Näytönohjain

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Näytönohjain on tietokoneen komponentti, joka piirtää grafiikan tietokoneen näytölle.

Laajennuskorttimallinen näytönohjain

Joissakin näytönohjaimissa on lisäominaisuuksia, mm. kiihdytetty 2D- ja 3D-grafiikan renderöinti, videokaappaus, TV-viritinadapteri, MPEG-2 /MPEG-4-purku, FireWire, valokynäliitäntä, TV-ulostulo ja mahdollisuus yhdistää useita näyttöjä. Nykyään näytönohjaimia käytetään graafisesti vaativiin tarkoituksiin kuten videopelien pelaamiseen.

Näytönohjain voi olla emolevyyn rakennettu eli yhdysrakenteinen tai erillinen laajennuskortti. Pienen ja keskitason hintaluokkaan sijoittuvissa emolevyissä on usein pohjoissillan kehittäjän grafiikkapiiri emolevyyn rakennettuna (esim. NForce-emolevypiirisarja NVIDIA-näytönohjaimella tai Intel-emolevypiirisarja Intelin näytönohjaimella). Noin vuoden 2010 jälkeen grafiikkapiiri on integroitu emolevyn sijaan itse suorittimeen (esim. Intel HD Graphics). Tällaisessa grafiikkapiirisarjassa on yleensä pieni määrä sisäistä muistia minkä lisäksi se ottaa osan tietokoneen keskusmuistista käyttöönsä. Integroitu näytönohjain on ei-toivottu vaihtoehto vaativia 3D-sovelluksia ajaville käyttäjille, sillä integroitujen grafiikkapiirien suorituskyky on alhainen. Lähes kaikissa emolevyissä integroitu grafiikkapiiri voidaan kytkeä pois päältä BIOS-asetuksista ja käyttää AGP- tai PCI Express-väylään liitettävää laajennuskorttimuotoista näytönohjainta paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Komponentit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nykynäytönohjaimet koostuvat piirilevystä johon komponentit kiinnitetään.

NVIDIAn GeForce FX 5200 -näytönohjaimen grafiikkaprosessori

Grafiikkasuoritin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Grafiikkaprosessori

Grafiikkasuoritin on grafiikan kiihdytykseen optimoitu suoritin. Grafiikkasuoritin on suunniteltu erityisesti liukulukulaskentaa varten, sillä liukulukujen tehokas laskeminen on 3D-grafiikan renderöinnissä hyvin keskeistä. Grafiikkasuorittimen merkittävimmät ominaisuudet ovat sen ytimen kellotaajuus, joka on yleensä ja pikseli- ja verteksivarjostimien määrä. Helmikuussa 2014 ytimen kellotaajuudet vaihtelivat yleisesti 500 ja 1 000 megahertsin välillä.

Video BIOS[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Video BIOS tai firmware sisältää perusohjelman, joka hallitsee näytönohjaimen toimintoja ja antaa ohjeet joiden avulla tietokone ja ohjelmisto kommunikoivat näytönohjaimen kanssa. Se voi sisältää tietoja muistin ajastuksesta, käyttönopeuksista, grafiikkasuorittimen ja välimuistin jännitteestä ynnä muusta. BIOS-asetuksia on joskus mahdollista muuttaa, mutta näin tekevät yleensä vain ylikellottajat. BIOSin muuttaminen on riskialtista, sillä se voi aiheuttaa näytönohjaimelle peruuttamatonta vahinkoa.

Näyttömuisti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tyyppi Muistin kellotaajuus (MHz) Siirtonopeus (Gt/s)
DDR 166–950 1,2–30,4
DDR2 533–1 000 8,5–16
GDDR3 700–2 400 5,6–156,6
GDDR4 2 000–3 600 128–200
GDDR5 3 400–5 600 130–230

Näyttömuistiin tallennetaan näytölle piirrettävä kuva. Lisäksi näyttömuistissa voidaan säilyttää muuta tietoa, kuten Z-puskuroinnin dataa, tekstuureja, verteksipuskureita ja käännettyjä varjostinohjelmia. Ensimmäiset erilliset näytönohjaimet sisälsivät pelkästään kuvadatan sisältävän näyttömuistin ja elektroniikan joka piirsi kuvan näytölle. Tällaisista näytönohjaimista käytetään nimeä framebuffer.

Modernin näytönohjaimen muistin määrä vaihtelee 128 megatavusta 8 gigatavuun. Koska grafiikkasuorittimen ja mikropiiristön on voitava käyttää näyttömuistia, käytetään yleensä erityisen nopeaa muistityyppiä kuten VRAM, WRAM tai SGRAM. Vuoden 2003 tienoilla käytettiin yleensä DDR-muistiteknologiaa. Myöhemmin valmistajat ovat siirtyneet käyttämään DDR2-, GDDR3-, GDDR4- ja GDDR5-muistityyppejä. Nykyään videomuistin kellotaajuus on tavallisesti 400 MHz – 3,8 GHz.

RAMDAC[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) muuntaa digitaaliset signaalit analogiliitäntäisten näyttöjen (kuten kuvaputkinäyttöjen) ymmärtämään muotoon analogisiksi signaaleiksi. RAMDAC sisältää kolme D/A-muunninta, yhden kullekin RGB-järjestelmän päävärille ja niiden lisäksi kellopiirejä, joilla kuvan piirto ajoitetaan kuvaputkinäytön virkistystaajuuksiin. D/A-muunninten bittimäärä määrää kuinka monta väriä näytönohjain voi näyttää, kun taas niiden nopeus määrää millä resoluutiolla ja virkistystaajuudella kuvaa voi näyttää. D/A-muunninten nopeus on nykyisin 400–500 MHz. Digitaalisten näyttöjen suosio ja RAMDACin integrointi grafiikkasuorittimen ytimeen on aiheuttanut erillisen mikropiiri-RAMDACin katoamisen sen tarpeettomuuden vuoksi.

Jäähdytyslaitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämpöputkijäähdytetty näytönohjain.
Pääartikkeli: Tietokoneen jäähdytys

Näytönohjain voi käyttää paljon sähköä, josta osa muuttuu lämmöksi. Jäähdytyslaitteita käytetään siirtämään lämpöä muualle, sillä jos lämpöä ei häivytetä näytönohjain voi ylikuumentua ja vahingoittua. Näytönohjaimissa käytetään yleisimmin kolmea eri jäähdytyslaitetta:

  • Jäähdytyssiili: lämpöä johtavasta metallista (usein alumiinista tai kuparista) valmistettu passiivinen jäähdytyslaite. Jäähdytyssiili johtaa lämpöä pois näytönohjaimen ytimestä ja muistista. Lämmön poistamiseen käytetään useimmiten ilmaa, voimakasta jäähdytystä tarvittaessa nestettä. Käytettäessä ilmaa käytetään usein tuuletinta jäähdytyksen tehostamiseksi. Joskus jäähdytyssiiliä käytetään yhdessä lämpöputkien kanssa.
  • Tuuletin: aktiivinen jäähdytyslaite, jota käytetään usein jäähdytyssiilin kanssa. Koska tuulettimessa on liikkuvia osia, sitä pitää huoltaa ja sen voi joutua vaihtamaan laitteen käyttöiän aikana. Tuulettimen nopeutta voidaan säätää hiljaisemman tai tehokkaamman jäähdytyksen saavuttamiseksi.
  • Vesiblokki: jäähdytyssiilin kaltainen sisältä ontto jäähdytyslaite, joka käyttää ilman sijasta vettä. Jäähdytys tapahtuu pumppaamalla vesiblokin läpi vettä, jolloin lämpö siirtyy veteen. Lämmin vesi johdetaan useimmiten jäähdyttimeen, josta se johdetaan uudelleen vesiblokkiin.

Ulostuloliitännät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

VGA DE15 Connector Pinout.svg / Mini-VGA MiniVGA Connector Pinout.svg

VGA on 1980-luvun lopulla kehitelty analogipohjainen standardi, joka suunniteltiin kuvaputkinäyttöjä varten. Joitain VGA-standardin ongelmia ovat sähkömagneettinen häiriö, kuvan vääristyminen ja näytteenottovirheet pikseleiden arvioinnissa.

DVI DVI Diagram.svg / Mini-DVI MiniDVI Connector Pinout.svg

Digitaalinen standardi, joka on suunniteltu litteille näytöille (kuten LCD-, plasma- ja teräväpiirtonäytöille) ja videoprojektoreille. DVI ei kärsi analogitekniikan ongelmista kuten kuvan vääristymisestä ja sähkömagneettisista häiriöistä.

HDMI HDMI Diagram.svg

Vuonna 2003 julkaistu digitaalinen äänen ja videon yhteisliitäntä, jota käytetään usein pelikonsoleissa ja DVD-soittimissa näyttölaitteen kytkemiseen. HDMI tukee kopiosuojausta HDCP:n kautta.

DisplayPort Display Port.svg

Vuonna 2007 julkaistu digitaalinen äänen ja videon yhteisliitäntä, joka on lisenssimaksuton. DisplayPort tukee kopiosuojausta DPCP:n ja HDCP:n avulla. DisplayPortin tavoitteena on syrjäyttää DVI ja HDMI näyttölaitteen tietokoneeseen kytkemisessä.

VIVO MiniDIN-4 Connector Pinout.svgMiniDIN-9 Diagram.svg

Mahdollistaa kytkemisen televisioihin, DVD-soittimiin, videonauhureihin ja pelikonsoleihin. VIVO-liitännässä on yleisesti käytössä kaksi 9-pinnisen Mini-Din -liittimen variaatiota. VIVO-jakokaapelissa on yleensä joko 4 liitintä (S-video sisään ja ulos + komposiittivideo sisään ja ulos) tai 6 liitintä (S-video sisään ja ulos + komponentti Pb [sininen] ulos + komponentti Pr [punainen] ulos + komponentti Y [vihreä] ulos + komposiitti sisään).

Muita liitäntöjä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Komposiittivideo Pieniresoluutioinen analogiliitäntä, joka käyttää RCA-liitäntää.
Composite.jpg
Komponenttivideo Kolme kaapelia, joista jokainen käyttää RCA-liitäntää. Käytetään projektoreissa, DVD-soittimissa ja joissain televisioissa.
Component video jack.jpg
DB13W3 Analogistandardi, jota käyttivät Sun Microsystems, SGI ja IBM.
DB13W3 Pinout.svg
DMS-59 Liitäntä, jossa on kaksi DVI-ulostuloa yhdessä liittimessä.
DMS-59.jpg

Emolevyn väyläliitännät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Merkittävimmät väyläliitännät kronologisessa järjestyksessä:

  • S-100: vuonna 1974 osana Altair 8800 -mikrotietokonetta suunniteltu väylä, josta tuli ensimmäinen teollisuusstandardoitu väylä.
  • ISA. IBM:n esittelemä väylä, joka hallitsi markkinoita 1980-luvulla.
  • NuBus: Macintosh II:ssa käytetty väylä, jonka leveys oli 32 bittiä ja nopeus 10–20 Mt/s.
  • MCA: IBM:n kehittämä 1987 käyttöön otettu väylätyyppi. Leveys 32 bittiä ja kellotaajuus 10 MHz.
  • EISA: 1988 julkaistu IBM:n MCA-väylän kilpailija, joka oli yhteensopiva aikaisemman ISA-väylän kanssa. 32 bittiä leveä, kellotaajuus 8,33 MHz.
  • VLB: ISA:n laajennus 32-bittisellä leveydellä ja 33 MHz kellotaajuudella.
  • PCI: Korvasi EISA-, ISA-, MCA- ja VESA-väylät vuodesta 1993 eteenpäin. PCI-väylän leveys on 32 bittiä ja kellotaajuus 33 MHz.
  • UPA: Sun Microsystemsin vuonna 1995 esittelemä 64-bittinen väylä, jonka kellotaajuus oli 66 MHz.
  • USB: Käytetään enimmäkseen muissa laitteissa, mutta USB-näyttöjäkin on olemassa.
  • AGP: Vuonna 1997 käyttöön otettu vain näytönohjaimelle tarkoitettu väylä. 32 bittiä leveä 66 MHz kellotaajuudella.
  • PCI-X: PCI-väylän vuonna 1998 luotu laajennus. Parannuksia PCI-väylään nähden ovat 64-bittisyys ja 133 MHz kellotaajuus.
  • PCI Express, lyhyesti PCIe, on vuonna 2004 julkaistu sarjamuotoinen tiedonsiirtoväylä. Vuonna 2006 PCI Expressin tiedonsiirtonopeus oli kaksinkertainen AGP-väylään verrattuna.
Väylä Leveys (bittiä) Kellotaajuus (MHz) Siirtonopeus (Mt/s) Tyyppi
ISA XT 8 4,77 8 Rinnakkainen
ISA AT 16 8,33 16 Rinnakkainen
MCA 32 10 20 Rinnakkainen
EISA 32 8,33 32 Rinnakkainen
VESA 32 40 160 Rinnakkainen
PCI 32–64 33–100 132–800 Rinnakkainen
AGP 1x 32 66 264 Rinnakkainen
AGP 2x 32 66 528 Rinnakkainen
AGP 4x 32 66 1 000 Rinnakkainen
AGP 8x 32 66 2 000 Rinnakkainen
PCIe x1 1 2 500 / 5 000 250 / 500 Sarja
PCIe x4 1 × 4 2 500 / 5 000 1 000 / 2 000 Sarja
PCIe x8 1 × 8 2 500 / 5 000 2 000 / 4 000 Sarja
PCIe x16 1 × 16 2 500 / 5 000 4 000 / 8 000 Sarja
PCIe x16 2.0 1 × 16 5 000 / 10 000 8 000 / 16 000 Sarja

Virrankulutus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Näytönohjainten kehittyessä tehokkaammiksi myös niiden energiantarve on kasvanut. Vaikka prosessori- ja virtalähdevalmistajat ovat kehittäneet hyötysuhteiltaan parempia tuotteita, näytönohjaimet kuluttavat yhä enemmän sähköä. Tämän vuoksi näytönohjain voi käyttää enemmän virtaa kuin mikään muu tietokoneen yksittäinen komponentti. Virrankulutuksen pullonkaula on PCI Express-väylä, josta saa enimmillään 75 wattia tehoa. Yli 75 wattia kuluttavan näytönohjaimen tehonsaanti varmistetaan käyttämällä 6 (75W)- tai 8 (150W) -pinnisiä lisävirtaliittimiä näytönohjainmallikohtaisen tarpeen mukaan.

Näytönohjaimen historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuosi Tekstitila
(saraketta/riviä)
Näyttötila
(resoluutio/värejä)
Muisti
MDA 1981 80 × 25 4 kt
CGA 1981 80 × 25 640 × 200 / 4 16 kt
HGC 1982 80 × 25 720 × 348 / 2 64 kt
PGA 1984 80 × 25 640 × 480 / 256 320 kt
EGA 1984 80 × 25 640 × 350 / 16 256 kt
8514 1987 80 × 25 1 024 × 768 / 256
MCGA 1987 80 × 25 320 × 200 / 256
VGA 1987 80 × 25 640 × 480 / 16 256 kt
SVGA
(VBE 1.x)
1989 80 × 25 800 × 600 / 256 512 kt
640 × 480+ / 256+ 512+ kt
XGA 1990 80 × 25 1 024 × 768 / 256 1 Mt
XGA-2 1992 80 × 25 1 024 × 768 / 65 536 2 Mt
SVGA
(VBE 3.0)
1998 132 × 60 1 280 × 1 024 / 16,7 milj.

Ensimmäisen näytönohjaimen, jota myöhemmin käytettiin IBM PC -tietokoneessa, kehitti teknologiayritys IBM vuonna 1981. MDA -nimellä tunnettu näytönohjain sisälsi 4 kilotavua välimuistia ja kykeni tekstitilassa piirtämään näyttöalan, jonka leveys oli 80 saraketta ja leveys 25 riviä.

Vuoden 1981 MDA:n jälkeen julkaistiin useita näytönohjaimia, joista on tiivistelmä oheisessa taulukossa.

Vuonna 1987 julkaistu PS/2 -tietokone toi mukanaan VGA -näyttöstandardin, joka hyväksyttiin yleiseen käyttöön ja josta kehitettiin uusi standardi SVGA. SVGA kykeni 1024x768 -resoluutioon ja 256 väriin.

1995 ensimmäiset kuluttajille suunnatut, mm. Matroxin, Creativen, ATIn ja S3 Graphicsin kehittämät 2D/3D-näytönohjaimet julkaistiin. Nämä näytönohjaimet seurasivat SVGA-standardia mutta niissä oli myös 3D-toimintoja. Vuonna 1997 3dfx julkaisii kilpailevia tuotteita tehokkaamman Voodoo-grafiikkasirun, jossa oli uusia 3D-ominaisuuksia kuten mipmappaus, Z-puskurointi ja reunanpehmennys. Pian tämän jälkeen julkaistiin useita 3D-näytönohjaimia, muun muassa 3dfx:n Voodoo2 ja NVIDIAn TNT ja TNT2. Näiden vaatima kaistanleveys koetteli jo PCI-väylän rajoja, minkä vuoksi Intel kehitti moninkertaisesti nopeamman AGP-väylän. Vuonna 2000 NVIDIA osti 3dfx:n.[1] Vuodesta 1999 vuoteen 2002 NVIDIA hallitsi näytönohjainmarkkinoita GeForce-sarjallaan. Tänä aikana tehdyt parannukset keskittyivät 3D-algoritmeihin ja grafiikkasuorittimen kellotaajuuteen. Myös videomuistia kehiteltiin: DDR-tekniikan käyttöönotto nosti muistin määrää GeForcen 32 megabitistä GeForce 4:n 128 megabittiin.

Näytönohjaimen tulevaisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

NVIDIAlla työskentelevä William J. Dally on spekuloinut että vuonna 2015 näytönohjaimen grafiikkapiirissä on noin 5 000 varjostinyksikköä.[2] On spekuloitu, että näytönohjaimet valmistettaisiin 11 nanometrin valmistustekniikalla[2] ja suorituskyky olisi noin 20 teraflopsia.[2] Grafiikkapiiri toimisi spekuloinnin mukaan noin 3 gigahertsin kellotaajuudella ja muistiväylän kaistanleveys olisi 1,2 teratavua sekunnissa.[2]


Näytönohjaimen suorituskyky[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Näytönohjaimen suorituskykyyn vaikuttavat useat eri seikat. Suurimmassa määrin näytönohjaimen suorituskykyyn vaikuttavat verteksi- ja pikselivarjostinyksiköiden lukumäärä[3] grafiikkasuorittimen kellotaajuus[3] sekä näytönohjaimen muistin suorituskyky.[3]

Grafiiikkasuorittimen ominaisuudet ratkaisevat kuinka näyttävää grafiikkaa näytönohjain kykenee prosessoimaan jotta se näyttää liikkuvan sujuvasti.[3] Suuresta rinnakkain tapahtuvasta laskennan määrästä johtuen grafiikkasuorittimien transistorimäärä on suurempi kuin keskusprosessoreissa.[3] Keskussuoritin kykenee suorittamaan tyypillisesti 1–8-säikeisiä ohjelmia yhtäaikaisesti[3] siinä missä grafiikkasuorittimen sisällä voi olla kymmenittäin rinnakkain toimivia säkeitä.[3] Näytönohjain huolehtii itse piirrettävän grafiikan jakamisesta eri varjostinyksiköihin[4] Kiihdytinpiirin nopeus koostuu pitkälti varjostinyksiköitten lukumäärästä, piirin kellotaajuudesta sekä muistiväylän leveydestä ja nopeudesta.[5] Keskussuoritin antaa yleensä runsaasti isoja piirrettäviä alueita näytönohjaimelle.[3] Grafiikkasuoritin kykenee jakamaan piirrettävän alueen pienempiin osa-alueisiin ja kykenee piirtämään sitä samanaikaisesti monesta eri suunnasta.[3] Työstöön grafiikkasuoritin käyttää eri yksiköitä, jotka hoitavat piirtämisen omalla tavallaan.[3] Perinteisessä tavassa yksiköitä on useita samalla näytönohjaimella, mutta uudemmissa näytönohjaimissa pohjataan Unified Shader yksikköön, jossa näytönohjaimen pikselinvarjostin ja verteksivarjostinyksiköt on yhdistetty yhdeksi isommaksi piiriksi.[3] Verteksi- ja pikselinvarjostinyksiköiden tehtävänä on pääasiallisesti värittää oikeilla väreillä niille annetut monikulmiot.[3] Varjostinyksiköt myös valaisevat kolmiot varjostinohjelmien määrittelemällä tavalla.[6] Näytönohjaimessa on myös teksturointiyksikkö, joka värittää pikselit.[7]

Varjostinyksiköitten toiminnan kannalta oleellinen osa on näytönohjaimen muistin suorituskyky.[7] Nopeammalla muistilla varjostinyksiköitten ei tarvitse odotella niin kauaa grafiikkadatan siirtymistä muistista varjostinyksiköihin tai toisinpäin.[7]

Varjostinsuorittimet on suunniteltu erityisesti 3D-grafiikassa käytettävien matriisilaskujen ja laskutoimituksissa käytettävän ohjelmakoodien suorittamiseen.[8] Ohjelmoitavien varjostinyksiköiden tulemisen myötä näytönohjain sai muitakin tehtäviä kuin monikulmioiden värittäminen annetuilla väreillä. Varjostinohjelma kykenee mallintamaan esimerkiksi veden pinnan käyttäytymistä suorittimen ohjeistaessa että paikassa X on vettä. Tämän jälkeen varjostinohjelma kykenee laskemaan itsenäisesti veden pinnan käyttäytymisen ilman että välitulosten kanssa tarvitsee neuvotella suorittimen kanssa.[8] DirectX10 tulemisen myötä varjostinsuorittimet korvasivat aiemmin käytössä olleet pikselivarjostin- ja verteksivarjostinyksiköt.[8] Tämän myötä ohjelmoijan työ helpottui.[8] Ohjelmoitavuus nousi myös uuteen ulottuvuuteen, sillä DirecX10:n myötä mukaan tulivat myös geometriavarjostimet, jotka kykenevät luomaan uusia väritystä vaativia monikulmioita.[8]

Kun varjostinyksiköt ovat värittäneet monikulmiot, kuva päätyy rasterointiyksikölle pikseleiksi muuntamista varten.[9]

Lisäksi näytönohjaimen suorituskykyyn vaikuttaa muistiväylän leveys ja siinä käytettävien muistipiirien kellotaajuus ja sukupolvi.[9] Muistin määrä ratkaisee näytönohjaimen näytettävissä olevien yksityiskohtien määrän.[10] Muistin määrä ja muistin nopeus vaikuttavat näytönohjaimen suorituskykyyn. Muistin suorituskyky riippuu muistiväylän leveydestä ja muistin kellotaajuudesta.[11] Muistiväylän kapeutta voidaan kompensoida käyttämällä korkealla kellotaajuudella toimivia muistipiirejä.[11]

Nykyaikaiset PC-näytönohjaimet toimivat tyypillisesti AGP- tai PCI Express -laiteväylässä, mutta vanhemmissa tietokoneissa on vielä PCI- tai jopa VLB- tai ISA-laiteväylässä toimivia kortteja. Kannettavissa tietokoneissa ja joissakin pöytäkoneissa (myös PC:issä) näytönohjain on integroitu emolevylle. Kotitietokoneissa, pelikonsoleissa ja joissakin vanhemmissa grafiikkatyöasemissa näytönohjauslogiikka on yleensä varsin kiinteästi sidoksissa laitteen muuhun toimintaan, eikä sitä yleensä edes pysty vaihtamaan lisäkortin avulla.

Uusimmat PC-näytönohjaimet toimivat nykyään nopeammassa PCI-Express 16x -väylässä, joka on paranneltu versio vanhasta PCI-väylästä. Pci-e-väylien nopeus voidaan säätää dynaamisesti.[11] PCI-Express 16x on parhaimmillaan monta kertaa nopeampi kuin AGP-väylä ja mahdollistaa NVIDIA:n ja nykyään myös ATI:n näytönohjaimilla niin sanotun SLI-ominaisuuden (ATI:lla CrossFire), joka mahdollistaa usean näytönohjaimen asettamisen rinnakkain moneen eri väylään tuomaan lisää suorituskykyä. Vastaava tekniikka oli myös joissakin Sunin ja SGI:n grafiikkatyöasemissa jo 1990-luvun alkupuolella sekä joissakin 3dfx Interactiven pelikäyttöön tarkoitetuissa Voodoo-näytönohjainperheen malleissa 1990-luvun lopulla.

Tietokonenäyttöjen ongelmana on se että kuva muodostuu kulmikkaista pisteistä.[12] Kaarevien ja vinojen pintojen esittäminen näyttää sen vuoksi aina sahalaitaiselta.[12] Ongelmaa kiertämään on kehitetty useita tapoja joiden perusideana on pyrkiä häivyttämään sahalaitaisuutta sopivan värisillä pisteillä sahalaitakuviossa.[12] Tätä toteutusta kutsutaan reunanpehmennykseksi.[12] Reunanpehmennyksessä piirrettävästä kuvasta tehdään suurempiresoluutioinen versio jonka avustuksella kuvapisteelle lasketaan lähimmän oikean värityksen keskiarvo.[12] Reunanpehmennyksessä käytettävä kerroin kertoo kuinka monta kertaa suurempi pehmennykseen käytettävä kuva on kooltaan.[12] Tämä tekniikka tarvitsee sujuvasti toimiakseen suuren määrän näyttömuistia.[12] Suurempitarkkuuksisen kuvan laskeminen myös vie näytönohjaimelta paljon laskentatehoa.[12]

Toinen yleisesti kuvanlaadun parantamisessa käytetty tekniikka on anisotrooppinen suodatus.[12] Anisotrooppinen suodatus estää kaukaisia objekteja liialliselta sumentumiselta.[12] Reunanpehmennystä voidaan käyttää myös näissä kohteissa mutta laskennallisesti se on liian raskas näytönohjaimille.[12]

Näytönohjaimen suorituskykyyn vaikuttavat piiriarkkitehtuurin lisäksi myös käytetty ajuriversio.[13]

Näytönohjainajurin tehtävänä on peristeisesti välittää ohjelmiston käskyt näytönohjainpiirille ja suorittaa käännöstehtävä näytönohjaimen ymmärtämään muotoon.[13] Ajureilla kyetään tekemään moninaisia muutoksia suorituskyvyn lisäämiseksi.[13] NVIDIAn ForceWareissa (sittemmin GeForce nimelle vaihtuneet ajurit) ja ATIn Catalysteissa on rutiineja jotka optimoivat ohjelmakoodia paremmin grafiikkapiirille sopivaan muotoon.[13] Aiemmin näytönohjainvalmistajien kesken vallitsi yhteisymmärrys siitä että varjostinohjelmien piirtojärjestystä saa muokata mutta ohjelmien sisältöön ei saa vaikuttaa.[13] Sittemmin tämä raja on hämärtynyt ja ajurit saattavat muuttaa alkuperäistä ohjelmakoodia hyvinkin paljon.[13] Muutoksia luodaan esimerkiksi varjostinohjelmien sisältöön ja z puskurien luontijärjestykseen.[13] Esimerkiksi ATIn Catalyst ajurit sisältävät AI-toiminnon jonka ollessa pois päältä ohjelmistokoodi kulkee kortille kutakuinkin siten kuin ohjelman ohjelmoijat ovat tarkoittaneet.[14] AI-ominaisuuden päälläollessa ajurit vaikuttavat kuvan piirtämiseen jotka asetuksista riippuen tekevät koodiin esiasteisia optimointeja.[15] Ohjelmistokoodi ajetaan eri piirivalmistajien näytönohjelmissa eri tavoin jolloin lopputulokset eivät ole identtisiä keskenään.[15] Koska eri ajurit optimoivat ohjelmakoodia eri tavoin, lopputulokset eivät ole identtisiä keskenään.[15]

Näytönohjainten luokittelu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Näytönohjaimet voidaan jakaa 2D-näytönohjaimiin ja 3D-näytönohjaimiin.

2D-näytönohjaimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tämäntyyppiset kalliimmat näytönohjaimet on suunniteltu tyypillisesti ammattikäyttöön, missä kuvan sekä värien terävyydelle asetetut kriteerit ovat hyvin korkeat. Useimmissa vanhoissa näytönohjaimissa ei ollut ollenkaan 3D-ominaisuuksia, joten ne luokitellaan myös tähän kategoriaan.

Tunnettu 2D-näytönohjaimien valmistaja on mm. Matrox.

3D-näytönohjaimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

3D-grafiikan tehokkaaseen piirtoon tarkoitettuja näytönohjaimia on käytetty ammattikäytössä jo 1980-luvulla, mutta nykyisin niiden selvästi laajin käyttökohde on tietokonepelit, joissa on perinteisesti kilpailtu aina vain näyttävämmästä graafisesta annista. Jo pitkään pelien grafiikasta on pyritty tekemään mahdollisimman realistista, ja mitä realistisemmaksi grafiikka halutaan, sitä enemmän laskentaa yksittäisen kuvan piirto vaatii.

3D-näytönohjainten valmistajista tällä hetkellä vain kaksi kilpailee markkinaherruudesta, ATI ja NVIDIA. Myös 3dfx oli tunnettu valmistaja, jonka Voodoo-piirisarjaan perustuva 3D-näytönohjain toi aikoinaan Sony Playstation -tyylisen laitteistotason 3D-peligrafiikan PC-pelaajien ulottuville. Kilpailu kuitenkin osoittautui 3dfx:lle liian kovaksi ja NVIDIA osti sen pian Voodoo 5 -piirin valmistuksen jälkeen.

3D-näytönohjaimen ero 2D-ohjaimeen on se, että 3D-näytönohjain sisältää erityisesti 3D-mallien tehokkaaseen piirtoon tarkoitettuja ominaisuuksia, alun perin mahdollisuuden piirtää teksturoituja kolmioita, nykyään myös mahdollisuuden laskea näiden kolmioiden paikka ruudulla sekä laskea kolmion pikseleille pikselikohtaisia efektejä näytönohjaimella olevilla pikselivarjostinsuorittimilla.

Näin laskentaa ei tarvitse suorittaa tietokoneen omalla suorittimella. Nykyisin vakio-ominaisuuksiin ovat myös PC-puolella tulleet sellaiset oheistoiminnot kuin ulostulo TV:lle, DVD:n rautapohjainen purku, S/PDIF-liitäntä sekä nk. multi-head-tuki kahdelle tai useammalle monitorille.


Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. 3dfx Sells Assets to Nvidia
  2. a b c d http://plaza.fi/muropaketti/nvidia-11-nmn-grafiikkapiiri-ja-5000-shaderia-vuonna-2015
  3. a b c d e f g h i j k l Mikrobitti 5/2007, s. 65
  4. Mikrobitti 1/2008 s. 59–60
  5. Mikrobitti 1/2008 s. 60
  6. Mikrobitti 6/2009 s. 46
  7. a b c Mikrobitti 6/2009 s. 47
  8. a b c d e Mikrobitti 1/2009 s. 60
  9. a b Mikrobitti 5/2007, s. 66
  10. Mikrobitti 1/2009 s. 61
  11. a b c Mikrobitti 1/2008, s. 61
  12. a b c d e f g h i j k Mikrobitti 1/2008 s. 62
  13. a b c d e f g Mikrobitti 2/2006 s. 41
  14. Mikrobitti 2/2006 s. 41–42
  15. a b c Mikrobitti 2/2006 s. 42

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta näytönohjain.
Käännös suomeksi
Tämä artikkeli tai sen osa on käännetty tai siihen on haettu tietoja vieraskielisen Wikipedian artikkelista.
Alkuperäinen artikkeli: en:Video card