Scheda video. Tipologia e architettura delle schede video. Una scheda video è un componente del computer che ha lo

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1 1 di 8 07/11/ Scheda video Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. Una scheda video è un componente del computer che ha lo Immagine di una scheda video GeForce Si noti il dissipatore dotato di ventola per raffreddare la GPU ed i banchi di memoria disposti attorno. scopo di generare un segnale elettrico (output) che possa essere mostrato a video (display). A seconda del tipo di computer questo dispositivo può essere più o meno potente: i primi modelli di scheda video potevano visualizzare solo testo; successivamente si sono diffuse anche schede video in grado di mostrare output grafici (immagini non testuali) e, recentemente, anche modelli tridimensionali texturizzati in movimento e in tempo reale. Questi ultimi tipi di scheda provvedono anche ad elaborare e modificare l'immagine nella propria memoria interna, mentre le schede 2D possono mostrare immagini 3D solo con l'aiuto della CPU che deve eseguire da sola tutti i calcoli necessari. Indice 1 Tipologia e architettura delle schede video 1.1 Modo testo 1.2 Modalità grafica 1.3 Schede video con accelerazione 2D 1.4 Schede video con accelerazione 3D 1.5 Uscite video 1.6 Interfaccia di connessione con la scheda madre 2 Schede video a coppia 2.1 Soluzione Nvidia (SLI) 2.2 Soluzione ATI (Crossfire) 3 Industrie costruttrici 3.1 Maggiori produttori 3.2 Quote di mercato 3.3 Produttori di schede professionali 3.4 Produttori minori 3.5 Ex produttori 4 Note 5 Voci correlate 6 Altri progetti 7 Collegamenti esterni Tipologia e architettura delle schede video

2 2 di 8 07/11/ Schema di una scheda video AGP Una tipica scheda video contiene un integrato grafico (o più di uno) che gestisce una certa quantità di RAM dedicata a memorizzare i dati grafici da visualizzare e che risiede fisicamente sulla scheda stessa. Le schede video costruite per i PC IBM e compatibili contengono anche una ROM con un driver molto semplice(chiamato firmware che è aggiornabile nelle moderne schede video), usato dal BIOS per il bootstrap. Il funzionamento di una scheda video è, in linea di massima, molto semplice: ogni locazione di RAM grafica contiene il colore di un pixel dello schermo, o di un carattere se la scheda sta visualizzando solo testo: il chip grafico si limita a leggere in sequenza le locazioni necessarie (se sta lavorando in modo testo, ogni locazione viene elaborata da un generatore di caratteri) e a pilotare un convertitore digitale-analogico, detto RAMDAC, che genera il segnale video che sarà visualizzato dal monitor. Dalla quantità di RAM grafica equipaggiata nella scheda e dalla velocità (frequenza) massima del suo RAMDAC dipendono la risoluzione massima raggiungibile e il numero di colori contemporaneamente visibili. Tutte le schede video possono visualizzare anche grafica tridimensionale (al limite anche quelle con sola modalità testo, se si accetta una rappresentazione ASCII art), ma senza funzioni apposite di accelerazione. L'intero lavoro di calcolo deve essere svolto, pixel per pixel, dalla CPU principale del computer, che viene spesso completamente assorbita da questo compito: una scheda grafica non tridimensionale si limita in pratica a visualizzare una serie di immagini bidimensionali che le vengono inviate dal sistema. Modo testo Scheda Nvidia GeForce 6200TC Tutte le schede video dispongono almeno del modo di funzionamento detto modalità testo o a caratteri: in questa modalità lo schermo del computer è organizzato come una griglia di caselle rettangolari in ciascuna delle quali viene scritto un carattere tipografico, di stile prefissato da un generatore di caratteri interno alla scheda (generalmente una sezione del chip video che si occupa di leggere la descrizione dei vari caratteri richiesti dalla ROM o da una parte della RAM video). Per esempio, nei PC IBM originali il modo testo era di 80 colonne per 25 righe. Una parte della RAM della scheda viene poi usata per memorizzare il codice (in

3 3 di 8 07/11/ genere in codice ASCII) di un carattere tipografico. In questa modalità, per far comparire sullo schermo la scritta "pippo" è sufficiente che il calcolatore scriva i cinque codici ASCII delle lettere componenti (112, 105, 112, 112, 111) in cinque locazioni della memoria RAM della scheda video: sarà poi il generatore di caratteri del chip grafico a tradurre i codici in serie di pixel e fare tutto il resto. Modalità grafica Quasi tutte le schede video (con pochissime eccezioni) possono poi operare anche in modalità grafica, vale a dire senza avvalersi del generatore di caratteri interno ma specificando l'immagine pixel per pixel. In questa modalità il colore di ogni pixel è specificato singolarmente, in genere usando una o più locazioni di memoria video. Questa modalità ha bisogno di molta più memoria RAM del modo testo: una schermata in modo testo occupa generalmente da 2 a 6 KB di RAM video, mentre in modalità grafica, a seconda della risoluzione in pixel e della quantità di colori usati contemporaneamente serve da 10 a 1000 volte tanto. Il modo di rappresentare del singolo pixel in memoria video varia molto a seconda del tipo di approccio usato dal costruttore e dalla particolare modalità grafica: in genere però si adotta una corrispondenza di tipo bitmap, cioè a mappa di bit. Schede video con accelerazione 2D Già da un po' di tempo il chip grafico è in grado di eseguire alcune funzioni grafiche in modo autonomo, senza che il processore principale debba intervenire: le schede grafiche con questi chip sono dette 2D accelerate, perché possono svolgere da sole una parte del lavoro di disegno che altrimenti spetterebbe al processore. Le operazioni più comuni da implementare in hardware sono il tracciamento di linee, di archi e di forme geometriche semplici (rettangoli, poligoni, cerchi, ellissi) e il bit blitting, cioè lo spostamento da una parte all'altra dell'immagine di blocchi di pixel. È in genere presente anche un generatore di caratteri evoluto, capace di funzionare anche in modalità grafica e di visualizzare contemporaneamente caratteri di molti font e grandezze diverse. Schede video con accelerazione 3D Le schede video con capacità grafiche tridimensionali (o 3D accelerate) hanno le stesse capacità bidimensionali delle Scheda Nvidia GeForce 2 MX 400 precedenti, e in più ne hanno una completamente nuova, la modalità 3D appunto, in cui i pixel dell'immagine da visualizzare vengono calcolati dalla GPU (Graphics Processing Unit), fotogramma per fotogramma, partendo da una serie di dati geometrici forniti dalla CPU. In questa modalità, la RAM video contiene una serie di sottoimmagini, le texture. Ciascuna di queste viene associata ad una particolare superficie bidimensionale di un modello tridimensionale di cui ne costituisce la "pelle": volendo, si possono considerare le varie texture come delle carte da parati elettroniche. Per ogni fotogramma (frame) da visualizzare in modalità 3D, la scheda video riceve dal processore una serie di punti geometrici (vertici) che specificano delle superfici in uno spazio tridimensionale con l'indicazione di quali texture applicare alle varie superfici: la GPU si occupa di calcolare, a partire dai dati ricevuti, se la particolare

4 4 di 8 07/11/ superficie sia visibile o no, e, se visibile, la sua forma in due dimensioni (coordinate schermo); poi si occupa di applicare la (o le) texture indicate. Il valore di ogni pixel viene quindi calcolato a partire da quali e quanti texel (i pixel delle texture) sono contenuti in esso. Per fare tutto questo, le schede video 3D accelerate sono equipaggiate con una grande quantità di RAM, e ricorrono in modo massiccio al calcolo parallelo: l'integrato principale è un vero e proprio processore e viene detto GPU (anche programmabile a piacere, a partire dalla serie 6800GT di Nvidia), composto internamente di una serie di unità identiche (dette pipeline) operanti in parallelo, ciascuna su una diversa serie di pixel alla volta; poiché in grafica non vale il principio di località non è possibile usare una memoria cache come nella CPU principale, e la comunicazione con la RAM grafica deve essere estremamente veloce: questo rende necessario adottare sia una frequenza di lavoro della RAM grafica molto più alta di quella della memoria principale, sia l'adozione di bus RAM-GPU molto ampi (128, 256 bit o anche 512 bit). Per lo stesso motivo, far funzionare la GPU a frequenze molto più elevate della RAM grafica, adottando un moltiplicatore di frequenza come per la CPU principale, non porterebbe nessun beneficio prestazionale. Ulteriori funzioni di accelerazione, utili per aumentare il livello di realismo delle immagini calcolate, sono il calcolo in hardware delle luci incidenti (Transform and Lighting o T&L), i pixel shader, il vertex shader e il rendering (rasterizzazione), il filtro anisotropico e il filtro antialiasing. Con questa nuova architettura le schede video 3D accelerate sollevano la CPU da tutti i calcoli necessari alla visualizzazione, lasciandole solo il compito di aggiornare la geometria dell'immagine (calcolo di spigoli e vertici, di rotazioni, intersezioni, animazioni ecc.). Le prime schede video accelerate 3D destinate al grande pubblico (prima di allora erano molto costose e riservate a professionisti) sono state le famose Voodoo della 3dfx, la prima industria a produrre schede video con capacità 3D a prezzi popolari, assorbita nel 2001 dalla concorrente Nvidia. Uscite video Le connessioni più diffuse tra la scheda video e il monitor (o televisore) sono: Video Graphics Array (VGA): standard analogico introdotto nel 1987 e progettato per monitor CRT, ma utilizzato, per compatibilità, anche da diversi monitor LCD, assieme all'interfaccia DVI; ha diversi problemi, come il rumore elettrico, la distorsione dell'immagine e alcuni errori nella valutazione dei pixel. Digital Visual Interface (DVI): introdotto nei monitor LCD, viene usato anche da TV al plasma e videoproiettori. Risolve i problemi del SVGA facendo corrispondere a ogni pixel dell'output un pixel dello schermo, in quanto ne riconosce la risoluzione nativa. S-Video: utilizzato per la connessione a TV, lettori DVD, proiettori e videoregistratori. High-Definition Multi-media Interface (HDMI): rilasciato nel 2003, questo standard, che supporta le risoluzioni ad alta definizione, ha come obiettivo la sostituzione di tutti gli altri standard. Altre uscite video (ormai obsolete) sono: Video composito: uscita analogica con risoluzione molto bassa, che fa uso di un connettore RCA Video a componenti: ha tre cavi, ognuno con un connettore RCA, utilizzato per i proiettori. Interfaccia di connessione con la scheda madre In ordine Bus Ampiezza (bits) Frequenza Clock (MHz) Larghezza di banda (MB/s) Trasferimento ISA XT 8 4,77 8 parallelo ISA AT 16 8,33 16 parallelo MCA parallelo

5 5 di 8 07/11/ EISA 32 8,33 32 parallelo VESA parallelo PCI parallelo AGP 1x parallelo AGP 2x parallelo AGP 4x parallelo AGP 8x parallelo PCIe x1 1*32 25 / / 200 seriale PCIe x4 1*32 25 / / 800 seriale PCIe x8 1*32 25 / / 1600 seriale PCIe x16 1*32 25 / / 3200 seriale cronologico, i sistemi di connessione con la scheda madre sono stati: ISA: rilasciata nel 1981 da IBM ed utilizzata negli anni '80 MCA: rilasciata, sempre da IBM nel 1987, incompatibile con le schede madri precedenti EISA: rilasciata nel 1988 per competere con IBM, retrocompatibile VESA: estensione dell'isa PCI: questo standard ha sostituito le altre interfacce nel Il PCI permette una connettività dinamica delle periferiche e non richiede l'utilizzo di jumper per la configurazione. AGP: prima interfaccia dedicata esclusivamente alle schede grafiche, introdotta nel 1997 in seguito alla crescita del mercato di schede video con accelerazione 3D. È diventata l'interfaccia standard per le schede video per i numerosi vantaggi che presentava ed è stata più volte migliorata (AGP 2x, 4x, 8x) PCI Express: evoluzione del bus PCI rilasciata nel 2004 che sta sostituendo l'agp come interfaccia di connessione delle schede grafiche in quanto offre una larghezza di banda maggiore e maggiore potenza erogata. Sono state rilasciate [1], nel gennaio 2007, le specifiche PCI Express 2.0, che incrementa le prestazioni del PCI Express in termini di larghezza di banda e potenza erogata, per sopperire alle richieste sempre maggiori delle schede video. Il primo chipset a supportarle sarà X38 di Intel, nome in codice Bearlake, previsto per luglio Schede video a coppia Soluzione Nvidia (SLI) Per approfondire, vedi la voce Scalable Link Interface. Il concetto che è dietro la sigla "SLI" (Scalable Link Interface), nome ricalcato dalla tecnologia di calcolo parallelo delle Voodoo 2 di 3dfx, è l'aumento della potenza elaborativa della parte grafica sistema tramite l'accoppiamento di due schede video identiche tramite un determinato chipset ed una determinata predisposizione della scheda madre. Scheda Nvidia Geforce7800gt, adatta per utilizzare la modalità SLI Questa tecnologia permette a due (ora anche a quattro grazie a sistemi molto complessi denominati "Quad SLI") schede video di comunicare e suddividere i calcoli per l'elaborazione video a patto che esse siano identiche. Oltre

6 6 di 8 07/11/ alle due schede video bisogna possedere una scheda madre che supporti due socket PCI-Express, mediamente più costosa delle controparti con un solo socket; per collegare le due schede NVidia offre in dotazione un "ponte elettrico" (un piccolo cavo rigido) che collega le due schede sulla loro parte superiore tramite due appositi connettori. Le due schede si dividono così il lavoro: ognuna elabora i dati di una metà dello schermo (suddiviso in varie maniere, o metà e metà oppure anche a "scacchiera" rendendo la suddivisione più uniforme) per poi unire i dati mandandoli al monitor. Recentemente sono stati presentati da NVidia sistemi basati su soluzioni Quad-SLI ovvero sistemi che utilizzano due schede video in modalita SLI ma ognuna di queste schede utilizza a sua volta 2 unità di elaborazione. Sistemi di questo genere hanno tuttavia costi proibitivi per l'utente medio. Soluzione ATI (Crossfire) Per approfondire, vedi la voce CrossFire. Nel 1999 ATI introdusse la sua prima soluzione a doppio processore grafico che non ebbe molto successo: la Rage Fury Scheda video compatibile per il Crossfire. MAXX. A pochi anni di distanza e con l'avvento del modello SLI di NVidia l'azienda Canadese risponde con un proprio metodo di accoppiamento di schede video: il Crossfire. Per funzionare un sistema Crossfire necessita di una scheda madre con un chipset compatibile e due slot PCI-Express per inserire fisicamente le due schede. Diversamente però dal sistema SLI della concorrente NVidia non esiste la limitazione di possedere due schede video identiche ma basta che una delle due in possesso sia una scheda certificata Crossfire di tipo Master, ovvero una scheda video abilitata per questa tecnologia che possieda sul proprio PCB un chip denominato Compositing Engine che, a seconda della potenza dell'altra scheda collegata al sistema e denominata Slave, distribuisca la mole dei calcoli in maniera equilibrata rendendo così tutte le schede compatibili. Per collegare le due schede, ATI utilizza un cavo esterno (nvidia, al contrario, usa un ponte interno tra le schede) che collega due uscite DVI delle due schede e presenta un terzo connettore che va collegato al monitor. Industrie costruttrici Maggiori produttori Intel produce soluzioni integrate, la scheda video è integrata con altri componenti direttamente nella scheda madre del computer. ATI Technologies con le serie Radeon, Radeon X e FireGl NVidia Corporation con le serie GeForce, GeForce FX e la serie Quadro ATI e nvidia producono le GPU e definiscono l'architettura della scheda, che però viene assemblata e commercializzata da produttori partner, che possono applicare variazioni al sistema di raffreddamento, alle

7 7 di 8 07/11/ frequenze di funzionamento, all'alimentazione e alle dimensioni. Nella tabella sono elencati i principali partner rispettivamente di Ati e nvidia: Produttori di GPU ATI NVIDIA GECUBE POINT OF VIEW MSI Produttori di schede video RADEON GALAXY OCZ SAPPHIRE XFX SPARKLE ASUS ASUS PALIT evga GIGABYTE BFG Quote di mercato A luglio 2007 il primo produttore è Intel che con una percentuale di 37.6% è il primo produttore di schede grafiche per personal computer. Intel produce soluzioni integrate, la scheda grafica è integrata con altri componenti direttamente nella scheda madre del computer questo permette di ridurre i costi ma deprime anche le prestazioni, i prodotti Intel sono prodotti destinati a sistemi economici. Il secondo produttore è NVIDIA con il 32.6% del mercato. Il terzo produttore è AMD, proprietaria della società ATI Technologies, AMD ha una quota di mercato del 19.5%. Seguono i produttori VIA Technologies con il 6.26% e SIS con il 2%. L'ultimo produttore è Matrox che sviluppa schede grafiche per applicazioni professionali e detiene lo 0.2% del mercato. [2] Produttori di schede professionali Matrox con le serie Parhelia e P-series 3Dlabs con la serie Wildcat Elsa con la serie Gloria Produttori minori Ex produttori Tra parentesi il periodo di attività nella produzione di chipset grafici originali per il segmento personal computer. Dove assente la voce collegata è presente una breve descrizione. 3dfx ( ) Ark Logic ArtX - acquisita da ATI Technologies Chips and Technologies - acquisita da Intel Cirrus Logic Chromatic Research - acquisita da ATI Technologies Hercules Computer Technology ( ) MOS Technology - conosciuta anche come Commodore Semiconductor Group produce i chip grafici della serie TED e VIC (e la gran parte degli altri chip comprese le CPU compatibili con quelle Motorola) montati sui molti computer Commodore: dal Commodore VIC-20 al Commodore 64, dal Commodore 16 al Commodore Plus/4 e il Commodore 128. Number Nine Visual Technology - acquisita da S3 Graphics Oak Technology ( ) Dal 1987 al 2003 (fino alla acquisizione da parte di Zoran Corporation, produttrice di DSP audio-video)

8 8 di 8 07/11/ Oak produce principalmente microchip per hard disk e drive magneto-ottici. Produce anche chipset grafici compatibili CGA, EGA, VGA, SVGA a basso costo, stabili ma di basse prestazioni, dal 1988 al 1997, quando dismette la divisione grafica. L'ultima realizzazione è il Warp 5 - OTI 64317, un chip 2D/3D presentato (ma mai commercializzato) all'e3 di Atlanta nel PowerVR ( / ) OPTi Raycer - acquisita da Apple Computer Real3D - acquisita da Intel Rendition ( ) Trident Microsystem Tseng Labs - vende la divisione grafica a ATI Technologies nel 1997 Video 7 Weitek ( ) Note 1. ^ Punto Informatico. PCI Express 2, il bus dei PC mette il turbo ( 17 gennaio ^ In crescita la quota di mercato di NVIDIA ( Hardware Upgrade, URL consultato il Voci correlate GPU Risoluzioni standard AGP PCI Express Scalable Link Interface Crossfire Scheda TV Fascia bassa, media e alta Altri progetti Wikimedia Commons contiene file multimediali su Scheda video Collegamenti esterni Guida alle Schede Grafiche per Principianti: Parte 1 ( Guida alle Schede Grafiche per Principianti: Parte 2 ( Guida alle Schede Grafiche per Principianti: Parte 3 ( Categoria: Schede video Ultima modifica per la pagina: 15:48, 25 ott Tutti i testi sono disponibili nel rispetto dei termini della GNU Free Documentation License.