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carte vidéo-fonctionnement communaute de noctambules
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QU’EST-CE QU’UNE CARTE GRAPHIQUE ?

Présentation de la carte graphique

Une carte graphique ou carte vidéo (anciennement par abus de langage une carte VGA), ou encore un adaptateur graphique, est une carte d’extension d’ordinateur dont le rôle est de produire une image affichable sur un moniteur d’ordinateur. La carte graphique convertit les données numériques internes à l’ordinateur en un signal électrique numérique ou analogique compatible avec le moniteur. Comme tout élément d’un ordinateur, la carte graphique est dévolue à un usage particulier, à savoir l’affichage graphique (ou visuel si vous préférez) des différentes données qui doivent apparaître à l’écran. Ces données ont commencé il y a bien des années à être affichées tout d’abord en 2D (en deux dimensions) puis il y a quelques années en arrière, en 3D (en trois dimensions), c’est-à-dire que les effets visuels font que l’image apparaît alors comme réellement en trois dimensions et non plus en deux dimensions comme autrefois.

Les cartes graphiques accélératrices 2D
La carte graphique (en anglais graphic adapter), parfois appelée carte vidéo ou accélérateur graphique, est l’élément de l’ordinateur chargé de convertir les données numériques à afficher en données graphiques exploitables par un périphérique d’affichage.
Le rôle de la carte graphique était initialement l’envoi de pixels graphique à un écran, ainsi qu’un ensemble de manipulation graphiques simples :

déplacement des blocs (curseur de la souris par exemple);
tracé de lignes ;
tracé de polygones ;
etc.
Les cartes graphiques récentes sont désormais équipées de processeurs spécialisés dans le calcul de scèes graphiques complexes en 3D !

Les principaux composants d’une carte vidéo sont :

Un processeur graphique (appelé GPU, pour Graphical Processing Unit), constituant le cœur de la carte graphique et chargé de traiter les images en fonction de la résolution et de la profondeur de codage sélectionnée. Le GPU est ainsi un processeur spécialisé possédant des instructions évoluées de traitement de l’image, notamment de la 3D. En raison de la température que peut atteindre le processeur graphique, il est parfois surmonté d’un radiateur et d’un ventilateur.
La mémoire vidéo chargée de conserver les images traitées par le processeur graphique avant l’affichage. Plus la quantité de mémoire vidéo est importante, plus la carte graphique pourra gérer de textures lors de l’affichage de scènes en 3D. On parle généralement de frame buffer pour désigner la partie de la mémoire vidéo servant à stocker les images avant affichage. Les cartes graphiques sont tributaires du type de mémoire utilisée sur la carte, car leur temps de réponse est déterminant pour la vitesse d’affichage des images, ainsi que de la quantité de mémoire, jouant sur le nombre et la résolution des images pouvant être stockées dans le frame buffer.
Le RAMDAC (random access memory digital-analog converter) permet de convertir les images numériques stockées dans le frame buffer en signaux analogiques à envoyer au moniteur. La fréquence du RAMDAC détermine les taux de rafraîchissement (nombre d’images par seconde, exprimé en Hertz - Hz) que la carte graphique peut supporter.
Le BIOS vidéo contient les paramètres de la carte graphique, notamment les modes graphiques que celle-ci supporte.
L’interface : Il s’agit du type de bus utilisé pour connecter la carte graphique à la carte mère. Le bus AGP est ainsi spécialement prévu pour accepter des débits important de données, nécessaire pour l’affichage de séquences vidéo ou 3D. Le bus PCI Express possède de meilleurs performance que le bus AGP et est amené à le remplacer.

Connectique

La connectique DVI a fait son apparition il y a peu de temps : celle-ci permet d’atteindre des résolutions très élevées avec une meilleure qualité, ce qui n’est pas possible avec le système classique (des adaptateurs existent pour brancher un écran classique sur un connecteur DVI), néanmoins, la connectique VGA est encore très utilisée.
La carte graphique est branchée sur le port AGP, qui supporte des débits allant jusqu’à 2 Go par seconde.
Les anciennes cartes étaient connectées sur le port PCI.
Les cartes graphiques de demain se connecteront sur un port PCI express, qui est arrivé récemment sur le marché avec les constructeurs Nvidia et ATI.

Les cartes accélératrices 3D
Le calcul d’une scène 3D est un processus qui se décompose grossièrement en quatre étapes:

* le script: mise en place des éléments
* la geometry: création d’objets simples
* le setup: découpage en triangles 2D
* le rendering: C’est le rendu, c’est-à-dire le plaquage des textures
Ainsi, plus la carte accéleratrice 3D calcule elle-même ces étapes, plus le processeur central est libéré de cette tâche et donc plus l’affichage est rapide. Les premières puces n’effectuaient que le rendering, laissant le processeur s’occuper du reste.
Depuis, les cartes possèdent un « setup engine » qui prend en charge les deux dernières étapes.
A titre d’exemple, un Pentium II à 266 Mhz qui calcule les trois premières étapes peut calculer 350 000 polygones par secondes, lorsqu’il n’en calcule que deux, il atteint 750 000 polygones par seconde.
Cela montre à quel point ces cartes déchargent le processeur.
Le type de bus est lui aussi déterminant. Alors que le bus AGP n’apporte aucune amélioration dans le domaine de la 2D, les cartes utilisant ce bus plutôt que le bus PCI sont beaucoup plus performantes. Cela s’explique par le fait que le bus AGP est directement relié à la mémoire vive, ce qui lui offre une bande passante beaucoup plus grande que le bus PCI.
Ces produits de haute technologie ont maintenant besoin de la même qualité de fabrication que les processeurs, ainsi que des gravures allant de 0.35 µm à 0.25 µ:m.


De nos jours, toutes les cartes graphiques sont des cartes dites ” accélératrices 3D “.
En effet, les applications utilisant un rendement 3D , c’est à dire essentiellement les jeux vidéos et les logiciels d’animation 3D, demandent une quantité importante de calculs.
Pour alléger le pauvre processeur de la carte mère, déjà surchargé par le système et l’application elle-même, il faut qu’un autre processeur se charge de réaliser les calculs relatifs aux graphismes.
C’est là le rôle des cartes graphiques accélératrices 3D.

La résolution
La résolution est le nombre de pixels générés et affichés à l’écran.
Une résolution de 1024×768 correspond à une image de 1024 pxiels de longueur et 768 pixels de hauteur (rappel : le pixel est le plus petit élément d’une image ; il correspond grosso modo à un carré ayant une couleur définie).
Plus la résolution est élevée, plus l’image est nette mais plus la taille par défaut du texte paraît petite*.
Voici la liste des résolutions les plus courantes :

- les basses résolutions : 640 x 480, 720 x 576, 800 x 600
- les moyennes résolutions : 1024 x 768, 1152 x 864, 1024 x 960, 1280 x 1024
- les hautes résolutions : 1600 x 1200, etc…

640 x 480 correspond à la résolution du mode VGA, minimum nécessaire pour faire tourner les Windows antérieurs à XP (qui demande du 800 x 600 minimum).

Il y a une correspondance entre les écrans et les résolutions :

- un écran 15 pouces peut afficher une image en 1024 x 768 mais est plus confortable en 800 x 600
- un écran 17 pouces peut afficher une image en 1280 x 1024 mais est plus confortable en 1024 x 768
- un écran 19 pouces peut afficher une image en 1600 x 1200 mais est plus confortable en 1280 x 1024
- etc… Bien entendu, il faut garder à l’esprit qu’une plus grande résolution demande une plus grande quantité de calculs donc de puissance et de mémoire.

Si vous ne changez pas la taille des icônes ou des textes, le changement de résolution peut surprendre ; en effet, l’écran affiche plus de pixels, ce qui fait une image plus grande donc un bureau plus grand et des icônes et des textes plus petits ; l’avantage est que les pixels sont plus petits, ce qui évite un effet mosaïque.

Le taux de rafraîchissement

Le taux de rafraîchissement est le nombre de fois que l’image de votre écran est remise à jour par seconde.
Exemple : 60 Hz (Hertz) = 60 images affichées par secondes ; à ne pas confondre avec le framerate, qui représente le nombre d’images GENEREES par secondes.
Le framerate peut d’ailleurs être limité par la fréquence de rafraîchissement.
Ces deux critères définissent la fluidité de l’image et sont essentiels dans le cadre d’un jeu vidéo.

Si vous entendez quelqu’un dire “je fais du 2 fps sur tel jeu”, cela signifie que sa carte graphique peine à générer un nombre acceptable d’images chaque seconde (fps : frames per second ; ips : images par seconde) donc que son jeu vidéo n’est pas fluide et par la même occasion que c’est instable ; on peut considérer qu’un framerate est acceptable (pour un jeu vidéo) à partir de 50/60 fps.
Mais pourquoi tant d’images chaque seconde alors que le cinéma nous paraît fluide entre 24 et 30 fps ?
Parce que l’écran de votre ordinateur n’est rafraîchie que de façon verticale , ce qui impose d’augmenter le nombre d’images / secondes.

Termes et définitions d’une carte graphique

  • 3D Graphics :Affiche une représentation d’une scène selon 3 axes de référence (x, y et z)

  • 2D Graphics :Affiche une représentation d’une scène selon 2 axes de référence (x et y).

  • Alpha blending :Le monde est composé d’objets opaques, translucides et transparents. L’alpha blending est une manière d’ajouter des informations de transparence à des objets translucides. Cela est fait en effectuant un rendu des polygones à travers des masques dont la densité est proportionnelle à la transparence des objets. La couleur du pixel résultant est une combinaison de la couleur du premier plan et de la couleur de l’arrière-plan. L’alpha a généralement une valeur comprise entre 0 et 1 calculée de la manière suivante:
    nouveau pixel=(alpha)*(couleur du premier pixel)+(1-alpha)*(couleur du second pixel)
    .

  • Alpha buffer :C’est un canal supplémentaire pour stocker l’information de transparence (Rouge-Vert-Bleu-Transparence)..

  • Anti-aliasing appelé aussi anti-crénelage):Technique permettant de faire apparaître les pixels de façon moins crénelée..

  • Effets atmosphériques :Effets tels que le brouillard ou bien l’effet de distance, qui améliorent le rendu d’un environnement..

  • Bitmap :Image pixel par pixel.

  • Bilinear filtering:Permet de fluidifier le passage d’un pixel d’un endroit à un autre (lors d’une rotation par exemple).

  • BitBLT :C’est l’une des fonctions d’accélération les plus importantes, elle permet de simplifier le déplacement d’un bloc de données, en prenant en compte les particularités de la mémoire-vidéo. Elle est par exemple utilisée lors du déplacement d’une fenêtre..

  • Blending :Combinaison de deux images en les ajoutant bit-à-bit..

  • Bus Mastering:Une fonction du bus PCI permettant de recevoir directement des informations de la mémoire sans transiter par le processeur..

  • Correction de perspective :Une méthode pour faire du mappage (enveloppage) avec des textures (texture mapping). Elle prend en compte la valeur de Z pour mapper les polygones. Lorsqu’un objet s’éloigne de l’objectif, il apparaît plus petit en hauteur et en largeur, la correction de perspective consiste à dire que le taux de changement dans les pixels de la texture est proportionnel à la profondeur..

  • Depth Cueing :Baisse l’intensité des objets s’éloignant de l’objectif..

  • Dithering :Permet d’archiver des images de qualité 24-bit dans des tampons plus petits (8 ou 16 bits). Le dithering utilise deux couleurs pour en créer une seule..

  • Double buffering :Une méthode utilisant deux tampons, une pour l’affichage, l’autre pour le calcul du rendu, ainsi lorsque le rendu est fait les deux tampons sont échangés..

  • Flat shading ou Constant shading:Assigne une couleur uniforme sur un polygone. L’objet ainsi rendu apparaît facettisé..

  • Fog:Utilise la fonction blending pour un objet avec une couleur fixe (plus il s’éloigne de l’objectif, plus cette fonction est utilisée)..

  • Gamma :Les caractéristiques d’un affichage utilisant des phosphores sont non-linéaires : un petit changement de la tension à basse tension crée un changement dans l’affichage au niveau de la brillance, ce même changement à plus haute tension ne donnera pas la même magnitude de brillance. La différence entre ce qui est attendu et ce qui est mesuré est appelée Gamma..

  • Gamma Correction:Avant d’être affichées, les données doivent être corrigées pour compenser le Gamma..

  • Gouraud Shading (lissage Gouraud):Algorithme (portant le nom du mathématicien français qui l’a inventé) permettant un lissage des couleurs par interpolation. Il assigne une couleur à chaque pixel d’un polygone en se basant sur une interpolation de ses arêtes, il simule l’apparence de surfaces plastiques ou métalliques..

  • Interpolation:Façon mathématique de régénérer des informations manquantes ou endommagées. Lorsqu’on agrandit une image par exemple, les pixels manquants sont régénérés par interpolation..

  • Line Buffer:C’est un tampon fait pour mémoriser une ligne vidéo..

  • Lissage Phong:Algorithme (portant le nom de Phong Bui-Tong) permettant un lissage des couleurs en calculant le taux de lumière en de nombreux points d’une surface, et en changeant la couleur des pixels en fonction de la valeur. Il est plus gourmand en ressources que le lissage Gouraud..

  • MIP Mapping:C’est un mot provenant du latin “Multum in Parvum” qui signifie “plusieurs en un”. Cette méthode permet d’appliquer des textures de différentes résolutions pour des objets d’une même image, selon leur taille et leur distance. Cela permet entre autres de mettre des textures de plus haute résolution lorsqu’on se rapproche d’un objet..

  • Projection:C’est le fait de transformer (en le réduisant) un espace en 3 dimensions en un espace en 2 dimensions..

  • Rasterisation:Tranforme une image en pixels..

  • Rendu (Rendering:C’est le fait de créer des images réalistes sur un écran en utilisant des modèles mathématiques pour le lissage, les couleurs ..

  • Rendering engine:Partie matérielle ou logicielle chargée de calculer les primitives 3D (Généralement des triangles)..

  • Tesselation ou facettisation:Le fait de calculer des graphiques en 3D peut être divisé en 3 parties: la facettisation, la géométrie et le rendu. La facettisation est la partie consistant à découper une surface en plus petites formes, en la découpant (souvent en triangles ou en quadrilatères)..

  • Texture Mapping:Consiste à stocker des images constituées de pixels (texels), puis à envelopper des objets 3D de cette texture pour obtenir une représentation plus réaliste des objets..

  • Tri-linear filtering:Basé sur le principe du filtrage bilinéaire, le filtrage trilinéaire consiste à faire une moyenne de deux niveaux de filtrage bilinéaire...

  • Z-buffer:Partie de la mémoire qui stocke la distance de chaque pixel à l’objectif. Lorsque les objets sont rendus à l’écran, le rendering engine doit supprimer les surfaces cachées..

  • Z-buffering:C’est le fait de supprimer les faces cachées en utilisant les valeurs stockées dans le Z-buffer..

LE MONITEUR
LA CARTE MÈRE
LE PROCESSEUR
LA MEMOIRE VIVE
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Voici un petit lexique destiné à mieux connaître la signification des principaux termes employés dans le jargon informatique…Vous pouvez rechercher une définition particulière en utilisant l’index thématique. Tous les termes de A à Z.

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Olivier

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