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Wichtige Komponenten und ihre Aufgaben

Inhaltsverzeichnis

  1. Geschichte
  2. Definition
  3. Wichtige Komponenten und ihre Aufgaben
  4. Schnittstellen + Grafikauflösungen
  5. Computergrafik
  6. Grafikkartenkühlung
  7. AMD- & Nvidia-Grafikkartenrangliste
  8. Grafikkartenklassen
GTX 470 by Cem

 Welche sind jetzt die wesentlichen Bausteine einer Grafikkarte ?
So ist der wesentliche Aufbau
 Das Bild oben drüber zeigt uns, wie eine Grafikkarte aufgebaut ist.
 Von der Erklärung her orientieren wir uns nach den Aufbau der Grafikkarte, dass heißt wir fangen mit den Businterface an.
  • sammelt alle verpackten Daten von der CPU, sortiert sie und gibt sie anschließend an den bestimmten Baustein weiter.

GPU

 Jetzt sind wir bei der GPU. Wie vorhin beschrieben ist die GPU ein eigener Prozessor für die Grafikkarte,
 welches Aufgaben der CPU abnimmt und Sie somit entlastet.
 Die GPU berechnet heute nicht nur die Pixeln um sie dann auf einem Monitor auszustrahlen, sie kümmert sich auch um Befehle,
 wie das Zeichnen von Linien, das Füllen von Flächen und berechnet außerdem Polygonen in 3D Darstellungen
 um Flächen in dreidimensionalen Räumen zu füllen.
 Außerdem werden Effekte und dreiecksbasierende Algorithmen wie z.B. Antialiasing verwendet.
 Mehr dazu gibt es auf der Seite "Computergrafik".

 "GPUs waren wegen ihrer Spezialisierung auf Grafikberechnungen und Konzentration auf
 massiv parallelisierbare Aufgaben den CPUs in ihrer Rechenleistung stets überlegen.
 Eine CPU ist universell ausgelegt,
 die einzelnen CPU-Kerne sind zudem meist für schnelles Abarbeiten von  sequentiellen Aufgaben optimiert.
 Die GPU zeichnet sich hingegen durch ein hohes Maß an Parallelisierung aus, da sich 3D-Berechnungen
 sehr gut parallelisieren lassen können und ist zusätzlich für 3D-Berechnungen spezialisiert,
 so sind nach wie vor für bestimmte Aufgaben (z.B. für Texturfilterung) spezialisierte Einheiten (Fixed Function Units) in der GPU enthalten.
 Ließe man auf einer GPU ein Programm laufen, das nur ein bis zwei Threads mit relativ wenig Datenparallelität
 (aktuell übliches Programm) gleichzeitig zur Verfügung stellt, so wäre die GPU nicht ausgelastet.
 Die relativ kleinen Caches in der GPU würden zu größeren Latenzen in der Programmausführung führen,
 die aufgrund mangelnder Parallelisierung  des Programms nicht durch gleichzeitiges Abarbeiten
 vieler Aufgaben ausgeglichen werden könnten.
 Bei sequentiellen Aufgaben ist die CPU daher schneller." (Zitat aus wikipedia.de)

GPU-BIOS

 Das Bios der Grafikkarte hat die Funktion, die Befehle von der Software an die Hardware der Grafikkarte weiterzugeben.
 Zum Beispiel benutzt der Treiber einer Grafikkarte das Bios um seine
 Konfigurationseinstellung an die Hardware für den ordnungsgemäßen Betrieb zu verwenden.
 Auch ist es möglich das Bios zu flashen. Durch das sogenannte "flashen" überschreibt man die alte Firmware mit einer
 neuen umgeänderte Firmware die auf dem BIOS-Chip installiert ist.

 Doch weshalb flasht man einen Bios ?

 Es gibt einige Möglichkeiten wie z.B. das Bios upzudaten bzw. upzugraden.
 Der Hersteller werkelt verbessert meistens immer das Bios durch Zusatzfunktionen,
 oder durch Problembehebungen. Danach wird das fertig Update für die Besitzer online gestellt.
 Dies ist meistens bei den Mainboards so, man kann sich dann,
 das fertige Update von der Webseite des Herstellers herunterladen.
 Eine weitere Möglichkeit ist das Übertaken per Bios und nicht per Software,
 wird häufig bei den Grafikkarten benutzt.
 Meistens wird die Grafikkarte mit einem Tool übertaktet,
 das Problem dabei ist, dass man seine Werte nach jedem Systemneustart neu eingeben muss,
 weil sie nicht gespeichert werden.(Programmabhängig)  Beim Übertakten im Bios, muss man wiederum seine Einstellungen nach dem Systemneustart nicht erneut eingeben,
 da sie direkt im Speicherchip gesichert werden.
 Mann muss aber auch beachten, dass man je nach Hersteller seine Garantie verliert,
 wenn man das Bios modifiziert.

Speichercontroller

 Sie reguliert den Datenzufluss vom BusInterface und den Datenabfluss, wo die Daten in Richtung Bildspeicher wandern.
 Da sich der Chip auf der elektronischen Leiterplatte(PCB) der Grafikkarte befindet, hat man geringe Latenzzeiten.
 Dies wirkt sich unteranderem an der höheren Frame per Second aus.

Grafikspeicher

 Der Grafikspeicher ist der ganze Speicher die für die Grafikkarte zur Verfügung steht.
 Der Speicher dient als Zwischenspeicherung für die Darstellung am Monitor,
 wenn dies ausgestrahlt wurde wird das nächste Bild im Speicher am Monitor ausgestrahlt,
 danach werden die Daten für das nächste Bild im Speicher gesammelt und wartet,
 bis das letzte Bild ausgestrahlt wird usw.

 Welche Informationen werden im Grafikspeicher abgelegt?

  • Framebuffer:

    In diesem regelmäßig durch den RAMDAC ausgelesenen Speicherbereich finden kontinuierlich
    die Berechnungen zur Bildsynthese statt. Die Größe des Framebuffers ist abhängig von der
    verwendeten Auflösung (zum Beispiel 1024 × 768),
    der benutzten Farbtiefe (zum Beispiel 16 Bit pro Pixel), dem Antialiasing-Modus und dem verwendeten Framebufferkonzept
    (zum Beispiel Doppelpufferung, Dreifachpufferung).

  • z-Buffer:

    Hier wird für jedes Bildschirmpixel ein Wert zur Tiefeninformation gespeichert.
    Die Größe ist wiederum abhängig von der gewählten Genauigkeit der Werte; üblich sind 24 und 32 Bit.

  • Vertex-Shader- und Pixel-Shader Programme:

    Seit DirectX 8.0 werden Spieleentwicklern maschinencodeähnliche Operationen zur Verformung von Objekten
    oder zur Umsetzung bestimmter grafischer Effekte (zum Beispiel Schattenwurf, Spiegelung) angeboten.
    Diese meist sehr kleinen Programme werden direkt im Grafikspeicher abgelegt.

  • Geometriedaten:

    Mit der Einführung von DirectX wurde das Dreieck als Standardprimitiv zur 3D Darstellung festgelegt.
    Somit besteht nahezu jede im Grafikmodus darstellbare Szene aus mit Dreiecken zusammengesetzten Objekten (Polygone).
    Die Geometriedaten ordnen u. a. jedem Dreieck die Eckpunkte zu und speichern zu jedem Eckpunkt den Normalenvektor.
    Die Größe dieses Speicherbereichs ist abhängig von der Komplexität der berechneten Szene (aktuell bis zu 500000 Dreiecke),
    das heißt je mehr Dreiecke zu verarbeiten sind, desto größer sind die Geometriedaten.

  • Texturdaten:

    Alle verwendeten Texturen einer Szene werden meist aus Platzgründen
    komprimiert im Grafikspeicher abgelegt[.] Komprimierungsalgorithmen sind zum Beispiel FXT1 und S3TC.
    Dieser Bereich nimmt den größten Anteil am Grafikspeicher ein und ist von sehr vielen Faktoren abhängig,
    zum Beispiel Anzahl, Größe(bis zu 8192 × 8192 Pixel) und Farbtiefe der verwendeten Texturen.

Tabelle GDDR

RAMDAC

 Der RAMDAC ist ein Baustein auf der Grafikkarte der dafür zuständig ist digitale Signale in analoge Signale umzuwandeln.
 Generell läuft es so ab:
  • Der Grafikspeicher arbeitet mit digitalen Signaturen.
  • Der Video-Out-Controller prüft durch die Anschlüsse ob ein digital oder ein analog Monitor angeschloßen wurde.
    • HDMI & DVI & Displayport so wie neuere Anschlüsse unterstützen alle digitale Signaturen.
    • TFT-, LCD-, LED- und LED-Blacklight-Monitore sind digital.
    • CRT-Monitore und ältere Monitore sind analog.
    • VGA und älter unterstützen nur analoge Signaturen
  • Ist der erkannte Monitor analog wandern die Dateien vom Grafikspeicher zur RAMDAC,
    dort werden die digitale Signale in analoge Signale umgewandelt und danach durch den Video-Out -Controller am Monitor dargestellt.
  • Ist der erkannte Monitor digital, wird der RAMDAC ausgesetzt und die Bilder werden direkt am Monitor dargestellt.
RAMDAC

Video-Out-Controller

 Durch die Anschlüsse erkennt er, was für ein Monitor an welchen Anschluss angeschlossen wurde.
 Daraus ermittelt er ob es ein anloger oder ein digitaler Monitor ist und gibt die bestimmten festgelegten Daten an den Bildspeicher zurück.