Aufbau einer Grafikkarte

Bus-Schnittstellen

Das System sendet Informationen und Daten die dargestellt werden sollen über die Bus-Schnittschtelle an die Grafikkarte. Anfangs geschah dies noch über einen Standart- PCI-Bus (32bit, 33MHz). Um den Grenzen des PCI-Steckplatzes zu entweichen wurde der AGP (Accerlation Graphic Port) entwickelt. Er nutzt die aufsteigende und abfallende Signalflanke und kann daher mehr Daten zur gleichen zeit transportieren. Die schnellste Version ist AGP 8x was eine Transferrate von … ermöglicht. Inzwischen wird jedoch auch diese Technik durch den dann noch schnelleren PCI-Express-Bus abgelöst.

Grafikschnittstellen

Von den Grafikkarten zu unterscheiden sind Software- und Hardware-Grafikschnittstellen.

Software-Grafikschnittstellen

Die bekanntesten Software-Grafikschnittstellen sind OpenGL und DirectX, die es dem Programmierer ermöglichen, einfach und unabhängig von der Grafikkarte 3D-Effekte zu erzielen. Die Grafikschnittstellen setzen keine 3D-Funktionen bei der Grafikkarte voraus, nutzen diese aber (teilweise), falls sie vorhanden sind. 3D-Spiele können somit auch im Prinzip auf Computern mit Onboard-Grafik oder einer sehr einfachen 3D-Karte laufen, jedoch langsam und "ruckelig". Sehr aufwändige Spiele nutzen zusätzlich zur Grafikschnittstelle noch spezifische, neue Funktionen der Grafikkarte und laufen daher nur auf einer Karte mit speziellen Grafikchips.

Bekannte Software-Grafikschnittstellen sind:

Direct3D (Betriebssystem Übergreifend)
OpenGL (Betriebssystem-Übergreifend)
DirectX (MS Windows)
X11 (Linux und andere Unix-artige)
XVideo
XRender

Hardware-Grafikschnittstellen

Da man an seine Grafikkarte auch etwas anschließen möchte, gibt es Hardware-Grafikschnittstellen. Dazu gehören folgende Anschlüsse und Signalkodierungen:

VGA-Anschluss (analog)
DVI (DSub50, digital)

TV-Out (für Fernseher, analog):
S-Video-Anschluss (S-Video-Signal)
Composite(FBAS)

Grafik-Prozessor (GPU)

Um den immer schneller steigenden Anforderungen gerecht zu werden, entwickelte man spezielle GPUs (Graphic Processing Units) die alle anfallenden Grafikberechnungen übernahmen. Die GPU ist übernimmt sowohl das Berechnen von zweidimensionalen Darstellungen als auch das Rendern von dreidimensionalen Bildern. Bei letzteren werden auch Transformationen, Beleuchtung und Texturierung mit errechnet. Die System-CPU wird dadurch komplett entlastet. Aktuelle GPU-Generationen ermöglichen mit Hilfe von Pixelshader und Vertexshader eine direkte Programmierung (ähnlich der Assembler-Programmiersprache) auf dem Grafikprozessor. Die Taktfrequenz der GPU hat mittlerweile (Frühjahr 2004) die 600Mhz Marke bei den Spitzenmodellen erreicht. Die effektive Taktfrequenz wird nochmals mit dem Faktor 2 multipliziert, da es sich beim Speicher um DDR-RAM handelt, und Daten mit ansteigender und mit absteigender (Haupt-) Signalflanke übertragen werden.

BIOS ROM

Hier ist das Video BIOS abgelegt, welches den Grafik-Prozessor mit dem System verbindet. In Ihm sind grundlegende Informationen über die Karteneigenschaften enthalten. So ist ein Bildaufbau direkt nach dem Rechnerstart möglich, noch bevor vorhandene Grafiktreiber aktiv werden können.

VideoRAM

Hier werden Bildelemente in einzelne Bildpunkte zerlegt und gespeichert. Die VRAM-Speicher (auch Framebuffer genannt) wurden speziell für Grafikanwendungen konzipiert und verkürzen die Zugriffszeiten. Die Größe des Speichers beeinflusst unter Anderem die maximal darstellbare Farbanzahl und Auflösung.
Der theoretische Speicherbedarf kann wie folgt berechnet werden:

Speicherbedarf= horizontale Auflösung * vertikale Auflösung * Farbtiefe (in bit)

Die Größe des Speichers ist außer bei absoluten Hig-End Graphikkarten inzwischen von untergeordneter Bedeutung. Heutige Grafikkarten mit 64, 128 oder mehr Speicher bieten ausreichend Leistung, auch für komplexere Anwendungen und aktuelle Spiele.

Elementare Größe für die Leistung einer Grafikkarte ist jedoch die Taktfrequenz, mit der der Videospeicher angesprochen wird. Die effektive Taktfrequenz wird nochmals mit dem Faktor 2 multipliziert. Der Grund: Da es sich beim Speicher um so genanntes DDR-RAM handelt, werden Daten zweimal übertragen, einmal mit ansteigender und einmal mit absteigender (Haupt-) Signalflanke.

RAM DAC

Der RAM-Digital-Analog-Converter wandelt das Digitale Ausgangssignal in ein Analoges um, dass schließlich auf dem Monitor ausgegeben wird. Die Leistungsfähigkeit wird in der Pixelfrequenz (MHz) angegeben, je höher die Rate, desto schärfer ist das Bild.

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