Temat 13 - Nowoczesne monitory i adaptery graficzne.

 

Karta graficzna – karta rozszerzeń komputera generująca sygnał dla ekranu monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest odbiór i przetwarzanie otrzymywanych od komputera informacji o obrazie oraz odpowiednie wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem monitora.

Podzespół ten jest też nazywany terminem karta VGA. Określenie to jest poprawne, choć nieco anachroniczne.

Spis treści

[ukryj]

Historia [edytuj]

Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków – tryb tekstowy.

Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) – tryb graficzny.

Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D.

Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D. Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni.

Typy [edytuj]

Wyróżniamy dwa typy GPU:

Przystosowane do pracy jako oddzielne karty graficzne:

Zintegrowane z mostkiem północnym:

W komputerach PC karty graficzne są najczęściej niezintegrowane z płytą główną (jest możliwa ich wymiana). Wadą kart zintegrowanych jest niemożność ich wymiany oraz znacznie słabsze wyniki w porównaniu z kartami niezintegrowanymi (spowodowane jest to m.in. koniecznością umieszczenia karty zintegrowanej na płycie głównej, a nie jako kartę rozszerzeń, a co za tym idzie - znaczne jej zmniejszenie).

Historyczne różnice w terminologii [edytuj]

Wraz z pojawieniem się kart Voodoo firmy 3dfx, które znacznie przyspieszały wyświetlanie grafiki trójwymiarowej, pojawił się termin akcelerator graficzny. Karty te wymagały bowiem obecności w komputerze zwykłej karty graficznej.

Pozostali producenci zdecydowali się na integrację akceleratorów grafiki trójwymiarowej z samymi kartami graficznymi, podobnie jak to miało miejsce z akceleratorami grafiki dwuwymiarowej. Później także firma 3dfx zdecydowała się zintegrować swoje akceleratory z kartami graficznymi.

Funkcje [edytuj]

Najważniejsze funkcje współczesnych akceleratorów graficznych to:

Poza tym karty graficzne oferują inne sprzętowe efekty, jak mgła, przezroczystość (dodatkowy kanał Alpha).

Budowa karty graficznej [edytuj]

Większość kart graficznych (i wszystkie współczesne) składają się z następujących elementów:

  • Procesor graficzny (GPU) – odpowiedzialny za generowanie obrazu w pamięci obrazu
  • Pamięć obrazu – VideoRAM, bufor ramki (ang. framebuffer) – przechowuje cyfrowe dane o obrazie
  • Pamięć ROM – pamięć przechowująca dane (np. dane generatora znaków) lub firmware karty graficznej, obecnie realizowana jako pamięć flash EEPROM
  • DAC (ang. Digital-to-Analog Converter) przetwornik cyfrowo-analogowy – odpowiedzialny za przekształcenie cyfrowych danych z pamięci obrazu na sygnał sterujący dla monitora analogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym DAC nie ma zastosowania.
  • Interfejs do systemu komputerowego – umożliwia wymianę danych i sterowanie kartą graficzną – zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express
  • Interfejs na slocie karty graficznej – zazwyczaj P&D, DFP, VGA, DVI, HDMI, DisplayPort

Wiele z kart graficznych posiada także:

  • Framegrabber – układ zamieniający zewnętrzny, analogowy sygnał wideo na postać cyfrową
  • Procesor wideo – układ wspomagający dekodowanie i przetwarzanie strumieniowych danych wideo; w najnowszych konstrukcjach zintegrowany z procesorem graficznym.

Układ chłodzenia [edytuj]

Większość kart graficznych do poprawnego działania potrzebuje układu chłodzenia. Najwięcej ciepła wytwarza GPU dlatego montuje się na nie same radiatory (chłodzenie pasywne) bądź z wiatrakiem lub turbiną (chłodzenie aktywne) która używana jest w chłodzeniach referencyjnych. Jej plusem jest to, że ogrzane powietrze jest wypuszczane po za obudowę komputera ponieważ radiator jest zabudowany plastikową obudową. Jest wydajna przy wyższych obrotach co wiąże się z dużym hałasem. Firma NVIDIA na procesor graficzny nakłada IHS czyli aluminiową osłonę mającą na celu lepsze rozpraszanie ciepła oraz chronić procesor przed uszkodzeniami. Następnym elementem wydzielającym ciepło są pamięć RAM karty graficznej. Często chłodzi je ten sam radiator co GPU. W starszych modelach kart pamięci nie posiadają dodatkowego chłodzenia. Na nowszych kartach posiadających dodatkowe złącza PCIe 6 pin lub 8 montowane są radiatory na sekcje zasilania. Jest ona chłodzona pasywnie. W radiatorach coraz częściej dodatkowo są montowane Heat pipe dla poprawienia wydajności układu chłodzenia. Nowsze karty graficzne NVIDII wydzielają więcej ciepła niż karty firmy AMD. Na referencyjnym chłodzeniu temperatura GPU waha się od około 40 - 100 stopni. Możliwa jest wymiana radiatora standardowego na chłodzenie wodne bądź inny, większy, bardziej wydajny radiator co podniesie karcie podatność na overclocking.

 

Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Karta_graficzna

 

Monitor to ogólna nazwa jednego z urządzeń wyjścia do bezpośredniej komunikacji operatora z komputerem. Zadaniem monitora jest natychmiastowa wizualizacja wyników pracy komputera.

Spis treści

[ukryj]

Historia [edytuj]

Pierwszy polski komputer XYZ z 1958 r. używał synchroskopu, wyświetlającego na ekranie oscyloskopu, zawartość 16 słów pamięci w postaci 16 rzędów po 36 jasnych i ciemnych punktów. Następnie używany był dalekopis (np. ZAM 41) lub elektryczna maszyna do pisania (np. Odra 1305). Rolę monitora komputera domowego przeważnie pełnił telewizor.

Obecnie używany jest monitor – ekran komputerowy, obsługiwany przez komputer zwykle za pośrednictwem karty graficznej. Podłączany jest najczęściej do gniazda 15-pinowego D-Sub. Do monitora sygnały przesyłane są w postaci analogowej (sygnały RGB). W monitorach profesjonalnych do zastosowań graficznych stosuje się specjalne karty graficzne i monitory, które podłączane są do karty graficznej za pośrednictwem złącz BNC, a każdy z kolorów jest przesyłany oddzielnie, co zmniejsza liczbę zniekształceń.

Istnieją także monitory podłączane do gniazda cyfrowego, gdzie sygnał do monitora przesyłany jest w postaci cyfrowej przez gniazdo DVI.

Podział [edytuj]

Podział współczesnych monitorów wygląda następująco:

Porównanie [edytuj]

Monitor CRT [edytuj]

  • jest wciąż tańszy od LCD (różnica ta jest już nieznaczna)
  • obszar faktycznie wykorzystywany jest mniejszy od nominalnego, np. monitor 15" faktycznie ma ekran od ok. 13,8" do 14" (w zależności od producenta)
  • posiada mniejszą plamkę i bezwładność, dla monitorów CRT już w połowie lat 90. (1994-1996) wycofano z produkcji monitory z plamką powyżej 0.28 (przekątna plamki), z handlu takie monitory zniknęły kilka lat później
  • posiada lepsze odwzorowanie kolorów
  • są większe, obecnie monitory 14" już nie występują, a monitory 15" są już prawie całkowicie wycofane z rynku (pozostały tylko nieliczne z bardzo dobrymi parametrami, UVGA i XVGA z plamką poniżej 0,25 mm)
  • dominują monitory CRT 17" i 19"
  • rozdzielczość można ustawiać dynamicznie bez problemów związanych ze skalowaniem
  • monitory CRT są ciężkie, zajmują dużo miejsca, ale cały czas są niezastąpione dla profesjonalnych aplikacji CAD/CAM
  • obraz jest widoczny pod każdym kątem (nie ma efektu zanikania obrazu przy patrzeniu pod ostrym kątem z boku)
  • nie występuje charakterystyczny dla większości obecnych matryc LCD problem z wyświetlaniem koloru czarnego
  • przez wielu graczy nadal uważany jest za lepszy, zwłaszcza w grach typu FPP.

Monitor LCD [edytuj]

  • jest zdecydowanie mniejszy gabarytowo niż CRT
  • zużywa mniej prądu
  • jest wolny od efektu migotania
  • w pierwszych modelach ekranów LCD występuje tzw. efekt smużenia, co oznacza, że niepoprawnie wyświetlany jest szybko zmieniający się obraz (filmy, gry)
  • oferuje pracę w różnych rozdzielczościach – np. 800x600 czy 1280x1024 lecz przystosowany jest do jednej rozdzielczości. Jej zmiana możliwa jest tylko w dół i działa na zasadzie skalowania, co pogarsza jakość obrazu.
  • nie odkształca obrazu – obraz jest odwzorowywany na niemal płaskiej powierzchni
  • optycznie ma większą przekątną niż analogiczne monitory CRT (np. LCD 15" jest w przybliżeniu równy CRT 16,5"), ze względu na to, że nie ma tzw. martwego pola
  • generuje słabsze pole magnetyczne i według wielu użytkowników, jest mniej szkodliwy dla wzroku.
  • czas reakcji jest nieporównywalnie większy niż w monitorach CRT (istnieją monitory LCD o porównywalnym do CRT czasie reakcji, jednak są to modele z najwyższej półki, chociaż popularyzują się i tanieją bardzo szybko). Wysoki czas reakcji wiąże się ze smużeniem (opisanym w punkcie 2).
  • większość modeli LCD nie potrafi poprawnie odwzorować czerni na monitorze (jest to spowodowane koniecznością podświetlania powierzchni monitora od tyłu na całej powierzchni ekranu).
  • w małej części modeli LCD czasami pojawiają się martwe piksele, które odwracają uwagę od wyświetlanego obrazu - nie zawsze powracają do normy.
Fragment ekranu monitora LCD w dużym powiększeniu

Problematyka budowy [edytuj]

Podstawowym problemem przy produkcji monitorów CRT jest taka ich konstrukcja aby z jednej strony nie miały zbyt dużych gabarytów, a z drugiej aby ich ekran był możliwie jak najbardziej płaski. Jest to trudne do osiągnięcia, gdyż powierzchnia lampy kineskopowej jest zawsze wycinkiem sfery (ewentualnie walca).

Monitory LCD wypierają swoją starszą konkurencję jaką są monitory CRT. Stopniowo poprawiają się parametry monitorów LCD oraz spadają ich ceny. Podstawowym problemem przy produkcji monitorów ciekłokrystalicznych jest osiąganie dużej rozdzielczości przy zachowaniu jak najmniejszej bezwładności. Bezwładność monitorów ciekłokrystalicznych wynika z faktu, że każdy piksel wyświetlanego obrazu musi być osobno włączany (lub wyłączany) przy każdym odświeżeniu obrazu. Piksele są włączane i wyłączane sekwencyjnie – jeden, po drugim. Czym większa rozdzielczość, tym potrzeba więcej pikseli, co powoduje, że na włączenie każdego z nich zostają coraz krótsze odcinki czasu. Minimalny czas włączenia/wyłączenia piksela jest zaś ograniczony czasem orientacji ciekłych kryształów w polu elektrycznym, które to zjawisko jest podstawą działania tych monitorów.

 

Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Monitor_komputera