Příl. 2.
SEZNAM A VYSVĚTLENÍ VYBRANÝCH POJMŮ TÝKAJÍCÍCH SE PARAMETRŮ ZOBRAZOVACÍCH JEDNOTEK ELEKTRONICKÝCH SYSTÉMŮ Grafický čip (GPU – Graphic Procesor Unit) představuje hlavní část grafické karty. Zpracovává instrukce od mikroprocesoru, provádí vlastní výpočty a předává data převodníku, který je posílá monitoru. Grafické čipy vyrábějí specializovaní výrobci (S3, ATI, Cirrus Logic, Trident, SiS, Diamond, Creative nVIDIA, aj.) a lze podle nich usuzovat na kvalitu karty. Důležitým indikátorem kvality grafického čipu je jeho datová šířka (32 b až 128 b). Dnes jsou grafické čipy často integrovány přímo do základní desky, například u notebooků, kde je grafická paměť sdílená s operační pamětí. Pro grafickou práci se tak využívá část operační paměti. Hloubka pixelu (angl. bit per pixel, zkratka bpp) - počet bitů, které reprezentují daný pixel, určuje počet barev, kterých může pixel nabýt. Čím je větší počet bitů, tím větší je i možný počet barev. Hloubkou pixelu se rozumí počet bitů nutných pro reprezentaci jeho barvy. Někdy se jako hloubka pixelu přímo uvažuje tento počet barev. Více bitů na jeden pixel znamená také větší paměťovou náročnost uložení grafické informace. Běžně používané barevné hloubky jsou 256 barev, 32 tis. barev, 65 tis. barev (tzv. režimy High color) a 16,8 mil. barev a více. V tomto případě říkáme, že tyto zařízení jsou schopné zobrazovat tzv. pravé barvy (True Color). True Color RGB pracuje se třemi byty pro každý pixel. Pokud je v souboru více barev, než je výstupní zařízení schopno zobrazit, může docházet ke ztrátě barev, a tím i kvality obrazu. Tab. 28. Hloubka pixelu (upraveno podle: http://www.fce.vutbr.cz/studium/materialy/BU01/BU01_M05.pdf)
Počet barev Hloubka pixelu Zobrazení barev 2 1 bit monochromatický obraz 16 4 bity základní barvy 256 8 bitů = 1 byte indexované barvy 65 536 16 bitů = 2 byty High Color 16,8 miliónů (přesně 16 777 216) 24 bitů = 3 byty True Color 4,3 miliardy (přesně 4 294 967 296) 32 bitů = 4 byty True Color Horizontální vychylovací frekvence (H Sync) - množství řádků, které je monitor schopen vykreslit za sekundu. Obvykle se udává v kHz (kilohertzech). Chceme-li například zobrazit rozlišení 800 x 600 bodů s obnovovací frekvencí 75 Hz, pak provedeme následující výpočet: 600 x 75 = 45000 Hz = 45 kHz. Microsoft DirectX - sada rozhraní programování multimediálních aplikací (APIs - Application Programming Interfaces) firmy Microsoft, zabudovaných do operačního systému Microsoft Bc. Ivana Hališková, GÚ PřF MU Brno 2007.
Příl. 2.
Windows. DirectX umožňují přístup softwaru k různým částem počítače (ke grafické a zvukové kartě, joysticku, myši, klávesnici apod.) bez nutnosti zadávat hardwarový strojový kód. Technologie byla poprvé představena roku 1995 a již představuje standard pro vývoj multimediálních aplikací Windows. Grafické karty většinou nabízí přímou podporu některé verze DirectX. Čím novější verzi karta podporuje, tím více má možností při používání 3D grafiky a zpravidla i větší realističnost 3D scén. V současné době je poslední verze DirectX 9.0c. Obnovovací frekvence – počet vykreslených obrazovek za sekundu, udává se v hertzech (Hz). Jednotlivé obrazovkové body (pixely) se vykreslují od bodu v levém horním rohu obrazovky po řádcích postupně k pravému dolnímu rohu. Je jednou ze základních charakteristik hodnocení kvality monitoru a obecně platí, že čím vyšší je obnovovací frekvence obrazu, tím stabilnější obraz vnímáme. Obraz musí být obnovován minimálně 40krát za sekundu, aby lidské oko nepozorovalo blikání obrazu. Velmi dobré monitory mají obnovovací frekvenci až 160 Hz, výrazně tak šetří oči a zmírňují únavu, protože obraz méně kmitá. Pro běžnou práci stačí obnovovací frekvence okolo 80 Hz, za spodní hranici se dnes považuje frekvence 75 Hz. Obnovovací frekvenci můžeme posuzovat zvlášť ve vertikálním a horizontálním směru. Paralelizace - u grafických karet je možné zpracovávat více dat najednou, a tak zkrátit dobu potřebnou pro vykonání určité operace (říkáme, že činnost grafických karet lze paralelizovat). Paralelizaci u grafických karet definujeme pomocí tzv. pipelines. Pipelines - paralelizaci u grafických karet definujeme pomocí tzv. pipelines. Pokud jedna pipeline zpracuje jeden pixel, pak dvě zpracují dva pixely. Dochází k nárůstu výkonu, zvýší se však i počet tranzistorů celého čipu a jeho spotřeba. Pixel fillrate - rychlost vykreslování jednotlivých pixelů na obrazovce. Mezi omezení sdílené paměti patří to, že limituje pixel fillrate. Abychom mohli umístit grafické jádro do paměti, je potřeba, aby mělo co nejmenší spotřebu a málo hřálo. Z tohoto důvodu se jádro co nejvíce „ořezává“. Nejrozšířenější grafická jádra jsou u nás v současnosti od Intelu. Jeho nejnovější GMA 950 v noteboocích nemá žádnou jednotku na zpracování vertexu (Vertex Shader) ani T & L jednotku. Aktuálně používané čipy ATI (Xpress 200 M, Xpress 11x0) obsahují jednotku na zpracování vertexů, ale jen velmi redukovanou. Nejrychlejší grafickou kartou u nás je v současné době nVIDIA GeForce 6100. Výhodou integrovaných grafických karet je jejich nízká cena.
Bc. Ivana Hališková, GÚ PřF MU Brno 2007.
Příl. 2.
Pixel Shader – programovatelná jednotka, která se stará o generování výsledného obrazu, který pak uživatel ve výsledku vidí na monitoru. Ten je složen z jednotlivých pixelů a Pixel shader tyto pixely generuje na základě informace o texturách, osvětlení atd. RAMDAC - speciální obvod na každé grafické kartě, jedná se o digitální analogový převodník, který převádí digitální data z paměti na analogový výstupní signál „srozumitelný“ monitoru. Frekvence, se kterou pracuje, se pohybuje mezi 135 – 350 MHz. Vyšší hodnota frekvence umožňuje vyšší rozlišovací schopnosti a větší obnovovací frekvenci. Rozměry zobrazovací plochy se vzhledem ke konvenčnímu poměru stran 4:3 udávají délkou úhlopříčky v palcích. Efektivní úhlopříčka bývá menší než úhlopříčka udávaná, často je tomu tak u CRT monitorů. Dnešní rozměry monitorů jsou 14“, 15“ a 17“ pro běžnou kancelářskou práci a pro profesionální grafické práce se používají 19“, 20“ a 21“. Fyzické rozlišení znamená počet obrazových bodů (pixelů) na displeji daný konstrukcí obrazovky (horizontálně x vertikálně). Často se používá následující označení: Tab. 29. Označení displejů podle jejich rozlišení (upraveno podle: http://www.mujnotebook.cz/ART-12/Graficke_karty_do_notebooku.html)
Označení VGA SVGA XGA QVGA SXGA+
Klasické displeje Rozlišení Označení (pixelů) 640 x 480 UXGA 800 x 600 QXGA 1024 x 768 QSXGA+ 1280 x 960 QUXGA 1400 x 1050
Rozlišení (pixelů) 1600 x 1200 2048 x 1536 2800 x 2100 3200 x 2400
Širokoúhlé displeje Rozlišení Označení (pixelů) WXGA 1280 x 800 SXGA 1280 x 1024 WSXGA+ 1680 x 1050 WUXGA 1920 x 1200 QSXGA 2560 x 2048
Rozteč bodů - vzdálenost dvou bodů na obrazovce. Pohybuje se kolem 0,28 - 0,25 mm. Rychlost sběrnice - důležitá je rychlost použité sběrnice, na kterou je grafická karta napojena. Čím větší je její rychlost, tím rychleji se mohou přenášet data z operační paměti do video paměti. Sběrnice - pod pojmem sběrnice obecně rozumíme soustavu vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače. Pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data. Zařízení, jako jsou procesor, koprocesor, cache paměť, operační paměť, řadič cache paměti a operační paměti a některá další zařízení, jsou propojena tzv. systémovou sběrnicí (CPU bus Central Processing Unit). Mezi nejčastěji využívané sběrnice v současné době patří (od nejpomalejší po nejrychlejší): PC bus, ISA (Industry Standard Architecture) neboli AT bus, EISA (Extended Industry Standard Architecture), VL bus (VESA Local Bus), PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP (Accelerated Graphic Port). Sběrnice PCI, vyrobená firmou Intel pro počítače s procesory
Bc. Ivana Hališková, GÚ PřF MU Brno 2007.
Příl. 2.
Pentium, má šířku přenosu 64 bitů nebo 32 bitů a může pracovat s maximální frekvencí 33 MHz. Tím je zajištěna propustnost sběrnice 132 MB/s (32 bitů) nebo 264 MB/s (64 bitů). Sběrnice AGP (Accelerated Graphic Port) - vysokorychlostní grafické rozhraní vyvinuté firmou Intel a navrženo speciálně pro 3D grafiku. Grafická karta není připojená přes univerzální PCI, ale přes další port (AGP), který komunikuje přímo s pamětí RAM a procesorem rychlostí 528 MB/s, a tím se operace zrychlují. Sběrnice AGP je však náročná na výkon počítače. Pro AGP jsou definovány 4 rychlosti přenosu: AGP 1x – 266 MB/s, AGP 2x – 533 MB/s, AGP 4x – 1,07 GB/s a AGP 8x – 2,1 GB/s. Shader Model - zkráceně SM, jedná se o specifikaci určující, jaké funkce musí karta umět. SM 1.x fungoval na principu, kdy se programovatelná jednotka (Pixel Shader) zařadila někam do stávající (pixel) pipeline a umožňovala několik základních výpočtů (sčítání, násobení, apod.) v omezeném počtu kroků. Vertex Shader se stal nadstavbou pro T & L jednotku. Nová specifikace SM 2.0 umožňuje plnit nové matematické instrukce a spustit složitější programy. Jedná se o minimální verzi, kterou vyžaduje Windows Vista pro běh svého grafického prostředí Aero. Pokud čipy od různých firem mají specifikaci SM 2.0, neznamená to, že mají stejné funkce. ATI a nVIDIA většinou přesáhnou nutné podmínky specifikace a naopak Intel se drží daného minima. SM 3.0 pak musí umět pracovat v programu s cykly a podmínkami a mimo jiné musí umět také zpracovávat jednotlivé barevné kanály v číslech s desetinnou čárkou. V únoru 2007 na trhu odpovídaly výše uvedeným specifikacím grafické karty Mobility Radeon řady X1000 a GeForce Go 6 a 7. Je tedy zatím dostupná pouze jedna sdílená grafická karta se SM 3.0 v notebooku – GeForce 6100. Šířka přenášeného pásma - šířka pásma je souhrnným parametrem charakterizujícím elektroniku monitoru, udává počet přenesených informací (překreslených bodů) za 1 sekundu. Udává se v MHz - megahertzech. Na obrazovku musí být přenesena informace pro každý luminiscenční bod. Pro rozlišení 800 x 600 a obnovovací frekvenci 75 Hz potřebujeme za jednu sekundu dopravit 800 x 600 x 75 x 1,5 údajů = 5906250 Hz = 59 MHz (1,5 je připočítáno na řídicí signály). T & L (Transform and Lightning) jednotka - samostatný prvek, který na sebe od procesoru přebírá základní výpočty související se zpracováním vertexů (vrcholů v 3D prostoru). Vertex Shader – programovatelná jednotka umožňující programátorům s vrcholy ve scéně provádět různé operace. To, co dříve musel zvládat procesor počítače, má nyní na starosti grafická karta a procesor má tak více prostředků na jinou práci. Tyto operace se mohou týkat například osvětlení, barvy atd.
Bc. Ivana Hališková, GÚ PřF MU Brno 2007.
Příl. 2.
Vertikální vychylovací frekvence (V sync) - kmitočet napětí přiváděného na vertikální vychylovací cívky, které pohybují paprskem doprava a doleva. Vertikální frekvence rozsvěcuje body na řádcích častěji a snižuje blikání obrazu, je proto velmi důležitým ergonomickým ukazatelem kvality. Obraz může být buď prokládaný (interlaced), kdy jsou na obrazovce nejdříve vykresleny sudé a pak liché řádky, nebo neprokládaný (non-interlaced). Je-li obraz prokládán, snižuje se jeho kvalita (např. televizní obrazovky). Lidské oko prokládání sice nevnímá, ale může způsobit jeho rychlejší únavu. Videopaměť je umístěna přímo na kartě, grafický čip do ní zapisuje informace o každém zobrazovaném bodu. Velikost paměti je závislá na rozlišení a počtu zobrazovaných barev, při větším rozlišení je potřeba paměť s větší kapacitou. Dnes se používaný počet barev pohybuje od 256, přes High Color, po True Color (32 b = 232 = 4,3 mld. barev), velikost videopaměti může být 32, 64, 128, 256 a 512 MB. Větší velikost a rychlost grafické paměti urychluje výkon grafické karty. Karta se sdílenou pamětí je levnější, ale zdaleka není tak výkonná jako karta s vlastní pamětí. Navíc notebook má pak k dispozici méně paměti RAM. Například notebook s 256 MB RAM a grafickou kartou 64 s MB sdílené paměti má volných jen 192 MB RAM (256 mínus 64). Paměti používané u grafických akcelerátorů máme: ZBuffer (paměť, která obsahuje v záloze několik obrazovek) a FrameBuffer (paměť, která obsahuje údaje o hloubce pixelů). Důležitým parametrem výkonu grafické karty je pro mnoho lidí právě velikost videopaměti. Posuzování podle paměti je však velmi zavádějící, důležitější je určení, zda je paměť sdílená, nesdílená nebo částečně sdílená. To předurčuje, jak rychle bude moci grafický čip do paměti přistupovat a zda při tom nebude zatěžovat i další zařízení (čím více sdílená grafika přistupuje do hlavní operační paměti, tím menší rychlost přístupu budou mít ostatní zařízení). U grafických karet je možné zpracovávat více dat najednou, a tak zkrátit dobu potřebnou pro vykonání určité operace (říkáme, že činnost grafických karet lze paralelizovat). Paralelizaci u grafických karet definujeme pomocí tzv. pipelines. Výrobní proces - výkonné karty mají většinou vlastní paměťové čipy, levnější grafické pak mívají paměť sdílenou s hlavním procesorem počítače. Pro specifika mobilního použití bývají grafické karty vybaveny různými technologiemi pro vyhlazování obrazu či úsporu energie. Pro orientaci o tepelném výkonu, spotřebě a pokročilosti technologie čipu lze použít i informaci o výrobním procesu (v mikronech). Čím je toto číslo menší, tím větší integrace byla při výrobě čipu dosažena.
Bc. Ivana Hališková, GÚ PřF MU Brno 2007.
