Grafické karty a monitory - black

Počítačová grafika
Grafické karty a monitory
(metodické materiály)
dr. Josef Šedivý
Centrum talentů UHK, 2010
Grafické karty
zajišťuje o zobrazení obrazu na monitoru
Původně grafické čipy (TV modulátory)
integrovány na základní desce, avšak
řešení karty je výhodnější (výkonnější)
Možnost upgradu
Obvykle větší výkon (zákl. desky s
integrovanými výkonnými grafickými čipy
jsou velmi drahé)
Vlastní paměť
Grafické karty
Na obrázku: MicroStar NX9600GT Zilent-T2D1GB-OC 1GB, PCI-E
(www. microstar.com)
Součásti grafické karty
GPU – grafický procesor
Zpracovává 3D geometrii do 2D obrazu
Obsahuje:
Unifikované shadery - náhrada za Pixel (nanáší na
zobrazované pixely texturu) a Vertex (přenáší na objekty
vstupní geometrii, zpracovává například hladinu vody)
jednotky. 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 5D shadery (5 menších
shaderů jako celek).
Řadič pamětí - Komunikace mezi grafickou pamětí a
GPU. NVIDIA až po GDDR3, AMD až po GDDR5
TMU jednotky - Dávají na objekty textury
ROP jednotky - Stará se o konečný výstup dat
Součásti grafické karty
Paměť
Jsou v ní ukládána data nutná pro
grafické výpočty
Pokud je karta integrovaná na zákl.
desce, využívá operační paměť počítače
Typy využívaných pamětí:
Typ
DDR
DDR2
DDR3
GDDR3 GDDR4 GDDR5
Frekvence
paměti (MHz)
166 600
400 1000
700 2200
700 2400
1600 2400
3000 4000
Propustnost
(GB/s)
5.3 19.2
12.8 32
22.4 70.4
22.4 76.8
51.2 76.8
96 - 128
Propustnost je při 256-bit sběrnici. Brát pouze orientačně
Součásti grafické karty
Firmware, RAMDAC
Firmware
programové ovládání grafické karty
uloženo na vlastním paměťovém čipu
obsahuje označení karty, takty GPU
a paměti atd.
RAMDAC
Stará o převod digitálních obrazových dat na
analogový signál pro VGA výstup. „Určuje“
rozsah obnovovacích frekvencí, které
podporuje karta.
Součásti grafické karty
Výstupy
VGA - Analogový grafický výstup - CRT
monitory apod.
DVI - Digitální grafický výstup – LCD monitory
apod. (mnoho různých druhů)
S-Video
Component video - analogový výstup, používá
3x RCA konektor (Y, CB, CR) - TV a DVD
přehrávače
Composite Video - analogový výstup s malým
rozlišením, používá RCA konektor
HDMI - Výstup na zobrazovací zařízení s
vysokým rozlišením – TV
DisplayPort - Digitální grafický výstup ve
vysokém nekomprimovaném rozlišení.
DB13W3 - analogový výstup Sun, SGI a IBM
Využívané sloty
PCI-Express - Univerzální sběrnice, ve verzi
16x se používají většinou pouze pro grafické
karty (ostatním kartám stačí nižší provedení
8x,4x,1x)
AGP - Pouze pro grafické karty (verze
8x,4x,2x,1x)
PCI64 - Univerzální 64bitová sběrnice
PCI - Univerzální 32bitová sběrnice
Ze starších např.: ISA, EISA, VESA, VLB
Hlavní výrobci GPU
nVidia - Vývoj grafických čipů, čipsetů a
dalších integrovaných obvodů
ATi - Dnes součástí firmy AMD, vývoj grafický
čipů, čipsetů a dalších integrovaných obvodů.
Intel - Pouze na základních deskách v podobě
IGP provedení.
VIA Technologies - Vyvíjí levné grafické čipy.
Hlavně pro svojí platformu, ale grafické čipy
jsou kompatibilní i s jinými platformami
Omezení grafické karty
Omezení může dojít
nedostatečným/špatným:
Návrhem – low-end vs. high-end zpracování
Výkonem CPU - musí zásobovat GPU dostatkem
dat na zpracování
Velikostí operační paměti karty
Rychlostí a typem slotu
Ovladači – starají se o využití výkonu GPU
Chlazením – aby nedocházelo k přehřívání
Zdrojem napájení – musí být dostatečné
Monitory
Základní výstupní zařízení
U PC připojen ke grafické kartě
Nejrozšířenější typy:
CRT
LCD
Základní parametry monitorů
Úhlopříčka –vzdálenost mezi protilehlými rohy
monitoru, udává se v palcích
Rozlišení – udává se v pixelech, u LCD jde o
skutečný počet bodů. U CRT o maximální
zobrazitelný počet bodů
Doba odezvy – Doba za kterou se bod na LCD
rozsvítí a zase zhasne, v milisekundách
Obnovovací frekvence – Udává se v Hertz,
počet obnovení obrazu na monitoru – čím
vyšší, tím je obraz monitoru vnímán jako
stabilnější
Vstupy – DVI, HDMI, VGA
CRT Monitor
Ze zkratky Cathode ray tube
Katodová trubice je typ urychlovače
elektronů, uzavřeným do vakuové baňky
s fosforeskujícím stínítkem
Dlouhou dobu ve většině TV, monitorů a
osciloskopů
užíváno elektromagnetické (TV) a
elektrostatické (osciloskopy) vychylování
CRT Monitory
Monochromatické využívají jen jeden
paprsek
Barevné 3 paprsky
Uspořádání stínící masky:
Delta
In-line
Trinitron
Proud elektronů nemá žádnou barvu, tu
dodává až rozsvícený luminofor na stínítku
Princip CRT Monitoru
Elektronový emitor vystřeluje elektrony
Zaostřovací cívky vytvoří úzký proud
Vychylovací cívky zacílí proud elektronů
na určitý bod na obrazovce
Dopadající elektrony rozsvítí luminofor
Kombinace tří barev luminoforu v
závislosti na rozáření jednotlivých složek
vytvoří výslednou barvu
Princip CRT Monitoru
Aditivní míchání barev
Červená, zelená, modrá (R, G, B)
Princip CRT Monitoru
1 .Elektronové dělo
2. Svazky elektronů
3. Zaostřovací cívky
4. Vychylovací cívky
5. Připojení anody
6. Maska pro oddělení
paprsků RGB
7. Luminoforová vrstva RGB
8. Detail luminoforové vrstvy
Výhody CRT monitoru
Velký kontrastní poměr
Perfektní nastavení činitele gamut – stejný po
celé obrazovce
Gamut –barevný rozsah zobrazitelný danou
technologií
Minimální doba odezvy
Široký rozsah barev
Více zobrazitelných rozlišení
Skoro nulová barevná, saturační, kontrastová
či jasová deformace
Výborné pozorovací úhly
Zápory CRT monitoru
Velké rozměry a hmotnost
Geometrické zkreslení u neplochých monitorů
Starší monitory náchylné k vypalování
Citlivé na vlhkost vzduchu
Vyšší spotřeba elektrické energie
Riziko imploze kvůli vakuu
Při nižších frekvencích viditelně poblikává
Elektromagnetické záření
LCD Monitor
Ze zkratky Liquid crystal display
Tenké a ploché zobrazovací zařízení z
omezeného počtu barevných nebo
monochromatických pixelů seřazených
před zdrojem světla
Vyžaduje malé množství energie –
vhodné i pro zařízení na baterie
Princip LCD Monitoru
Tekuté krystaly jsou materiály, které vlivem elektrického
napětí mění svoji molekulární strukturu. Díky tomu lze
ovlivnit množství procházejícího světla displejem
Každý pixel je ohraničen dvěma polarizačními filtry,
barevným filtrem (R/G/B) a dvěma vyrovnávacími
vrstvami, vše je vymezeno tenkými skleněnými panely
Tranzistor kontroluje napětí, které prochází vyrovnávacími
vrstvami a elektrické pole -> změna struktury krystalu ->
změna natočení jeho částic
Krystal lze takto regulovat v několika desítkách až
stovkách různých stavů -> výsledný jas barevných odstínů
-> každý pixel ze tří barevných sub-pixelů -> statisíce až
miliony různých barev.
Princip LCD Monitoru
Obr.1 – krystal bez napětí, natáčí světlo ->
umožňuje procházení skrze polarizační vrstvu
-> bílá barva
Obr.2 – krystal s napětím, nenatáčí světlo ->
neprochází skrze druhý polarizační filtr ->
černá barva
Výhody LCD monitoru
Kompaktní a lehký
Malá energetická spotřeba
Žádné geometrické zkreslení
Bezvadná ostrost obrazu
Stabilní
Malé nebo žádné problikávání
Zápory LCD monitoru
Malý kontrastní poměr
Omezené pozorovací úhly
Nerovnoměrné podsvícení -> zkreslení
světlosti zobrazené plochy
Špatné nastavení gamut - silně závislé na
pohledu ve svislém úhlu.
Pomalejší časy odezvy
Má pouze jedno nativní rozlišení
Pevná barevná hloubka
Vyšší pořizovací náklady
Mohou se vyskytnout „mrtvé“ pixely