Видеокарта: компоненты, характеристики и параметры выбора

Компоненты видеокарты

Графический процессор, GPU

это основа видеокарты, она отвечает за вычислительные функции, связанные с обработкой трехмерной графики, тем самым освобождая ресурсы центрального процессора. Именно от GPU зависит производительность видеокарты.

Видеоконтроллер

Отвечает за формирование изображения в видеопамяти, предоставляет команды RAMDAC для генерации сигналов сканирования для монитора и обрабатывает запросы от центрального процессора. Современные видеокарты имеют как минимум два видеоконтроллера, которые работают независимо друг от друга и одновременно управляют одним или несколькими дисплеями каждый.

Видеопамять

Он служит кадровым буфером, куда помещаются изображения, сгенерированные графическим процессором, перед отображением на экране монитора, а также для хранения промежуточных данных, связанных с трехмерными вычислениями. Видеокарты оснащены памятью GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Также следует учитывать, что помимо видеопамяти на видеокарте современные графические процессоры могут использовать в своей работе часть общей системной памяти компьютера.

Цифро-аналоговый преобразователь, RAMDAC

RAMDAC требуется для преобразования изображения, созданного видеоконтроллером, в уровни глубины цвета, отправляемые на аналоговый монитор. Большинство цифро-аналоговых преобразователей имеют 8 бит на канал, что обеспечивает 256 уровней яркости для каждого основного цвета — 16,7 миллиона цветов.

Видео-BIOS

Постоянная память, содержащая: экранные шрифты, служебные таблицы и т.д. Видеобиос не используется напрямую видеоконтроллером — к нему обращается только центральный процессор. Информация, хранящаяся в видео BIOS, используется для инициализации и работы видеокарты перед загрузкой основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут быть прочитаны и интерпретированы видеодрайвером во время работы.

Система охлаждения

Предназначен для поддержания температуры видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Что такое видеокарта (GPU)?

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графическая карта, графическая карта, графический ускоритель или на английском языке: видеокарта, графическая карта) — это устройство, которое преобразует графическое изображение или код, хранящийся в памяти компьютера (или в сам графический адаптер) в виде, пригодном для дальнейшего отображения на экране монитора.

Проще говоря, графическая карта вместе с другими компонентами компьютера позволяет преобразовывать машинный код, который течет (последовательность инструкций) внутри компьютера, в изображение, которое может быть прочитано человеческим глазом.

В первую очередь, видеокарта — это устройство с графическим процессором, которое само занимается формированием графического изображения. Все современные видеокарты не ограничиваются только просмотром изображений, они имеют встроенный графический процессор, который может выполнять дополнительную обработку команд и кода, снимая эту часть задачи с центрального процессора компьютера.

Кроме того, современные видеокарты от Nvidia и AMD на аппаратном уровне составляют графический конвейер для создания и отображения двухмерной и трехмерной компьютерной графики по спецификациям OpenGL, DirectX и Vulkan.

Часто видеокарта выполнена в виде отдельной печатной платы и используется в отдельном слоте расширения (AGP, PCI Express) на материнской плате. Однако видеокарты, интегрированные (интегрированные) в материнскую плату или процессор, также очень популярны. Ниже мы выделим отдельный блок в ключе сравнения встроенных и внешних видеокарт (дискретный.

История появления графических процессоров

Возможно, это был один из самых сложных и тернистых путей развития компьютеров, и он начался, как многие могли подумать, не с вывода примитивной 2D- или 3D-графики, а с вывода простейшего текста на монохромный экран монитора.

Стоит отметить, что мы не будем вдаваться в хронологию графических адаптеров, а лишь укажем на наиболее значимые и поворотные моменты истории.

Итак, начнем с порядка.

Первым графическим адаптером был MDA (Monochrome Display Adapter), разработанный в 1981 году. MDA был основан на чипе Motorola 6845 и имеет 4 КБ видеопамяти. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов и поддерживал пять атрибутов текста: нормальный, яркий, обратный, подчеркивание и мигание. Он не мог передать никакой цветовой или графической информации, а цвет букв определялся используемой моделью монитора.

Однако настоящим прародителем современных видеокарт считается CGA (Color Graphics Adapter), выпущенный IBM в 1981 году. CGA могла работать как в текстовом режиме с разрешением 80×25, так и в графическом режиме с разрешениями до 640×200 пикселей и с возможностью нарисуйте 16 цветов.

С момента появления первого цветного графического адаптера CGA в 1981–1991 годах слово «даром» не привело ни к каким революционным инновациям. В основном разработчики и дизайнеры аппаратных карт представили небольшое увеличение разрешения, цвета изображения и т.д.

И только в 1991 году появилось такое понятие, как SVGA (Super VGA), расширение VGA с добавлением новых режимов и дополнительных сервисов, например, возможность устанавливать произвольную частоту кадров. Количество одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бит), отображаются дополнительные режимы отображения текста и визуальной информации. SVGA является стандартом де-факто для видеоадаптеров примерно с середины 1992 года, после того как ассоциация VESA приняла стандарт VESA BIOS Extension (VBE) версии 1.0. До этого времени почти все видеоадаптеры SVGA были несовместимы друг с другом.

Параметры видеокарты

Частота графического процессора (МГц) — тактовая частота ядра во многом определяет производительность видеосистемы.

Тип видеопамяти (GDDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5) — определяет частоту, разрядность шины памяти видеокарты.

Размер видеопамяти (МБ) — чем больше объем, тем больше кадров графический процессор может сгенерировать за короткий период времени.

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

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

Интерфейс — разъем для установки видеокарты на материнскую плату (PCI-Express).

Количество поддерживаемых мониторов: одновременно подключено несколько устройств.

Максимальное разрешение — это количество точек по горизонтали и вертикали, когда изображение создается графическим процессором видеокарты.

Количество универсальных процессоров: шейдерные конвейеры, отвечающие за расчет цветов и геометрических структур.

Количество текстурных единиц — позволяет выполнять выбор и фильтрацию текстур, а также накладывать текстуры на поверхность геометрических объектов.

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

Версия шейдера: чем выше версия шейдера, тем больше возможностей у видеокарты для создания спецэффектов.

Служба поддержки:

• DirectX: чем старше версия, тем больше набор функций и больше возможностей для спецэффектов;
• OpenGL: этот параметр актуален только для специализированного программного обеспечения.

Разъемы видеокарты:

• D-Sub: 15-контактный разъем VGA, аналоговый;
• DVI-I — цифровой разъем с поддержкой аналоговых сигналов, позволяющий подключить монитор через переходник к разъему D-Sub;
• DVI-D — чисто цифровой разъем — не поддерживает аналоговые сигналы;
• HDMI — разъем для передачи цифрового сигнала высокой четкости (HD);
• Порт дисплея: используется для передачи цифрового видео и звука.

Характеристики видеокарт

Ни для кого не секрет, что цена видеокарты напрямую зависит от ее производительности. Но на практике вы не услышите большой разницы между дешевой видеокартой за 150 долларов США, производящей 30 FPS в данной игре, и видео-монстром, производящим 150 FPS в той же игре и стоящим в 5 раз дороже. Оптимальным вариантом будет карта «золотой середины», обеспечивающая достаточный запас производительности при доступной цене. Кроме того, с учетом стремительных темпов развития компьютерных технологий этот монстр через год по сравнению с новинками превратится в монстра, а его стоимость снизится на 30, а то и 50 %.

Дорогие и сверхмощные видеокарты обычно покупают пользователи, которые собирают системы из нескольких мониторов, профессионалы, работающие с интересной графикой, и категория людей, которым просто нравится иметь «дорогое оборудование».

У людей разный уровень доходов, и как потратить заработанные деньги — личное дело каждого. Сколько вы готовы заплатить за графический ускоритель, конечно, решать вам. Главное, за такие деньги купить видеокарту с максимальной производительностью.

Производительность — это результат совместной работы всех компонентов видеокарты, поэтому при ее выборе нужно учитывать множество важных характеристик, а не только объем видеопамяти, что является очень распространенной ошибкой.

Основные характеристики видеокарт, влияющие на их производительность:

• Производительность видеопамяти. Как показывает практика, очень часто слабым местом видеокарт оказывается видеопамять. И дело прежде всего не в его объеме, а в пропускной способности, которая определяет скорость доступа к хранимым в нем данным. Пропускная способность зависит от двух параметров — частоты (тактовая частота) и ширины (бит) шины памяти — количества данных, передаваемых за такт.

Например, некоторые видеопамяти, имеющие ширину шины 256 бит, работают с частотой 1000 МГц. Это означает, что за 1 секунду он выполняет 1000 тактовых циклов, передавая 256 бит информации за тактовый цикл (1000X256 = 256000 бит / с.). Другая память работает на частоте 1800 МГц, но при этом имеет 128-битную шину (128X1800 = 230400 бит / с). Как видно из примера, память со значительно большей частотой менее производительна из-за узкой шины. Это, конечно, чисто теоретический пример, но он демонстрирует реальное положение вещей.

• Тип видеопамяти (GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 и т.д.) указывает, к какому поколению принадлежит память видеокарты. Каждое последующее поколение совершеннее предыдущего и обеспечивает более высокую рабочую частоту. Но как видно из приведенного выше 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 видеокарты, но только до определенного предела (когда это слабое место). Намного выгоднее покупать карту с памятью GDDR5 — 256 бит и 1 ГБ, чем с памятью GDDR3 — 128 бит и 2 ГБ. Фактически, видеокарта с низкой пропускной способностью и 2 ГБ памяти вряд ли будет использоваться дома. Такие карты не ориентированы на достижение максимальной производительности в компьютерных играх. Они предназначены для работы с графикой или, скорее, являются продуктом маркетинговых уловок от производителей, нацеленных на неопытных покупателей, которые оценивают графические ускорители исключительно по объему памяти.

Поэтому необходимо оценить все эти характеристики видеокарты: частоту, битрейт и объем видеопамяти, их баланс. Эти показатели обычно указываются в каталогах и ценниках магазинов.

• Характеристики графического ядра. Тактовая частота графического процессора важна, но не самая важная его особенность. Графическое ядро ​​с относительно низкой частотой часто бывает очень производительным. Все зависит от архитектуры графического ядра, количества и качества входящих в его состав унифицированных шейдерных блоков (чем больше, тем лучше) и других элементов, определяющих скорость заполнения пикселей и текстур (фильтрат, скорость заполнения) карта видео (чем выше, тем лучше).

Эти особенности видеокарт редко упоминаются на ценниках и в каталогах. Поэтому, прежде чем выбирать графический адаптер среди различных возможных вариантов, рекомендуется запросить информацию на официальном веб-сайте соответствующих производителей (или на других специализированных сайтах) и выбрать вариант с наивысшими оценками.

На практике, чем новее линейка видеокарт, к которой относится графический ускоритель, тем он, как правило, мощнее. Исключение составляют «младшие» модели линейки. Нередко такие видеокарты по своим характеристикам оказываются менее производительными, чем у «старших» представителей предыдущей линейки. Например, GeForce GTS450 будет значительно уступать GeForce GTX280.

Модели новой линейки часто поддерживают новые версии DirectX и OpenAL, что обеспечивает более «продвинутую» графику в компьютерных играх и других приложениях, которые их используют. Но если мощности карты не хватит, практической пользы от этого не будет. Фактически, сама GeForce GTX280 (с поддержкой DirectX10) намного предпочтительнее GeForce GTS450 (DirectX11).

Одним из косвенных признаков низкой производительности видеокарты является отсутствие разъема для подключения дополнительного питания непосредственно от блока питания. Шина PCIE материнской платы, к которой подключена видеокарта, не может обеспечить достаточное питание. Современные технологии не позволяют создавать игровые видеокарты с таким низким энергопотреблением.

• Система охлаждения — элемент, во многом определяющий комфортность использования графического ускорителя. При выборе лучше отдавать предпочтение изделиям, изготовленным с использованием вакуумных термотрубок (видимых при визуальном осмотре). Такие системы на самом деле более эффективны и производят гораздо меньше шума. Кроме того, эффективное охлаждение дает возможность лучше «разогнать» видеокарту, достигнув при необходимости более высоких показателей производительности.

Высокоэффективную видеокарту можно приобрести отдельно для замены оригинальной. Но такая система обычно стоит не менее 40 долларов США (и намного дороже). Поэтому выгоднее покупать видеокарты с эффективной стандартной системой охлаждения (даже если они стоят на 10-20 долларов дороже своих аналогов без).

Интегрированная или внешняя (дискретная) видеокарта

Интегрированная (встроенная) видеокарта

Интегрированная видеокарта — это видеокарта, которая уже интегрирована в процессор или материнскую плату. В большинстве современных процессоров AMD и Intel под защитной крышкой процессора находится не только кристалл центрального процессора, но и встроенное в кристалл процессора графическое ядро ​​для отображения графической информации.

Решение со встроенными графическими процессорами (видеокартами) довольно популярно в ноутбуках и других портативных электронных устройствах, где из-за компактных размеров устройства невозможно использовать отдельное внешнее графическое решение для отображения информации.

Интегрированное графическое решение по общей производительности и скорости часто уступает отдельным внешним видеокартам и, скорее, подходит как временное решение до момента покупки отдельной внешней видеокарты (в ноутбуках и других портативных электронных устройствах возможность заменить видеокарту часто не представляется возможным). Однако производительности видеочипа, встроенного в материнскую плату или процессор, достаточно для множества повседневных задач, таких как серфинг в Интернете, просмотр видео с низким разрешением (битрейт) или работа в пакете офисных приложений. Интегрированная графика в последних линейках процессоров Intel (начиная со встроенной Intel HD Graphics 630) и AMD (начиная со встроенной Radeon Vega 10) вполне способна справиться с простыми и нетребовательными играми с разрешением FullHD.

Также хочу отметить, что все интегрированные видеокарты не имеют собственной видеопамяти. В качестве видеопамяти интегрированные решения резервируют настраиваемую область из ОЗУ для ваших нужд и последующей работы.

Следует отметить, что не все процессоры и материнские платы имеют встроенные графические процессоры. Если вы рассматриваете встроенную видеокарту как временное решение, проверьте наличие этой функции перед покупкой.

Внешняя (дискретная) видеокарта

Внешняя или дискретная видеокарта — это устройство (независимое видеоядро), которое находится на отдельной плате и устанавливается в отдельный порт ускоренного графического адаптера (AGP) или разъем для подключения периферийных компонентов (PCI) на материнской плате компьютера.

Дискретные видеокарты являются наиболее производительным графическим решением, поскольку независимый графический процессор и отдельный независимый набор видеопамяти расположены на отдельной видеокарте, что позволяет не использовать основную оперативную память и встроенное в процессор графическое ядро ​​во время работы работа графического процессора (видеокарта.

Из-за резкой разницы в производительности по сравнению с интегрированными графическими решениями рабочая температура видеокарты также увеличивается прямо пропорционально. Поэтому все производительные дискретные решения оснащены огромными радиаторами для отвода тепла, а количество используемых для охлаждения кулеров может достигать 3-4 штук.

Дискретные версии видеокарт могут быть заменены в будущем, когда производительность текущей видеокарты будет недостаточной для запуска новых требовательных игр или работы в графических приложениях.