Historický vývoj grafických kariet

1. Historický vývoj grafických kariet Andreas Mikuláš

2. História vývoja GK mnoho spoločností dominovalo trhu ale nakoniec skrachovali vývoj a podpora nových projektov firma S3, 1990-1995 (dnes VIA) neintegrovali podporu 3D akcelerácie to dosiahla až spoločnosť 3dfx zaoberajúca sa výrobou 3D akcelerátorov populárne čipy Voodoo a odkúpenie spoločnosťou nVidia. kalifornská spoločnosť nVidia - od ťažkých začiatkov k technologickému gigantu ATI – kanadská spoločnosť - vývoj kariet s podporov nových funkcií ˝optimalizácia˝ dnes sú nVidia spoločne s ATI (AMD) dominantnými výrobcami grafických čipov. Matrox s 3D Labssa dnes zaoberajú profesionálnym spracovaním videa a CAD programy).

3. 1960 – tlačiareň nahradená obrazovkou a bolo potrebné výstupné informácie z počítača vizualizovať. Prvé grafické karty zobrazovali len textový režim len monochromaticky.1981 – Prvý2D akcelerátor ktorý vyvinula firma IBM  Jednalo sa o MDA (Monochrome Display Adapter), bol vyrobený pre IBM PC adokázal pracovať iba v textovom režime (80 stĺpcov a 25 riadkov v monochromatickom zobrazení) Teda žiadne grafické rozhranie nepodporoval.

4. Základná IBM MDA karta bola vybavená 4 kilobytmivideo pamäte a zobrazovala len jednu farbu. Táto karta bola určená pre 16-bitovú zbernicu ISA resp. PC-BUS. Pri zobrazovaní znakov v textovom režime 80x25 znakov bol každý znak definovaný v maske 9x14 pixlov, čo znamená, že maximálne rozlíšenie obrazovky bolo 720x350 pixlov. Snímková frekvencia 50 Hz a riadková frekvencia 18,432 kHz.

5. IBM PC 5150 with keyboard and green monochrome monitor (5151), runningMS-DOS 5.0

6. Karty sa s nárokmi užívateľov vyvíjali, a zakladali sa firmy zo špecializáciou na grafické karty ako ATI, CirrusLogic, S3, Matrox. 1987 – firma IBM vyvinula štandard VGA (Video GraphicArray)– zobrazoval 640x480 bodov pri 256 farbách)– neskôr prišli z grafickým adaptérom SVGA (Super VGA) ktorý už potreboval 2 MB pamäte a dokázal zobraziť 1024x768 bodov pri 256 farbách. Dnes je grafický adaptér VGA bežný pre osobné počítače. Staršie typy VGA sa pripájajú na zbernicu PCI alebo AGP, väčšina súčasných na modernejšiu PCI-Express Štandard VGA sa potupne vytráca a nahrádzajú ho iné modernejšie konektory a to najmä HDMI a DisplayPort Pojmom VGA sa označuje konkrétne rozlíšenie grafického adaptéra či zobrazovača, 640 x 480 bodov.

7. Štandardný VGA a VGA s DDC™  - Porovnanie Porovnávacia tabuľka s prehľadom štandardného zapojenia VGA výstupu a VGA výstupu s DDC. VGA s podporou DDC portu môžete ľahko identifikovať, pretože jeho výstupný izolačný materiál je sfarbený namodro. Všetky nové monitory vyžadujú mať zapojené piny 9 a 15 podľa štandardu VGA s DDC.

8. Pôvodný 3D akcelerátor bol vyrábaný na doske ktorá bola spojená s grafickou kartou. • HerculesGraphicsCard (HGC) - grafická karta, ktorá zvýšila počet zobr. bodov z 80x25 až na 720x348 pixlov. - údaje zobrazovala čiernobielo. - podporovala textový režim vo vysokom rozlíšení kompatibilný s MDA a jeden grafický režim. Aj napriek tomu, že neexistoval štandard pre ovládanie tejto grafickej karty mnoho programov a hier obsahovalo vlastné ovládače a pokladali ju za štandard(napr. AutoCAD, Prince of Persia).

9. Čiernobiely Hercules umožňoval pripojiť do počítača aj ďalšiu farebnú grafickú kartu. Veľa programov (hlavne CAD) využívalo čiernobiely výstup ako druhú obrazovku, kde zobrazovali pomocné informácie. Text v monochromatickom režime mohol zobrazovať 80 × 25 znakov a text bol MDA kompatibilný. Ako taký, je každý znak definovaný v maske 9x14 pixlov, z ktorých 7 × 11 pixlov vyhotovia znak (ostatné pixely sú použité na zadefinovanie priestoru medzi riadkami a stĺpcami). To predstavovalo výrazne jasnejšie zobrazenie na displeji, než mohli ponúknuť konkurenčné CGA adaptéry. Celkové teoretické rozlíšenie bol režim 720 × 350 pixlov. Toto číslo je možné dosiahnuť prostredníctvom násobenia šírky 9 bodov a podľa počtu stĺpcov možných v texte na obrazovke (80), rovnako ako súčin výšky 14 pixlov a počet riadkov textu (25). V MDA kompatibilnom textovom režime však tieto pixely neboli jednotlivo adresovateľné.

10.  Evolučným skokom vo vývoji boli karty označované ako 2D/3D (Matrox, Creative…). - podporovali SVGA štandard - zabudované 3D funkcie (podporu pre 3D zobrazenie) Skutočnej revolúcie medzi 3D grafickými kartami sa podarilo dosiahnuť až firme 3dfx s radou Voodoo.

11. 3dfx Interactive 1994 – založenie firmy zo sídlom v San José v Kalifornii• zaoberala sa výrobou 3D grafických procesorov (GPU) a na nich založených grafických kariet. • 1996uviedla revolučný čip Voodoo 1 a neskôr Voodoo 2 (1998). Boli to však iba 3D grafické karty ktoré nepodporovali 2D režim a preto k sebe potrebovali 2D grafická kartu. - 3D funkcie a efekty (Mip Mapping, Z-buffering, Anti-aliasing...) • Voodoo Banshee - veľmi úspešná nová rada grafických kariet, ktorá mala nízku cenu a výkon strednej triedy.- kombinovaná grafická karta- Komunikáciu s hardvérom zaisťovalo nízkoúrovňové API nazvané Glide. To umožňovalo priamy prístup k hardvérovo implementovaným operáciám na čipu v štýle OpenGL. Po uvedení úspešných GPU od konkurenčných firiem hlavne od kalifornskej spoločnosti nVidia a od kanadskej ATI strácala 3dfx dominantné postavenie na trhu. Karty od nVidia ponúkali za výhodnejšiu cenu zrovnateľný a neskôr aj vyšší výkon a lepšiu kvalitu obrazu a vstavanú podporu 2D grafiky vo všetkých modeloch. Po problémových radách Voodoo 4 a Voodoo 5 spoločnosť 3dfx Interactive odkúpila spoločnosť nVidia a tým získala jej intelektuálne vlastníctvo a mnoho kvalitných odborných zamestnancov.

12. V minulosti bola výkonnosť grafických kariet určovaná hlavne veľkosťou pamäte ktorou karta disponovala. Dnes je však hlavným parametrom výkonu typ grafického procesora (GPU) a pamäťovej zbernice. Nové karty vyžadovali stále väčší objem dát prenášaných cez systémovú zbernicu PCI, ktorá už nepostačovala stúpajúcim nárokom. Preto v roku 2002 prišiel Intel s novým portom AGP (AcceleratedGraphics Port) AGP je špeciálnapätica pre pripojenie grafické karty. Nejedná sa priamo o zbernicu, pretože do AGP je možné pripojiť iba jedno zariadenie. V dnešnej dobe sú grafické karty najčastejšie pripojene pomocou PCI Express slotu V počiatkoch znázorňovania 3D objektov v počítačovej grafike bolo požadované, aby sa trojrozmerná scéna prepočítala a zobrazila (vyrenderovala) za niekoľko minút. Dnešné grafické karty musia takýchto trojrozmerných scén zvládnuť okolo 70 za jedinú sekundu.

13. Grafická karta je ... doska plošného spoja - obsahujeelektronické komponenty (procesor, pamäť, radiče...) a mechanické komponenty (chladiče). komponentpočítača -zabezpečuje grafické výpočty a zobrazenie grafických informácií nazobrazovacej jednotke, monitore, TV, atd. kombinácia grafickej pamäte a grafického procesora - grafická pamäť DRAM alebo jej modernejšie verzie DDR2, GDDR2 - GDDR5)  grafický procesor spracúva informácie z procesora, a výsledok zobrazuje na monitore prostredníctvom analógového (D-SUB, DVI), respektíve digitálneho (DVI, HDMI alebo Display port)

14. Grafická pamäť Pamäť - tu sa ukladajú informácie nevyhnutné pre grafické výpočty. Ak je GK integrovaná na základnej doske požíva pre výpočet operačnú pamäť PC.Externe karty využívajú vlastnú pamäť napríklad DDR, dnes už jej modernejšiu verziu GDDR2 - GDDR5

15. Grafický procesor - GPU GPU- je výpočtové jadro grafickej karty. Obsahuje radič pamäti, unifikované shadery, TMU jednotky, ROP jednotky a dalšie. Spracováva 3D geometrii na 2D obraz, zobraziteľný na zobrazovacím zariadení. Unifikované shadery- Shader je mikroprogram slúžiaci na riadenie jednotlivých častí grafického reťazca grafickej karty.- náhrada za jednotky Pixel a Vertex.Shader používa špecializované programovacie jazyky (shader jazyky – napr. GLSL pre OpenGL, Cg alebo HLSL pre DirectX). Tento program je potom preložený prekladačom do strojového kódu grafickej karty.Každá spoločnosť má svoju vlastnú architektúru shaderov. Sú programovateľné a preto nemusí počítať iba zobrazovatelné dáta, ale i výpočty pre vedu a pod...NVIDIA má každý unifikovaný shader plnohodnotný, AMDpoužíva 4D shadery (4 menších shaderov ako celok). Radič pamäte-sastará o komunikáciu medzi grafickou pamäťou a GPU. NVIDIA aAMD podporujú až GDDR5. TMU jednotky (Texturemappingunit) - mapuje textúry na objekty. ROP jednotky (RenderOutputunit) - zabezpečuje výstup dát z GK.

16. Grafický procesor - GPU ATI Radeon HD5470 NVIDIA GeForce GTX 260M

17. Video BIOS (firmware) je čip obsahujúci základný program ovládajúci operácie na grafickej karte, a vykonáva inštrukcie dávané grafickému procesoru z hlavného procesora. Má na starosti aj správu pamäti VRAM (časovanie, operačná rýchlosť, napätia a iné…) Niekedy je umožnený zápis do BIOSu (BIOS je odomknutý) a je možné zmeniť hodnoty napr. časovania pamätí (pretaktovanie). Táto činnosť je však potenciálne pre kartu nebezpečná – po zadaní nesprávnych parametrov hrozí jej zničenie. RAMDACDigitálno – analógový prevodník (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) prevádza digitálny signál z procesora grafickej karty do analógovej formy pre monitor (displej). V závislosti od použitého počtu bitov sa líši aj použitá obnovovacia frekvencia. S CRT monitormi je najpoužívanejšia frekvencia 75 Hz. LCD panel s digitálnym vstupom už RAMDAC nevyžaduje. Prepojenie je priamo digitálne (DVI konektor, HDMI alebo DisplayPort).

18. Výstupy Na grafických kartách existuje viacero konektorov slúžiacich na prepojenie karty a monitora, alebo iných prídavných zariadení. SVGA (D-Sub) – Konektor určený pre analógové VGA. Problémom pri jeho používaní je rušenie, deformácia obrazu, deformácia bodu. DVI – Digitálny výstup určený pre novšie LCD a plazmové displeje. Využíva natívne rozlíšenie. Každý bod je jednoznačne určený. S-Video (TV výstup) modulovaný videosignál pre televízory, videá.... Kompozitné video (výstup) kompozitný videosignál pre TV a videorekordér (Cinch konektor) RGB (5 konektorov, každá farba zvlášť + vertikálna a horizontálna synchronizácia, BNC konektory, analógový výstup pre drahšie obrazovkové monitory) HDMI – výstup s vysokým rozlíšením (2003) Display port – digitálny výstup s integrovaným zvukom

19. Zbernica pre grafickú kartu na základnej doske ISA: 16 bitová architektúra, 8 MHz, používaná od 1981, dominantná technológia v 1980. MCA: 32 bit, 10 MHz. 1987, nekompatibilná s ISA. EISA: 32 bit, 8.33 MHz. 1988, kompatibilná s predchádzajúcimi typmi, VESA: rozšírenie ISA. 32 bit, 33 MHz. PCI: 32 bit, 33 MHz. nahradila všetky zbernice od 1993. Zaviedla rýchle dynamické prepojenie medzi zariadeniami na zbernici bez nutnosti nastavovania. Plná podpora Plug and Play  (PnP; P&P). PCI-X: zvýšila PCI na 64 bit a 133 MHz. AGP: vyčlenená len pre grafiku, 32 bit, 66 MHz. PCI-E: 2004, od 2006 PCI 2x.

21. Video BIOS (firmware) je čip obsahujúci základný program ovládajúci operácie na grafickej karte, a vykonáva inštrukcie dávané grafickému procesoru z hlavného procesora. Má na starosti aj správu pamäti VRAM (časovanie, operačná rýchlosť, napätia a iné…) Niekedy je umožnený zápis do BIOSu (BIOS je odomknutý) a je možné zmeniť hodnoty napr. časovania pamätí (pretaktovanie). Táto činnosť je však potenciálne pre kartu nebezpečná – po zadaní nesprávnych parametrov hrozí jej zničenie. RAMDACDigitálno – analógový prevodník (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) prevádza digitálny signál z procesora grafickej karty do analógovej formy pre monitor (displej). V závislosti od použitého počtu bitov sa líši aj použitá obnovovacia frekvencia. S CRT monitormi je najpoužívanejšia frekvencia 75 Hz. LCD panel s digitálnym vstupom už RAMDAC nevyžaduje. Prepojenie je priamo digitálne (DVI konektor, HDMI alebo DisplayPort).

22. Zdroje:http://cs.wikipedia.org/wiki/Grafick%C3%A1_karta#Historiehttp://sk.wikipedia.org/wiki/Grafick%C3%A1_kartahttp://cs.wikipedia.org/wiki/3dfxhttp://en.wikipedia.org/wiki/IBM_Monochrome_Display_AdapterZdroje:http://cs.wikipedia.org/wiki/Grafick%C3%A1_karta#Historiehttp://sk.wikipedia.org/wiki/Grafick%C3%A1_kartahttp://cs.wikipedia.org/wiki/3dfxhttp://en.wikipedia.org/wiki/IBM_Monochrome_Display_Adapter