Документ описывает видеокарты как устройства, преобразующие графические данные для отображения на экране. В нем рассматриваются функции графического процессора, виды видеопамяти, интерфейсы подключения и категории видеокарт, а также их архитектура и основные компоненты. Подробно изложены процессы, связанные с рендерингом изображений, а также роль графического процессора и других частей видеокарты.

2.  Видеока́ртаВидеока́рта (известна также(известна также
каккак графи́ческийграфи́ческий
ускори́тельускори́тель,, графи́ческаяграфи́ческая
пла́тапла́та,, графи́ческая ка́ртаграфи́ческая ка́рта,,
видеоада́птервидеоада́птер,, графическийграфический
ада́птерада́птер) — устройство,) — устройство,
преобразующее графическийпреобразующее графический
образ, хранящийся, какобраз, хранящийся, как
содержимое памяти компьютерасодержимое памяти компьютера
или самого адаптера, в инуюили самого адаптера, в иную
форму, предназначенную дляформу, предназначенную для
дальнейшего вывода на экрандальнейшего вывода на экран

3. Обычно видеокарта является платой расширения иОбычно видеокарта является платой расширения и
вставляется в разъём расширения, универсальный (PCIвставляется в разъём расширения, универсальный (PCI
Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) илиExpress, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или
специализированный (AGP), но бывает и встроеннойспециализированный (AGP), но бывает и встроенной
(интегрированной) в системную плату (как в виде(интегрированной) в системную плату (как в виде
отдельного чипа, так и в качестве составляющей частиотдельного чипа, так и в качестве составляющей части
северного моста чипсета или ЦПУ). В этом случаесеверного моста чипсета или ЦПУ). В этом случае
устройство, строго говоря, не может быть названоустройство, строго говоря, не может быть названо
видеокартой.видеокартой. Современные видеокарты неСовременные видеокарты не
ограничиваются простымограничиваются простым выводом изображения, онивыводом изображения, они
имеют встроенныйимеют встроенный графический процессор, которыйграфический процессор, который
может производитьможет производить дополнительную обработку, снимаядополнительную обработку, снимая
эту задачу сэту задачу с центрального процессора компьютера.центрального процессора компьютера.
Например, всеНапример, все современные видеокарты Nvidia и AMDсовременные видеокарты Nvidia и AMD
(ATi)(ATi) осуществляют рендеринг графического конвейераосуществляют рендеринг графического конвейера
OpenGL и DirectX на аппаратном уровне.OpenGL и DirectX на аппаратном уровне.

4. 3D3D РендрингРендринг
Классический процесс построения изображения выглядитКлассический процесс построения изображения выглядит
примерно следующим образом:примерно следующим образом:
1.1. Графический процессор получает от игры подробную информацию оГрафический процессор получает от игры подробную информацию о
сцене.сцене.
2.2. После процессор приступает к построению трёхмерных моделей вПосле процессор приступает к построению трёхмерных моделей в
кадре, вычисляя какие элементы будут скрытыми относительнокадре, вычисляя какие элементы будут скрытыми относительно
точки наблюдения. Построение происходит по вершинам,точки наблюдения. Построение происходит по вершинам,
соединяемые гранями, тем самым получая каркасный видсоединяемые гранями, тем самым получая каркасный вид
( Wireframe), состоящий из множества полигонов. На этом этапе( Wireframe), состоящий из множества полигонов. На этом этапе
применяются вершинные шейдеры.применяются вершинные шейдеры.
3.3. Расчёт освещения, затенения сцены.Расчёт освещения, затенения сцены.
4.4. Текстурирование, на все видимые полигоны накладываютсяТекстурирование, на все видимые полигоны накладываются
предусмотренные игрой текстуры. Также применяются эффектыпредусмотренные игрой текстуры. Также применяются эффекты
пиксельных шейдеров.пиксельных шейдеров.
5.5. Готовая картинка передаётся в кадровый буфер.Готовая картинка передаётся в кадровый буфер.
Процесс построения изображения зависит от архитектуры GPU, котораяПроцесс построения изображения зависит от архитектуры GPU, которая
имеет свойство быть разной у различных моделей и меняться соимеет свойство быть разной у различных моделей и меняться со
временем.временем.

5. Графический процессорГрафический процессор ((GPUGPU)) –– являетсяявляется
главным элементомглавным элементом видеокарты. На неговидеокарты. На него
возложены такие задачи как расчёт трёхмернойвозложены такие задачи как расчёт трёхмерной
графики.графики.
ВидеопамятьВидеопамять – Второй важный элемент,– Второй важный элемент,
служит для хранения текстур, шейдеров ислужит для хранения текстур, шейдеров и
прочих данных связанных с графикой. Теснопрочих данных связанных с графикой. Тесно
связан с графическим процессором.связан с графическим процессором.
ИнтерфейсИнтерфейс – разъем (протокол) для– разъем (протокол) для
подключения к материнской плате.подключения к материнской плате.
SLI (Scalable Link Interface)SLI (Scalable Link Interface) –– технология длятехнология для
совместной работы двух видеокарт.совместной работы двух видеокарт.
Разъёмы вывода на мониторыРазъёмы вывода на мониторы – интерфейсы– интерфейсы
для подключения ЖК-мониторов.для подключения ЖК-мониторов.

6. Весь существующий на сегодня рынок видеокарт можно примерноВесь существующий на сегодня рынок видеокарт можно примерно
разделить на несколько категорий:разделить на несколько категорий:
1)1) Бюджетные видеокарты.( офисные ).Бюджетные видеокарты.( офисные ). - Эта категория определёна главным- Эта категория определёна главным
образом для Пк , в задачи которого входит просмотр стандартногообразом для Пк , в задачи которого входит просмотр стандартного
видео,видео,
работа с текстом, интернет, офисная работа и прочие не требующиеработа с текстом, интернет, офисная работа и прочие не требующие
сложных графических вычислений приложений.сложных графических вычислений приложений.
Как правило такие видеокарты интегрированы в материнскую платуКак правило такие видеокарты интегрированы в материнскую плату
( видеопрцессор расположен на "материнке" ).( видеопрцессор расположен на "материнке" ).
2)2) Игровые ( геймерские )Игровые ( геймерские ) - ориентация главным образом на мощные- ориентация главным образом на мощные
игровые приложения. Конкретно на игры в высоких разрешениях и сигровые приложения. Конкретно на игры в высоких разрешениях и с
высокой степенью реалистичности. По конструкции они представляютвысокой степенью реалистичности. По конструкции они представляют
собой отдельный блок на котором расположены все необходимыесобой отдельный блок на котором расположены все необходимые
компоненты. Вставляется видеокарта в материнскую плату черезкомпоненты. Вставляется видеокарта в материнскую плату через
специальный разъём.специальный разъём.
3)3) ПрофессиональныеПрофессиональные - предназначены для специалистов в области- предназначены для специалистов в области
анимации, графики, видеопроизводства. Компьютер на базе такойанимации, графики, видеопроизводства. Компьютер на базе такой
видеокарты представляет собой уже графическую станциювидеокарты представляет собой уже графическую станцию

7. Современная видеокарта состоитСовременная видеокарта состоит
из следующих частей:из следующих частей:
►Графический процессорГрафический процессор
►ВидеоконтроллерВидеоконтроллер
►ВидеопамятьВидеопамять
►Цифро-аналоговый преобразовательЦифро-аналоговый преобразователь
►Видео-ПЗУВидео-ПЗУ
►Система охлажденияСистема охлаждения

8. Графический процессорГрафический процессор
(Graphics processing unit — графическое процессорное
устройство) — занимается расчётами выводимого изображения,
освобождая от этой обязанности центральный процессор,
производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики.
Является основой графической платы, именно от него зависят
быстродействие и возможности всего устройства. Современные
графические процессоры по сложности мало чем уступают
центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят
его как по числу транзисторов, так и по вычислительной
мощности, благодаря большому числу универсальных
вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого
поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков
обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики,
блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно
разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и
блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

9. ВидеоконтроллерВидеоконтроллер
Отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт
команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для
монитора и осуществляет обработку запросов центрального
процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер
внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер
внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина
внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем
внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во
многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC.
Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно
имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих
независимо друг от друга и управляющих одновременно одним
или несколькими дисплеями каждый.

10. ВидеопамятьВидеопамять
Выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится
изображение, генерируемое и постоянно изменяемое
графическим процессором и выводимое на экран монитора (или
нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также
промежуточные невидимые на экране элементы изображения и
другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов,
различающихся по скорости доступа и рабочей частоте.
Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR,
GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в
виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте,
современные графические процессоры обычно используют в
своей работе часть общей системной памяти компьютера,
прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера
через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры
Uniform Memory Access в качестве видеопамяти используется
часть системной памяти компьютера.

11. Цифро-аналоговыйЦифро-аналоговый
преобразовательпреобразователь
(ЦАП, RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog
Converter) служит для преобразования изображения, формируемого
видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на
аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения
определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC
имеет четыре основных блока: три цифроаналоговых
преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный,
зелёный, синий - RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-
коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал —
получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в
сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма коррекции есть
возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее
цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по
каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу
отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не
используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают
второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы,
подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для
преобразования потока цифровых данных используют собственные
цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП
видеокарты не зависят.

12. Видео-ПЗУВидео-ПЗУ
(Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в
которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные
таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером
напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и
работу видеокарты до загрузки основной операционной системы,
а также содержит системные данные, которые могут читаться и
интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в
зависимости от применяемого метода разделения
ответственности между драйвером и BIOS). На многих
современных картах устанавливаются электрически
перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие
перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи
специальной программы.

13. Система охлажденияСистема охлаждения
Предназначена для сохранения температурного режима
видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.
Правильная и полнофункциональная работа современного
графического адаптера обеспечивается с помощью
видеодрайвера — специального программного обеспечения,
поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в
процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер
выполняет функции интерфейса между системой с запущенными
в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео
BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует
работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры
управления, доступ к которым происходит через
соответствующую шину.