Fonctionnement des cartes graphiques

Les images que vous voyez sur votre moniteur sont constituées de petits points appelés pixels. Aux paramètres de résolution les plus courants, un écran affiche plus d’un million de pixels et l’ordinateur doit décider quoi faire de chacun d’entre eux pour créer une image. Pour ce faire, il a besoin d’un traducteur – quelque chose pour prendre des données binaires du CPU et les transformer en une image que vous pouvez voir. À moins qu’un ordinateur n’ait une capacité graphique intégrée à la carte mère , cette traduction a lieu sur la carte graphique .

Le travail d’une carte graphique est complexe, mais ses principes et ses composants sont faciles à comprendre. Dans cet article, nous examinerons les éléments de base d’une carte vidéo et ce qu’ils font. Nous examinerons également les facteurs qui fonctionnent ensemble pour créer une carte graphique rapide et efficace.

Considérez un ordinateur comme une entreprise avec son propre département artistique. Lorsque les gens de l’entreprise veulent une œuvre d’art, ils envoient une demande au département artistique. Le département artistique décide comment créer l’image et la met ensuite sur papier. Le résultat final est que l’idée de quelqu’un devient une image réelle et visible.

Une carte graphique fonctionne selon les mêmes principes. Le processeur , en conjonction avec les applications logicielles, envoie des informations sur l’image à la carte graphique. La carte graphique décide comment utiliser les pixels à l’écran pour créer l’image. Il envoie ensuite ces informations au moniteur via un câble.

Créer une image à partir de données binaires est un processus exigeant. Pour créer une image 3D , la carte graphique crée d’abord un fil de fer à partir de lignes droites. Ensuite, il pixellise l’image (remplit les pixels restants). Il ajoute également de l’ éclairage , de la texture et de la couleur. Pour les jeux rapides, l’ordinateur doit passer par ce processus environ soixante fois par seconde. Sans carte graphique pour effectuer les calculs nécessaires, la charge de travail serait trop lourde à gérer pour l’ordinateur.

La carte graphique accomplit cette tâche à l’aide de quatre composants principaux:

  • Une connexion de carte mère pour les données et l’alimentation
  • Un processeur pour décider quoi faire de chaque pixel à l’écran
  • Mémoire pour contenir des informations sur chaque pixel et pour stocker temporairement les images terminées
  • Une connexion moniteur pour que vous puissiez voir le résultat final

Ensuite, nous examinerons le processeur et la mémoire plus en détail.

Le GPU

Comme une carte mère , une carte graphique est une carte de circuit imprimé qui abrite un processeur et une RAM . Il dispose également d’une puce de système d’entrée / sortie (BIOS) , qui stocke les paramètres de la carte et effectue des diagnostics sur la mémoire , l’entrée et la sortie au démarrage. Le processeur d’une carte graphique, appelé unité de traitement graphique (GPU), est similaire au processeur d’un ordinateur. Un GPU, cependant, est spécialement conçu pour effectuer les calculs mathématiques et géométriques complexes nécessaires au rendu graphique. Certains des GPU les plus rapides ont plus de transistors que le processeur moyen. Un GPU produit beaucoup de chaleur, il est donc généralement situé sous un dissipateur thermique ou un ventilateur.

En plus de sa puissance de traitement, un GPU utilise une programmation spéciale pour l’aider à analyser et à utiliser les données. ATI et nVidia produisent la grande majorité des GPU du marché, et les deux sociétés ont développé leurs propres améliorations pour les performances du GPU. Pour améliorer la qualité de l’image, les processeurs utilisent:

  • Anti-aliasing de scène complète (FSAA), qui adoucit les bords des objets 3D
  • Filtrage anisotrope (AF), qui rend les images plus nettes

Chaque entreprise a également développé des techniques spécifiques pour aider le GPU à appliquer des couleurs, des ombres, des textures et des motifs.

Lorsque le GPU crée des images, il a besoin d’un endroit pour contenir les informations et les images terminées. Il utilise la RAM de la carte à cet effet, stockant des données sur chaque pixel, sa couleur et son emplacement sur l’écran. Une partie de la RAM peut également servir de tampon d’image , ce qui signifie qu’elle contient les images terminées jusqu’à ce qu’il soit temps de les afficher. En règle générale, la RAM vidéo fonctionne à des vitesses très élevées et est à double port , ce qui signifie que le système peut lire et écrire dessus en même temps.

La RAM se connecte directement au convertisseur numérique-analogique , appelé DAC. Ce convertisseur, également appelé RAMDAC, traduit l’image en un signal analogique que le moniteur peut utiliser. Certaines cartes ont plusieurs RAMDAC, ce qui peut améliorer les performances et prendre en charge plusieurs moniteurs. Vous pouvez en savoir plus sur ce processus dans Comment fonctionne l’enregistrement analogique et numérique .

Le RAMDAC envoie l’image finale au moniteur via un câble. Nous examinerons cette connexion et d’autres interfaces dans la section suivante.

Les cartes graphiques ont parcouru un long chemin depuis qu’IBM a introduit la première en 1981. Appelée carte graphique monochrome (MDA), la carte fournissait des affichages textuels de texte vert ou blanc sur un écran noir. Désormais, la norme minimale pour les nouvelles cartes vidéo est la matrice graphique vidéo (VGA), qui autorise 256 couleurs. Avec des normes hautes performances telles que Quantum Extended Graphics Array (QXGA), les cartes vidéo peuvent afficher des millions de couleurs à des résolutions allant jusqu’à 2 040 x 1 536 pixels.

Connexion PCI

Les cartes graphiques se connectent à l’ordinateur via la carte mère. La carte mère alimente la carte et lui permet de communiquer avec le processeur . Les cartes graphiques plus récentes nécessitent souvent plus d’énergie que la carte mère ne peut en fournir, elles ont donc également une connexion directe à l’alimentation de l’ordinateur.

Les connexions à la carte mère se font généralement via l’une des trois interfaces:

  • Interconnexion de composants périphériques (PCI)
  • Port graphique avancé (AGP)
  • PCI Express (PCIe)

PCI Express est le plus récent des trois et offre les taux de transfert les plus rapides entre la carte graphique et la carte mère. PCIe prend également en charge l’utilisation de deux cartes graphiques dans le même ordinateur.

La plupart des cartes graphiques ont deux connexions de moniteur. Souvent, l’un est un connecteur DVI, qui prend en charge les écrans LCD , et l’autre est un connecteur VGA, qui prend en charge les écrans CRT . Certaines cartes graphiques ont à la place deux connecteurs DVI. Mais cela n’exclut pas l’utilisation d’un écran CRT; Les écrans CRT peuvent se connecter aux ports DVI via un adaptateur. À une époque, Apple fabriquait des moniteurs utilisant le connecteur Apple Display Connector (ADC) propriétaire. Bien que ces moniteurs soient toujours utilisés, les nouveaux moniteurs Apple utilisent une connexion DVI.

La plupart des gens n’utilisent qu’une seule de leurs deux connexions de moniteur. Les personnes qui ont besoin d’utiliser deux moniteurs peuvent acheter une carte graphique à double tête , qui divise l’affichage entre les deux écrans. Un ordinateur avec deux cartes vidéo compatibles PCIe à double tête pourrait théoriquement prendre en charge quatre moniteurs.

En plus des connexions pour la carte mère et le moniteur, certaines cartes graphiques ont des connexions pour:

  • Affichage TV : sortie TV ou S-vidéo
  • Caméras vidéo analogiques : ViVo ou entrée vidéo / sortie vidéo
  • Appareils photo numériques : FireWire ou USB

Certaines cartes intègrent également des tuners TV. Ensuite, nous verrons comment choisir une bonne carte graphique.

DIRECTX ET OPEN GL

DirectX et Open GL sont des interfaces de programmation d’applications , ou API. Une API aide le matériel et les logiciels à communiquer plus efficacement en fournissant des instructions pour des tâches complexes, telles que le rendu 3D. Les développeurs optimisent les jeux gourmands en graphiques pour des API spécifiques. C’est pourquoi les jeux les plus récents nécessitent souvent des versions mises à jour de DirectX ou d’Open GL pour fonctionner correctement.

Les API sont différentes des pilotes, qui sont des programmes qui permettent au matériel de communiquer avec le système d’exploitation d’un ordinateur . Mais comme avec les API mises à jour, les pilotes de périphériques mis à jour peuvent aider les programmes à fonctionner correctement.

Choisir une bonne carte graphique

Une carte graphique haut de gamme est facile à repérer. Il a beaucoup de mémoire et un processeur rapide . Souvent, il est également plus attrayant visuellement que tout ce qui est destiné à entrer dans le boîtier d’un ordinateur. De nombreuses cartes vidéo hautes performances sont illustrées ou ont des ventilateurs décoratifs ou des dissipateurs de chaleur.

Mais une carte haut de gamme fournit plus de puissance que la plupart des gens n’en ont vraiment besoin. Les personnes qui utilisent leur ordinateur principalement pour le courrier électronique , le traitement de texte ou la navigation sur le Web peuvent trouver tout le support graphique nécessaire sur une carte mère avec des graphiques intégrés. Une carte de milieu de gamme est suffisante pour la plupart des joueurs occasionnels. Les personnes qui ont besoin de la puissance d’une carte haut de gamme incluent les passionnés de jeux et les personnes qui font beaucoup de travail graphique en 3D.

Une bonne mesure globale des performances d’une carte est sa fréquence d’images , mesurée en images par seconde (FPS). La fréquence d’images décrit le nombre d’images complètes que la carte peut afficher par seconde. L’œil humain peut traiter environ 25 images par seconde, mais les jeux d’action rapide nécessitent une fréquence d’images d’au moins 60 FPS pour fournir une animation et un défilement fluides. Les composants de la fréquence d’images sont:

  • Triangles ou sommets par seconde : les images 3D sont constituées de triangles ou de polygones. Cette mesure décrit la rapidité avec laquelle le GPU peut calculer le polygone entier ou les sommets qui le définissent. En général, il décrit la rapidité avec laquelle la carte crée une image filaire.
  • Taux de remplissage des pixels : cette mesure décrit le nombre de pixels que le GPU peut traiter en une seconde, ce qui se traduit par la rapidité avec laquelle il peut pixelliser l’image.

Le matériel de la carte graphique affecte directement sa vitesse. Voici les spécifications matérielles qui affectent le plus la vitesse de la carte et les unités dans lesquelles elles sont mesurées:

  • Vitesse d’horloge du GPU (MHz)
  • Taille du bus mémoire (bits)
  • Quantité de mémoire disponible (Mo)
  • Fréquence d’horloge de la mémoire (MHz)
  • Bande passante mémoire (Go / s)
  • Vitesse RAMDAC (MHz)

Le processeur et la carte mère de l’ordinateur jouent également un rôle, car une carte graphique très rapide ne peut pas compenser l’incapacité d’une carte mère à fournir des données rapidement. De même, la connexion de la carte à la carte mère et la vitesse à laquelle elle peut obtenir des instructions du CPU affectent ses performances.

Pour plus d’informations sur les cartes graphiques et les sujets connexes, consultez les comparatif carte graphique.

De nombreuses cartes mères ont des capacités graphiques intégrées et fonctionnent sans carte graphique séparée. Ces cartes mères gèrent facilement les images 2D, elles sont donc idéales pour la productivité et les applications Internet. Le branchement d’une carte graphique séparée sur l’une de ces cartes mères remplace les fonctions graphiques intégrées.

Certaines personnes choisissent d’améliorer les performances de leur carte graphique en réglant manuellement leur vitesse d’horloge à un taux plus élevé, appelé overclocking . Les gens overclockent généralement leur mémoire , car l’overclocking du GPU peut entraîner une surchauffe. Bien que l’overclocking puisse améliorer les performances, il annule également la garantie du fabricant.

 

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