Computer

Grafikkarte

Die Grafikkarte ist eine Erweiterungskarte im Computer, die der grafischen Darstellung von Inhalten/Daten dient. Sie kann in zwei Arten arbeiten:

Textmodus Grafikmodus
Im Textmodus werden Buchstaben, Zahlen und Zeichen als ganzes dargestellt. Die Bildpunkte (Pixel) sind fest dem Zeichen zugeordnet und werden nicht verändert.  Mit dem Grafikmodus kann die Grafikkarte jeden einzelnen Bildpunkt (Pixel) separat ansteuern. Dadurch ist es möglich komplexe Bildinhalte darzustellen. Das GUI (Graphical User Interface / Grafische Benutzeroberfläche) wird z.B. über den Grafikmodus dargestellt.

Auflösung

Die Auflösung ist ein essentieller Bestandteil des Grafikmodus. Sie gibt an, auf wie viele Bildpunkte (Pixel) der Bildinhalt verteilt wird. Je kleiner die Auflösung wird, umso weniger Bildinhalt kann dargestellt werden. Die Auflösung wird in horizontalen x senkrechten Pixel angegeben. Z.B. ist die Auflösung 1920 x 1080 heute ein gängiges Format und besagt, dass der Bildinhalt auf 1920 Horizontalen mal 1080 vertikalen Bildpunkten dargestellt wird.

Auflösung

 

Es wird zwischen 2 unterschiedlichen Arten von Auflösungen unterschieden:

Physikalische Auflösung Logische Auflösung
Sie ist die Anzahl der physikalisch vorhandenen Bildpunkte im Monitor. Diese Bildpunkte können dann von der Grafikkarte angesprochen werden.

Die Anzahl der von der Grafikkarte ansprechbaren Bildpunkte. Die logische Auflösung ist immer gleich, oder kleiner als die physikalische Auflösung.

 

Ist die logische Auflösung kleiner als die physikalische, wird das Signal von der Grafikkarte im Monitor auf physikalische Auflösung umgewandelt. Durch die zuvor niedrigere Auflösung und dem Wandeln auf die physikalische Auflösung (Hochskalieren) werden mehrere physische Bildpunkte zu einem logischen Bildpunkt. Der Vorteil ist das, dass Bild auf dem gesamten Monitor angezeigt wird. Der Nachteil ist aber, dass das Bild eine geringere Qualität durch eckigere Verläufe aufweist.


Aufbau

Der Aufbau der Grafikkarte variiert stark nach Leistung und Einsatzgebiet. Grundlegend sind die Bausteine der Grafikkarte jedoch gleich. So befindet sich auf der Platine die GPU (Graphical Processing Unit). Sie ähnelt dem Prozessor (CPU), jedoch hat sie einen speziellen auf grafische Berechnungen ausgelegten Code und Aufbau. Dadurch entlastet sie die herkömmliche CPU, um grafische Berechnungen. Um überhaupt arbeiten zu können benötigt die GPU, wie die CPU einen Arbeitsspeicher bzw. RAM. Dieser RAM bzw. GRAM oder GDDR befindet sich auf der Platine der Grafikkarte. Im Folgenden, die Übersicht:

Aufbau einer GrafikkarteGPU:

Auf der Platine befindet sich die GPU (Graphical Processing Unit). Sie ähnelt dem Prozessor (CPU), jedoch hat sie einen speziellen auf grafische Berechnungen ausgelegten Code und Aufbau. Dadurch entlastet sie die herkömmliche CPU, um grafische Berechnungen. Neben einer GPU auf der Grafikkarte, gibt es auch integrierte Lösungen auf dem Mainboard. Dann spricht man von einem Integrated Graphics Processor (IGP). Die GPU ist über den Bus mit den anderen Komponenten des Computers verbunden. Die Ausgabe erfolgt über die Display Schnittstellen, bzw. der Wandlung durch den RAM DAC.

Heutige GPU's arbeiten mit Taktraten von 700MHz bis zu 1500 MHz. Der Takt gibt an wie viele Schaltvorgänge pro Sekunde durchlaufen.

Durch die hohen Leistungen und Berechnungen innerhalb der GPU wird eine Kühlung nach TDM benötigt.

Grafik RAM / Grafikspeicher:

Der Grafik RAM dient dem Zwischenspeichern von Berechnungen. Er funktioniert, wie der normale RAM auf dem Mainboard und hat eine Speichergröße und einen Speichertakt. Über den Speichercontroller ist der Speicher mit an den Bus innerhalb des Computers angebunden. Die Datenbusbreite ist jedoch höher, als beim herkömmlichen RAM, da hier mit Breiten von bis zu 384 Bit gearbeitet wird. Je nachdem wie groß der Grafikspeicher dimensioniert ist, können Bilder mit höheren Auflösungen und Qualitäten verarbeitet werden. Der Speicherbedarf eines Bildes richtet sich nach folgender Formel:

Formel SpeicherbedarfFrüher benötigte man wenige Megabyte an Speicher. Heute arbeiten Grafikkarten mit 2 bis 8 Gigabyte Grafikspeicher und können komplexe 3D Grafiken darstellen und speichern.

Neben den verschiedenen Auflösungen gibt es verschiedene Farbtiefen:

16 Bit

16 Bit Farbinformationen pro Pixel/Bildpunkt. Der Anteil an Grün ist höher, da diese Farbe vom menschlichen Auge am besten wahrgenommen werden kann. 

32 Bit Es stehen insgesamt 32 Bit Farbinformationen pro Bildpunkt zur Verfügung. Es sind mehr Farbvariationen möglich, als der Mensch verarbeiten kann.
48 Bit Unter HDMI wurden 48 Bit als Farbinformation eingeführt. In der Praxis werden aber nur 36 genutzt, da das menschliche Auge die Variationen nicht mehr unterscheiden kann.

RAM DAC:

Der RAM DAC wandelt die digitalen Signale in analoge Signale. DAC steht für Digital-Analog-Converter. Dies ist z.B. für VGA nötig, da VGA rein auf analoger Basis läuft. Anhand von Steuer-, Bildschirm- und Synchronisierungsinformationen, wird das Signal pixelweise gewandelt. Für die Farbinformationen gibt es eine Farb-Indextabelle, in der die digitalen Werte festen analogen Signalen zur Darstellung auf dem Monitor zugeordnet sind. Die Tabelle ist im RAM DAC abgelegt. Die Signale werden dann über die Display Schnittstellen ausgegeben.

BIOS ROM:

Beim Booten des Computers wird nicht nur das Bios auf dem Mainboard gestartet, sondern auch das Grafikkarten Bios angesprochen und gestartet. Im Grafikbios sind Informationen zur Karte enthalten, die zum Systemstart nötig sind. Neben diesen Informationen befinden sich auch grundlegende Befehlssätze, die einen Bildaufbau vor dem Laden der eigentlichen Grafikkartentreiber sicherstellen.


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