grafická karta - Základní Škola Nová Bystřice

Základní škola a Mateřská škola Nová Bystřice
Hradecká 390, 378 33 Nová Bystřice
Absolventská práce
GRAFICKÁ KARTA
Marek Budoš
9. A
Vedoucí práce: Bc. Milan Koperdák
Školní rok 2013/2014
Grafická karta
Prohlášení
Prohlašuji, že předložená absolventská práce je mým původním autorským
dílem, které jsem vypracoval samostatně. Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem
čerpal, jsou uvedeny v seznamu použité literatury.
V Nové Bystřici dne 24. 3. 2014
Jméno autora: Marek Budoš
Grafická karta
Poděkování
Chtěl bych poděkovat Bc. Milanu Koperdákovi za odborné vedení, za pomoc a rady
při zpracování této práce.
Grafická karta
Anotace
Tato práce s názvem grafická karta byla zpracována jako absolventská práce při
ukončení základního vzdělávání na ZŠ a MŠ Nová Bystřice. Práce je zaměřena na seznámení
se základními informacemi o grafické kartě.
Grafická karta
Obsah
Úvod ..................................................................................................................... 5
1. Co to vlastně je? .............................................................................................. 6
2. Integrované grafické karty ............................................................................ 7
3. Součástky v grafické kartě ............................................................................. 8
4. VGA ................................................................................................................. 9
5. DVI ................................................................................................................. 10
6. Sběrnice ......................................................................................................... 10
7. Výstupy .......................................................................................................... 11
8. Chlazení ......................................................................................................... 12
9. Spojení několika grafických karet aneb ve dvou se to lépe táhne ............ 12
10. Technologie DirectX ................................................................................... 13
11. Historie......................................................................................................... 14
12. Rozlišení ....................................................................................................... 14
13. Současně nejvýkonnější Grafická karta na světě .................................... 15
14. Výrobci Grafických karet .......................................................................... 16
Závěr .................................................................................................................. 18
Seznam použité literatury a zdrojů informací
Grafická karta
Úvod
Téma absolventské práce jsem si vybral z oblasti informační techniky, neboť počítače
všeobecně vyplňují velkou část mého volného času. Počítače již dnes zasahují téměř do všech
lidských činností i do běžného života. Předpokládá se, že jejich vliv se bude nadále zvyšovat
a budou lidem postupně poskytovat komfortnější služby. Sám se velmi zajímám nejen
o využití počítače v praxi, ale především o jeho technické vybavení.
Uvedená problematika mne baví natolik, že jsem si pro další studium vybral střední
školu se zaměřením na informační technologii. Své, dosud nabyté poznatky a zkušenosti, tak
mohu využít v případě úspěšného přijetí i nadále v dalším studiu.
Ve své práci jsem se zaměřil na důležitou součást hardwaru počítače – grafickou kartu,
především její význam, funkci, popis a historii. Jako podklady pro vypracování práce jsem
využil své vlastní poznatky a znalosti a zároveň jsem čerpal z jiných dostupných informací
z internetu a knih.
Bez počítačů si dnes už život nedovedeme představit. Počítače a jejich využití jsou
dnes pro člověka běžnou každodenní záležitostí.
5
Grafická karta
1. Co to vlastně je?
Grafická karta zajišťuje tvorbu obrazu, který potom vidíme na monitoru. Spolu
s monitorem tvoří dohromady zobrazovací soustavu počítače. Bez grafické karty a monitoru
bychom nemohli kontrolovat a řídit činnost počítače, zadávat údaje, přijímat výsledky apod.
Proto je grafická karta nutnou součástí každého počítače. Ceny grafický karet se dnes
pohybují v částkách 800 – 25000 Kč.
Grafická karta má tvar běžné přídavné karty. Na desce je umístěn grafický procesor,
paměťové čipy a další potřebné obvody. V současné době se pro grafické karty používají
dva typy sběrnic. Jednak je to sběrnice PCI, která je díky svým vlastnostem určena pouze pro
starší grafické karty. Většina moderních grafických karet se zasunuje do slotu AGP, který byl
speciálně navržen pro grafické karty. V porovnání s PCI získáme vyšší výkon a menší zatížení
počítače.
Na zadní straně grafického adaptéru najdeme konektor pro připojení monitoru.
Některé typy karet obsahují ještě další konektory. Je-li např. karta vybavena výstupním TV
konektorem, získáme možnost připojit počítač k televiznímu přijímači. Tato varianta je
výhodná například při sledování filmů nebo při přehrávání DVD v počítačové mechanice.
Některé počítače mají grafickou kartu integrovánu na základní desce. To znamená, že
v počítači nenajdeme samotnou (vyjímatelnou) grafickou kartu. Takovou desku poznáme
podle toho, že konektor pro připojení monitoru se nachází přímo na desce, nebo je k ní
připojen pomocí plochého kabelu. Nevýhodou integrované grafické karty je to, že ji nelze
vyměnit v případě poruchy ani v případě, že potřebujeme kartu výkonnější. U kvalitních
desek lze však takovou kartu vyřadit z provozu.
Nejdůležitějším prvkem grafické karty je procesor, který do značné míry ovlivňuje její
výkon. Tento procesor je schopen realizovat často používané grafické operace. Taková
videokarta bývá nazývána také jako akcelerátor a umožňuje podat podstatně vyšší výkon,
protože není nutné, aby každý pixel, který se má zobrazit na obrazovce, byl vypočítán
procesorem počítače. Procesor počítače pouze vydá příkaz kartě, co má vykreslit (linku,
kružnici, obdélník) a vlastní výpočet jednotlivých zobrazovaných pixelů (bodů) provede
k tomuto účelu specializovaný procesor videokarty. Kromě těchto jednoduchých operací je
možné, aby procesor videokarty prováděl i složitější operace používané při práci s 3D
6
Grafická karta
grafikou (např. zakrývání neviditelných hran, stínování apod.), nebo operace spojené
s přehráváním videosekvencí. Videokarty tohoto typu se nazývají 3D akcelerátory
a multimediální akcelerátory.
Procesor videokarty je propojen pomocí sběrnice s videopamětí. Do této paměti
grafický procesor zapisuje vytvářený obraz, načítá z ní textury apod. Paměť může mít různou
velikost. Na druhu a velikosti paměti pak závisí rychlost a rozlišení obrazu.
Vypočtený digitální
obraz
je
z
paměti
poslán
na
vstup DAC (Digital
Analog
Convertor) převodníku, který z něj vytvoří analogový obraz.
Grafická karta se stará o grafický výstup na monitor, TV obrazovku či jinou
zobrazovací jednotku. V případě, že grafická karta obsahuje tzv. VIVO (video - in a videoout), umožňuje naopak i analogový vstup videosignálu např. při ukládání videosouborů
z videokamery, videopřehrávačů apod. Dříve byla "grafická karta" (přesněji šlo o grafický
čip) nedílnou součástí základní desky, dnes jsou grafické karty oddělené a připojené do
počítače pomocí některého typu sběrnice. Grafická karta může být i integrovaná na základní
desce počítače nebo součástí procesoru. Pokud je grafická karta integrovaná, lze ji vypnout
a nahradit grafickou kartou dedikovanou, osazením do příslušného slotu na základní desce.
2. Integrované grafické karty

Většinou nejnutnější čipy, hlavně v notebookách (minimální rozměry).

Špatná pověst – dříve nedostatečně výkonné.

Dnes: srovnatelné s diskrétními grafickými kartami v mnoha případech.

Počítačové hry a 3D – stále problematické.
7
Grafická karta
3. Součástky v grafické kartě

GPU - grafický procesor je výpočetní jádro grafické karty. Obsahuje řadič paměti,
unifikované shadery, TMU jednotky, ROP jednotky a další. Zpracovává 3D geometrii
na 2D obraz, zobrazitelný na zobrazovacím zařízení.

Unifikované shadery - moderní náhrada za pixel shadery a vertex shadery. Každá
firma má svoji vlastní architekturu shaderů. Jsou programovatelné a díky tomu nemusí
počítat pouze zobrazovatelná data, ale i výpočty pro vědu a další.NVIDIA má každý
unifikovaný shader plnohodnotný, AMD používá 4D shadery (4 menších shaderů jako
celek, dříve 5D).

Řadič pamětí - stará se o komunikaci mezi grafickou pamětí a GPU. NVIDIA i AMD
podporují až GDDR5.

TMU jednotky (Texture mapping unit) - mapuje textury na objekty.

ROP jednotky (Render Output unit) - zabezpečuje výstup dat z grafické karty.

Paměť - zde jsou ukládány informace nutné pro grafické výpočty. Pokud je grafická
karta integrovaná na základní desce, používá operační paměť celého počítače nebo má
paměť vlastní, nejčastěji některý typ GDDR (GDDR 2, 3, 4, 5), dříve i DDR (1, 2, 3)
nebo SDR kvůli nižší ceně.
8
Grafická karta
4. VGA
Video Graphics Array (VGA) je počítačový standard pro počítačovou zobrazovací
techniku, vydaný roku 1987 společností IBM. VGA patří do rodiny starších video standardů
IBM. Jedná se o nástupce starších grafických adaptérů EGA a CGA.MCGA, vyvinutý také
společností IBM, je primitivnější verze VGA.
SVGA je
rozšíření
standardu
VGA,
Association (VESA)
9
vydaný Video
Electronics
Standards
Grafická karta
5. DVI
Digital Visual Interface (zkratka DVI) je rozhraní (tzv. dedikovaný spoj) pro
propojení videozařízení s počítačem. Standard byl vytvořen za účelem bezproblémové
komunikace mezi zobrazovacími zařízeními jako např. LCD a grafickou kartou počítače. Byl
vyvinut skupinou firem seskupených pod názvem Digital Display Working Group (DDWG).
Primárně je určen k přenosu nekomprimovaných digitálních video dat. Je částečně
kompatibilní s rozhraním HDMI.
6. Sběrnice
Sběrnice v počítači je komunikační kanál, po kterém si jednotlivé komponenty
vyměňují data. Sama sběrnice by laika nemusela příliš zajímat, kdyby jich nebylo více druhů
a každý druh nebyl zakončen rozdílným typem konektoru pro připojování dalších zařízení,
jako je právě grafická karta.
V osobním počítači se nejčastěji setkáte v současné době se dvě mi typy sběrnic: AGP
a PCI-E. Nachází-li ve Vašem počítači už sběrnice typu AGP, pak bude v zájmu rychlosti
zvolit kartu právě pro tuto sběrnici. Alespoň trochu slušné počítače jsou vybaveny slotem
PCI-E , který umožňuje ještě vyšší rychlost a přináší řadu dalších výhod.
PCI-Express je v informatice standard systémové sběrnice, který byl vytvořen jako
náhrada za starší standardy PCI, PCI-X a AGP. Express používá sériový přenos dat (na rozdíl
od svých předchůdců), protože to přináší proti paralelnímu přenosu některé výhody, zejména
možnost dále zvyšovat frekvenci, na které sběrnice pracuje (a tím i přenosovou rychlost),
10
Grafická karta
protože u paralelní komunikace začalo při vysokých frekvencích docházet k nežádoucímu
vzájemnému ovlivňování vodičů.
7. Výstupy

VGA Analogový grafický výstup (používán staršímy monitory) možno převést
redukcí z digitálního výstupu DVI

DVI Digitální grafický výstup (používáno většinou LCD panel, projektory a novějšími
zobrazovacími zařízeními)

S-video

Component video

Composite Video

HDMI Výstup na zobrazovací zařízení (nejčastěji televize) s vysokým rozlišením.
Konektor HDMI lze získat redukcí z konektoru DVI.
11
Grafická karta
8. Chlazení
Paměti a především GPU je třeba účinně chladit. Chladiče se dělí na aktivní (s
ventilátorem) a pasivní (bez ventilátoru).
Vzduchové chlazení
Na vzduchové chlazení grafické karty se používá buď pasivní kovový chladič, nebo se
přidává ventilátor. Případně se používá v kombinaci sheatpipes ke zvýšení chladicí účinnosti.
Vodní chlazení
Většinou se používá pouze u nejvýkonnějších grafických karet, který produkují
největší odpadní teplo a to jenom jako TOP edice. Slouží k snížení teploty a hlučnosti a
používá se zejména, pokud je celý počítač chlazen vodním chlazením.
Problémy s chlazením
Referenční chladiče jsou v 95 % dostatečné na uchlazení grafické karty. Problém
vzniká při kombinaci pasivního chlazení a nedostatečného větrání skříně nebo prachu na
pasivních částech a znemožnění proudění vzduchu.
Problémy, ale vznikají také při výměně chlazení a nesprávném odhadu teploty GPU,
paměťových čipů, napájecích obvodů, případně ještě jiné součástky na grafické kartě (tzv.
poddimenzované chlazení). K tomu většinou dojde při výměně aktivního chlazení za pasivní,
většinou za účelem snížení hlučnosti.
10. Spojení několika grafických karet aneb ve dvou se to
lépe táhne
Scalable Link Interface (SLI) je technologie umožňující propojení více grafických
karet NVIDIA na jedné základní desce (s podporou této technologie) tzv. SLI můstkem tak,
aby se obě karty či více karet (maximálně, ale 4 karty s limitem 4 GPU) podílely na
vykreslování scény za účelem dosažení vyšší rychlosti renderování.
AMD CrossFireX (známé i jako CF nebo CrossFire) je technologii vyvíjená
společností AMD, která umožňuje propojení až čtyř GPU napájených na grafické karty
zapojených na jedné základní desce tak, aby mohly fungovat současně a díky tomu zvednout
až 4 - násobně grafický výkon při zapojení 4 GPU.
12
Grafická karta
11. Technologie DirectX
Microsoft
DirectX je
sada knihoven poskytujících aplikační
rozhraní (API)
pro
umožnění přímého ovládání moderního hardwaru. Jejich cílem je maximální využití možností
hardware jak po stránce nabízených funkcí, tak z hlediska maximálního výkonu, což je
využíváno pro tvorbu počítačových her, multimediálních aplikací i grafického uživatelského
prostředí (viz Windows Aero). Původně měla API samostatná jména (a dodnes mají)
například Direct3D, DirectDraw, DirectMusic a další. Název DirectX je tak zkratkou pro
všechny tyto knihovny, kdy X nahrazuje název knihovny a později se tak stal i názvem celé
kolekce. Když Microsoft začal vyvíjet vlastní herní konzoli, X bylo použito jako základ názvu
(Xbox) a značilo tak, že i tato konzole poběží na technologii DirectX. Samotné X se pak
objevilo i v názvech některých API posledních verzí DirectX, například Xinput nebo XACT.
Vývojářský kit pro DirectX (software development kit - SDK) pak obsahuje runtime
knihovny v rozšiřitelné binární formě, společně s dokumentací pro použití. Původně se
runtime knihovny DirectX instalovaly společně s hrami, nebo ručně uživatelem. Původní
Windows 95 DirectX nativně neobsahoval, to až verze Windows 95 OEM Service Release 2.
Od té doby byl DirectX součástí všech následujících Windows. Vývojářský kit je pak možné
zdarma stáhnout na internetu. Přestože je SDK closed-source software, pro většinu částí je
dostupný i zdrojový kód.
Direct3D 9Ex, Direct3D 10 a Direct3D 11 jsou dostupné pouze pro Windows Vista a
novější, protože tyto verze spolupracují s novým nativním ovladačem WDDM, který byl
představen právě ve Windows Vista. Tyto ovladače zahrnují novou správu video paměti, která
podporuje virtualizaci grafického hardwaru v různých systémových aplikací, například
správce oken.
Jak z názvu vyplývá, je DirectX produkt firmy Microsoft určeným výhradně
pro operační systém Microsoft Windows.
13
Grafická karta
12. Historie
První "2D" akcelerátor byl vyvinut firmou IBM pro IBM PC v roce 1981. Jednalo se o
MDA (Monochrome Display Adapter), který uměl pracovat v textovém režimu.
Původní 3D akcelerátor byl vyráběn na desce, která byla spojena s normální grafickou
kartou.
Jedním z největších představitelů grafických karet byla karta Hercules Graphics
Adapter (HGC). Ta s sebou přinesla i další možnosti v rozlišení, kdy se v jednobarevných
obrázcích hodnota rozlišení zvedla z doposud maximálních 80×25 znaků na vysoce kvalitních
720×348 pixelů.
Pravou revoluci mezi 3D akcelerátory udělala firma 3dfx s řadou Voodoo. Na tu
dobu "velmi revoluční", ale i "moc výkonné" řešení. Zprvu firma nebyla schopna najít někoho,
kdo by podporoval její API Glide nebo vyrobil karty (a to tento nápad nabízeli
jako "výhodnou" nabídku). Nakonec po méně vydařené řadě Voodoo 4 a problémové
řadě Voodoo 5 byla odkoupena společností NVIDIA.
V dnešní době jsou na trhu již velice výkonné grafické adaptéry, které bez problému
zvládají i rozlišení 3200×2400 pixelů při barevné hloubce 32 bitů, tak vysoké hodnoty však
obvykle nedokáže zobrazit jeden monitor. Hlavní výrobci těchto grafických karet jsou
firmy ATI (koupena společností AMD v roce 2006) a nVidia a v oblasti integrovaných
grafických karet především Intel. Firma ATI svou řadu grafických karet pojmenovala Radeon,
firma nVidia GeForce.
13. Rozlišení
Rozlišení (anglicky resolution) monitoru nebo displeje je
počet
pixelů (nebo
maximální rozlišení obrazu), které může být zobrazeno na obrazovce (monitoru). Tento pojem
se občas používá i u videa, zaměnitelně se slovem rozměr. Udává se jako počet bodů na šířku
či horizontální rozlišení, „X“ – to se uvádí jako první – a počet bodů na výšku, vertikální
rozlišení, „Y“. Méně často se používá pojem barevné rozlišení, které vyjadřuje bitovou
hloubku (potažmo počet barev) daného zobrazení.
14
Grafická karta
Mezi nejčastější rozlišení posledních let patří:

u monitorů stolních počítačů: 1366×768 (HD Ready), 1600×1200 (UXGA, UltraeXtended), 1920×1080 (Full HD)

u notebooků: 1366×768 (HD Ready), 1600×900 a 1920×1080 (Full HD)

u netbooků: 1024×600, 1366×768 (HD Ready)

u tabletů: 1024×768 (XGA/XVGA, eXtended), 1280×720 nebo 1280×800, 2560×1400
(2.5K)

u chytrých telefonů: 320×480, 480×800, 540×960, 1280×720 a u nejdražších
1920×1080 (Full HD)

u televizí: 1366×768 (HD Ready), 1920×1080 (Full HD) a 3840×2160 (UHD)

v profesionálních grafických/postprodukčních studiích: 1920×1080 (Full HD), 2K, 4K
14. Současně nejvýkonnější grafická karta na světě
SAPPHIRE HD 7990 OC
Dlouho očekávaný model grafické karty SAPPHIRE HD7990 spatřil světlo světa a
potěší především profesionální hráče těch nejnovějších a nejnáročnějších herních titulů jako
FarCry 3, Crysis 3 nebo BioShock Infinite. Díky nekompromisnímu výkonu, GCN
architektuře a technologii AMD Eyefinity 2.0 si můžete vychutnat nevídané herní zážitky až
na pěti monitorech se 4K rozlišením najednou. O grafické výpočty se stará dvojice GPU čipů
pracujících na frekvenci 950 MHz (1000 MHz boost), obsahující celkem 4096 stream
procesorů a dosahující celkem 8,2 TeraFlops výpočetní síly. Karta nese celkem 6GB
DDR5 paměti taktované na 6 GHz (4x1500 MHz). Šířka sběrnice je 768-bit (2x384-bit) a
propustnost paměti je 288 GB/s.
AMD Radeon HD 7990 připojíte do slotu sběrnice PCIe x16 3.0, která zajišťuje
rychlejší komunikaci mezi GPU a CPU (až 16 GB/s v každém směru). Přídavné napájení je
řešeno za pomoci 2x8pin. Technologie AMD CrossFireX umožňuje propojení až čtyř GPU
zapojených na jedné základní desce tak, aby mohly fungovat současně, a díky tomu se může
grafický výkon zvednout až 4 - násobně. Výstupem grafické karty jsou 4 konektory
DisplayPort a jeden Dual-Link DVI konektor, dohromady podporující připojení až pěti
15
Grafická karta
monitorů najednou, za pomoci technologie AMD Eyefinity. Přenášet jimi můžete obraz v
rozlišení 4096 x 1600 px.
Sestava, ve které budete mít AMD Radeon HD 7990 připojenou, musí mít zdroj s
minimálním výkonem 750 W, doporučený výkon je potom 1000 W. Minimální velikost
operační paměti jsou 4GB, ale doporučeno je 8 a více GB.
15. Výrobci grafických karet
AMD
Advanced
Micro
Devices (zkráceně AMD)
je americká hardwareová společnost
založená 1. května 1969 v Sunnyvale v Kalifornie s působením na celosvětovém trhu.
Soustřeďuje se na vývoj CPU (procesor), čipsetů a GPU (grafický procesor).
16
Grafická karta
NVIDIA
NVIDIA (někdy
též nVidia)
je americká společnost
specializující
se
na
výrobu grafických procesorů a osobních počítačů. Společnost sídlí ve městě Santa
Clara v Silicon
Valley státu
Kalifornie.
Jde
o
hlavního
dodavatele integrovaných
obvodů používaných do čipsetů základních desek, grafických procesorů (GPU), a herních
konzolí. Název NVIDIA pochází ze španělského envidia, což znamená závist. Ve společnosti
NVIDIA nebo jejích pobočkách pracuje přes 5000 zaměstnanců z 10 zemí světa – kromě
USA
jsou
to evropské země
(Anglie, Finsko, Francie, Německo nebo Rusko)
na asijském kontinentě Čína, Indie, Japonsko, Korea nebo Taiwan.
17
nebo
Grafická karta
Závěr
Grafická karta slouží k převodu signálu z počítače do formy možné zobrazovat tento
signál na obrazovce monitoru.
Na trhu je nepřeberné množství grafických karet od různých výrobců. Jejich ceny se
pohybují od 600 Kč až do několika tisíc korun. Tito výrobci nám nabízejí různé druhy karet,
podle parametrů našeho počítače. Záleží jenom na nás, kterou si vybereme. Liší se procesory,
velikostmi pamětí, sběrnicí a možnostmi rozšíření.
18
Grafická karta
Seznam použité literatury a zdrojů informací

VGAhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Vga-cable.jpg

DVIhttp://www.tronic.co.il/media/wysiwyg/Learning-center/Dvi-connector.jpg

Nvidiahttp://www.tonymacx86.com/attachments/graphics/69472d1381330268-nvidiaupdates-web-drivers-10-8-5-supplemental-update-313-01-03f02-nvidia-logo.jpg

Sběrnicehttp://www.graphicscardworld.com/wp-content/uploads/2013/09/AGP_Bus.jpeg

HD7990OChttp://media.pcgamer.com/files/2013/04/HD7990-3_4.jpg

AMDhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7c/AMD_Logo.svg/800pxAMD_Logo.svg.png

www.wikipedie.cz

www.pctuning.tyden.cz

www.ddworld.cz

www.extrahardware.cz

www.alza.cz
19