Что такое видеокарта? Основные понятия

Функции видеокарты в компьютере

Изображение на экране дисплея состоит из мельчайших точек, называемых пикселями. При наиболее распространенном разрешении Full HD их количество превышает 2 млн, и ПК должен решить, что делать с каждым из них. Для этого нужен посредник, который мог бы преобразовать двоичные данные в видимое изображение. Если компьютер не справляется с этой задачей с помощью аппаратного обеспечения материнской платы, ее выполнение берет на себя графическая карта.

Производимые вычисления сложны, но устройство и принцип работы видеокарты понять легко. В данной статье рассмотрены ее основные компоненты, их функции, а также факторы, сочетание которых обеспечивает высокую производительность и эффективность ПК.

Что такое видеокарта (GPU)?

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графическая плата, графическая карта, графический ускоритель или на английском: video card, graphics card) — это устройство, преобразующее графический образ или код, хранящийся как содержимое в памяти компьютера (или самого графического адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.

Проще говоря, видеокарта в совокупности с другими компонентами компьютера позволяет преобразовать протекающий машинный код (последовательность команд) внутри вашего компьютера в удобочитаемое изображение для человеческого глаза.

В первую очередь, под видеокартой подразумевается устройство с графическим процессором, который занимается формированием самого графического образа. Все современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку команд и кода, снимая данную часть задачи с центрального процессора компьютера.

Также современные видеокарты от Nvidia и AMD на аппаратном уровне осуществляют рендеринг графического конвейера для построения и отображения двумерной и трёхмерной компьютерной графики на спецификациях OpenGL, DirectX и Vulkan.

Зачастую видеокарта выполнена в виде отдельной печатной платы и используется в отдельном слоте расширения (AGP, PCI Express) материнской платы. Однако широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату или процессор видеокарты. Ниже мы посвятим отдельный блок в ключе сравнения интегрированных и внешних (дискретных) видеокарт.

Технологии, используемые в видеокартах

Самый простой способ увеличения производительности видеокарты, это использования большего количества графических процессоров. Данная идея далеко не нова — двухпроцессорный системы известны еще с 90-х годов прошлого века. Например, в 2000 году компания 3dfx выпустила видеокарту Voodoo 5500 с двумя процессорами, а у Voodoo 6000 было уже 4 графических процессора. На сегодня видеокарты также существуют в двухчиповом варианте. Например, NVIDIА GeForce GTX 295 и AMD (ATI) Radeon HD5970. Однако, такие решения достаточно дорогие, поскольку представляют собой пару топовых чипов и без того не дешевых. Более доступным решением является сочетание нескольких не самых дорогих видеокарт в одном компьютере.

Фирма NVIDIА разработала технологию SLI (Scalable Link Interface — масштабируемый объединенный интерфейс) — программно-аппаратная технология NVIDIА, что обеспечивает монтирование и совместную работу двух видеокарт в режиме Multi-GPU Rendering. Нагрузка между ними распределяется динамически, что позволяет значительно увеличить производительность видеосистемы и получить высокое качество отображения трехмерной графики.

Для нормальной работы видеокарт в SLI режиме, необходима материнская плата с двумя графическими слотами, допускающими установку видеокарт с интерфейсом PCI-Express (NVIDIА GeForce 6×00 и более новых, причем обе видеокарты должны быть построены на одинаковых GPU). Для обмена информацией между ними, чаще всего используется специальный SLI-коннектор, хотя в отдельных случаях возможна связь через интерфейс PCI-Express.

Во многих случаях использование SLI дает увеличение производительности 3D-приложений, хотя радикальное увеличение наблюдается в основном в играх, специально оптимизированных под эту технологию.

CrossFire является ответом компании AMD на инновацию NVIDIА SLI и также позволяет использовать две видеокарты для увеличения производительности видеосистемы.

Внешний вид реализации технологии CrossFire от фирмы AMD

NVIDIA 3D Vision Surround — это технология обеспечивает подключение трех FullHD-мониторов, для работы с 3D изображением. Но если говорить о аналог AMD в лице технологии Eyefinity , то она позволяет подключать около 6 мониторов на одну видеокарту, начиная с шеститысячной серии AMD (естественно, не без поддержки данной технологии). А сейчас появились специальные модифицированные системы, которые позволяют объединять до 24 мониторов в 1 стенд, именно с помощью технологии Eeyfinity.

NVIDIA CUDA — технология программно-аппаратной архитектуры, позволяет производить вычисления с использованием графического процессора, заметно повышает производительность системы, то есть графический процессор помогает центральному процессору в его вычислительной работе. Аналогом компании AMD, является технология FireStream. Но в силу некоторых обстоятельств больше известной и «технологической» является именно CUDA.

NVIDIA PhysX является кроссплатформенной технологией для симуляции физических явлений. Физический «двигатель» PhysX SDK состоит из трех компонентов обработки физики:

• обработка твердых тел;
• обработка тканей;
• обработка жидкостей;

Если у видеокарты отсутствует поддержка PhysX, то эти вычислительные задачи переносятся на центральный процессор. Хотя PhysX является открытым стандартом, но в силу факторов конкуренции NVIDIА CUDA и AMD FireStream, компания AMD начинает в 2009 году использование альтернативного двигателя ирландской компании, под названием Havok Physics.

Какие бывают видеокарты

Видеокарты разделяют на два вида:

1. Встроенная.
2. Дискретная.

По названию «встроенная» сразу ясно, что речь идёт о видеочипе, уже встроенном в материнскую плату. Это базовая видеокарта, которая для работы использует ресурсы всей системы. То есть, видео обрабатывается центральным процессором, а временные файлы хранятся в оперативной памяти компьютера. Встроенной видеокарты хватает для работы, учёбы, просмотра фильмов и сериалов на компьютере.

Дискретная видеокарта — это та самая отдельная плата со своими компонентами системы, которая устанавливается в отдельный слот на материнской плате. Дискретный видеоадаптер позволяет разгрузить основные компоненты компьютера, ведь всю графическую информацию он обрабатывает самостоятельно. Он не потребляет лишних ресурсов, работает практически полностью автономно. Профессионалам в области видео и графики, а также геймерам бывает очень сложно обойтись без дискретной видеокарты: картинка может тормозить, компьютер перегреваться, а работа в разных приложениях затрудняться из-за перегрузки процессора.

Несколько советов

— Видеокарта очень чувствительна к обновлениям. Если у вас начинают тормозить игры, проседать ФПС, то в первую очередь нужно проверить, как давно вы устанавливали обновления. Год или два без обновлений могут сильно испортить вам впечатление от видеокарты, но даже если дело не в обновлениях — не спешите ее выбрасывать. Она всецело зависит от других частей компьютера. Может быть, стоит усилить те части, что уже поизносились? Если же проблема и не в этом, то, конечно, можно задумываться о новой видеокарте.

— Кулер видеокарты, если он есть, имеет привычку засоряться. Еще чаще, кстати говоря, чем сама материнская плата. Вычищая плату от пыли, не забудьте заглянуть и к видеокарте. Нагреваясь, она будет лишь медленнее. А нагревание очень часто становится интенсивнее из-за одной лишь пыли.

— Видеокарта играет огромную роль в игровых компьютерах. Если вы собираетесь купить себе что-нибудь стоящее, то первые части компьютера, на которое стоит обратить все свое внимание — это видеокарта и процессор.

— Расставляйте приоритеты при покупке правильно! Если у одной из видеокарта высокий объем видеопамяти, а у другой — высокая частота, то, несомненно, стоит выбирать вторую, ведь объем памяти — это самая маловажная характеристика видеокарты.

Следите за обновлениями на сайте и читайте больше о компьютерах и их маленьких секретах.

Интегрированные и дискретные видеокарты

Существуют два основных типа видеокарт: интегрированные и дискретные.

• Интегрированные (встроенные) — являются неотъемлемой частью центрального процессора или материнской платы, так как встроены в них. Наличие интегрированного видео снижает стоимость и энергопотребление компьютера, однако такие видеокарты обладают ограниченной производительностью. У них зачастую отсутствует собственная видеопамять, поэтому они используют ОЗУ компьютера. Кроме этого, у интегрированной видеокарты нет отдельной системы охлаждения, что позволяет сэкономить пространство внутри системного блока или ноутбука. Такой тип видеокарт в основном используется в офисных и простых домашних компьютерах, где не требуется высокая мощность и производительность.
• Дискретная видеокарта — это отдельная плата, устанавливаемая в специальный слот (PCI Express x16) и содержащая в себе всё необходимое для полноценной работы. Это позволяет увеличить компьютеру производительность и использовать его для игр с высоким уровнем графики или работы с мощными графическими приложениями. У дискретных видеокарт имеется собственная видеопамять. Их главными недостатками являются дороговизна и потребление большого количества энергии, что играет важную роль для ноутбуков.

Трассировка лучей

Что такое трассировка лучей? Несмотря, на то что видеокарты за годы своей эволюции обросли поддержкой кучи эффектов. Игры действительно стали выглядеть впечатляюще круто. Но всё равно, остались выглядеть как игры. Почему?

Дело в том, что до появления технологии трассировки лучей, в играх не было настоящего глобального освещения. Оно рассчитывалось для каждого объекта по отдельности, причем поочередно. Соответственно, мы не могли рассчитать как объекты влияют друг на друга, как преломляется и отражается свет между разными объектами. А всё глобальное освещение сцены просто заранее «запекалось» в текстуру в графическом редакторе игры. Есть еще зонды и куча других техник, которые позволяют получить грубую имитацию глобального освещения с кучей недостатков — протеканием света сквозь объекты, повышенными требованиями к объему видеопамяти, отсутствием физики, так как если изменится положение объектов в сцене, то и освещение придется заново считать, а с использованием заранее подготовленных ресурсов — это невозможно.

А вот трассировка лучей впервые позволила, построить освещение по законам природы и сняла кучу ограничений. Ну практически. Как это работает?

Вместо того, чтобы поочередно считать освещение для каждого объекта Сначала выводится вся трехмерная сцена и упаковывается в BVH коробки для ускорения трассировки. После чего из камеры в упакованную 3D-сцену запускается луч и мы смотрим с какой поверхностью он пересечется. А дальше от этой точки строится по одному лучу до каждого источника освещения. Так мы понимаем где свет, а где тень.

А если луч попал на отражающий объект, то строится еще один отраженный луч и так мы можем считать переотражения. Чем больше переотражений мы считаем, тем сложнее просчет, но реалистичнее результат.

Всё практически как в жизни, но для экономии ресурсов, лучи запускаются не от источника света а из камеры. Иначе бы пришлось просчитывать много лучей, которые не попадают в поле зрения игрока, то есть делать бесполезные, отнимающие ресурсы GPU вычисления.

Устройство видеокарты компьютера

Видеокарта
(известна также как
видеоадаптер
, графическая плата, графический адаптер, графическая карта) – важная и очень сложная составная часть компьютера. Современная
видеокарта
является своего рода специализированным компьютером, состоящим из собственного процессора, оперативной памяти, BIOS и прочих компонентов, по своей структуре и организации взаимодействия приспособленных для максимально эффективного решения одной задачи – обработки и формирования графических данных, а также их вывода на монитор. Основными разработчиками видеокарт являются американская компания
Nvidia
и канадская
ATI Technologies
, приобретенная в 2006 году американской компанией AMD. Видеокарты от Nvidia представлены брендом
GeForce
. Графические платы ATI известны всем под названием
Radeon
. Чтобы узнать, какая видеокарта установлена в Вашем компьютере (ноутбуке), нужно зайти в диспетчер устройств Windows или воспользоваться одной из специализированных программ, например, GPU-Z.
• GPU-Z
:

⇒ Перейти на страницу программы

Мало кто задумывается о том, насколько сложным на самом деле является процесс обработки различных графических данных с целью получения конечного изображения, отображаемого на мониторе (например, в компьютерных играх). Этот процесс требует осуществления огромного количества точных расчетов (создание вершин, их собирание в примитивы (треугольники, линии, точки и т.д.), создание пиксельных блоков, операции освещения, затенения, текстурирования, присвоения цвета и др.). Поскольку картинка в игре постоянно изменяется, все расчеты должны производиться на очень высокой скорости, чтобы обеспечить формирование достаточного количества кадров, выводимых за 1 секунду. Для человеческого глаза комфортным является уровень
выше 24
кадров в секунду
(FPS, Frames Per Second). Если этот показатель ниже, человек будет замечать «торможение». Обычно, когда пользователь говорит, что его видеокарта «не тянет» определенную игру, имеется ввиду именно ее неспособность вывести достаточное количество кадров в секунду. То же явление может наблюдаться не только в играх, но и при работе с объемными графическими программами. Способность видеокарты обрабатывать графику с определенной скоростью зависит как от мощности самой карты, так и от сложности обрабатываемой графики. Именно поэтому проблему часто можно решить снижением графических настроек игры. Компьютер может обойтись без отдельной (дискретной) видеокарты, но только в том случае, если он имеет графический процессор, интегрированный в системную логику материнской платы (в северный мост чипсета) или являющийся частью центрального процессора (например, Intel i7). В качестве видеопамяти в таких случаях используется часть основной оперативной памяти компьютера. Характеристики видеокарт, интегрированных в чипсет, не отличаются высокой производительностью, но их возможностей вполне достаточно для выполнения всех офисных задач, работы в Интернете, просмотре видео и даже игры в компьютерные игры с несложной графикой. В остальных же случаях приобретение отдельной (дискретной) видеокарты является необходимостью. Современная графическая карта состоит из следующих частей:
•
Графический процессор
(графическое ядро, GPU (Graphics processing unit — графическое процессорное устройство) – процессор, занимающийся расчётами и формированием графической информации, выводимой на монитор, является основой видеокарты и по своей сложности практически не уступает центральному процессору компьютера, а иногда и превосходит его. Во многом им определяются основные характеристики видеокарты; •
Видеопамять
— выполняет роль своеобразного буфера, в который временно помещаются выводимые на монитор изображения, создаваемые и постоянно изменяемые графическим ядром. В этот буфер помещаются также элементы, необходимые процессору для формирования этих изображений; •
Видеоконтроллер
– отвечает за правильное формирование и передачу нужной информации из видеопамяти на RAMDAC. •
RAMDAC
(Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) или
цифро-аналоговый преобразователь
(ЦАП) – устройство, осуществляющее преобразование цифровых результатов работы видеокарты в аналоговый сигнал, отображаемый на мониторе. Возможностями этого устройства определяется количество отображаемых цветов, насыщенность картинки и др. Цифровые мониторы, проекторы и др. устройства, подключаемые к цифровым разъемам видеокарты, используют собственные цифро-аналоговые преобразователи и от RAMDAC видеокарты не зависят; •
Видео-ПЗУ
(Video ROM) – микросхема, хранящая в себе базовую систему ввода-вывода видеокарты, а иначе говоря, ее BIOS — совокупность правил и алгоритмов, определенных производителем, по которым составные части видеокарты работают и взаимодействуют между собой. •
Система охлаждения
– устройство, осуществляющее отвод и рассеивание тепла от видеопроцессора, видеопамяти и других компонентов графической платы с целью обеспечения нормального температурного режима их работы.

Заключение

В сегодняшней статье мы не вдавались в подробности и не рассматривали детали. Целью базового экскурса было, показать из каких основных частей состоит современная видеокарта, а также описать принцип работы всех компонентов в целом. Надеюсь, что теперь некоторым нашим читателям стало более ясно, что из себя представляет современный 3D-акселератор и каким образом выводится изображение на экраны дисплеев.

Обзор ноутбука Prestigio Smartbook 133 C4

В современную эпоху портативных компьютеров с большими экранами (16-17 дюймов) герой нашего обзора — ноутбук Prestigio.

Обзор игровой клавиатуры SteelSeries Apex 7

Главная “фишка” SteelSeries Apex 7 – OLED-экран в правой верхней части корпуса. Дисплей представляет собой монохромный.

SteelSeries Rival 650 Wireless – чувствительный грызун для геймера

Компания SteelSeries представила свою новинку – игровую беспроводную мышь SteelSeries Rival 650 Wireless с поддержкой технологии.

Leave a Comment Отменить ответ

НОВОСТИ FERRALABS

XPG, быстрорастущий поставщик систем, компонентов и периферийных устройств для геймеров, профессионалов киберспорта и технических энтузиастов, представляет игровые мыши ALPHA WIRED (проводная) и WIRELESS (беспроводная). Мышь отличается эргономичным дизайном, энергоэффективным датчиком PAW-3335 и переключателями премиум-класса OMRON. Эргономичная конструкция, удостоенная награды Red Dot Design 2022 Игровая мышь ALPHA отличается простыми и элегантными… [. ]

Бренд realme вышел на российский рынок планшетов с новинкой realme Pad. Новый гаджет представлен в рамках развития экосистемы компании и продолжает стратегию предоставления высококачественных устройств и передовых технологий как можно более широкому кругу потребителей. Развитие экосистемы «интернета вещей» AIoT объединяет концепция «1 + 5 + T», где «1» — это… [. ]

Компания ADATA Technology, производитель высокопроизводительных модулей DRAM, флэш-памяти NAND, мобильных аксессуаров, игровых продуктов, электроприводов и промышленных решений, объявила о выпуске твердотельного накопителя (SSD) LEGEND 850 PCIe Gen4 x4 M.2 2280. LEGEND 850 обеспечивает новый уровень производительности для таких задач, как 3D-моделирование и анимация. Для творчества ADATA LEGEND 850 предлагает пользователям… [. ]

Компания TEAMGROUP обладает многолетним опытом разработки твердотельных накопителей для геймеров под маркой T-FORCE. Новое достижение компании в разработке таких накопителей — T-FORCE VULCAN Z SATA SSD, который отлично обеспечивает переходы сцен в играх и является наилучшим выбором SATA для повышения уровня системы с HDD до SSD. T-FORCE VULCAN Z SATA… [. ]

Жизнь студента часто бывает очень насыщенной: помимо пар в университете он часто посещает дополнительные курсы, подрабатывает и проводит время с друзьями. Именно для таких активных пользователей Samsung Electronics создала планшеты серии Galaxy Tab S8, которые станут для них идеальным помощником. С планшетом, который сочетает в себе самый большой экран и самую… [. ]

Производитель совместимых расходных материалов Cactus презентовал офисную бумагу Cactus ECO CS-OPE-A480500. Бумага предназначена для ежедневной работы в офисе и дома, совместима с принтерами всех классов и подходит для печати высокого качества. Характеристики бумаги Cactus ECO Бумага выпущена в стандартном формате А4 и подходит для выполнения самых разных задач офиса. Плотность… [. ]

Компания realme объявляет что готовится к выходу на российский рынок планшетов. Первая модель бренда, realme Pad, будет презентована уже 17-го мая, трансляция пройдёт в социальных сетях компании. realme Pad получил 2K экран и поддержку Dolby Atmos в стильном и компактном металлическом корпусе. Больше деталей об устройстве, а также российская цена… [. ]

Компания ViewSonic Corp. получила престижную награду на международном конкурсе iF Design Award 2022 за свой инновационный ультракороткофокусный светодиодный проектор X1000-4K со звуковой панелью. Этот проектор, выбранный из более 10 000 продуктов со всего мира, заслужил признание за продвинутые аудиовизуальные возможности и минималистичную дизайнерскую конструкцию. «Мы безмерно гордимся получением такого признания… [. ]

Компания TEAMGROUP успешно разработала оперативную память ELITE U-DIMM DDR5, действующая на частоте 5600MHz 1.1V, что соответствует определению ассоциацией JEDEC «высокочастотности». Образцы памяти уже переданы крупнейшим производителям материнских плат для проведения испытаний. Компания TEAMGROUP не останавливается на достигнутом и будет и в дальнейшем выходить на рынок с продукцией все более высокого качества… [. ]

Компания LG Electronics (LG) включена в Мировой индекс устойчивого развития Dow Jones Sustainability ™, в который входят мировые лидеры в области устойчивого развития, определенные S&P Global в ходе оценки корпоративной устойчивости. LG также была признана Corporate Knights как одна из 100 самых устойчивых корпораций в мире. До получения всемирно известных… [. ]