Videokaardid

From Wikiversity


Videokaartide ajalugu[edit]

1960ndatel asendati printerid ekraanidega elementide visualiseerimiseks. Seega olid videokaardid nüüd kohustatud tegema ise esimesi pilte. Välja antud koos esimese IBM arvutiga, oli esimene videokaart, IBM’i poolt aastal 1981. MDA, või mustvalge graafika adapter, oli võimeline töödata vaid tekstirežiimis. Sellel oli 4KB video mälu ja ainult üks värv-roheline. VGA oli laialt kasutatud ning see viis ettevõtteid nagu ATI, S3 ja Cirrus Logic tegelema videokaartidega. Resolutsiooni võimekust peagi parandati ja värvide arvu suurenendati märgatavalt. Super VGA standardil oli 2MB mälu.

Videokaartide evolutsioon

Aastal 1995 anti välja esimesed 2D ja 3D videokaartidid. Need kaardid olid välja töötanud Matox, Creative, S3 ja ATI. Need uued videokaardid sisaldasid ka 3D võimelisi funktsioone. Aastal 1997 andis firma 3DFX välja graafika kiibi nimega Voodoo. Voodoo graafikakiip oli võimekas ja suutis luua 3D efekte. Peagi ilmus pärast seda Voodoo2, tehes ruumi konkurentivõimelistele väljaannetele nagu seda olid TNT ja TNT2. Intel lõi kiirendatud graafika porti või teisisõnu AGP, mis lahendas lõhe videokaardi ja mikroprotsessori vahel. NVIDIA, TNT ja TNT2 loojad võtsid üle videokaardi turul aastal 1999. Nagu ka uues sajandis. Parandused, mis loodi neil aastail olid keskendunud peamiselt 3D algoritmidele. DDR tehnoloogia võeti vastu pärast vajadust parandada andmete vahetuse kiirust. Videomälu maht suurendati 32MB pealt 128 MB’le.

Voodoo graafikast[edit]

3DFX Voodoo 1 Jäädes mänguteema juurde: oli aeg, kui arvutid polnud kolmemõõtmelise graafika esitamisel kuigi head. Raske uskuda, me teame. Visuaalid olid plokilised ja kaadrisagedus madal. Isegi id Software'i helgeimad pead ei suutnud leida võimalust panna tavalist arvutiriistvara enamat tegema. Massidesse jõudnud esimene lahendus saabus 3dfx'i Voodoo graafikakaardi näol. See tuli lisada tavalisele 2D-videokaardile ja see tegeles ainult 3D-graafikaga. Aga asi oli seda väärt. Mängida "Quake'i" Voodoo kaardiga või ilma oli sama erinev kui öö ja päev. 3D-kiirendi andis hoobilt tollal hämmastava graafika ja sujuva kaadrisageduse. Epic lõi selle konkurendiks "Unreali", mis pani 3D-kaartidega mängurid kõikjal kollektiivselt ohkama ja 19. sajandi kaunitari kombel minestama. See oli ülivinge. Esimene lisakaart, 3dfx'i Voodoo, sillutas teed tänastele GeForce'idele ja Radeonidele.

Videokaardi komponendid[edit]

Graafika - ehk videokaart Graafikakaart on arvutit ja monitori ühendav lüli. Monitor ise ei oska määrata, millise kvaliteediga pilti ta peab näitama, selle otsustab video- ehk graafikakaart. Graafikaadaptereid esineb kas emaplaadile integreeritult (on board) või kaartidena, mis pistetakse vastavatesse pesadesse. Nõuded graafikaadapterile on viimaste aastate jooksul tohutult tõusnud ning selle osa ei tohiks alahinnata. Uuemad graafikaadapterid täidavad tarkvara abil ka videokiirendi funktsioone (töötavad rahuldavalt Pentium 100 MHz või kiirema protsessoriga). Pakutakse ka integreeritud kaarte, näiteks videomooduliga graafikakaarte. Mõlemi valimisel tuleks aga arvestada arvuti siini tüübiga (ISA, PCI, AGP või muu).

Videokaart koosneb trükkplaadist, millele on paigaldatud muud komponendid. Komponentideks on GPU ehk graafika töötlemise üksus - see on graafika mikroprotsessor. See on optimeeritud ujukoma arvuti, mis on ühine 3D funktsioone. GPU atripuudid on tuntud kui teave videokaardi spetsifikatsioonides. GPU koosneb tuumast taktsagedusel 200 kuni 700 MHz. Mingi arv "torujuhtmeid" kasutatakse tõlkimaks 3D pilti 2D pildiks.

Kuvaadapter Enne, kui protsessorist tulevad andmed ekraanile jõuavad, läbivad nad kuvaadapteri, mis võtab protsessorilt vastu 'tellimusi' ekraanipildi muutmiseks ning väljastab kuvarile soovitud pilti kandva analoogsignaali. See komponent osaleb koos kuvariga arvuti üldise kasutusmugavuse määramisel, kuid erinevalt kuvarist mõjutab ta ka süsteemi töökiirust.

Kuvaadapter koosneb järgmistest tähtsamast osadest:

  • Kuvaprotsessor ehk kiirendi (video processor, video chipset, accelerator)- lülitus, mis operatsioonisüsteemilt saadud käskude alusel tekitab pildimällu pildi ekraanile saatmiseks
  • Pildimälu (frame buffer)- koht, kus digitaalkujul säilitatakse kõigi ekraanile saadetavate pikslite väärtusi.
  • Digitaal-analoogmuundur ehk RAMDAC- lülitus, mis palju kordi sekundis loeb kuvamälu sisu, teisendab selle kuvarile arusaadavaks analoogsignaaliks ja saadab kuvarile.

Video mälu Kui videokaart on ühendatud jooksvalt emaplaadiga, siis kasutatakse arvuti enda muutmälu. Kui see aga ei ole ühendatud emaplaadiga jooksvalt, kasutab videokaart oma mälu, mis on tuntud kui video RAM või videomuutmälu. VRAM mahutavus tänapäeva videokaartidel ulatub 125 kuni peaaegu 800 MB'ni. Aastal 2006 oli DDR tehnoloogia videomuutmälu baasiks. Mälu "clock rate" oli vahemikus 300 MHz ja 1,7 GHz. Z-puhver on oluline osa video mälust. Ta hoolitseb 3D graafika sügavus koordinaatide eest.

Kiirendi (accelerator)[edit]

Algselt tegelesid kuvaadapterid ainult lihtsa teisendamisega protsessori väljundi ja kuvari sisendi vahel ning protsessor pidi ise hoolitsema selle eest, mida ja kuidas ekraanil näidata. Tekstipõhise ekraani puhul näiteks DOS-is kõlbas niisugune tööjaotus hästi. Graafiliste kasutajaliideste tulekul aga selgus järsku, et ekraanil oleva info hulk käis protsessoril täiesti üle jõu- suurem osa tema ajast kuluski akende joonistamiseks. Appi tulid riistvaratootjad, kes hakkasid arvutile lisama veidi targemaid, kiirendiga kuvaadaptereid. Nende tarkus seisneb võimes kuvaelemente iseseisvalt joonistada või ümber paigutada- protsessor ei pea näiteks akna joonistamiseks enam iga pikslit ise arvutama, vaid võib piirduda sobiva akna 'tellimisega' kuvaadapterilt ning ise tähtsamate ülesannete kallal tööd jätkata. Kiirendi saab pikslite arvutamisega palju paremini hakkama, sest just selleks ta konstrueeritud ongi.

Praktiliselt kõik praegu müügilolevad kuvaadapterid on kiirendiga varustatud. Kuvafunktsioonide delegeerimine on võtnud sellise ulatuse, et tegelikult oleks õigem rääkida kaasprotsessorist. Üha enam levivad 3D- kiirendid võtavad enda kanda väga töömahukad arvutused, mida läheb tarvis ruumilisuse illusiooni loomiseks näiteks mängudes ja joonestusprogrammides. Pildimälu

Esimeste PC-de tekstireziimis ekraanikujutisi (paar kilobaiti) hoiti tavalise RAM-i selleks eraldatud osas. Nüüd on nõudmised teised: maht on kasvanud megabaitidesse, samuti on suurenenud nõudmised kiirusele. Tänapäevastes arvutites on ekraanipildi säilitamiseks videoadapteri koosseisus eraldi pildimälu, optimeeritud just nimelt selle ülesande jaoks. Peale pildimälu (frame buffer) kasutatakse sageli ka sõnapaari video memory. Seda ei tohi ära segada vastava mälutehnoloogia nimega (VRAM) ning ta tähendab lihtsalt kuvaadapteril olevat mälu. Erinevus pildimälust on see, et kuvaadapteril võib mälu vaja olla ka muuks otstarbeks, näiteks oma sisemisteks arvutusteks, eriti 3D- kiirendite puhul.

Optimeerimiseks on peamiselt kolm võimalust: suurendada korraga adresseeritavate bittide arvu, tõsta mälu töökiirust või kasutada rohkem kui ühte porti.

Korraga pildimällu kirjutatavate bittide arvu, tõsta mälu töökiirust või kasutada rohkem, kui ühte porti. Korraga pildimällu kirjutatavate bittide arvu suurendamine käib tasapisi; adapterite juures reklaamitav 'bitilisus' (näiteks 64 -bitine adapter) enamasti seda tähendabki. Enamasti, sest tootjate vahel on erinevusi ja alati ei tarvitse see nii olla. Üldiselt tulevad suurema bittide arvuga videokaardi kiiruslikud omadused välja alles suuremate resolutsioonide (800x600 jne) ja värvussügavustega (65K (high colour) või 16.7 million (true colour)). Alati ei pruugi 128 bitine kaart olla parem kui 64 bitine, kaasa mängivad ka kasutatav kiip (chipset) ja mälu suurus, -kogus.

Mälu töökiirus samuti tõuseb omasoodu -taktsagedused kasvavad juba paarisaja MHz- ni ning regenereerimiseks kuluv aeg väheneb (see viimane on igasuguse dünaamilise mälu puhul vältimatu toiming, mille käigus kõik bitid kirjutatakse nende kustumise vältimiseks mälus uuesti üle).

Mälu portide arv mõjutab oluliselt kuvaadapteri käitumist. Pildimälu on nagu kahe tule vahel- ühest küljest tahab RAMDAC värskendussagedusega määratud arv kordi sekundis lugeda kogu pildimälu sisu, et seda kuvarile saada. Teisest küljest aga peab kuvaprotsessor saama mällu muutusi kirjutada. Et need kaks tegevust teineteist ei segaks, selleks ongi VRAM-il ja WRAM-il kaks sõltumatut porti, üks kuvaprotsessori ja teine RAMDAC-i jaoks. Nendel adapteritel aga, mis kasutavad ühepordilist mälu, jääb protsessorile aega täpselt niipalju, kui RAMDAC talle jätab. Järelikult mõjutab ühepordilise mäluga adapteri kuvari värskendussagedus süsteemi üldist töökiirust. Pildimälu on mitut eri sorti ja pidevalt käib töö üha uute ja paremate sortide kallal.

Levinuimad pildimälu tüübid:[edit]

  • Tavaline DRAM (Dynamic RAM)- sama tehnoloogia, mida tarvitatakse ka süsteemimälu jaoks. Väga aeglane, aga odav. Mõnel juhul, kui videoadapter on emaplaadile integreeritud, kasutatakse pildimäluna koguni süsteemimälu üht osa; selle ainus põhjus on kokkuhoid.
  • EDO DRAM (Extended Data Out DRAM)- nagu eelmine, aga veidi täiustatud ja kuni paarkümmend protsenti kiirem.
  • VRAM (Video RAM)- kaks porti ja veidi kiirem, kui eelmine.Kõvasti kallim kui nt. DRAM
  • WRAM (Windows RAM)- kaks porti ja veel veidi kiirem, aga lisaks ka odavam. Kombinatsioonis kiire RAMDAC-iga suudab värelusvabalt näidata ka väga kõrgeid eraldusvõimeid. Ei ole kuidagi seotud MS-i operatsioonisüsteemiga. WRAM on kasutusel ainult Matrox-i videokaartidel.
  • SGRAM (Synchronous Graphics RAM)- ühepordiline, aga oluliselt kiirem kui eelmised, mistõttu on oma omadustelt lähemal VRAM-ile kui EDO RAM-ile. Kasutatakse juhul, kui vaja on suurt töökiirust, aga mitte kõrget eraldusvõimet.
  • MDRAM (Multibank DRAM)- üks port; erineb eelmistest oluliselt selle poolest, et mälu on jaotatud sektsioonideks, mille poole saab vaheldumisi pöörduda. See kiirendab andmevahetust ja võimaldab olemasolevat mälumahtu ratsionaalsemalt kasutada. See on firma Hercules poolt välja arendatud mälutüüp. Kiirem kui VRAM.

Kõik mäluliigid peale viimase kasutavad 32-bitiseid sõnu. See tähendab, et andmeid saab mällu kirjutada ja sealt lugeda ainult 32 biti kaupa. Praktiliselt aga seda, et 24- bitise värvireziimis läheb tavaliselt 8 bitti raisku, ning et mälu saab sisuliselt lisada ainult 1 või 2 MB kaupa. Üsna mitme populaarse reziimi mäluvajadus on napilt üle 2 MB- seetõttu on nende näitamiseks tarvis adapterile paigaldada 4 MB mälu.

Mainitud puuduste teine põhjus on lihtsalt mälumoodulite saadavus: 2,25 MB mooduleid ei tooda keegi. Veelgi enam, ei toodeta ka 128 kbit kiipe. Ja mis siis? Konks on selles, et 256 kbit kiipidest 1 MB tegemiseks tuleb mälu organiseerida 32 bit x 256k, mistõttu sellise mälumahuga 64- bitised adapterid peavad mälu poole pöörduma ikkagi ühe mälusõna ehk 32 biti kaupa. Järeldus: 64- bitise adapteri korral nõudke vähemalt 2 MB mälu; see on organiseeritud 64 bit x 256k. Sama lugu 128- bitiste adapterite ja 2 MB mäluga: nõudke rohkem, vähemalt nelja megabaiti.

RAMDAC[edit]

Arvutis töödeldakse andmeid digitaalkujul, ka pildimälus on nad veel salvestatud nullide ja ühtedena. Kuvar seevastu, juhul kui ta pole päris uus lamekuvar, ootab videoadapterilt analoogsignaali. Teisendusega tegeleva seadme nimi on RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter), mis iga natukese aja järel loeb pildimälu sisu, teisendab selle analoogkujule ja saadab kuvarile.

Suurus,mida mõned tootjad oma RAMDAC-i kohta avaldavad, on pikslisagedus (pixel rate või dot clock) megahertsides (MHz). Sisuliselt näitab ta pikslite arvu, mille RAMDAC suudab sekundis analoogkujule viia ja kuvarile saata. Mida suurem see väärtus on, seda parem ja mõju avaldab ta eraldusvõimele ja värskendussagedusele. Mõnikord nimetatakse seda väärtust ekslikult ka ribalaiuseks (brandwidth)- põhjus on selles, et kuvari ribalaius on väga sarnane parameeter. Muuseas, süsteemi koostamisel tulebki jälgida, et adapteri pikslisagedus ja kuvari ribalaius oleksid võimalikult lähedased suurused.

Sageli täheldatav värvussügavuse mõju maksimaalsele värskendussagedusele ei tule mitte pikslisageduse ega ribalaiuse puudujäägist (sest selles staadiumis on signaal juba analoogkujul ning värvuste, st nivoode arv pole enam tähtis), vaid pildimälu ebapiisavast kiirusest: värvuste arvu kasvades tuleb värskendussagedust vähendada, et RAMDAC jõuaks mälust andmeid lugeda. Loetakse ju digitaalandmeid, mille bittide arv sõltub värvussügavusest üsna kõvasti.

Draiver[edit]

Kuidas adapterile seletada, mida ta joonistama peab? Selleks on olemas programmijupp nimega draiver. Kui rakendus teatab operatsioonisüsteemi vahendusel, et aken A on tarvis viia punktist B punkti C, siis kuvaadapterile arusaadavasse keelde tõlgib selle just draiver. Draiver sisaldab infot käskudest, mida kiirendi on võimeline täitma ja mida mitte, ehk millised pildiosad on võimeline graafikakiirendi ise välja arvutama ning millised vaja jätta protsessorile. Süsteemi töökiiruse ja võimaluste seisukohalt on draiveril oluline tähtsus. Sageli on adapteri või operatsioonisüsteemiga kaasas mitu draiverit, iga eraldusvõime ja värvussügavuse jaoks oma - järelikult võivad ka adapteri võimalused eri reziimides erineda, olenevalt konkreetsest draiverist.

Ühendus muu arvutiga[edit]

Tänu andmete hiiglaslikule mahule on kuvaadapter üks nõudlikumaid lisaseadmeid PC süsteemisiinil. Tema nõudja- roll on isegi nii silmatorkav, et sageli võib uue siiniarhitektuuri kavandamise liikumapaneva jõuna näha just seda.

Esimeste videokaartide ühendamiseks oli kasutusel 8- bitine ISA. õigemini on selle süsteemisiini uuem variant (16 bit) praeguseni kõigis PC-des kasutusel, aga ainult aeglasemate komponentide jaoks. Kuni umbes 1993. aastani valdavad olnud ISA- põhised kuvaadapterid ei sobi graafiliste kasutajaliideste jaoks just kuigi hästi. ISA- siini kadumist uutest arvutitest on oodata paari aasta jooksul. Kuvaadapter oli tarvis protsessorile 'lähemale' tuua, milleks loodi 32 biti laiused lokaalsiinid, VESA LB ja PCI.. Esimene neist läks hingusele koos 486- protsessoritega, teine oli kuni üsna viimase ajani ainuvaldav viis kuvaadapteri ühendamiseks Pentium ning uuemate 486 arvutitega ning püsib muude lisaseadmete ühendamise standardina kasutusel kogu ettenähtavas tulevikus.

Kuna ruumilisuse tulekuga jääb kitsaks ka PCI, on uuemates arvutites kuvaadapter ühendatud AGP- porti. Accelerated Graphics Port (AGP) põhineb PCI uuemal ja kiiremal variandil ning on mõeldud eranditult kuvaadapteri jaoks. Selline port peaks standardvarustuses olema kõigil Pentium II või uuema protsessoriga personaalarvutitel.

Kuna PCI puhul võib muutuda ka taktsagedus (25, 30 või 33 MHz, olenevalt protsessori taktsagedusest, mis on siini sageduse täisarvkordne) ja emaplaadi kiibikomplekti efektiivsus (uuem on parem), siis võib teatud rakendustes sama adapter eri arvutites üsna erinevalt käituda.

See, mitme bitine siin on ei ole kuidagi seotud sellega, kui mitme bitine on videokaart!

Kuigi keskprotsessor on otsesest kuva arvutamisest suures osas vabastatud, mõjutab tema mudel ja taktsagedus veidi siiski ka kuvasüsteemi jõudlust, eriti uuemate ja multimeediumlaiendustega protsessorite puhul.

Videokaardi näitajad[edit]

Bus Width (bits) Clock rate (MHz) Bandwidth (MB/s) Style
ISA XT 8 4,77 8 Parallel
ISA AT 16 8,33 16 Parallel
MCA 32 10 20 Parallel
EISA 32 8,33 32 Parallel
VESA 32 40 160 Parallel
PCI 32 - 64 33 - 100 132 - 800 Parallel
AGP 1x 32 66 264 Parallel
AGP 2x 32 66 528 Parallel
AGP 4x 32 66 1000 Parallel
AGP 8x 32 66 2000 Parallel
PCIe x1 1 2500 / 5000 250 / 500 Serial
PCIe x4 1 × 4 2500 / 5000 1000 / 2000 Serial
PCIe x8 1 × 8 2500 / 5000 2000 / 4000 Serial
PCIe x16 1 × 16 2500 / 5000 4000 / 8000 Serial
PCIe x16 2.0 1 × 16 5000 / 10000 8000 / 16000 Serial


Nimekiri videokaartide tootjatest:[edit]

Graafika töötlemisüksused (GPUs)

NB[edit]

1 retsensioon oli tehtud enne, kui olin suutnud referaadi valmis teha. Ehk oli väga väike osa olemas. Ning üritasin seega ka oma referaati vastavalt retsensioonile kohandada.

Algallikad:[edit]

                      http://encyclopedia.jrank.org/articles/pages/212966/Video-card.html
                      http://www.arvutiweb.ee/index.php?option=com_content&task=view&id=12&Itemid=9
                      http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_PC_hardware_manufacturers
                      http://forte.delfi.ee/news/digi/viis-arvutikomponenti-mis-muutsid-meie-elu-paremaks.d?id=32828635
                      http://en.wikipedia.org/wiki/Video_cards
Retrieved from "https://beta.wikiversity.org/w/index.php?title=Videokaardid&oldid=72471"