ACADEMIA DE STUDII ECONOMICEFACULTATEA DE CIBERNETICĂ, STATISTICĂ şi INFORMATICĂ

ECONOMICĂ

Placa video

Student : GEMIL ENIS Grupa : 1030 Seria : B An : II

1

Bucureşti, 2012

2

CuprinsCuprins.................................................................................................................................................2Placa video...........................................................................................................................................3I. Rol şi funcţii......................................................................................................................................3II. Istoric...............................................................................................................................................4III. Funcționarea plăcilor video............................................................................................................5IV. Montarea plăcilor video..................................................................................................................6V. Componentele plăcii video...............................................................................................................7

1. Procesorul grafic (GPU - Graphics processing unit)..............................................................72. BIOS-ul plăcii video..............................................................................................................74. RAMDAC-ul..........................................................................................................................8

VI. Ieşirile de semnal ale plăcii video..................................................................................................8VII. Răcirea plăcilor video...................................................................................................................9VIII. Tipuri de plăci video..................................................................................................................10

1) nVIDIA......................................................................................................................................102) AMD...........................................................................................................................................103) Alţi producători..........................................................................................................................11

IX. Cum alegem o placă video?.........................................................................................................11Bibliografie.........................................................................................................................................11

3

Placa video

O placă video, denumită şi placă de accelerare grafică, adaptor video, adaptor de afişare sau placă grafică (Fig.1), este un card de expansiune a cărei funcţie este aceea de a genera imagini de ieşire la un afişaj. Multe plăci video au funcții suplimentare, cum ar fi redarea accelerată pentru scenele 3D, captură video, ieșire pentru TV, decodare MPEG-2 şi MPEG-4, FireWire, stilou lumina sau au capacitatea de a conecta mai multe monitoare. Alte plăci video moderne sunt utilizate pentru scopuri mai exigente, precum jocurile pentru PC.

Fig.1

I. Rol şi funcţiiPlaca video este responsabilă cu afişarea imaginilor pe ecranul monitorului. Ea este una din

componentele hardware cu impact asupra performanţei calculatorului. Pentru unele aplicaţii, influenţa nu este semnificativă, însă pentru altele, eficienţa şi calitatea plăcii video pot avea un impact mare asupra performanţei.

Placa video conţine un procesor specializat numit GPU (Graphical Processing Unit) sau VPU (Video Processing Unit) care face o parte din calculele necesare pentru afişarea imaginilor, cealaltă parte a acestor calcule fiind facută de procesorul calculatorului (CPU). Fiecare placă are şi o cantitate de memorie inclusă pe ea care este folosita de GPU (de exemplu pentru a stoca texturile suprafeţelor întâlnite în jocuri).

Imaginea care apare pe monitor este formată dintr-o serie de suprafeţe dreptunghiulare numite pixeli. Fiecare pixel reprezintă o anumită culoare şi este atât de mic încât nu poate fi distins. Numărul de pixeli care se afişează pe ecran se numeşte rezoluţie.

Placa grafică controlează funcţionarea monitorului, determinând calitatea imaginii monitorului prin:

rezolu ţ ia afi ş at ă (nr. de puncte (pixeli) afişate pe orizontală x nr. de puncte afişate pe verticală); exemplu: 640x200 = monitor cu 640 puncte pe orizontală şi 200 puncte pe verticală;

4

ticol original: AMD lanseaza HD 7970 GHz Edition | Arena IT

ticol original: AMD lanseaza HD 7970 GHz Edition | Arena IT

ticol original: AMD lanseaza HD 7970 GHz Edition | Arena IT

ticol original: AMD lanseaza HD 7970 GHz Edition | Arena IT

definiţia monitorului (diametrul unui punct) – cu cât este mai mic cu atât imaginea este mai clară, cu cât este mai mare, punctele se suprapun, iar imaginea va fi mai neclară (valoarea tipică este de 0,28 mm);

num ă rul de culori afi ş ate pe monitor;

num ă rul de dimensiuni î n care se afi ş eaz ă – 2D (2 dimensiuni); 3D (3 dimensiuni);

viteza de î mprospatare a imaginii pe orizontală şi verticală.

Toate aceste caracteristici ale unei plăci video trebuie corelate cu caracteristici similare ale monitorului şi invers!

II. IstoricPrima placă video a fost lansată odată cu primul PC IBM și a fost dezvoltată de aceștia ȋn

anul 1981. Aceasta era o placă grafică monocrom (MDA - Monochrome Display Adapter) și funcționa doar ȋn mod text, reprezentând 80 de coloane si 25 de linii pe ecran. Ea a avut o memorie video de 4KB şi o singură culoare. Ȋn timp au fost dezvoltate mai multe plăci grafice după cum se poate vedea ȋn tabelul de mai jos.

Denumire An Mod Text(coloane/

linii)

Mod Grafic(rezoluţie/

culori) Memorie

MDA - IBM Monochrome Display Adapter (Placă grafică monocrom IBM)

1981 80×25 - 4 KB

CGA - Color Graphics Adapter (Placă grafică color)

1981 80×25 640×200 / 4 16 KB

HCC - Hercules Graphics Card (Placă grafică Hercules)

1982 80×25 720×348 / 2 64 KB

PGA - Professional Graphics Controller (Controler grafic profesional)

1984 80×25 640×480 / 256 320 KB

EGA - Enhanced Graphics Adapter 1984 80×25 640×350 / 16 256 KB

IBM 8514/8514 1987 80×25 1024×768 / 256 -

MCGA - IBM Multicolor Graphics Adapter (Placă grafică multicoloră)

1987 80×25 320×200 / 256 -

VGA - Video Graphics Array 1987 80×25 640×480 / 16 256 KB

SVGA - Super Video Graphics Array(VESA BIOS Extensions/VBE 1.x)

1989 80×25 800×600 / 256 512 KB

640×480+ / 256+

512 KB+

XGA 1990 80×25 1024×768 / 256 1 MB

XGA/XGA-2 1992 80×25 1024×768 /

65,536 2 MB

SVGA - Super Video Graphics Array/SVGA(VESA BIOS Extensions/VBE 3.0)

1998 132×60 1280×1024 /

16.7M -

5

Plăcile VGA au fost acceptate pe scară largă, fapt care a determinat unele companii, cum ar fi ATI, Cirrus Logic şi S3 să îmbunătăţească rezoluţia plăcilor video, precum şi numărul de culori utilizate. Astfel, standardul SVGA (Super VGA), a ajuns la 2 MB memorie video şi o rezoluţie de 1024x768, ȋn modul de 256 culori.

Ȋn 1995 a luat amploare numărul de utilizatori de plăci video 2D/3D, plăci ce erau dezvoltate de Matrox, Creative, S3, ATI şi alții. Plăcile VGA au fost urmate de cele SVGA (Super VGA) ce aveau incluse funcții 3D. Ȋn 1997 3dfx a lansat o placă grafică cu denumită Voodoo, placă ce era mult mai puternică ȋn comparație cu cele precedente, prin introducerea unor efecte 3D, cum ar fi cartografierea MIP, Z-buffering și anti-aliasing. După lansarea acestei plăci au urmat alte serii de plăci video, precum Voodoo2 de la 3dfx, TNT și TNT2 de la NVIDIA. Lăţimea de bandă cerută de aceste plăci a fost apropiată de limitele capacităţii de magistrală PCI. Ca urmare, Intel a dezvoltat AGP (Accelerated Graphics Port – port de accelerare grafică), care a rezolvat strangulara dintre microprocesor şi placa video. Din 1999 până în 2002, NVIDIA a controlat piaţa cu plăcile video (a preluat 3dfx) din familia GeForce. Ȋmbunătățirile efectuate ȋn această perioadă s-au concentrat pe algoritmii 3D și pe creșterea memoriei video. S-a introdus tehnologia DDR (double data rate – rată dublă de (transfer) date), crescând capacitățile de memorie de la 32MB-GeForce până la 128MB-GeForce4.

Începând cu anul 2002, piaţa de plăcilor video a ajuns să fie dominată aproape în întregime de concurenţa între ATI (preluat de către AMD în 2006) şi Nvidia, cu Radeon-ul lor şi liniile Geforce, luând în jur de 90% din piaţa plăcilor grafice independente, în timp ce alţi producători au fost forţaţi să urmeze mici nișe de pe piață.

III. Funcționarea plăcilor videoLa setările de rezoluție comune, un ecran afișează peste un milion de pixeli, iar calculatorul

trebuie să decidă ce să facă cu fiecare, în scopul creări unei imagini. Pentru a face acest lucru, are nevoie de un traducător – care preia date binare de la procesor si le transformă într-o imagine pe care o putem vedea. Cu excepția cazului în care un calculator are placa grafică integrată în placa de bază, traducerea are loc pe placa grafică.

Procesorul lucrează împreună cu aplicații software, apoi trimit informații despre imagine plăcii grafice. Placa grafică decide cum să utilizeze pixelii de pe ecran pentru a crea imaginea. Apoi se trimit informațiile la monitor prin intermediul unui cablu.

Crearea unei imagini din date binare este un proces exigent. Pentru a face o imagine 3D, placa grafică creează întâi un cadru din linii drepte. Apoi, rasterizează imaginea (umple pixelii rămași). Aceasta adaugă, de asemenea, iluminare, textură și culoare. Pentru jocurile rapide, calculatorul trebuie să treacă prin acest proces de aproximativ 60 de ori pe secundă. Fără o placă grafică care să efectueze calculele necesare, volumul de lucru ar fi mult prea intens pentru calculator.

Placa grafică realizează această sarcină folosind patru componente principale:

o conexiune pe placa de bază pentru date și putere;

un procesor care decide ce să facă cu fiecare pixel de pe ecran;

memorie care să dețină informații despre fiecare pixel și pentru a stoca temporar imaginile realizate;

o conexiune către monitor astfel încât să putem vedea rezultatul final.

6

Ca şi placa de bază, placa video este o placă cu circuite imprimate, care găzduieşte un procesor şi memorie RAM. Ea are de asemenea, un cip cu un sistem intrare/ieşire (BIOS), care stochează setările plăcii şi efectuează diagnosticări de memorie de intrare şi de ieşire la pornire. Un GPU numit şi unitate de procesare grafică, este similar cu procesorul unui computer. Un GPU este conceput special pentru efectuarea calculelor matematice complexe şi geometrice, care sunt necesare pentru redarea grafică. Unele dintre cele mai rapide GPU-uri au mai mulţi tranzistori decât un CPU. Un GPU produce multă căldură, astfel încât este situată sub un radiator sau un ventilator.

Faţă de puterea de procesare, un GPU foloseşte o programare speciala pentru a ajuta la analiza şi utilizarea datelor. AMD si nVIDIA produc marea majoritate GPU-urilor de pe piaţă, dar ambele companii şi-au dezvoltat propriile accesorii pentru performanta GPU-ului. Pentru a imbunatati calitatea imaginii, procesoarele utilizeaza:

Full Scene Anti Aliasing (FSAA), care netezeşte marginile obiectelor 3D;

Filtrare Anizotropică (AF), care face imaginile mai clare.

Fiecare companie şi-a dezvoltat, de asemenea, tehnici specifice pentru a ajuta GPU-ul să aplice culori, umbrire, texturi şi modele.

Fig.2

IV. Montarea plăcilor videoConform tutorialului de pe site-ul Virtual Share, placa video se fixează pe placa de bază într-

un slot al acestuia (Fig.3). Acesta poate fi de tip:

ISA (Industry Standard Arhitecture) – Este cea mai veche interfaţă standard pentru plăcile 7

video care, în prezent, nu se mai găseşte în producţie.

PCI (Peripheral Components Interconnect) – Este o placă pe 32 biţi ce rulează la o frecvenţă de 33Mhz cu o lăţime de bandă de 133 MB/s.

PCI-X (PCI Extended) – Este o interfaţă de 64 biţi cu o lăţime de bandă de 4266 MB/s.

AGP (Accelerated Graphics Port) – Modul de transfer a datelor video prin portul AGP este de 1X, 2X, 4X sau 8X, dar acest lucru nu înseamnă că un mod de transfer de 8X este de două ori mai bun decât cel de 4X, ele având performanţe apropiate, evident cu un plus de performanţă pentru 8X. Versiunea 8X oferă o lăţime de bandă de 2,1 GB/s.

PCIe (PCI Express x 16) – Poate transfera date cu până la 250 MB/s pe canal, la 16 canale de comunicare atingând viteza de 4 GB/s, generând o putere maximă de 150W.

Apoi, se conectează la ea monitorul, introducând cablul lui în cupla de pe placa video (Fig.4).

Fig.3 Fig.4

V. Componentele plăcii videoO placă video modernă constă dintr-o placă de circuit imprimat pe care sunt dispuse

(montate) componentele ce alcătuiesc dispozitivul responsabil pentru ieșirea semnalului video (placa grafică), componente după cum urmează:

1. Procesorul grafic (GPU - Graphics processing unit)

Procesorul grafic, GPU, este acel procesor dedicat, optimizat pentru accelerarea grafică, special conceput pentru a efectua calcule ȋn virgulă mobilă, calcule ce sunt fundamentale pentru redarea imaginilor 3D. Principalele atribute ale GPU-ului sunt frecvența nucleului, care variază de obicei de la 250 MHz la 4GHz și numarul de trasee (vertex și shaders (umbre)) care transpune o imagine 3D caracterizată de linii și coloane ȋntr-o imagine 2D, formată din pixeli.

8

2. BIOS-ul plăcii video

Bios-ul video sau firmware-ul reprezintă programul de bază, care este de obicei ascuns. Acesta reglementează operațiunile plăcii video și oferă instrucțiuni care permit calculatorului și programului (software-ului) să interacționeze cu placa video. Este posibil să conțină informații cu privire la calendarul de memorie, viteze de operare și tensiuni de alimentare a procesorului grafic, memorie RAM, precum și alte informații.

3. Memoria video

Capacitatea de memorie a plăcilor video moderne variază de la 128 MB la 4GB. Deoarece memoria video trebuie accesată de procesorul grafic și de circuitele de afișare, se folosesc adesea memorii de viteză mare sau memorii multi-port, cum ar fi VRAM, WRAM, SGRAM, etc. Ȋn preajma anului 2003 memoriile video s-au bazat pe tehnologia DDR. Astfel producătorii s-au orientat spre DDR2, GDDR3, GDDR4 și chiar GDDR5 utilizat ȋn special de ATI Radeon HD 4870. Rata de tact efectivă a memoriei ȋn plăcile moderne este, ȋn general, ȋntre 400 MHz și 3.8 GHz.

Memoriea video mai poate fi utilizată pentru stocarea altor date, precum imaginea de pe ecran, Z-buffer (tamponul-memoria-Z), care gestionează adâncimea de coordonate ȋn grafica 3D, texturi, tampoanele vertex, precum şi programe compilate Shader.

Tip memorie Rata de tact a memoriei (MHz) Largimea de bandă (GB/s)

DDR SDRAM/DDR 166 - 950 1.2 - 30.4

DDR2 SDRAM/DDR2 533 - 1000 8.5 - 16

GDDR3 700 - 2400 5.6 - 156.6

GDDR4 2000 - 3600 128 - 200

GDDR5 3400 - 5600 130 - 230

4. RAMDAC-ul

RAMDAC-ul (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter – Convertor Digital-la-Analogic al Memoriei cu Acces Aleator), converteşte semnale digitale în semnale analogice pentru utilizarea de către un ecran de computer care utilizează intrări analogice, cum ar fi monitoarele CRT (Cathode Ray Tube – Tub Catodic). În funcţie de numărul de biţi utilizați şi rata de transfer de date RAMDAC, convertorul va fi în măsură să suporte diferite rate de refresh ale monitoarelor. Pentru monitoarele CRT, se recomandă lucrul la mai mult de 75 Hz şi niciodată sub 60 Hz, în scopul de a minimiza pâlpâirea; pentru monitoarele LCD (afișaj cu cristale lichide - liquid crystal display) acest inconveninet nu mai reprezintă o problemă). Toate LCD-urile actuale, monitoarele cu plasma si televizoarele moderne funcționeză ȋn domeniul digital şi nu necesită convertorul RAMDAC. Mai există câteva LCD-uri şi monitoare cu plasma care au doar intrări analogice (VGA, SCART, etc). Acestea necesită un RAMDAC, dar ele reconvertesc semnalul analogic înapoi la digital înainte de a-l afişa, cu pierderea inevitabilă de calitate care rezultă din această conversie digital-la-analogic-la-digital.

9

VI. Ieşirile de semnal ale plăcii video Adaptor analogic VGA (DE-15) – Adaptor analogic standard adoptat la sfârșitul anilor

1980 conceput pentru monitoarele CRT denumit si conector VGA. Acest standard prezenta unele probleme: zgomote electrice, distorsionarea imaginilor și prelevarea de probe de evaluare a erorilor de pixeli (Fig.4).

Interfață Video Digitală DVI (Digital Visual Interface) – Conector digital standard folosit pentru monitoare LCD, plasmă, televizoare cu definiție ȋnaltă și video-proiectoare (Fig.4).

Intrare/Ieșire Video (VIVO - Video In Video Out) pentru S-Video, Composite video și Component video – A fost introdus pentru a putea permite conexiunea cu televizoare, DVD playere, video-ȋnregistratoare și console de jocuri video (Fig.5).

Interfață Multimedia de Ȋnaltă Definiție HDMI (High-Definition Multimedia Interface) – Interfață avansată de conectare audio/video lansată ȋn anul 2003, frecvent utilizată pentru conectarea consolelor de jocuri și DVD playere la un monitor. Interfața HDMI suportă protecție la copiere prin HDCP (Fig.6).

Fig.5 (VIVO, FVI, VGA)

Fig.6

VII. Răcirea plăcilor videoPlăcile video pot folosi multă energie electrică, care este transformată în căldură. În cazul în

care căldura nu este disipată, placa video s-ar putea supraîncălzi, moment ȋn care intervine deteriorarea acesteia. Pentru protecția lor s-au construit dispozitive de răcire pentru a transfera căldură în altă parte. Există trei tipuri de răcire, utilizate în mod obişnuit pentru plăcile video:

Radiator: un radiator este un dispozitiv de răcire pasivă. Construit dintr-un metal conductor de căldură, de obicei aluminiu sau cupru, el preia căldura de la procesorul grafic al plăcii si o disipă.

Ventilator de calculator: dispozitiv de răcire activă. Folosit ȋmpreună cu un radiator, vetilatorul are o eficiență mult mai mare la disiparea căldurii (Fig.7).

10

Răcire cu apă: dispozitiv de răcire cu apă compus dintr-un radiator special construit pentru utilizarea apei ca agent de răcire. Montat pe procesorul grafic, radiatorul are un gol ȋn interior prin care apa este pompată, aceasta preluând căldura. Apa este apoi răcită ȋn radiator. Acest tip de răcire este cea mai eficientă soluție, fără modificări extreme.

Fig.7

VIII. Tipuri de plăci video

1) nVIDIA

Compania nVIDIA fabrică un GPU cu denumirea GeForce care, la fel ca în cazul procesoarelor centrale (CPU), are mai multe generaţii. Procesoarele grafice de pe plăcile nVIDIA au nuclee numite "NV n", "GT n", etc. unde "n" este un număr. Denumirea nucleelor nu este neapărat o indicaţie a performanţei lor.

Potrivit arenaIT, cele mai recente plăci video lansate de nVIDIA sunt: GeForce GTX 660 şi GTX 650, lansate în septembrie 2012, şi GeForce GTX 650 Ti, lansată în octombrie 2012. GeForce GTX 660 şi GTX 650 au la bază două noi GPU-uri cu arhitectura Kepler, GK106 şi respectiv GK107, iar modelul intermediar, GeForce GTX 650 Ti, în ciuda denumirii, are GPU-ul comun cu modelul superior GTX 660.

Conform specificaţiilor date de nVIDIA, GK106 şi implicit GeForce GTX 660 înglobează un total de 960 Stream Processors, 80 unităţi de texturare şi 24 ROP-uri (organizate în 5 SMX-uri – Streaming Multiprocessors). Frecvenţa nominală a acestui cip este de 980 MHz. Iar prin Boost aceasta urcă la 1033 MHz.

GK106 are şi 384 KB memorie cache L2, şi foloseşte 2 GB GDDR5 la 6000 MHz, pe 192 biţi (aranjaţi în mod asimetric ca şi la GTX 660 Ti). Totul se traduce într-o putere de procesare de 1.88 TFLOPS, şi ridică TDP-ul la 140 W. Această placă video măsoară 9.5″ lungime (241 mm), şi ocupă două slot-uri.

Placa are compatibilitate 3D Vision Surround, CUDA, DirectX 11, OpenGL 4.3, PhysX şi SLI, şi ca ieşiri două DVI-uri, un HDMI şi un DisplayPort. GTX 660 se ataşează la placa de bază printr-un slot PCIe 3.0, şi are un conector electric suplimentar în şase pini.

2) AMD

Compania AMD fabrică un GPU cu denumirea Radeon care are mai multe generaţii.

11

Procesoarele grafice de pe plăcile Radeon au nuclee numite "Rn" (la plăcile cu performanţe medii sau înalte) sau "RVn" (la plăcile cu performanţe obişnuite) unde "n" este un număr.

Conform arenaIT, cel mai recentă placă grafică de la AMD este Radeon HD 7970 GHz Edition, lansată în iunie 2012.

Conform specificaţiilor de pe site-ul AMD, Radeon HD 7970 GHz Edition este lansată cu un GPU la 1000 Mhz (poate urca la 1050 Mhz prin tehnologia Boost) şi cu 3 GB memorie GDDR5 pe 384 biţi la 6000 Mhz.

Consumul electric este certificat la 250 W, iar puterea de calcul urcă până la 4.3 TFLOPS. GPU-ul are arhitectură GCN (Graphics Core Next) cu 2048 Stream Processors, 32 ROP-uri, 128 unităţi de texturare şi 32 unităţi computaţionale. De asemenea, prezintă tehnologiile DirectX 11.1, Eyefinity 2.0, PCIe 3.0, Dual BIOS şi ZeroCore power.

Placa are o lungime de 10.5″ (267 mm), însă cu carcasa de plastic cu o formă mai alungită urcă la aproape 11″. Iar sistemul de răcire, care ocupă două slot-uri, are la bază o cameră de vapori, radiator generos din aluminiu, şi un ventilator tip turbină de 75 mm. Are o ieşire DVI, un HDMI 1.4a şi două miniDP 1.2.

3) Alţi producători

Ȋn afară de NVIDIA şi AMD mai există şi alţi producători de procesoare grafice, dar care nu sunt aşa cunoscuţi pe piaţă.

Unul dintre ei este MATROX ale cărui plăci au reputaţia că afişează cea mai bună imagine, dar preţul lor este prea mare pentru performanţele în jocuri.

INTEL produce de multă vreme un procesor video cu performanţe acceptabile care este inclus pe unele plăci de bază şi se adresează celor care nu îşi folosesc calculatoarele pentru jocurile mai noi, ci doar pentru munca de birou sau pentru explorarea internetului.

Totodată, pe piaţa plăcilor video performante se remarca şi prezenţa companiilor S3 (deţinută de VIA) şi XGI (deţinută de SIS).

IX. Cum alegem o placă video?

Dacă vrem să cumpărăm o placă video nouă, în primul rând, trebuie să ne gândim la ce o vom folosi. Dacă dorim să jucăm jocuri noi, de ultimă generaţie, atunci vom avea nevoie de o placă mai scumpă pentru a putea suporta cerinţele, dar dacă o vom folosi numai pentru a intra pe internet sau pentru a edita documente, scrie referate, atunci, şi o placă mai slabă se va descurca foarte bine. 

Numărul din denumirea plăcii video nu indică neapărat performanţa. De exemplu, putem lua plăcile nVIDIA GeForce 9800 GT şi nVIDIA GeForce GTS 250 care sunt aproape identice ca per-formanţe.

Apoi, ne uităm ce procesor video (GPU-VPU) are, ce cantitate de memorie prezintă şi cu ce variantă DirectX este compatibilă. Acest lucru se poate face uşor verificând lista cu specificaţiile tehnice a plăcii video.

12

De obicei, cea mai simplă metodă pentru a ne da seama ce placă video este bună pentru noi este de a verifica preţul.

Bibliografie http://www.geforce.com/

http://www.nvidia.com/

http://www.amd.com/

Mârşanu, R., Reveiu, A., Alecu, F., Bologa, R., Vespan, D., Constantinescu, R., Ion, A. M., Botha, I., Velicanu, A., - Calculatoare, Editura Tribuna Economică, Bucureşti, 2009

Ce este şi ce face o placa video pentru calculator-pc , Virtual Share - Biblioteca de tutoriale

http://www.arenait.net/

Cum funcţionează placa video? , Blasterzone Tehnology

Placa video , Saferpedia

13