýchlejšie.

Ďalej karta obsahuje určité množstvo pamäte RAM a to zvyčajne v podobe DDR 5 na frekvencii niekoľkých GHz ao veľkosti niekoľkých GB. Kým pamäť RAM na základnej doske je hrami využívaná najmä pre načítanie napr. Máp a zvukov, RAM grafickej karty slúži na ukladanie grafických dát, najmä textúr. To sú fotky, ktorými sú obalená 3D telesá, aby vyzerala realisticky.

Ak ste si všimli, že sú komponenty na grafickej karte technologicky ďalej, než PC komponenty, ktoré sme si opisovali v minulých dieloch, máte pravdu. GPU aj pamäte sú oveľa rýchlejšie. Je vidieť, že renderovanie 3D scén je pre počítač veľmi náročná úloha a sú pre ňu potrebné oveľa výkonnejších technológie ako pre bežnú prácu s PC. Paradoxne je teda grafický procesor technologicky ďalej, než ten centrálne.

Konektory

Na vonkajšom paneli karty nájdeme niekoľko konektorov, poďme si vysvetliť na čo slúžia.

Dvi

DVI je najpoužívanejší digitálne rozhranie pre pripojenie súčasných monitorov, televíziou a projektorov. Vyskytuje sa v modifikáciách DVI-I a DVI-D. DVI-I je stopercentne kompatibilný s DVI-D a má navyše aj analógový výstup, ktorý možno pomocou prevodky previesť na VGA.

Vga

Starší VGA konektor sa na nových grafických kartách už príliš nenachádza. Používal sa pre analógové monitory a projektory. Pre väčšie rozlíšenie a displeje na ňom vzniká nepríjemné rušenia.

Hdmi

HDMI je kompaktný rozhranie pre digitálny prenos videa a zvuku, typicky pre prepojenie PC a televízie.

DisplayPort

Novšie grafické karty obsahujú obvykle tiež DisplayPort, ktorý možno na DVI alebo HDMI previesť. Mal by v budúcnosti DVI nahradiť. Pozor, síce ho možno previesť na DVI a pripojiť naň DVI monitor, ale opačne to nefunguje. Monitor len s DisplayPortom nedá zapojiť do DVI.

Nabudúce dokončíme popis grafickej karty, spomenieme ich výrobca a podľa čoho je vyberať.