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Quelle10

Grafikkarte

FRANKOVSKY Christian

Informatik

1AHWIL 2015/2016

1Geschichte1

1.12D-Grafikkarten1

1.23D-Grafikkarten2

1.2.1Frher2

1.2.2Heute2

2Aufbau und Funktionsweise3

2.1.1Ablauf3

2.2Hardwareschnittstellen3

2.3Grafikspeicher4

2.4Grafikprozessor5

2.5Khlung6

2.5.1Es existieren mehrere Khlungslsungen6

3. Wasserkhlung:6

2.6Externe Signalausgnge7

2.6.1Die bekanntesten Signalausgnge:7

3Grafikkartentypen8

3.1Businessgrafikkarten8

3.2Spielgrafikkarten8

3.3Softwareprobleme mit Grafikkarten8

4Hersteller9

4.1Die 2 grten Hersteller von Grafikkarten9

4.1.1ATI9

4.1.2Nvidea9

5Quelle10

5.1Texte:10

5.1.1Abbildungen:10

InhaltI

Abbildung 1: Alte Vodoo 2 Grafikkarte2

Abbildung 2: Heutige Grafikkarte- Geforce2

Abbildung 3: Grafikspeicher4

Abbildung 4: Grafikprozessor - Nvidia5

Abbildung 5: Khlung Aktive Luftkhlung..........6

Abbildung 6: Khlung Passive Luftkhlung....6

Abbildung 7: Khlung Wasserkhlung6

Abbildung 8: Externe Signalausgnge Display Port.7

Abbildung 9: Externe Signalausgnge DVI Out7

Abbildung 10: Externe Signalausgnge HDMI Out..7

Abbildung 11: Externe Signalausgnge LFH607

Abbildung 12: Grafikkartentypen Businessgrafikkarten...8

Abbildung 13: Grafikkartentypen Spielgrafikkarten..8

Abbildung 14: Hersteller ATI Logo..9

Abbildung 15: Hersteller ATI Grafikkarte...9

Abbildung 16: Hersteller NVIDIA Logo.10

Abbildung 17: Hersteller NVIDIA Grafikkarte..10

AbbildungenII

Geschichte

Die Grafikkarte ist eine PC-Erweiterungssteckkarte, die auf das Motherboard eines Rechners gesteckt wird bzw. auf dem Mainboard bereits integriert ist und die Informationen in sichtbare und verstndliche Zeichen, Grafiken und Bilder umsetzt, die auf einem Monitor dargestellt werden knnen. Der Erweiterungssteckplatz ist direkt mit dem PC-Bus (ber ISA, PCI, AGP oder PCI-Express -Bussysteme) verbunden. ber ihn empfngt die Grafikkarte, die im Wesentlichen aus dem Grafikprozessor und dem Grafikspeicher besteht, die bereitgestellten Informationen, die sie verarbeitet und an den angeschlossenen Monitor als analoge oder digitale Signale bertrgt. Die maximale zu fahrende Auflsung und Anzahl der gleichzeitig darstellbaren Farben pro Bildpunkt (Farbtiefe) hngt im wesentlichem von der verwendeten Grafikkarte bzw. Bildschirmkarte ab.

In den spten 70er und 80er Jahren hatte eine Grafikkarte noch die Aufgabe, einfachste Text- und Grafikdarstellungen auf den Monitor zu zeichnen. Dabei war es schon erfolgreich, wenn man berhaupt einige Farben darstellen konnte.

Die erste Farb-Grafikkarte kam 1981 auf den Markt, die lediglich die einfarbige Darstellung von Texten ermglichen. Die Firma Hercules bot 1982 eine sehr viel bessere Karte an, die Hercules Graphics Card.

Bis 1989 setzten sich die Farb-Grafikkartentypen als Standard durch, die IBM neu auf den Markt brachte:

1981 die CGA-Karte

1984 die EGA-Karte

1987 die MCGA- und VGA-Karte[footnoteRef:1] [1: Verglichen]

2D-Grafikkarten

Hauptaufgabe ist die Verarbeitung von Text und einfachen Grafiken

Ablegung des Textes als Zeichenfolge im Bildspeicher

Dabei werden jedem Zeichen noch Attribute zugefgt: Farbe, Gre, Schrift usw.

Keine/kaum Entlastung der CPU, weil diese die Hauptverarbeitung

3D-Grafikkarten

3D-Computergrafik ist ein Oberbegriff fr verschiedene Verfahren zur Darstellung rumlicher Daten mit den Mitteln der Computergrafik.

Die 3D-Computergrafik lsst sich in zahlreiche weitere Bereiche unterteilen:

bernehmen komplette Grafikberechnung und Grafikerzeugung

Berechnung von Geometrischen Figuren auf der Z-Ebene

Sehr groe Entlastung der CPU

Frher

Die ersten Modelle von Grafikkarten waren ganz simple Gerte mit denen man nur das Bild das angezeigt werden sollte auf den Monitor bringen sollte. Sie waren gro und hatten kaum Speicher.

Dies ist eine alte Vodoo 2 aus dem Jahr 1996

Abbildung 1: Alte Vodoo 2 Grafikkarte

Heute

Mit den ersten neueren Grafikkarten wurde klar, dass sie zu mehr zu gebrauchen sind. Man merkte dass man mit ihnen mehr machen kann und so wurden die Grafikkarten sttig besser und mit mehr Funktionen ausgestattet. Eine dieser Grafikkarte war die Geforce FX 5900, sie war einer der Vorreiter der heutigen Grafikkarten. Nvidia gehrt zu einen der besten Grafikkartenhersteller.

Abbildung 2: Heutige Grafikkarte- Geforce

Geschichte1

Aufbau und FunktionsweiseAblauf

CPU auf dem Mainboard berechnet Bildinformationen

ber die BUS-Schnittstelle Weiterleitung der Bildinformationen an die Grafikkarte bzw. direkt an den Grafikkartenchip

Verarbeiten der Bildinformationen im GPU

Ablegen der Bildinformationen im Video-Ram

RAM DAC liest Video-Ram ein und wandelt die digitalen Signale in analoge Signale um bzw. Direkte Weiterleitung der digitalen Signale

Kontinuierliche Signalweiterleitung an den Monitor[footnoteRef:2] [2: Verglichen und Zusammengefasst]

Hardwareschnittstellen

Die bekanntesten Hardwareschnittstellen fr Grafikkarten sind PCI, AGP und PCI Express, frher waren auch ISA oder VESA Local Bus gngig. Hardwareschnittstellen sind in der Rechnertechnik weit verbreitet. Industrienormen sorgen beispielsweise dafr, dass ein PC ein offenes System ist, das aus Komponenten verschiedener Hersteller zusammengesetzt werden kann. Diese Schnittstellen sind entweder Bussysteme oder Direktverbindungen.[footnoteRef:3] [3: Zusammengefasst]

Grafikspeicher

Die Gre des Grafikspeichers bestimmte die maximale Farbtiefe und Bildauflsung. Dabei lie sich der bentigte Speicher fr eine gewnschte Auflsung und Farbtiefe vom Anwender leicht errechnen, wenn beispielsweise die Auflsung 1600 1200 mit einer Farbtiefe von 24Bit (True Color) erwnscht ist, berechnet man zunchst die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) dieser Auflsung (1600 horizontal 1200 vertikal = 1.920.000 Pixel insgesamt).[footnoteRef:4] [4: Verglichen und Zusammengefasst ]

Mageblich entscheidend fr maximale Auflsung und Farbtiefe: Speicherbedarf = horizontale Auflsung * vertikale Auflsung * Farbtiefe (in Bit)

Auf ihm werden die Bildelemente in einzelne Bildpunkte zerlegt und gespeichert

Der Video-RAM-Speicher ist speziell fr Grafikanwendungen konzipiert

Der Video-RAM-Speicher verkrzt die Zugriffszeiten erheblich

Der Video-RAM-Speicher dient zur Ablage von Pixel und Texturen

Abbildung 3: Grafikspeicher

Grafikprozessor

Der Grafikprozessor (GPU) bernimmt die grafikrelevanten Berechnungen. Wie ein normaler Prozessor empfngt die GPU Informationen, verarbeitet diese und dann erfolg die Ausgabe der verarbeiteten Informationen. Die neueren Grafikprozessoren bernehmen auch die Verarbeitung von Texturen und Belichtung etc. und entlasten somit die CPU. Die Grafikprozessoren haben eine Taktfrequenz von bis zu 600 Mhz (Mega-Hertz), wobei die modernen Grafikprozessoren eine hhere Taktfrequenz erreichen (+1 Ghz). Dadurch wird eine schnelle Informationsverarbeitung ermglicht.

Grafikprozessor-beschleunigte Berechnungen sorgen fr unbertroffene Anwendungsleistung, indem rechenintensive Teile der Anwendung auf den Grafikprozessor ausgelagert werden, whrend der brige Code wie immer auf der CPU luft. Aus Sicht des Benutzers laufen die Anwendungen einfach deutlich schneller.[footnoteRef:5] [5: Verglichen ]

Er bernimmt die Grafikrelevanten Berechnungen

Es wird eine 2-Dimensionale und 3-Dimensionale Darstellung ermglicht

Neuere GPU's bernehmen auch die Verarbeitung von Texturen und Belichtung etc.

Durch grafikkarteneigene GPU wird eine Entlastung der CPU ermglicht

Programmierung direkt auf der GPU mglich

Neuere GPU's haben Taktfrequenzen von bis zu 600 Mhz was eine schnelle Informationsverarbeitung ermglicht

Abbildung 4: Grafikprozessor - Nvidia

Khlung

Aufgrund der hohen thermischen Verlustleistung durch die zunehmende Komplexitt von Grafikprozessoren bzw. teilweise auch des Grafikspeichers sind hnlich aufwendige Khllsungen wie bei Prozessorkhlern notwendig. Grafikkarten verbrauchen mit einem Grafikprozessor (GeForce GTX 680) bis zu 195 Watt Leistung, die vollstndig als Wrmeenergie abgefhrt werden muss.

Es existieren mehrere Khlungslsungen

1. Aktive Luftkhlung:Das ist die einfachste und preiswerteste Variante, groe Wrmemengen abzufhren, verursacht allerdings auch Strgerusche.

Abbildung 5: Aktive Luftkhlung

2. Passive Luftkhlung:Zum Problem kann dabei fhren, dass die Khlkrper ein hohes Gewicht erreichen, was zu einer hohen mechanischen Belastung des Steckplatzes fhrt.

Abbildung 6: Passive Luftkhlung

3. Wasserkhlung:Der Vorteil einer Wasserkhlung bei GPUs liegt darin, dass diese grer sind als CPUs und es zudem weniger thermische Hotspots im Chip gibt, also die groe Menge Wrme gleichmiger abgegeben werden kann.[footnoteRef:6] [6: Wikipedia 1]

Abbildung 7: Wasserkhlung

Externe Signalausgnge

Die bekanntesten Signalausgnge:

1. Display Port:DisplayPort ist ein relativ neuer Verbindungsstandard fr Bild- und Tonsignale. Im Jahre 2014 ist die Verbreitung bereits vorangeschritten. Im professionellen Umfeld, besonders bei Apple-Hardware, hat sich Display Port bereits etabliert.

Abbildung 8: Display Port

2. DVI Out: Der DVI-Ausgang liefert ein digitales Signal und damit die beste erreichbare Bildqualitt an Bildschirmen mit DVI-Ei