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Scheda video
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Una scheda video è un componente del computer che ha lo
Immagine di una scheda video GeForce 4200.
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
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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
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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
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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
32
10
20
parallelo
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EISA
32
8,33
32
parallelo
VESA
32
40
160
parallelo
PCI
32 - 64
33 - 100
132 - 800
parallelo
AGP 1x
32
66
264
parallelo
AGP 2x
32
133
528
parallelo
AGP 4x
32
266
1000
parallelo
AGP 8x
32
533
2000
parallelo
PCIe x1
1*32
25 / 50
100 / 200
seriale
PCIe x4
1*32
25 / 50
400 / 800
seriale
PCIe x8
1*32
25 / 50
800 / 1600
seriale
PCIe x16
1*32
25 / 50
1600 / 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 1993. 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 2007.
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
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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
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frequenze di funzionamento, all'alimentazione e alle dimensioni.
Nella tabella sono elencati i principali partner rispettivamente di Ati e nVidia:
Produttori di GPU
ATI
Produttori di
schede video
NVIDIA
GECUBE
POINT OF VIEW
MSI
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 (1994-2000)
Ark Logic
ArtX - acquisita da ATI Technologies
Chips and Technologies - acquisita da Intel
Cirrus Logic
Chromatic Research - acquisita da ATI Technologies
Hercules Computer Technology (1982-1998)
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 (1988-1997)
Dal 1987 al 2003 (fino alla acquisizione da parte di Zoran Corporation, produttrice di DSP audio-video)
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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 1997.
PowerVR (1996-1998/2001-2002)
OPTi
Raycer - acquisita da Apple Computer
Real3D - acquisita da Intel
Rendition (1996-1998)
Trident Microsystem
Tseng Labs - vende la divisione grafica a ATI Technologies nel 1997
Video 7
Weitek (1991-1995)
Note
1. ^ Punto Informatico. PCI Express 2, il bus dei PC mette il turbo (http://punto-informatico.it/p.aspx?id=1851181) . 17
gennaio 2007
2. ^ In crescita la quota di mercato di NVIDIA
(http://www.hwupgrade.it/news/skvideo/in-crescita-la-quota-di-mercato-di-nvidia_22166.html) . Hardware Upgrade,
1-8-2008. URL consultato il 1-8-2008 .
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 (http://www.tomshw.it/graphic.php?guide=20060724)
Categoria: Schede video
Ultima modifica per la pagina: 15:48, 25 ott 2007.
Tutti i testi sono disponibili nel rispetto dei termini della GNU Free Documentation License.
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