1 / 72

6. Adaptoare grafice

6. Adaptoare grafice. Structura unui adaptor grafic Reprezentarea culorilor Memoria video Acceleratoare grafice Acceleratoare 3D Unităţi de procesare grafică Interfeţe digitale pentru monitoare . Unităţi de procesare grafică. Unităţi de procesare grafică Prezentare generală

dorit
Download Presentation

6. Adaptoare grafice

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 6. Adaptoare grafice • Structura unui adaptor grafic • Reprezentarea culorilor • Memoria video • Acceleratoare grafice • Acceleratoare 3D • Unităţi de procesare grafică • Interfeţe digitale pentru monitoare Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  2. Unităţi de procesare grafică • Unităţi de procesare grafică • Prezentare generală • Calcul GPGPU • Arhitectura CUDA • Arhitectura GPU Fermi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  3. Prezentare generală (1) • GPU – GraphicsProcessing Unit • Procesoare grafice dedicate pentru staţii de lucru, calculatoare PC, console de jocuri • Utilizate iniţial pentru accelerarea etapei de redare a graficii 3D (ex., maparea texturilor) • Ulterior utilizate şi pentru accelerarea calculelor geometrice (rotire, translatare) • GPU conţin unităţi pentru umbrire, maparea texturilor, eliminarea efectului zimţat etc. Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  4. Prezentare generală (2) • Unităţi de umbrire (haşurare) pentru vârfuri • Transformă poziţia 3D a fiecărui vârf în coordonatele 2D de pe ecran şi valoarea de adâncime pentru bufferulz • Modifică atributele vârfurilor: poziţia, culoarea, coordonatele texturii • Unităţi de umbrire pentru figuri geometrice • Generează figuri geometrice sau adaugă detalii volumetrice obiectelor Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  5. Prezentare generală (3) • Unităţi de umbrire pentru pixeli/fragmente • Determină culoarea, adâncimea z şi valoarea alfa pentru fiecare pixel sau fragment • Unităţi de umbrire unificate • Unităţi programabile • Pot executa diferite tipuri de operaţii de umbrire (vârfuri, figuri geometrice, pixeli) • GPU conţin o matrice de unităţi de calcul şi o unitate care distribuie operaţiile de executat Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  6. Prezentare generală (4) • Arhitectura cu unităţi programabile permite o utilizare mai flexibilă a resurselor hardware • Unităţile programabile se pot utiliza şi pentru alte tipuri de calcule • Rezultă o arhitectură paralelă flexibilă • GPU conţin şi module pentru accelerarea 2D, compresia MPEG, decodificarea imaginilor video de înaltă definiţie Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  7. Prezentare generală (5) • GPU pot fi dedicate sau integrate • GPU dedicate • Utilizate în plăcile grafice  interfaţate cu placa de bază printr-o magistrală PCI Express sau interfaţă AGP (AcceleratedGraphics Port) • Au o memorie dedicată pe placă • Exemple • AMD Radeon HD 8xxx (ex., 8970) • NVIDIA GeForceGTX 7xx (ex., 780) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  8. Prezentare generală (6) • GPU integrate • Integrate într-un set de circuite sau procesor • Utilizează o porţiune a memoriei sistemului • Au performanţe mai scăzute comparativ cu GPU dedicate • Exemple • Intel HD Graphics(ex., HD Graphics 4600) • AMD Radeon HD 8xxx din procesoarele APU (AcceleratedProcessing Unit) • NVIDIA din procesoarele Tegra 4 şi Tegra 4i Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  9. Prezentare generală (7) • Proiectarea GPU a fost influenţată de interfeţele de programare 2D şi 3D • Implementează în hardware funcţii API • OpenGL (Open GraphicsLibrary) • Pentru diferite platforme şi limbaje • Funcţii pentru desenarea scenelor 3D pe baza unor primitive • Direct3D (componentă a DirectX) • Numai pentru sistemele de operare Microsoft • Interfaţă de nivel scăzut cu funcţiile hardware 3D Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  10. Prezentare generală (8) • Tehnologii pentru conectarea GPU multiple de pe plăci grafice diferite • NVIDIA: SLI (ScalableLinkInterface) • 2 .. 4 plăci grafice identice sunt conectate printr-o placă de bază (PCIe x 16) • AMD: CrossFireX • Se pot conecta până la 4 plăci grafice • Plăcile grafice nu trebuie să fie identice • Plăcile au conectori externi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  11. Unităţi de procesare grafică • Unităţi de procesare grafică • Prezentare generală • Calcul GPGPU • Arhitectura CUDA • Arhitectura GPU Fermi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  12. Calcul GPGPU (1) • GPGPU (General Purposecomputingon GPU) • Unităţile de procesare ale GPU furnizează o putere masivă de calcul în VM • Exemplu: un singur GPU NVIDIA Tesla K40 (2880 nuclee) atinge 4,29 TFLOPS • Sistemul pipeline grafic poate fi utilizat şi pentru aplicaţii generale • Performanţele pot fi cu ordine de mărime mai mari decât cele ale UCP convenţionale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  13. Calcul GPGPU (2) • GPU pot procesa vârfuri şi pixeli/fragmente independente  procesoare de flux • Flux: set de înregistrări care necesită calcule similare • Funcţie nucleu (kernel): se aplică fiecărui element din flux • Nu se pot utiliza memorii partajate • Aplicaţii GPGPU ideale: seturi mari de date, paralelism ridicat, dependenţe reduse Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  14. Calcul GPGPU (3) • Dezavantaje ale calculului GPGPU: • Programatorii trebuie să cunoască interfeţele de programare grafice şi arhitectura GPU • Problemele trebuie exprimate în termeni de coordonate, texturi, funcţii de umbrire • Necesitatea utilizării unor limbaje de programare grafice: OpenGL, DirectX, Cg • Extensii API pentru execuţia unor funcţii ale programelor pe unităţile GPU: CUDA (NVIDIA), OpenCL(KhronosGroup) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  15. Unităţi de procesare grafică • Unităţi de procesare grafică • Prezentare generală • Calcul GPGPU • Arhitectura CUDA • Arhitectura GPU Fermi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  16. Arhitectura CUDA (1) • CUDA(ComputeUnifiedDeviceArchitecture) • Arhitectură software şi hardware • Permite GPU executarea programelor scrise în limbajele C, C++, Fortran, OpenCL • Permite utilizarea interfeţei de programare API DirectCompute (Microsoft) • Permite accesul direct la resursele GPU pentru calcule generale • Exploatează posibilitatea GPU de a opera asupra matricelor mari în paralel Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  17. Arhitectura CUDA (2) • Un program CUDA apelează funcţii nucleu (kernel)  se execută prin fire de execuţie • Firele de execuţie sunt organizate în blocuri şi grupe de blocuri (grile) • Bloc de fire de execuţie: • Set de fire de execuţie concurente • Comunică printr-o memorie partajată • Fiecare fir de execuţie are un identificator, registre, memorie privată, intrări, ieşiri Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  18. Arhitectura CUDA (3) • Grilă de blocuri: • Grup de blocuri cu fire de execuţie • Blocurile execută aceeaşi funcţie nucleu • Asigură sincronizarea între apelurile de funcţii dependente între ele • Rezultatele sunt partajate într-o memorie globală alocată pentru o aplicaţie  sincronizare globală Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  19. Arhitectura CUDA (4) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  20. Arhitectura CUDA (5) • Ierarhia firelor de execuţie se execută pe o ierarhie de procesoare din GPU • Fire de execuţie: executate de nuclee CUDA şi alte elemente de execuţie • Blocuri de fire de execuţie: executate de un multiprocesor de flux (SM – StreamingMultiprocessor) • Grup de 32 fire de execuţie: urzeală (warp) • Grile de blocuri: executate de GPU Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  21. Unităţi de procesare grafică • Unităţi de procesare grafică • Prezentare generală • Calcul GPGPU • Arhitectura CUDA • Arhitectura GPU Fermi Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  22. Arhitectura GPU Fermi (1) • Utilizată de unităţile de procesare grafică NVIDIA • Seriile GeForce 400, 500, 600: pentru calculatoare personale şi de birou • Seriile Quadro 5000, 6000: pentru staţii de lucru • Seriile Tesla C2050, C2070, C2075: pentru calculatoare de înaltă performanţă • Seriile Tesla S2050, M2050, M2070, M2090: pentru supercalculatoare Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  23. Arhitectura GPU Fermi (2) • Conţine până la 512 nuclee CUDA • 16 multiprocesoare de flux (SM) x 32 nuclee • Fiecare nucleu execută o instrucţiune pentru numere întregi sau în VM pe ciclu de ceas • Şase partiţii de memorie de 64 de biţi • Interfaţă de 384 biţi • Până la 6 GB de memorie DRAM GDDR5 • Interfaţă PCI Express cu UCP • Planificator global GigaThread Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  24. Arhitectura GPU Fermi (3) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  25. Arhitectura GPU Fermi (4) • Fiecare nucleu CUDA conţine: • UAL pentru numere întregi • Unitate de calcul în VM  IEEE 754-2008 • Instrucţiune de înmulţire şi adunare fuzionată  mai precisă decât prin execuţia separată • Poate executa operaţii în precizie dublă • Fiecare SM conţine 16 unităţi Load/Store • Fiecare SM conţine 4 unităţi pentru funcţii speciale (SFU)  funcţii transcendentale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  26. Arhitectura GPU Fermi (5) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  27. 6. Adaptoare grafice • Structura unui adaptor grafic • Reprezentarea culorilor • Memoria video • Acceleratoare grafice • Acceleratoare 3D • Unităţi de procesare grafică • Interfeţe digitale pentru monitoare Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  28. Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfaţa DVI • Interfaţa HDMI • Interfaţa DisplayPort Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  29. Interfaţa DVI (1) • DVI – Digital Visual Interface • Elaborată de grupul DDWG (Digital Display WorkingGroup) • Destinată monitoarelor cu cristale lichide şi proiectoarelor digitale • Se bazează pe tehnologia PanelLink a firmei Silicon Image interfaţă serială pentru date video digitale necomprimate • Compatibilă parţial cu interfeţele HDMI (în mod digital) şi VGA (în mod analogic) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  30. Interfaţa DVI (2) • Conţine semnale pentru un canal DDC (Display Data Channel) între monitor şi calculator • Implementat prin magistrala serialăACCESS.bus (bazată pe I2C) • DDC2 asigură o comunicaţie bidirecţională între monitor şi calculator • Permite configurarea automată a sistemului • Formatul datelor de configuraţie este definit de standardul EDID (Extended Display Identification Data)  memorie EPROM EDID Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  31. Interfaţa DVI (3) • Protocolul TMDS (TransitionMinimizedDifferentialSignaling) • Elaborat de firma Silicon Image • Se utilizează semnale diferenţiale • Minimizeazănumărul de tranziţii ale semnalelor din starea 1 în starea 0 şi invers codificare 8b/10b • O legătură TMDS constă dintr‑un transmiţător TMDS şi un receptor TMDS Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  32. Interfaţa DVI (4) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  33. Interfaţa DVI (5) • Conţine trei codificatoare identice • Intrările fiecărui codificator sunt 8 biţi pentru datele pixelilor şi 2 biţi de control • În fiecare ciclu de ceas, codificatorul generează un caracter de 10 biţi: • Din cei 8 biţi de date, sau • Din cei 2 biţi de control • Ieşirea fiecărui codificator este un şir continuu de caractere TMDS serializate Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  34. Interfaţa DVI (6) • Frecvenţa max. a ceasului de pixeli: 165 MHz • Rata binară a datelor pentru un canalTMDS: 10 x frecvenţa ceasului de pixeli • Pentru o legăturăTMDS: 3 x 1,65 = 4,95 Gbiţi/s • Rata maximă a pixelilor: 165 megapixeli/s  2,75 megapixeli/cadru la 60 Hz • Rezoluţia maximă: 19201440 (4:3) sau 20481152 (16:9) la 60 Hz • Creşterea rezoluţiei:legătură TMDS duală • Conectorul conţine pini pentru două legături Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  35. Interfaţa DVI (7) Rezoluţii maxime permise de interfaţa DVI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  36. Interfaţa DVI (8) • Tipuri de conectori • DVI-I (DVI-Integrated): conţine semnalele digitale pentru o legătură simplă sau duală şi semnalele analogice (a) • DVI-D (DVI-Digital-only): conţine doar semnalele digitale (b) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  37. Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfaţa DVI • Interfaţa HDMI • Interfaţa DisplayPort Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  38. Interfaţa HDMI (1) • HDMI – High-DefinitionMultimedia Interface • Interfaţă audio/video pentru date digitale necomprimate • Pentru conectarea surselor A/V la monitoare, aparate TV digitale, aparate audio digitale • Permite transmiterea pe un singur cablu: • Diferite formate video TV şi PC • Până la 8 şiruri de date audiodigitale • Date auxiliare şi informaţii de control Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  39. Interfaţa HDMI (2) • Utilizează protocolul TMDS • Semnalele HDMI sunt compatibile electric cu semnalele DVI adaptor pasiv • Perioadă video: pentru pixelii unei linii video active (8b/10b); conţine intervalele de stingere pe orizontală şi pe verticală • Perioadă de date: pentru pachete de date audio şi auxiliare (4b/10b)  surdină audio, număr de culori, spaţiu de culori • Perioadă de control: între perioadele video şi de date Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  40. Interfaţa HDMI (3) • Versiunea 1.0 (2002) • Lăţime de bandă de 4,95 Gbiţi/s (165 MHz)  rezoluţie de 19201200 (WUXGA), 60 Hz • Versiunea 1.1 (2004) • Permite formatul DVD Audio • Versiunea 1.2 (2005) • Permite formatul SACD (Super AudioCD) • Permite aplicaţiilor PC să utilizeze numai spaţiul de culori RGB Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  41. Interfaţa HDMI (4) • Versiunea 1.3 (2006) • Lăţime de bandă de 10,2 Gbiţi/s (340 MHz)  rezoluţie de 25601600 (WQXGA), 60 Hz • Permite imagini video cu mai multe culori: 30, 36 sau 48 biţi/pixel (Deep Color, opţional) • Permite formatele Dolby TrueHD şi DTS-HD Master Audio (opţional) • Două tipuri de cabluri: • Categoria 1: până la 74,25 MHz (720p sau1080i) • Categoria 2: până la 340 MHz (1080p sau peste) • Un conector mai mic: tip C Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  42. Interfaţa HDMI (5) • Versiunea 1.4 (2009) • Aceeaşi lăţime de bandă • Rezoluţii de 4K2K: 38402160p (Quad HD) la 24, 25 sau 30 Hz; 40962160p la 24 Hz • Canal HDMI Ethernet (100 Mbiţi/s) • Canal de retur audio (ARC) • Formate 3D stereoscopice • Conector micro HDMI (tip D) • Sistem de conectare pentru automobile Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  43. Interfaţa HDMI (6) • Versiunea 1.4a (2010) • Specifică două noi formate 3D obligatorii • Versiunea 1.4b (2011) • Suport pentru rezoluţia de 19201080p, 120 Hz • HDMI Forum (www.hdmiforum.org): a fost creat în anul 2011 • Versiunea 2.0 (2013) • Lăţimea de bandă a crescut la 18 Gbiţi/s  rezoluţii 4K2K la 60 Hz Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  44. Interfaţa HDMI (7) • Conexiuni HDMI • Legătură simplă: rata de pixeli 25..340 MHz • Legătură duală: rata de pixeli 25..680 MHz • Formate audio • Audio necomprimat: PCM (Pulse Code Modul.) • Rate de eşantionare: 32; 44,1; 48; 96; 192 KHz • Dimensiunea eşantioanelor: 16, 20 sau 24 biţi • Audio comprimat: Dolby Digital, DTS • Audio comprimat fără pierderi: Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  45. Interfaţa HDMI (8) • Formate video • Spaţiul culorilor: RGB, YCbCr, xvYCC (opţional) • YCbCr: Y luminanţă şi sincronizare; Cb şi Cr culoare (Cb =B  Y, Cr =R  Y) • xvYCC: valorile culorilor pot corespunde unor valori RGB negative  culori mai saturate • OpţiuneaDeep Color: 10 biţi, 12 biţi sau 16 biţi pe componentă de culoare • 12 biţi pe componentă: 68,7 miliarde culori Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  46. Interfaţa HDMI (9) • CEC (ConsumerElectronics Control) • Magistrală serială bidirecţională cu un fir pentru transferul codurilor telecomenzilor • OneTouchPlay, SystemStandby, Tuner Control • Utilizatorul poate controla mai multe aparate conectate prin HDMI cu o telecomandă • Aparatele se pot comanda unele pe altele fără intervenţia utilizatorului • Nume alternative: Anynet+ (Samsung), BRAVIA Link (Sony), EasyLink (Philips) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  47. Interfaţa HDMI (10) • Conectori • Tip A: 19 pini, conexiune cu legătură simplă • Tip B: 29 pini, conexiune cu legătură duală • Tip C: mini-conector, 19 pini; poate fi conectat la un conector de tip A • Tip D: micro-conector, 19 pini (similar cu micro-USB) • Tip E: pentru automobile Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  48. Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfeţe digitale pentru monitoare • Interfaţa DVI • Interfaţa HDMI • Interfaţa DisplayPort Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  49. Interfaţa DisplayPort • Interfaţa DisplayPort • Prezentare generală • Arhitectura DisplayPort • Interfaţa EmbeddedDisplayPort (eDP) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

  50. Prezentare generală (1) • Elaborată de asociaţia VESA (Video ElectronicsStandardsAssociation) • Destinată înlocuirii interfeţelor DVI şi VGA, ca şi a protocolului LVDS (Low-VoltageDifferentialSignaling) • InterfeţeleDisplayPort şi HDMI pot exista simultan în echipamentele electronice • Versiuni ale specificaţiilor DisplayPort • Versiunea 1.0: publicată în 2006 • Versiunile 1.1 şi 1.1a: publicate în 2007 • Versiunea 1.2: publicată în 2009 Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (06-2)

More Related