Ramdac видеокарты что это

Обновлено: 04.07.2024

Из статьи читатель узнает об устройстве, принципах работы и основных характеристиках видеокарты, а также о том, что нужно учитывать при ее приобретении.

Содержание:

Устройство видеокарты компьютера

Видеокарта (известна также как видеоадаптер, графическая плата, графический адаптер, графическая карта) – важная и очень сложная составная часть компьютера. Современная видеокарта является своего рода специализированным компьютером, состоящим из собственного процессора, оперативной памяти, BIOS и прочих компонентов, по своей структуре и организации взаимодействия приспособленных для максимально эффективного решения одной задачи – обработки и формирования графических данных, а также их вывода на монитор.

Основными разработчиками видеокарт являются американская компания Nvidia и канадская ATI Technologies, приобретенная в 2006 году американской компанией AMD. Видеокарты от Nvidia представлены брендом GeForce. Графические платы ATI известны всем под названием Radeon.

Чтобы узнать, какая видеокарта установлена в Вашем компьютере (ноутбуке), нужно зайти в диспетчер устройств Windows или воспользоваться одной из специализированных программ, например, GPU-Z.

Мало кто задумывается о том, насколько сложным на самом деле является процесс обработки различных графических данных с целью получения конечного изображения, отображаемого на мониторе (например, в компьютерных играх). Этот процесс требует осуществления огромного количества точных расчетов (создание вершин, их собирание в примитивы (треугольники, линии, точки и т.д.), создание пиксельных блоков, операции освещения, затенения, текстурирования, присвоения цвета и др.). Поскольку картинка в игре постоянно изменяется, все расчеты должны производиться на очень высокой скорости, чтобы обеспечить формирование достаточного количества кадров, выводимых за 1 секунду. Для человеческого глаза комфортным является уровень выше 24 кадров в секунду (FPS, Frames Per Second). Если этот показатель ниже, человек будет замечать «торможение».

Обычно, когда пользователь говорит, что его видеокарта «не тянет» определенную игру, имеется ввиду именно ее неспособность вывести достаточное количество кадров в секунду. То же явление может наблюдаться не только в играх, но и при работе с объемными графическими программами. Способность видеокарты обрабатывать графику с определенной скоростью зависит как от мощности самой карты, так и от сложности обрабатываемой графики. Именно поэтому проблему часто можно решить снижением графических настроек игры.

Компьютер может обойтись без отдельной (дискретной) видеокарты, но только в том случае, если он имеет графический процессор, интегрированный в системную логику материнской платы (в северный мост чипсета) или являющийся частью центрального процессора (например, Intel i7). В качестве видеопамяти в таких случаях используется часть основной оперативной памяти компьютера. Характеристики видеокарт, интегрированных в чипсет, не отличаются высокой производительностью, но их возможностей вполне достаточно для выполнения всех офисных задач, работы в Интернете, просмотре видео и даже игры в компьютерные игры с несложной графикой.

В остальных же случаях приобретение отдельной (дискретной) видеокарты является необходимостью.

Современная графическая карта состоит из следующих частей:

• Графический процессор (графическое ядро, GPU (Graphics processing unit - графическое процессорное устройство) – процессор, занимающийся расчётами и формированием графической информации, выводимой на монитор, является основой видеокарты и по своей сложности практически не уступает центральному процессору компьютера, а иногда и превосходит его. Во многом им определяются основные характеристики видеокарты;

• Видеопамять - выполняет роль своеобразного буфера, в который временно помещаются выводимые на монитор изображения, создаваемые и постоянно изменяемые графическим ядром. В этот буфер помещаются также элементы, необходимые процессору для формирования этих изображений;

• Видеоконтроллер – отвечает за правильное формирование и передачу нужной информации из видеопамяти на RAMDAC.

• RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) или цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, осуществляющее преобразование цифровых результатов работы видеокарты в аналоговый сигнал, отображаемый на мониторе. Возможностями этого устройства определяется количество отображаемых цветов, насыщенность картинки и др. Цифровые мониторы, проекторы и др. устройства, подключаемые к цифровым разъемам видеокарты, используют собственные цифро-аналоговые преобразователи и от RAMDAC видеокарты не зависят;

• Видео-ПЗУ (Video ROM) – микросхема, хранящая в себе базовую систему ввода-вывода видеокарты, а иначе говоря, ее BIOS - совокупность правил и алгоритмов, определенных производителем, по которым составные части видеокарты работают и взаимодействуют между собой.

• Система охлаждения – устройство, осуществляющее отвод и рассеивание тепла от видеопроцессора, видеопамяти и других компонентов графической платы с целью обеспечения нормального температурного режима их работы.

Характеристики видеокарт

Не секрет, что цена видеокарты напрямую зависит от ее производительности. Но на практике вы не почувствуете большой разницы между бюджетной графической картой стоимостью 150 дол. США, выдающей 30 FPS в определенной игре, и видеомонстром, в той же игре производящим 150 FPS и стоящим в 5 раз дороже. Оптимальным вариантом будет карта из «золотой середины», обеспечивающая достаточный запас производительности по доступной цене. Тем более, что с учетом быстрых темпов развития компьютерной техники этот монстр через год в сравнении с новыми изделиями превратится в монстрика, и стоимость его упадет на 30 а то и 50 %.

Дорогие и сверхмощные видеокарты обычно покупают пользователи, строящие системы из нескольких мониторов, профессионалы, работающие с крутой графикой, а также категория людей, которым просто приятно быть обладателем «дорогого железа».

У людей разные уровни доходов и как тратить заработанные деньги – личное дело каждого. Сколько вы готовы выложить за графический ускоритель решать, конечно, вам. Главное на потраченные деньги приобрести видеокарту с максимальной производительностью.

Производительность – результат совместной работы всех составных частей видеокарты, поэтому при ее выборе нужно учитывать много важных характеристик, а не только объем видеопамяти, что является очень распространенной ошибкой.

Основные характеристики видеокарт, влияющие на их производительность:

• Производительность видеопамяти. Как свидетельствует практика, видеопамять очень часто является слабым местом графических плат. И дело в первую очередь не в ее объеме, а в пропускной способности, определяющей скорость доступа к данным, которые в ней хранятся. Пропускная способность зависит от двух показателей – частоты (скорость тактовых колебаний) и ширины (битности) шины памяти - количества данных, передаваемых за один такт.

Например, некая видеопамять, имея ширину шины 256 бит, работает на частоте 1000 МГц. Это значит, что за 1 секунду она совершает 1000 тактов, передавая за каждый такт 256 бит информации (1000Х256=256 000 бит/с). Другая память, работает на частоте 1800 МГц, но при этом имеет шину 128 бит (128Х1800=230400 бит/с). Как видно в примере, память со значительно большей частотой является менее продуктивной в связи с узкой шиной. Это, конечно, чисто теоретический пример, но он демонстрирует реальное положение вещей.

• Тип видеопамяти (GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 и др.) указывает на то, к какому поколению принадлежит память графической карты. Каждое следующее поколение является совершеннее предыдущего и обеспечивает более высокую частоту работы. Но как видно из предыдущего примера, память нового поколения с узкой шиной по своей реальной пропускной способности может оказаться хуже памяти предыдущего поколения с широкой шиной.

• Объем видеопамяти также влияет на производительность графической платы, но только до определенного предела (когда он является слабым местом). Гораздо выгоднее приобрести карту с памятью GDDR5 - 256 бит и объемом 1 ГБ чем с памятью GDDR3 - 128 бит и объемом 2 ГБ. На самом деле графической плате с низкой пропускной способностью объем памяти в 2 ГБ, при использовании ее в домашних условиях, вряд ли когда-нибудь понадобится. Такие карты ориентированы не на достижение максимальной производительности в компьютерных играх. Они предназначены для работы с графикой или же являются больше продуктом маркетинговых хитростей производителей, рассчитанных на неопытных покупателей, оценивающих графические ускорители исключительно по размеру памяти.

Поэтому нужно оценивать все эти характеристики видеокарты: частоту, битность и объем видеопамяти, их сбалансированность. Эти показатели обычно указываются в каталогах и ценниках магазинов.

• Характеристики графического ядра. Тактовая частота графического процессора является важной, но не самой главной его характеристикой. Графическое ядро со сравнительно невысокой частотой нередко оказывается очень производительным. Все зависит от архитектуры графического ядра, количества и качества входимых в его состав унифицированных шейдерных блоков (чем больше, тем лучше) и других элементов, которыми определяется пиксельная и текстурная скорости заполнения (филрейт, fill rate) видеокарты (чем они выше, тем лучше).

Эти характеристики видеокарт редко указываются на ценниках и в каталогах. Поэтому перед выбором графического адаптера из нескольких возможных вариантов, желательно на официальном сайте их производителей (или на других специализированных сайтах) поинтересоваться реальным положением вещей и выбрать вариант с самыми высокими показателями.

На практике, чем новее линейка видеокарт, к которой принадлежит графический ускоритель, тем, как правило, он мощнее. Исключение составляют «младшие» модели линейки. Не редко характеристики таких видеокарт оказываются менее производительными, чем у «старших» представителей предыдущей линейки. Например, GeForce GTS450 будет существенно уступать GeForce GTX280.

Модели новой линейки часто поддерживают новые версии DirectX и OpenAL, что обеспечивает более «продвинутую» графику в компьютерных играх и других приложениях, их использующих. Но если мощности карты окажется недостаточно, практической выгоды от этого не будет. На самом деле, тот самый GeForce GTX280 (с поддержкой DirectX10) – вариант гораздо предпочтительнее GeForce GTS450 (DirectX11).

Один из косвенных признаков невысокой производительности видеокарты – отсутствие разъема для подключения дополнительного питания непосредственно от блока питания. Шина PCIE материнской платы, к которой подсоединяется графическая плата, не может обеспечить достаточное питание. Современные технологии не позволяют создавать игровые видеокарты с настолько низким уровнем потребления электроэнергии.

• Система охлаждения – элемент, от которого во многом зависит комфорт использования графического ускорителя. При выборе лучше отдать предпочтение изделиям, выполненным с применением вакуумных термотрубок (видны при визуальном осмотре). Такие системы на деле оказываются более эффективными и создают намного меньше шума. Кроме того, эффективное охлаждение предоставляет возможность лучше «разогнать» видеокарту, добившись при необходимости более высоких показателей ее производительности.

Высокоэффективную систему охлаждения для графической платы можно приобрести отдельно, заменив штатную. Но стоит такая система как правило не менее 40 дол. США (а то и гораздо дороже). Поэтому выгоднее покупать видеокарты с эффективной штатной системой охлаждения (пусть они и стоят на 10-20 дол. США дороже аналогов без таковой).

Компьютер с несколькими видеокартами

Одним из эффективных способов повышения производительности видеоподсистемы компьютера является одновременное использование в одной машине мощностей сразу нескольких видеокарт. Для этого требуется материнская плата с поддержкой такой возможности (с несколькими разъемами PCI-E), видеокарты с реализацией соответствующих технологий, высокопроизводительный центральный процессор и достаточно мощный блок питания (не менее 700-800W).

Технология одновременного использования нескольких графических плат от nVidia называется SLI (Scalable Link Interface). Аналогичная технология от ATI имеет название CrossFireX. При построении систем на базе этих технологий возможны варианты соединения видеокарт как через специальный гибкий мостик, так и на уровне драйвера (без использования гибкого мостика для их физического соединения). В последнем случае производительность будет ниже на 10-15 %, обмен данными между картами производится через материнскую плату.

Взаимодействие нескольких графических плат при обработке одного изображения можно построить по следующим алгоритмам:

• когда изображение виртуально разбивается на несколько частей, каждая из которых обрабатывается отдельной картой;

• покадровая разбивка изображение (когда, например, одна карта обрабатывает только четные кадры, другая - нечетные);

• когда одна и та же картинка генерируется на всех графических платах, но с разными шаблонами сглаживания. Полученные результаты смешиваются, накладываясь друг на друга, чем достигается более высокая четкость, детализированность и сглаживание конечного изображения.

Главный недостаток систем на базе двух (или более) видеокарт – их высокое энергопотребление и дороговизна. При этом, производительность видеоподсистемы на практике увеличивается не в два или более раз. В лучшем случае удается добиться прироста в 50-60% от фактической мощности дополнительных графических карт.

Графический процессор, получив информацию об изображении из видеопамяти, обрабатывает ее и передает либо в цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) для вывода на аналоговый монитор, либо в микросхему формирования цифрового сигнала TMDS для вывода на цифровой монитор. Аппаратная структура RAMDAC практически описана в его названии, где RAM — это Random Access Memory (память с произвольной выборкой), а DAC — Digital to Analog Converter (цифро-аналоговый преобразователь). Память в модулях RAMDAC построена на статических элементах, поэтому по быстродействию примерно соответствует кэш-памяти процессоров.

Сегодня стандартным считается RAMDAC, обеспечивающий разрешение не менее 1600x1200 точек при 32-битном цвете на частоте 85 Гц и более. Качество получаемого изображения в решающей степени зависит от таких характеристик RAMDAC, как его частота, разрядность, время переключения сигналов. Частота RAMDAC говорит о том, какое максимальное разрешение при какой частоте кадровой развертки сможет поддерживать видеоадаптер. Например, при разрешении 1024x768 точек и частоте кадровой развертки 70 Гц выводить единичный пиксел (с учетом времени на обратный ход луча по горизонтали и вертикали) необходимо примерно за 13 не. Следовательно, в этом режиме RAMDAC должен поддерживать собственную частоту около 75 МГц. Современными можно считать RAMDAC с частотой не ниже 170 МГц.

Разрядность RAMDAC говорит о том, какое количество цветов способен воспроизвести видеоадаптер. Большинство микросхем поддерживает представление 8 бит на каждый канал цвета, что обеспечивает отображение около 16,7 миллиона цветов. За счет гамма-коррекции исходное цветовое пространство расширяется еще больше. В последнее время появились RAMDAC с разрядностью 10 бит по каждому каналу.

Многие современные видеокарты поддерживают одновременную работу с двумя мониторами, поэтому в такие карты устанавливают по два RAMDAC и/или TMDS. В подавляющем большинстве видеокарт имеется также выход на телевизор (TV-Out), позволяющий просматривать мультимедийные программы или фильмы на телевизионном экране. Телевизионный сигнал формируется отдельной специализированной микросхемой.

Преимущество цифрового интерфейса TMDS перед RAMDAC заключается в одном: при выводе изображения не осуществляются цифро-аналоговые преобразования изначально цифрового сигнала, что теоретически обеспечивает лучшее качество. На практике разница становится заметной на больших мониторах в высоком разрешении.

Видеокарта – компонент архитектуры современного ПК, отвечает за преобразование графической информации в видеосигнал для монитора. Видеокарта представляет собой плату расширения, которая устанавливается в специальный слот (PCI-Express) материнской платы. Также видеокарта может быть встроенной, то есть, входить в состав северного моста чипсета материнской платы или быть интегрированной в центральный процессор.

Компоненты видеокарты

Графический процессор, GPU

Является основой видеокарты, отвечает за вычислительные функции, связанные с обработкой трёхмерной графики, тем самым высвобождает ресурсы центрального процессора. Именно от графического процессора зависит производительность видеокарты.

Видеоконтроллер

Отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Современные видеокарты имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Видеопамять

Служит кадровым буфером, в который помещаются изображения, генерируемые графическим процессором перед последующим выводом на экран монитора, а также для хранения промежуточных данных связанных с 3D-вычислениями. Видеокарты комплектуются памятью типа GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры могут использовать в своей работе часть общей системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь, RAMDAC

Видео-BIOS

Система охлаждения

Предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Параметры видеокарты

Объём видеопамяти (Мб) — чем больше объём, тем большее число кадров способен сформировать графический процессор за короткий промежуток времени.

Частота видеопамяти (МГц) — чем выше частота работы видеопамяти, тем выше общая производительность видеокарты.

Ширина шины видеопамяти — указывает на количество бит (64, 128, 256) информации, передаваемой за такт.

Интерфейс — разъем, для установки видеокарты, на материнской плате (PCI-Express).

Количество поддерживаемых мониторов — одновременное подключение нескольких устройств.

Максимальное разрешение — количество точек, по горизонтали и по вертикали, при построении изображения графическим процессором видеокарты.

Число универсальных процессоров — шейдерные конвейеры, отвечающие за расчет цветов и геометрических структур.

Число текстурных блоков — выполняют выборку и фильтрацию текстур, а также наложение текстур на поверхности геометрических объектов.

Число блоков растеризации — отвечает за финальный этап обработки изображения (сглаживание, фильтрация), а также за запись обработанного изображения в буфер видеокарты.

Версия шейдеров — чем выше версия шейдеров, тем больше у видеокарты возможностей по созданию специальных эффектов.

Поддержка:

DirectX — чем старше версия, тем больше набор функций и шире возможности специальных эффектов;
OpenGL — данный параметр важен только для специализированного программного обеспечения.

Разъемы видеокарты:

D-Sub — 15-контактный, аналоговый, разъем VGA;
DVI-I — цифровой разъем с поддержкой аналоговых сигналов, позволяющий подключить монитор через переходник на разъем D-Sub;
DVI-D — цифровой разъем в «чистом» виде — не поддерживает аналоговые сигналы;
HDMI — разъем для передачи цифрового сигнала высокой четкости (HD);
Display Port — используется для передачи видео и аудио в цифровом виде.

Видеодрайвер

Специальное программное обеспечение, поставляемое производителем видеокарты и загружаемое в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП; RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий — RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП.

TMDS (Transition-minimized differential signaling — дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней) передатчик цифрового сигнала без ЦАП-преобразований. Используется при DVI-D, HDMI, DisplayPort подключениях. С распространением ЖК-мониторов и плазменных панелей нужда в передаче аналогового сигнала отпала — в отличие от ЭЛТ они уже не имеют аналоговую составляющую и работают внутри с цифровыми данными. Чтобы избежать лишних преобразований, Silicon Image разрабатывает TDMS.

Видеоадаптеры MDA, Hercules, EGA и CGA оснащались 9-контактным разъёмом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разъём Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом.

Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разъём предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера.

В настоящее время платы оснащают разъёмами DVI или HDMI, либо DisplayPort в количестве от одного до трёх (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью коннекторами).

Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников (разъём DVI к гнезду D-Sub — аналоговый сигнал, разъём HDMI к гнезду DVI-D — цифровой сигнал, который не поддерживает технические средства защиты авторских прав (англ. High Bandwidth Digital Copy Protection, HDCP), поэтому без возможности передачи многоканального звука и высококачественного изображения). Порт DVI-I также включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъём D-SUB (DVI-D не позволяет этого сделать).

DisplayPort позволяет подключать до четырёх устройств, в том числе аудиоустройства, USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода.

Также на видеокарте могут быть размещены композитный и компонентный S-Video видеовыход; также видеовход (обозначаются, как ViVo).

Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.

Также правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же, как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

Читайте также: