Videokaart

Ajalugu

Videokaardid on läbi käinud pika tee alates sellest, kui IBM esitles esimest esindajat 1981. aastal enda arvutiga IBM PC. Monokroomse kuvaadapteri nime (Monochrome Display Adapter – MDA) kandev kaart omas 4 kB mälu ning oskas väljastada teksti näitavale kuvarile rohelist või valget teksti mustal taustal. 1987. aastal ilmus videokaartide maailma uus standard – VGA (Video Graphics Array). VGA standard sai vägagi laialt levinuks ja viis paljude nimekate firmade, näiteks ATI, S3 ja Cirrus Logic, loomiseni. VGA standardile järgnes juba Super VGA standard, mille eeliseks VGA ees oli parem lahutus, rohkem värve ja suur hulk mälu (2 MB). Aastal 1995 väljastati esimesed 2D- ja 3D-videokaardid, mis võimaldasid 3D-funktsioone. Need videokaardid olid arendatud firmade Matrox, Creative, S3 ja ATI poolt. Aastal 1997 lõi ettevõte 3dfx esimese graafikaprotsessori nimega Voodoo, mis oli enda aja kohta väga võimas ning oskas kasutada 3D-efekte. Varsti pärast Voodoo ilmumist tõi 3dfx turule uue graafikaprotsessori Voodoo2, mille peale 3dfx konkurent NVIDIA tõi turule enda graafikaprotsessorid (TNT, TNT2). Samal ajal lõi Intel kiirendatud graafikapordi AGP, mis täitis tühimiku videokaardi ja mikroprotsessorite vahel. NVIDIA jätkas videokaartide turu vallutamist ja aastal 1999 muutus NVIDIA maailma peamiseks videokaartide tootjaks. Aastatel 1999–2001 olid põhiliselt fokuseeritud 3D-graafikat puudutavate algoritmide täiustamisele. Mõne aja möödudes võeti videokaartides kasutusele ka DDR tehnoloogia, kuna nähti vajadust suurendada andmete edastamise kiirust videokaardi mälu ja graafikaprotsessori vahel. DDR-i tulekuga suurenesid mälumahud 32 megabaidilt 128 megabaidini.
Tänapäeval on olemas videokaarte, mis vastavad kõrgtootlikule standardile QXGA (Quantum Extended Graphics Array), võimaldades kuvada miljoneid värve pildilahutusel kuni 2040 × 1536 pikslit.

Ühendamine

Personaalarvuti videokaart ühendatakse emaplaadi ISA, MCA, VLB, PCI, AGP, PCI-X või PCI-Expressi siiniga. Seni on levinuim ühendusviis PCI-Expressi ühendus. Videokaardi väljundi saamiseks ühendatakse videokaart omakorda kuvariga, kasutades VGA, DVI, S-Video, DMS-59 või HDMI-ühendust.

Ühendused

Kõige tavalisemad ühendused videokaardi ja kuvari vahel:

RAMDAC

RAMDAC on videokaardil asuv RAM-i kiip, mis muudab digitaalsignaali analoogsignaaliks. RAMDAC reguleerib videokaardi funktsioone. Sõltuvalt RAMDAC-is kasutusel olevatest bittide arvust ja andmevahetuskiirusest, suudab RAMDAC toetada erinevaid värskendussagedusi. Mõnel kaardil on lausa mitu RAMDAC-i, mis võimaldavad suurendada tootlikkust ja ühendada kaardiga rohkem kui ühe kuvari. RAMDAC saadab lõpliku pildi läbi kaabli kuvarisse. CRT-kuvarite puhul on väga oluline hoida värskendussagedust kõrgemal kui 75 Hz, kuna sellest madalam värskendussagedus väsitab "värisemise" tõttu liigselt silmi. Tehnoloogilise erinevuse tõttu ei ole "värisemine" LCD-kuvarite puhul probleemiks. Digitaalsete kuvarite populaarsuse kasvu tõttu integreeritakse RAMDAC GPU sisse, mistõttu on ta iseseisva osana kadumas. Kõik tänapäevased LCD-d, plasmakuvarid ja telerid töötavad digitaalsignaalil, mistõttu nad ei vaja RAMDAC-i olemasolu.

Video BIOS

Video BIOS on lihtne (ning tavaliselt kasutaja eest peidetud) programm, mis juhib videokaardi operatsioone ning sisaldab juhendeid selleks, et arvuti ja tarkvara saaksid suhelda videokaardiga. Video BIOS võib sisaldada informatsiooni videokaardi mälu viiteaegade, graafikaprotsessori töökiiruse ja voltide ning muude videokaardiga seonduvate parameetrite kohta. Mõned spetsialistid otsustavad parandada oma arvuti graafikakaardi tootlikkust seades käsitsi läbi Video BIOS-i sätete graafikaprotsessori kella kiiruse suuremaks, see on tuntud kui juurdekruttimine (overclocking). Tavaliselt siiski krutitakse juurde mälu sagedust, sest GPU kella kruttimine võib põhjustada GPU ülekuumenemise, mis võib halval juhul teha taastumatut kahju videokaardile. Kuigi juurdekruttimine võib parandada tootlikkust, muudab see ka tootja garantii kehtetuks, sest kaardi tootja annab garantii ainult tootja poolt seadistatud töörežiimi kohta.

Elektritarve

Videokaartide arvutusvõimsuse kasvamise tõttu on suurenenud ka nende elektritarve. Kuna protsessorite ja toiteplokkide tootjad on läinud efektiivsuse suurendamise teed, on videokaart muutumas arvutis kõige suuremaks elektritarbijaks. Moodsad videokaardid, mille elektritarve on suurem kui 75 W, omavad seetõttu kuue- või kaheksaklemmilisi ühenduspesi, et saada tööks vajalik elektrienergia otse arvuti toiteplokist.

DirectX ja OpenGL

DirectX ja OpenGL on rakendusprogrammilised kasutajaliidesed ehk API-d. API võimaldab riistvara ja tarkvara siduda efektiivsemalt keerukamate toimingute sooritamiseks, nagu näiteks 3D- graafiliste kujutiste viimistlus. Videokaartide arendajad optimeerivad intensiivse graafikakasutusega mänge tihti spetsiifilise API jaoks, mis on ka põhjuseks, miks uusimad mängud nõuavad sageli uuendatud DirectX või Open GL versioone korrektseks töötamiseks.

Draiver

Draiver on tarkvaraline programmijupp, mis seletab videokaardile, mida ta peab joonistama. Kui rakendus teatab operatsioonisüsteemi vahendusel, et aken A on tarvis viia punktist B punkti C, siis kuvaadapterile arusaadavasse keelde tõlgib selle just draiver. Draiver sisaldab infot käskudest, mida graafikaprotsessor on võimeline täitma ja mida mitte, ehk millised pildiosad on võimeline ta ise välja arvutama ja millised on vaja jätta protsessorile. Süsteemi töökiiruse ja võimaluste seisukohalt on draiveril oluline tähtsus. Sageli on videokaardi või operatsioonisüsteemiga kaasas mitu draiverit, iga eraldusvõime ja värvussügavuse jaoks oma – järelikult võivad ka videokaardi võimalused eri režiimides erineda, olenevalt konkreetsest draiverist.