Grafika, porty, sběrnice

Grafika

Zobrazovací soustava

1. Zobrazovací adaptér (grafická karta, videokarta)
2. Monitor (CRT, LCD, Plazma)

Ad. 1. Režimy práce:

1. Textový – umožňuje zobrazovat pouze znaky ve dvou barvách -> monochromatický
   • 80zn. x 25ř. semigrafika
2. Grafický režim – barevný obraz – zobrazování jednotlivých pixelů
   • 1024x768

Parametry graf. karet :

• Rozlišení v text. Režimu – počet znaků, které je možné zobrazit na jednom řádku krát počet řádků na obrazovce
• Matice znaku – počet bodů ve vodorovném a svislém směru, ze kterých se může skládat jeden znak v textovém režimu
• Rozlišení v graf. režimu
• Počet barev (barevná hloubka) – počet barev které je možné zároveň zobrazit
• Rychlost – udává se v grafickém režimu. Je to počet pixelů, které video karta dokáže vykreslit za jednotku času

Typy graf. karet:

• MDA (Monochrome Display Adapter) – PC/XT, 1981, pouze textový režim (monochromaticky), 80x40, paměť 4kB
• CGA (Color Graphic Adapter) – PC/AT, pracovala v textovém i grafickém režimu, maximálně 4 barvy ze 16, paměť 16kB
• HGC(Hercules Graphic Card) – kvalitnější, potřeba speciálního ovladače
• EGA (Enhanced Graphic Adapter) – kompatibilní s předešlými typy (vyjma HGC), 640x350, umožňovala zobrazit 16 barev z 64, paměť 64 – 256kB
• VGA (Video Graphic Array) – 640x480, 64barev
• SVGA (Super VGA) – vylepšené VGA, 16,7 mil. Barev, paměť 6MB

Hlavním úkolem grafické karty je tvorba obrazů (rendering)

Zobrazení - typy:

1. Plošné 2D - osy x,y (kancelářské programy)
2. Prostorové 3D - osy x,y,z (CAD)

Tvorba 3D obrazu

• obraz se vytváří na základě počítačového modelu, charakteristiky prostředí a okolí
• kostru modelu tvoří drátová konstrukce (vytváří se bitmapový obrázek na základě matematických algoritmů), která se pokryje povrchem (síť trojúhelníků), povrchu je přiřazen materiál a vztah k dopadajícímu světlu

Fáze tvorby obrazu:

1. Program popíše jak má obraz vypadat a prostřednictvím obrazového rozhraní API se předá ke zpracování hardwaru

   API:

   • Microsoft DirectX
   • OpenGL
   • Aero
2. Zobrazované těleso se musí matematicky popsat - povrch tělesa se převede na síť trojúhelníků (grafické obvody akcelerátoru)
3. Vytvoří se povrch zobrazovaných těles "vymalováním" trojúhelníků
   • metody:
     • stínování (je stanovena barva každého pixelu v trojúhelníku)
     • mapování textur (každý trojúhelník je potažen dvourozměrným vzorkem)
4. Filtrování a vyhlazování obrazu
   • odstranění chvění obrazu při rychlých změnách, vyhlazení hran a podobně
5. Viditelnost trojúhelníků
   • stanovení pořadí objektů
6. Odeslání snímku ke zpracování do monitoru

Hardware grafické karty

• GPU (Graphics Procesor Unit) - grafický čip
  • jádro grafické karty
  • samostatný mikroprocesor, který řídí činnost karty
• Videopaměť
  • ukládá se do ní hotový obraz, který se přenáší na monitor
• D/A převodník (RAMDAC)
  • digitálně analogový převodník, který převádí digitlní obraz z operační paměti karty na analogový signál a ten vstupuje do monitoru
• Ventilátor
  • soustava pracuje na maximálním kmitočtu a proto se musí chladit
• další obvody
  • výstup na TV tuner
  • VIVO
• výstupní konektory karty
• konektory (AGP), PCIe

1. ATI (AMD)
2. nVidia

Úkol GPU

• Vytvoření jednotlivých bodů obrazu

GPU

Pipeline

• cesta pro zpracování informací
• na jeden vykreslený pixel může být aplikována jedna textura za jeden cyklus
• Počet pixelů vykreslených za jeden cyklus je počet pipeline * frekvence (fill-rate)
• aby obraz vypadal prostorově musí se na každý pixel aplikovat více textur (elementární textury - texely)
• dnešní karty pracují paralelně -> mají více pipeline (za jeden takt se vytvoří více texelů)
• každá pipeline je vybavená shardery
  • vertex shader - vytváří trojrozměrné objekty, umísťuje je do prostoru a stará se o světelné efekty
  • pixel shader - definuje barvu a průhlednost objektů
  • vytvářený obraz se rozloží na části většinou čtverce a každá pipeline zpracuje jeden čtverec obrazu