Grafikkarte
Eine Grafikkarte steuert in einem Personal-Computer die Bildschirmanzeige. Grafikkarten werden entweder als PC-Erweiterungskarten (über die Bussysteme ISA, VLB, PCI, AGP oder über PCI-Express) mit der Hauptplatine verbunden oder sie sind im Chipsatz auf der Hauptplatine vorhanden.
Grafikspeicher
Der Grafikspeicher dient zur Ablage der im Grafikprozessor (GPU) verarbeiteten Daten. Dies sind digitale Bilder, die später auf dem Computer-Bildschirm ausgegeben werden. Die Größe des Grafikspeichers bestimmt die maximale Farbtiefe und Bildauflösung. Beim Rendern dreidimensionaler Grafik werden hier außerdem die Daten der Objekte, beispielsweise Größe, Form und Position, sowie die Texturen, die auf die Oberfläche der Objekte gelegt werden, gespeichert. Besonders die immer höher auflösenden Texturen haben für einen starken Anstieg der Speichergröße bei aktuellen Grafikkarten gesorgt. So besitzen aktuelle Grafikkarten meist 128 oder 256 MByte Grafikspeicher, inzwischen gibt es aber schon mehrerer Grafikkarten mit 512 MB Grafikspeicher.
Geschichte
Das Grafikkarten-Prinzip wurde in Serienprodukten zum ersten Mal beim Mikrocomputer Apple II verwendet, dessen auf der Hauptplatine integrierten Grafikfähigkeiten durch zusätzlich zu erwerbende Steckkarten verbessert werden konnten. ("PAL-Farbkarte", "80-Zeichen-Karte").
Der erste IBM PC kam 1981 mit einer Karte auf den Markt, die lediglich die einfarbige Darstellung von Text ermöglichte (MDA = Monochrome Display Adapter). Die Firma Hercules erkannte die Lücke und bot schon 1982 eine sehr viel bessere Karte an, die Hercules Graphics Card.
Bis 1989 setzten sich die Farb-Grafikkartentypen als Standard durch, die IBM neu auf den Markt brachte:
- 1981 die CGA-Karte (populär ab 1984)
- 1984 die EGA-Karte
- 1989 mit den sogenannten PS/2-Modellen die MCGA- und VGA-Karte
Ab da hatte IBM die Standardisierungsmacht verloren. Das ist der Hintergrund, warum auch heute noch der VGA-Modus (640 × 480 Punkte in 16 Farben) der "Notfall-Modus" bei allen PCs ist, denn nur bis zu diesem Modus kann die Hardware aller heutigen PC-Grafikkarten von der Software auf einheitliche Weise angesprochen werden.
VGA war allerdings nicht der letzte Grafikkartenstandard. Die "Video Electronics Standards Association" VESA stellte einen Standard für Videomodi bis zu einer Auflösung von 1280 × 960 Punkten in 2 Byte Farbtiefe auf, die heute jede PC-Grafikkarte beherrscht.
Die weiteren Bezeichnungen SVGA, XGA usw. sind keine Grafikkartenstandards mehr, sondern Kurzbezeichnungen für Bildschirmauflösungen, z.B. XGA: 1024 × 768 Punkte.
Bis etwa 1990 beschränkten sich die Grafikkarten darauf, das Video-RAM in Ausgangssignale für den Monitor umzuwandeln. Der Programmierer konnte im Wesentlichen nur den Textmodus nutzen sowie im Grafikmodus einzelne Pixel auf eine bestimmte Farbe setzen. Dies war die erste Generation der Grafikkarten. Es folgten zwei weitere:
Ab 1990 entwickelten sich die Grafikkarten zu eigenständigen kleinen Computern mit eigener CPU, einem sogennannten Blitter, bei denen man nicht nur einzelne Pixel setzen konnte, sondern denen man Befehle zum Zeichnen von Linien und Füllen von Flächen schicken konnte (Windows-Beschleuniger). Diese Funktionen wurden anfänglich meist nur vom Windows-Betriebssystem genutzt, daher der Name.
Nachdem mit Doom der große Boom der 3D-Spiele Mitte der 90er-Jahre begonnen hatte, kam bald von 3dfx der erste brauchbare 3D-Beschleuniger, der so genannte Voodoo Graphics Chipsatz. Einem 3D-Beschleuniger kann ein Programm in einem dreidimensionalen Raum die geometrischen Figuren in Form von Polygonen und die Texturen angeben, mit denen die Flächen der Polygone gefüllt werden sollen (Rendern). Diese recht simple, aber rechenintensive Aufgabe hatte in den frühen 3D-Spielen noch die CPU übernehmen müssen; nun konnte sie an die Grafikkarte delegiert werden, was zu einer massiven Leistungssteigerung von 3D-Spielen führte (bessere Bildauflösung, wesentlich realistischere Bilder).
Modelle
Grundsätzlich kann man vier Typen von Grafiklösungen unterscheiden:
Onboard-Lösungen
Bei diese IGP genannten Lösungen wurde die Funktionalität der Grafikkarte in den Chipsatz des Mainboards integriert. Diese IGPs bieten alle 2D-Funktionenen aber meistens nur langsame oder veraltete 3D-Funktionalität. Diese Lösungen sind vor allem für LowCost- und Büro-PCs interessant. Anbieter von IGPs:
Business-Lösungen
Dies sind vollwertige Grafikkarten, bei denen wenig Augenmerk auf die 3D-Funktionen gelegt wird, sondern die vor allem ein scharfes und kontrastreiches Bild liefern sollen. Außerdem gibt es Karten mit 2D-Zusatzfunktionen. Hier ist vor allem Matrox als Anbieter erwähnenswert.
Spielegrafikkarten
Diese Grafikkarten gibt es in allen Preislagen. Die teuren Karten spiegeln das technisch Machbare im Bereich 3D-Darstellung wieder. Bei Spielekarten konkurrieren hauptsächlich ATI und NVidia miteinander, deren Chips von einer einer Vielzahl von Herstellern auf deren Grafikkarten werden. Daneben gibt es noch Anbieter wie S3 Graphics und XGI Technology, die aber nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Professionelle Lösungen
Die sind vor allem Grafikkarten für CAD-Anwendungen. Neben den Spezial-Chips von 3DLabs verbauen ATI und nVidia in diesem Segment Derivate ihrer Chips für Spielegrafikkarten, die dann mit einem anderen BIOS und Treiber auf OpenGL und nicht mehr auf DirectX optimiert werden.ist. Diese Karten sind deutlich teurer als ihre Gegenstücke für Spieler.
Sonstiges
Außer den oben beschriebenen DirectX Grafikkarten gibt es spezielle Karten, die nur OpenGL unterstützen. Diese Karten werden im Animationsbereich häufig eingesetzt und sind heutzutage für Spieler völlig uninteressant, da die meisten PC-Spiele nur noch DirectX unterstützen (anders jedoch auf der Macintosh-Plattform). Standardmäßig beherrscht jede heutige DirectX Grafikkarte auch OpenGL, umgekehrt ist dies jedoch nicht der Fall.
Signalausgänge
- TV-Out: An den TV-Ausgang (engl. TV-Out) kann ein Fernseher oder ein Beamer angeschlossen werden. Man kann so mit mehreren Bildschirmen (PC Bildschirm + Fernseher) arbeiten. Allerdings ist die Signal-Qualität des Anschlusses meist nicht sehr hoch, da es sich um ein analoges FBAS- oder S-Video-Signal handelt und die meisten Karten nicht den nötigen hohen Schaltungsaufwand treiben, um aus diesen Signaltypen das Bestmögliche herauszuholen. Positive Ausnahmen sind einige ältere Matrox-Karten (z.B. die G400MAX).
- D-Sub-Out: An den D-Sub Ausgang kann ein D-Sub-Kabel eines CRT Monitors (Röhrenmonitors), Beamers oder Flachbildschirms angeschlossen werden. Die Qualität ist hierbei wesentlich besser als die des TV-Ausgangs.
- DVI-Out: An den DVI Ausgang kann ein digitales DVI-Kabel angeschlossen werden. Dies liefert eine sehr gute Signalqualität, lässt sich jedoch nur mit Flachbildschirmen verwenden, da alle heutigen CRT-Monitore ein analoges Signal benötigen. Mit Hilfe eines Adapters kann man aus dem digitalen DVI Ausgang aber auch einen analogen VGA Ausgang machen.
Grafikkarten und 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 nicht unbedingt Hardware 3D-Funktionen der Grafikkarte voraus, nutzen diese aber, falls sie vorhanden sind. Ältere 3D-Spiele können im Prinzip auch auf Computern mit integrierter Grafik oder einer einfachen 3D-Karte laufen, jedoch relativ langsam, "ruckelig" und optisch weniger ansprechend.
Softwareprobleme mit Grafikkarten
Da viele Grafikkarten heutzutage das flüssige Anschauen von Videos mittels des Rechners durch Hardware-Unterstützung erlauben und ebenfalls viele Grafikkarten einen TV-Out-Anschluss haben, ist es naheliegend, den Rechner an einen Fernseher oder einen Videorekorder anzuschließen. Jedoch ist es bei einigen Herstellern so, dass sie es durch den Grafikkartentreiber und/oder die Grafikkarte selbst unterbinden, beide Fähigkeiten miteinander zu verbinden. So kommt es vor, dass beim Abspielen von Videos zwar die gesamte Benutzeroberfläche sichtbar ist, das Video selbst jedoch nicht. Unter Linux funktioniert dann beispielsweise die XVideo-Implementation nur bei der primären Anzeige (also dem Computer-Monitor), nicht jedoch beim TV-Out-Anschluss. Dieses Problem kann man meist umgehen, indem man die Hardware-Unterstützung für das Dekodieren von Videos ausschaltet, jedoch ist das Video dann oft nicht mehr flüssig anzusehen, was den eventuellen Spaß am Anschauen verdirbt.
Es wird vermutet, dass solche Beschränkungen eingebaut werden, um den Nutzer an der Aufzeichnung des Videos durch einen Videorekorder zu behindern. Jedenfalls ist in einigen mitgelieferten Handbüchern nachzulesen, dass Produkte von Macrovision (einer Firma, die für ihre Kopierbehinderungen bekannt ist) in die Grafikkarte mit integriert wurden.
Man findet in einem Handbuch beispielsweise folgende Passage:
- Dieses Produkt enthält Copyrightschutz-Technologie, die durch Verfahrensansprüche bestimmter US-Patente sowie andere geistige Eigentumsrechte geschützt ist, die Macrovision Corporation und anderen Rechtsinhabern gehören. Die Verwendung dieser Copyrightschutz-Technologie muss von Macrovision Corporation genehmigt werden und darf sich nur auf den Privatbereich erstrecken, wenn Macrovision Corporation keiner anderen Verwendung zugestimmt hat. Das Reverse Engineering oder Disassemblieren der Software ist untersagt. Geräteansprüche des US-Patents der Nummern 4,631,603, 4,577,216, 4,819,098 und 4,907,093 sind nur für eingeschränkte Vorführungen lizenziert. [Verbote des Reverse Engineering oder Disassemblieren werden nach vorherrschender deutscher Rechtsprechung allgemein als unwirksam betrachtet. Siehe aber Wikipedia:Hinweis Rechtsthemen]
Ein konkreter Fall ist der fglrx-Treiber von ATI, der (derzeit) nicht das hardware-unterstützte Abspielen von Videos am TV-Ausgang unterstützt.
Hersteller
Hersteller von Grafikkarten: Abit, Albatron, AOpen, GeCube, ASUS, ATI, Connect3D, Club3D, Creative Labs/3Dlabs, DFI, Diamond Multimedia, ELSA, eVGA, Gainward, Genoa, Hercules Graphics, HIS, Leadtek, MSI, Number Nine, Matrox, Orchid Technologies, Paradise, PixelView, PNY, PowerColor, Sapphire, Sigma, Sparkle, SPEA, STB Systems, TerraTec, VideoLogic, Video Seven, XFX
Hersteller von Grafikchips: 3dfx, 3Dlabs, Alliance Semiconductor, Ark Logic, ATI, Avance Logic, Chips & Technologies, Cirrus Logic, Neomagic, Number Nine, Nvidia, Matrox, Oak Technologies, Rendition, S3 Graphics, S3 Inc., SiS, Trident, Tseng Labs, Western Digital, XGI.
Wobei aber zu erwähnen ist, dass auf dem heutigen Markt nur noch ATI,Nvidia und S3 Graphics als Grafikchiphersteller und zusätzlich noch Intel, SiS und VIA Technologies als Hersteller von integrierten Grafiklösungen vertreten sind.
