Card đồ họa hoạt động ra sao
Card đồ họa lấy dữ liệu từ CPU và biến chúng thành các hình ảnh.
Những hình ảnh bạn thấy trên màn hình đều được tạo thành từ những chấm nhỏ li ti gọi là pixel. Ở hầu hết các độ phân giải thông thường, một màn hình hiển thị trên một triệu pixel, và máy tính phải quyết định xem nên làm gì với từng chấm để tạo ra một hình ảnh. Để làm được điều này, nó cần một biên dịch viên – để chuyển các dữ liệu nhị phân từ CPU thành hình ảnh mà mắt người có thể nhìn thấy. Và quá trình này diễn ra trên card đồ họa, trừ khi máy tính của bạn sử dụng bo mạch chủ tích hợp sẵn khả năng đồ họa.
Công việc của một chiếc card đồ họa rất phức tạp, nhưng các quy tắc và thành phần của nó lại rất dễ hiểu. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần cơ bản của một chiếc card đồ họa cũng như công việc của chúng. Ngoài ra ta còn tìm hiểu những nhân tố kết hợp với nhau để tạo ra một card đồ họa hiệu quả nhanh nhạy.
Hãy coi máy tính là một công ty với bộ phận vẽ riêng. Khi nhân viên công ty muốn tạo ra một hình ảnh nào đó, họ sẽ nhờ đến ban đồ họa. Ban đồ họa này sẽ quyết định cách tạo ra một hình ảnh và đưa nó lên giấy. Kết quả cuối cùng là ý tưởng của con người được chuyển hóa thành một bức ảnh có thật mà mắt người có thể chiêm ngưỡng.
Các card đồ họa đều hoạt động theo cùng một số nguyên tắc chung. CPU, kết hợp với một số ứng dụng phần mềm, sẽ gửi thông tin về hình ảnh tới card đồ họa. Card sẽ quyết định sử dụng những pixel này ra sao để tạo ra hình ảnh, rồi gửi thông tin này về màn hình qua dây dẫn.
Việc biến dữ liệu nhị phân thành hình ảnh là cả một quá trình nan giải. Để tạo ra hình ảnh 3D, đầu tiên card đồ họa phải tạo ra một khung dây từ các đường thẳng . Sau đó tạo Rasterize hình ảnh ( lấp đầy những pixel còn lại),ngoài ra còn phải thêm sáng, kết cấu và màu nữa. Đối với những game tốc độ cao, máy tính phải thực hiện quy trình này khoảng 60 khung hình mỗi giây. Nếu không có card đồ họa để thực hiện các phép tính cần thiết, máy tính sẽ phải chịu một khối lượng công việc quá sức.
Card đồ họa thực hiện nhiệm vụ này bằng cách sử dụng 4 thành phần chính:
- Kết nối bo mạch chủ để cho dữ liệu và điện năng
- Một bộ xử lý đồ hoạ để quyết định xem xử lý từng pixel trên màn hình ra sao
- Bộ nhớ để lưu thông tin về từng pixel và tạm thời lưu các bức ảnh đã hoàn tất
- Kết nối màn hình để xem kết quả cuối cùng
Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết bộ xử lý và bộ nhớ.
BỘ XỬ LÝ ĐỒ HOẠ VÀ BỘ NHỚ
Card đồ họa lấy dữ liệu từ CPU và biến chúng thành các hình ảnh.
Cũng như một bo mạch chủ, một card đồ họa là một bảng mạch in có chứa một bộ xử lý đồ hoạ ( GPU ) và RAM. Nó cũng có một chip hệ thống đầu vào/đầu ra (BIOS) để chứa thiết lập card và chẩn đoán về bộ nhớ, đầu vào và đầu ra khi khởi động. Còn bộ xử lý của card đồ họa thì có tên riêng là Bộ xử lý đồ họa (GPU), tương tự như CPU của máy tính. Tuy nhiên một GPU lại được thiết kế riêng cho việc thực hiện các phép tính toán học và hình học phức tạp cần thiết cho việc tạo ảnh đồ hoạ. Một số GPU tốc độ cao nhất còn có nhiều Transistor hơn một CPU bình thường. GPU tỏa ra rất nhiều nhiệt, vì thế nó thường được đặt dưới bộ điều nhiệt hoặc quạt.
Ngoài khả năng xử lý, một GPU còn sử dụng các lập trình đặc biệt để phân tích và sử dụng dữ liệu. ATI và NVIDIA là tác giả của khá nhiều loại GPU trên thị trường, và cả hai đều có những cải tiến của riêng họ để tăng tốc độ GPU. Còn để tăng chất lượng ảnh thì bộ xử lý dùng:
- FSAA ( Full scene anti aliasing –Khử răng cưa toàn cảnh ), làm mượt mép của hình ảnh 3D.
- AF ( Anisotropic filtering – Lọc vô đằng hướng ), làm hình ảnh trở nên rõ ràng và sắc nét hơn
Mỗi công ty cũng phát triển những kỹ thuật riêng để giúp GPU tạo ra được những màu sắc, bóng, kết cấu và mẫu hình khác nhau .
|
Sự phát triển của card đồ họa
Card đồ họa đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài kể từ khi lần đầu được IBM giới thiệu vào năm 1981. Mang tên Adapter Hiển thị Một màu (MDA), chiếc card này chỉ hiển thị được những màn hình toàn chữ trắng hoặc xanh trên nền đen. Giờ đây, tiêu chuẩn tối thiểu của một card video là Mảng Đồ họa video (VGA), hiển thị được tới 256 màu. Với những tiêu chuẩn tốc độ cao như Mảng Đồ họa mở rộng lượng tử (QXGA), giờ đây card video có thể hiển thị hàng triệu màu với độ phân giải lên tới 2040 x 1536 pixel.
|
Khi GPU tạo hình ảnh, nó cần có nơi để chứa thông tin và những hình ảnh hoàn thiện . Khi đó nó sẽ sử dụng RAM của card màn hình , chứa dữ liệu về từng pixel, màu sắc và địa điểm của nó trên màn hình. Một phần RAM cũng có tác dụng như bộ nhớ đệm khung hình ( Frame Buffer ) , tức là chứa hình ảnh đã hoàn thiện và chờ để hiển thị. Thường thì bộ nhớ Video hoạt động ở tốc độ rất cao và thường có cổng đôi, ( Dual-Port ) tức là hệ thống có thể Đọc và Ghi từ RAM cùng lúc.
RAM sẽ kết nối thẳng với Bộ chuyển đổi DAC ( Digital-to-Analog Converter) .Bộ chuyển đổi này còn được gọi là RAMDAC và sẽ “dịch” hình ảnh thành một tín hiệu analog mà màn hình có thể sử dụng. Một số card có nhiều RAMDAC, giúp tăng tốc độ và hỗ trợ nhiều màn hình.
RAMDAC sẽ gửi ảnh cuối cùng về màn hình qua dây dẫn. Chúng ta sẽ tìm hiểu mối liên hệ này trong phần tiếp theo.
ĐẦU VÀO VÀ ĐẨU RA
Chiếc card đồ họa Radeon X800XL này có cả kết nối DVI, VGA và ViVo.
Card đồ họa kết nối với máy tính qua bo mạch chủ. Bo mạch chủ sẽ cung cấp năng lượng cho card và giúp nó liên lạc với CPU. Các loai card đồ họa mới thường đòi hỏi nhiều điện năng hơn khả năng cung cấp của bo mạch chủ, vì thế chúng còn có kết nối trực tiếp với nguồn điện máy tính.
Kết nối với bo mạch chủ thường qua một trong ba giao diện sau:
- PCI
- AGP
- PCI Express (PCIe)
PCI Express là mới nhất trong ba loại và có tốc độ truyền cao nhất giữa card đồ họa và bo mạch chủ. PCIe còn hỗ trợ việc sử dụng hai card đồ họa trên cùng một máy tính.
|
DirectX và Open GL
DirectX và Open GL là các giao diện lập trình ứng dụng, hay API ( Application Programming Interface ) . Một API giúp phần cứng và phần mềm liên lạc với nhau hiệu quả hơn bằng cách đưa ra chỉ dẫn cho những công việc phức tạp như tạo ảnh 3D chẳng hạn. Các nhà phát triển vẫn tối ưu hóa các game nặng về đồ họa cho các API riêng biệt. Đó là lý do tại sao các game hiện đại nhất vẫn yêu cầu bản cập nhật của DirectX hay Open GL mới làm việc hiệu quả được.
API khác với driver. Driver là các chương trình cho phép phần cứng giao tiếp với hệ điều hành máy tính. Nhưng cũng như việc cập nhật những API , việc cập nhật những Driver cho thiết bị sẽ giúp chương trình hoạt động hiệu quả.
|
Hầu hết các card đồ họa đều có hai kết nối màn hình. Thường thì một là kết nối DVI, hỗ trợ màn hình LCD, còn một là kết nối VGA hỗ trợ màn hình CRT. Một số card lại có hai kết nối DVI. Nhưng như thế không có nghĩa là không sử dụng được màn hình CRT; bởi màn hình CRT có thể kết nối với cổng DVI qua một adapter. Đã từng có lúc Apple sản xuất những màn hình sử dụng ADC của Apple. Tuy các màn hình này vẫn đang được sử dụng nhưng các màn hình mới của Apple đều dùng kết nối DVI.
Hầu hết mọi người đều chỉ dùng một trong hai kết nối này. Những ai có hai màn hình có thể mua một card đồ họa có hai đầu , giúp chia tách hình ảnh của hai màn hình này. Một máy tính với đầu đôi, card video PCIe có thể hỗ trợ tới 4 màn hình.
Ngoài kết nối đến bo mạch chủ và màn hình, một số card đồ họa còn kết nối đến:
- Màn hình TV: TV-out hoặc S-video
- Máy quay Video kiểu Analog : ViVo hoặc video in/video out
- Camera số: FireWire hoặc USB
Một số card còn tích hợp cả điều khiển TV nữa. Trong phần tiếp, ta sẽ đến với những thông tin giúp bạn chọn một chiếc card đồ họa tốt.
Hiện nay trên thị trường Card màn hình còn sử dụng đầu nối HDMI và DisplayPort.
LÀM SAO ĐỂ CHỌN MỘT CARD ĐỒ HỌA TỐT
|
Đồ họa tích hợp
Nhiều bo mạch chủ đã tích hợp sẵn tính năng đồ họa mà không cần có card màn hình riêng. Các bo mạch chủ này có thể xử lý hình ảnh 2D khá dễ dàng, vì thế chúng rất lý tưởng cho các ứng dụng văn phòng và ứng dụng Internet. Việc đưa một card đồ họa riêng vào một trong số các bo mạch chủ này sẽ trùng lặp với tính năng đồ họa sẵn có.
|
Rất dễ tìm ra một chiếc card cao cấp . Nó có bộ nhớ lớn và bộ xử lý tốc độ cao. Và thường thì trông nó cũng hấp dẫn hơn tất cả những thứ sẽ được nhét vào chiếc case máy tính nhà bạn. Những chiếc card tốc độ cao này cũng thường được minh họa là có, hoặc thật sự có quạt hay bộ điều nhiệt.
Nhưng một chiếc card cao cấp thường tạo ra quá nhiều năng lượng so với nhu cầu thực sự của người dùng.
· Những người chủ yếu dùng máy tính để check mail, gõ word hoặc lướt web có thể tìm thấy tất cả những gì mình muốn với một bo mạch chủ tích hợp khả năng đồ họa.
· Một chiếc card hạng trung là đủ đối với hầu hết game thủ.
· Còn những ai cần đến sức mạnh của một chiếc card cao cấp thường là dân game chuyên nghiệp hoặc những người thường xuyên làm việc về đồ họa 3D.
 Một số card, như ATI All-in-Wonder, có cả kết nối đến TV và video, cũng như với điều khiển TV. |
Một căn cứ khá tốt để đo tốc độ của card là tốc độ khung, tức số khung mỗi giây (FPS). Tốc độ khung hình này cho biết card có thể hiển thị bao nhiêu hình ảnh hoàn chỉnh mỗi giây. Mắt người xử lý được khoảng 25 hình ảnh mỗi giây, nhưng các game hành động tốc độ cao lại cần đến tốc độ khung ít nhất là 60 FPS để có được hình ảnh và góc lăn mượt mà.
Thành phần của tốc độ khung hình gồm:
Số tam giác hoặc số đỉnh mỗi giây ( TPS – Triangles per second) : hình ảnh 3D được cấu tạo từ các tam giác hoặc đa giác. Số liệu này cho biết tốc độ tính toán toàn bộ số đa giác hoặc số đỉnh tạo nên hình ảnh 3D của GPU. Nói chung, nó cho biết tốc độ card trong việc xây dựng hình ảnh khung.
Tốc độ lấp pixel ( Pixel fill rate) : con số này cho biết mỗi giây GPU xử lý được bao nhiêu pixel, tức là tốc độ Rasterize hình ảnh.
|
Overclock
Một số người chọn cách tăng tốc độ card đồ họa bằng việc đẩy những tốc độ xung nhịp lên mức cao hơn, hay còn gọi là overclock. Mọi người thường overclock bộ nhớ bởi việc overclock GPU có thể khiến lượng nhiệt tỏa ra quá lớn. Tuy overclock có thể giúp tăng tốc độ nhưng nó cũng vi phạm chính sách bảo hành của nhà sản xuất.
|
Phần cứng của card đồ họa ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ của nó. Dưới đây là các đặc trưng của phần cứng có ảnh hưởng lớn nhất đến tốc độ card và những đơn vị dùng để đo đạc chúng:
Tốc độ xung nhịp GPU (MHz)
Với Card màn hình GeForce thì có thêm tốc độ của lõi CUDA
Kích thước bus bộ nhớ (bit)
Dung lượng bộ nhớ VRAM có sẵn (MB)
Tốc độ xung nhịp bộ nhớ (MHz)
Băng thông bộ nhớ (GB/s)
Tốc độ RAMDAC (MHz)
CPU và bo mạch chủ của máy tính cũng đóng góp một phần, bởi một card đồ họa dù có nhanh đến đâu cũng không thể bù cho một bo mạch chủ chậm chạp. Tương tự, kết nối card với bo mạch chủ và tốc độ thu nhận lệnh từ CPU cũng ảnh hưởng đến hoạt động của nó.
Ngoài ra hiện nay những Card màn hình có thêm những bộ phận phụ trợ để phục vụ những công việc cụ thể nào đó ví dụ như bộ phận giải mã một số định dạng video độ nét cao với mục đích giải phóng những công việc này khỏi CPU như UVD của Radeon HD .
Hoặc trên Card màn hình lại tích hợp thêm phần mạng để hỗ trợ cho những vẫn đề liên quan tới mạng Ethernet .
Hoặc có thêm TV Tuner để xem TV
