Linux za početnike: grafički podsistem. Grafički hardver budućnosti

Nećemo se ponovo prisećati poslovice da je „sve novo“, već ćemo jednostavno pokušati na logičan način zaključiti do čega će 3D grafički akceleratori doći u bliskom i (čak) manje-više dalekom vremenu. Nećemo se raspravljati jednostavno, već u dijelovima. Dakle.

Eksterni interfejsi i izlaz slike

Nema sumnje da će nakon nekog vremena svi displeji (monitori, projektori, itd.) biti povezani na akcelerator preko digitalnog interfejsa. U početku će to biti plod evolucije specijalizovanog interfejsa (DVI), ali kasnije je sasvim logično očekivati ​​postepenu zamenu specijalizovane digitalne serijske magistrale njenom analognom opšte namene, na primer, jednom od potomci USB-a ili FireWire-a. Zašto sam tako siguran?

Prvo, rezolucija i, štaviše, broj kadrova uređaja za prikaz neće rasti tako brzo kao računarska snaga akceleratora. Razloga za to je više, a prvi od njih je ograničena rezolucija oka, zbog čega se slika sa 3..4 hiljade horizontalnih tačaka već percipira (u cjelini) kao monolitna i beskonačno detaljna. Drugo, brzina kadrova veća od 150..200 promjena slike u sekundi nema smisla čak i ako nema izglađivanja pokretnih objekata: skoro desetostruka superiornost u odnosu na kinematografsku frekvenciju omogućit će izglađivanje pokreta zbog inercije percepcije u oko, koje će se nehotice akumulirati i prosječiti u nekoliko kadrova za redom. Naravno, moguće su opcije - poput panoramskih i sferičnih displeja, ili stereo displeja koji zahtijevaju dvije slike za različite oči, ali sve one, na ovaj ili onaj način, mogu se zadovoljiti rezolucijom od oko deset hiljada horizontalnih piksela. Dalje povećanje rezolucije je moguće, ali se ne čini prioritetnim zadatkom - mnogo više truda (već sada) se troši na poboljšanje realističnosti slike nego na njeno izglađivanje.

Dakle, sporo (relativno) povećanje rezolucije i brzine kadrova će uskoro omogućiti konvencionalnim magistralama opšte namjene da služe kao kanal za prijenos informacija na monitor i druge uređaje za prikaz. Zašto je to važno? Zato što je veoma zgodno. Zamislite da se možete povezati na svaki od 6 USB portova (ako želite, na ekran). Zamislite da se najelementarnija kamera ili PDA može, po želji, povezati na projektor ili monitor preko istog interfejsa preko kojeg sinhronizujete i prenosite podatke na PC. itd. itd.

U udaljenijem vremenu, mogućnost povezivanja "sve-sa-svega" pomoću istih sučelja (+ otvoreni protokoli za prijenos podataka različitih formata) otvorit će odlične izglede, i to ne samo na polju prikazivanja vizualnih informacija.. .

Dakle, naš budući akcelerator ima prvi manje-više jasan element - jedan ili više univerzalnih eksternih portova zasnovanih na brzim serijskim sabirnicama. Inače, ne moraju se nalaziti na samoj akceleratorskoj ploči (modulu, kartici), već može koristiti i portove matične ploče za prijenos slike – tim više što će sistemska magistrala očito nadmašiti vanjske univerzalne periferne interfejse u propusni opseg.

U istom smislu, logično je očekivati ​​pojavu displeja i projektora sa ugrađenim radio interfejsima (već postoje prvi modeli projektora sa 802.11 varijantama). Očigledno je da će svi budući PC, PDA, laptopovi i drugi uređaji sadržavati nekakve bežične interfejse i prebacivanje slika na najbliži ekran, bez ikakve žične veze je vrlo zgodno, kako u poslovnim tako i u kućnim ili ličnim aplikacijama. Govoreći o displejima:

Displeji i drugi sistemi prikaza

Hajde da razgovaramo o pitanju demonstriranja slika koje se prenose iz akceleratora. Prvo, jasno je da će u bliskoj budućnosti praktički svi displeji postati ravni i koristiti neki oblik tehnologije ravnih ploča. Za sada ne govorimo o projektorima, ali većina njih danas koristi ne skenirajuće vakuumske cijevi, već minijaturne visokotemperaturne LCD matrice ili matrice s nizovima mikromehaničkih ogledala koji rade u prijenosu. Rezolucija i veličina ekrana će rasti, ali se tu ne može očekivati ​​ništa posebno novo - preveliki paneli nisu zgodni, pa čak i štetni - zauzimaju puno prostora i nije ih lako transportirati (težina, krhkost). Stoga će dimenzije veće od 20 inča po dijagonali i dalje biti povezane samo s određenim nišama. Idealno rješenje za velike veličine su određeni tipovi projektora – upareni s vrlo kompaktnim ekranima, oni mogu dati slike različitih veličina u prilično širokom rasponu, a istovremeno su sami po sebi prilično kompaktni uređaji.

Dakle, personalni displej budućnosti je ravan panel dijagonale od 17 do 20..24 inča sa rezolucijom od oko 3..4 hiljade horizontalnih tačaka i maksimalnom fizičkom stopom osvežavanja od oko 100 sličica u sekundi. Zatim u igru ​​dolaze razni projektori i kompozitni paneli. Prvi će dobiti veću rezoluciju i svjetlinu, opet do 3 ... 4 tisuće bodova - što ne samo da će omogućiti potpuno prikazivanje filmova vrlo visokog kvaliteta na njima, već će zahtijevati i nove standarde za snimanje, kompresiju i prijenos pokretnih image - čak su i napredni HDTV standardi daleko od takvih brojeva. Upravo u ovoj oblasti će se desiti najznačajniji napredak u pogledu kvaliteta snimanja, pohranjivanja i prijenosa slika. Ali ne smijemo zaboraviti da je glavna tema ovog članka 3D grafika u budućnosti.

Drugo, paneli koji mogu stvoriti trodimenzionalnu sliku bez upotrebe dodatnih sredstava, kao što su specijalne stereo naočale, bit će vrlo rasprostranjeni, ako ne i sveprisutni. Različite tehnologije ovdje mogu dati rezultate. U dalekoj budućnosti, holografske LCD matrice (ja lično poznajem bivše kolege studente koji su se bavili takvim istraživanjima za LG) će vjerovatno biti sposobne da reproduciraju više karakteristika uhvaćenog svjetlosnog toka od tradicionalnih sistema i da daju trodimenzionalnu holografiju u boji (!) slika. Ovakva rješenja zahtijevat će znatno veću rezoluciju matrice i poseban oblik prezentacije podataka, te stoga ne treba očekivati ​​da će se pojaviti u komercijalnim količinama u narednih pet godina. Moguća su i bilo kakva hibridna rješenja, u kojima difrakcijske dinamički podesive strukture odvajaju svjetlost od matrice za desno i lijevo oko, uz praćenje položaja glave i osiguravaju optimalnu dubinu zone stabilne percepcije stereo slike. I, konačno, najvjerovatniji sistemi u bliskoj budućnosti sa jednostavnim razdvajanjem slike za desno i lijevo oko, baziran na jednom LCD panelu. Takvi sistemi su već komercijalno dostupni. Očigledno je da će se u bliskoj budućnosti pojaviti rekonfigurabilne matrice, sposobne da rade i u režimu podele slike na dva oka i u režimu konvencionalne ravne matrice sa širokim uglovima gledanja - sa tehničke tačke gledišta, to ne predstavlja bilo kakve poteškoće.

Dakle, displeji budućnosti će biti tanji i lakši, i vjerovatno će imati stereo kao opciju koju morate imati. Ali, u području velikih veličina i rezolucija, u projekcijskim uređajima će se dogoditi mnogo impresivniji kvalitativni i kvantitativni skokovi.

Sistemska magistrala, memorijska sabirnica i prijenos podataka

Činjenica da će sve sistemske magistrale uskoro postati serijske nije tajna za većinu čitalaca. Vlasničke veze između komponenti čipseta, HT-a, PCI-Express-a, pa čak i LPC-a, jasno su pokazale implementaciju ne novog trenda prijenosa svega i svačega na serijske signalne kanale. Međutim, hajde da vidimo kako će tačno ovaj proces uticati na akceleratore. U bliskoj budućnosti će se pojaviti akceleratori sa PCI-Express interfejsom sa 16x propusnim opsegom - upravo to je slot za grafiku i druge PCI-Express kartice visokih performansi koje će imati prvi računari. Međutim, fleksibilna skalabilnost ove magistrale omogućava vam da idete dalje.

Zamislite da su 32 PCI-Express trake unaprijed ugrađene u čip sa mogućnošću dinamičke konfiguracije. Prvo, čim se pojave produktivne radne stanice (i čipsetovi) sa 32x slotova, biće moguće napraviti profesionalnu karticu baziranu na istom čipu. Drugo, možete napraviti serversku verziju kartice sa 8x (tipični slot za server), a nekoliko takvih kartica se može instalirati na server istovremeno. I konačno, ako je potrebno, možete napraviti rješenje s više čipova jednostavnim povezivanjem dva ili više čipova na ovaj ili onaj način, uz učešće drugih 16 kanala.

Ali ovo je samo početak. U budućnosti će memorijske magistrale također postati inteligentnije i dosljednije. Ovo ne samo da će olakšati skaliranje memorijskog opsega, već će i pojednostaviti raspored na ploči, jer podaci iz različitih kanala se možda neće prenositi sinhrono i, shodno tome, dužina provodnika ne mora biti ista. Ovo će povećati brzinu takta i smanjiti troškove ožičenja. Osim toga, pojedinačni dvosmjerni kanali, koji su nam već poznati iz PCI-Expressa, mogu raditi nezavisno jedan od drugog iu full duplex modu, tj. glavni problem kašnjenja pri intenzivnim pristupima akceleratora memoriji je problem prelaska iz režima čitanja na pisanje i problem paralelnih tokova podataka biće lepo i prirodno rešen. Kao rezultat toga, smanjit će se potreba za intenzivnim keširanjem nekih tipova podataka, a oslobođeni resursi na čipu mogu se baciti na najvažniju stvar - bafer okvira, potpuno ga smjestiti na čip i povezati ga s blokovima punjenja sa veoma širok autobus. Ipak, idemo ispred sebe.

A sada najzanimljiviji dio - i, zapravo, zašto bi serijska memorijska magistrala i serijska sistemska magistrala bile različite? Prije ili kasnije, možemo očekivati ​​sličnu, ako želimo, kompatibilnu, a možda i samo jasno kompatibilnu tehnologiju signala, koja će nam omogućiti da jednostavno opskrbimo čip sa 256 (ili bolje rečeno 256 + 32 + 8 - pogodite zašto ;-)) -brzine serijskih kanala i, u zavisnosti od volje programera određenog proizvoda, distribuirati ih za komunikaciju sa sistemom (procesor i čipset), za komunikaciju sa lokalnom memorijom, za komunikaciju sa drugim čipovima u multi-chip rešenju, kao i za različite ulazne i izlazne interfejse, na primer, jedan kanal se može dati čipu za snimanje video zapisa. U početku su kanali jednaki, a svaki od njih, na primjer, može zauzeti 4 susjedna pina čipa. Ovo će omogućiti da se drugi elementi rasporede na akceleratorskoj ploči kako srce programera želi, a zatim, bez mnogo oklijevanja, prošire kanale do njih od najbližih pinova čipa.

Očigledno je da takav pristup – široka lepeza identičnih i fleksibilno raspoređenih kanala za prenos podataka – ima više globalne perspektive. Prije ili kasnije (prije nego kasnije – vidi HT materijale), sistemska logika (čipseti) i procesori će također doći do slične šeme, što će na kraju omogućiti stvaranje apsolutno fantastičnih topologija računarskih sistema, kao skupova aktivnih komponenti povezanih pomoću autobusi različitog broja kanala - kao da su igračke sastavljene od dječijeg Lego konstrukcionog seta.

Arhitektura i programiranje akceleratora

Ujedinjenje koje se dešava je jasno vidljivo. Na primjer, jedinice temena i piksela (u daljem tekstu procesori) unutar akceleratora već imaju jedinstven sistem instrukcija i sličnu softversku arhitekturu (broj registara je različit, ali ne i načini rada s njima). Ali, čak i prije generalnog ujedinjenja, čekamo pojavu treće vrste procesora - procesora za generiranje vrhova ili, drugim riječima, "teselacije". I, shodno tome, nova vrsta shadera - teselacijski shaderi. Njegovo mjesto u grafičkom cevovodu je ispred vertex procesora:

Takođe, vrlo je vjerovatno da će se pojaviti poseban procesor za uzorkovanje, raspakivanje, filtriranje i generiranje tekstura.

Glavni zadatak teselacione jedinice je da kreira nove trouglove i vrhove na osnovu fleksibilnog programa (teselacioni sejder, TS), a zatim ih prenese u vertex shader (VS) za transformaciju i osvetljenje na koje smo već navikli. Ovaj pristup će omogućiti najopštiji način da se na akcelerator prenese konstrukcija primitiva višeg reda od trokuta, na primjer, glatkih spline površina. Prije svega, prisustvo ovakvog procesora će povećati kompleksnost scena i implementirati adaptivno detaljiranje modela i okruženja bez dodatnog opterećenja centralnog procesora i kanala za prijenos podataka sistema. Na primjer, problem izgradnje pejzaža s prilagodljivim detaljima, dobro poznat programerima simulatora, trenutno se ne može efikasno riješiti korištenjem akceleratora. Bilo koja rješenja izgledaju kao kompromis, a sa pojavom procesora za teselaciju, omogućit će vam da generišete prilagodljivi pogled na pejzaž u hodu, bez učitavanja sistemskog procesora ili magistrale.

Obratite pažnju na zeleni blok - ovo je procesor za filtriranje, uzorkovanje i obradu teksture. Trenutno se sve nestandardne operacije s teksturama, kao što su posebne metode filtriranja ili generiranje proceduralnih tekstura, izvode na razini pikselskih shadera, a neki zadaci, poput raspakivanja komprimiranih formata tekstura, samo su hardverski kodirani. . Međutim, mnogo je efikasnije dodijeliti poseban procesor za ovo, a to će biti urađeno u budućnosti. Sjenčari tekstura (TxS), već poznati iz softverskih paketa za realističnu grafiku, bit će odgovorni za generiranje proceduralnih tekstura na zahtjev, uzorkovanje, transformaciju i modificiranje vrijednosti regularnih tekstura, implementaciju optimalnih metoda kompresije i, što je najvažnije, posebne metode filtriranja, kao što je napredno anizotropno, stohastičko ili, što je vrlo važno za buduće aplikacije, filtriranje uzimajući u obzir kretanje objekta kako bi se implementiralo efikasno i kvalitetno izglađivanje pokretnih objekata.

Redovi podataka nalaze se između procesora, označeni strelicama na slici. Oni omogućavaju akumulaciju (i, ako je moguće, keširanje za ponovnu upotrebu) podataka izračunatih od strane jednog procesora za drugi, i na taj način izbjegavaju kašnjenja, omogućavajući procesorima da rade paralelno i asinhrono u odgovarajućoj mjeri. Upravo prisutnost tako jasnih jednosmjernih tokova podataka omogućava učinkovito paraleliziranje zadataka izgradnje slike, a u isto vrijeme ta činjenica nameće značajna ograničenja shaderima - na primjer, oni ne mogu imati nasumičan pristup podacima susjednih primitiva ili piksela, budući da mogu se izračunati paralelno ili još nisu izračunati. Međutim, imajući mogućnost, na ovaj ili onaj način, da snimimo tok podataka sa izlaza procesora shadera i pošaljemo ga nazad na ulaz, možemo (tako reći, "u nekoliko prolaza") implementirati složenije algoritme, uključujući nasumični pristup, iako na ne najsvarljiviji način.

U našem dijagramu, i procesor teselacije i procesor geometrije i procesor piksela mogu primati podatke od procesora za dohvaćanje teksture, a tanke crne strelice simboliziraju red zahtjeva za takvim podacima. Na primjer, kada generira teren, procesor teselacije može pristupiti karti visine pohranjenoj kao 2D tekstura, a procesor transformacije može koristiti teksturu kao mapu pomaka vrhova.

Pred nama je grafički akcelerator budućnosti. Osnovni koncept je skup više identičnih shader procesora (naravno, sa neograničenim dugim programom, opsežnim skupom instrukcija, uključujući dinamičku kontrolu izvršenja instrukcija - uslova, petlji i potprograma). Tokom snimanja, procesori su dinamički povezani jedan s drugim u određenoj topologiji, na primjer, ovako:

a između procesora (krugova) su organizovani jednosmerni i dvosmerni asinhroni redovi podataka kojima zapravo upravljaju kontroleri toka (pogledajte prethodni dijagram). Svaki kontroler je konfigurisan za određenu metodu skladištenja podataka (stog, red, samo slučajni pristup) i preuzima ekskluzivno vlasništvo nad delom brze interne memorije (keš memorije) akceleratora ili implementira pristup toku podataka iz lokalnog ili sistemsku memoriju van akceleratorskog čipa. Moguć je i način rada sa nasumičnim pristupom bez striminga, ali u stvarnim aplikacijama takve postavke treba izbjegavati na svaki mogući način, jer mogu značajno potkopati performanse kao rezultat loše optimiziranih pokušaja pristupa vanjskoj memoriji. Međutim, na ovaj ili onaj način, zbog intenzivnog keširanja i upotrebe predvidljivih obrazaca pristupa, ovaj se problem može riješiti na solidnu "4", iako ne u prvoj generaciji takvih akceleratora, otvarajući put poznatijim pristupima programerima, na primjer, na proizvoljno indeksiranje elemenata niza ...

Dakle, postoji mnogo mogućnosti. Ne samo alternativne metode filtriranja, odabira i generiranja vrhova i piksela, već i takve opcije kao što je shader koji programira novu metodu anti-aliasinga preko cijelog ekrana, pa čak i shader odgovoran za dinamičku preraspodjelu resursa (računarskih i memorijskih) akceleratora, tj svojevrsni "operativni sistem". Jasno je da je samom programeru izuzetno teško upravljati cjelokupnom komunikacijom blokova takvog čipa, ali to nije potrebno - to će biti odgovornost API-ja. Programer će formulirati zadatak u obliku skupa shadera za različite namjene (u stvari, funkcionira u određenom programskom jeziku visokog nivoa) i opisa strukture odaslanih i primljenih parametara, a samim tim i redoslijeda. u kojoj će podaci proći kroz te shadere. Ostalo preuzima API - DirectX ili OpenGL budućnosti. API kompajlira shader kod u mašinske instrukcije, optimizuje ih, konfiguriše interakciju redova i blokova i dodeljuje predmemoriju i druge resurse. Na primjer, postavlja se logično pitanje - koliko procesora dati za shader A, a koliko za shader B, da cijeli sistem bude što izbalansiran i da ni jedan milimetar silikona ne miruje. Odgovor na ovo pitanje nije jednostavan. Možete otprilike naznačiti važnost shadera u određenim jedinicama, čak i kada ga pišete na jeziku visokog nivoa, ili možete kreirati API koji analizira vrijednosti internih brojača performansi u čipu tokom konstrukcije okvira i dinamički preusmjerava procesore kako se aplikacija izvršava svake sekunde.

Zamislite - igrajući FPS, izlazite u vodu i više procesora ide na pikselne shadere, pojavljuje se detaljno čudovište, a malo više resursa odlazi na vertex procesore. Delikatan i mukotrpan posao balansiranja opterećenja na različitim akceleratorskim jedinicama, koji se trenutno implementira tokom programiranja aplikacije kroz prilično zamorne iteracije, pokušaja i grešaka, biće automatizovan na API i hardverskom nivou!

Novi i poboljšani pristupi slikanju

Naravno, s obzirom na to da nam je na raspolaganju tako fleksibilan sistem, ne možemo a da ne okrenemo pogled na alternativne metode izgradnje slike. Novi primitivi, na primjer volumetrijski (3D) poligoni sa datom mapom reljefa (precizno do jednog piksela!), kuglice ili glatke površine (ovaj put zaista glatke, a ne aproksimirane trouglovima). I, naravno, meke sjene: praćenje zraka postat će moguće za izračunavanje tzv. "Globalno" osvetljenje, dok se farbanje vrši na tradicionalan način. Želite li? -Molim te. Kombinovane metode koje koriste radiosity? - Nate. Oh, i u najgorem slučaju, dobro staromodno praćenje zraka unatrag može se lako implementirati. Pod uvjetom da će scena, čak i ako je opisana primitivima visokog nivoa, biti u potpunosti locirana u lokalnoj memoriji akceleratora. Tada ga on može tumačiti praktično bez učešća procesora.

Izglađivanje pokretnih objekata je nesumnjivo važno. To je ono što razlikuje realističnu kinematografsku grafiku od hardvera za igre, a zahvaljujući tome, crtani filmovi koji koriste kompjuterske likove izgledaju mnogo bolje pri 25 sličica u sekundi od svih najboljih pucača pri 120. Pristup anti-aliasingu treba biti uravnotežen - brute force, izraženo u proračunu N okvira umjesto jednog i njihovo naknadno usrednjavanje nije dozvoljeno. Kompetentna upotreba piksela, tekstura i posebnih anti-aliasing shadera, zajedno sa informacijama o brzini svake određene tačke, omogućit će vam da kreirate vrlo precizno i ​​kvalitetno anti-aliasing pokretne objekte, dok crtate samo jednu (!) sliku na vrijeme. Ključ za ovo je fleksibilna arhitektura akceleratora koju sam opisao.

I dalje će biti filca za krovove, oh-oh-oh

Zanimljivo je da pitanja napajanja, potrošnje energije i odvođenja toplote zabrinjavaju dizajnere modernih računara mnogo više od pitanja pouzdanosti. Treba očekivati ​​nove forme za akceleratore, u vidu nečeg sličnog procesorskom modulu (kartridžu), kakav je nekada bio Pentium II procesor ili, na primer, kakav je sada dizajniran Itanium. Metalna kutija, donji kontakt konektor, vertikalna instalacija na ploču. Unutra, akceleratorski čip i memorija. Interfejsi su prebačeni na matičnu ploču - svi podaci, uključujući video snimanje i rezultujuću sliku, idu u digitalnom obliku preko zajedničke sistemske magistrale.

Ishodi

• Dinamička alokacija resursa
• Veliki niz procesora istih mogućnosti
• Zajednički prekidač
• Veliki set kontrolera za red čekanja i pristupa memoriji
• Samo digitalni interfejsi, svi zasnovani na nizu serijskih sabirnica opšte namene
• Memorija koja radi direktno sa takvim sabirnicama
• Izlazni uređaji sa zajedničkim perifernim interfejsima kao i bežični interfejsi
• Fokusiranje na kvalitetu, a ne na rezoluciju ili, štaviše, na brzinu kadrova slike
• Stereo displeji.

Dakle, opklada je napravljena, doći će vrijeme, a ja ću moći da odgovorim koliko sam u procentima bio u pravu, a koliko u krivu ;-)

Nije tako dugo čekati.

Aplikacija

Pitanje je, kako se ova stvar razlikuje od CPU-a?

Odgovor 1 - fokus na efikasnu paralelnu obradu prilično jednostavnih tokova podataka, prisustvo specijalizacije.

Odgovor 2 - ako se strogo raspravljamo, onda što dalje, to praktično ništa.

Veoma je teško reći ko će prvi doći do tačke logičnog spajanja - ili će sledeći Intelov procesor naučiti da programski izračunava slike na nivou modernih kompjuterskih crtanih filmova (za šta nije potrebno toliko - ~ 20 godina) ili će sljedeći akcelerator iz NVIDIA-e ili ATI-ja naučiti kako pokrenuti Microsoft Windows ili (u najgorem slučaju) jedan od klonova Linuxa. Možda ovo.

Vjeruje se da je pradjed moderne video kartice MDA (Monochrome DisplayAdapter) adapter, predstavljen 1981. za IBM PC. Tadašnja video kartica je imala 4K bajta video memorije, radila je samo sa tekstualnim informacijama i sa rezolucijom od 720x350 piksela i mogla je prikazati 25 redova od 80 karaktera po redu na displeju. Boja slova zavisila je od tipa monitora: bijela, smaragdna ili jantarna, a sama slova su mogla biti prikazana u normalnom, podvučenom, inverznom (tamno na svijetloj pozadini) i trepćućem modusu. Daljnji razvoj MDA je 1982. godine izdala tada poznata kompanija Hercules i nazvana je HerculesGraphicsController (HGC). Hercules se razlikovao od MDA po svojoj sposobnosti da prikaže tekst u 132 kolone i 44 reda. Ali čak ni ova video kartica nije dozvoljavala rad sa grafikom. Treba napomenuti da je dužina HGC kartice bila preko 30 cm.

Slika 7. Video adapter HGC

I tek s izdavanjem CGA (ColorGraphicsAdapter) video adaptera, koji je postao osnova za naredne standarde, postalo je moguće raditi s grafičkim informacijama u boji u rezoluciji od 320x200 (4 boje) i 640x200 (monokromatski način), dok je memorija kapacitet video kartice je već bio 16 KB. Sve gore navedene kartice su koristile Multibus za komunikaciju sa računarom.

Sljedeći standard za video kartice - EnhancedGraphicsAdapter (EGA), razvijen 1984. godine, omogućavao je rad sa 16 boja iz palete od 64 boje istovremeno u rezoluciji 640x350. Kapacitet video memorije sada je bio od 64 do 256 KB, a deklarirana je i kompatibilnost sa CGA i MDA. Počevši od EGA, video adapteri su počeli da koriste "široku" ISA magistralu.

Sve gore opisane video kartice su povezane na monitor preko 9-pinskog konektora i prenosile su informacije u digitalnom obliku. Tek izdavanjem standardnog adaptera MCGA (MultiColorGraphicsAdapter - višebojni grafički adapter) došlo je do prelaska na analogni signal, budući da je paleta povećana na 262144 boje (64 nijanse za svaku od osnovnih boja Crvena / Zelena / Plava). Rezolucija ekrana koju je izdao MCGA pri radu sa tekstom bila je 640x400 sa 256 istovremeno prikazanih boja, za grafičke aplikacije - 320x200 piksela. Konektor za povezivanje sa monitorom dobija uobičajeni oblik za nas - 15-pinski "D-Sub". Još jedna karakteristika MCGA - tačka na ekranu je sada postala kvadrat(nekada je bio pravougaoni). To znači da će prikazani krug zaista biti krug, a ne elipsa.

Sljedeći korak u evoluciji kompjuterskog video podsistema je VGA (VideoGraphics Array), koji se pojavio 1987. godine. VGA adapteri su već podržavali rezoluciju od 640x480 i 256 boja (iz palete od 262144 boja), kapacitet memorije je bio 256-512 KB, a omjer širine i visine ekrana bio je jednak sada već poznatim 4:3.

I konačno, 1991. godine pojavili su se prvi SVGA (SuperVGA) adapteri koji su omogućavali rad u rezoluciji od 800x600 i 1024x768 piksela, broj prikazanih boja je povećan na 65536 (HighColor) i 16,7 miliona (TrueColor). Takođe postaje moguće da korisnik podesi brzinu osvježavanja ekrana monitora - do ovog trenutka ona je bila čvrsto vezana za određenu vrijednost. Memorija SVGA video adaptera je već bila preko 1 MB.

Razvojem grafičkih ljuski operativnih sistema (npr. Windows), video kartice su preuzele dio proračuna za konačni prikaz slike na ekranu, koje je obično obavljao centralni procesor: pomicanje prozora, crtanje linija, fontove i druge. Pojavom trodimenzionalnih igara, video kartice su dobile 3D akcelerator, koji je isprva izgledao kao zasebna kartica umetnuta u slobodan slot na matičnoj ploči - do ovog trenutka video adapter je omogućavao rad samo s dvodimenzionalnom grafikom ( 2D). Akcelerator je, po pravilu, bio uključen u prekid kabla između video kartice i monitora i preuzimao je video izlaz kada je to zahtevao program koji radi na računaru. Nadalje, razvojem tehnologije proizvodnje poluvodiča, grafički čip je počeo sadržavati sve potrebne blokove odgovorne za 2D i 3D grafiku.

Tada je dominantna u to vrijeme 3dfx kompanija (sva imovina 3dfx-a nakon bankrota prebačena na NVIDIA-u) uvela SLI tehnologiju (ScanLineInterleave - line interleaving), zahvaljujući kojoj je postalo moguće kombinirati dvije slične video kartice sa PCI magistralom za formiraju sliku koristeći metodu preplitanja linija, što je povećalo grafičke performanse, podsisteme i rezoluciju ekrana.

Slika 8. Upareni video akcelerator (SLI)

Slika 7 prikazuje Quantum3D ObsidianX-24 video karticu zasnovanu na dva Voodoo2 u SLI modu

Zaista, sve novo je dobro (u ovom slučaju vrlo dobro) zaboravljeno staro: skoro 15 godina kasnije, NVIDIA je oživjela SLI u video karticama za PCIe magistralu.

Slika 9. Video kartica sa AGP magistralom

Krajem 90-ih godina prošlog stoljeća, video adapteri su dobili vlastitu magistralu - AGP (Accelerated Graphics Port) i stekli karakteristike modernih video kartica: volumen lokalne video memorije dostigao je desetine megabajta, postalo je moguće emitirati video. na drugi prijemnik, na primjer, TV. Slika 8 prikazuje grafičku karticu baziranu na SiS315 sa AGP magistralom.

Gotovo sve moderne video kartice sastoje se od sljedećih glavnih komponenti:

Video memorija.

Čipset, (video čipset).

Video BIOS.

Generatori sata.

Princip rada video kartica (u formiranju dvodimenzionalne slike) ne razlikuje se mnogo od principa na kojima se zasnivao rad CGA adaptera. Centralni procesor računara generiše sliku (frame) u obliku niza podataka i upisuje je u video memoriju, odnosno u bafer okvira. Nakon toga, video čipset sekvencijalno, bit po bit, red po red, čita sadržaj bafera okvira i prenosi ga u RAMDAC (digitalno-analogni pretvarač podataka pohranjenih u memoriji). On, zauzvrat, generiše analogni RGB signal, koji se, zajedno sa signalima sinhronizacije, prenosi na monitor. Video memorija se skenira sinhrono sa kretanjem snopa po ekranu monitora, sinkronizacijski signali se generišu pomoću generatora takta ugrađenog u video karticu.

Jedan od najvažnijih računarskih uređaja koji se koriste za prikaz informacija je displej ili monitor (od monitor - uređaj za praćenje, kontrolu). Na ekranu se prikazuju podaci uneseni sa tastature, rezultati njihove obrade, kao i sve vrste servisnih informacija.

Displeji su jednobojni (odnosno jednobojni - crno-bijeli, sa žutom ili zelenkastom nijansom) i u boji. Osim toga, pravi se razlika između alfanumeričkih i grafičkih prikaza. U alfanumeričkim displejima, grupa piksela koja zauzima malu pravougaonu površinu ekrana i koristi se za smještaj slike jednog znaka čini poznatost. Na primjer, za raster 600 x 480, područje koje zauzima familijarnost formira grupa od 8x8 piksela. Slika simbola se formira na isti način kao što se slika bilo koje cifre poštanskog broja primaoca dobija iz grupe tačaka na poštanskoj koverti. Naglašavamo da alfanumerički displeji nemaju mogućnost rada sa jednim pikselom. Informacija se prikazuje na ekranu odjednom kao cijela familijarnost, simbol. Stoga se takvi displeji mogu koristiti samo za prikazivanje raznih vrsta tekstova. Slike, grafikoni, crteži, slike ne mogu se prikazati na alfanumeričkim displejima. Trenutno se alfanumerički displeji koriste za kontrolu raznih vrsta servera, odnosno tamo gde nije potreban prikaz grafike.

Grafičke displeje odlikuje činjenica da se stanje pojedinog piksela može kontrolisati iz programa, te su im stoga dostupne sve mogućnosti slikanja.

Glavne tehničke karakteristike displeja su:

Princip rada;

Veličina dijagonale ekrana;

Resolution;

Veličina zrna sita;

Frekvencija regeneracije;

Oblik ekrana;

Klasa zaštite.

Po principu rada, displeji na katodnoj cijevi (CRT, ili CRT - od Cathode Ray Terminal, odnosno terminal na katodnoj cijevi), tečni kristal (LCD, ili LCD - od Liquid-Crystal Display, to je ekran sa tečnim kristalima) i plazma displeji.

Princip rada monitora sa katodnom cijevi potpuno je isti kao i kod kućnih televizora. Elektronski pištolj, analog katode u elektronskim žaruljama sa žarnom niti, generira snop - usko usmjeren tok elektrona, koji, koristeći sistem odbojnih ploča, skenira površinu ekrana. Tačka presjeka zraka sa ekranom je piksel - elementarna jedinica slike. Uz pomoć kola za dekodiranje, na čiji ulaz ulazi kodirana slika, piksel se pretvara u jedno od dva stanja - crno ili bijelo: to omogućava formiranje jednobojnih slika. Za kreiranje slike u boji, u monitor su ugrađena tri elektronska pištolja - crvena, zelena i plava. CRT monitori su prilično velikih dimenzija, odlične reprodukcije boja i niske cijene.

Princip rada displeja sa tečnim kristalima zasniva se na svojstvima tečnih kristala, otkrivenih davne 1888. godine. Oni su viskozni organski molekuli, koji, s jedne strane, imaju strukturu sličnu strukturi kristala, as druge, ponašaju se kao tečni molekuli. Pokazalo se da optička svojstva tečnih kristala zavise od orijentacije molekula, a na orijentaciju molekula tečnog kristala može uticati električno polje, što stvara mogućnost softverski kontrolisanog snimanja.

LCD ekran se sastoji od dvije paralelne staklene ploče, među kojima je prostor ispunjen tekućim kristalima. Kod pasivnih matričnih displeja od tečnih kristala, mreža prozirnih elektroda se nanosi na staklene ploče. Na primjer, da bi se obezbijedila rezolucija ekrana od 800 x 600, mreža na zadnjoj ploči sadrži 800 vertikalnih žica, a mreža na prednjoj ploči sadrži 600 horizontalnih žica. Izvor svetlosti iza zadnje ploče osvetljava ekran iz unutrašnjosti monitora. Napon se primjenjuje na žice mreže, koja orijentira molekule na različite načine u različitim tačkama na ekranu, definirajući na željeni način boju, svjetlinu ili kontrast u svakoj tački, u svakom pikselu. U displejima s aktivnom matricom s tekućim kristalima, umjesto dva seta mreža, nalazi se sićušni element za prebacivanje napona električnog polja u blizini svakog piksela ekrana. Odgovarajućom promjenom napona elementa u svakoj tački moguće je kontrolisati sliku na ekranu.

Displeji od tečnih kristala su tanki i ravni. Njihova cijena je još uvijek veća od cijene monitora s katodnom cijevi. Štaviše, monitori sa aktivnom matricom su kvalitetniji i skuplji, dok monitori sa pasivnom matricom imaju blediju sliku, na njima su uočljiviji tragovi promene okvira, ali su i jeftiniji.

Najskuplji trenutno su plazma monitori, koji imaju visok kvalitet slike i mogu imati značajne dimenzije - do 1 m ili više dijagonalno sa debljinom od samo 10 cm.

Displeji napravljeni korištenjem OLED tehnologije (od Organic Light Emitting Diodes - organske diode koje emituju svjetlost) obećavajući su pravac u razvoju uređaja za prikaz podataka.

Prvo, ovi displeji ne zahtijevaju dodatno osvjetljenje, jer sama supstanca emituje svjetlost, a drugo, moguće je postaviti vrlo tanke ekrane na fleksibilnu podlogu.

Veličina dijagonale ekrana se meri u centimetrima ili inčima. Trenutno se proizvode monitori sa ekranima od 9 do 42 inča ili od 23 do 107 cm.Najčešći ekrani su 15, 17, 19 i 21 inča. Za standardne svrhe dovoljan je ekran od 17 inča. Ako imate puno posla sa grafikom, preporučljivo je odabrati monitore od 19 ili 21 inča.

Važna karakteristika displeja je rezolucija ekrana, koja određuje stepen jasnoće slike. Rezolucija zavisi od broja linija na celom ekranu i broja piksela po redu. Trenutno postoji nekoliko standardnih rezolucija, posebno: 800 x 600, 1024 X 768, 1152 x 864, 1280 x 1024, 1600 x 1200, 1600 x 1280, 1920 x 1200, 1920 x 1200, 1920 x 1200, 1920 x 1200, 1920 x 1920, 1920 x 1200, 1920. broj definiše broj piksela u liniji, a drugi - broj linija na ekranu. Rezolucija koju možete dobiti uvelike ovisi o stvarnoj veličini ekrana. Na primjer, za 17-inčni monitor, standardna rezolucija je 1024 x 768, a maksimalna rezolucija može biti 1600 X 1200.

Imajte na umu da CRT monitori imaju bolju rezoluciju, može dostići 2048 x 1536, dok najbolji LCD monitori imaju znatno nižu rezoluciju - do 1280 x 1024. Danas se smatra da je rezolucija 1024 x 768.

Kvalitet slike ne određuje samo rezolucija, već i tzv. zrnatost ekrana. Različiti proizvođači definiraju zrno kao stvarnu linearnu veličinu piksela ili udaljenost između dva susjedna piksela. Trenutno je ovaj parametar za većinu monitora 0,18-0,28 mm. Što je manja veličina zrna, to je monitor bolji, ali i skuplji.

Brzina osvježavanja (brzina osvježavanja) je parametar koji pokazuje koliko puta u sekundi se osvježava slika na ekranu. Bez takvog ažuriranja nemoguće je formiranje normalne vizualne percepcije televizijske slike, a nemoguć je i prijenos pokreta. Ako je brzina osvježavanja manja od 60 Hz, odnosno ako se osvježavanje događa manje od 60 puta u sekundi, tada se na slici pojavljuje treperenje, što negativno utječe na vid. Trenutno je brzina osvježavanja većine monitora 60-100 Hz, a standardom se smatra 85 Hz.

Ekrani monitora su ili konveksni ili ravni. Trenutno je većina ekrana, uključujući i one kućnih televizora, konveksna. Istovremeno, perspektivnijim modelima smatraju se monitori s ravnim ekranom, na primjer, model Trinitron, u kojem je ekran apsolutno ravan okomito i samo malo zakrivljen horizontalno.

Sa stanovišta sigurnosnog rada sa monitorima, potrebno je uzeti u obzir klasu zaštite monitora, koja je definisana međunarodnim standardima. Trenutno postoji standard pod nazivom TSO-2OO4, koji postavlja najstrože zahtjeve za nivo bezbednog elektromagnetnog zračenja za ljude, ergonomske parametre i parametre životne sredine, kao i parametre koji određuju kvalitet slike - osvetljenost, kontrast, treperenje, antiodsjaj i antistatička svojstva premaza monitorskog ekrana.

Za kreiranje slike na ekranu potrebna je druga komponenta računara, koja se zove video kartica, video kartica ili video adapter. Da budemo precizni, ovaj uređaj treba nazvati grafičkim kontrolerom. Video adapter je taj koji određuje rezoluciju monitora i broj prenošenih nijansi boja. Video adapter zajedno sa ekranom čine video podsistem računara. Trenutno se uglavnom koriste adapteri tipa SVGA (od Super Video Graphics Array - super video grafički niz) koji mogu prenijeti 16,7 miliona nijansi boja.

Da bi pružili toliki broj boja, kao i dobru rezoluciju, video adapteri sadrže vlastitu video memoriju prilično velikog volumena - 64 MB i više. Konstrukcija visokokvalitetnih slika i, osim toga, bilo koja njihova transformacija u pravilu zahtijeva veliki broj matematičkih operacija. Da bi se procesor računara oslobodio radnji sa slikama i time značajno ubrzao njihovu konstrukciju, kao i da bi se povećala ukupna efikasnost računara, savremeni video adapteri preuzimaju značajan deo ovih operacija. U ovom slučaju, dio posla na formiranju slike dodijeljen je hardveru adaptera - mikro krugovima video akceleratora, koji mogu biti uključeni u video adapter ili smješteni na zasebnoj ploči spojenoj na adapter. Postoje dvije vrste video akceleratora: ravni, ili 2D (od 2-dimenzionalni - dvodimenzionalni), i trodimenzionalni, ili 3D (od 3-dimenzionalni - trodimenzionalni). Standardne kompjuterske magistrale više ne ispunjavaju zahtjeve modernih video adaptera, posebno onih sa hardverskim ubrzanjem. Stoga su za njih razvijeni već spomenuti specijalizovani AGP autobusi.

Plan
Uvod

Uvod

Grafički sistem personalnog računara uključuje alate za rad sa video slikama.

Potrebne komponente grafičkog sistema su video kartica i monitor, kao i interfejsi koji ih opslužuju.

Dodatne komponente su često TV tjuner, kartica za video snimanje, projektor i drugi uređaji.

Video kartica Je uređaj koji pretvara sliku u memoriji računara u video signal za monitor. Obično je video kartica kartica za proširenje i ubacuje se u poseban konektor za video kartice na matičnoj ploči, ali se može i integrirati. Video kartice imaju ugrađeni grafički procesor (GP), koji obrađuje informacije bez učitavanja centralnog procesora računara.

Slika 1. Video kartice

1. Istorija razvoja video kartica

Jedan od prvih grafičkih adaptera za IBM PC bio je MDA (Monochrome Display Adapter) 1981. godine. Radio je samo u tekstualnom režimu sa rezolucijom od 80x25 karaktera (fizički 720x350 piksela) i podržavao je pet tekstualnih atributa: normalan, svetao, inverzan, podvučen i trepćući. Nije mogao prenijeti nikakvu boju ili grafičku informaciju, a boja slova je određena modelom monitora koji se koristi. Obično su bile crno-bijele, ćilibarne ili smaragdne.

Slika 2. Adapter MDA (monohromni adapter za ekran)

Slika 3. Sistem sa MDA (monohromatski adapter za ekran)

Kompanija Hercules je 1982. godine objavila dalji razvoj MDA adaptera, HGC (Hercules Graphics Controller) video adapter, koji je imao grafičku rezoluciju od 720 × 348 piksela i podržavao dvije grafičke stranice. Međutim, i dalje nije dozvoljavao manipulaciju bojama.

Slika 3. Video adapter HGC

Slika 4. Video adapter Hercules Thriller 3D TH2318SGA

Prva grafička kartica u boji bila je CGA (Color Graphics Adapter), koju je izdao IBM i koja je postala osnova za sljedeće standarde grafičkih kartica. Mogao bi da radi ili u tekstualnom režimu sa rezolucijama 40 × 25 i 80 × 25 (matrica simbola - 8 × 8), ili u grafičkom režimu sa rezolucijama od 320 × 200 ili 640 × 200. U tekstualnim modovima dostupno je 256 atributa simbola - 16 boja simbola i 16 boja pozadine (ili 8 boja pozadine i trepćući atribut), u grafičkom modu od 320 × 200, četiri palete od po četiri boje su bile dostupne, visoka 640 × 200 rezolucija je bila jednobojna.

Slika 5. CGA (grafički adapter u boji)

Slika 6. Kabl za povezivanje CGA adaptera i izlaznog uređaja (monitor, itd.)

Slika 7. CGA adapter utikač

Slika 8. Prikaz tekstualnih i grafičkih informacija CGA adaptera

Slika 9. Warcraft I igra na CGA adapteru

Kao razvoj ove kartice pojavio se EGA (Enhanced Graphics Adapter) - poboljšani grafički adapter, sa paletom proširenom na 64 boje, i srednjim baferom. Rezolucija je poboljšana na 640 × 350, što je rezultiralo tekstualnim modom od 80 × 43 s matricom od 8 × 8 znakova. Za režim 80x25 korištena je velika matrica 8x14, 16 boja se moglo koristiti istovremeno, raspon boja je proširen na 64 boje. Grafički način je također omogućio korištenje u rezoluciji od 640 × 350 16 boja iz palete od 64 boje. Da li je bio usklađen sa CGA i MDA.

Slika 10. Boje EGA adaptera

Vrijedi napomenuti da su interfejsi sa monitorom svih ovih tipova video adaptera bili digitalni, MDA i HGC su prenosili samo tačku i dodatni signal svjetline za atribut "svijetli" tekstu, slično kao CGA, kroz tri kanala (crveni, zelena, plava) odašiljala je glavni video signal, a mogla je dodatno prenositi signal svjetline (dobilo se ukupno 16 boja), EGA je imala dvije linije za prijenos za svaku od primarnih boja, odnosno svaka primarna boja je mogla biti prikazana u potpunosti svjetlina, 2/3, odnosno 1/3 pune svjetline, što je i dalo maksimalno 64 boje ukupno.

Slika 11. Kabl za povezivanje EGA adaptera i izlaznog uređaja (monitor, itd.)

Slika 12. Poboljšani grafički adapter (EGA)

U ranim IBM PS/2 računarima pojavljuje se novi MCGA (Multicolor Graphics Adapter) grafički adapter. Rezolucija teksta je podignuta na 640x400, što je omogućilo korištenje režima 80x50 sa matricom 8x8, a za režim 80x25 koristiti matricu 8x16. Broj boja je povećan na 262144 (64 nivoa svjetline za svaku boju), za kompatibilnost sa EGA u tekstualnim modovima, uvedena je tabela boja, preko koje je EGA prostor od 64 boje konvertovan u MCGA prostor boja. Pojavio se režim 320x200x256, gde je svaki piksel na ekranu bio kodiran odgovarajućim bajtom u video memoriji, nije bilo bitnih ravni, tako da je EGA bio kompatibilan samo sa tekstualnim modovima, a CGA je bio potpuno kompatibilan. Zbog velikog broja svjetline primarnih boja, postalo je potrebno koristiti analogni signal u boji, horizontalna frekvencija je već bila 31,5 KHz.

Slika 13. MCGA (višebojni grafički adapter)

Slika 14. VGA na MCGA adapter

Tada je IBM otišao još dalje i napravio VGA (Video Graphics Array), MCGA proširenje kompatibilno sa EGA i uvedeno u srednje klase PS/2 modela. Ovo je de facto standard video adaptera od kasnih 80-ih. Dodata rezolucija teksta 720x400 za MDA emulaciju i 640x480 grafički način, kojem se pristupa preko bitnih ravni. Režim 640x480 je izvanredan po tome što koristi kvadratni piksel, odnosno omjer broja piksela horizontalno i vertikalno poklapa se sa standardnim omjerom ekrana - 4: 3. Zatim je došao IBM 8514, sa rezolucijama 640x480x256 i 1024x768x256, i IBM XGA sa tekstualnim modom od 132x25 (1056x400) i povećanom dubinom boje (640x480x65K).

Slika 15. Boje VGA adaptera

Slika 16. VGA adapterski kabl i konektor VGA kabla

Od 1991. godine pojavio se koncept SVGA (Super VGA - "preko" VGA) - proširenje VGA sa dodatkom viših modova i dodatnih usluga, na primjer, mogućnost postavljanja proizvoljne brzine kadrova. Broj istovremeno prikazanih boja je povećan na 65536 (High Color, 16 bit) i 16777216 (True Color, 24 bit), pojavljuju se dodatni tekstualni modovi. Iz servisnih funkcija pojavljuje se podrška za VBE (VESA BIOS Extention - BIOS proširenje VESA standarda). SVGA je bio percipiran kao de facto standard video adaptera negde sredinom 1992. godine, nakon što je Udruženje za standarde video elektronike (VESA) usvojilo VBE verziju 1.0. Do tog trenutka, skoro svi SVGA video adapteri su bili međusobno nekompatibilni.

Grafički korisnički interfejs, koji se pojavio u mnogim operativnim sistemima, stimulisao je novu fazu u razvoju video adaptera. Pojavljuje se koncept "grafičkog akceleratora". Ovo su video adapteri koji obavljaju neke od grafičkih funkcija na hardverskom nivou. Ove funkcije uključuju pomicanje velikih blokova slike s jednog područja ekrana na drugo (na primjer, kada pomičete prozor), popunjavanje područja slike, crtanje linija, lukova, fontova, podršku za hardverski kursor, itd. Direktan poticaj za razvoj ovako specijalizovanog uređaja je činjenica da je grafičko korisničko sučelje nesumnjivo zgodno, ali njegova upotreba zahtijeva znatne računske resurse centralnog procesora, a moderni grafički akcelerator je precizno dizajniran da iz njega ukloni lavovski dio proračuna za konačni prikaz slike na ekranu.

2. Uređaj video kartica (glavni blokovi)

Moderna video kartica sastoji se od sljedećih dijelova:

grafička procesorska jedinica- bavi se proračunima prikazane slike, oslobađajući od ove odgovornosti centralni procesor, vrši proračune za obradu komandi 3D grafike. To je osnova grafičke kartice, o njoj ovisi brzina i mogućnosti cijelog uređaja. Moderni grafički procesori nisu mnogo inferiorniji po složenosti od centralnog procesora računara, a često ga nadmašuju i po broju tranzistora i po računskoj snazi, zahvaljujući velikom broju univerzalnih računarskih jedinica. Međutim, arhitektura prethodne generacije GPU-a obično pretpostavlja prisustvo nekoliko jedinica za obradu informacija, i to: 2D grafička procesorska jedinica, 3D grafička procesorska jedinica, zauzvrat, obično podijeljena na geometrijsko jezgro (plus keš vrhova) i jedinica za rasterizaciju (plus keš tekstura) i sl.

video kontroler- odgovoran je za formiranje slike u video memoriji, daje RAMDAC komande za generiranje signala skeniranja za monitor i obrađuje zahtjeve od centralnog procesora. Osim toga, obično su prisutni vanjski kontroler sabirnice podataka (na primjer, PCI ili AGP), interni kontroler sabirnice podataka i kontroler video memorije. Širina interne magistrale i magistrale video memorije obično je veća od eksterne (64, 128 ili 256 bita naspram 16 ili 32), a RAMDAC je takođe ugrađen u mnoge video kontrolere. Moderni grafički adapteri (ATI, nVidia) obično imaju najmanje dva video kontrolera koji rade nezavisno jedan od drugog i istovremeno kontrolišu jedan ili više ekrana.

video memorija- djeluje kao bafer okvira, koji pohranjuje sliku koju generiše i konstantno mijenja GPU i koja se prikazuje na ekranu monitora (ili više monitora). Video memorija također pohranjuje međuelemente slike i druge podatke koji nisu vidljivi na ekranu. Postoji nekoliko vrsta video memorije, koje se razlikuju po brzini pristupa i radnoj frekvenciji. Moderne video kartice opremljene su DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 i GDDR5 memorijom. Takođe treba imati na umu da pored video memorije na video kartici, savremeni grafički procesori obično u svom radu koriste i deo ukupne sistemske memorije računara, čiji direktan pristup organizuje drajver video adaptera preko AGP ili PCIE sabirnicu.

digitalno-analogni pretvarač (DAC, RAMDAC - digitalno-analogni pretvarač memorije sa slučajnim pristupom)- služi za pretvaranje slike koju formira video kontroler u nivoe intenziteta boja koje se isporučuju na analogni monitor. Mogući raspon boja slike određen je samo RAMDAC parametrima. Najčešće, RAMDAC ima četiri glavna bloka - tri digitalno-analogna pretvarača, po jedan za svaki kanal u boji (crvena, zelena, plava, RGB) i SRAM za skladištenje podataka o gama korekciji. Većina DAC-ova ima 8 bita po kanalu - dobija se 256 nivoa svjetline za svaku primarnu boju, što daje ukupno 16,7 miliona boja (a zbog gama korekcije moguće je prikazati originalnih 16,7 miliona boja u mnogo većem prostoru boja) . Neki RAMDAC-ovi su 10-bitni po kanalu (1024 nivoa svjetline), što vam omogućava da prikažete više od milijardu boja odjednom, ali ova karakteristika se praktično ne koristi. Drugi DAC se često instalira da podrži drugi monitor. Treba napomenuti da monitori i video projektori povezani na digitalni DVI izlaz video kartice koriste svoje digitalno-analogne pretvarače za pretvaranje digitalnog toka podataka i ne ovise o karakteristikama DAC-a video kartice.

video ROM- memorija samo za čitanje, koja sadrži video BIOS, fontove na ekranu, servisne tabele, itd. ROM ne koristi direktno video kontroler - pristupa mu samo centralni procesor. Video BIOS pohranjen u ROM-u osigurava inicijalizaciju i rad video kartice prije učitavanja glavnog operativnog sistema, a sadrži i sistemske podatke koje video drajver može čitati i tumačiti tokom rada (u zavisnosti od načina razdvajanja odgovornosti između drajver i BIOS). Na mnogim modernim karticama instaliran je električni programabilni ROM (EEPROM, Flash ROM), koji omogućava korisniku da prepiše video BIOS posebnim programom.

rashladni sistem- dizajniran da održava temperaturne uslove video procesora i video memorije u prihvatljivim granicama.

Ispravan i potpuno funkcionalan rad modernog grafičkog adaptera je omogućen uz pomoć video drajvera - posebnog softvera koji isporučuje proizvođač video kartice i koji se učitava tokom procesa pokretanja operativnog sistema. Video drajver djeluje kao sučelje između sistemskih pokrenutih aplikacija i video adaptera. Kao i video BIOS, video drajver organizuje i programski kontroliše rad svih delova video adaptera preko posebnih kontrolnih registara, kojima se pristupa preko odgovarajuće magistrale.

3. Klasifikacija i glavne karakteristike video kartica

Klasifikacija video kartica

• Low-end kartice su jeftine, ali nisu ni jako moćne. Dizajniran prvenstveno za kancelarijske aplikacije.
• Video kartice poslovne klase (međusobne) - mogu podnijeti sve moderne igre. Imati neka ograničenja vezana za rezoluciju, brzinu kadrova itd.
• Vrhunski modeli (hi-end) - imaju najviše specifikacije.

Glavne karakteristike video kartica:

• Interfejs
• GPU
• Radna frekvencija grafičkog jezgra:
• Softverska podrška
• Vrsta i veličina memorije
• Radna frekvencija memorije
• Dubina bita memorijskog interfejsa
• Stream Processors
• Tehnologije
• Hlađenje
• Izlazi

Memorija video kartice:

Tipovi memorije

• GDDR je memorija izgrađena na tehnologiji Double Data-Rate. Koristi se u budžetskim modelima.
• GDDR2 radi na višoj frekvenciji od prethodne vrste memorije. Nedostatak jakog pregrijavanja.
• GDDR3 je sličan GDDR2, radi na nešto višoj frekvenciji i manje se zagrijava.
• GDDR4 je efikasniji od GDDR3. Radi sa vremenom pristupa do 0,6 ns, što odgovara frekvenciji od 3330 MHz. Ekonomičniji od prethodnih generacija
• GDDR5 je brži od prethodnih generacija.

Memorijska magistrala
Broj bitova podataka (bitova) koji se mogu prenijeti u jednom ciklusu. Performanse memorije su količina podataka prenesenih po jedinici vremena. Zavisi od frekvencije memorije i od

širina sabirnice

• jeftini modeli - 64-bitna sabirnica;
• proračunske video kartice - 128-bitna sabirnica;
• video kartica poslovne klase - 256-bitna magistrala;
• vrhunski modeli video kartica - 256-bitna magistrala i više.

Frekvencija memorije:

• budžetski modeli - do 800 MHz;
• poslovna klasa - do 1500 MHz;
• vrhunski modeli - od 1500 MHz i više.

Memorija
Memorija video kartice pohranjuje sliku slike (okvir ekrana), kao i elemente potrebne za izgradnju trodimenzionalne slike. U modernim modelima video kartica, memorija je instalirana u količinama od 128 MB do 1 GB.

• jeftini modeli - 32-64 MB;
• proračunske video kartice - 128 MB;
• video kartica poslovne klase - 256-512 MB;
• vrhunski modeli video kartica - 512 MB i više.

Radna frekvencijaGPU

4. Softverski i hardverski interfejsi video kartica

Softver

DirectX
DirectX je skup API funkcija dizajniranih za rješavanje problema vezanih za programiranje igara i videa pod Microsoft Windowsom. Najviše se koristi pri pisanju kompjuterskih igrica. DirectX Development Kit za Microsoft Windows dostupan je besplatno na Microsoft web stranici. Trenutno je najnovija verzija DirectX 11. Često se najnovije DirectX verzije isporučuju s aplikacijama za igre, jer se DirectX API dosta često ažurira, a verzija uključena u Windows često je daleko od najnovije. Gotovo svi dijelovi DirectX API-ja su kolekcije COM-kompatibilnih objekata.

Dok API DirectX nije postojao u prirodi, većina grafičkih programa za personalne računare radila je pod operativnim sistemom MS-DOS ili direktno sa video karticom. Programeri softvera bili su primorani da kreiraju različite drajvere za svaku vrstu video adaptera, džojstika, zvučnih kartica.

1995. Microsoft je predstavio prvu verziju DirectX biblioteke (tada se zvala Game SDK). Godine 2004. objavljena je deveta verzija DirectX-a (u stvari je izašlo osam verzija, iz nekog razloga Microsoft je propustio četvrtu verziju). DirectX je korporativni standard i u vlasništvu je Microsofta. I samo Microsoft određuje šta će uključiti u sljedeću verziju API-ja i koje prijedloge zanemariti. Ovaj diktatorski pristup je omogućio da se igre i grafički procesori brzo dovedu do zajedničkog imenitelja i spasio korisnike od većine problema sa hardverskom kompatibilnošću. Nedavno su i programi i video adapteri čak podijeljeni na generacije prema podržanim verzijama DirectX-a.
DirectX API je namijenjen za:

• 2D grafičko programiranje (DirectDraw modul);
• Kreiranje 3D grafike (Direct3D modul);
• rad sa zvukovima i muzikom (DirectSound i DirectMusic moduli);
• podrška za ulazne uređaje (Directlnput modul);
• razvoj mrežnih igara (DirectPlay modul).

Dakle, DirectX je kolekcija nekoliko relativno nezavisnih API-ja koji omogućavaju programerima igara i drugih interaktivnih aplikacija da pristupe specifičnoj funkcionalnosti hardvera bez potrebe da pišu softverski kod koji zavisi od hardvera. DirectX je baziran na skupu interfejsa Component Object Model, a COM objekti se mogu opisati u gotovo svakom programskom jeziku, kao što su C/C++, Delphi, pa čak i Basic.

Popularnost DirectX-a je zbog njegove sposobnosti da zadovolji sve potrebe programera igara i hardvera: od kreiranja 3D grafike i unosa korisničkog interfejsa, do podrške za umrežene virtuelne svetove.
Općenito, DirectX je kategoriziran u:

• DirectX Graphics, skup sučelja ranije (do verzije 8.0) podijeljen na:
• DirectDraw: Raster grafički izlazni interfejs.
• Direct3D (D3D): 3D primitivni interfejs za renderovanje.
• DirectInput: Interfejs koji se koristi za obradu podataka sa tastature, miša, džojstika i drugih kontrolera za igre.
• DirectPlay: mrežno komunikacijsko sučelje za igre.
• DirectSound: audio interfejs niske razine (Wave format)
• DirectMusic: Interfejs za reprodukciju muzike u Microsoft formatima.
• DirectShow: Interfejs koji se koristi za unos/izlaz audio i/ili video podataka.
• DirectSetup: dio odgovoran za instaliranje DirectX-a.
• DirectX Media Objects: Implementira funkcionalnu podršku za streaming objekte (npr. koderi/dekoderi)

Opengl
Godine 1982. Silicon Graphics je implementirao cevovod za renderovanje na radnoj stanici Silicon IRIS zasnovan na setu instrukcija IRIS GL grafičke biblioteke. Na osnovu IRIS GL biblioteke razvijen je i odobren grafički standard OpenGL (Open Graphics Library) 1992. godine. Programi napisani pomoću OpenGL-a mogu se prenijeti na skoro svaku platformu, bilo da se radi o personalnom računaru ili grafičkoj stanici, sa istim rezultatom.

Osnovni set OpenGL-a uključuje oko 150 različitih naredbi uz pomoć kojih implementiraju glavne funkcije: definiranje objekata, određivanje njihove lokacije u trodimenzionalnom prostoru, postavljanje drugih parametara (rotacija, mjerilo), promjena svojstava objekata (boja, tekstura, materijal), pozicija posmatrača... Dodatne OpenGL biblioteke (ekstenzije) implementiraju funkcije koje se ne nalaze u standardnoj biblioteci. Na primjer, GLAUX biblioteku je razvio Microsoft za korištenje OpenGL-a u Windows operativnom okruženju. Programeri video adaptera kreiraju vlastita proširenja OpenGL na osnovu mogućnosti određenog GPU-a.

SLI tehnologija

SLI je skraćenica od Scalable Link Interface. NVidia SLI tehnologija zahteva dve identične video kartice sa SLI podrškom, matičnu ploču koja takođe podržava SLI, MIO adapter koji povezuje video kartice i ForceWare drajver odgovarajuće verzije. U vrijeme pisanja ovog teksta, SLI tehnologiju su podržavale video kartice nVidia GeForce 6800 i 6600GT familije i matične ploče sa nVidia nForce4 SLI čipsetima (za AMD Athlon 64 procesore), Intel 7525 (za Xon procesore) i nForce4 SLI Intel Edition ( za Pentium 4 procesore).

SLI tehnologija podržava dva načina rada za par video kartica: Split Frame Rendering (SFR) i Alternate Frame Rendering (AFR). Za pokretanje zastarjelih igara, omogućen je način kompatibilnosti kada se koristi samo jedna grafička kartica. U režimu Split Frame Rendering (SFR), okvir je podijeljen na dva dijela, za renderiranje svakog od njih

na koji odgovara poseban video adapter. U ovom slučaju, kadar se dijeli dinamički ovisno o složenosti scene. Ovaj način rada vam omogućava postizanje maksimalnih performansi, jer je opterećenje na svakoj kartici ravnomjerno raspoređeno. Metoda particioniranja naziva se simetrično višestruko prikazivanje sa dinamičkim balansiranjem opterećenja (SMR), odnosno simetrično višestruko prikazivanje sa dinamičkim balansiranjem opterećenja. U režimu Alternate Frame Rendering (AFR), svaki video adapter prikazuje okvire naizmjenično.

S obzirom na veliku propusnost PCI Express interfejsa, bilo je moguće ograničiti se na prenos podataka preko ove magistrale, međutim, kako bi se minimizirala moguća kašnjenja, SLI video kartice su opremljene MIO interfejsom. Kada su kartice instalirane u matičnu ploču opremljenu sa dva PCI Express xl6 slota, potrebno ih je povezati posebnim adapterom - malom tekstuolitnom karticom opremljenom sa dva konektora odgovarajućeg tipa. Da bi se omogućio SLI režim i njegov ispravan rad, potrebna su dva uslova: oba PCI Express xl6 slota moraju podržavati konfiguraciju “16 linija + 8 linija” ili konfiguraciju 8 linija + 8 linija; čipset mora biti podržan od strane ForceWare drajvera. Ako se uspješno pokrene, SLI konfiguracija pokazuje do 80% poboljšanja performansi u nekim igrama.

Unakrsna vatra
Kao odgovor na razvoj i promociju stare-nove SLI tehnologije (MK #30 (357) 2005) od strane NVIDIA-e, glavni konkurent na tržištu video akceleratora, ATI, razvio je i implementirao vlastito slično rješenje - CrossFire tehnologiju. Baš kao i SLI iz NVIDIA-e, omogućava vam da kombinujete resurse dve grafičke kartice na jednom računaru međusobno, povećavajući performanse video podsistema. CrossFire tehnologija se suštinski razlikuje od SLI, tako da ima malo zajedničkog sa konkurentom. Dajući prednost određenim prednostima određene tehnologije, korisnici će u bliskoj budućnosti birati između NVIDIA-e i ATI-ja, ne samo na osnovu godina formiranih mišljenja o brendovima, već i na osnovu činjenica o SLI tehnologijama ili

Tehnička baza

Po analogiji sa NVIDIA-om, za smeštaj dve ATI video kartice u jedan "tim" biće vam potrebna matična ploča sa čipsetom istog proizvođača (planirano je da Intel i975X čipset podržava i CrossFire), sa dva PCI Express slota. Kao i SLI, CrossFire je zahtjevan za sistemske resurse, što će zahtijevati visokokvalitetni PSU. Razmotrimo sistemske zahtjeve detaljnije.

Matična ploča
- Mora biti baziran na ATI Radeon Xpress 200 CrossFire ili novijem čipsetu. Ove ploče se proizvode i za AMD Sempron / Athlon 64 i za Intel Pentium 4 / Celeron procesore. Tako će ATI sada zarađivati ​​i na čipsetima, čija proizvodnja ranije nije dostigla velike razmere.

Video kartice.
Da bi tehnologija radila, potrebna je CrossFire master kartica (više o tome u nastavku) i bilo koja druga video kartica zasnovana na čipu iz iste porodice kao i master kartica. Vodeća kartica se razlikuje od ostalih po prisutnosti DMS-59 konektora (povezan na DVI na slave kartici), CrossFire čipa i, naravno, po cijeni.

Napajanje... Da biste održali tako ozbiljan set, trebat će vam jedinica za napajanje minimalne snage od 400-450 W, po mogućnosti snažnija.

Pa, to je zapravo sve što vam treba da napravite CrossFire video sistem. Kao što ste primijetili, ATI se prema kupcima odnosi fleksibilnije, ne vezujući ih, kao zemlju za kolektivnu farmu, za obaveznu kupovinu dvije kartice sa istim čipom od istog proizvođača. Vezivanje se vrši samo za familiju video čipova na kojoj je akcelerator baziran. Odnosno, možete kupiti vodeći video akcelerator Radeon X800 i slave Radeon X800 XL. Master Radeon X800 će biti kompatibilan sa bilo kojom karticom proizvođača na osnovu bilo koje modifikacije X800 čipa. Ovo je bezuvjetna prednost u odnosu na konkurenta - ako uzmete jedan akcelerator s perspektivom daljnje modernizacije dodavanjem još jedne video kartice, nećete morati pretraživati ​​u potrazi za karticom određenog proizvođača na bazi određenog čipa. U ovom trenutku, CrossFire tehnologiju podržavaju video kartice bazirane na X800 i X850, kao i novi proizvodi bazirani na X1xxx.

Osnovni principi

Glavna video kartica (master CrossFire) sadrži poseban čip koji omogućava kombinovanje napora akceleratora. On obrađuje slike koje generiše svaka kartica piksel po piksel (u realnom vremenu) i kombinuje ih u jednu sliku. Sve informacije sa slave video kartice mastera se prenose preko veze preko DMS-59 i DVI konektora. U ovom slučaju, dužina kabla između dve kartice je prilično kratka, čime se izbegavaju gubici u prenosu podataka (teoretski).

Karakteristike i načini rada CrossFire-a
Postoje 3 načina prikazivanja dostupna za CrossFire: SuperTiling, AFR, Scissor. Za razliku od SLI sistema, slobodan izbor režima nije dostupan i vozač automatski bira potreban režim.

Scissor
Prilično poznata metoda obrade slike. Njegova suština leži u podjeli okvira na dva dijela, od kojih se svaki obrađuje zasebnom video karticom. U teoriji, okvir se može podijeliti proporcionalno snazi ​​video čipova instaliranih u PC video kartice. Za identične kartice, okvir je podijeljen u omjeru 50:50; ako je jedan od njih jači, onda se bira omjer 30:70 ili 40:60. Međutim, kako se na prvi pogled može činiti, ovaj način rada neće biti poželjniji za sve aplikacije za igre. Na primjer, u 3D pucačima, donji dio okvira se malo mijenja tokom igre, što se ne može reći za gornji. Za to je predviđeno povećanje površine obrađene u okviru za karticu koja je neaktivna u datom trenutku. Međutim, za izračunavanje geometrije scene potrebni su i dodatni resursi.

SuperTiling
Standardni CrossFire način rada. Dijeli sliku na mnogo kvadrata koji vizualno podsjećaju na šahovsku ploču. Neke od ovih kvadrata obrađuje jedna video kartica, neke druga. Ovo vam omogućava da inteligentno rasporedite opterećenje između video kartica u piksel aplikacijama. Međutim, obje karte moraju izračunati cjelokupnu geometriju scene. Poznato je da ovaj način rada ne podržavaju igre zasnovane na OpenGL API-ju.

Alternativni prikaz kadrova (AFR)
Jedan od najbržih CrossFire načina rada. Njegova suština leži u činjenici da jedna karta broji parne okvire, druga - neparne. Dakle, opterećenje GPU-a je ravnomjerno raspoređeno između oba akceleratora. U osnovi, ova metoda nije novost, AFR je korišten i na starim ATI dual-GPU karticama. Jedina mana ovog načina rada je što neće raditi u kompjuterskim igrama koje koriste funkcije renderiranja u teksturu. Također je vrijedno zapamtiti da će AFR performanse CrossFire-a ovisiti o specifičnostima scene koja se obrađuje. Na kraju, imajte na umu da su trenutno obrađeni i prikazani različiti okviri. Dakle, AFR će biti efikasan za prikazivanje slike visokog kvaliteta u aplikacijama koje ne zahtijevaju glatke promjene okvira za ugodan rad s njima. Prosto rečeno, AFR će biti manje efikasan u strijelcima i simulatorima nego, recimo, u strategijama.

Super AA
Režim koji vam omogućava da značajno poboljšate kvalitet slike na račun dodatnog FPS-a. Suština SuperAA je da obe kartice generišu jednu scenu sa različitim FSAA šablonima. CrossFire čip ih zatim integriše u koherentnu celinu. Ovo omogućava bolje izglađivanje "zrna" poznatog kao aliasing.

Po broju režima rada ATI je zaobišao NVIDA-u, ali nije činjenica da je kvalitet njihove implementacije na visini zadatka. AFR režim poseduju tehnologije obe kompanije, a Scissor je samo malo redizajniran režim Split Frame Rendering od NVIDIA. SuperAA poboljšava kvalitet nauštrb performansi, a praktičnost SuperTilinga je upitna. Tako da još nije poznato ko će pobijediti u borbi za dodatni FPS.

Kao što je gore spomenuto, postoje verzije čipseta za AMD i Intel procesore. Matične ploče zasnovane na ATI čipsetu ne zahtevaju podešavanje režima rada sa jednom ili dve video kartice - matična ploča automatski detektuje CrossFire link, što se opet povoljno razlikuje od NVIDIA nForce4 SLI. Proces proizvodnje čipova od 130 nanometara će pružiti dobre mogućnosti overkloka bez potrebe za skupim visokokvalitetnim sistemima hlađenja. I općenito, sama tehnologija je maksimalno usmjerena na entuzijaste i overklokere.

Hajde da povučemo paralele
Mislim da bi bilo razumno odvagnuti prednosti i nedostatke, upoređujući nedostatke i prednosti ATI CrossFire tehnologija sa NVIDIA SLI.

Prednosti CrossFire-a:

• za ATI CrossFire nije potrebno prilagođavati igru ​​ovoj tehnologiji, ona radi sa svim igrama baziranim na DirectX API-ju i OpenGL API-ju;
• nema potrebe kupovati kartice istog proizvođača sa istim čipovima i verzijom BIOS-a - ATI CrossFire kartice mogu proizvoditi različite kompanije;
• ATI CrossFire radi sa već prodatim modelima Radeon X800 / X850;
• ATI CrossFire ima više načina rada nego NVIDIA SLI, ali jedan od njih se fokusira na kvalitet, a ne na performanse.

Nedostaci CrossFire-a:

• cena master CrossFire kartice je primetno veća od cene slave kartice, dok je cena obe NVIDIA kartice ista;
• niska dostupnost tehnologije na tržištu.

Generalno, sa sigurnošću možemo reći da obe tehnologije imaju budućnost.

Kratka referenca pojmova navedenih u članku

Shader je program za jednu od faza grafičkog cjevovoda koji se koristi u 3D grafici za određivanje konačnih parametara objekta ili slike. Može uključivati ​​proizvoljne složene opise apsorpcije i rasipanja svjetlosti, mapiranja teksture, refleksije i refrakcije, sjenčanja, pomaka površine i efekata naknadne obrade.

Pixel shader radi sa fragmentima slike, koji u ovom slučaju označavaju piksele koji imaju određeni skup atributa, kao što su boja, dubina, teksturne koordinate. Piksel shader se koristi u posljednjoj fazi grafičkog cjevovoda za formiranje fragmenta slike.

Vertex shader radi na podacima povezanim sa vrhovima poliedara. Takvi podaci, posebno, uključuju koordinate vrha u prostoru, teksturne koordinate, tangentni vektor, binormalni vektor, normalni vektor. Vertex shader se može koristiti za transformaciju vrhova u pogledu i perspektivi, generiranje teksturnih koordinata, izračunavanje osvjetljenja i još mnogo toga.

Geometrijski shader, za razliku od vrha, može obraditi ne samo jedan vrh, već i cijeli primitiv. To može biti segment linije (dva vrha) i trokut (tri vrha), a sa informacijama o susjednim vrhovima (susjednost) može se obraditi do šest vrhova za trouglasti primitiv. Osim toga, geometrijski shader može generirati primitive u hodu bez korištenja CPU-a.

Shader pipeline (procesor) je uređaj za obradu jedne stavke podataka jednom naredbom (tipične stavke podataka mogu biti cijeli brojevi ili brojevi s pokretnim zarezom).

Jedinica za rasterizaciju (ROP, Raster Operator)- uređaj koji vrši Z-baferovanje, anti-aliasing i upisivanje obrađene slike u bafer okvira video kartice.

Jedinica za mapiranje teksture (TMU)- uređaj odgovoran za nametanje slika (tekstura) na površinu geometrijskih objekata.

Slika 5. CGA adapter

Priključni kabel za CGA adapter i izlazni uređaj (monitor, itd.)

UNIX nije izbirljiv u pogledu interfejsa kada je u pitanju upravljanje sistemom. Tipičan način administriranja UNIX servera je daljinski rad preko mreže i (zahvaljujući Internetu) možete se udaljavati od računara koliko god želite, sve dok postoji veza dosta pouzdan za terminalni rad. To znači da sve druge mogućnosti interakcije između mašine i osobe sistem shvata kao resurs, koji bi trebao biti dodijeljen između korisničkih zadataka na isti način kao RAM, prostor na disku ili, recimo, resursi podsistemi za štampanje.

Prisjetimo se tri zadatka koja se rješavaju operativno okruženje u vezi sa resursima: ujedinjenje, razdvajanje i računovodstvo pristup. Sa objedinjavanjem je sve manje-više jasno: u svijetu postoji mnogo grafičkih uređaja čija kontrola na niskom nivou uopće nije zadatak za korisnika, pogotovo što se svaki tip uređaja kontrolira na svoj način. Komande niskog nivoa sistem treba da preuzme, a korisnik treba da obezbedi grafički primitivi(kao funkcija crtanja linija) koja će uvijek raditi na isti način.

Ispada da korisniku ovog resursa nije dovoljno da grafički adapter predstavi kao veliku stranicu video memorije, djelomično prikazanu na izlaznom uređaju - monitoru: na kraju krajeva, nije dovoljno za korisnika diska predstaviti ga kao niz sektora! Razlika je u tome što to ne bi bilo dovoljno za sam sistem, pa je UNIX uveo koncept sistem podatakačiji su objekti mnogo složeniji od "sektora" ili "disk". Što se grafike tiče, UNIX nema preferencije ili posebne poglede na ove mogućnosti mašine. To znači da je sa strane sistema razumno precizno organizovati pristup uređaj, i potrebno objektni model neka prilagođeni zadatak implementira.

Takav zadatak će se, naravno, razlikovati od prilagođenih uslužnih programa i softverskih proizvoda. U pogledu svojih prava, radije bi bila srodna demonima. Ona će dobiti isključivi pristup uređaju, a u odnosu na samog korisnika biće radno okruženje, organizovanje na svoj način objedinjavanje, razdvajanje i obračun pristupa grafičkim resursima u objektnom modelu. Stoga se obično naziva cijeli kompleks programa za rad s grafičkim uređajima grafički podsistem.

Udvostručavanje funkcija je neizbježno: sistem se bavi autentifikacijom i autorizacijom - i grafički podsistem je primoran da učini isto, budući da je zadužen za dužnost "dijeljenja". Štaviše, za razliku od istog sistema datoteka, sam pojam dijeljenje resursa grafički ulaz ili izlaz čini se, blago rečeno, neočiglednim. Kako podijeliti miš između korisnika? ekran monitora? Očigledno, to ćemo morati priznati sa ovo stranke grafički podsistem postoji jedna osoba, ali koji predmeti pripadaju programe ko ga koristi, grafički podsistem nepoznato. Općenito je čudno govoriti o obračunu grafičkih resursa, međutim, kao što ćemo vidjeti kasnije, postoji nešto racionalnog zrna u tome, a UNIX pristup dozvoljava njegovu upotrebu.