Zobrazenie – výstup počítača
Obraz viditeľný na monitore je vytváraný zložitým postupom. Aplikácia, ktorá potrebuje zobraziť nejaký objekt na obrazovke je spracovaná procesorom – CPU, ten vyšle príkaz grafickému interfejsu (grafickému) driveru, ktorý je spojnicou medzi hardvérom grafickej karty a operačným systémom. Ovládač vyšle digitálne údaje v novom formáte na renderovanie grafickej karte. Dáta sa presunú po zbernici PCIE, alebo AGP do vyrovnávacej pamäte systému (buď priamo na karte alebo v systémovej pamäti). Dáta sa spracujú – ak ide o 3D objekt ten je „dodaný“ vo forme polygónov, textúr a efektov (oheň, hmla, záblesk…). Výsledný 3D obraz vrátane efektov, trojrozmernej hĺbky obrazu, osvetlenia scény tieňov a následného pohybu je vygenerovaný v pamäti grafickej karty pomocou API a prerenderovaný do 2D obrazu na jednotlivé body. Digitálne údaje sú premenené na body, z ktorých sa skladá výsledný obraz na monitore. Pre rozlíšenie 1280 x 1024 bodov, musí grafická karta na vykreslenie jednej obrazovky vypočítať polohu a farbu pre 1.310.720 bodov. Tento proces sa opakuje 50 – 200x za sekundu. Body sú prevedené pomocou RAMDAC na analógový signál potrebný pre analógové monitory. Pre DVI je zasielaný do monitora priamo, v digitálnej forme.
Grafická karta
Grafická karta (iné názvy: grafický adaptér, videoadaptér, videokarta) je komponent počítača, ktorý zabezpečuje zobrazenie informácií na zobrazovacej jednotke, napríklad na monitore. Grafická karta je kombináciou (grafickej) pamäte (obvykle DRAM resp. jej modernejšie verzie DDR2, GDDR2 – GDDR5) a grafického procesora (videoprocesora). Grafický procesor spracúva informácie z centrálneho procesora (CPU), a výsledok zobrazuje na monitore prostredníctvom analógového (D-SUB, DVI), respektíve digitálneho (DVI, HDMI alebo Display Port) výstupu. Súčasťou karty (okrem podporných logických obvodov a radičov) je aj RAMDAC – digitálno analógový prevodník. Niekedy (najmä u lacnejších počítačov a počítačov nevyžadujúcich grafický výkon), je grafická karta (grafický čip a podporné obvody) integrovaná na matičnej doske, prípadne je priamo integrovanou súčasťou čipovej sady (chipset). Obvykle je potom grafická pamäť zdieľaná s operačnou pamäťou procesora. Takéto riešenie ide samozrejme na úkor výkonnosti v zobrazovaní grafiky, a aj na úkor výkonu samotného hlavného procesora. Moderné integrované riešenia sú však schopné nahradiť externé grafické karty s 3D akceleráciou nižšej triedy. Dôležité parametre grafickej karty sú: rýchlosť (bodová frekvencia/riadková a snímková frekvencia), rozlíšenie (počet zobrazených bodov v oboch smeroch), farebná hĺbka (počet zobraziteľných farieb, často vyjadrené počtom bitov), veľkosť pamäte, jej typ a rýchlosť a typ zbernice prostredníctvom ktorej je karta pripojená ku matičnej doske. V minulosti výkonnosť grafických kariet určovala hlavne veľkosť pamäte ktorou karta disponovala. Bolo jasné, že grafická karta s pamäťou 32MB je výkonnejšia ako karta disponujúca len 16MB pamäťou. Hlavným parametrom výkonu grafickej karty je však dnes najmä typ použitého grafického procesora (GPU) a pamäťovej zbernice. Keďže je stále pomerne bežné medzi spotrebiteľmi posudzovať výkony jednotlivých kariet na základe veľkosti ich pamäte, výrobcovia často používajú marketingové triky – karty s nižším výkonom, resp. brzdené nedostatočnou šírkou pamäťovej zbernice, sú vybavené väčšou pamäťou, než akú sú schopné pri svojej činnosti využívať, aby vznikol falošný dojem výkonnosti. V počiatkoch znázorňovania 3D objektov v počítačovej grafike bolo požadované, aby sa trojrozmerná scéna prepočítala a zobrazila (vyrenderovala) za niekoľko minút. Dnešné grafické karty musia takýchto trojrozmerných scén zvládnuť okolo 70 za jedinú sekundu.
Grafický procesor
GPU (Graphics processing unit) je mikroprocesor optimalizovaný pre prácu s plávajúcou desatinnou čiarkou (floating point) a prednostne určený pre 2D a 3D renderovanie. Hlavnými atribútmi GPU sú frekvencia jadra (250 – 1100 MHz), počet pipeline (rozdelenie spracovanie jednej inštrukcie medzi rôzne časti procesora a tým aj dosiahnutie možnosti spracovávať viac inštrukcií naraz), vertex a fragment shadery prekladajúce 3D obraz charakterizovaný linkami, plochami a výplňami (vektorový obraz) do 2D obrazu reprezentovaného bodmi zobraziteľnými na 2D zobrazovacom zariadení. GPU obsahuje radič pamäte, unifikované shadery, TMU jednotky, ROP jednotky a ďalšie. Unifikované shadery Shader je mikroprogram slúžiaci na riadenie jednotlivých častí grafického reťazca grafickej karty. Používa špecializované programovacie jazyky (shader jazyky – napr. GLSL pre OpenGL, Cg alebo HLSL pre DirectX). Tento program je potom preložený prekladačom do strojového kódu grafickej karty. Každá firma má svoju vlastnú architektúru shaderov. Sú programovateľné a vďaka tomu nemusí počítať iba zobrazovateľné dáta, ale aj vedecké výpočty, šifrovanie a iné. Shadery sa rozdeľujú na niekoľko základných typov podľa toho, pre ktorú jednotku grafického reťazca sú určené. V súčasnosti patria medzi najdôležitějšie vertex, pixel a geometry shader. Radič pamätí – stará sa o komunikáciu medzi grafickou pamäťou a GPU. TMU jednotka (Texture mapping unit) – mapuje textúry na objekty. ROP jednotka (Render Output unit) – zabezpečuje výstup dát z grafickej karty.
Grafická pamäť
Ak je grafická karta integrovaná na matičnej doske, používa pamäť RAM počítača (zdieľaná pamäť – menšia priepustnosť). Ak je pamäť na karte, tak je označená ako VRAM (Video RAM). Kapacita VRAM u moderných kariet dosahuje 256 – 3 072 MB. Pred rokom 2003 bola typicky používaná pamäť typu DDR, teraz sa používajú pamäte typu DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5. Obnovovacia frekvencia pamätí je 400 – 6 600 MHz. Dôležitou súčasťou video pamäte je tzv. Z-buffer, v ktorom sú uložené hodnoty koordinátov (súradníc) pri zobrazení v 3D režime.
Video BIOS
Video BIOS (firmware) je čip obsahujúci základný program ovládajúci operácie na grafickej karte, a vykonáva inštrukcie dávané grafickému procesoru z hlavného procesora. Má na starosti aj správu pamäti VRAM (časovanie, operačná rýchlosť, napätia a iné…) Niekedy je umožnený zápis do BIOSu (BIOS je odomknutý) a je možné zmeniť hodnoty napr. časovania pamätí (pretaktovanie). Táto činnosť je však potenciálne pre kartu nebezpečná – po zadaní nesprávnych parametrov hrozí jej zničenie.
RAMDAC
Digitálno – analógový prevodník (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) prevádza digitálny signál z procesora grafickej karty do analógovej formy pre monitor (displej). V závislosti od použitého počtu bitov sa líši aj použitá obnovovovacia frekvencia. S CRT monitorami je najpoužívanejšia frekvencia 75 Hz. LCD panel s digitálnym vstupom už RAMDAC nevyžaduje. Prepojenie je priamo digitálne (DVI konektor, HDMI alebo DisplayPort).
Výstupy
Na grafických kartách býva viacero konektorov slúžiacich na prepojenie karty a monitora, alebo iných prídavných zariadení.
SVGA (D-Sub) – Konektor určený pre analógové VGA. Problémom pri jeho používaní je rušenie, deformácia obrazu, deformácia bodu.
DVI – Digitálny výstup určený pre novšie LCD a plazmové displeje. Využíva natívne rozlíšenie. Každý bod je jednoznačne určený.
S-Video (TV výstup) modulovaný videosignál pre televízory, videá….
Kompozitné video (výstup) kompozitný videosignál pre TV a videorekordér (Cinch konektor)
RGB (5 konektorov, každá farba zvlášť + vertikálna a horizontálna synchronizácia, BNC konektory, analógový výstup pre drahšie obrazovkové monitory)
HDMI – výstup s vysokým rozlíšením (2003)
Display port – digitálny výstup s integrovaným zvukom
Zbernica pre grafickú kartu na základnej doske
ISA: 16 bitová architektúra, 8 MHz, používaná od 1981, dominantná technológia v 1980.
MCA: 32 bit, 10 MHz. 1987, nekompatibilná s ISA.
EISA: 32 bit, 8.33 MHz. 1988, kompatibilná s predchádzajúcimi typami. VESA: rozšírenie ISA. 32 bit, 33 MHz.
PCI: 32 bit, 33 MHz. nahradila všetky zbernice od 1993. Zaviedla rýchle dynamické prepojenie medzi zariadeniami na zbernici bez nutnosti nastavovania. Plná podpora Plug and Play [1] (PnP; P&P).
PCI-X zvýšila PCI na 64 bit a 133 MHz.
AGP: Vyčlenená len pre grafiku, 32 bit, 66 MHz.
PCI-Express: 2004, od 2006 PCI 2x.
Chladenie
So zvyšovaním výkonu grafických kariet stúpa aj stratový výkon, a karty sa čoraz viac nahrievajú. Dnešné moderné karty dosahujú stratový výkon extrémne až 500W, preto je už vyžadované prídavné chladenie pasívnymi, vyššie rady aj aktívnymi chladičami. Pri pretaktovaní je nutné karty chladiť dodatkovým chladením vrátane chladenia pamätí. Na chladenie sa používajú pasívne chladiče z hliníka, alebo medi, obvykle tiež s prídavným ventilátorom alebo heatpipe chladenie.