SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZOBRAZOVACIE ZARIADENIA POČÍTAČOVEJ GRAFIKY

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZOBRAZOVACIE ZARIADENIA POČÍTAČOVEJ GRAFIKY BAKALÁRSKA PRÁCA MTF Matúš GRAMBLIČKA

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZOBRAZOVACIE ZARIADENIA POČÍTAČOVEJ GRAFIKY BAKALÁRSKA PRÁCA MTF Študijný program: Aplikovaná informatika a automatizácia v priemysle Číslo a názov študijného odboru: automatizácia, aplikovaná informatika Školiace pracovisko: ÚIAM MTF STU v Trnave Vedúci záverečnej práce/školiteľ: Ing. Eduard Nemlaha Trnava 2010 Matúš GRAMBLIČKA

3

4 ABSTRAKT GRAMBLIČKA, Matúš: Zobrazovacie zariadenia počítačovej grafiky. [Bakalárska práca]- Slovenská technická univerzita v Bratislave. Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave; Ústav aplikovanej informatiky, automatizácie a matematiky. - Školiteľ: Ing. Eduard Nemlaha - Trnava: MtF STU, s. Kľúčové slová : grafická karta, monitor, CRT, LCD Cieľom tejto bakalárskej práce bolo popísať spôsob práce zobrazovacích zariadení počítačovej grafiky na základe ich hardvéru a spôsobu ich fungovania. V kapitole Grafické karty sme sa zaoberali spôsobom fungovania grafickej karty. Opísali sme jednotlivé časti jej hardvéru a spomenuli najnovšie trendy pri výrobe grafických kariet. V kapitole Monitory sme popísali princíp fungovania CRT a LCD monitorov a popísali sme jednotlivé parametre oboch monitorov. Na konci kapitoly sme spomenuli plazmové a elektroluminiscenčné displeje a taktiež projektory. V kapitole Odporúčania pre grafické karty a monitory sa venujeme odporúčaniam pre výber vhodnej grafickej karty a monitoru. ABSTRACT GRAMBLIČKA, Matúš: The Imaging devices of computer graphics. [Bachelor Theses]- Slovak University of Technology Bratislava. Faculty of Materials Science and Technology; Institute of Applied informatics, automation and mathematics.- Supervisor: Eduard Nemlaha- Trnava: MtF STU, s. Key words : graphic card, monitor, CRT, LCD The aim of this thesis was to describe the method of work the Imaging devices of computer graphics in pursuance of their hardware and their mode of operation. In the chapter Graphics cards We had dealt with mode of operation graphic card. We described the individual parts of the hardware and We mentioned the latest trends in manufacturing of the graphic cards. In the chapter Monitors We was to describe principle of operation CRT and LCD monitors and We were describe the various parameters both monitors. In the end of the chapter We mentioned the plasma and electroluminescence displays and also projectors. In the chapter Recommendations for graphic cards and monitors We dealt with the recommendations for selecting the appropriate graphic card and monitor.

5 OBSAH ÚVOD 8 1 Grafické karty Hardvér grafickej karty GPU (Graphics Processor Unit) Pamäť Prehľad klasických grafických kariet Tvorba obrazu (Rendering) Ako funguje 3D zobrazovanie API DirectX OpenGL Chladenie a napájanie Zbernicové systémy grafických kariet AGP (Accelerated Graphics Port) Rozhranie PCI Express Konektory 20 2 Monitory CRT monitor Princíp práce Typy masiek Kvalita obrazu Ploché monitory Princíp funkcie LCD monitorov Parametre plochých monitorov Technológia výroby LCD panelov Šetrenie energiou (Power management) Plazmový displej Elektroluminiscenčný displej Projektory 31 3 Odporúčania pre grafické karty a monitory Grafická karta na mieru Grafické karty na hry Grafické karty na profesionálne využitie Možnosti rozšírenia pre 3D zobrazenie Pretaktovanie grafickej karty Metódy zisťovania výkonu grafickej karty Výber grafickej karty, odporúčania Odporúčania pre optimálny monitor Rozmer panela a rozlíšenie Popis kvality LCD monitora na základe jednotlivých parametrov Spotreba energie Firmy predávajúce monitory Závady a opravy Životnosť Výber monitora, odporúčania 52 ZÁVER 53 ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ODKAZOV 54 5

6 ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ Obr. 1.1 Konektory grafickej karty Obr. 2.1 Prechodný stav LCD Obr. 3.1 Technológia SLI od NVIDIA Obr. 3.2 RivaTuner, menu System tweaks pre zvyšovanie frekvencií Obr. 3.3 RivaTuner, menu pre odomykanie pipelines Obr. 3.4 Konektor DVI-D a D-Sub ZOZNAM TABULIEK Tab. 1.1 Prehľad údajov rôznych štandardných grafických kariet Tab. 1.2 Prehľad najdôležitejších údajov štandardu AGP Tab. 2.1 Porovnanie kvality jednotlivých masiek Tab. 2.2 Maximálne rozlíšenie v závislosti od veľkosti uhlopriečky Tab. 2.3 Údaje na nastavenie monitora s obnovovacou frekvenciou 75 Hz Tab. 3.1 Prehľad najvýkonnejších grafických kariet Radeon od firmy AMD Tab. 3.2 Prehľad najvýkonnejších grafických kariet GeForce od firmy NVIDIA Tab. 3.3 Prehľad najvýkonnejších grafických kariet od firmy Matrox Tab. 3.4 Porovnanie rozmerov LCD a CRT monitorov Tab. 3.5 Technológie pre vylepšenie pozorovacích uhlov Tab. 3.6 Prehľad základných parametrov LCD displejov Tab. 3.7 Porovnanie vybraných 17 monitorov Tab. 3.8 Cena za 1 kwh v jednotlivých regiónoch v roku 2010 Tab. 3.9 Ceny za spotrebu energie podľa kraja Tab Porovnanie priemerných cien monitorov vybraných firiem na základe veľkosti uhlopriečky 6

7 ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK AFR Alternate Frame Rendering AGP Accelerated Graphics Port API Application Programming Interface CRT Cathode Cay Tube DDR Double Data Rate DRAM Dynamic Random Access Memory DVI Digital Visual Interface fps Frame Per Second FPS First-Person Shooter GPU Graphics Processing Unit HDMI High-Definition Multimedia Interface IPS In-Plane Switching LCD Liquid Crystal Display MVA Multi-Domain Vertical Alignment PCI Peripheral Component Interconnect PVA Patterned Vertical Alignment SAM Serial Access Memory SLI Scalable Link Inteface TFT LCD Thin Film Transistor Liquid Crystal Displays TN Twisted Nematic VA Vertical Alignment VGA Video Graphics Array VRAM Video Random Access Memory 7

8 ÚVOD V bakalárskej práci sme sa pokúsili popísať zobrazovacie zariadenia počítačovej grafiky. Medzi hlavné zobrazovacie zariadenia počítačovej grafiky patria monitory a grafické karty, bez ktorých by práca s počítačmi bola absolútne nepredstaviteľná. Monitory a grafické karty tvoria dôležitú súčasť vizualizácie pri práci s počítačmi. Každý užívateľ počítača potrebuje vidieť postup a výsledok svojej práce. Každý užívateľ potrebuje komunikovať a ovládať počítač. K týmto cieľom nám zobrazovacie zariadenia bezpodmienečne slúžia a uľahčujú život. Zobrazovacie zariadenia sa využívajú vo všetkých druhoch priemyslu, v službách, vo vede a technike a taktiež pre zábavu. Vývoj zariadení v tejto oblasti je ohromný a veľmi rýchly. Neustále sa vyvíjajú nové alebo sa zdokonaľujú staré technológie pre zefektívnenie a zlepšenie užívateľského pohodlia. Cieľom mojej bakalárskej práce bolo vysvetliť spôsob práce a fungovania zobrazovacích zariadení počítačovej grafiky, popísať hardvér jednotlivých súčastí grafických kariet a monitorov a poukázať na technológie používané pri výrobe týchto zariadení. V tejto práci sme taktiež uviedli odporúčania a rady pri výbere grafických kariet a monitorov. Odporúčania sú zostavené tak, aby si užívateľ vedel posúdiť, ktoré zariadenie je vhodné pre tú, ktorú činnosť (práca, zábava). Odporúčania tiež obsahujú malý náhľad do ponuky na trhu. 8

9 1 GRAFICKÉ KARTY Každý monitor potrebuje pre zobrazovanie výstupu nejakú grafickú kartu, ktorá signály odosielané zo základnej dosky prevádza do digitálnej alebo analógovej podoby. S nimi ďalej pracuje monitor. 1.1 Hardvér grafickej karty Hardvér grafickej karty nie je jednoduchý, v podstate ide o ďalší počítač. Jadrom je grafický čip, anglicky GPU (Graphics processor unit), samostatný mikroprocesor riadiaci činnosť karty, zabezpečujúce tvorbu obrazu [2]. Ďalšou dôležitou súčasťou je operačná pamäť, s ktorou GPU bezprostredne spolupracuje, kam ukladá hotový obraz a odkiaľ sa potom obraz prenáša na obrazovku [2]. Frekvencia a šírka zbernice spájajúca čip a pamäť limituje množstvo prenesených dát a je ďalším významným ukazovateľom kvality karty. RAMDAC je digitálne analógovým prevodníkom, ktorý prevádza digitálny obraz z operačnej pamäte karty na analógový [2]. Digitálny obraz je predstavovaný obrazovými elementami konečných rozmerov usporiadaných do niektorej vzorkovacej mriežky [5]. Počítače pracujú s digitálnymi dátami, ktoré sú posielané do grafickej karty. Predtým ako sa tieto dáta dostanú do monitoru musia byť konvertované na analógový výstup, a to vykonáva RAMDAC [6]. RAMDAC sú klasifikované podľa počtu digitálnych bitov v digitálnom kóde, ktorý prekladajú. Počet bitov znamená číslo úrovne signálu, ktoré sa môžu objaviť v jeho výstupnom signále [7]. Pre dosiahnutie maximálneho výkonu pracuje karta s čo najvyššou frekvenciou. Dôležitou časťou je teda chladenie. Dlho sa karty pripájali k základnej doske prostredníctvom pätice AGP. Rozhranie AGP nahradil štandard PCIe (PCI Express) [2]. Dôležitým prvkom sú tiež konektory nachádzajúce sa na karte. Ich počet závisí od vybavenia karty. 9

10 1.1.1 GPU (Graphics Processor Unit) Je riadiacou jednotkou grafického adaptéra, jeho vlastnosti definujú zameranie karty, jej výkon a cenu. Najčastejšie sa stretneme s GPU dvoch špecializovaných výrobcov: ATI a NVIDIA, ktorými výrobcovia grafických kariet svoje produkty vybavujú. V zásade je úlohou GPU vytvárať jednotlivé body - pixely obrazu. V začiatkoch grafických akcelerátorov používali grafické čipy iba jednu cestu pre spracovanie inštrukcií tzv. pipeline. Jedna pipeline mohla vykresliť jeden pixel v jednom takte [2]. Takto vytvorený počet pixelov sa označuje ako fill-rate. Aby však obraz vyzeral priestorovo, je potrebné, aby sa na každý pixel aplikovalo viac textúr - tieto elementárne textúry sa nazývajú texel. Jeden pixel je teda zložený z niekoľkých texel. V každej pipeline sú umiestnené Shadery, pracujúce s jednotlivými pixelmi: Vertex Shader - vytvára trojrozmerné objekty, umiestňuje sa do priestoru a stará sa o svetelné efekty. Pixel Shader nanášanie textúr, definuje farbu a transparentnosť objektov [2]. Pred poslaním nespracovaného obrazu do frame bufferu posiela procesor malú sadu kresliacich inštrukcií, ktoré sú spracované vlastným ovládačom grafickej karty a vykonané procesorom na karte [3]. Buffer z technického hľadiska je to vlastne pamäť, ktorá sa používa všade tam, kde je rýchlosť toku dát do nejakého zariadenia či programu väčšia než rýchlosť, ktorou sú zariadenia či programy schopné dáta spracovávať [8]. Charakteristické znaky GPU: Počet textúrových pipelines (paralelných ciest ku spracovaniu inštrukcií). Počtu pipelines zodpovedá počet Shader a je logicky základným kritériom GPU. Počet textúrových jednotiek na pipeline: počet texel vytvorených v jednej pipeline. Maximálny teoretický fill-rate - pixely predstavujúce body na obrazovke. Maximálny teoretický texel fill-rate - pixel fill-rate krát počet texel na jednotku pipeline (Texel = textúra na pixel) [2]. Okrem počtu pipelines je tiež dôležitá frekvencia, s ktorou karta pracuje. Čím je vyššia, tým viac pixelov karta vytvorí. Ďalším podstatným parametrom je výrobná technológia mikroprocesora GPU [2]. 10

11 1.1.2 Pamäť Okrem vlastného grafického čipu sa na grafickej karte nachádza aj digitálno analógový prevodník (RAMDAC), ktorý prevádza dáta v digitálnej podobe na hodnoty RGB, ktoré potom použije monitor. Ďalej sú ešte potrebné základné prvky pre kódovanie adries a obrazová pamäť RAM pre uloženie grafických dát (DRAM) [1]. GPU aktívne spolupracuje s pamäťou na grafickej karte, jej vlastnosti sú veľmi dôležité: Kapacita pamäte: podobne ako pri operačných pamätiach základnej dosky je asi najdôležitejším kritériom. Takt pamäte a jej typ: opäť ide o rýchlosť, s akou prebieha komunikácia s pamäťou. Typ pamäte závisí od toho, kde sa využíva (DDR3, GDDR). Šírka pamäťovej zbernice (v bitoch): čím je zbernica širšia, tým viac údajov sa prenesie počas jedného taktu [2]. Maximálna teoretická priepustnosť pamäte: získame ju zo šírky zbernice a jej rýchlosti [2]. Je nutné, aby celý obraz na obrazovke bol uchovaný v pamäti grafickej karty. CPU posiela svoje dáta do grafickej karty. Procesor grafickej karty vytvára obraz a informácie o ňom ukladá do pamäte grafickej karty. Tento obraz je veľká bitmapa [6]. Pamäť DRAM využíva dátový port pre komunikáciu s procesorom a prevodníkom RAMDAC. To znamená, že buď dáta prijíma od zbernice, alebo odosiela k prevodníku RAMDAC. Čip grafickej karty pritom slúži na prepínanie ciest, ktorými dáta putujú [1]. Bežný DRAM čip číta a zapisuje dáta, avšak tieto operácie sa nemôžu uskutočňovať súčasne. Musí počkať na vykonanie jednej operácie a potom prechádza na ďalšiu. Čakanie negatívne ovplyvňuje video výkon a rýchlosť systému. Čakaniu sa možno vyhnúť so špeciálnym pamäťovým čipom VRAM, ktorý má dve cesty na prístup ku každému pamäťovému miestu. Presnejšie povedané pamäť dovoľuje simultánne čítať aj písať [7]. V zásade je VRAM tvorená z dvoch buniek RAM, ktoré sú vcelku. VRAM má teda dve brány, s ktorými sa pracuje súčasne. Preto pracuje oveľa rýchlejšie [6]. Pamäte VRAM obsahujú jadro FRAM, ktoré je rovnaké ako u štandardných pamätí DRAM. VRAM však naviac obsahujú pamäť SAM (Serial Access Memory). SAM predstavuje sériový port o šírke 8 bitu, ktorý pracuje na vlastnej frekvencii, ktorá zodpovedá 11

12 frekvencii prevodníku RAMDAC a preto navonok dokáže pracovať nezávisle na integrovanej pamäti DRAM [1]. Pri všetkých novších grafických kartách sa používajú ako pamäte rôzne čipy DDR. Pamäť DRAM sa plní dátami prichádzajúcimi zo zbernice PC (PCI, AGP, PCIe) a zároveň pamäť SAM odosiela už uložené dáta do prevodníka RAMDAC [1]. Pamäť na grafickej karte sa v podstate môže realizovať v rôznej bitovej šírke. Čo sa týka zbernice počítača, potom sa štandardne používa zbernica PCIe [1]. Zbernica slúži na spojenie jednotlivých častí počítača a na pripojenie všetkých prídavných zariadení. Sú to vlastne komunikačné spoje, ktoré prenášajú elektrické signály v binárnom kóde [10]. Čím väčšia je šírka zbernice medzi čipom grafickej karty a obrazovou pamäťou, tým rýchlejšie sa vykresľuje obraz na monitore. 1.2 Prehľad klasických grafických kariet Na spracovanie obrazu sa v minulosti objavilo veľa rôznych prídavných kariet, čo ukazuje tabuľka 1.1. Súčasné grafické karty sa často hromadne označujú ako grafické karty VGA, čo však prakticky nič nevypovedá o ich výkone. VGA predstavuje skratku slov Video Graphics Array a jedná sa vlastne o pole gate array komponentu vyvíjaného na zákazku. Tá bola vyvinutá špeciálne pre grafické aplikácie a nahrádza celý rad ďalších komponentov. Karty VGA boli okamžite vyvinuté s rozhraním ISA, čo bolo dlhé roky považované za štandard [1]. V polovici 80. rokov, na začiatku rozvoja osobných počítačov PC AT, sa stala štandardom zbernica navrhnutá firmou IBM, označovala sa ako AT bus alebo tiež ISA (Industry Standard Architecture) [8]. Z toho vyplýva, že všetko, čo sa dnes používa už štandardom VGA nezodpovedá. Konsorcium VESA (Video Electronics Standard Association) definovalo záväzný režim VESA. Režim VESA predstavuje obecný štandard pre všetko, čo vychádza zo starého štandardu VGA. Špecialitou karty VGA je to, že neovláda monitor pomocou digitálnych, ale pomocou analógových signálov. Dôvodom pre používanie analógových signálov bolo oveľa lepšie zobrazenie informácií týkajúcich sa farieb [1]. 12

13 Tabuľka 1.1: Prehľad údajov rôznych štandardných grafických kariet [1] Typ Označenie Maximálne Zbernica Maximálna Pripojenie Rozlíšenie veľkosť pamäte MDA Monochrone Display 25 riadkov x 80 znakov 8 bit PC 4 kb DSUB-9 HGC Hercules Graphic Card 720 x 348 pix (2 farby) EGA Enhanced 640 x 350 pix. Graphic Adapter (16 farieb) XGA Extended x 768 pix Graphic Array (256 farieb) 8514 IBM-Standard x 768 pix (256 farieb) VGA Video Graphics 640 x 480 pix. Array (256 farieb) 8 bit PC 64 kb DSUB-9 8 bit PC, kb DSUB-9, bit ISA konektor Feature MCA, 1 MB DSUB bit ISA (analógový) MCA, 1 MB DSUB bit ISA (analógový) 8 bit PC, 1 MB DSUB bit ISA, (analógový), MCA BNC Dôležitý krok v urýchľovaní grafických funkcií urobila v roku 1992 do tej doby prakticky neznáma firma S3 Incorporates, keď na trh uviedla tzv. akcelerátory Windows v podobe klasických prídavných kariet. Ich princíp neskôr poslúžil ako základ pre dnes používané grafické karty. Princíp spočíva v tom, že sa často používané grafické funkcie (pre Windows) implementujú v grafickom čipe, teda v hardvéri a nemusí sa nimi zdĺhavo zaoberať procesor počítača [1]. Medzi základné funkcie čipu pre 2D akceleráciu patria: BitBlt Presúvanie obsahu okien (bloky pixelov). Hardware Cursor Pohyby kurzoru, vykonáva čip pre akceleráciu. Line Drawing Kreslenie čiar. Circle Drawing Kreslenie kružníc. Polygon Fill Akcelerátor grafického čipu vypĺňa mnohouholník pixelmi. Zoom Kopírovanie výstrižku obrázku, ktorý sa najskôr v istom pomere zväčší a potom zobrazí. 13

14 1.3 Tvorba obrazu (Rendering) Pre priblíženie práce karty si najskôr vysvetlíme, akým spôsobom karta pracuje. Tvorba obrazu sa uskutočňuje v spolupráci centrálneho mikroprocesora s obvodmi grafickej karty. Karta dostáva príkazy na tvorbu obrazu. Čím je karta výkonnejšia, tým menej zaťažuje hlavný mikroprocesor. Tvorba obrazu je potom rýchla a obraz kvalitný. Rozlišujeme 2 typy zobrazenia: plošný 2D, priestorový 3D. Tvorba reálneho 3D-obrazu je značným technickým problémom, vytvára sa na základe počítačového modelu, charakteristík scény a okolia. Scénu charakterizuje umiestnenie svetiel a kamery, okolie potom napríklad farba, či obraz v pozadí, hmla atď. [2]. Základné fázy, ktorými musí kreslený objekt 3D prejsť: V prvej fáze musí aplikácia opísať, ako má obraz vyzerať. Túto scénu aplikácia odovzdáva cez rozhranie API na spracovanie hardvéru. Ďalej sa musia zobrazované telesá matematicky opísať. To sa väčšinou urobí prevedením povrchu telesa na sieť trojuholníkov. Potom sa telesá natočia do polohy zodpovedajúcej pohľadu pozorovateľa a trojuholníky, ktoré nie sú viditeľné, sa odstránia. Potom sa musí nakresliť povrch zobrazovaných telies. Dopočítajú sa súradnice hrán a vnútorných bodov trojuholníkov. Pre popis povrchov trojuholníkov sa v zásade používajú dve metódy: Tieňovanie, keď je stanovená farba každého pixelu v trojuholníku. Mapovanie textúr je druhou metódou, pri ktorej je každý trojuholník potiahnutý dvojrozmernou vzorkou. Povrch telesa tak získa charakteristický tvar. Nasledujúcim krokom je filtrovanie a vyhladzovanie obrazu. Potom príde na rad viditeľnosť trojuholníkov. Zobrazované objekty sa väčšinou prekrývajú a na obrazovke sa teda bližšie objekty musia objaviť pred vzdialenejšími. Nakoniec sa snímka odošle na spracovanie do monitora. Je potrebné, aby sa v čase odosielania obrazu už do pamäti kreslila ďalšia snímka. Adaptéry tak pracujú s niekoľkými obrázkami naraz [2]. 14

15 1.4 Ako funguje 3D zobrazovanie Rozdelenie scény, to, ako sa majú jednotlivé prvky obrázku voči sebe usporiadať, určuje procesor počítača. Používa sa tiež pojem nastavenie trojuholníkov, pretože sa jednotlivé objekty skladajú z veľkého počtu mnohouholníkov. V 3D čipe, ktorý ako vstupné dáta očakáva trojuholníky, zodpovedá za úpravu mnohouholníkov tzv. Triangle Setup Engine [1]. Triangle Setup Engine dostane jednoduché trojuholníky z čipu a generuje vertexové farby, textúry a ďalšie atribúty rovnako ako ich prechody [23]. Pred Triangle Setup Engine vykonáva jednotka Transform&Lightning prevod súradníc a výpočty osvetlenia už pretransformovaných 3D objektov. Jednotka T&L odľahčuje procesor tým, že všetky 3D operácie používané procesorom počítača vkladá do GPU [15]. Setup Engine odoberie zo všetkého najskôr všetky mnohouholníky objektu, ktoré sú v daný okamih neviditeľné, a postará sa, aby vytvorenie novej scény prebehlo čo najrýchlejšie a s čo možno najmenšou spotrebou šírky pásma pamäti [1]. Ďalšími naväzujúcimi operáciami je nastavenie pixelov (rastrovanie) a určenie farby každého pixelu. Vykonáva ich rasterizér. Cesta signálu zo zbernice k rasterizéru sa označuje výrazom Pixel Pipeline, poprípade Render Pipeline a dá sa viesť viacnásobne (paralelne) [1]. Pri spracovaní sa často používajú metódy priblíženia (Anti Aliasing v Scan Converter), ktoré farbu a kontrast pixelov pre ďalšie spracovanie zmenšia. V tomto okamihu prichádza chvíľa pre nasadenie najrôznejších metód na vyhladzovanie hrán (FSAA) [1]. Rasterizér musí preveriť, či sa prvky obrázku nachádzajú pred alebo za už vykresleným prvkom. K tomu sa používa Z-Buffer (Depth Buffer) miestnej pamäte [1]. Z-Buffer zistí, ktoré objekty sú bližšie a vyrenderuje len tie [16]. Ďalším krokom je operácia Texture Mapping so svojou vlastnou pipeline (Texture pipeline), ktorá objektom (Image, Pattern, Video) priraďuje akúsi dvojrozmernú masku. Určitý objekt sa raz zloží a potom sa s ním jedná ako s textúrou, ktorej jednotlivé pixely (texely) sa ukladajú do pamäte a v prípade potreby sa na ne použije vhodný 3D mnohouholníkový povrch. Popritom sa vykonáva oprava perspektívy (Perspective Correct, os W), aby sa zabránilo skresleniu obrazu, či odstráneniu určitých farieb, či farebných prechodov (Color Key, Chroma Clear) [1]. 15

16 Trojrozmerná štruktúra ani teraz nie je optimálna, preto sa použije Bump Mapping, ktorý upravuje osvetlenie objektov a vytvára dokonalejší dojem 3D zobrazenia. Textúry sa posielajú z 3D čipu buď priamo cez zbernicu počítača, poprípade sa cez PIO/DMA najskôr umiestňujú do pamäte grafickej karty a odtiaľ následne do čipu. Miestna pamäť je rozdelená na niekoľko častí a Frame Buffer štandardne obsahuje oblasť Front Buffer a Back Buffer. Do tejto oblasti sa umiestňuje obraz a pre každý pixel obrazu sú vyhradené dva, tri alebo štyri bajty. Práve zobrazovaný obraz sa nachádza vo Front Buffer, pretože odtiaľ sa cez prevodník RAMDAC posiela na monitor. 3D čip v Back Buffer vytvára obraz, ktorý bude nasledovať [1]. Jednotlivé oblasti Bufferu si teda neustále vymieňajú funkcie, prípravu a zobrazenie obrazu, jedná sa o tzv. Buffer Flipping [17]. 1.5 API Okrem grafickej karty a jej ovládača riadi tvorbu obrazu aj softvér nazvaný API, a to v jazyku, ktorému grafická karta prípadne jej ovládač rozumie. Existuje niekoľko konkurenčných programov API, ku ktorým patria DirectX a OpenGL DirectX Rozhranie DirectX predstavuje sadu rozhrania API integrovaných do systému Windows. Toto rozhranie tvorí platformu, na ktorej môžu vývojári softvéru vytvárať programy komunikujúce s najrôznejším hardvérom [2]. Pre podporu 3D funkcií slúži všeobecne softvérové rozhranie Microsoft DirectX (Direct 3D), ktoré je pre hranie najnovších hier vo Windows úplne potrebné [1]. Direct 3D umožňuje na monitore vykresľovať trojrozmerné animácie. Rozhranie Direct3D je navrhnuté tak, aby zaisťovalo výkonné prepojenie medzi grafickou kartou počítača a softvérovými programami, ktoré dokážu vykresľovať trojrozmerné objekty [18]. Ako programátorské rozhranie pre 3D grafiku sa DirectX presadilo až v neskorších verziách. 16

17 1.5.2 OpenGL Open Graphics Language (OpenGL) pochádza z profesionálneho nasadenia, kedy sa používalo pre vytvorenie 3D objektov alebo aj počítačových animácií. OpenGL bolo vyvinuté špecialistami na počítačovú grafiku z firmy SGI v roku 1992 (Silicon Graphics Incorporated). OpenGL bolo pôvodne vyvinuté pre špeciálne pracovné stanice, pre prácu s grafikou a používa sa ako softvérové rozhranie na mnohých platformách, napríklad v Linuxe, UNIXe, OS/2 a samozrejme aj vo všetkých novších operačných systémoch od Microsoftu [1]. Kto plánuje používať grafickú kartu prevažne na prácu s profesionálnym softvérom (CAD systémy), mal by zabezpečiť, aby mal ku grafickej karte aj pre daný operačný systém najnovší ovládač OpenGL. Pri kartách pre profesionálne využitie potom vychádzame z toho, že ovládače OpenGL dodávané s kartami sú na pomerne vysokej úrovni a nejedná sa teda v žiadnom prípade iba o narýchlo vyvinutý softvér. Vyžaduje sa tu totiž vysoká stabilita a spoľahlivosť ovládačov. Veľký dôraz sa kladie na presnosť zobrazenia objektov a optimálnu komunikáciu s profesionálnymi aplikáciami pri zobrazení na dvoch monitoroch [1]. 1.6 Chladenie a napájanie Čím vyššia frekvencia, tým vyššia spotreba elektrickej energie. Zároveň dochádza k zahrievaniu grafickej karty, takže je potrebné nejakým spôsobom zabezpečiť chladenie nielen pamäťovému čipu, ale aj pamäte grafickej karty. Všeobecne platí, že ventilátor na grafickej karte budeme potrebovať už pri výkone 50 W. Jednou z možností je v závislosti na okolnostiach zníženie taktovacej frekvencie alebo vypnutie práve nepoužívaného čipu, poprípade obvodov [1]. Firma AMD prišla s technológiou PowerPlay, ktorá sa pôvodne používala v notebookoch [20]. Najvýkonnejšie grafické karty spravidla potrebujú aj nákladný chladiaci systém, čím sa dnes myslia najrôznejšie chladiace sústavy využívajúce ventilátory, heatpipe, či vodu ako chladivo [1]. Pasívne chladenie pri kartách vyššej triedy nenájdeme, pretože nie je pre odvod tepla pri týchto grafických kartách dostatočne účinné. Úplne ticho pracuje pasívny systém heatpipe. Na grafický čip sa v tomto prípade namontuje výmenník tepla, ktorý na jednej strane obsahuje trubičku s chladiacou kvapalinou 17

18 a na druhej strane radiátor o vysokej ploche. Vďaka rozdielu teplôt na GPU a radiátore koluje v systéme kvapalina samovoľne a odvádza tak teplo do chladiacich rebier [1]. Pre napájanie náročnejších grafických kariet nevystačí elektrický prúd dodávaný zo slotu, ktorý nie je stavaný na tak vysoké dodávanie prúdu, preto niektoré grafické karty obsahujú ešte ďalší napájací kábel, ktorý sa pripojí k zdroju počítača. Grafické karty sa väčšinou pripájajú k zdroju napätia 12 V a je nutné prispôsobiť im aj výkon zdroja počítača. Ďalší napájací kábel obsahovali nielen staršie karty do slotu AGP, ale aj dnešné karty PCIe [1]. 1.7 Zbernicové systémy grafických kartiet Grafické karty existovali vo verziách pre zbernice ISA, PCI, AGP a dnešné PCI Express (PCIe) AGP (Accelerated Graphics Port) Po uvedení zbernice PCI sa ukázalo, že pri hraní výkonovo veľmi náročných hier je maximálna teoretická prenosová rýchlosť 132 MB/s pri grafických kartách nedostatočná. V polovici roku 1997 sa na základných doskách objavil vo forme slotu port AGP (Accelerated Graphics Port). Tento port bol určený pre grafické karty AGP. Slot AGP nie je ani z elektronického, ani z mechanického hľadiska podobný slotu PCI je menší a na základnej doske je posadený viacej dozadu než PCI [1]. Jednou z veľkých výhod AGP je to, že zbernica PCI je zbavená práce s grafickými dátami. Môže sa sústrediť na ďalšie náročné úlohy, ako prenos zo/do sieťového adaptéra alebo z pevných diskov [6]. Na rozdiel od slotu PCI, ktorý pracuje s frekvenciou 33 MHz, pracuje AGP s frekvenciou 66 MHz. Pre AGP boli definované celkom štyri štandardy (AGP 1-3 a AGP Pro). V nasledujúcej tabuľke 1.2 sú uvedené tie najdôležitejšie údaje štandardu AGP. 18

19 Tabuľka 1.2: Prehľad najdôležitejších údajov štandardu AGP [11] Štandard Rýchlosť Maximálna priepustnosť Napätie Podporované sloty AGP 1.0 1x 266 MB/s 3,3 V 3,3 V AGP 2.0 1x, 2x, 4x 532 MB/s MB/s 3,3 V alebo 1,5 V 1,5 V, 3,3 V a univerzálne (3,3 V a 1,5 V) AGP Pro Všetky rýchlosti NA 3,3 V alebo 1,5 V AGP Pro 1,5 V AGP Pro 3,3 V, AGP Pro universal AGP 3.0 4x, 8x 2,1 GB/s 1,5 V alebo 0,8 V Universal AGP 3.0 (4x/8x), 1,5 V a AGP Pro 1,5 V Rozhranie PCI Express AGP bolo postupom času vytlačené rozhraním PCIe (PCI Express). Maximálna dosiahnuteľná prenosová rýchlosť 2,1 GB/s pri štandarde AGP 3.0 v režime 8x sa vďaka novému rozhraniu minimálne zdvojnásobila. Zbernica PCI express je zaujímavá nielen tým, že sa vďaka nej dajú grafické karty zdvojovať, tiež nahrádza štandardnú 32 bitovú zbernicu PCI, ktorá dokáže prenášať dáta iba rýchlosťou 132 MB/s [1]. Na rozdiel od klasického prevedenia zbernice PCI, ktorá pracuje ako paralelný zbernicový systém, pracuje PCIe sériovo, takže žiadna kompatibilita na strane elektroniky neexistuje. Kompatibilita so štandardným PCI zo strany softvéru však zostáva. PCI Express definuje linky s počtom kanálov x1, x2, x4, x8, x12, x16 a x32 [1]. PCI Express x16 a x32 sú najrýchlejšie a slúžia pre grafickú kartu [11]. Slot PCI Express sa na grafickej karte označuje ako PEG (PCI Express for Graphics) a celkom obsahuje 164 pinov [1]. V roku 2007 bol schválený štandard PCIe vo verzii 2.0. Najväčšou novinkou bolo zdvojnásobenie frekvencie jednotlivých kanálov, takže sa teraz každým kanálom môžu prenášať dáta rýchlosťou až 500 MB/s. Tento nový štandard je spätne kompatibilný so štandardom predchádzajúcim [1]. Vkladanie PCIe je rovnaké ako pri AGP. 19

20 1.8 Konektory Na prepojenie grafickej karty s monitorom sa používa viacero druhov konektorov. Každý sa líši typom a kvalitou. VGA Pôvodný konektor VGA rozpoznával štyri tzv. monitor-id bity, ktoré mohli byť vedené z pripojeného monitoru k uzemneniu tým sa dal rozlíšiť monitor EGA od monitoru VGA. Namiesto nich implementovali na príslušné piny 4, 11, 12 a 15 funkciu s označením DDC. Jednalo sa o tzv. Display Data Channel, čo bol spôsob komunikácie medzi monitorom a grafickou kartou a umožňoval monitoru využívať niektoré funkcie Plug & Play [1]. BNC Okrem konektorov VGA majú niektoré monitory aj konektory BNC, väčšinou sa jedná o doprovodnú možnosť pripojenia ku konektoru D-SUB [1]. Grafické karty s konektormi BNC nepatria medzi najbežnejší artikel - používajú sa hlavne v oblasti profesionálnej grafiky. Veľkou výhodou monitorov, ktoré obsahujú ako konektor D-SUB, tak konektory BNC je fakt, že k jednému monitoru môžeme pripojiť dva počítače [1]. DVI a HDMI Pre monitory síce existuje množstvo konektorov, ktoré pracujú digitálne, avšak postupom času ako štandard vykryštalizoval práve konektor DVI (Digital Visual Interface). Ďalším vývojovým stupňom DVI je rozhranie HDMI (High Definition Multimedia Interface), ktoré je spätne kompatibilné k rozhraniu DVI. Obdobne ako DVI je aj HDMI štandardom používaným vo filmovom priemysle [1]. TV-Out Niektoré grafické karty obsahujú výstup na televíziu, tzv. TV-out, ktorý umožňuje priame spojenie televízie ku grafickej karte [2]. Obvykle sa používajú dve rôzne pripojenia: S-Video alebo Composite Video [1]. Metóda S-Video posiela dva signály cez kábel, jeden pre farbu, druhý pre jas, a je používaný niektorými high-end televíziami a video zariadeniami. Tento štandard je lepší než Composite Video pre výstup do televízie [11]. 20

21 Použitím metódy Composite Video sú farby RGB zmiešané spolu do jedného signálu. Táto metóda sa používa v televízii a môže byť použitá v grafických kartách, ktoré sú navrhnuté na odosielanie výstupu do TV. Composite video nevytvára tak ostrý obraz ako S- Video [11]. Komponenty S-Videa môžu mať až dvojnásobné horizontálne rozlíšenie ako kompozitné video [7]. TV IN je vstupom, ktorý používa rovnaké konektory ako TV OUT (S a C). Prostredníctvom konektora TV IN privedieme do PC signál z videoprehrávača alebo prehrávača DVD, videokamery alebo digitálneho fotoaparátu [2]. Obr.: 1.1 Konektory grafickej karty, A konektor DVI, B konektor TV-Out, C konektor VGA [21] 21

22 2 MONITORY Displej, všeobecne nazývaný aj grafická zobrazovacia jednotka, je štandardným grafickým zariadením. Grafický displej možno rozdeliť na: Vektorový Pamäťový S obnovovaním obrazu Monochromatický a Farebný Rastrový Farebný CRT Plochý LCD, Plazmový a Elektro-luminiscenčný Vektorové zariadenia sa používali skôr na začiatku éry počítačovej grafiky. Na uchovanie grafickej informácie potrebujú kapacitne menšiu pamäť ako zariadenia rastrové. Rastrové zariadenia sa začali používať neskôr, najmä kvôli svojim pamäťovým nárokom [4]. Vzhľadom na to, že vektorové displeje sa už nepoužívajú, v tejto časti sa budeme zaoberať iba rastrovými displejmi, a to CRT a najmä plochým monitorom. 2.1 CRT monitor Princíp práce CRT monitor funguje na podobnom princípe ako televízor. Tieto monitory obsahujú katódovú trubicu, ktorá sa tiež nazýva Braunovou trubicou. Povrch tejto trubice predstavuje práve plochu monitoru. Vo vnútri sa nachádza elektrónové delo, ktoré sa skladá z troch rôznych elektrónových zväzkov [12]. Obrazovka monitora je vzduchoprázdna banka, ktorá je na jednej strane rozšírená do plochy obrazovky (anóda), na druhom konci je úzka valcová časť s emitorom elektrónov (tzv. elektronovým delom), čo je vlastne katóda elektrónky obrazovky [2]. Na obrazovku je z vnútornej strany nanesený luminofor - materiál, ktorý sa rozsvieti vplyvom elektrónového lúča. Lúč postupne putuje po obrazovke a rozsvecuje luminoforové telo. Výsledný obraz je poskladaný z množstva postupne rozsvietených a pomaly zhasínajúcich bodov. Medzi obrazovkou a elektrónovým delom je umiestnená mriežka (tiež maska) s presne rozmiestnenými otvormi. Lúč preto nemôže svietiť vedľa, maska mu to nedovolí. Odkláňanie elektrónového zväzku majú na starosť vychyľovacie cievky. Jedna 22

23 dvojica zmenou magnetického poľa pohybuje lúčom vo vodorovnom, druhá vo zvislom smere [2]. Aby mohli elektróny prejsť cestu až k povrchu trubice, musia byť zrýchlené pomocou vysokého napätia, ktoré u väčších monitorov činí až V [1]. Počiatočný bod, odkiaľ lúč elektrónov začína svoju dráhu, sa nachádza v ľavom hornom rohu trubice obrazovky Typy masiek V predchádzajúcej časti spomenuté masky môžu byť vytvárané niekoľkými spôsobmi a každý spôsob ovplyvňuje výslednú kvalitu obrazu. Trubica Delta Delta ja najstarší typ farebnej obrazovky s tieniacou maskou, v ktorej sú pravidelné kruhové otvory rovnakého priemeru. Elektrónové trysky sú rozmiestnené do vrcholov rovnostranného trojuholníka [2]. V porovnaní s inými maskami je ostrosť obrazu väčšinou o niečo horšia, pretože medzi jednotlivými bodmi nutne vzniká voľný priestor, ktorý je čierny [1]. Trubica Trinitron Je pôvodným riešením firmy Sony. Tri elektrónové delá boli nahradené jedným, ktorý emituje tri lúče. Ďalšou odlišnosťou je obrazová mriežka. Klasická pevná mriežka s kovovými otvormi bola nahradená maskou vytvorenou zo zvislých pruhov [2]. Aby boli drôty úplne vodorovné a aby sa nedeformoval ich tvar, musia byť pevne napnuté na pevnom ráme. Nevýhodou tejto trubice je to, že jednotlivé drôty mriežky môžu byť na monitore vidieť a to najmä u väčších monitorov [1]. Trubica In Line a ChromaClear Trubica In Line vychádza z patentu firmy Philips vynájdeného v roku 1955 a jedná sa o kompromis medzi trubicou Delta a trubicou mriežkovou. Jednotlivé triplety sú tu vedľa seba usporiadané do obdĺžnika (triplety v pruhoch), čo vo svojej podstate vyžaduje masku s vertikálnymi otvormi. Výsledkom je veľmi ostrý a kontrastný obraz [1]. Štvrtým najrozšírenejším typom je trubica ChromaClear, kde je maska podobná ako trubica In Line. V podstate sa jedná o spojenie technológií Delta a Trinitron, pričom ChromaClear preberá tie lepšie vlastnosti. 23

24 Tabuľka 2.1: Porovnanie kvality jednotlivých masiek [3] Typ obrazovky Delta Trinitron CromaClear Ostrosť obrazu ** *** *** Konvergencia ** *** ** Kontrast * ** ** Čistota farieb ** *** *** Stabilita obrazu *** * ** Rastrové moaré * ** ** Čistota obrazu *** * *** * najnižšia kvalita, *** najvyššia kvalita Kvalita obrazu Popis kvality obrazu rozdelíme do týchto časti: konvergencia, geometria, nastavenie farieb, rozlíšenie, horizontálna/vertikálna frekvencia, Plug & Play. Konvergencia - Tri elektrónové lúče vnútri monitoru sa musia spájať na rovnakom mieste na obrazovke. Ak nie je monitor nastavený správne, lúče sa nespoja správne do jedného bodu. Výsledkom toho je dúhový efekt, strata ostrosti a detailov [7]. Konvergenčné vady sa objavujú hlavne v rohoch obrazovky [3]. Geometria - Do nastavenia geometrie môžeme počítať ovládanie pre zamedzenie súdkovitosti, trapézovitosti, pravouhlosti, nachýlenia a naklápania. Do geometrie sa tiež započítava odmagnetovanie - Degaussing [3]. Nastavenie farieb - U niektorých výrobkov sú ovládacie prvky pre automatické dostavovanie kontrastu pre nastavenie farebnej teploty obrazu. Základným nastavením je neutrálne biele zafarbenie [3]. Rozlíšenie/veľkosť pixelov - Rozlíšenie obrazu znamená počet elementov (pixelov), ktoré môžu byť zobrazené na obrazovke. V tabuľke 2.2 sú uvedené maximálne rozlíšenia odporúčané pre rôzne uhlopriečky obrazoviek monitorov [3]. 24

25 Tabuľka 2.2: Maximálne rozlíšenie v závislosti od veľkosti uhlopriečky [3] Uhlopriečka Maximálne rozlíšenie Rozstup bodov x 600 0, x 768 0, x , x , x ,26 Obnovovacia (vertikálna) frekvencia - Obnovovacia frekvencia (obrazový kmitočet) udáva, koľkokrát za sekundu sa obraz obnoví [1]. Je meraná v Hz. Pre odstránenie blikania obrazovky by vertikálna frekvencia nemala dosahovať hodnôt pod 75 Hz [3]. Pohybuje lúčom doľava a doprava, teda po stĺpcoch. Čím vyššia je táto frekvencia, tým rýchlejšie prebehne lúč cez všetky stĺpce jedného riadku, preskočí na riadok ďalší, až osvieti všetky riadky celej obrazovky [2]. Čím vyššia je obnovovacia frekvencia a čím väčšie je rozlíšenie, tým vyššia je aj riadková frekvencia [1]. Vyššia vertikálna frekvencia rozsvecuje telo na riadkoch častejšie a znižuje blikanie obrazu. Je tak veľmi dôležitým ergonomickým ukazovateľom kvality [2]. Horizontálna frekvencia - Týka sa horizontálnych vychyľovacích cievok [2]. Horizontálna frekvencia (riadkový kmitočet) znamená množstvo popísaných riadkov elektrónovým lúčom počas jednej sekundy, merané v khz [3]. Horizontálna frekvencia je akýmsi ukazovateľom rýchlosti, pretože vypovedá o tom, ako rýchlo lúč prebehne jeden riadok monitora [1]. Z tabuľky 2.3 je zrejmé, aké hodnoty by mal mať monitor, aby pri zadanom rozlíšení používal obnovovaciu frekvenciu 75 Hz [1]. Tabuľka 2.3: Údaje na nastavenie monitora s obnovovacou frekvenciou 75 Hz [1] Rozlíšenie Horizontálna frekvencia Šírka pásma 640 x khz MHz 800 x khz MHz x khz MHz x khz MHz 1600 x khz MHz 25

26 2.2 Ploché monitory CRT monitory boli postupom času vytlačené plochými monitormi, a to napriek tomu, že oproti monitorom CRT boli pri porovnateľných parametroch drahšie. V súčasnosti je to inak, cena plochých monitorov klesla tak, že sa CRT monitory prestali vyrábať. Ploché monitory, ktoré nájdeme v notebookoch, sa označujú ako monitory s tečúcimi kryštálmi. Všeobecne je niekoľko typov, tie súčasné sa označujú ako monitory TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Displays), stretnúť sa môžeme aj s označením Active Matrix LCDs [1] Princíp funkcie LCD monitorov Displej z tekutých kryštálov sa skladá z niekoľkých vrstiev [1]. LCD monitor vytvára obraz pomocou materiálu tekutých kryštálov vyrobených z množstva ľahko polarizovaných molekúl [11]. LCD panel je vyrobený z dvoch rovín polarizovaného skla umiestnených v pravom uhle k sebe navzájom. Medzi nimi je vrstva tekutých kryštálov (LC) [12]. Ide o kvapalinu, ktorá reaguje na elektrické napätie, poprípade na teplo [1]. Vedľa nich sa nachádza vrstva zodpovedná za dodávanie farby obrázku. Tieto dve vrstvy sú zovreté medzi dve vrstvy elektród [11]. Ide o to, že (určité) kryštály lámu svetlo inak, pokiaľ sú vystavené pôsobeniu elektrického napätia, ako keď medzi nimi elektrický prúd nepreteká [1]. Jedna mriežka elektród je zarovnaná do stĺpcov, a ostatné elektródy do riadkov. Tieto dve vrstvy elektród vytvárajú elektródovú maticu. Každý priesečník riadku a stĺpca elektródy tvorí jeden pixel na LCD paneli [11]. Pre každý obrazový bod je na sklenenú dosku nanesený technikou tenkého filmu jeden tranzistor, takže výsledkom je akási matica tranzistorov [1]. Softvér môže manipulovať s každým pixelom aktiváciou elektród, ktoré ho tvoria [11]. Každý displej musí mať podsvietenie. Pod tekutými kryštálmi svieti svetlo, najčastejšie elektroluminiscenčná výbojka. Jej svetlo bunka LCD buď neprepustí, utlmí alebo nechá prejsť k očiam pozorovateľa. 26

27 Obr.: 2.1 Prechodný stav LCD [2] Na spodnej a hornej strane displeja sú umiestnené polarizátory, tie iba prepúšťajú svetlo polarizované buď v horizontálnom alebo vertikálnom smere [2]. V priechodnom stave sú tekuté kryštály bunky LCD špirálovo pootočené tak, že svetlo (z podsvietenia) prejde horizontálnym polarizátorom, bunky ich pootočia, svetlo teda prejde aj druhým vertikálnym polarizátorom. Jeden bod na displeji sa rozžiari [2]. Polarizačné vrstvy z vonkajšej strany sklennej vrstvy sú zodpovedné za zabránenie prechádzania svetla cez pixely, pokiaľ elektródy nie sú aktivované [11]. Druhým hraničným stavom je situácia, kedy svetlo zo spodnej strany displeja neprejde k očiam pozorovateľa. To sa docieli tým, že sa na elektródy tekutého kryštálu pripojí striedavé napätie. Tekuté kryštály sa narovnajú, spodné svetlo prejde prvým polarizátorom, ale kryštály ich nepootočia, tak je svetlo druhým polarizátorom zastavené [2]. V praxi sa nepoužívajú len dva limitné stavy (svieti, nesvieti), ale je potrebné zobrazovať body s rôznou intenzitou svetla. Toho sa dosahuje zmenou veľkosti striedavého napätia, pripojeného k elektródam tekutých kryštálov. 27

28 Pri farebných dispejoch obsahuje každý bod monitora tri tranzistory a tiež príslušné farebné filtre (červený, zelený a modrý). Zobrazenie potom vylepšujú polarizačne filtre, ktoré napríklad zmierňujú závislosti kvality zobrazenia na zornom uhle pohľadu [1]. Aktivované body monitora však svietia aj bez ich neustáleho budenia, pretože každý tranzistor je pripojený ku kondenzátoru, ktorý slúži na uloženie informácie. To je tiež vysvetlenie, prečo už z princípu nemôžu displeje z tekutých kryštálov blikať. Pokiaľ sa obsah monitora nezmení, obraz sa znovu signálom z grafickej karty neprepisuje a neustále obnovovanie obsahu obrazovky neprebieha. Zvýšenie obnovovacej frekvencie z 60 Hz na 75 Hz teda nič nového neprinesie. To je jeden z dôvodov, prečo väčšina monitorov z kvapalných kryštálov nepracuje s obnovovacími frekvenciami vyššími ako 70 Hz [1]. V mobilných telefónoch, hodinách, vreckových kalkulačkách, meracích zariadeniach, atď. sa používajú pasívne maticové displeje LCD, pri ktorých sa samostatný tranzistor nepoužíva pre každý pixel, a zobrazený obraz sa mení relatívne pomaly. Pre notebooky sa už nepoužívajú Parametre plochých monitorov Veličina, ktorá pri monitoroch TFT charakterizuje rýchlosť prepnutia medzi svetlou a tmavou farbou, sa nazýva doba odozvy (Response Time). Čím nižšia je táto hodnota, tým viac sa monitor TFT, čo sa týka odozvy, približuje k monitorom CRT, ktorý už z princípu svojej funkcie nič také ako odozvu nepozná [1]. Prvé používané monitory TFT mali odozvu v intervale ms. Súčasné lepšie monitory TFT majú dobu odozvy okolo 8-2 ms, čo je parameter prijateľný aj pre hráčov počítačových hier. Okrem odozvy sú pri plochých monitoroch ešte ďalšie parametre, ktoré pri monitoroch CRT v rovnakom význame neexistujú jedná sa o kontrast, jas a zorný uhol. Kontrast sa udáva v podobe pomerov, napríklad 1 000:1, jas sa udáva v jednotkách candela na meter štvorcový. Zjednodušene povedané, čím väčšia hodnota, tým lepšie zobrazenie [1]. Zisťovanie zorného uhla pohľadu je pri monitoroch TFT nevyhnutnosť. Obraz monitora nie je rovnako dokonalý zo všetkých uhlov pohľadu, t. j. pokiaľ sa nepozeráme na monitor priamo, mení sa jeho kvalita jas, farba a pod. Zorný uhol potom určuje, pod akým uhlom pohľadu ešte obraz nestráca svoju kvalitu. Snahou samozrejme je, aby tento uhol bol čo najväčší, a preto výrobcovia monitorov pre tento účel vyvíjajú a používajú rôzne technológie (Twisted Nematic, Vertical Alignment), ktoré zároveň majú aj rôznu kvalitu [1]. 28

29 2.2.3 Technológia výroby LCD panelov V súčasnosti existujú tri druhy výroby LCD panelov. Líšia sa spôsobom natáčania tekutých kryštálov. Technológia TN (Twisted Nematic) Ide o prvú najstaršiu technológiu výroby. Molekuly tekutých kryštálov pre priechod svetla vytvárajú špirálu, ktorá otáča svetlo o 90. V okamihu, keď sa kryštály ocitnú pod napätím sa špirála rozpadne a svetlo prestane prechádzať [9]. Môžeme vidieť tri modifikácie: Super-twisted nematic, Double super-twisted nematic, Triple super-twisted nematic [12]. Nevýhodou je to, že TN-matice zvládajú iba 64 odtieňov každej farby, čo znamená, že dokážu priamo zobraziť celkom farieb [9]. Technológia IPS (In-Plane Switching) Pri týchto paneloch sú molekuly tekutých kryštálov vyrovnané súbežne so spodnou doskou displeja. Panely IPS vynikajú vernými farbami a širokými pozorovacími uhlami. Dnes sa používa predovšetkým technológia S-IPS, ktorá priniesla určité vylepšenia, predovšetkým rýchlejšiu odozvu panelov [9]. Technológia VA, MVA, PVA Molekuly sa otáčajú iba o 45, čím sa dosiahne vysokého kontrastu a krátkej odozvy. Keďže bola technológia VA (Vertical Alignment) príliš závislá na veľkosti uhla pohľadu, prišlo sa s ďalšími vylepšeniami pôvodnej VA technológie a to MVA (Multi-Domain Vertical Alignemnet) a PVA [9]. Porovnanie parametrov jednotlivých technológií viď. Tabuľka 3.5, str

30 Zobrazenie pixelov Výrobcovia monitorov TFT udávajú predvolené rozlíšenie, ktorého hodnota zodpovedá počtu tranzistorov umiestnených na tenkej vrstve. Vyššie rozlíšenie sa nedá použiť a pri nižších rozlíšeniach musí jeden bod obrazu monitora zobrazovať viac pixelov naraz, čo však spoľahlivo funguje len vtedy, keď požadované rozlíšenie presne zodpovedá hodnote, ktorú získame, keď vydelíme štandardné rozlíšenie celým číslom. Pokiaľ tomu tak nie je, vstupuje pri monitore do hry integrovaný mechanizmus interpolácie, ktorý vykonáva pre rôzne podiely pixelov nastavenia rôznych úrovní jasu. Tie sa však ani kvalitou, ani kontrastom nedajú zďaleka porovnať s obrazom pri štandardnom rozlíšení. Naviac je nutné pri každom rozlíšení upraviť obraz tak, aby vyplnil celú plochu monitora, čo je ďalší faktor, ktorý spôsobuje skreslenie obrazu [1]. Interpolovaný obraz je vidieť pri zapínaní počítača pri hlásení BIOSu Šetrenie energiou (Power management) Monitor je jedným z energeticky najnáročnejších komponentov celého počítača, jeho príkon býva okolo 100 W. Hoci LCD monitory majú spotrebu oveľa menšiu, ani v prípade ich použitia šetrenie energiou nemožno zanedbať. Dnes sa môžeme stretnúť s dvoma spôsobmi riadenia spotreby (Power management): zastaraným APM, dnes štandardným ACPI [2]. APM (Advanced Power Management) Je starším spôsobom vyšetrovania, ktorý sa definuje a je pod správou BIOSu [2]. Bol vytvorený spoluprácou Intelu a Microsoftu. Tieto špecifikácie definujú na úrovni BIOSu rozhranie medzi hardvérom a operačným systémom [13]. ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) Riadenie spotreby je v réžii operačného systému. ACPI definuje hardvérové registre, rozhranie BIOSu, a ACPI teplotný model. Naviac je zavedený špeciálny jazyk, ktorým sa vykonáva komunikácia medzi prvkami ACPI. Ide o AML (ACPI Machine Language), ktorého prostredníctvom komunikujú zariadenia s operačným systémom [2]. ACPI definuje štyri základné šetriace stavy: Working, Sleeping, Soft-Off a Mechanical-Off [2]. 30

31 2.2.5 Plazmový displej Plazmový displej je typ plochého monitora. Namiesto tekutých kryštálov je medzi panelmi umiestnený ionizovaný plyn [12]. Pracuje na princípe výboja plynu, obvykle neón alebo argón, po privedení napätia. Pracujú so striedavým alebo s jednosmerným napätím. K adresovaniu bodu displeja sa využíva matica elektród. Po privedení napätia na príslušné elektródy vznikne v ich priesečníku výboj, čo sa prejaví ako červeno-oranžové svetlo. Nevýhodou je, že jeho riadiaca jednotka pracuje s napätím asi 190 V [14] Elektroluminiscenčný displej Tento typ displeja sa označuje ako EL displej. Pracuje na princípe elektroluminiscencie. Určité látky označované ako luminofóry emitujú v prítomnosti striedavého elektrického poľa svetlo, táto vlastnosť ich radí medzi aktívne displeje. EL displej sa skladá z tenkostenného filmu fosforu, naneseného medzi dve tenké vrstvy ionizujúceho dielektrického materiálu. Fosfor emituje pri napätí asi 200 V jasne žlté svetlo. Je možné rozsvietiť každý bod samostatne [14] Projektory Pre dvoch či troch ľudí predstavuje monitor optimálne riešenie, avšak keď sa budú chcieť pozerať väčšie skupiny ľudí určite vhodnejší bude projektor. Projektory sú skvelé v školách, na prezentáciách, konferenciách, atď. Ceny projektorov v posledných rokoch poklesli, čo dovoľuje zabezpečiť si projektor pre podnikanie alebo pre potešenie. Projektory je možné pripojiť k počítačom alebo notebookom prostredníctvom portov IS-pin video alebo S-Video. Väčšina notebookov je určených na použitie s projektormi a poskytujú extra IS-pin video port. Ak chceme použiť projektor, pripojíme ho k portu a potom zapneme. U väčšiny notebookov možno prepínať funkcie: 1) použitie LCD displeja a nepoužitie portu, 2) použitie oboch LCD displeja aj portu, 3) použitie portu a nepoužitie displeja [11]. Ak prvý krát použijeme projektor, zobrazí sa zrkadlový obraz presne taký ako vidíme na LCD paneli. 31

32 3 ODPORÚČANIA PRE GRAFICKÉ KARTY A MONITORY 3.1 Grafická karta na mieru Existujú grafické karty určené na počítačové hry a na profesionálne použitie Grafické karty na hry V tejto časti sa budeme venovať grafickým kartám od firmy ATI označovanými Radeon a o grafických kartách od firmy NVIDIA označovanými ako GeForce. Podľa nich sa dnes posudzuje výkon všetkých grafických kariet a čipov. Tieto dve firmy v súčasnosti ovládajú trh grafických kariet zameraných na hry. Od roku 2006 patrí firma ATI firme AMD (Advanced Micro Devices), ATI už ako samostatná značka neexistuje, avšak medzi verejnosťou sa stále hovorí o grafických kartách ATI a nie o kartách AMD. Na trhu s grafickými kartami sa už niekoľko rokov presadzuje stratégia uvedenia novej generácie grafických kariet za vysoké ceny. Z týchto kariet sa neskôr vyrobí niekoľko typov, ktoré majú obmedzené množstvo funkcií. Potom sa objaví väčší počet výrobcov s vlastnými značkami, ktoré vychádzajú z pôvodného vzoru firiem AMD a NVIDIA, čím dôjde k poklesu ceny. Karty z predchádzajúcej generácie zlacnejú. Veľkou výhodou tohto je pre hráčov počítačových hier nielen zníženie cien kariet predchádzajúcich generácií, ale aj to, že pre tieto karty sú vyvinuté dostatočne stabilné ovládače a tiež to, že si na týchto kartách možno zahrať všetky v tej dobe vychádzajúce hry na dostatočne kvalitnom výkone. Pri grafických kartách podobne ako pri iných počítačových súčiastkach (procesoroch, pamätiach) sa nedá dopredu určiť počet variant, ktoré sa budú vyrábať. Toto sa rieši až po výrobe vlastného grafického čipu, na základe meraní výkonu, poprípade podľa toho, čo si žiada trh. Potom sa buď zníži počet pipelines alebo sa zvýši taktovacia frekvencia, a pod. Grafické čipy a grafické karty Radeon využívajú viacero rôznych identifikátorov. Okrem označenia série používajú označenie segmentu trhu, napríklad Low Cost, Standard alebo High End. 32

33 V rámci segmentu sa dá uviesť ďalšie upresnenie: Bez označenia: verzia Standard Pro: rýchlejšia verzia SE alebo LE: obmedzená, poprípade ľahko obmedzená štandardná verzia XL: špeciálna verzia určená pre trh OEM (napríklad Fujitsu/Siemens, Medion) XT: najvýkonnejšia verzia Okrem tohto označovania používajú vlastné označovanie aj jednotliví výrobcovia grafických kariet, aby tak zviditeľnili niektoré špeciálne funkcie karty. Toto označenie však nie je nijako štandardizované. Podľa vyššie uvedených pravidiel sa dá ľahko vyhľadať ľubovolná karta. Vyššie čísla v rámci série vypovedajú o vyššom výkone. Tabuľka 3.1: Prehľad najvýkonnejších grafických kariet Radeon od firmy AMD [22] Typ Frekvencia čipu Šírka zbernice Veľkosť pamäte Frekvencia pamäte ATI Radeon HD 2000 Graphics Family ATI Radeon HD MHz 128-bit 256 MB GDDR3 400 MHz ATI Radeon HD MHz 512-bit 512 MB GDDR3 800 MHz ATI Radeon HD 3000 Series graphics ATI Radeon HD MHz 128-bit 512 MB GDDR3 800 MHz ATI Radeon HD MHz 256-bit 512 MB GDDR3 900 MHz ATI Radeon HD 4000 Graphics Family ATI Radeon HD MHz 128-bit 512 MB GDDR5 800 MHz ATI Radeon HD MHz 256-bit 512 MB GDDR3 800 MHz ATI Radeon HD 5000 Series graphics ATI Radeon HD MHz 1.15 GHz 1 GB GDDR MHz ATI Radeon HD MHz 1.0 GHz 2 GB GDDR Mhz NVIDIA používa podobný princíp označovania grafických kariet. Pri sérii GeForce 8000 a GeForce 9000 sa karty rozdeľujú podľa segmentu trhu na Low Cost, Standard alebo High End. 33

34 NVIDIA tiež používa nasledujúce skratky: GS: najslabšia verzia GT: verzia budget GTS: výkonnejšia verzia v segmente Standard GTX: veľmi výkonná verzia v segmente High End Ultra: najvýkonnejšia verzia v segmente High End Tabuľka 3.2: Prehľad najvýkonnejších grafických kariet GeForce od firmy NVIDIA [24] Typ Frekvencia čipu Šírka zbernice Veľkosť pamäte Frekvencia pamäte 8 Series GeForce 8600 GTS 675 MHz 128-bit 256 MB GDDR MHz GeForce 8800 GTX 575 MHz 384-bit 768 MB GDDR3 900 MHz GeForce 8800 Ultra 612 MHz 384-bit 768 MB GDDR MHz 9 Series GeForce 9500 GT 550 MHz 128-bit 512 MB GDDR3 800 MHz GeForce 9800 GT 600 MHz 256-bit 512 MB GDDR3 900 MHz GeForce 9800 GTX 675 MHz 256-bit 512 MB GDDR MHz 200 Series GeForce GTS MHz 256-bit 512 MB GDDR MHz GeForce GTX MHz 512-bit 1000 MB GDDR MHz GeForce GTX MHz 896-bit 1792 MB GDDR3 999 MHz Vidíme, že aj tu nie je problém vyhľadať si kartu podľa vlastných špecifikácií. Pri dnešných najmodernejších grafických kartách je štandardom používanie zbernice PCIe (PCI express) a používanie zásuvky DVI pre pripájanie monitora (viď. kapitola Grafické karty str. 19, 20). 34

35 3.1.2 Grafické karty na profesionálne využitie Ak chceme využívať grafickú kartu na iné účely než na hry, je dobré sa zaujímať o iné grafické karty než sú karty od firiem AMD a NVIDIA. Jednou z takýchto firiem je Matrox, ktorá odmieta so svojimi grafickými čipmi a kartami súťažiť na poli počítačových hier. Matrox kladie väčší dôraz na funkčné a stabilné ovládače a stanovuje odlišné kritériá pre užívateľov. Matrox pre svoje grafické karty dovoľuje nastavovať obnovovaciu frekvenciu po 1 Hz a integruje mnohé funkcie pomocou hardvéru. Tieto grafické karty majú úplne spoľahlivo fungujúci výstup pre druhý monitor (dual head). Samozrejmosťou je aj plnohodnotný výstup na televíziu. Dôraz sa nekladie na výkon v počítačových hrách, ale na stabilný obraz pri veľmi vysokých rozlíšeniach (2 029 x 1 360,80 Hz) používaných v profesionálnej oblasti na prácu s grafikou či 3D aplikáciami (CAD). Pri moderných grafických kartách trochu zaostáva kvalita 2D zobrazenia, avšak grafické karty Matrox aj tu dosahujú lepšie a kvalitnejšie výstupy než konkurenčné firmy. Tabuľka 3.3: Prehľad najvýkonnejších grafických kariet od firmy Matrox [25] Typ DVI Typ zbernice Veľkosť pamäte Matrox M-Series M9188 PCIe x x1200 PCIe x MB DDR2 Matrox G-Series G 550 PCIe 1280x1024 PCIe x 1 32 MB DDR2 Matrox QID Series QID Pro 1600x1200 PCI, PCI-X 256 MB DDR2 Matrox P-Series P690 Plus LP PCIe x x1200 PCIe x MB DDR2 35

36 3.1.3 Možnosti rozšírenia pre 3D zobrazenie Jedna zo starších 3D grafických kariet Voodoo sa v minulosti používala ako dodatočná karta k 2D karte, ktorú už počítač obsahoval. Táto myšlienka po rokoch znovu ožila v podobe zapojenia viacerých grafických kariet súčasne na základnej doske alebo o zapojenie špeciálnej karty pre fyzikálne efekty. Karta PhysX pre fyzikálne efekty Procesor PhysX od firmy Ageia tvorí jadro tejto rozširujúcej karty. Karty PhysX sa nepripájajú k žiadnemu externému zariadeniu. Spolupráca s grafickou kartou (AGP, PCIe) nachádzajúcou sa na základnej doske prebieha prostredníctvom zbernice PCI. Karty PhysX majú vysokú spotrebu energie, preto obsahujú jednu zásuvku pre zapojenie napájacieho kábla. Procesor tejto karty s označením PPU (Physic Processing Unit) má za úlohu simuláciu fyzikálnych efektov. Tým uľahčuje prácu grafickej karte s vykresľovaním zložitých fyzikálnych efektov a zvyšuje tým výkon v hrách. Karta PhysX je určená pre hry naprogramované v špeciálnom vývojovom prostredí (SDK, PhysX Engine). Cena karty sa pohybuje v rozmedzí od 80 do 200 Eur. SLI - Scalable Link Inteface Jedná sa o možnosť zapojenia 2 a viacerých grafických kariet na základnú dosku za účelom zvýšenia výkonu v počítačových hrách. NVIDIA túto technológiu predstavila v roku Výhodou tohto riešenia je nárast výkonu a možnosť pripojenia viacerých monitorov. NVIDIA podmieňuje používanie technológie SLI tým, že užívateľ musí mať k dispozícii špeciálnu základnú dosku s čipovou sadou NVIDIA a grafické karty NVIDIA. Predpokladáme pripojenie 2 kariet súčasne. Na prepojenie kariet sa používa adaptér SLI Bridge, avšak nie je nutnosťou, pretože komunikácia kariet prebieha aj prostredníctvom PCIe. Jedna karta je nastavená ako Master, druhá ako Slave. Jedna karta sa stará o vytváranie obrazu pre hornú polovicu monitora, druhá o dolnú polovicu. Jedná sa o tzv. Scissors Mode. Karta Slave potom posiela do pamäte karty Master svoju polovicu obrazu, kde sa spája dokopy a posiela sa do monitoru. V režime SLI je možné spustiť iba hry, ktoré túto technológiu podporujú. Obrázok 3.1 zobrazuje technológiu SLI prepojenú adaptérom SLI Bridge. 36

37 Obr.:3.1 Technológia SLI od NVIDIA [28] CrossFire Technológia CrossFire bola reakciou firmy AMD ATI na technológiu SLI od NVIDIA o pol roka neskôr. Princíp bol rovnaký, avšak technológie SLI a CrossFire nie sú navzájom kompatibilné. Podmienkou pre využitie technológie CrossFire je vhodná základná doska, ktorá obsahuje čipovú sadu ATI a Intel v kombinácii grafických kariet Radeon. Na prepojenie kariet sa používa podobný adaptér ako pri SLI. Karta Master aj tu skladá dohromady všetky informácie potrebné na vytvorenie obrazu. Na grafickú kartu nastavenú ako Slave nie sú kladené žiadne zvláštne požiadavky. AMD ATI používa metódu AFR (Alternate Frame Rendering). Metóda AFR predstavuje riešenie, kedy každá karta počíta a spracováva obsah celého monitora. AFR dosahuje vyššieho výkonu v porovnaní s metódou Scissors Mode, avšak nefunguje v prípade, kedy hra používa na vytvorenie obrazu obraz predchádzajúci. V takom prípade sa CrossFire prepne do režimu Scissors Mode. 37

38 3.1.4 Pretaktovanie grafickej karty Tak, ako je možné pretaktovať procesor počítača, je možné pretaktovať a zvýšiť frekvenciu procesora grafickej karty. Frekvencia pamäte grafickej karty nie je závislá na frekvencii grafického čipu, preto je možné pretaktovať aj pamäť grafických kariet. Vďaka týmto zásahom môžeme zvýšiť výkon grafických kariet. Na pretaktovanie grafických kariet existuje viacero utilít. Medzi najlepšie patria RivaTuner, PowerStrip a iné. NVIDIA a AMD ATI tiež poskytujú pretaktovanie cez ovládače. Najlepšie na pretaktovnie sú karty zo segmentu Low Cost, pretože sú dimenzované na výrazne vyššie frekvencie. Taktiež karty v segmente Standard sa dajú pomerne dobre pretaktovať. Sektor High End, to sú najdrahšie karty, nebývajú spravidla na pretaktovanie tak vhodné ako predchádzajúce dva segmenty. Tieto grafické čipy sú vyrábané s čo najväčšou frekvenciou pre maximálny výkon a tak im nezostáva veľa priestoru navyše. Pretaktovaním sa grafická karta nepoškodí, maximálne sa môže stať, že sa počítač resetuje alebo zamrzne. Pretaktovanie je vhodné riešenie, keď je karta zastaralá a je potreba zvýšiť výkonnosť v počítačových hrách. Praktickú ukážku pretaktovania grafickej karty predvedieme v programe RivaTuner. Tento program dokáže zvyšovať alebo znižovať frekvenciu čipu a pamäte hardvérovo a v prípade NVIDIA aj pomocou úprav registrov, teda softvérovo. Ďalej dokáže odomkýnať pipelines, poskytuje hardvérový monitoring a mnohé iné. Test prebehol na grafickej karte NVIDIA GeForce 7300 GT. Karta mala nasledujúce parametre: Frekvencia čipu: 450 MHz Kapacita pamäte: 256 MB Typ pamäte: DDR2 Frekvencia pamäte: 400 MHz Šírka zbernice: 128 bit 4 Vertex Shader 2 Pixel Shader 38

39 Zvyšovanie frekvencie V RivaTuner otvoríme menu System tweaks pre zvyšovanie frekvencií čipu a pamäte. Na obrázku 3.2 je vidieť, že ovládanie je veľmi jednoduché. Zmenu frekvencií docielime nastavovaním posuvníkov na zvolené hodnoty. V dolnej časti menu sa nachádza tlačítko Test, ktorý slúži na otestovanie nami zvolenej frekvencie ako prevencia pred zamrznutím systému. Test frekvencií prebieha cez ovládače, takže tie nám určujú limitné hodnoty, ktoré nesmieme prekročiť. Obr.: 3.2 RivaTuner, menu System tweaks pre zvyšovanie frekvencií Programom RivaTuner sme dokázali pre grafickú kartu GeForce 7300 GT zvýšiť frekvenciu čipu o 120 Mhz a frekvenciu pamäte o 70 MHz. Vyššie hodnoty už neprešli interným testom. Nové parametre grafickej karty teda boli 570 MHz pre grafický čip a 470 MHz pre pamäť. Tieto hodnoty je možné uložiť do profilu a tiež je možné uložiť hodnoty frekvencií tak, aby sa načítali vždy pri štarte Windows. 39

40 Odomykanie pipelines Pipeline je základ grafického čipu, jedná sa o po sebe nasledujúce funkcie GPU. Do pipeline vstupujú dáta a následne sú posielané na monitor v požadovanej forme (viď str. 10). Okrem štandardného počtu pipelines grafické karty obsahujú ešte ďalšie pipelines, ktoré sú hardvérovo alebo softvérovo zamknuté. Obrázok 3.3 predstavuje menu pre odomykanie pipelines. Vidíme 4 pixel a 6 vertex pipelines, z ktorých sú odomknuté len 2 pixel a 5 vertex pipelines. Pre odomknutie zostávajúcich treba zaškrtnúť políčko vľavo od daného pipeline. Aby sa prejavili zmeny, je nutné počítač reštartovať. Obr.: 3.3 RivaTuner, menu pre odomykanie pipelines S takýmito úpravami možno v RivaTuner zvýšiť výkon grafickej karty bez nebezpečia, pretože všetky zmeny sa uskutočňujú na softvérovej úrovni. 40

41 3.1.5 Metódy zisťovania výkonu grafickej karty Meranie výkonu grafickej karty je dôležitým ukazovateľom sily karty a tiež sa uplatňuje pri porovnávaní výkonnosti medzi jednotlivými kartami. Výkon grafickej karty je možné zisťovať dvoma spôsobmi: Prvý spôsob merania je pomocou benchmarku. Benchmark je nástroj, s ktorým sa dá merať výkon počítača a jeho jednotlivých súčastí ako sú základná doska, chipset, grafická karta, pevný disk, procesor atď. My sa budeme zaoberať benchmarkami pre grafické karty. Najpoužívanejším benchmarkom je nepochybne 3DMark od firmy FutureMark. Prvou verziou bol 3DMark99, ktorý mal oproti dnešným verziám obmedzené funkcie. Jednou z posledných verzií bol 3DMark Vantage s mnohými vylepšeniami oproti predchádzajúcim verziám. Výsledkom testu grafickej karty je vizualizácia v grafe a tiež číslo, vyjadrujúce scóre, ktoré je počítané podľa vzorcov a udáva výkon karty, spravidla počet snímok za sekundu (fps). Druhý spôsob merania predstavujú počítačové hry, najmä hry zo žánru FPS ako sú napríklad známe Far Cry 2, Half life 2 a iné. Tento žáner hier je dostatočne dynamický na preukázanie výkonu grafickej karty. Mnohé z týchto hier majú zabudovanú konzolu, ktorá dovoľuje používanie rôznych funkcií a príkazov. Jednou z nich je príkaz pre zobrazenie fps. Potom stačí nastaviť parametre hry na požadované hodnoty a sledovať počet fps. Čím vyššia bude táto hodnota, tým lepšie. Takýmto spôsobom môžeme sledovať rozdiely v počte snímok vzhľadom na meniace sa rozlíšenie, kvalitu textúr a iných parametrov. 41

42 3.1.6 Výber grafickej karty, odporúčania Ak sa človek rozhodne kúpiť si grafickú kartu, exituje niekoľko parametrov, na ktoré by mal pri rozhodovaní brať ohľad. Či už ideme kupovať grafickú kartu určenú na hranie počítačových hier alebo pre profesionálne využite, parametre, na ktoré treba pozerať sa zvlášť nelíšia. Vzhľadom na to, že vývoj hardvéru grafických kariet ide prudko nahor, akékoľvek odporúčanie konkrétnej hodnoty, či už kapacity alebo frekvencie sa zdá byť neadekvátne, pretože možno o pol roka budú hodnoty, ktoré by sme uviedli, dávno zastarané. Ide nám skôr o akési ukázanie toho, čo robí z grafickej karty kartu výkonnú. Prvým parametrom, ktorý si pravdepodobne každý všimne ako prvý, je taktovacia frekvencia grafického čipu. Aj keď sa môže zdať, že čím vyššia bude táto hodnota, tým výkonnejšia bude karta, nemusí to tak vždy byť. Naozaj vysokú taktovaciu frekvenciu čipu je potrebné podporiť aj vyššou hodnotou kapacity pamäte. Avšak aj tu treba pozerať na ďalší parameter a to na frekvenciu pamäte, teda rýchlosť s akou bude s dátami narábať. Pamätí existuje viacero typov. V starších grafických kartách zvyčajne nájdeme pamäte typu DDR a DDR2. Tieto nahradili rýchlejšie GDDR3 až GDDR5. Tieto novšie typy poskytujú rýchlejšie spracovávanie údajov v pamäti. Ďalším veľmi dôležitým parametrom je šírka zbernice pamäte, tu platí jednoduché pravidlo, že čím väčšia, tým lepšie. Zbernica pre grafickú kartu na základnej doske je od roku 2004 zbernica PCIe. Dôležitou súčasťou grafickej karty je aj podpora rozhraní Microsoft DirectX a OpenGL. Karta by mala podporovať najnovšie verzie týchto rozhraní. Odporúčania spomenuté vyššie sa týkajú hlavne grafických kariet určených na hry od firiem NVIDIA a AMD. Pri firme Matrox sú odporúčania v podstate rovnaké avšak v porovnaní s grafickými kartami konkurencie sú taktovacia frekvencia, kapacita pamäte a aj typ pamäte nižšie. Je to dané tým, že tieto karty sú vyrábané na iné účely, než na hranie počítačových hier. Na záver treba zdôrazniť, že výber grafickej karty nie je taký priamočiary ako sa zdá. Ak si vyberieme kartu s vysokou taktovacou frekvenciou čipu, ale s nižšou kapacitou pamäte a šírkou zbernice, nemusíme byť v konečnom dôsledku spokojní. Často je to tak, že karta s rýchlou pamäťou a vyššou kapacitou, ale s menšou frekvenciou GPU bude výkonnejšia ako karta s veľmi výkonným GPU, ale nízkymi parametrami pamäte. 42

43 3.2 Odporúčania pre optimálny monitor V tejto časti sa budeme zaoberať odporúčaniami pre výber optimálneho monitora. Tieto odporúčania budú smerovať k LCD monitorom, vzhľadom na to, že v dnešnej dobe vytlačili CRT monitory, ktoré sa už prestali vyrábať, pretože cena LCD klesla natoľko, že sa to už neoplatí. Avšak v niektorých častiach budeme spomínať aj CRT a porovnávať s LCD displejom. LCD monitory majú oproti CRT monitorom mnoho nepopierateľných výhod. Dokážu využiť celú plochu monitora, neexistujú pri nich žiadne problémy s konvergenciou ani s geometrickými deformáciami, ich obraz je všade rovnako ostrý a sú odolné voči účinkom magnetických polí. LCD monitory spotrebúvajú omnoho menej energie než CRT monitory, neprodukujú toľko tepla, neexistuje pri nich žiadne blikanie. Pokiaľ LCD monitor bliká, príčina bude určite iná než pri monitore CRT a najskôr bude problém v nesprávnej synchronizácii medzi ovládacou elektronikou monitoru a grafickou kartou Rozmer panela a rozlíšenie Rozmery LCD a CRT monitorov sú rovnaké, avšak viditeľná uhlopriečka pri LCD paneloch je vyššia. Preto sa LCD displej skutočnou plochou obrazu vyrovná o jednu triedu vyššiemu CRT monitoru. Tabuľka 3.4: Porovnanie rozmerov LCD a CRT monitorov [2] Rozmer LCD panelu Typické rozlíšenie Zodpovedajúci CRT monitor x768(XGA) x 1024 (SXGA) x 1200 (UXGA) 21 43

44 LCD displej zobrazuje najostrejšie a najpresnejšie v tom rozlíšení, ktoré zodpovedá počtu tranzistorov. Toto môže byť príčina problémov: Programy napísané pre operačný systém DOS sú naprogramované na pevné hodnoty rozlíšenia (najčastejšie 640 x 480 bodov). Používa sa tu extrapolácia nižších rozlíšení (obrazové body sa rozložia medzi susedné pixely - tranzistory). Obraz je čitateľný, ale mierne rozmazaný. Pre používanie programov bežiacich pod DOSom sa LCD monitor príliš nehodí. Ďalším problémom je príliš vysoké rozlíšenie LCD monitorov. Vysoké rozlíšenie spôsobuje zmenšenie obrazu, menšie ikony, menu atď Popis kvality LCD monitora na základe jednotlivých parametrov Obnovovacia frekvencia LCD displej sa skladá z tranzistorových buniek, ktoré majú určitú optickú zotrvačnosť, preto je obraz kľudnejší a stabilnejší (nebliká ako pri CRT monitoroch). Hodnota obnovovacej frekvencie 75 Hz nie je skoro nikdy prekračovaná, doporučovaná hodnota je 70 Hz. Obraz je však kľudný už pri 60 Hz. Doba odozvy Výhodu stability obrazu, ktorú prináša mierne spomalená odozva obrazového pixelu, predstavuje určité nebezpečie. Každá LCD bunka má určitú zotrvačnosť. Obraz mení veľmi pomaly a toto by mohlo znemožniť hranie hier alebo prehrávanie videa. Avšak ľudské oko má tiež určitú zotrvačnosť a stačí mu asi 25 obrázkov za sekundu (40 ms, 1/25 s), aby v ňom vzbudilo dojem plynulosti. Doba odozvy je dôležitá. Dlhá doba odozvy spôsobuje optický nekľud pohybujúcich sa častí obrazu. Dnešné LCD panely nemávajú s dobou odozvy problémy, avšak tento parameter je treba pri kúpe skontrolovať. Jas Je to svietivosť jednotlivých bodov LCD. Vypovedá o tom ako bude obraz vidieť pri dennom svetle. Spodná hranica je okolo 250 cd/m. 44

45 Kontrast Tento parameter udáva ostrosť obrazu, čím vyšší kontrastný pomer, tým lepšie. Kontrast 350:1 a vyššie považujeme za dobrý. Počet farieb LCD majú plný počet farieb True color (16,7 mil.). Pri kúpe lacnejšieho monitoru si treba skontrolovať zobrazovaný počet farieb. Vzdialenosť bodov Možno nazvať bodovým rozstupom (vzdialenosť tranzistorov) od 0,25 do 0,3 mm. Uhol pohľadu Polarizácia obrazu je veľkou nevýhodou technológie LCD. Pri bočnom, hornom alebo spodnom pohľade na obraz dochádza k zhoršeniu farebnosti a strate kontrastu. Kvôli zvýšeniu pozorovacích uhlov sú LCD panely vybavené polarizačnými filtrami. Bočný pozorovací uhol by mal byť aspoň 140 a zvislý 110. Používa sa niekoľko technológií pre zlepšovanie pozorovacích uhlov. Je to jedným z kritérií pri hodnotení LCD monitorov. Tabuľka 3.5: Technológie pre vylepšenie pozorovacích uhlov [2] Metóda Horizontálny pozorovací uhol Typická odozva TN (Twisted Nematic) º 30 ns TN + film º 16, 25, 30 ns IPS/Super TFT (Hitachi, º 30 ns NEC) MVA (Fujitsu) º 20 ns Analógový konektor VGA alebo digitálny konektor DVI? Do LCD monitoru sa dajú pripojiť 2 typy konektorov. Jeden analógový konektor VGA a druhý digitálny konektor DVI môžeme vidieť na obrázku 3.4. LCD monitory pracujú digitálne. Ak sa chceme vyhnúť problémom s konfiguráciou a zobrazením, doporučujeme používať digitálny konektor DVI. Ak použijeme analógový konektor VGA, môže byť nastavovanie dosť neprehľadné a môže trvať dlhší čas. 45

46 Obr.: 3.4 Konektor DVI-D a D-Sub Na záver tejto časti uvádzame v tabuľke 3.6 z aktualizovaného zdroja prehľad základných parametrov menovaných vyššie. Tabuľka 3.6: Prehľad základných parametrov LCD displejov [2] Parameter Dostatočná hodnota Výborná hodnota Jas 250 cd/m2 450 cd/m2 Kontrast 350:01:00 500:01:00 Počet farieb 16,7 mil. 16,7 mil. Uhol pohľadu 140 horizontálne 110 vertikálne 160 horizontálne 160 vertikálne Doba odozvy Pod 35 ms ms Obnovovacia frekvencia 60 MHz 75 MHz Rozhranie Pre 15 a 17 D-SUB Pre 17 a 19 DVI Lepšie je digitálne (DVI) 46