ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Εισαγωγή

Η κάρτα γραφικών του συστήματος είναι η συσκευή, που είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία της οπτικής εξόδου του υπολογιστή. Ουσιαστικά, όλα τα προγράμματα παρέχουν οπτική έξοδο και η κάρτα γραφικών είναι το μέρος του hardware που παίρνει αυτή την έξοδο και "λέει" στην οθόνη ποίες από τις κουκίδες της πρέπει να φωτιστούν (και με τι χρώμα), έτσι ώστε να επιτρέψει στο χρήστη να δει τη συγκεκριμένη έξοδο.

Η λειτουργία της κάρτας γραφικών

Όπως τα περισσότερα μέρη ενός υπολογιστή, έτσι η κάρτα γραφικών είχε ένα πολύ λιτό ξεκίνημα. Ήταν υπεύθυνη μόνο να παίρνει, ότι ο επεξεργαστής δημιουργούσε σαν έξοδο και να το στέλνει στην οθόνη για εμφάνιση. Στην αρχή η έξοδος ήταν μόνο κείμενο και μάλιστα χωρίς χρώμα μέσα σε αυτό. Οι κάρτες γραφικών σήμερα μοιάζουν περισσότερο με επεξεργαστές, έχουν την δική τους "ευφυΐα" και κάνουν πολλούς υπολογισμούς, οι οποίοι σε διαφορετική περίπτωση θα έπρεπε να γίνουν από τον επεξεργαστή του συστήματος. Αυτό ήταν μια απαίτηση στους νέους υπολογιστές, εξαιτίας της τεράστιας αύξησης του αριθμού των δεδομένων, που στέλνονται οθόνη, καθώς και των εξεζητημένων υπολογισμών που πρέπει να γίνουν για να καθοριστεί η οπτική έξοδος. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα με την ανάπτυξη γραφικών λειτουργικών συστημάτων και την επεξεργασία τρισδιάστατων γραφικών.

Η κάρτα γραφικών του συστήματος κατέχει ένα σημαντικό ρόλο στα θέματα που ακολουθούν σχετικά με το σύστημα του υπολογιστή:

· Απόδοση: Η κάρτα γραφικών είναι ένα από τα εξαρτήματα που έχουν επιρροή στην απόδοση του συστήματος. Για μερικούς ανθρώπους και κάποιες εφαρμογές η επιρροή αυτή δεν είναι τόσο σημαντική. Για άλλους όμως η ποιότητα και η αποδοτικότητα της κάρτας γραφικών μπορεί να έχει μεγάλη επιρροή στην απόδοση, περισσότερο και από άλλα εξαρτήματα του υπολογιστή. Για παράδειγμα, πολλά παιχνίδια που απαιτούν υψηλό ρυθμό ανανέωσης της οθόνης (πόσες φορές ανά δευτερόλεπτο η οθόνη ενημερώνεται με νέες πληροφορίες) για ομαλή κίνηση, εξαρτώνται πολύ περισσότερο από την επιλογή της κάρτας γραφικών παρά από την επιλογή του επεξεργαστή.

· Υποστήριξη του λογισμικού: Κάποια προγράμματα απαιτούν υποστήριξη από την κάρτα γραφικών. Το λογισμικό που εξαρτάται από την κάρτα γραφικών περιλαμβάνει κυρίως παιχνίδια και προγράμματα γραφικών. Κάποια προγράμματα (για παράδειγμα παιχνίδια με 3D γραφικά) δε θα τρέξουν καθόλου, αν η κάρτα γραφικών δεν τα υποστηρίζει.

· Αξιοπιστία και Σταθερότητα: Αν και δεν είναι ένας βασικός συντελεστής της σταθερότητας του συστήματος, η επιλογή μιας χαμηλής ποιότητας κάρτας γραφικών μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στη συμπεριφορά του συστήματος. Ιδιαίτερα, κάποιες κάρτες ή τύποι καρτών είναι διαβόητες, για την υποστήριξή τους από ασταθείς οδηγούς, που μπορούν να οδηγήσουν σε πλήθος προβλημάτων.

· Άνεση και Εργονομία: Η κάρτα γραφικών, μαζί με την οθόνη, καθορίζει την ποιότητα της εικόνας που βλέπουμε όταν χρησιμοποιούμε τον υπολογιστή. Συνεπώς, έχει μεγάλη σημασία για το πόσο άνετος είναι ο υπολογιστής στη χρήσή του. Χαμηλής ποιότητας κάρτες γραφικών δεν επιτρέπουν αρκετά υψηλό ρυθμό ανανέωσης, προκαλώντας πόνο στα μάτια και κούραση.

Κάρτες γραφικών με επιτάχυνση ή χωρίς

Η κάρτα γραφικών είναι μόνο ένα μέρος του συνόλου, που καθορίζει το τι θα δούμε στην οθόνη. Είναι κατά κάποιο τρόπο ο "μεσολαβητής" μεταξύ του επεξεργαστή και της οθόνης. Η οθόνη φυσικά είναι αυτή, που στην πράξη παρέχει αυτό που βλέπουμε. Ο επεξεργαστής υπολογίζει και έτσι αποφασίζει τι πρόκειται να δούμε. Μια συμβατική κάρτα γραφικών κάνει τη δουλειά της μετατροπής αυτών που παράγει ο επεξεργαστής, σε μορφή τέτοια που να μπορεί η οθόνη να την εμφανίσει.

Οι παλαιότερες κάρτες γραφικών έκαναν μόνο αυτή τη μετατροπή. Ήταν μάλλον μια αποθήκη, καθώς το μόνο που μπορούσαν να κάνουν ήταν να παίρνουν αυτά που δημιουργούσε ο επεξεργαστής και να τα στέλνουν στην οθόνη. Ο επεξεργαστής έκανε όλη τη δουλειά, αποφασίζοντας τι πρέπει να εμφανιστεί. Αυτό δεν δημιουργούσε κανένα πρόβλημα σε παλαιότερα περιβάλλοντα εργασίας, όπως το DOS και ιδιαίτερα σε έξοδο βασισμένη σε κείμενο, που τα ποσά της πληροφορίας που περιέχονταν ήταν μικρά. Όταν τα γραφικά λειτουργικά συστήματα, όπως τα Windows, έγιναν το πρότυπο, ξαφνικά μεγάλα ποσά από πληροφορία μετακινούνταν προς την οθόνη και ο επεξεργαστής κατανάλωνε πολύ χρόνο για να μεταφέρει τα παράθυρα, να ζωγραφίζει πλαίσια και δρομείς. Σαν αποτέλεσμα ο επεξεργαστής καθυστερούσε πολύ και η απόδοση του συστήματος έπεφτε δραματικά.

Για να εξαλείψουν αυτή τη συμφόρηση, οι εταιρίες άρχισαν να δημιουργούν κάρτες που ονομάζονταν επιταχυντές. Αυτές ήταν κάρτες γραφικών, στις οποίες είχε προστεθεί η δυνατότητα να κάνουν το μεγαλύτερο μέρος των υπολογισμών για την εμφάνιση της εξόδου, δουλειά που προηγουμένως γινόταν από τον επεξεργαστή. Με ένα επιταχυντή, όταν το σύστημα χρειάζεται να εμφανίσει ένα παράθυρο στην οθόνη, δεν υπολογίζει ποια ακριβώς εικονοστοιχεία πρέπει να φωτιστούν και με τι χρώμα, απλά στέλνει μια εντολή στην κάρτα γραφικών λέγοντας "σχεδίασε μου ένα παράθυρο σε αυτή την περιοχή" και η κάρτα γραφικών το υλοποιεί. Ο επεξεργαστής έτσι μπορεί να συνεχίσει να κάνει πιο χρήσιμου ς υπολογισμούς. Ο επιταχυντής μπορεί να είναι προσαρμοσμένος και εξειδικευμένος σε αυτή τη δουλειά και συνεπώς μπορεί να είναι πιο αποδοτικός σε αυτή σε σχέση με τον επεξεργαστή.

Αυτή η μετάθεση των υπολογισμών για την εμφάνιση της εικόνας έχει οδηγήσει σε πολλαπλασιασμό των ικανοτήτων των υποσυστημάτων εικόνας, στους σύγχρονους υπολογιστές. Ουσιαστικά όλες οι σύγχρονες κάρτες γραφικών ενσωματώνουν επιταχυντές, κάποιες αρκετά πολύπλοκους. Στην ουσία, η κάρτα γραφικών έχει μεταβληθεί σε ένα συνεπεξεργαστή, που συνεργάζεται με τον κυρίως επεξεργαστή. Συνεχίζοντας την γενική πορεία, καινούριοι 3D επιταχυντές γίνονται όλο και πιο συνηθισμένοι και σε αυτούς μετατίθεται, η πραγματικά χρονοβόρα δουλειά, της 3D κίνησης.

Διασύνδεση Συστήματος Γραφικών

· Δίαυλος ISA

· Τοπικός Δίαυλος VESA

· Τοπικός Δίαυλος PCI - PCI Express

· Accelerated Graphic Port (AGP)

· Διαχείριση Διαύλου

· Συνδετήρας Κάρτας Γραφικών

· Εύρος σε bits Κάρτας Γραφικών και Εύρος Διαύλου Συστήματος

· Χρησιμοποίηση Πόρων από την Κάρτα Γραφικών

Δίαυλος ISA

Ο ISA δίαυλος είναι ο τυπικός (αργός) δίαυλος εισόδου/εξόδου που χρησιμοποιείται ουσιαστικά σε όλους τους υπολογιστές για χαμηλού εύρους ζώνης περιφερειακά, όπως είναι τα modems. Παλαιότεροι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν επίσης ISA διαύλου ς για τις κάρτες γραφικών.

Οι ISA κάρτες γραφικών είναι αρκετά απαρχαιωμένες. Εξαιτίας των περιορισμών του ISA διαύλου, είναι υπερβολικά αργές σε σχέση με τα σημερινά πρότυπα και δεν είναι κατάλληλες για τη χρήση γραφικών λειτουργικών συστημάτων, όπως τα Windows. Επίσης, εξαιτίας της ηλικίας τους, είναι πιο περιορισμένες, σχετικά με λειτουργίες επιτάχυνσης και έχουν λιγότερη μνήμη. Ενώ μια καλή ISA κάρτα μπορεί να έχει μια καλή απόδοση, αν έχει κάποια εξελιγμένα σύνολα πάνω στην πλακέτα με χαρακτηριστικά επιτάχυνσης, ακόμα και μια φτηνή PCI κάρτα γραφικών μπορεί, γενικά, να έχει πολύ καλύτερη απόδοση από μια καλή ISA κάρτα. Η κάρτα ISA είναι επαρκής μόνο για κάποιες εφαρμογές του DOS, εφαρμογές που βασίζονται σε χαρακτήρες και μερικά παιχνίδια.



Δυστυχώς, οι περισσότεροι υπολογιστές που χρησιμοποιούν ISA κάρτα γραφικών, το κάνουν αυτό γιατί οι δίαυλοι ISA είναι οι μόνοι που η μητρική τους πλακέτα υποστηρίζει. Σε αυτή την περίπτωση, η αναβάθμιση με VLB ή PCI κάρτα γραφικών προϋποθέτει και αναβάθμιση της μητρικής πλακέτας, που είναι πολύ σημαντική υπόθεση. Ωστόσο κάποιοι φτηνότεροι 486, ενώ υποστηρίζουν VLB, έχουν ISA κάρτα γραφικών για μείωση του κόστους. Με μια, απαρχαιωμένη πλέον, VLB κάρτα γραφικών ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να έχει μεγάλες βελτιώσεις στην απόδοση του, με πολύ μικρό κόστος.

ISA κάρτα γραφικών

Τοπικός δίαυλος VESA

Ο Τοπικός δίαυλος VESA, επίσης ονομάζεται και VL-Bus ή πιο συχνά VLB, ήταν ο πρώτος τοπικός δίαυλος που χρησιμοποιήθηκε στους προσωπικούς υπολογιστές. Παρουσιάστηκε το 1992 και έγινε πολύ δημοφιλής κατά τη διάρκεια της ακμής των 486. Οι VLB κάρτες μπορούν εύκολα να αναγνωριστούν από τους μακρύτερους συνδέσμους τους, συγκρινόμενους με τις τυπικές υποδοχές της ISA κάρτας.

Οι VLB κάρτες γραφικών παρέχουν, γενικά, πολύ καλύτερη απόδοση σε σχέση με τις ISA κάρτες. Αυτό συμβαίνει, κυρίως, λόγω του γεγονότος ότι ο 32-bit τοπικός δίαυλος, που χρησιμοποιείται από τις VLB κάρτες επιτρέπει πολλές φορές μεγαλύτερη ρυθμό απόδοση μεταξύ του επεξεργαστή και της κάρτας, από αυτή που επιτρέπει η ISA. Οι VLB έχουν ωστόσο τη δική τους συμμετοχή σε διάφορα προβλήματα. Πιο συγκεκριμένα οι VLB κάρτες γραφικών μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα αξιοπιστίας στη μητρική πλακέτα, λειτουργώντας με συχνότητες 40 ή 50 ΜΗΖ.

Πολλές VLB κάρτες έχουν καλή απόδοση, ωστόσο η ηλικία τους είναι ένα πρόβλημα. Οι περισσότερες είναι πιο παλιές από τις νέες τεχνολογίες και τα νέα chipsets, που χρησιμοποιούν οι μητρικές πλακέτες. Ακόμα, παρά το γεγονός ότι οι VLB κάρτες είναι πιο παλιές από τις PCI, μπορούν να παρέχουν μια αποδεκτή απόδοση (αν και με λιγότερα χαρακτηριστικά και λιγότερη μνήμη στην κάρτα). Οι VLB είναι πολύ πιο κοντά στις PCI σε σχέση με τις ISA. Οι VLB κάρτες χρησιμοποιήθηκαν στους 486 υπολογιστές (ή παλαιότερες μητρικές πλακέτες, που χρησιμοποιούσαν τέταρτης γενιάς επεξεργαστές). Η μεγάλη πλειοψηφία των Pentiums και των επόμενων υπολογιστών χρησιμοποιούν PCI (ή AGP) και δεν υποστηρίζουν καθόλου τη VLB τεχνολογία, ωστόσο υπάρχουν και κάποια πολύ παλιά Pentium συστήματα που χρησιμοποιούν VLB.

Τοπικός δίαυλος PCI

Το πιο συνηθισμένο interface που χρησιμοποιείται στις σύγχρονες μητρικές πλακέτες είναι ο δίαυλος PCI. Παρουσιάστηκε το 1993, έγινε δημοφιλής όταν κυριάρχησαν τα Pentiums στην αγορά και είναι τώρα το πρότυπο επιλογής σε πολλά τελευταίας τεχνολογίας συστήματα. Επιλύει πολλά προβλήματα που αντιμετώπιζαν οι VLB δίαυλοι και παρουσίασε μια πλειάδα νέων χαρακτηριστικών όπως είναι το Plug and Play και η διαχείριση διαύλου.

Οι PCI κάρτες προσφέρουν την καλύτερη απόδοση από τις υπάρχουσες κάρτες γραφικών σήμερα (αν και οι AGP έρχονται να το αλλάξουν αυτό). Αν και ο PCI δίαυλος δεν παρέχει τεχνολογικά καμία μεγάλη βελτίωση, από άποψη απόδοσης σε σχέση με το VLB, οι PCI κάρτες είναι σχεδόν πάντα πιο γρήγορες, καθώς είναι πιο καινούριες και χρησιμοποιούν πιο Καινούρια chipsets. Επίσης, προσφέρουν και περισσότερα χαρακτηριστικά επιτάχυνσης.

PCI κάρτα γραφικών

Accelerated Graphics Port (AGP)

Το "AGP" προκύπτει από τα αρχικά του Accelerated Graphics Port (θύρα επιτάχυνσης γραφικών) και είναι ένας νέος" δίαυλος" (όχι ακριβώς δίαυλος, αλλά κάτι παρόμοιο), ειδικά προτεινόμενος για υψηλής ταχύτητας αλληλεπίδραση μεταξύ του επεξεργαστή και της κάρτας γραφικών. Το εύρος ζώνης της ISA κάρτας γραφικών προκαλούσε μια συμφόρηση, όταν οι χρήστες χρησιμοποιούσαν γραφικό λειτουργικό σύστημα, ενώ το εύρος ζώνης της PCI κάρτας γραφικών είναι κάπως μικρό για τη νέα τάση, που απαιτεί όλο και υψηλότερη απόδοση από την κάρτα γραφικών: τα 3Ω γραφικά. Η AGP κάρτα διευθετεί αυτό το πρόβλημα καθορίζοντας ένα νέο interface για τις πληροφορίες των γραφικών, που τετραπλασιάζει το θεωρητικό εύρος ζώνης των τωρινών PCI διαύλων και έχει τη δυνατότητα να αυξήσει ακόμα την απόδοση.

Ο AGP είναι μια θύρα και όχι ένας δίαυλος, καθώς ο δίαυλος μπορεί να υποστηρίζει πολλές συσκευές ενώ ο AGP δεν μπορεί να το κάνει αυτό, αλλά παρέχει μια, από σημείο σε σημείο, σύνδεση μεταξύ της κάρτας γραφικών και του επεξεργαστή. Ο AGP βασίζεται σε μια PCI 2.1 64-bit επέκταση. Ειδικά σχεδιασμένος για γραφικά, ο AGP έχει διάφορα άλλα πλεονεκτήματα σε σχέση με τον PCI, που τον έχουν κάνει ιδανικό για επεξεργασία γραφικών.

Διαχείριση διαύλου

Η διαχείριση δίαυλου είναι μια βελτίωση που επιτρέπει στην κάρτα γραφικών να καταλάβει το δίαυλο του συστήματος (αν υποστηρίζει διαχείριση διαύλου), έτσι ώστε η κάρτα γραφικών να λειτουργήσει μεταφέροντας δεδομένα από και προς την κύρια μνήμη άμεσα. Αυτό βελτιώνει την απόδοση σε συγκεκριμένες λειτουργίες των γραφικών, κυρίως συναρτήσεις επιτάχυνσης των 3D γραφικών, που χρησιμοποιούν τη μνήμη του συστήματος. Οι περισσότερες λειτουργίες δουλεύουν στη μνήμη της κάρτας γραφικών και έτσι δεν έχουν κάποιο κέρδος από τη διαχείριση διαύλου.
Συνδετήρας κάρτας γραφικών

Πολλές κάρτες γραφικών περιλαμβάνουν αυτό που αποκαλείται συνδετήρας κάρτας γραφικών. Πρόκειται για ένα επιπλέον συνδετήρα, που χρησιμοποιείται για να συνδεθεί η κάρτα γραφικών με άλλες συσκευές γραφικών όπως είναι οι 3D επιταχυντές, οι MPEG αποκωδικοποιητές και κάρτες συλλογής video. Ο λόγος που αυτοί οι συνδετήρες χρησιμοποιούνται είναι γιατί επιτρέπουν άμεση μεταφορά των γραφικών, μεταξύ αυτών των συσκευών και της κάρτας γραφικών, χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιήσουν τον κύριο δίαυλο του συστήματος. Ακόμα και υψηλής απόδοσης τοπικοί δίαυλοι μπορεί να "βαλτώσουν" όταν προσπαθήσουν να μεταφέρουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων.

Υπάρχουν διάφοροι σύνδεσμοι καρτών γραφικών στην αγορά:

· Video Feature Connector (VFC): Αυτός ο σύνδεσμος κάρτας ήταν μέρος των τυπικών προδιαγραφών του VGA. Οι τυπικές VFCs είναι 8-bit υποδοχές, που χρησιμοποιούν 26-ρίn συνδετήρες και είναι περιορισμένες στη χαμηλότερη ανάλυση και βάθος χρώματος της τυπικής VGA. Πρόκειται για ένα απαρχαιωμένο πρότυπο και δεν χρησιμοποιείται από τις καινούριες κάρτες.
· VESA Adνanced Feature Connector (VAFC): Αναπτύχθηκε από τη VESA σαν μια επέκταση της VFC. Η VAFC διεύρυνε την υποδοχή από 8 bits σε 16 ή 32 και παρείχε βελτιωμένη σήμανση, για μεγαλύτερη αξιοπιστία. Η VAFC παρέχει ένα υψηλού εύρους ζώνης κανάλι μεταφοράς στην κάρτα γραφικών και χρησιμοποιεί ένα 80-ρίn συνδετήρα.
· VESA Media Channel (VMC): Πρόκειται για ένα πιο προχωρημένο πρότυπο, που καθορίζει ένα άλλο δίαυλο μέσα στον υπολογιστή, για ταυτόχρονη αλληλεπίδραση πολλαπλής ροής γραφικών. Αυτό το σύστημα επιτρέπει σε διάφορες μονάδες να ενωθούν με ένα είδος "από την πίσω πόρτα" διαύλου και χρησιμοποιεί 68-ρίn συνδετήρα.

"Εύρος σε bits" κάρτας γραφικών και εύρος διαύλου συστήματος

Είναι πολύ συνηθισμένο για τις κάρτες γραφικών, να αναφερόμαστε σε αυτές μέσω ενός μεγέθους σε bits. Για παράδειγμα μια κάρτα γραφικών μπορεί να ισχυρίζεται ότι είναι 32 bits, 64 bits ή ακόμα και 128 bits σε μέγεθος. Είναι πολύ βασικό να γίνει κατανοητό, το τι αυτό σημαίνει. Αναφέρεται μόνο στα πόσα δεδομένα η κάρτα μπορεί να χειριστεί εσωτερικά. Είναι δηλαδή το εύρος του διαύλου μεταξύ του επεξεργαστή της κάρτας και της μνήμης της. Όταν η κάρτα συνεργάζεται με τον επεξεργαστή του συστήματος χρησιμοποιεί το εύρος του διαύλου στον οποίο είναι συνδεδεμένη. Αυτό σημαίνει 16 bits για ISA κάρτες, 32 bits για VLB, PCI και AGP.

Ενώ, μια κάρτα γραφικών που είναι 128 bits φαίνεται να έχει τη διπλή ταχύτητα από μια με 64 bits (οι κατασκευαστές των καρτών δεν κάνουν κάτι για να αποφευχθεί αυτή η σύγκριση), ωστόσο το εύρος των bits είναι μόνο ένας παράγοντας στη συνολική απόδοση.

Χρησιμοποίηση πόρων από την κάρτα γραφικών

Συγκρίνοντας τις με άλλα μέρη του υπολογιστή, οι περισσότερες κάρτες γραφικών δε χρησιμοποιούν πολλούς πόρους του συστήματος και μέρη του υπολογιστή που ανταγωνίζονται με τις κάρτες γραφικών είναι σχετικά σπάνια. Οι συμβατές με VGA κάρτες γραφικών (ουσιαστικά όλες) χρησιμοποιούν τις διευθύνσεις εισόδου/εξόδου από 3Β0 έως 3ΒΒ και από 3CO έως 3DF. Αυτό είναι γνωστό στους κατασκευαστές περιφερειακών και αποφεύγουν αυτή την περιοχή.

Κάποιες κάρτες γραφικών χρησιμοποιούν ένα IRQ και κάποιες όχι. Αυτές που χρησιμοποιούν ένα IRQ είναι συνήθως PCI κάρτες, που χρησιμοποιούν ένα από τα IRQs που χρησιμοποιούνται για τα PCI περιφερειακά. Πρόκειται συνήθως για τα IRQ11 ή IRQ12.