Все(Ну почти) о Видеокартах. Часть 1

Недавно столкнулся с тем, что информации о видеокартах не так и много.
Ну, точнее, она есть, и ее достаточно- например, сегодня можно:

• Прочитать о том, что такое видеокарта
• Выбрать себе видеокарту,
• Cравнить ее характеристики
• Выбрать одну из сторон лагеря

Но при этом эта информация разбросана по разным источникам, и мне кажется, ее не мешало бы хоть немного систематизировать всего в двух статьях.

В первой части я постараюсь дать базовые знаний, во второй же будет немного более углубленный уровень.

Я постараюсь затронуть различные темы, касаемые видеокарт, в частности — что это, зачем она нужна, из чего состоит, характеристики и применение в вычислительной технике

Часть 1: Что Такое Видеокарта? Зачем она нужна? Из чего она состоит?
Часть 2: Характеристики и Применение Видеокарт в вычислительной технике

P.S Ссылку на 2 часть я прикреплю, как только она будет

Поехали:

Что из себя представляет видеокарта и зачем она нужна ?

Видеокарта – это устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

Видеокарта в разных источниках может носить названия вроде: графический ускоритель, графическая карта, видеоадаптер, 3D-ускоритель, GPU и другие похожие термины. Все это различные названия одного и того же устройства, очень важного в современном компьютере.

Почему 3D-ускоритель или почему графический ускоритель? Почему «важного в современном комьютере»? Откуда это все? Об этом чуть позже

А сейчас смотрите — видеокарты делятся на 3 типа:

• Интегрированные видеокарты(т.е Встроенная графика или IGP )
• Дискретные видеокарты(т.е Внешняя видеокарта)
• Гибридные решения

По порядку :

Интегрированные видеокарты : Это видеочипы, интегрированные в ядро процессора (CPU), (пребывают на кристалле процессора ) или, реже, вшиты в материнскую плату( как правило, находятся сами по себе, но вообще могут находиться под чипом именуемым «северным мостом«. Интегрированные видеокарты дают слабые показатели для тех, кто хочет хорошую графическую производительность.

Ведь интегрированные решения для этого не рассчитаны и используются в, например, офисных компьютерах(или ноутбуках), где предполагается, что не будет сильных нагрузок на видеочип.

Проблема интегрированных видеокарт в том, что они не имеют собственную оперативную память (ОЗУ), и используют вместе с процессором одну оперативную память компьютера, при том передача сигнала идет по одной системной шине — и то, и другое, на самом деле, сильно тормозит работу.

Интегрированная видеокарта идет вместо со всеми остальными компонентами на плате, так как, очевидно, она на этой плате располагается

Пример 1:

Пример 2:

Пример 3:

Дискретные видеокарты : Это как раз вариант для тех, кому как раз -таки нужна хорошая графическая производительность.

Дискретные видеокарты отличаются своими вычислительными мощностями в сравнении с интегрированными видеоадаптерами, так как имею свою собственную память — следовательно нет необходимости лезть и на пару с процессором брать оперативную память компьютера, хотя дискретная видеокарта и это тоже умеет

Дискретная карта не интегрирована в материнскую плату, а располагается отдельно, являясь независимой(захотел-вытащил и унес с собой) и соединясь с системной шиной данных с помощью плат расширения(иначе говоря — слотов), которые
Посмотреть все изображения
используются для подключения внешних устройств(aka адаптеры или контроллеры этих подключаемых устройств)

Говоря о слотах, я имею ввиду:

Дискретная карта, очевидно, отличается от интегрированной и выглядит так:

Пример 1:

Пример 2:

Пример 3:

Пример 4:

Как вы видите, дискретные карты, в отличие от интегрированных, не являются неотъемлемой частью платы и выполнены в виде отдельного чипа

Гибридные решения : Этот вариант(ну или это решение) подразумевает в себе, как, собственно, понятно из названия- совмещение интегрированной видеокарты и дискретной( только вот работа происходит не одновременно, а поочередно, при том ресурсы требующие больших вычислительных мощностей отдаются дискретной, а меньших — слабой, интегрированной видеокарте(происходит переключение-должно)

И вот в данном случае, видеокарту( как раз обычно и имеют ввиду дискретную) можно считать графическим ускорителем, 3D-ускорителем, ведь скорость работы заметно возрастает, и с прохождением игр проблем меньше.

Именно за своей вычислительной мощности дискретная карта играет роль очень важного в современном компьютере компонента.

Компьютеры могут продаваться как с процессором, содержащим видеочип внутри себя, так и без него-но в таком случае это будет плата, включающая в себя дискретную видеокарту и рассчитанная на тяжелые вычислительные действия ( покатать в Ведьмака 3 на максималках, например, ну и какие -то дела посерьезнее)

Если вы не планируете сильно грузить свой комьютер( или ноутбук), например -вам нужно просто сидеть в интернете, запускать легкие игры, иногда программировать, с использованием редакторов, а может даже и IDE, редактировать таблицы — то можно взять компьютер(или ноутбук) с интегрированной видеокартой — они стоят дешевле дискретных, и, согласитесь, это разумно, если вы не будете переплачивать за возможности, которые использованы не будут.

К минусам еще можно отнести тот факт, что если по каким-то причинам ваш видеочип выйдет из строя- это будет больно, так как он находится аж в процессоре, что достаточно проблемно

Если же вы хотите получить от компьютера больших мощностей, ведь вам надо, к примеру, поиграть в нововышедшие игры, свободно смотреть видео в лучшем качестве, рендерить ролики и еще кучу всего, что хорошо прогреет вашу «машину», то, определенно стоит брать дискретную видеокарту, пусть это вам и обойдется дороже.

В случае выхода чипа из строя на дискретной карте- так как дискретная карта так же свободно вытаскивается, как и вставляется — его можно перепаять или заменить, изначально, конечно же, достав эту видеокарту (прогревать не стоит, я считаю, что это бред и потом будет только хуже)

Из чего состоит видеокарта ?

Интегрированная видеокарта использует те же ресурсы, что и другие компоненты на этой плате, а вот с дискретной картой дела обстоят интереснее, она имеет свои компоненты.

Кому интересно, в разрезе она выглядит так:

Давайте еще раз посмотрим на внешнюю(дискретную) карту:

Современная дискретная видеокарта состоит из следующих частей:

1.Графический процессор

Графический процессор (ну или Graphics Processing Unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства.

Современные графические процессоры по сложности строения не уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков( больше ядер)

Выглядит GPU, например, так :

О его архитектуре и в принципе, о различии между CPU и GPU мы еще поговорим, после того, как я разберу все составляющие компоненты

Едем дальше:

2.Видеоконтроллер

Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, он посылает команды на цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) и проводит обработку команд центрального процессора

Если же говорить о дискретной карте, то используется VRAM (видеопамять)

Современные графические адаптеры(видеокарты) — например у AMD, NVidia- обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Картинки:

3.Видео-ПЗУ

Видео-ПЗУ (Video ROM) — не путайте с видеопамятью— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор

4.Видеопамять(VRAM) — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.

Видеопамять выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, создаваемое и постоянно изменяемое графическим процессором, пока то не выведется на экран монитора (или нескольких мониторов).

В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные.

Вот эти черные чипы, расположенные вокруг графического процессора и есть видеопамять

Вот еще пример:

Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте, о ней мы еще поговорим ниже, когда я буду затрагивать характеристики видеокарт

5.Цифро-аналоговый преобразователь(ЦАП)

Видеоконтроллер формирует изображение, однако его нужно преобразовать в необходимый сигнал с определенными уровнями цвета.
Данный процесс выполняет ЦАП

Так же существует и TMDS:
TMDS — если кратко: дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней -передатчик цифрового сигнала без ЦАП-преобразований(не нужно переводить сигнал из аналогового в цифровой).

Используется при DVI-D, HDMI, DisplayPort подключениях.

Дело в том, что с распространением жидко-кристаллических мониторов и плазменных панелей нужда в передаче этого самого аналогового сигнала отпала — в отличие от электронно-лучевых трубок они уже не имеют аналоговую составляющую и работают внутри уже сразу с цифровыми данными.

Более подробная информация про TMDS вот тут

Собственно, ЦАП:

6.Видеоконнекторы

Видеокарты имеют возможность передачи изображения на другие устройства вывода путем подключения, через интерфейсы(выходы):

VGA (Video Graphics Adapter) используется для вывода аналогового сигнала

Разъем для называют VGA или D-Sub 15 (15-контактный разъем)

HDMI (High Definition Multimedia Interface) интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования

DVI (Digital Visual Interface) — цифровой интерфейс, который применяется для подключения видеокарты к ЖК-мониторам, телевизорам, проекторам, а также плазменных панелей

S-Video (или S-VHS)

S-Video (или S-VHS) — аналоговый разъем, который используется для вывода изображения на телевизоры и видеотехнику.

DisplayPort – принципиально новый тип цифрового интерфейса для связи видеокарт с устройствами отображения

Разъём RCA (Radio Corporation of America) aka «Тюльпан» или «Колокольчик».
Обычный выход, который можно встретить на телевизорах и видеооборудовании

7.Система охлаждения

Вот те вентиляторы , которые вы видели на дискретных картах выше -это и есть основная система охлаждения(воздушная), сам компонент называется кулером, в переводе с английского (англ. сooler) означает охладитель

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

Вообще, такой вариант охлаждения не единственный, так же есть и другой —водяное охлаждение, которое нередко поставляется с красивой подстветкой.

Только посмотрите на это:

К слову, у воздушного охлаждения подсветка тоже есть:

Если из снимков еще не очевидно, то имейте в ввиду, что система воздушного охлаждения предполагает только радиатор(делается из меди или аллюминия, так как имеет большую теплоемкость, вследствие чего перетягивает на себя большую часть тепла) и вентилятор(«выдувает» это тепло из радиатора), в английском сам термин cooler(охладитель) принято разделять на 2 части. Так, например, есть понятия heat sink & fan — радиатор и вентилятор за счет этого и охлаждается (-ются) элемент(-ы) платы

Система жидкостного охлаждения же – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость, а не воздух.

Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости.

Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом,
теплоемкостью.

Типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю(теплообменнику), помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы( создает определенное давление, обеспечивая циркуляцию жидкости в системе), радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов , кулера(-ов).

На второй картинке на показано, но шланги тоже соединены с помпой

Имея жидкостную систему охлаждения, обычно остужают все сильно нагревающие компоненты, и тогда это выглядит так:

Но а для самой видеокарты охлаждение идет только самого видеочипа:

Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод.

В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорных элементов материнской платы, которые могут сильно нагреваться

Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха.

Как раз таки совмещение с кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся элементы, тем самым, в многих случаях спасая ситуацию

Выбирая жидкостную систему охлаждения, будьте бдительны. Этот подход хоть и делает работу комьютера менее шумным, и лучше остужает, но тем не менее, иногда это плохо заканчивается, включая все вытекающие последствия