Современный компьютер невозможно себе представить без возможности запустить мощную игру или же мощный редактор графики – соответственно современный компьютер невозможно представить себе без видеоадаптера или так называемой видеокарты, платы расширения, которая значительно увеличивает возможности и производительность компьютера в графическом отношении.    

    Первый видеоадаптер появился еще в начале 80-х XX века. Он был произведен в компании IBM и носил название Monochrome Display Adapter или MDA. Его возможности были минимальными: о количестве цветов еще и речи не было. Не поддерживала цвета и следующая разработка 1982 года HGC компании Hercules. Зато обе видеокарты могли работать с отображением яркости точек на мониторе. Впервые поддержку цвета получила разработка CGA или Color Graphics Adapter. Этот видеоадаптер поддерживал три канала цвета: красный, зеленый и синий – современная палитра RGB, но с минимальным набором цветов – всего 16. Улучшенная версия видеоадаптера EGA смогла поддерживать уже 64 цвета, благодаря тому, что на каждом канале цвета могли поддерживаться различные параметры яркости. И, наконец, MGA или Multicolor Graphics Adapter поддерживала уже 262 144 цвета, благодаря 64 уровням яркости на каждом из каналов поддерживаемого цвета.      

     Фактически стандартом видеокарт стали видеокарты VGA и SVGA. Первый вариант стал стандартом для производства видеокарт еще с 80-х годов XX века, а SVGA – с 1991 года. Именно в SVGA появляется поддержка стандарта VBE (Расширение BIOS стандарта VESA). Эта видеокарта поддерживает 65 536 цветов в режиме глубины цвета в 16 бит и 16 777 216 – в режиме 24 бит.     

     История появления видеокарт оказалась бурной и противоречивой, однако на сегодняшний момент видеоплаты имеют фактически одинаковую архитектуру, в которой выделяют основные элементы видеокарты: графический процессор, видеоконтроллер, цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC или ЦАП), видеопамять, ПЗУ, система охлаждения, поддерживаемый разъем.   

      Фактически все основные вычисления в компьютере производятся центральным процессором. Однако часть вычислительной мощи просто необходимо передать другому обработчику. Эта часть представляет собой вычисления графических процессов и передается эта часть графическому процессору, что располагается на видеокарте. Таким образом, центральный процессор значительно разгружается при обработке данных необходимых для построения графики. Современные графические процессоры ни в чем не уступают центральным и даже превосходят их, к примеру, в количестве транзисторов. Мощности графических процессоров вполне хватает, чтобы обрабатывать данные не только плоской (2D-графики), но и трехмерной (3D-графики). Центральный процессор лишь управляет ходом вычислений по графическим моделям.   

      Формирование изображения контролируется так называемым видеоконтроллером, который битом за битом считывает данные, рассчитанные графическим процессором и направляемым в виде потока данных в видеопамять. Считанные видеоконтроллером данные посылаются на цифро-аналоговый преобразователь, который преобразует цифровой сигнал в аналоговый, чтобы в дальнейшем отобразить этот сигнал на экране монитора.   

      Очень важным показателем видеокарты выступает объем ее памяти. Размер видеопамяти видеоадаптера может рассказать о поддерживаемом картой разрешении монитора и о глубине цвета, что поддерживается видеокартой. Рассчитать требуемый объем видеопамяти для определенного разрешения монитора с известной глубиной цвета достаточно легко. Для этого следует умножить количество пикселей, что поддерживается монитором на размер глубины цвета. Для того чтобы получить количество поддерживаемых монитором пикселей, следует умножить количество точек в строке на количество самих строк.    

      В видеопамяти также хранятся все промежуточные этапы графических построений. Кроме того, следует принять к вниманию и тот факт, что видеоадаптер использует для своих графических построений и часть оперативной памяти компьютера.    

      В постоянном запоминающем устройстве или ПЗУ видеокарты хранятся данные о системе ввода-вывода видеокарты (BIOS), данные об экранных шрифтах и другие данные. Этот вид памяти является электронно-стираемым (EEPROM) или так называемой флэш-памятью, данные в которой можно перезаписывать. Пользователь, к примеру, свободно может перезаписать параметры BIOS видеокарты, которая предоставляет интерфейс для программного обращения к аппаратным возможностям видеокарты.   

      Очень важным элементом видеокарты представляется ее система охлаждения. Как правило, видеокарта является одним из основных поставщиков тепла в систему компьютера, а соответственно для отведения тепла от графического процессора требуются значительные ресурсы. Кроме того, следует сказать, что видеокарта является одним из наиболее быстродействующих элементов компьютера и разъем, где располагается видеоплата – это, как правило, в современных компьютерах PCIe × 16, а в более старых вариантах материнских плат это может быть разъем AGP, созданный специально под видеоадаптеры. Как известно, PCIe×16 управляется Северным мостом чипсета логики материнской платы, который управляет наиболее быстрыми элементами компьютера.     

      Кроме BIOS видеокарты, доступ к аппаратным возможностям видеокарты с точки зрения взаимодействия операционной системы и программ с видеоадаптером осуществляется еще и видеодрайвером, который устанавливается на компьютер.   

      Построение изображения – дело весьма сложное. Недостаточно построить само изображение, его следует еще вывести на экран монитора, избежав множества возникающих неточностей и артефактов. Другими словами изображение должно быть как можно более приближено к реальности. Чтобы этого добиться и избежать возникающих многих артефактов, применяются различные технологии, чтобы не только создать изображение, но и улучшить его качественные характеристики.    

      Для создания 3D-изображения прибегают к так называемым полигональным структурам, которые в реальности представляют собой ничто иное как набор данных о треугольниках: об их вершинах и ребрах. Чтобы наиболее точно отобразить реальность в изображении стараются отразить наиболее точно его детали, для это применяют так называемую тесселяцию или попросту разбиение исходной площади исходных треугольников на их большее количество, но меньшей площади. Кроме того, прибегают к трансформации полученных фигур как их характеристик, так и к трансформации в виде перемещения фигуры, добавляют эффекты, чтобы изображение было близко к реальности, применяют отсечение, суть которого в изменении объекта в зависимости от угла зрения и прибегают к многим другим вариантам построения изображения.     

      В этом построении применяется конвейерная технология. На первом этапе изображение проходит обработку шейдерными программами вида вершинного шейдера. В этом случае происходит обработка вершин полигонов. Однако вершинный шейдер ничего не знает о самой структуре полигона – ему известны лишь параметры вершин треугольников. О параметрах ребер треугольников «знают» геометрические шейдеры, программы обрабатывающие треугольники после поступления их от вершинных шейдеров. После процесса обработки геометрическим шейдером изображение может быть направленно на обработку пиксельному шейдеру.    

      Технологии улучшения изображения появились практически сразу с возможностью работы с 3D-графикой, так как каждое изображение, поступая на экран монитора не лишено артефактов, мешающих нормальному его восприятию. К примеру, изображение не прошедшее процедуру антиалиасинга будет иметь вид лесенки по краям каждого элемента изображения, так как каждый пиксель на экране монитора представляется в виде прямоугольника и если закрасить в такой сетке из прямоугольников диагональ, состоящую из нескольких прямоугольников, то будет заметен невооруженным взглядом вид лесенки, состоящей из области закрашенных прямоугольников. Так и в случае с изображением получаемым через видеокарту. Чтобы решить эту проблему следует просто увеличить разрешение монитора, однако до бесконечности так делать невозможно и поэтому была придумана технология сэмплирования, согласно которой выстраивается сэмпл, эмулирующий внутри пикселя разрешение большее чем обычно, что позволило сгладить существующий эффект лестницы.   

      Кроме технологий сэмплирования и суперсэмлирования для улучшения изображения применяется также фильтрация текстур. Суть фильтрации в том, что разработчики пытаются бороться с «борьбой» пикселей за пространство. Это очень хорошо заметно в перспективе изображения, когда детали изображения становятся мелкими и смотреть вдаль порой в этом изображении невозможно по причине значительного «мельтешения» на изображении. Менее заметно, но это происходит и на переднем крае изображения. Чтобы избежать появления подобных артефактов применяют технологию анизотропной фильтрации, ближайшего соседнего пикселя, билинейная фильтрация, мипмепинг и многие другие.    

       Чтобы придать поверхности шероховатый вид или же создать поверхность с многочисленными впадинами и возвышенностями, применяют другие технологии – бампмаппинга, нормалмаппинга, замещения карт, смещения карт. Благодаря этим технологиям достигают значительной детализации изображения, что позволяет создавать наиболее точные изображения. К примеру, детальная прорисовка лица или мускулистой фигуры, или же горной местности. В каждом из методов используется понятие так называемой нормали к каждой точке изображения – это перпендикулярный вектор, рассчитанный в цветовом варианте и имеющий уровни яркости. Для изображения географической карты такая нормаль представится в виде карты высот.    

       Детализация изображения и используемые технологии часто зависят от мощности применяемой видеокарты. Чем мощней видеоадаптер и чем больше быстродействие графического процессора, тем лучше он обрабатывает графические изображения. Именно поэтому многие ратуют за совмещение нескольких видеокарт в процессе обработки графики. В этом случае применяют технологию SLI или же технологию CrossFire. Первую поддерживают чипы NVIDIA, а вторую поддерживают чипы графических процессоров ATI.    

       Чтобы осуществить объединение видеокарт по технологии SLI, необходимо, чтобы технологию объединения поддерживала материнская плата. В этом случае необходимо, что на материнской плате было, по крайней мере, два слота PCIe×16. Кроме того, важно чтобы применяемые видеокарты были одного класса. Оба видеоадаптера соединяются специальным мостиком. Если же осуществить такое объединение программно, то произойдет очень сильная нагрузка на слоты. Для того чтобы осуществить такое соединение необходим также блок питания для системы достаточной мощности.     

       Технология CrossFire в отличие от SLI, которая не зависит от драйверов, может быть осуществлена тремя способами. Во-первых, это может быть произведено при помощи кабеля – обе видеокарты соединяются с помощью кабеля. Во-вторых, такое объединение может быть произведено при помощи мостика. И, в-третьих, такое объединение производится программно, однако производительность такого соединения падает на 10-15% в сравнении с двумя предыдущими вариантами. В данном случае видеокарты должны быть одной модели и при этом одна из них должна быть помечена как Master. Как правило, на этой видеокарте должен быть распаян чип Compose Engine. В системе из двух видеокарт, обычно, характеристики менее производительной являются параметрами самой системы.     

      Существует несколько вариантов работы с изображениями в технологиях CrossFire и SLI. Видеокарты могут обрабатывать изображения в альтернативном варианте – каждая свое: одна четные, а вторая нечетные. Видеокарты могут работать в режиме лучшего качества, производя сглаживание на одной и той же картинке, но с некоторым смещением, результирующее изображение выводится на экран монитора. Видеокарты могут работать в режиме обработки части изображения: одна часть – одной видеокартой, а другая – другой.    

      Применять ли технологии SLI или CrossFire в системе? На этот вопрос нет однозначного ответа. Кто-то спешит экспериментировать, а кто-то осторожничает. Однако, скорее всего, что правы те, кто считает, что затраты в этом случае не окупают применение технологии. Кроме того, важно принять к вниманию тот факт, что прибегая к использованию той или иной технологии, следует, прежде всего, убедиться в том, что данная технология поддерживается выбранной программой или игрой. Если же такой поддержки нет и игра попросту «не в курсе», что существует такая технология, то какого-либо эффекта в таком случае вряд ли можно добиться, так как игрушка просто не будет знать о лучшей производительности связки видеокарт.