Изображения, которые вы видите на мониторе компьютера, состоят из крошечных точек, называемых пикселями. При наиболее распространенных настройках разрешения на экране отображается более 2 миллионов пикселей, и компьютер должен решить, что делать с каждым из них, чтобы создать изображение. Для этого ему нужен транслятор - что-то, что будет принимать двоичные данные от процессора и превращать их в изображение, которое можно увидеть. Этот транслятор известен как графический процессор, или GPU.
Большинство потребительских ноутбуков и настольных компьютеров начального уровня сейчас поставляются с вторичным графическим процессором, встроенным в основной процессор, так называемой интегрированной графикой. Однако в машинах профессионального уровня или изготовленных по индивидуальному заказу часто предусмотрено место для специальной графической карты. Преимущество видеокарты в том, что она, как правило, может воспроизводить более сложные визуальные эффекты гораздо быстрее, чем интегрированный чип.
Работа видеокарты сложна, но ее принципы и компоненты легко понять. В этой статье мы рассмотрим основные части видеокарты и то, что они делают. Мы также рассмотрим факторы, которые работают вместе, чтобы сделать видеокарту быстрой и эффективной.
Представьте себе компьютер как компанию с собственным художественным отделом. Когда сотрудникам компании нужно произведение искусства, они отправляют запрос в художественный отдел. Художественный отдел решает, как создать изображение, а затем переносит его на бумагу. В итоге чья-то идея превращается в реальную, доступную для просмотра картинку.
Видеокарта работает по тем же принципам. Центральный процессор, работая в связке с программным обеспечением, посылает информацию об изображении на видеокарту. Графическая карта решает, как использовать пиксели на экране для создания изображения. Затем она передает эту информацию на монитор по кабелю.
Создание изображения из двоичных данных - сложный процесс. Чтобы создать трехмерное изображение, видеокарта сначала создает каркас из прямых линий. Затем она растеризует изображение (заполняет оставшиеся пиксели). Она также добавляет освещение, текстуру и цвет. В быстро развивающихся играх компьютер должен проходить этот процесс примерно 60-120 раз в секунду. Без видеокарты, выполняющей необходимые вычисления, нагрузка была бы слишком велика для компьютера.
Видеокарта выполняет эту задачу с помощью четырех основных компонентов:
подключение к материнской плате для передачи данных и питания
графический процессор (GPU), который решает, что делать с каждым пикселем на экране
видеопамять (VRAM) для хранения информации о каждом пикселе и временного хранения готовых изображений.
подключение к монитору, чтобы вы могли видеть конечный результат.
Далее мы рассмотрим процессор и память более подробно.
GPU:
Как и материнская плата, видеокарта представляет собой печатную плату, на которой размещены процессор и VRAM. Она также имеет микросхему системы ввода/вывода (BIOS), которая хранит настройки карты и выполняет диагностику памяти, ввода и вывода при запуске.
Процессор видеокарты, называемый графическим процессором (GPU), похож на центральный процессор компьютера. Однако GPU разработан специально для выполнения сложных математических и геометрических расчетов, необходимых для рендеринга графики. Некоторые из самых быстрых графических процессоров имеют больше транзисторов, чем средний центральный процессор.
Графический процессор выделяет много тепла, поэтому он обычно располагается под радиатором или вентилятором. Интегрированные чипы немного отличаются тем, что у них нет собственной VRAM, и они вынуждены использовать ту же оперативную память, что и процессор. Это различие может привести к нехватке памяти в играх с интегрированным GPU.
Помимо вычислительной мощности, GPU использует специальные программы, помогающие ему анализировать и использовать данные. AMD и Nvidia (см. купоны Nvidia) производят подавляющее большинство GPU на рынке, и обе компании разработали свои собственные усовершенствования для повышения производительности GPU. Современные видеопроцессоры могут обеспечить:
1. полное сглаживание сцены (FSAA), которое сглаживает края трехмерных объектов
2. Анизотропную фильтрацию (AF), которая делает изображение более четким.
3. физику в реальном времени и эффекты частиц
4. Многоэкранные дисплеи
5. Видеовыход с высокой частотой кадров
6. Видео сверхвысокой четкости со многими миллионами пикселей
7. Ускоренные вычисления на GPU
8. Каждая компания также разработала специальные методы, помогающие 9. GPU применять цвета, тени, текстуры и узоры.
Поскольку графический процессор создает изображения, ему необходимо где-то хранить информацию и готовые картинки. Для этого используется оперативная память карты, в которой хранятся данные о каждом пикселе, его цвете и расположении на экране. Часть VRAM также может выступать в качестве буфера кадров, что означает, что в ней хранятся завершенные изображения до тех пор, пока не придет время вывести их на экран. Как правило, видео ОЗУ работает на очень высоких скоростях и является двухпортовой, то есть система может одновременно читать из нее и записывать в нее.
Современные видеокарты подключаются к слоту расширения PCIe x16. Компьютеры малого форм-фактора с интегрированной графикой, такие как ноутбуки и мини-десктопы, могут не иметь такого слота. Однако видеокарты все равно можно подключить, используя дорогостоящее обходное устройство, называемое внешним GPU.
Эволюция графических карт
Графические карты прошли долгий путь с тех пор, как компания IBM представила первую из них в 1981 году. Называемая Monochrome Display Adapter (MDA), эта карта обеспечивала отображение только текстового зеленого или белого текста на черном экране. Теперь и видеокарты, и интегрированные чипы могут легко передавать сигнал в формате HD (1 920 x 1 080 пикселей) через кабель HDMI или DisplayPort. Автономные карты часто передают видео в формате Ultra HD 4K (3 840 x 2 160), а на более мощных графических процессорах доступны еще более высокие разрешения.
Выбираем видеокарту:
Высококлассную видеокарту легко заметить. У нее много памяти и быстрый процессор. Часто она также более привлекательна внешне, чем все остальное, что предназначено для установки в корпус компьютера. Многие высокопроизводительные видеокарты иллюстрированы или имеют декоративные вентиляторы или радиаторы.
Но высокопроизводительная карта обеспечивает больше мощности, чем действительно нужно большинству людей. Люди, которые используют свои компьютеры в основном для работы с электронной почтой, текстовыми редакторами или социальными сетями, могут найти всю необходимую графическую поддержку в процессоре с интегрированной графикой. Карты среднего уровня достаточно для большинства казуальных геймеров. Люди, которым нужна мощность карты высокого класса, включают в себя энтузиастов игр и тех, кто занимается трехмерной графикой.
Хорошим общим показателем производительности карты является частота кадров, измеряемая в кадрах в секунду (FPS). Частота кадров описывает, сколько полных изображений карта может отобразить в секунду. Человеческий глаз может обрабатывать около 25 кадров в секунду, но для быстродействующих игр требуется частота кадров не менее 60 FPS, чтобы обеспечить плавную анимацию и прокрутку. Компонентами частоты кадров являются:
Треугольники или вершины в секунду: трехмерные изображения состоят из треугольников или многоугольников. Это измерение описывает, как быстро графический процессор может вычислить весь многоугольник или вершины, которые его определяют. В целом, он описывает, насколько быстро карта строит изображение в виде проволочного каркаса.
Скорость заполнения пикселей: Это измерение описывает, сколько пикселей графический процессор может обработать за секунду, что означает, как быстро он может растеризовать изображение.
Аппаратное обеспечение видеокарты напрямую влияет на ее скорость. Вот аппаратные характеристики, которые в наибольшей степени влияют на скорость карты, и единицы, в которых они измеряются:
1. Тактовая частота графического процессора (МГц)
2. Размер шины памяти (биты)
3. Объем доступной памяти (МБ)
4. Тактовая частота памяти (МГц)
5. Пропускная способность памяти (ГБ/с)
Процессор и материнская плата компьютера также играют определенную роль, поскольку очень быстрая видеокарта не может компенсировать неспособность материнской платы быстро передавать данные. Аналогичным образом, на производительность карты влияет ее подключение к материнской плате и скорость, с которой она может получать инструкции от центрального процессора.
