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) Propustnost (GB/s) 166-600 5.3-19.2 400-1000 12.8-32 700-2200 22.4-70.4 700-2400 22.4-76.8 1600-2400 51.2-76.8 Propustnost je při 256-bit sběrnici. Brát pouze orientačně 3000-4000 96-128
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