Определение
В идео карта (videocard, графична платка, графична карта, видеоадаптер, графичен адаптер, графичен ускорител) е разширителна карта, преобразуваща графичния образ, съхранен в паметта на компютъра, във форма, подходяща за показване на монитора.
Видео картата може да бъде интегрирана в CPU (вградена, интегрирана) или отделна разширителна карта (външна, дискретна) инсталирана на слот от дънната платка (PCI-Express, PCI, AGP).
Видове
ИНТЕГРИРАНИ ВИДЕОКАРТИ
Вградената видеокарта най-често е графично решение, интегрирано в централния процесор (CPU) или се нарича още графично ядро на централния процесор. В случая компютърът работи без традиционна видеокарта, изискваща слот и отделно захранване. Някои вградени видео карти могат да са монтирани на дънната платка като отделен чип, но тази концепция е остаряла и в момента почти не се използва.
Съвременните вградени видео карти са достатъчни за ежедневна употреба, която не изисква сериозно натоварване на графиката: офис програми, сърфиране в интернет, гледане на 4К филми и игра на по-непретенциозните 3D игри.
Плюсове
+ пестят място в корпуса на компютъра, което му позволява да се възползва от по-компактни размери и по-ниско тегло;
+ освобождаването на пространство сред останалия хардуер обикновено води и до по-оптимизирано охлаждане на цялата система;
+ липсата на необходимост от захранване пести енергия от батерията на преносимия компютър и тя ще ви служи по-дълго;
+ по-ниска цена на компютърната система;
+ Интегрираните графични процесори са доста по-надеждни от дискретните.
Минуси
- централният процесор се натовари и с изчисления за графиката;
- графичното ядро не разполага със собствена видео памет, затова се налага да използва (до около 20%) от оперативната памет на цялата система, което се отразява на общата производителност;
- „вградените видеокарти“ никога не могат да бъдат толкова мощни, колкото „външните“, затова се затруднява възпроизвеждането на особено тежка мултимедия;
- не е възможен ъпгрейд.
ДИСКРЕТНИ
ВИДЕОКАРТИ
Дискретната видеокарта е самостоятелна графична единица - отделна платка, съдържаща собствен графичен процесор (GPU) и поддържащи системи (собствена RAM памет, охлаждане, видео изходи и т.н.).
PCIe слот на дънната платка е стандартния конектор за всички съвременни графични карти. PCIe осигурява значително по-висок трафик от предшественика си Accelerated Graphics Port (AGP) и от стандартния PCI слот преди това.
При някои елитни, висок клас мобилни работни станции се използват дискретни видео карти монтирани на MXM слот. Голямото предимство на MXM картата е, че дори тя да изгори, това не води до бракуване на целия лаптоп, а просто се заменя дефектиралия компонент с нов.
За захранване с енергия графичните десктоп видео карти използват един или два 6-пинови конектора или един осем пинов конектор.
Плюсове
+ значително по-производителни от вградените видео карти;
+ има собствен процесор (GPU) и видео RAM. Благодарение на това тя работи по-бързо и не ползва ресурсите на компютъра.;
+ липсата на необходимост от захранване пести енергия от батерията на преносимия компютър и тя ще ви служи по-дълго.
Минуси
- изискват повече енергия, което ограничава времето, през което можете да използвате преносимия компютър само на батерия;
- заемат място в корпуса и особено при голямо натоварване отделят топлина, която в летните месеци достига опасни температури;
- висока цена.
- добавя допълнителен шум.
Устройство на дискретна видео карта
Графичният процесор (Graphics Processing Unit, GPU) е специализиран микропроцесор за обработка на графични изображения. Тъй като съвременните компютри работят с голямо количество графични данни, обособяването на специализирано устройство за по-ефективната им обработка значително повишава производителността.
Предназначението на графичния процесор е да приема данните от централния процесор и ги изпраща директно към видеопаметта или генерира образа и след това го премества в паметта. Поема част от натоварването на централния процесор, като сам извършва определени графични функции, хардуерно реализирани в него.
Графичният процесор може да бъде вграден в дънната платка, централния процесор или в отделна графична карта.
Видеоконтролерът отговаря за формиране на изображението във видеопаметта, генерира команди RAMDAC за формиране на сигнали за развивка на монитора и обработва заявки на централния процесор. Освен това, обикновено присътстват контролер на външната шина данни (например PCI или AGP), контролер на вътрешната шина данни и контролер на видеопаметта. Ширината на вътрешната шина и шината на видеопаметта обикновено са пошироки от външната (64, 128 или 256 разряда срещу 16 или 32), в много видеоконтролери се вгражда още и RAMDAC. Съвременните графични адаптери (ATI, nVidia) обикновено имат не по-малко от два видеоконтролера, работещи независимо един от друг и управляващи едновременно един или няколко дисплея всеки.
Видеопаметта изпълнява роля на буфер на кадрите, в която се съхранява цифрово копие на изображението, генерирано и постоянно изменяемо от графичния процесор и извеждано на екрана на монитора (или на няколко монитора). Във видеопаметта се съхраняват също междинни невидими на екрана елементи наизображения и другие данние. Видеопаметта бива няколко типа, различаващи се по скорост на достъпа и работна честота. Съвременните видеокарти се комплектоват с памети тип DDR, DDR2 или GDDR3. Заедно с видеопаметта, намираща се на видеокартата, графичните процесори използват в своята работа и част от общата системна памет на компютъра, посредством пряк достъп организиран от драйвер на видеоадаптера през шини AGP или PCIE.
Цифро-аналогов преобразовател (ЦАП, RAMDAC) — служи за преобразуване на изображението, формирано от видеоконтролера, в нива на интензивност на цветовете на аналоговия монитор. Диапазона на цветност на изображението се определя от параметрите на RAMDAC. Най-често RAMDAC има четири основни блока — три цифроаналогови преобразователя, по един за всеки цветен канал (червен, син, зелен, RGB), и SRAM за съхранение на данните за корекция на гамата. Болшинството ЦАП имат разрядност 8 бит/канал — получава се по 256 нива на яркост за всеки основен цвят, еквивалентно на 16.7 млн. цветове (чрез корекция на гамата изходните 16.7 млн. цвята обхващат по-голямо цветово пространство). За поддръжка на втори монитор се използва втори ЦАП. Монитори и видеопроектори включени към цифровия DVI изход на видеокартата използват собствени ЦАП за преобразуване на потока цифрови данни и не зависят от характеристиките на ЦАП във видеокартата.
Video ROM — постоянно запомнящо устройство, в което са записани видео-BIOS, екранни шрифтове, служебни таблици и др. ПЗУ не използва пряко видеоконтролера — към него се обръща само централния процесор. Видео-BIOS осигурява инициализация и работа на видеокартата до зареждане на основната операционна система, а също съдържа системни данни, които могат да се четат и интерпретират с видеодрайвера в процеса на работа. В съвременните видеокарти се използват електрически препрограмируеми ПЗУ (EEРROM, Flash ROM), допускащие презапис на видео-BIOS от потребителя със специална програма.
Система за охлаждане — управлява температурния режим на видеопроцесора и видеопаметта в допустим диапазон стойности.
Съвременните видео карти могат да съперничат на процесора по топлинна мощност. Някои имат вградени вентилатори (активно охлаждане), но някои разчитат на пасивни методи на охлаждане – само обикновен радиатор. Съществуват модели и със водно охлаждане.
PCI-Express видео карта с водно охлаждане.
Работата на видеокартата се контролира със софтуер, който се нарича драйвер (Driver). Без него контролера не би работил на съответната машина. Той се доставя от производителя на видео чипа и се зарежда при стартиране на операционната система. Видео драйверът изпълнява функции на интерфейс между системата със стартираните в нея приложения и видеоадаптера.
Основни характеристики
От ширината на шината зависи обмена на данни между графичния процесор и локалната видеопамет. Колкото по-голяма е тази ширина, толкова по-производителна е видеокартата при равни други условия. Измерва се в bit. 64 битовите карти са перфектният избор за масовия потребител, който не играе на игри и не използва тежки 3D приложения. Графичните адаптери , които не са предназначени за специални изчисления и научни дейтости обикновено използват шина от 64 до 256 бита. Видео картите за игри от висок клас може да имат 384-битова широка шина, но цената на такава устройства е висока.
За средния потребител са достатъчни видео карти със 128 или 192-битовата шина, а най-доброто и най-продуктивно решение ще бъде 256-битова.
Видеопаметта изпълнява роля на буфер на кадрите, в която се съхранява цифрово копие на изображението, генерирано и постоянно изменяемо от графичния процесор и извеждано на екрана на монитора. Видеопаметта бива няколко типа, различаващи се по скорост на достъпа и работна честота. Съвременните видеокарти се комплектоват с памети тип GDDR5, а по-старите използват DDR, DDR2 или GDDR3. Заедно с видеопаметта, намираща се на видеокартата, графичните процесори използват в своята работа и част от общата системна памет на компютъра.
Честота на ядрото и паметта — измерва се в MHz, определя скоростта на обработване на информацията.
Технологичен процес — технология на печат, измерва се в nm, съвременните карти имат 40nm норми на технологичния процес.
Текстурна и пикселна скорост на запълване, измерва се в млн. пиксели за секунда, показва скоростта на извеждане на информация.
Видео конектори (изходи, портове на видео карта):
1. HDMI е най-разпространения видео конектор. Голяма част от мониторите, които се продават са с висока разделителна способност, а някои потребители използват повече от един монитор. HDMI стандарта носи и аудио, така че аудио и видео използват един и същ кабел. Високия клас графични карти разполагат поне с два HDMI порта.
2. DisplayPort/Mini DisplayPort. Конекторът DisplayPort е сравнително нов тип, въведен през 2008 година. Подобно на HDMI, DisplayPort също трансферира видео и аудио сигнал. Тъй като интерфейса разчита на предаване на пакет от данни, той може също така да носи USB, Ethernet и PCIe сигнали, като използва един и същ кабел.
Apple въвежда по-малка версия на този конектор, наречена mini DisplayPort. От компанията са включили mini DisplayPort конектора в почти всички свои компютри и лаптопи.
3. DVI (Digital Visual Interface) е въведен през 1999 година, като до голяма степен замени VGA интерфейса. Преди да се появи HDMI конектора, DVI се използваше като видео конектор за дейности с висока разделителна способност, осигурявайки много по-високи резолюции от VGA интерфейса.
4. VGA (Video Graphical Array) беше единствения видео конектор за монитори. Изминахме дълъг път от аналоговия видео сигнал на VGA. Мониторите и графичните карти са много по-мощни, както и изцяло цифрови.
1. AGP (Accelerated Graphics Port) са първите интерфейси за видео карти. Първото поколение AGP осигуряваше двойно по-голяма честотна лента от стандартен PCI порт и не е трябвало да споделя своите ресурси с други карти за разширение.
2. PCI-Express е стандартния конектор за всички графични карти. PCIe осигурява значително по-висок трафик от предшественика си Accelerated Graphics Port (AGP) и от стандартния PCI слот преди това. Новите дънни платки имат поне един PCIe x16 слот, както и няколко малки. PCIe 3.0 беше въведен през 2011. Ъпгрейда до PCIe 4.0 официално беше обявен през юни 2017 година и ще предлага максимална скорост на трансфер от 16GT/s. Освен това, спецификациите на PCIe 5.0 са в предварителни етапи на планиране, като очакваните скорости на трансфер на данни са 32GT/s.
Любопитно
Понятието „външна видеокарта“ не е съвсем коректно да се използва като синоним на „дискретна видео карта“. Външната видеокарта се намира извън кутията на компютъра (извън корпуса на лаптопа) и разчита на собствено захранване. Тя превъръща всеки лаптоп в мощна геймърска станция. Някои компании предлагат кутии за използване на външна видеокарта (eGPU, External Graphics Card), но може да се използва и значително по-ефтино решение, чрез използване на външен PCI-E адаптер.
Кутия за използване на външна видеокарта (eGPU, External Graphics Card )
Външен PCI-E адаптер и десктоп видеокарта включена като външна към мобилен компютър чрез ExpressCard