Grafická karta – grafický adapter

  • rozšiřující deska osobních počítačů, která umožňuje zobrazení na monitoru, TV či projektoru
  • pracuje v textovém a grafickém režimu
  • první karty nebyly vybaveny videopamětí, takže byla pro ukládání obrazu užívána paměť RAM
    • MDA (Monochrom Displej Adapter – 1981) jen text a monochrom
    • CGA (Colog Graphic Adapter – 1981) 320×200 ve 4 barvách
    • Hercules Graphic Card – 1982  – 720×348 obvykle monochrom
    • EGA (Enhaned Graphic Adapter – 1984) 640×350 v 16 barvách
    • VGA (Video Graphic Array – 1987) 640×480 v 16 nebo 256 barvách
    • (Super VGA), standard podporoval rozlišení alespoň 800×600 při min. 4 barvách
  • nyní různé druhy karet s rozlišením podporujících obraz 4:3 nebo 5:4, resp. 16:9 nebo 16:10
    • XGA (Extended Graphics Array) – 1024 × 768
    • SXGA (Super XGA) – 1280 × 1024 (5:4)
    • SXGA+ (Super XGA+) – 1400 × 1050
    • UXGA (Ultra XGA) – 1600 × 1200
    • QXGA (Quad XGA) – 2048 × 1536
    • QSXGA (Quad Super XGA) – 2560 × 2048
    • WXGA (Widescreen XGA) – 1280 × 800
    • WXGA+ (Widescreen XGA+) – 1440 × 900
    • WSXGA+ Widescreen SXGA+) – 1680 × 1050
    • WUXGA (Widescreen UXGA) – 1 920 × 1 200
    • WQXGA (Widescreen QXGA) – 2560 × 1600
    • WHUXGA (Wide Hexadecatuple UXGA) – 7680 × 4800
    • HD TV 720 – 1280 × 720
    • HD TV 1080 – 1920 x 1080
    • QFHD TV (Quad Full High Definition) – 3840 × 2160
  • většina grafických karet obsahuje tyto základní části:
    • grafický procesor (koprocesor, koprocesory (102- 3200 mil. tranzistorů, 735 MHz -1019MHz)
      • obsahuje řadič paměti, TMU jednotky, ROP jednotky a další
      • řadič pamětí – stará se o komunikaci mezi grafickou pamětí a GPU
      • TMU jednotky (Texture mapping unit) – mapuje textury na objekty
      • ROP jednotky (Render Output unit) – zabezpečuje výstup dat z grafické karty
    • vlastní operační paměť – videopaměť (až 4GB, resp. až 6GHz)
      • pokud je grafická karta integrovaná na základní desce, používá operační paměť celého počítače nebo má paměť vlastní, nejčastěji nějaký typ GDDR (GDDR 2, 3, 4, 5) případně DDR (1, 2, 3) kvůli nižší ceně
    • Firmware osazení desky – chipset s vlastním BIOS – VideoBIOS (kopíruje se do RAM)
    • renderovací – texturovací jednotky (4 – 80 i více jednotek rozdělených do čtveřic)
    • DAC (Digital Analog Converter) digitálně-analogový převodník, resp. RAM DAC (viz obnovovací frekvence)
    • T&L (Transform and Light) jednotka (případně) – pro sestavení scény z polygonů (trianglů) jako základních stavebních částí 3D scény
    • chladiče (pasivní – aktivní)
    • rozhraní – výstupy
      • klasicky D-Sub – analogové rozhraní pro monitor do roku 1988 užívalo 9 pinů, od roku 1988 dodnes 15 pinů (VGA typu FD15HD), popř. Video-out, Video-in (vstup pro analogové video s podporou formátu S-VHS), např. u karet typu VIVO
      • standardně DVI-out (Digital Visual/ Video Interface – rozhraní umožňující připojení zobrazovacího adaptéru (neplést s formátem DVI – Device Inndependent) – nejběžnější je DVI-D a DVI-I podporující redukci na analogový signál. DVI-D má 24 pinový a DVI-I  29 pinový konektor, který navíc umožňuje připojení běžného analogového monitoru – 4 piny navíc a speciální redukcí lze připojit 15 pinový kabel
      • HDMI – High-Definition Multi-media Interface; rozhraní pro přenos nekomprimovaného obrazového a zvukového signálu v digitálním formátu; HDMI podporuje přenos videa ve standardní, rozšířené nebo high definition kvalitě a až 8-kanálový digitální zvuk; konektor HDMI typu A má 19 pinů, typu B má 29 pinů
      • DisplayPort nebo odkaz – slouží k přenosu nekomprimovaného digitálního obsahu s podporou až 8kanálového zvuku a ochrany DPCP (DisplayPort Content Protection) využívající 128bitové šifrování AES; podporuje rychlost přenosu 10,8 Gbit/s, na vzdálenost do 3 metrů zvládá rozlišení WQXGA 3840 x 2400 pixelů; není zpětně kompatibilní s DVI nebo HDMI, ale dokáže přenášet jejich signál (zařízení > redukce > display –  ale ne naopak); neusiluje o náhradu HDMI
      • Mini DisplayPort – zmenšená verze, je schopen rozlišení až 2560×1600, vyvinut především pro Apple zařízení

Sběrnice – sloty

  • prostředky komunikace používané pro přenos dat mezi jednotlivými součástmi počítačového systému
  • umožňují, aby různé části systému sdílely data
  • části řídící, adresová, datová
    • PC bus IBM – 1982 – 8 bitová/ 4.77 MHz
    • AT bus -ISA (Industry-Standard Architecture –  1984 – 16 bitová
    • EISA (Extended Industry Standard Architecture) – 1988 – 32 bitová
    • VLB (VESA Local Bus) Video Electronics Standards Association – Local Bus – 1992 – 32 bitů
    • PCI bus (Peripheral Component Interconnect) – 1993 – 32 bitů – 33MHz – 132 MB/s
    • PCI-X, PCI-X 2.0 – 1999 – 64 bitů – 266 a 533MHz, až 4.3GB/s (32krát více, než PCI)
    • paralelní přenos dat (komunikují vždy jen dvě zařízení)
    • AGP (Accelerated Graphics Port 1.0, 2.0, 3.0, Pro/8x) AGP 1x 266 MB/s, AGP 2x  533 MB/s, AGP 4x  1066 MB/s, AGP 8x 2133 MB/s
    • PCI Express (Third Generation I/O – 3GIO) – 2002(4) – 2.5GHz – 1x 250 MB/s (500MB obousměrně), 2x, 4x, 8x, 16x, 32x již 16 GB/s a aktuálně již  64x nebo 128x = 64 GB/s oběma směry 
    • sériový přenos point-to-point s možností multikanálového přenosu, napětí 0.8V, PCI Express slot je schopen dodat 75W, oproti cca 40W AGP 8x sběrnice (není třeba externí napájení)
    • PCI Expres 2.0 – 2007 rozdílem oproti PCI Express je zrychlení datového přenosu z 250 MB/s na 500 MB/s. Celková propustnost PCI Express slotu se 16 linkami tak může dostat na 16 GB/s.
    • PCI Expres 3.0 – 2011 Oproti PCI Express 2.0 je zde zrychlení opět na dvojnásobek, jedna linka umí dát až 1 GB/s (reálně bychom měli dostat „necelých“, viz dále), karty osazené v ×16 slotech pak pochopitelně 16násobek

Grafická akcelerace

  • udává se v jednotkách frame za sekundu
  • grafické adaptéry jsou vybaveny vlastními grafickými koprocesory pro provádění grafických výpočtů při renderování trojrozměrné (prostorové) grafiky; pro tyto adaptéry urychlující zpracování 3D grafiky byl používán termín grafické akcelerátory
  • SW řešení – Glide (rozhraní společnosti 3Dfx), OpenGL, OpenGL2 (Silicon Graphics), ale zvl. DirectX (nyní DirectX 11) – sada rozhraní API (Application Programming Interface) poskytující programům ve Windows multimediální podporu s využitím hardwarového urychlení; sada zahrnuje rozhraní Microsoft DirectDraw, -3D, -Sound, -Music, -Input, -Play, -Show
  • HW řešení – vlastní grafické akcelerátory  –  podporují rozhraní Direct3D, Glide i OpenGL 3.1 a přehrávání MPEG 2-4 (Motion Picture Experts Group)
    • 3Dfx Voodoo I (1996), II, Voodoo Banshee 128 bit, Voodoo III, Voododo 4 a 5, 1-4x procesor, 367 Mpixel/s
    • Firma 3Dfx zkrachovala 12.2000 a převzala ji společnost nVidia
    • nVidia Riva TNT2 ULTRA  ( 250 Mpixel/s)  nVidia GeForce 256 (480 Mpixel/s), GeForce 2
    • ATI Range Fury MAXX (2 procesory pro liché a sudé snímky, 2x 500 Mpixel/s) 
    • Quadro2 MXR-Quadro2 Pro, čip GeForce2 400 Mpixel/s-1Gpixel/s
    • Nyní prakticky pouze souboj společnosti nVIDIA a ATI

Rychlost 3D grafických procesorů

  • Frame Rate – počet spočítaných (renderovaných) a zobrazených nových 3D scén za sekundu se udává v jednotkách fps (frames per second = veličina snímkové rychlosti) – může být pomalejší než obnovovací frekvence daná nastavením RAMDAC – pak se zobrazuje scéna vícekrát)

Rozlišovací schopnost grafické karty

  • nejvyšší rozlišení, které daná karta dokáže zpracovávat nyní např. 2560 × 2048

Videopaměť grafické karty

  • (256 KB, 512 KB, 1MB, 2MB, 4MB, 8MB, 16MB, 32MB, 64MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1GB, 2GB, 4GB …)
  • velikost videopaměti dříve omezovala největší použitelné rozlišení a počet zobrazovaných barev např. 640×480 = 307200 pixelů, při 256 barvách (1 byte pixel) = nutno nejméně 512 KB (308 KB využito přímo), při 65536 barev (2 byte pixel) = nutno nejméně 1MB (620 KB využito přímo)
    • např. 800×600 = 480000 pixelů při 16,7 mil. barev (3 byte pixel) = nutno nejméně 2MB (1,44MB využito přímo)
    • např. 1024×768 = 786432 pixelů při 16,7 mil. barev (3 byte pixel) = nutno nejméně 4MB (2,36 MB využito přímo)
  • nyní podstatně vyšší kapacity paměti, než by bylo nutně třeba pro přípravu prostého obrazu kvůli renderování 3D zobrazení; paměť se užívá např. též jako:
    • BackBuffer – část grafické paměti sloužící k odkládání vyrenderovaných částí scény
    • Frame Buffer – část videopaměti určená pro odkládání vypočtených framů
    • Double Buffering – používá dva frame buffery, zatímco grafický čip pracuje s jedním, druhý je připravován k zobrazení na displeji

Obnovovací frekvence

  • nastavovaná na kartě (frekvence RAMDAC) pro monitor souvisí s fyzickými možnostmi karty a fyzickými možnostmi monitoru
  • např. ATI 9500_dokázala 43, 60, 70, 72, 75, 85, 90, 100, 120, 150, 160, 200 (analog typicky až 200 v závislosti na rozlišení, digital 60-75-85 Hz)

Písmo

  • rastrový (bitový) font a vektorový font (např. Tru Type Font .TTF)
  • neproporcionální (stejné vzdálenosti mezi písmeny) a proporcionální (vzdálenost mezi písmeny je dána skutečnou šířkou písmen)

Měrné systémy a jednotky v dokumentech

  • důležité typografické měrné systémy
    • Fournierův systém 1737 – první typografická tabulka
      • francouzský písmolijec Pierre Simon Fournier (1712–1768)
      • vychází z pařížské stopy (32,48 cm), která má 12 palců (palec=12 čárek)
      • Fournier rozdělil jednu čárku na šest dílů a jeden díl nazval typografickým bodem
      • podle počtu bodů určil a pojmenoval písmové velikosti (stupně)
    • Didotův typografický měrný systém 1774
      • francouzský knihtiskař François Ambroise Didot (1730–1804)
      • zdokonalil Fournierův systém a přizpůsobil jej k metrické soustavě zaváděné ve Francii
      • základní jednotkou typografické měrné soustavy je typografický bod (b) = 0,3759 mm
      • základní délkovou mírou je 1 cicero = 12 typografických bodů = 4,513 mm
    • anglosaský monotypový pica systém 1840
      • základem je anglická stopa (30,47 cm – 1 foot = 12 palců-inches, 1 palec-inch = 25,4 mm)
      • palec rozdělený na 6 dílků = 1 pica = 4,23 mm
      • pica rozděleno na 12 dílků = 1 bod-point (pt) = 0,3528 mm
      • soustava se dodnes používá v Anglii, USA a Švýcarsku
    • metrický systém
  • jednotky užívané v grafických programech a aplikacích
    • typografický bod (b) = 0,3759 mm
    • cicero = 12 b = 4,513 mm
    • point (pt) = 0,3528 mm
    • pica = 12 pt = 4,233 mm
    • inch = 6 pica = 72 pt = 25,4 mm
    • milimetr / centimetr / metr = 2660 typografických bodů (b)
    • pixel (picture element) = 1 základní obrazový prvek (obrazový bod)
  • velikost písma se udává v typografických bodech (b = 0,3759 mm)
    • petit = 8b
    • garmond = 10 b
    • cicero = 12 b
    • příklady
      • 10 = 3,8 mm
      • 12 = 4,5 mm
      • 20 = 7,5 mm
      • 24 = 9,0 mm
      • 32 = 12,0 mm
      • 44 = 16,5 mm
    • rozteč (pitch) se udává v cpi (characters per inch – znaků na palec)
      • 15 cpi = condensed
      • cpi = elite
      • 10 cpi = pica