مصطلحات تقنية : ما هي البطاقة الرسومية وكيف تعمل ؟ (الجزء الأول)

Когда мы говорим о компьютере или компьютере, на ум приходят разные формы устройств, каждое в зависимости от того, какую информацию или воспоминания он хранит в своей памяти, на которых он строит свое впечатление об этом устройстве. Например, некоторые люди представляют себе портативный компьютер, потому что они часто используют его в своей работе, учебе и т.п. Другие представляют себе настольный ПК с его величием и множеством деталей. Но действительно мало кто приходит в голову об абстрактной природе компьютера, который представляет собой группу электронных схем и печатных плат, в которых электрический ток проходит, а затем превращается в данные, информацию и изображения, которые затем отображаются на компьютере. экран. И поскольку эта категория наблюдателей всегда стремилась узнать больше об этих великих электронных схемах, на которых наша нынешняя цивилизация была почти полностью построена, было необходимо, по крайней мере, прояснить некоторые ключевые термины и концепции, постоянно связанные с ними. В наших предыдущих статьях мы обсудили ряд технических терминов о некоторых из этих терминов и оборудовании, которое к ним относится. Сегодня мы рассмотрим одно из лучших в этом оборудовании и самые известные технические термины среди различных пользователей, а именно видеокарту, так что это такое и как она работает ?!

введение

Если вы будете следить за технологиями и техническими статьями, которые мы всегда стараемся публиковать, вы будете знать, дорогой читатель, что изображения, которые вы видите на своем экране, представляют собой не что иное, как группу маленьких точек, расположенных рядом на экране вашего компьютера, которые отображается на этом экране путем освещения некоторых фосфоресцирующих точек. Эти экраны называются пикселями или пикселями. И поскольку изображения, конечно, состоят из очень большого количества точек или цветов, каждый экран, в свою очередь, состоит из очень большого количества пикселей или точек, чтобы можно было отображать изображение с большими цветами и точками, а также из здесь перед термином «разрешение экрана» или «разрешение».

При наиболее распространенных настройках разрешения экран отображает более миллиона пикселей (это сумма количества линейных пикселей по ширине, как указано в статье по ссылке выше).

И здесь, мой друг пещерный человек, позвольте мне объяснить вам одну простую вещь. Как вы знаете, дорогой читатель, компьютер обычно отправляет данные от устройств ввода, затем обрабатывает их, а затем выводит эти данные, которые были обработаны через устройства вывода компьютера, и то же самое, конечно, происходит, когда речь идет об изображениях, так как это сделано?! …

Допустим, вы мой дорогой друг, вы нажали на изображение, которое было сохранено на вашем жестком диске, чтобы ваш компьютер отобразил его на экране, и здесь у подписчика возникает очень важный вопрос: как компьютер может знать, какие точки на этом экране соответствуют точкам на изображении, которое вы только что открыли? Как экран это вообще понимает? На самом деле экран этого не делает, но для этого ему нужен гид или переводчик. Итак, здесь компьютер должен решить, что делать с каждым из этих пикселей, чтобы создать полноцветное изображение, которое было открыто недавно.

И для этого, как мы указали, компьютеру нужен интерпретатор – нечто, что берет двоичные данные (состоящие из набора единиц и нулей) из ЦП (который, в свою очередь, берет их с жесткого диска) и преобразует их в изображение, которое вы можете видеть. Этот переводчик – чего у меня нет Компьютер имеет встроенную возможность обработки графики на материнской платеЭто точно будет графическая карта.

Графическая карта – это техническая часть вашего компьютера.

На самом деле функциональность и конфигурация видеокарты довольно сложны, но ее основные принципы и компоненты легко понять, не вдаваясь в подробности. Итак, в этой статье, которую я разделю на две части, я попытаюсь взглянуть на основные части видеокарты и посмотреть, что именно она делает. Мы также рассмотрим факторы или компоненты, которые способствуют тому, чтобы эта видеокарта была быстрой и эффективной. Наконец (в следующей статье) мы кратко узнаем о графической архитектуре или архитектурном подразделении графической карты, где мы объясним функции каждой части и то, как эти части взаимодействуют друг с другом. Итак, приступим ?!

Думайте о своем компьютере как о компании, у которой есть собственный технический отдел. Таким образом, когда люди, работающие в компании, хотят техническую работу, они отправляют запрос в технический отдел для ее выполнения. Далее технический отдел решает, как создать изображение, а затем размещает его на бумаге. Конечным результатом является то, что чья-то идея становится реальным, проецируемым изображением.

Это почти тот же принцип, который в точности работает на видеокарте компьютера. Во-первых, ЦП, который работает вместе с программными приложениями, отправляет необходимую информацию об изображении, которое нужно нарисовать, на видеокарту. Затем видеокарта решает, как пиксели на экране будут использоваться для создания изображения. А затем эта информация отправляется на экран через подключенный к нему кабель, например, кабель HDMI.

Создание изображения из двоичных данных (нуля и единицы) требует больших усилий. В то время как, например, для создания трехмерного изображения графическая карта сначала создает каркас из прямых линий. Затем вы растрируете изображение (этот процесс называется капельным рисованием.растеризация ) (Где закрашены остальные пиксели). Он также добавляет освещение, текстуру и цвет этого изображения (мы поговорим о том, как компьютеры рисуют изображения более подробно в следующих статьях).

В динамичных играх компьютер должен проходить этот процесс примерно шестьдесят раз в секунду, чтобы иметь возможность отображать шестьдесят кадров в секунду или больше даже с современными экранами. Следовательно, без отдельной графической карты для выполнения необходимых вычислений рабочая нагрузка была бы слишком большой для компьютера (и здесь я имел в виду центральный процессор). Который, кстати, может это сделать, но с необходимыми функциями с нуля необходимо было найти процессор, предназначенный для 3D-графики, и отсюда возникла идея отдельного процессора, специализированного только для этого. вид обработки, а именно обработка изображений.

Что это такое, и как работают компоненты видеокарты ?!

Графическая карта выполняет эту задачу, о которой мы только что говорили, используя четыре основных компонента: соединение с материнской платой для передачи данных и питания. Во-вторых: процессор очень быстро решает, что делать с каждым пикселем на экране. Третье: память для хранения информации о каждом пикселе и временного хранения готовых изображений, которые уже были нарисованы. И наконец: быстрое подключение к экрану, чтобы вы могли потом увидеть конечный результат.

Мы уже говорили, дорогой читатель, о способе подключения графического процессора к материнской плате, то есть о слотах расширения или шинах PCI и PCIe, подробно в предыдущих статьях нашей серии, к которым вы можете обратиться. Итак, на этот раз мы рассмотрим процессор и память более подробно.

Как и в случае с материнской платой, графическая карта состоит из печатной платы, на которой находится процессор для обработки данных, а также память или оперативная память для хранения данных. У него даже есть собственная микросхема BIOS, которая хранит настройки карты и выполняет необходимые проверки памяти и элементов ввода-вывода карты, чтобы убедиться, что все в порядке при запуске компьютера.

Во-первых: графический процессор

Процессор видеокарты, также называемый графическим процессором (GPU), чем-то похож на центральный процессор компьютера. Однако графический процессор специально разработан для выполнения сложных математических и инженерных расчетов, необходимых для отображения графики на экране … и сегодня графические процессоры содержат огромное количество транзисторов с даже большим числом, чем у самых мощных процессоров. Напротив, графический процессор выделяет много тепла, поэтому обычно он находится под собственным радиатором или вентилятором.

Помимо вычислительной мощности, графический процессор использует специальные программы, помогающие анализировать и использовать данные. Как вы знаете, дорогой читатель, AMD (ранее ATI) и nVidia производят подавляющее большинство графических процессоров на рынке (с недавним выходом на рынок Intel), и обе компании разработали собственные усовершенствования для повышения производительности графических процессоров в последующих поколениях. это в отдельной статье (статья о самих графических архитектурах и различиях между ними).

Помимо аппаратного аспекта, который мы рассмотрим позже более подробно, видеокарта улучшает качество изображения с помощью некоторых программных уловок, таких как: Сглаживание краев полной сцены (FSAA), которое представляет собой метод, сглаживающий края изображения. 3D-объекты на экране. А также технология анизотропной фильтрации (AF), которая делает изображения более резкими. И другие современные технологии для освещения, например, такие как ambient occlusion и другие технологии, о которых мы говорили в предыдущих темах здесь. Каждая компания также разработала определенные технологии, помогающие графическому процессору применять цвет, затенение, текстуры, узоры и многое другое.

Графическая память

Поскольку графический процессор создает прогрессивные изображения, ему определенно нужно где-то хранить законченную информацию и изображения. Поэтому видеокарты используют для этой цели собственную память с произвольным доступом, поскольку в этой памяти хранятся данные для каждого пикселя (или каждой точки обрабатываемого изображения), его цвета и положения на экране. Часть ОЗУ также может действовать как буфер кадра, что означает, что он сохраняет завершенные изображения до того момента, пока они не будут последовательно отображаться на экране, например, в виде полной сцены, чтобы изображения не отображались раньше. остальные изображения по порядку.

Обычно видеопамять или видеопамять работают на очень высоких скоростях и имеют двойные порты, что означает, что система (и я имею в виду компьютер) может читать и записывать в нее одновременно.

Для передачи информации в память и из памяти на языке, понятном компьютеру, графическая память напрямую связана с так называемым цифро-аналоговым преобразователем, также известным как ЦАП. Этот преобразователь, также называемый RAMDAC, преобразует изображение в его форме в аналоговый сигнал, который может использовать монитор, поскольку он не понимает ноль и один язык напрямую (мы можем поговорить о разнице между цифровыми и аналоговыми сигналами в другой статье) . Здесь стоит отметить, что некоторые видеокарты содержат несколько RAMDAC, которые могут повысить производительность и поддерживать более одного экрана одновременно.

Наконец, после того, как сигнал был преобразован и подготовлен для передачи на экран, адаптер RAMDAC отправляет окончательное изображение на экран через экранный кабель через порт экрана, расположенный на задней панели графической карты, такой как HDMI. или порт DVI и другие порты …

Интерфейс связи графической карты PCI

Как мы упоминали в предыдущих статьях нашей серии, графическая карта или видеокарта, как некоторые ее называют, подключается к компьютеру через материнскую плату. Материнская плата обеспечивает часть мощности, необходимой карте (современные материнские платы через порт PCIe могут обеспечивать мощность до 75 Вт, но в большинстве случаев этого недостаточно для средних и мощных видеокарт) и позволяет ей обмениваться данными с ПРОЦЕССОР. И, как я только что упомянул, новым видеокартам из более высоких категорий часто требуется больше энергии, чем может обеспечить материнская плата, поэтому вы также обнаружите, что у них есть разъемы или порты, которые подключаются напрямую к источнику питания компьютера, например, 6-контактный или 8-контактный. -контактные порты, в зависимости от того, сколько энергии нужно карте.

Насчет того, как общаться между материнской платой и видеокартой. Обычно эти подключения осуществляются через один из следующих трех интерфейсов:

Интерфейс периферийных компонентов (PCI)

Расширенный графический порт (AGP)

PCIe Express является последним из трех и обеспечивает самую высокую скорость передачи данных между видеокартами и материнской платой. Мы подробно рассказали об этих трех выходах в двух статьях о векторах расширения здесь и здесь. Здесь стоит отметить, что порт PCIe также поддерживает возможность использования нескольких видеокарт на одном компьютере.

Порты подключения монитора

Большинство видеокарт сегодня содержат множество различных подключений для экранов, которые чаще всего подходят для нескольких типов экранов и иногда зависят от самого разрешения экрана. И прежде чем вы спросите, дорогой читатель, о взаимосвязи между разрешением экрана и типом соединения, по которому передаются данные, ответ прост: эти различные соединения – как и другие шины в компьютере – могут передавать данные в определенном количестве. , определенная полоса пропускания или определенная скорость передачи, что означает, что с более высоким разрешением и более высокой скоростью передачи данных вам потребуются более быстрые соединения. В любом случае, и поскольку это не является основной темой нашего сегодняшнего разговора, мы оставим это в другой статье (почему бы и нет?!).

Эти различные соединения часто представляют собой один из разъемов DVI, который поддерживает ЖК-экраны, а другой может быть разъемом HDMI, Displayport или даже разъемом VGA, как в старых картах, которые поддерживают мониторы CRT (в случае, если один из них все еще жив в каменном веке, например). Однако в более новых картах некоторые карты могут иметь вместо этого два разъема DVI, Displayport или даже HDMI, где вы найдете большое разнообразие в зависимости от поколения и категории графической карты.

Все это хорошо, но как на самом деле видеокарта обрабатывает данные и как вообще работает трехмерная графика?

Уважаемый читатель, теперь вы можете задаться вопросом, как графическая карта обрабатывает данные, не так ли?!. Фактически, то, что мы сегодня обсуждали друг с другом, вряд ли может служить простой познавательной базой для общей идеи создания видеокарты. И поскольку этот вопрос нельзя объяснить в одной статье или даже в двух статьях, мы постараемся разделить этот вопрос на несколько разных статей, как я упоминал в начале. Но теперь вы, по крайней мере, знаете основную идею создания графической карты.

В любом случае, мой маленький друг-исследователь, хотите ли вы узнать больше о видеокарте в деталях или даже о том, как обрабатывать графику, или как рисовать 3D-объекты, или даже вы хотите быть удовлетворены этим количеством информация о видеокарте. Я обещаю вам, что следующий будет красивее, но я могу даже сказать, что лучшее еще впереди… !!