Uživatel:Stepaj20

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Jana Štěpánová


Obsah

Semestrální práce - Grafické akcelerátory-funkce, vývoj

Funkce

Grafický akcelerátor je procesor umístěný na grafické kartě nebo integrovaný na základní desce primárně sloužící k zobrazovaní dat na zobrazovacím zařízení počítače. V poslední době se výkonnější grafické procesory začali užívat i k výpočtům nesloužícím k zobrazení. Současné grafické akcelerátory mají pro dané výpočty mnohem větší výkon než CPU.

Řetězec zpracování grafiky

Řetězec zpracování grafiky.jpg

1) Aplikace – reprezentace 3D dat, chování objektů a interakce mezi nimi

2) Geometrie (hardwarové T&L-Transformation and Lighting-zpracování 3D grafiky a její přizpůsobení pro zobrazení na 2D zobrazovačích) – modelové a projekční transformace, ořez, osvětlení

3) Rasterizace(vykreslení) – zpracování objektů na jednotlivé pixely, textury, průhlednost…

Programovatelný grafický řetězec

Programovatelný grafický řetězec.jpg

Vertex shader(programovatelné T&L)

Jde o soubor příkazů sloužících k transformaci vykreslované scény(např. nerovnosti) Provádí se na každém vrcholu vstupní geometrie. Nejčastěji dělá transformaci, jejímž výsledkem je pozice na obrazovce (převod 3D modelu na 3D plochu). Může také vrcholy hýbat. Na vstupu je vždy jeden vrchol, který se upraví a pošle na výstu, vrcholy nelze přidávat ani odebírat.

Pixel shader(programovatelná rasterizace)

V podstatě je o program, který pracuje s texturami a jednotlivými pixely, na které aplikuje další efekty (stíny, exploze...) Pomocí Vertex shaderu se získal pixel na obrazovce, na něj se pomocí pixel shaderu nanese textura, nebo se s ním dá manipulovat.

Vývoj

Atari

První čipy byly vyvinuty v 70. letech minulého století pro 8-bitový počítač Atari, byly to čipy ANTIC s GTIA(Alpha-Numeric Television Interface Circuit, George's Television Interface Adapter). První čip zajišťoval generování a celkový posun obrazu a druhý se staral o aplikaci barev a zobrazení pohyblivých obrazů.

Amiga

(80. léta) V počítačích Amiga Commodore 64 a Commodore 128 byl grafický čip VIC-II, který dokázal zobrazit najednou až 8 spritů(malý obrázek/animace integrované do scény) o velikosti 24x21 pixelů pro jednobarevné obrázky a 12x21 pro barevné.

Amiga představila čipset OCS skládající se ze 3 čipů: Zhnus, Denis a Paul. Zhnus měl dva procesory- Copper a Blitter. Copper uměl pohybovat se sprity po obrazovce, měnit barvy a umožňoval část obrazu zobrazit ve vyšším rozlišení než ostatní části (výhodné pro grafické editory). Blitter se specializoval na bit blit operace(kombinování více bitmap do jedné) , umožňoval vykreslit částečné průhledný obraz na pozadí, kreslit přímky a vyplňovat oblasti.

Další vývoj OSC byly čipsety ECS a AGA, které umožňovaly zobrazit až 256 barev s 24 bitovou hloubkou, plynulý posun obrazu a 32 bitové stránkování, což umožnilo zobrazovat větší sprity. Byl to první (a zatím jediný) čipset fungující v 32 bitovém režimu, nepodporoval 3D akceleraci – ztráta postavení na trhu.

IBM

V roce 1984 uvedla IBM čip PGC založená na Intel 8088, který byl vybaven programovacím rozhraním. Měl 64 kB paměti ROM a 320kB RAM, maximální rozlišení obrazu bylo 640x480 a 256 barev, poskytoval 2D i 3D akceleraci pro CAD aplikace, jeho cena byla 4290 dolarů(pracovní stanice pro CAD 50000).

IBM přešlo z PGC na IBM 8514/A, která se zapojoval jako druhá karta. Karta nepodporoval textový režim a nebyla ovládána přes BIOS, její hlavní úkol byla akcelerace CAD aplikací(rychlá práce s vektory) a zrychlení práce s bitmapami. Akcelerátor měl podporu pro Windows 3 a stal se první masově rozšířenou grafickou kartou.


3dfx Interactive

Firma 3dfx Interactive vstoupila na trh grafických akcelerátorů v roce 1995 čipsetem pro 3D grafiku Voodoo Graphics, ten o rok později použila firma Diamond Multimedia pro svoji kartu Diamond Monster 3D, na kartě běželo ale malé množství her. Voodoo byla přidána podpora OpenGL a jeho úspěch rostl raketovou rychlostí. Čip Voodoo neobsahoval žádné 2D jádro, takže fungoval jen jako přídavná 3D karta.

To napravil Voodoo Rush, ke kterému se mohlo přidat až 5 2D čipů, měl výstup pro TV nebo 3D brýle, ale měl opět malou podporu her, které by na něm fungovaly. V roce 1998 na trh přišel Voodoo 2, který se stejně jako jeho předchůdce dostal na vrchol trhu. Základní takt byl 90 MHz, ale umožňoval přetaktování na 100 MHz, paměť 8-12MB. Byl to poslední úspěšný čip od 3dfx, firma se dostala do finančních potíží, další čipy uváděla na trh se zpožděním nebo nedoladěné a roku 2000 vyhlásila bankrot.

ATI

V roce 1991 představila ATI klon IBM 8514/A s názvem Mach 8. Oproti IBM používal sběrnici ISA (IBM používalo MCA), umožňoval využití dynamické paměti DRAM a videopaměti VRAM až do celkové kapacity 1MB.

V dalším roce se představil ATI Mach 32, který umožnil až 24 bitovou barevnou hloubku, maximální rozlišení 1280x1024 a maximální kapacitu pamětí DRAM a VRAM až 2 MB. Podporuje sběrnice ISA, MCA, EISA, VLB a PCI.

Další čip od ATI je Mach 64, který se i dnes používá pro jednoduchou 2D grafiku. Má 4 generace GX, CT, VT a GT, podporuje převod barev YUV na RGB a jako první zavádí akceleraci přehrávaného videa. CT měl maximálně 2 MB paměti a CX až 4 MB, VT 2 MB ale podporoval akceleraci přehrávání videa na celou obrazovku (video 352x240 na obrazovce 800x600 nebo 1024x768). Mach 64 GT byl první z čipů 3D Rage, měl nové 3D jádro, jinak byl podobný čipu VT.

V roce 1995 se začal prodávat čip 3D Rage II, který odstranil nedostatky svého předchůdce. Kapacita paměti vzrostla až na 8MB připojenou přes 64 bitovou sběrnici. Frekvence jádra se zvýšila na 60MHZ, došlo ke zvýšení výkonu pro 3D hry. Tento čip byl používán i na počítačích Macintosh.

Další verze 3D Rage II+DVD podporovala navíc MPEG 2.

V roce 1997 se představil ATI 3D Rage Pro, který vylepšit zobrazení mlhy, perspektivu a průhlednost, podporoval specular lighting (nasvětlování povrchu). Kvůli slabým ovladačům 3D Rage Pro ani Pro Turbo nepřekonaly výkonnější konkurenci v podobě 3dfx Voodoo a Nvidia RIVA 128.

ATI po neúspěchu koupila grafickou vývojářskou společnost Tseng Labs a po spojení v roce 1998 představila Rage 128. Čip měl 128 bitovou paměť, podporoval standard OpenGL a došlo k zlepšení ovladačů. Opět se ale nepovedlo předběhnout konkurenci a tak vše zachraňoval OEM trh.

Nástupce s názvem Rage 128 PRO přišel s podporou DirectX 6.0, zlepšenou filtrací textur, sběrnicí AGP 4x a novým čipem ATI Theatre s lepším přehráváním videa, problém byl opět s ovladači a nízkou taktovací frekvencí (125MHz). Další karta Rage Fury MAXX obsahoval 2 čipy Rage 128 PRO, každý z čipů renderoval vlastní snímek, což vedlo k zdvojnásobení výkonu. Všem čipům chyběla podpora T&L (Transform and Lighting - metoda lepšího zobrazování 3D scén) a podpora ze strany Microsoft pro Windows 2000.

Nyní ATI patří pod společnost AMD. Od roku 2000 vyrábí čipy pro běžné uživatel s názvem Radeon, pro použití v pracovních stanicích je na trhu řada FirePro. Nejvýkonnější grafická karta od AMD/ATI je AMD Radeon HD 6900 s čipem AMD Cayman.

nVidia

Firma nVidia představila svůj první grafický čip v roce 1995. Čip NV1 použila firma Diamond na kartu Edge 3D. Karta měla 4MB VRAM, plnou podporu pro 3D i 2D hry, port pro připojení joypadu a integrovanou 32 kanálovou zvukovou kartu. Karta ale nedosáhla předpokládaného úspěchu, protože Microsoft představil rozhraní API Direct 3D, které karta nepodporovala.

Další čip NV2 nVidia zaměřila na použití v herních konzolích.

V roce 1997 se představil čip RIVA 128, který dosahoval v určitých hrách stejné výkonnosti jako tehdy nejvýkonnější 3dfx Voodoo Graphics. Čip měl značné nedostatky v kvalitě obrazu, nepodporoval OpenGL.

V roce 1998 přišla na trh jeho nová verze RIVA 128ZX s plnou podporou OpenGL, implementací AGP a maximální pamětí 8 MB. Při vývoji tohoto čipu uzavřela nVidia partnerství s Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Limited největším výrobcem polovodičů.

Ještě ten samí rok se představil RIVA TNT, který měl dvojnásobnou rychlost vykreslování a 32 bitové barevné spektrum. Maximální paměť vzrostla na 16 MB a blížila se paměti Intel Pentium II, z čehož ale plyne i vysoká kupní cena čipu.

V roce 1999 se předtavil RIVA TNT2, měl maximální paměť 32 MB, podporoval AGP 4x a rychlejší RAMDAC (300 MHz)(Random Access Memory Digital-to-Analog Converter-D/A převodníky s malou pamětí SRAM), jádro zůstalo stejné jako u TNT. Ve stejnou dobu jako TNT2 byly představeny levnější verze RIVA TNT2 M64 a low-endová VANTA. M64 měl oproti plnohodnotnému TNT2 pouze poloviční paměťovou sběrnici (64b místo 128b). VANTA měl ještě speciálně vyvinuté levné jádro, maximální kapacitu paměti 16 MB a takt o 25 MHz nižší (100 MHz místo 125). Další varianta RIVA TNT2 Ultra byla zaměřena především na herní výkonnost s taktem 150 MHz.

Na konci roku 1999 byl představen GeForce 256, který podporoval T&L, DirectX 7, Dot3 bump-mapping(slouží k tvorbě 3D grafiky, nerovnosti, hrubý povrch apod.), per pixel lighting a cube-mapping.

Od roku 2000 vstoupila nVidia na trh profesionálních grafických karet s řadou Quadro, která vycházela z řady GeForce, ale měla ovladače přizpůsobené pro práci s CAD.

nVidii chtěl na začátku století koupit AMD, ale pro její kupní cenu, se radši rozhodl koupit ATI. V současnosti nVidia vyrábí čipy v 5 kategoriích. GeForce pro PC, Quadro pracujcí c vlastním Biosem pro profesionální použití , Tegra pro smartphony, PDA a netbooky, ION k použití na základních deskách a Tesla sloužící jako výpočetní karty.

Použité zdroje

http://www.root.cz/serialy/graficke-karty-a-graficke-akceleratory/

http://assembler.cz/download/x36pz/graf_accel.pdf

http://cs.wikipedia.org/wiki/GPU#Grafick.C3.A9_akceler.C3.A1tory

http://www.svethardware.cz/art_doc-840E169902C6B813C1257751006DC09B.html

http://www.azillionmonkeys.com/qed/accelerator.html


Otázky ke státnicím

http://www.fel.cvut.cz/cz/education/bachelor/topicsKME.html


Zápisky z hodin

xwininfo-info o cisle a vlastnostech okna

xwd>soubor - data jdou do souboru

xwd<soubor - soubor se nacte do xwd

xwd|xwdu - to same ale bez ulozeni, musi se na ten objekt kliknout

cmos +x soubor - vytvori spustitelny soubor

GRID ENGINE

do terminalu:

cat>soubor echo hura sleep 20 echo hotovoknoppix@Microknoppix:~$ knoppix@Microknoppix:~$ sh soubor hura hotovo knoppix@Microknoppix:~$ ls -l soubor -rw-r--r-- 1 knoppix knoppix 30 Oct 27 10:18 soubor knoppix@Microknoppix:~$ ./soubor bash: ./soubor: Permission denied knoppix@Microknoppix:~$ chmod +x soubor knoppix@Microknoppix:~$ ./soubor hura hotovo


grid engine: http://www.fit.vutbr.cz/CVT/linux/sge.php.cs



Vlastní vysvětlení funkce grafických akcelerátorů

Funkce grafického akcelerátoru: na začátku je stánek s RedBullem, který zásobuje všechyn trpaslíčky pracujcí v oblasti zpracování grafických dat, ti pak dostanou křídla a závratnou rychlostí přenáší obrázky na monitor, kde je ukazují uživateli, a právě RedBull učinil grafické trpaslíčky rychlejší než trapaslíčky zaměstnané na základní desce, ti křídla nemají, a proto by jim přenos obrázků k uživateli trval mnohonásobně déle...

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje