Videokaart

Allikas: Vikipeedia
Illustratsioon videokaardi tööst
Videokaardi ülesehitus

Videokaart (ka graafikakaart, graafikakiirendi, kuvaadapter, videoadapter, graafikaadapter) on laienduskaart ja seade, mis muundab arvuti mälus oleva kujutise kuvarile arusaadavaks signaaliks. Võib öelda, et videokaart on omalaadne "tõlk" – ta võtab protsessorilt kahendsüsteemi andmed, mis peale mitmesugust töötlemist teisendab kõik need andmed pildiks, mida kasutaja kuvarilt näha võib. Kujutise loomine kahendsüsteemi andmetest on nõudlik protsess. Ruumilise, 3D-kujutise loomiseks peab videokaart esmalt looma juhtraamistiku sirgjoontest. Siis see kujutis rasterdatakse (täidetakse järelejäänud pikselid). Seejärel lisab videokaart valgustuse, tekstuuri ja värvid. Nõudlike graafiliste rakenduste puhul peab arvuti suuteline olema teostama seda protsessi kuuskümmend korda sekundis. Ilma videokaardita oleks vaja teostada selline hulk arvutusi, millistega paljud arvutid hakkama ei saaks. EGA standardi tulekuga oskasid videokaardid saata digitaalsignaali otse kuvarile, kus see muundati elektronkiiretorule vajalikuks analoogsignaaliks. EGA'le järgnenud uut standardit – VGA'd – toetav videokaart oskas väljastada juba analoogsignaali. Tänapäeval, tänu vedelkristallkuvarite laialdasele kasutamisele, väljastab videokaart nii analoog- kui digitaalsignaali. Uued videokaardid oskavad peale oma põhiülesande täita ka mitmeid lisafunktsioone, võimaldades näiteks kolmemõõtmelise ja kahemõõtmelise arvutigraafika kiirendatud renderdamist ning MPEG-4 dekodeerimist. Muid kõrge jõudlusega videokaarte kasutatakse graafiliselt nõudlike protsesside läbiviimiseks, näiteks nõudlike arvutimängude mängimiseks.

Osad videokaardid on integreeritud emaplaadile, mis on eriti tavaline sülearvutite puhul. Sellisel juhul on graafikaprotsessoril endal väga väike hulk kasutatavat mälu, mistõttu videokaart võtab kasutusele osa arvuti muutmälust, vähendades vaba muutmälu hulka. Sellised integreeritud videokaardid on tavaliselt väikese jõudlusega ning seetõttu ei ole populaarsed nõudlikumate kasutajate hulgas. Integreerimata ehk siis eraldiseisvad videokaardid omavad erinevalt integreeritud videokaartidest oma muutmälu ning graafikaprotsessorit, mis on spetsiaalselt mõeldud kujutiste töötlemiseks ning seeläbi vähendavad arvuti protsessori koormust. Väiksest jõudlusest hoolimata omavad 95% hetkelmüüdavatest arvutitest integreeritud videokaarti, mis jätab kasutaja enda otsustada, kas lisada juurde täiendav videokaart, või mitte.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Videokaardid on läbi käinud pika tee alates sellest, kui IBM esitles esimest esindajat 1981. aastal enda arvutiga IBM PC. Monokroomse kuvaadapteri nime (Monochrome Display Adapter – MDA) kandev kaart omas 4KB mälu ning oskas väljastada teksti näitavale kuvarile rohelist või valget teksti mustal taustal. 1987. aastal ilmus videokaartide maailma uus standard – VGA (Video Graphics Array). VGA standard sai vägagi laialt levinuks ning viis paljude nimekate firmade, näiteks ATI, S3 ja Cirrus Logic, loomiseni. VGA standardile järgnes juba Super VGA standard, mille eeliseks VGA ees oli parem lahutus, rohkem värve ning suur hulk mälu (2MB). Aastal 1995 väljastati esimesed 2D ja 3D videokaardid, mis võimaldasid 3D funktsioone. Need videokaardid olid arendatud firmade Matox, Creative, S3 ning ATI poolt. Aastal 1997 lõi firma nimega 3dfx esimese graafikaprotsessori nimega Voodoo, mis oli enda aja kohta väga võimas ning oskas kasutada 3D efekte. Varsti peale Voodoo ilmumist tõi 3dfx turule uue graafikaprotsessori Voodoo2, mille peale 3dfx konkurent NVIDIA tõi turule enda graafikaprotsessorid (TNT, TNT2). Samal ajal lõi Intel kiirendatud graafikapordi AGP, mis täitis tühimiku videokaardi ning mikroprotsessorite vahel. NVIDIA jätkas videokaartide turu vallutamist ning aastal 1999 muutus NVIDIA maailma peamiseks videokaartide tootjaks. Aastatel 1999–2001 olid põhiliselt fokusseeritud 3D graafikat puudutavate algoritmide täiustamisele. Mõne aja möödudes võeti videokaartides kasutusele ka DDR tehnoloogia, kuna nähti vajadust suurendada andmete edastamise kiirust videokaardi mälu ja graafikaprotsessori vahel. DDR'i tulekuga suurenes mälumahtude suurus 32 megabaidilt 128 megabaidini.

Tänapäeval on olemas videokaarte, mis vastavad kõrgtootlikule standardile QXGA ((Quantum Extended Graphics Array), võimaldades kuvada miljoneid värve pildilahutusel kuni 2040 x 1536 pikslit.

Ühendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Personaalarvuti videokaart ühendatakse emaplaadi ISA, MCA, VLB, PCI, AGP, PCI-X või PCI-Express siiniga. Hetkel on kõige levinumaks ühendumise viisiks PCI-Express ühendus. Videokaardi väljundi saamiseks ühendatakse videokaart omakorda kuvariga, kasutades VGA, DVI, S-Video, DMS-59 või HDMI ühendust.

Ühendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõige tavalisemad ühendused videokaardi ja kuvari vahel:

Vasakult paremale: Video In Video Out S-Video jaoks, DVI HDTV jaoks ning DE-15 VGA jaoks.

Ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Graafikaprotsessor[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Graafikaprotsessor

Graafikakaardi protsessor, nimega graafikatöötlusüksus (graphics processing unit – GPU), on sarnane arvuti protsessorile (CPU). GPU on kavandatud nimelt teostama keerulisi matemaatilisi ja geomeetrilisi arvutusi, mis on vajalikud graafika viimistlemiseks. Lisaks oma töötlusvõimsusele kasutab graafikaprotsessor (GPU) eriprogrammeerimisviisi abi andmete analüüsiks ja kasutamiseks. Kujutise kvaliteedi parandamiseks kasutab graafikaprotsessor:

  • Täisstseenset antiaalias põhimõtet (Full scene anti aliasing – FSAA), mis muudab kolmemõõtmeliste objektide servad sujuvamaks.
  • Anisotroopset filtreerimist (Anisotropic filtering – AF), mis muudab kujutise selgemaks ja teravamaks.

Tehnoloogia arengu tõttu ei pea videokaardil tingimata olema üks GPU – moodsamatel kaartidel võib GPU'sid olla kaks või enam. Kuna GPU toodab oma tööga tublisti kuumust, paikneb ta peal tavaliselt radiaator või jahutusventillaator. Graafikaprotsessor vähendab oma tööga arvuti keskprotsessori töökoormust.

RAMDAC[muuda | redigeeri lähteteksti]

RAMDAC on videokaardil asuv RAM'i kiip, mis muudab digitaalsignaali analoogsignaaliks. RAMDAC reguleerib videokaardi funktsioone. Sõltuvalt RAMDAC'is kasutusel olevatest bittide arvust ning andmevahetuskiirusest, suudab RAMDAC toetada erinevaid värskendussagedusi. Mõned kaardid omavad lausa mitut RAMDAC'i, mis võimaldavad suurendada tootlikkust ja ühendada kaardiga rohkem, kui ühe monitori. RAMDAC saadab lõpliku pildi läbi kaabli monitorile. CRT kuvarite puhul on värskendussagedust väga oluline hoida kõrgemal kui 75 Hz, kuna sellest madalam värskendussagedus väsitab "värisemise" tõttu liigselt silmi. Tehnoloogilise erinevuse tõttu ei ole nn "värisemine" LCD kuvarite puhul probleemiks. Digitaalsete kuvarite populaarsuse kasvu tõttu integreeritakse RAMDAC GPU sisse, mistõttu on ta iseseisva osana kadumas. Kõik hetkel kasutusel olevad LCD'd, plasmakuvarid ja televiisorid töötavad digitaalsignaalil, mistõttu nad ei vaja RAMDAC'i olemasolu.

Video BIOS[muuda | redigeeri lähteteksti]

Video BIOS on lihtne (ning tavaliselt kasutaja eest peidetud) programm, mis juhib videokaardi operatsioone ning sisaldab juhendeid selleks, et arvuti ning tarkvara saaksid suhelda videokaardiga. Video BIOS võib sisaldada informatsiooni videokaardi mälu viiteaegade, graafikaprotsessori töökiiruse ning voltide ning muude videokaardiga seonduvate parameetrite kohta. Mõned spetsialistid otsustavad parandada oma arvuti graafikakaardi tootlikkust seades käsitsi läbi Video BIOSE sätete graafikaprotsessori kella kiiruse kõrgemaks, see on tuntud kui juurdekruttimine (overclocking). Tavaliselt siiski krutitakse juurde mälu sagedust, sest GPU kella kruttimine võib põhjustada GPU ülekuumenemise, mis võib halval juhul teha taastumatut kahju videokaardile. Kuigi juurdekruttimine võib parandada tootlikkust, muudab see ka tootja garantii kehtetuks, sest kaardi tootja annab garantii ainult tootja poolt seadistatud tööreziimi kohta.

Videokaardi muutmälu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tüüp Taktsagedus (MHz) Ribalaius (GB/s)
DDR 166–950 1.2 – 30.4
DDR2 533–1000 8.5 – 16
GDDR3 700–2400 5.6 – 156.6
GDDR4 2000–3600 128–200
GDDR5 3400–5600 130–230

Kui graafikaprotsessor loob kujutise, siis ta vajab kohta, kus hoida infot lõpetatud piltide kohta. Selleks kasutab ta videokaardi mälu (RAM), ladustades andmed iga pikseli, tema värvi ja asukoha kohta ekraanil. Osa mälust (RAM) võib täita raampuhvri rolli, see tähendab, et hoitakse lõpetatud kujutisi, kuni saabub aeg neid kuvada. Tüüpiliselt töötab videomälu (RAM) väga kõrgel kiirusel ja omab ”kahepoolset sadamakaid” see tähendab, et süsteem võib andmeid lugeda ja kirjutada üheaegselt. Operatiivmälu (RAM) on ühendatud digitaal-analoog tõlgiga (digital-to-analog converter – DAC), mida tuntakse ka nimega RAMDAC, mis tõlgib kujutise kuvarile mõistetavaks analoogsignaaliks. Hetkel kasutusel olevate videokaartide muutmälu maht on vahemikus 128 MB kuni 4 GB. Tavaliselt kasutavad videokaardid spetsiaalset ning kiiret muutmälu, näiteks VRAMi, WRAMi, SGRAMi, jne. Aastal 2003 baseerus videokaartides kasutusel olev muutmälu DDR tehnoloogial. Aja möödudes on videokaartide tootjad läinud üle uutele ning palju kiirematele tehnoloogiatele, näiteks DDR2, GDDR3, GDDR4,GDDR5. Hetkel laiatarbekasutuses olevatel videokaartidel on mälude taktsammud vahemikus 400 MHz kuni 3.8 GHz.

Elektritarbimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Videokaartide arvutusvõimsuse kasvamise tõttu on suurenenud ka nende elektrinõudmised. Kuna protsessorite ning toiteplokkide tootjad on läinud effektiivsuse suurendamise teed, on videokaart muutumas kõige suuremaks elektritarbijaks arvutis. Moodsad videokaardid, mille elektritarbimine on suurem kui 75W, omavad seetõttu kuue- või kaheksaklemmilisi ühenduspesasid, et saada tööks vajalik elektrienergia otse arvuti toiteplokist.

Jahutusseadmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna videokaartide elektritarbimine on üha suurenenud, on kasvanud ka videokaartide poolt eraldatava soojuse hulk. Kui see soojus kasvab liiga suureks, siis videokaart võib ülekuumeneda ning lõpptulemusena lakkada töötamast. Seepärast kasutavad videokaardid erinevaid jahutusseadmeid, et suunata töö käigus tekkiv kuumus videokaardist eemale. Järgnevalt kaks kõige põhilisemat jahutusseadmete tüüpi, mis on kasutusel videokaartide juures:

  • Radiaator: passiivne jahutusseade. Suunab kuumuse eemale videokaardilt, kasutades soojusjuhtivat metalli (tavaliselt tehtud alumiiniumist või vasest). Õhk (või mõnel juhul vesi) toimib seejärel soojusvahetina, mis viib kuumuse videokaardist eemale.
  • Ventilaator: aktiivne jahutusseade. Ventilaatorid on tavaliselt kasutuses radiaatoritega, suurendades seeläbi soojusülekande efektiivsust. Liikuvate osade tõttu vajab ventilaator püsivat hooldust.

Videokaardi tarkvara[muuda | redigeeri lähteteksti]

DirectX ja OpenGL[muuda | redigeeri lähteteksti]

DirectX ja OpenGL on rakendusprogrammilised kasutajaliidesed ehk API-d. API võimaldab riistvara ja tarkvara siduda efektiivsemalt keerukamate ülesannete sooritamiseks, nagu näiteks 3-D graafiliste kujutiste viimistlus. Videokaartide arendajad optimeerivad intensiivse graafikakasutusega mänge tihti spetsiifilise API jaoks, mis on ka põhjuseks, miks uusimad mängud nõuavad sageli uuendatud DirectX või Open GL versioone korrektseks töötamiseks.

Draiver[muuda | redigeeri lähteteksti]

Draiver on programmijupp, mis seletab videokaardile, mida ta peab joonistama. Kui rakendus teatab operatsioonisüsteemi vahendusel, et aken A on tarvis viia punktist B punkti C, siis kuvaadapterile arusaadavasse keelde tõlgib selle just draiver. Draiver sisaldab infot käskudest, mida graafikaprotsessor on võimeline täitma ja mida mitte, ehk millised pildiosad on võimeline ta ise välja arvutama ning millised vaja jätta protsessorile. Süsteemi töökiiruse ja võimaluste seisukohalt on draiveril oluline tähtsus. Sageli on videokaardi või operatsioonisüsteemiga kaasas mitu draiverit, iga eraldusvõime ja värvussügavuse jaoks oma – järelikult võivad ka videokaardi võimalused eri reziimides erineda, olenevalt konkreetsest draiverist.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]