Die 2D-Grafikkarten – das Funktionsprinzip und der RAMDAC Das Erste Wissen über 2D-Grafikkarten

Die VGA-Karten, die im vorhergehenden Artikel beschrieben wurden, eignen sich ausgezeichnet für DOS-Anwendungen. Bei Spielen kann es jedoch sein, dass die Grafikkarte schlapp macht.
Das Betriebssystem Windows stellt dahingegen schon sehr viel höhere Anforderungen an die Grafikkarte. Sobald man ein Windows-Fenster öffnet muss die CPU die Grafikinformationen ständig erneuern. Ein Beispiel:
Wenn man z.B. ein Fenster von der Größe 100×100 Pixel öffnet, muss die Grafikkarte 10000 Bildpunkte manipulieren. Wenn man das Fenster Kante an Kante verschiebt, ergeben sich daraus ganz schnell 20000 Pixel. Dabei wird das aktuelle Pixel gelöscht und durch ein neues ersetzt. Das alles sollte in weniger als einer Sekunde vonstatten gehen, um unnötige Wartezeiten zu überbrücken.
Deshalb wurden zusammen mit Windows sogenannte Windows-Acceleratorkarten (Windows-Beschleunigerkarten) auf den Markt gebracht. Das Funktionsprinzip dieser Karten wurde von einer damals noch unbekannten Firma hergestellt. Heute ist dieses Prinzip Standard in jeder Grafikkarte. Dabei wird anstelle eines eigenen Grafikchips ein Acceleratorchip eingebaut, der alle wichtigen Grafikfunktionen von Windows bereits in der Hardware implementiert enthält.

Die typischen Funktionen von 2D-Acceleratorchips finden Sie hier!

Die Beschleunigerkarten sind VGA-kompatibel. Dass heißt, dass sie sich beim Einschalten des PCs wie eine ganz normale VGA-Karte verhalten. Erst später wird der Acceleratorchip aktiviert. Ältere Karten benötigen dazu noch einen speziellen Treiber, um diesen Chip zu aktivieren. Bei allen neuen Grafikkarten geschieht das aber durch das POST (Power On Self Test) während des Hochfahrens vom BIOS her. Alle heutigen Karten verwenden dieses Prinzip der Beschleunigung für alle 3D-Anwendungen.
Auch diese Acceleratorchips besitzen einen RAMDAC (D/A-Wandler), der die digitalen Informationen der Grafikkarte in die RGB-Werte rot, grün und blau für den Monitor übersetzt. Auch einen Chip für die Adressierungen und einen RAM-Speicher besitzen diese Karten. Heute werden für den RAM-Speicher meistens SDRAM verwendet, bei den neuesten Grafikkarten sogar schon DDRRAM.
Über den BUS (AGP, ISA, PCI) wird der RAM mit Daten gefüllt. Für die Geschwindigkeit mit der der Speicher mit Daten gefüllt wird spielt der BUS eine wichtige Rolle. Der AGP-Bus ist der schnellste. An zweiter Stelle kommt der PCI-Bus und an letzter der ISA, wobei dieser heute fast ausgestorben ist.
Richtung RAMDAC sind aber die Werte des BUS ein eher niedriger Wert. Deshalb sollte der Grafikchip für die Bitbreite entwickelt sein. Die früheren Chips im Zeitalter der NVidea RIVA 128 wurde schon mit 128 bzw. 256 Bit gearbeitet. Auch waren damals schon RAM-Speicher von 32 MByte auf einer Grafikkarte zu finden.
Einige Karten entfalten ihre volle Leistung auch erst, nachdem man ihnen einen zusätzlichen Speicher verschafft hat. Denn wenn der Speicher langsamer als die eigentliche Übertragung ist, geht das sehr zu Lasten der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
Das heißt, dass Grafikkarten von verschiedenen Herstellern mit ein und demselben Grafikchip nicht unbedingt die gleiche Leistung haben müssen, sondern dass das einzig und allein von der Struktur der Grafikkarte abhängt.

Ein RAMDAC besitzt für jede Farbe (Analog Red, Analog Green & Analog Blue) einen eigenen 8-Bit D/A-Wandler, wobei die digitalen Signale über einen Multiplexer (Mux) geschaltet sind.
Vor jedem Mux ist ein separater Speicher (Palette RAM) geschaltet, damit die Daten vom CPU-Interface zeitsynchron mit den Pixeladressen des Grafikspeichers verarbeitet werden können. Diesen Teil nennt man Color Look Up Table (CLUT). Er wird bei der Verwendung von High- bzw. True-Color schaltungstechnisch umgangen.
Je nach Verwendung von Auflösung und Geschwindigkeit lassen sich Pixeltakt (PCLK) und Speichertakt (CLK) unabhängig voneinander festlegen, was eine fast optimale Pixelrate erlaubt. Alle diese Einstellungen werden von dem Grafikchip automatisch vorgenommen.

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