1 Le rôle de la carte graphique








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Séance AB007

Ressource de séance AB007-8

la carte graphique

LA CARTE GRAPHIQUE
1 - Le rôle de la carte graphique …………………………………………………………..3

2 - Les débuts de la carte graphique ..……………………………………………………3

3 - La mémoire vidéo ……..…………………………………………………………………4

4 - Le BIOS vidéo …………………………………………………………………………….4

5 - La connexion entre la carte graphique et la carte mère …….…………..………..5

6 - Le micro contrôleur graphique ………………………………………………………..5

7 - Détermination de la quantité de mémoire vidéo……………………………………6
LA CARTE GRAPHIQUE
1 - Le rôle de la carte graphique

La carte graphique envoie à l’écran des images stockées dans sa mémoire, à une fréquence et dans un format qui dépendent d’une part de l’écran branché et de la sortie sur lequel il est branché.

Le rôle de la carte graphique se limite à transmettre les données à l'écran pour l'affichage par l'intermédiaire de la sortie VGA ou S-VGA ou DVI ou HDMI.

Aujourd'hui la carte graphique, en plus de cette fonction indispensable, joue également le rôle de coprocesseur pour la 3D et allège énormément la charge du processeur central en se chargeant du calcul de certains effets graphiques et des calculs 3D.
2 - Les débuts de la carte graphique

Les premières cartes graphiques ne permettaient, au début de l'ère informatique, qu’un affichage en 2D et se connectaient sur un port ISA 8 bits (Industry standard architecture); ce sont les cartes Monochrome Display Adapter (MDA).

Bien que dénommées « cartes graphiques », elles n'affichaient, en monochrome, que de caractères simples codés sur 8 bits, dont une partie était réservée au graphisme ; c'est l'adressage direct en mode ASCII (mode encore utilisé au démarrage par le BIOS de la plupart des ordinateurs en 2009).

Les premières cartes graphique pouvant adresser un point individuel de l'affichage n'apparaissent qu'en 1981 pour le grand public, avec les cartes CGA, ou Color Graphic Adapter, qui permettaient un adressage de points dans une résolution de 320 colonnes sur 200 lignes en 4 couleurs différentes.

Suivent alors une succession de cartes dédiées au graphisme sur ordinateur poussant de plus en plus loin le nombre de lignes et de colonnes adressables, ainsi que de le nombre de couleurs simultanées pouvant être affichées ; ce sont les modes graphiques utilisables.

De plus en plus de fonctions assurées par le processeur sont petit à petit gérées par le micro contrôleur graphique des cartes. Comme, par exemple, le tracé de lignes, de surfaces pleines, de cercles, etc.; fonctions très utiles pour accompagner la naissance des systèmes d'exploitation basés sur des interfaces graphiques et en accélérer l'affichage.

Avec l'évolution des techniques, le port ISA est remplacé par le port PCI pour augmenter la vitesse de transfert entre le CPU et la carte graphique.

En plus des cartes graphiques d'affichage en 2D, apparaissent dans les années 1990 des cartes dédiées à la gestion et l'affichage d'éléments représentés en 3 dimensions, comme les cartes 3DFX.

Puis apparurent les cartes graphiques 2D-3D ayant l’avantage de n’occuper qu’un seul connecteur AGP ou PCI au lieu de deux (pour les configurations courantes de l’époque, c’est-à-dire avant 1998). En effet, jusqu’alors, les cartes 2D étaient proposées séparément des cartes dites accélératrice 3D (comme les premières 3dfx), chacune ayant un processeur graphique spécifique.

Depuis la sortie des premières cartes 2D/3D intégrées par ATI en 1996, toutes les cartes graphiques modernes gèrent le 2D et la 3D au sein d'un seul circuit intégré.
3 - La mémoire vidéo

La mémoire vidéo conserve les données numériques qui doivent être converties en images par le processeur graphique et les images traitées par le processeur graphique avant leur affichage.

Toutes les cartes graphiques supportent deux méthodes d’accès à leur mémoire, l’une est utilisée pour recevoir des informations en provenance du reste du système, l’autre est sollicitée pour l’affichage à l’écran. La première méthode est un accès direct conventionnel (RAM) comme pour les mémoires centrales, la deuxième méthode est généralement un accès séquentiel à la zone de mémoire contenant l’information à afficher à l’écran.
3.1 - Le RAMDAC

Le RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) convertit les images stockées dans la mémoire vidéo en signaux analogiques à envoyer à l’écran de l’ordinateur. Il est devenu inutile avec les sorties DVI (numériques).

4 - Le BIOS vidéo

Le BIOS vidéo est à la carte graphique ce que le BIOS est à la carte mère. C’est un petit programme enregistré dans une mémoire morte (ROM, pour Read Only Memory) qui contient certaines informations sur la carte graphique (par exemple, les modes graphiques supportés par la carte) et qui sert au démarrage de la carte graphique.
5 – La connexion entre la carte graphique et la carte mère

La connexion à la carte mère se fait à l’aide d’un port greffé sur un bus.

Au cours des années, plusieurs technologies se sont succédé pour satisfaire les besoins de vitesse de transfert sans cesse croissants des cartes graphiques :

la première technologie utilisée fut la technologie ISA, utilisée à partir de 1984 pour adjoindre des cartes disposant de plus de mémoire vidéo que les cartes standard fournies par les manufacturiers d’ordinateurs ou des cartes utilisant des jeux d’instructions destinés à accélérer l’affichage des fenêtres ; certaines unités centrales (de marque IBM pour la plupart) ont utilisé le bus VLB (Vesa Local Bus), mais ce type de bus fut rapidement abandonné en raison de sa trop grande spécificité.

Avec l’arrivée des premiers processeurs Pentium en 1994, on utilise ensuite l’interface PCI . Le bus AGP apparu en mai 1997 est actuellement supplanté par le bus PCI Express, apparu en 2004 ;

le PCI Express qui permet d’atteindre le débit de données bi-directionnelles pour le PCI-Express 2.0 (500 Mo/s) est destiné à remplacer tous les connecteurs d’extension internes d’un PC, dont le PCI et l’AGP.

6 - Le micro contrôleur graphique

Le micro contrôleur graphique (GPU pour Graphical Processing Unit, ou encore VPU pour Visual Processing Unit en anglais) sert à libérer le micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage et la coordination de graphismes 3D ou la conversion d'espaces colorimétriques YCbCr vers RGB; quand ce n'est pas des fonctions vectorielles permettant la reconstruction d'images compressées de certains flux vidéos comme le H.264.

Le micro contrôleur graphique est très souvent muni de son propre radiateur ou ventilateur pour évacuer la chaleur qu’il produit.
7 - Détermination de la quantité de mémoire vidéo

La quantité de mémoire vidéo nécessaire pour stocker l’image qui va être affichée dépend de la définition affichée.
Le nombre de couleurs est fonction du nombre de bits utilisés pour le codage.


Exemple : 28 = 256


Nombre de bits

Nombre de couleurs

1

2

4

16

8

256

15

32 768

16

65 536

24

16 777 216

32

4 294 967 296


La quantité de mémoire est simplement le nombre de pixels utiles multiplié par le nombre de bits par pixel. On divise le tout par 8 pour passer en octets (1 octet = 8 bits)


Exemple : en 640 × 480, en 16 couleurs il faut :



Il faut donc 153600 octets de mémoires

Ko = 1 024 octets donc 153 600 octets = 150 Ko


Définition en pixels

16 couleurs

256 couleurs

32 768 couleurs

65 536 couleurs

16 777 216 couleurs

4 294 967 296 couleurs

640 × 480

150 Ko

300 Ko

563 Ko

600 Ko

900 Ko

1 200 Ko

800 × 600

235 Ko

469 Ko

879 Ko

938 Ko

1 407 Ko

1 875 Ko

1 024 × 768

384 Ko

768 Ko

1 440 Ko

1 536 Ko

2 304 Ko

3 072 Ko

1 280 × 1 024

640 Ko

1 280 Ko

2 400 Ko

2 560 Ko

3 840 Ko

5 120 Ko

1 600 × 1 200

938 Ko

1 875 Ko

3 516 Ko

3 750 Ko

5 625 Ko

7 500 Ko


Cette indication est maintenant de peu d’intérêt car la mémoire vidéo d’une carte graphique est utilisée à de nombreuses fins. Elle permet entre autres de fluidifier l’affichage des vidéos ou encore de stocker les informations nécessaires à la synthèse d’images en 3D. Les systèmes d’exploitation modernes comme Windows Vista, Windows 7, Mac OS ou GNU/Linux requièrent tous trois une grande quantité de mémoire vidéo pour optimiser leur affichage. Quant aux jeux vidéo les plus récents, ils fonctionnent d’autant mieux que la quantité de mémoire vidéo est importante. En 2010, on trouve couramment des cartes graphiques équipées de 1 Go de mémoire.

AFPA - AMEB

ASSEMBLER ET CONFIGURER DES EQUIPEMENTS BUREAUTIQUES

A1-C02-AB007

Le Belloy

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