Technische Information über Grafikkarten

 
Geschichtliches
Während in früheren Zeiten eine Grafikkarte bereits Schwierigkeiten hatte, ein farbenfrohes Bild in brauchbarer Auflösung darzustellen, sind heute Auflösungen von 1600 x 1200 Bildpunkten bei 64000 Farben selbstverständlich. Die Spreu wird heute vom Weizen getrennt, wenn es um aufwendige 3D-Grafikdarstellung geht. Um zu verstehen, warum diese Darstellungsform eine so hochwertige Hardware erfordert, muß man zunächst die Funktionsweise des Bildaufbaus kennenlernen.

 
2D-Grafik
Bei der konventionellen 2D-Grafik wird das Bild komplett vom Prozessor berechnet, und als Bitmap an die Grafikkarte übermittelt. Da für jeden Pixel ein Wert für seine Farbe (und damit seine Helligkeit) angegeben werden muß, berechnet sich die Gesamtgröße des Bitmaps durch Auflösung x Farben.
       
Auflösung 256 Farben 64000 16Mio(True-Color)
640x480 512KB 1MB 1MB
800x600 512KB 1MB 2MB
1024x726 1MB 2MB 4MB
1152x1024 2MB 2MB 4MB
1280x1024 2MB 4MB 4MB
1600x1200 2MB 4MB 6MB

Je höher die Auflösung, um so mehr Daten müssen während eines Bildaufbaus in den Videospeicher gepumpt werden. Sofern man auch bei hohen Auflösungen noch akzeptable Bildwiederholfrequenzen erreichen will, benötigt man einen schnellen Bus und einen schnellen Speicher.

Letztlich entscheidet die Geschwindigkeit des RamDacs, also des Chips, der den Speicher ausliest, um das Bild anzuzeigen, darüber, wie schnell das Bild, ist es erst einmal im Videospeicher, auf den Schirm gebracht werden kann. Um beispielsweise mit einer Auflösung von 1600x1200 Pixeln ein Bild mit 85Hz darzustellen, müssen die Pixel mit mindestens 1600 X 1200 x 85Hz= 16Mhz zum Bildschirm wandern. Die Grenze muß natürlich weit höher liegen, da noch einige Synchronisationssignale mitübertragen werden müssen.

 
3D-Grafik
Erst bei der 3D-Grafik-Darstellung wird richtig Leistung von der Grafikkarte verlangt. Um den Hauptprozessor zu entlasten, wird hier nicht mehr das fertige Bild in den Frame- Buffer übertragen, sondern es werden der Grafikkarte Informationen über die Form jedes einzelnen Objektes in Form eines 3D-Gerüstes bestehend aus 3D-Pixeln sowie über die Eigenschaften seiner Oberfläche (Textur) übertragen. Der Grafikprozessor legt die Textur über das Objekt (texture-mapping), und berechnet anhand der gegebenen Daten über Lichteinfall, Transparenz, Spiegelung, Schatten..., je nach Fähigkeit der Grafikkarte (Alpha blending, Bilineares Filtern, Fogging, Gouraud- shading, Perspektivenkorrektur...), das fertige Bitmap (rendern). 3D-Pixel vereinnahmen deutlich mehr Platz im Videospeicher als 2D, da zusätzlich zu den Angaben über X-Y Lage und Farbe des Bildpunktes auch die Lage auf der imaginären 3. Raumachse, der Z- Achse, im Z- Buffer gespeichert werden müssen. Auch die Texturen, die im Texture-Buffer auf der Grafikkarte gespeichert werden sollten, benötigen meist mehr Platz, als im Videospeicher Platz findet (Größe einer Textur: s.2D-Grafik) . Durch AGP können sie nicht nur schneller eingelesen, sondern auch im den Hauptspeicher ausgelagert werden. Dafür ist ein leistungsfähiges Bussystem ebenso Voraussetzung wie viel und schneller Speicher.

 
Videospeicher
Fast Page Memory (auch Standard DRAM genannt) ist der billigste und langsamste heute verwendete Speichertyp. Eigentlich nur als Hauptspeicher entwickelt, kann er den heutigen Anforderungen als Videospeicher nicht mehr gerecht werden. Selbst als Hauptspeicher ist er die schlechteste Wahl.
EDO-RAM ist im Grunde nichts anderes als Fast Page Memory. Lediglich ist es hier möglich, noch während des laufenden Bursts den nächsten zu beginnen. Dadurch ca. 2-20% schneller, je nachdem, wen man fragt.
VRAM Sehr teure Speicherart. Ist hauptsächlich deshalb deutlich schneller als Standard-DRAM, weil er dualported ist. Es läßt sich also gleichzeitig vom Prozessor ins Video-Ram schreiben, währen der RAMDAC, also der Chip, der das Bild auf dem Monitor darstellt, den Speicher ausliest.
WRAM (Window-Ram) Ist nur wenig anders als VRAM. Es ist ca. 25% schneller, aber auch billiger zu produzieren. Hat dadurch VRAM fast komplett vom Markt verdrängt. Hinweis: Window-RAM hat mit MS-Windows nichts zu tun. Geeignet für High-Power-Grafikkarten
SGRAM (Synchronous-Graphics-RAM) ist, ebenso wie DRAM, single ported, ist aber schlicht schneller (100MHz und mehr). Dadurch performancemäßig näher an VRAM als an DRAM. Preislich günstiger als WRAM. Geeignet für hübsch schnelle Grafikkärtchen....
MDRAM (Multibank DRAM) Hier ist das DRAM in 32K-Blöcke aufgeteilt. Dadurch läßt sich der Speicher flexibler nutzen. Es ist auch möglich, Prozesse zu überlappen. Ist recht teuer, bringt aber auch brauchbare Leistungen.

 
Grafik-Schnittstellen
Die Leistung der Grafikkarte kann jedoch nur genutzt werden, wenn die Hardware von der Software angesprochen wird. Damit nicht für jede neue Grafikkarte ein Programm umgeschrieben werden muß, wurden verschiedeneSchnittstellen entwickelt. Die Grafikkarte muß also ein bestimmtes Format verstehen können, um die Befehle der Software interpretieren zu können. Unterstützt die Hardware die verwendete Software nicht, ist sie nicht lauffähig oder muß vom Hauptprozessor zeitraubend übersetzt werden.

Beispiele für 3D-Formate:
Microsoft Direkt3D (Spiele)
Open GL (Profi-Schnittstelle)
GLIDE (Voodoo...)
Heidi (nur bei 3D-StudioMax)
VRML (Internet)

Beispiele für Videostandards:
AVI,
MPEG-I
MPEG-II
DVD
JPEG,
Quicktime
Real Video

 
Rechtliche Informationen
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