Каким образом видеокарта позволяет разгрузить центральный процессор кратко

Обновлено: 02.07.2024

Предварительные замечания

Шина	PCI-E
CPU	AMD Athlon64 X2 3800+ @ FSB=270 MHz
VGA	ASUS EN8800GTS 320 Mb
MB	ASUS A8N-SLI Premium
Memory	Hynix PC3200 2x1024 Мб
OS	WinXP + SP2 + DirectX 9.0c
PSU	FSP 400 Вт

В качестве тестового приложения будем использовать игру F.E.A.R. Выводы, которые мы получим, легко применимы и к любой другой игре. Итак, приступим.

Реальная картина

В дополнение к рисунку 2 построим еще несколько диаграмм распределения мгновенных FPS, в зависимости от реальной частоты центрального процессора.

Некоторые изменения в картине распределения есть, но далеко неочевидные. Идем дальше. Понизим множитель CPU (а значит и его частоту) еще на ступень.

Здесь уже более заметно, что плотность значений в правой части диаграммы заметно меньше, чем на рисунке 2. В то время как остальная часть диаграммы не претерпевает качественных изменений и средний FPS остается почти тем же самым.

Заключение

Первыми устройствами вывода были лампочки. Каждая из них показывала состояние отдельного бита памяти: горящая лампочка обозначала единицу, а выключенная — ноль. Согласитесь, что понять данные, выводимые таким способом, было достаточно трудно.

Позже появились графопостроители (плоттеры), которые рисовали перьями на бумаге графики и картинки из линий (Рис. 2.13).

Сравните возможности печатающего устройство с некоторым набором символов и графопостроителя для

- вывода букв и цифр;

- вывода графиков.

Революционным событием стало создание мониторов. Это позволило избавиться от ненужного расхода бумаги.

В конце XX века компьютеры научились обрабатывать звуковые данные. Для вывода звука чаще всего используются наушники и звуковые колонки. Они подключаются к звуковой карте, которая преобразует двоичный код звука (цепочку нулей и единиц) в непрерывный электрический сигнал, который эти устройства затем превращают в звук. Звуковые колонки бывают пассивные и активные; пассивные колонки работают за счет мощности усилителя звуковой карты, а активные сами содержат усилитель и им нужно питание от сети.

Монитор

Компьютерный монитор состоит из дисплея (панели, на которую смотрит человек) и электронных схем, позволяющих выводить на этот дисплей текстовую и графическую информацию.

Элемент экрана монитора — это жидкий кристалл, способный под воздействием электрического сигнала менять свои свойства. Сам жидкий кристалл не светится, он лишь регулирует пропускание света от расположенной за ним лампы.

Процессор передаёт данные для вывода видеокарте(видеоконтроллеру), которая управляет выводом изображения на монитор. Современная видеокарта содержит микропроцессор для обработки графической информации (графический ускоритель) и собственную память. Можно считать, что видеокарта — это специализированный компьютер, который ускоряет построение и вывод на монитор изображений.

В последние годы появились 3D-дисплеи (стереодисплеи), которые могут показывать объёмные изображения.

Печатающие устройства

Печатающие устройства (принтеры) выводят текст и рисунки на бумагу или плёнку. Современные принтеры обрабатывают символы как графику, т.е. рисуют их.

Существуют четыре основных типа принтеров: матричные, струйные, лазерные и сублимационные.

Матричные принтеры — это принтеры с ударным принципом работы. Сейчас их используют там, где требуется печатать много и дёшево, а высокое качество печати не обязательно.

Печатающая головка содержит вертикальный ряд иголок, которые при подаче управляющих сигналов ударяют по красящей ленте, оставляя на бумаге отпечатки в виде маленьких точек.

На таком принтере можно печатать не только тексты, но и чёрно-белые рисунки, однако вывод графики происходит очень медленно. Матричные принтеры и расходные материалы к ним (красящие ленты) очень дешёвые, они могут печатать практически на любой бумаге. Однако качество их печати невысокое, они работают медленно и сильно шумят.

Печатающая головка струйных принтеров содержит крошечные отверстия, через которые под большим давлением на бумагу выбрасываются чернила. Они печатают быстро и с хорошим качеством, но сменные картриджи (ёмкости с чернилами) стоят достаточно дорого. Для печати необходима хорошая бумага, кроме того, напечатанное изображение расплывается при попадании воды.

Лазерные принтеры (Рис. 2.17) печатают с очень высоким качеством. Компьютер строит в памяти полный образ страницы и передаёт его принтеру. Тот с помощью лазерного луча переносит изображение на вращающийся барабан. Затем к барабану притягиваются мелкие частицы красящего порошка — тонера. На следующем этапе бумага прижимается к барабану, в результате на ней появляется отпечаток картинки. Чтобы краска не осыпалась, на выходе нагретые валики вплавляют частицы тонера в бумагу.

Важнейшая характеристика принтера – разрешающая способность.

Разрешающая способность (разрешение) принтера — это максимальное количество точек, которые он способен напечатать на единицу длины.

По традиции разрешающая способность измеряется в точках на дюйм (англ. dpi — dots per inch). Все современные струйные и лазерные принтеры имеют разрешающую способность не ниже 300 dpi. При этом человеческий глаз не различает отдельных точек, из которых строится изображение.

Принтеры также часто сравнивают по скорости печати (в страницах в минуту). Наименьшая скорость печати – у сублимационных и матричных принтеров, а наибольшая — у лазерных. Цветная печать, как правило, выполняется дольше, чем более простая чёрно-белая.

Для печати изображений больших форматов, А1 (594×841 мм) и A0 (841´1189 мм), используют широкоформатные печатающие устройства, которые называют плоттерами, так же, как графопостроители (Рис. 2.18). Некоторые из них умеют не только печатать, но и вырезать различные фигуры.

Устройства ввода/вывода

Во многих смартфонах и планшетных компьютерах сенсорный экран заменил клавиатуру и занимает всю переднюю панель. Большинство из этих устройств используют технологию мультитач – отслеживают нажатия и движения пальцев в нескольких точках одновременно. Например, сближая пальцы рук, можно уменьшить изображение на дисплее, а раздвигая — увеличить.

Выводы: · Устройства вывода — это устройства, которые представляют компьютерные данные в форме, понятной человеку. · Существуют четыре основных типа принтеров: матричные, струйные, лазерные и сублимационные. · Разрешающая способность принтера — это максимальное количество точек, которые он способен напечатать на единицу длины. · Сенсорный экран – это устройства ввода/вывода.

Интеллект-карта

1. Перечислите все известные вам устройства вывода. С какими из них вы работали?

2. Что является элементом изображения в мониторе?

3. Каким образом видеокарта позволяет разгрузить центральный процессор?

4. Что такое разрешающая способность принтера?

5. В чём различие единиц dpi и ppi?

Программное обеспечение

Познакомившись с аппаратной частью, мы переходим к изучению другой, не менее важной, части компьютера – программной.

Устройства вывода — это устройства, которые представляют компьютерные данные в форме, понятной человеку.

Используя определение, выясните, можно ли назвать устройствами вывода

- флэш-накопители;

- переносной (внешний) жёсткий диск;

- сетевую карту (для обмена данными по сети).

Удалось ли вам прийти к общему мнению в результате обсуждения?

Сравните возможности печатающего устройство с некоторым набором символов и графопостроителя для

- вывода букв и цифр;

- вывода графиков.

Революционным событием стало создание мониторов. Это позволило избавиться от ненужного расхода бумаги.

Монитор

В последние годы появились 3D-дисплеи (стереодисплеи), которые могут показывать объёмные изображения.

Печатающие устройства

Существуют четыре основных типа принтеров: матричные, струйные, лазерные и сублимационные.

Важнейшая характеристика принтера – разрешающая способность.

Устройства ввода/вывода

Интеллект-карта

1. Перечислите все известные вам устройства вывода. С какими из них вы работали?

Что нагружает процессор в играх? Яркие примеры

Если обратить внимание на Battlefield V, то можно снизить дальность отображения и понизить само разрешение. Это позволить разгрузить свою систему, добившись равномерного распределения ресурсов.

Затем снижайте дальность прорисовки и уменьшайте разрешение. После – всё остальное (детализация, текстуры и прочее), за что ответственна видеокарта.

Техническая сторона вопроса

Обычно основная часть нагрузки ложится на центральный процессор. Но есть задачи, с которыми GPU справится во много раз быстрее, и было бы глупо этим не воспользоваться. Логично, что чаще всего это касается программ для работы с графикой, видео и 3D-моделированием.

Во время GPU-ускорения задействуется исключительно память видеокарты. Для простой работы с FHD достаточно 2 ГБ. Однако, когда один кадр компонуется из нескольких (картинка в картинке) или используются эффекты, одновременно обрабатывающие несколько кадров (шумодавы и т. д.), расход возрастает. Для UHD/4K-видео необходимо уже минимум 4 ГБ видеопамяти.

Конечный прирост производительности зависит от правильности настройки и общих параметров системы. В случае, например, рендеринга иногда разница с CPU составляет разы, а это сэкономленное время, которое, как известно, — деньги. Гарантировать точный результат ускорения не возьмется ни один производитель, ссылаясь на индивидуальность каждой системы.

Любая видеокарта в той или иной степени способна проводить сложные вычисления и обрабатывать графику. Больше других акцентирует внимание на неигровых возможностях и технологиях своих GeForce компания nVidia.

Тензорные ядра — присутствуют в адаптерах серии RTX, повышают производительность и энергоэффективность. Поддержка ИИ ускоряет расчеты и работу с графикой.

CUDA — проприетарная технология nVidia, доступная для устройств GTX и RTX. Позволяет использовать графический процессор для вычислений общего назначения, улучшает работу с фото, видео и 3D.

NVENC — отдельный аппаратный блок, способный кодировать и декодировать видеопоток. Благодаря этому разгружаются центральный и графический процессоры для запуска игр и других ресурсоемких задач. В первую очередь это интересно стримерам, но многие программы видеомонтажа уже приспособили NVENC под себя.

NVIDIA STUDIO DRIVER — выходит для видеокарт серии 10хх и моложе. Оптимизирует работу адаптера под такие приложения, как Autodesk Maya, 3ds Max, Arnold 5, DaVinci Resolve и т. д.

Карты AMD тоже хорошо справляются с вычислениями и обработкой графики, но любит говорить об этом исключительно компания Apple. AMD использует открытые технологии OpenGL и Vulcan — альтернативу CUDA.

Программы, работающие с GPU-ускорением

О возможности ускорения программы с помощью видеокарты можно узнать на официальном сайте. Все ведущие производители софта дают четкие инструкции, какая видеокарта подойдет и как включить GPU-ускорение. А первое, что приходит на ум, когда речь идет о работе с графикой и видео, — решения студии Adobe.

Adobe Premiere Pro использует вычислительные ресурсы видеокарт, начиная с версии CS5. Текущие версии для Windows поддерживают все современные GPU (включая встроенную графику Intel). CS6 и выше имеют функцию стабилизации видео Warp Stabilizer, которая устраняет дрожание камеры. Плагин использует GPU-ускорение только при финальном рендеринге изображения. Также в CS6 появился рендер Ray-traced 3D, который обсчитывает на видеокарте 3D-слои, камеру и источники света в композиции. Adobe Premiere CC научился работать одновременно с несколькими видеокартами, причем допускается использование разных серий и даже производителей (MultipleGPU). Выигрыш зависит от общей конфигурации ПК. Интересные возможности дает использование GPU сторонними плагинами. Можно ускорять Premiere при помощи CUDA одной видеокарты, при этом его плагин будет ускоряться OpenGL другой видеокарты. Такие плагины, как Magic Bullet Looks, Elements3D и т. п. могут использовать ресурсы GPU независимо от настроек Adobe. Подробные требования приложения к видеокарте можно найти на официальном сайте.

Кроме продукции компании Adobe нельзя не вспомнить такие программы, как 3ds Max, DaVinci Resolve и Vegas Pro.

Данные о поддержке наиболее адаптированных приложений производители видеокарт публикуют на своих официальных сайтах:

eGPU — внешний графический процессор

Этот раздел касается в первую очередь техники компании Apple. Купертиновцы любят делать упор на творческие возможности своих устройств, однако пользователи макбуков и аймаков ограничены исходной комплектацией. На помощь приходит eGPU — внешняя видеокарта, с помощью которой, по заявлению производителя, можно увеличить скорость обработки графики на Mac в несколько раз.

По сути, это обычная видеокарта в специальном боксе с блоком питания и дополнительным охлаждением. Она подключается к макам посредством Thunderbolt 3. Уже много лет Apple использует видеокарты AMD, и весь софт Apple затачивается под новый API Metal. Графические решения nVidia ощутимого прироста производительности на Apple не дают, так как из-за патологической жадности компании не смогли договориться, и весь софт на маке заточен исключительно под AMD. В отместку nVidia недавно полностью отменила поддержку CUDA на MacOS.

Несколько лет назад компания nVidia выпустила первый TITAN — запредельную по производительности и цене игровую видеокарту. Но вместо того, чтобы стать нишевым продуктом, она была буквально сметена с прилавков. Оказалось, что карта прекрасно справляется с расчетами, и многие компании с удовольствием покупали ее вместо дорогих про-аналогов. Разумеется, nVidia быстро смекнула, в чем дело, и в начале 2018 года прикрыла лавочку запретила использовать графические процессоры GeForce и Titan в составе дата-центров. По словам nVidia, нельзя гарантировать их безотказную работу в жарких условиях (и это не фигуральный оборот) в режиме 24/7. В качестве альтернативы предлагается использовать, например, Tesla V100, который гораздо мощнее GeForce и стоит в десять раз больше создан специально для работы в условиях ЦоД.

nVidia имеет три линейки профессиональных видеокарт: Quadro, NVS и Tesla.

Quadro

Tesla — узкоспециализированная и сверхдорогая линейка для математических и физических расчетов. Для работы требуется CPU. Портов нет, поиграть нельзя, расходимся пацаны .

Компания AMD в качестве профессионального решения предлагает серию Radeon Pro. Также у них есть вычислительные аналоги Tesla с космическим ценником под названием Instinct.

Читайте также: