La carte graphique
La carte vidéo est aussi appelée carte graphique, est l'élément qui traite toutes les données concernant l'affichage, et envoie le résultat au moniteur par un signal analogique, dans le but qu'il puisse être exploité par un périmètre d'affichage. Au début la carte vidéo se chargeait uniquement d?afficher une image formée de points colorés (pixel) ainsi qu'un ensemble de manipulation graphique simple : comme le déplacement des blocs (curseur de la souris par exemple). De nos jours les derniers modèles apparus se chargent maintenant de calculer et d?afficher des images de synthèse d?une grande complexité.
La rapidité et la qualité de l?affichage dépendent essentiellement de la qualité de la carte graphique. Plus une carte graphique sera puissante et pourra gérer de donner à la fois plus le processeur principal sera déchargé d'informations à gérer et pourra donc exécuter d'autres taches. Celle-ci est très importante dans le domaine du graphisme et du jeux. Actuellement, les principaux critères de comparaison entre les cartes sont la qualité et la rapidité d'affichage en 2D ou 3D (D: Dimension). Une carte graphique est tout comme un micro-ordinateur. Comme un ordinateur, la carte graphique utilise son propre circuit d'horloge pour synchroniser chacune des opérations qu'elle gère. Elle utilise même son propre processeur et finalement utilise sa propre banque de mémoire.
Au centre de la carte, nous retrouvons généralement le processeur graphique en dessous du ventilateur. Sur les bords, se placent les modules de mémoire. A côté du processeur, il y a le « vidéo encoder» aussi connu sous le nom de Random Access Memory Digital-Analog Converter ou RAMDAC. Comme pour un ordinateur classique les élément de la carte graphique sont reliés a l'aide de bus de communication.
On l?a vu plus tôt, le processeur (ou CPU) est un des éléments les plus importants de l?ordinateur : il s?occupe de tous les calculs nécessaires au fonctionnement du système. Ou presque tout... Il s?aide du processeur de la carte graphique, le GPU, pour tous les calculs spécifiques à l?affichage.
Sur une carte vidéo, le processeur est peut être considéré comme le c?ur de la carte. Il est composé d?une multitude de transistors (des millions voir même une dizaine de millions) servant aussi bien à la partie traitement 2D et 3D que la partie vidéo. De la qualité de celui-ci, dépendent les performances de la carte. Sous ce terme se cache l?ensemble des processeurs de cartes graphiques qui vont effectuer les calculs nécessaires à la création de l?image qui sera affichée . En fait, tout comme sur la carte mère de l'ordinateur, le chipset graphique contrôle chacune des fonctions essentielles de la carte vidéo.
On détermine le niveau de qualité d'un Chipset graphique en regardant sa largeur maximum de bande passante. La largeur de bande est tout simplement l'indication de la vitesse de circulation des données qui y transitent. L?ordre de grandeur de cette bande passante est exprimé par le nombre de Gigaoctets traités en une seconde. De nos jours, deux types de Chipset graphique sont utilisés : les Chipsets dits de 512-bits ( sur les cartes haut de gamme) et les chipsets 128-bits(192,256,320et384sont également disponible). Les chipsets 128-bits étant les plus anciens.
Comme nous l?avons dit précédemment, il sagit du coeur de la carte graphique. C?est à dire que c?est au niveau de ce composant que sont traités tous les calculs. Ces calculs étant de plus en plus complexes, des fonctions spécifiques sont implantées dans le chipset. On parle même d?algorithmes au lieu de fonctions et d?accélérateur graphique au lieu de chipset. Nous verrons dans la deuxième partie quelles sont ces fonctions et à quoi servent-elles.
Un processeur graphique peut alors se caractériser par sa capacité à effectuer des calculs plus ou moins complexes en un minimum de temps. Lors de l?achat d?une carte vidéo, nous pouvons parfois lire sur la boite « moteur de calcul capable de reproduire jusqu?à 6 millions de triangles par seconde ».
La mémoire vidéo est installée sur la carte graphique et sa nature est quelque peu différente de la mémoire principale installée sur la carte mère
Les applications et notamment les jeux demandent régulièrement de plus en plus de mémoire, car la mémoire embarquée sur la carte graphique sert avant tout à stocker les images calculées par le CPU, en attendant qu?elles soient affichées par le moniteur, et ainsi ne pas faire attendre le chipset de plus en plus rapide. Elle détermine ainsi la quantité de couleur et le nombre de points affichables. C?est également là que sont stockées toutes les textures. Plus la résolution sera grande, plus il faudra de mémoire.
Le RAMDAC est un convertisseur numérique-analogique. Il transforme les données numériques produites par le CPU en données analogiques pouvant être affichées à l?écran. Le RAMDAC (Random Access Memory Digital-Analog Converter) de la carte graphique est un des éléments les plus importants de ce composant. C'est lui qui déterminera en grande partie les performances de la carte, dont ses possibilités en matière de résolution d'affichage et de profondeur de couleur. Plus la vitesse du RAMDAC (exprimée en MHz) est grande, plus les capacités de la carte seront importantes.
Le rôle du RAMDAC était essentiel pour l'affichage. En effet, les informations qui transitent dans l'ordinateur sont codées sous forme binaire, autrement dit, de façon numérique. Or, les moniteurs à tube cathodique étaient incapables de comprendre les données binaires. Ils ne peuvent afficher que des données analogiques. C'est pourquoi il faut qu'entre la carte vidéo (signaux numériques) et le moniteur (signaux analogiques) une conversion des données soit faite : c'est exactement ici qu'intervenait le RAMDAC. C'est lui qui était chargé de cette transformation du signal. Les performances du RAMDAC devait être à la hauteur des possibilités de l?affichage, qu'il s'agisse de la carte vidéo ou du moniteur. Un RAMDAC trop faible limitera les performances de l'un ou de l'autre. Plus la fréquence sera élevée, plus l?affichage pourra être effectué à une résolution importante en conservant un taux de rafraîchissement satisfaisant. La plupart des cartes actuelles n'ont plus de RAMDAC cadencé à 250 MHz ce qui est déjà très suffisant. Les modèles les plus récents montent jusqu'à 350 MHz , mais maintenant on trouve plus facilement des ports numériques DVI car désormais le CPU peut envoyer les donner numériques directement.
L'affichage en deux dimensions est le plus courant, c?est l'affichage de base. Il est utilisé par MS-DOS, Windows et par tous les logiciels fonctionnant sous un système d?exploitation. La 2D consiste simplement à la représentation d'une scène selon 2 axes de référence (x et y). La partie 2D d?une carte graphique peut se résumer à l?ensemble des calculs et du temps d?exécution pour traiter une scène en 2D. Ce traitement peut aller du simple affichage d?une image à la manipulation ou transformation d?images plus complexes.
Aujourd?hui, la 3D est le domaine à la mode dans le monde informatique. L?essor actuel de la 3D se manifeste dans de nombreux domaines et en particulier dans les logiciels de jeu. A travers ces jeux, nous sommes amenés à manipuler des objets et des personnages virtuels qui évoluent dans des décors ou des paysages fictifs. Le PC doit effectuer une masse énorme de calculs pour produire ces images en 3D à une cadence suffisante de 25 images par seconde (fluidité d?image de la télévision). Mais pour soutenir ce rythme, le processeur de l?ordinateur ne suffit pas. Il doit être aidé par un calculateur spécialisé, appelé accélérateur graphique (chipset de la carte graphique).
Le procédé 3D consiste à créer une forme à l'aide de polygones, puis d'appliquer une image (la texture) sur ces polygones, et enfin d'y appliquer des effets, comme la transparence, l'effet brouillard, le lissage des angles, etc. Le but est de rendre une image qui soit la plus proche possible de la réalité, avec un effet de profondeur (la perspective) qui lui donnera l'aspect 3D, de la même façon que nos yeux voient les objets dans la réalité.
Il existe plusieurs étapes de représentation visuelle des objets en 3D qui sont les suivantes :
- Premièrement, les personnages, les objets et les décors des jeux 3D sont constitués de points (repérés dans l?espace 3D) reliés entre eux par des segments de droites qui délimitent des polygones. La représentation visuelle est de type « fil de fer » ou visuelle.
- Deuxièmement, le mode de représentation en volume le plus simple attribue une couleur à chaque polygone et fait disparaître de l?affichage toute les surfaces qui ne sont pas visibles pour l?observateur. Cependant il conserve tout de fois un aspect anguleux, avec des facettes, qui trahit l?origine polygonale du modèle.
- Troisièmement, le lissage dit de Gouraud vient résoudre le précédent problème. Il fait disparaître les facettes et donne l?impression d?arrondir
les angles. A partir des valeurs déterminées pour les sommets de chaque polygone, la couleur de chaque pixel est calculée par
interpolation linéaire. Les jonctions entre les polygones deviennent alors invisibles, et les maillages, même grossiers apparaissent lissés.
- Enfin, l?application de textures bitmap (images en 2D plaquées sur le volume en 3D) améliore nettement l?aspect réaliste de l?objet représenté.
C?est l?emploi de nombreuses textures
qui explique la qualité graphique des jeux 3D actuels, car en fin de compte les modèles polygonaux utilisés sont en fait grossier.
Nous pouvons en déduire que la carte graphique est un composant clé pour que l?ordinateur puisse fonctionner librement. Mais de nos jours, les cartes graphiques sont devenues de véritables centre de traitements et de calculs pour soulager le processeur principal de l?ordinateur.