La carte graphique (en anglais graphic adapter), parfois appelée carte vidéo, est l'élément de l'ordinateur chargé d'envoyer les données graphiques vers un périphérique d'affichage. Les cartes graphiques n'ont pas changé de principe depuis leur création. Chaque puce possède de nombreux circuits qui permettent d'exécuter de nombreuses fonctions:
déplacement des blocs (curseur de la souris par exemple)
tracé de lignes
tracé de polygones
...
Les principaux composants d'une carte vidéo sont :
Un processeur graphique, constituant le coeur de la carte et chargé de traiter les images en fonction de la résolution et de la profondeur de codage sélectionnée. 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. 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 : il 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 port AGP est ainsi spécialement prévu pour accepter des débits important de données, nécessaire pour l'affichage de séquences vidéo ou 3D.
La connectique : Les cartes graphiques sont généralement équipées d'un connecteur VGA 15 broches (3 séries de 5 broches), généralement de couleur bleue, permettant d'envoyer 3 signaux analogiques à l'écran correspondant aux composantes rouges, bleues et vertes de l'image. L'interface DVI (Digital Video Interface), présente sur certaines cartes, permet d'envoyer directement des données numériques aux écrans le supportant, ce qui permet d'une part d'augmenter la qualité de l'affichage ainsi que d'éviter la conversion numérique-analogique des données. Enfin de plus en plus de cartes sont équipée d'une prise S-Video permettant d'afficher sur une télévision, c'est la raison pour laquelle elle est souvent appelée prise télé.
Les modes graphiques
On appelle mode graphique le mode d'affichage des informations à l'écran, en terme de définition et de nombre de couleurs. Il représente ainsi la capacité d'une carte graphique à gérer des détails ou celle d'un écran de les afficher.
MDA
La mode MDA (Monochrome Display Adapter), apparu en 1981, est le mode d'affichage des écrans monochromes fournissant un affichage en mode texte de 80 colonnes par 25 lignes. Ce mode permettait d'afficher uniquement des caractères ASCII.
CGA
Le mode CGA (color graphic adapter) est apparu en 1981 peu après le mode MDA avec l'arrivée du PC (personal computer). Ce mode graphique permettait :
un affichage en mode texte amélioré, permettant d'afficher les caractères avec 4 couleurs
un affichage en mode graphique permettant d'afficher les pixels en 4 couleurs avec une résolution de 320 pixels par 200 (notée 320x200)
EGA
Le mode EGA (Enhanced Graphic Adapter) est apparu au début des années 1985. Il permettait d'afficher 16 couleurs avec une résolution de 640 par 350 pixels (notée 640x350), soit des graphismes beaucoup plus fins qu'en mode CGA.
VGA
Le mode VGA (Video graphics Array) a vu le jour en 1987. Il permet une résolution de 720x400 en mode texte et une résolution de 640 par 480 (640x480) en mode graphique 16 couleurs. Il permet également d'afficher 256 couleurs avec une définition de 320x200 (mode également connu sous le nom de MCGA pour Multi-Colour Graphics Array). Le VGA est rapidement devenu le mode d'affichage minimum pour les ordinateurs de type PC.
XGA
In 1990, IBM a introduit le XGA (eXtended Graphics Array). La version 2 de ce mode d'affichage, baptisé XGA-2 offrait une résolution de 800 x 600 en 16 millions de couleurs et de 1024 x 768 en 65536 couleurs.
SVGA
Le mode SVGA (Super Video Graphics Array) est un mode graphique permettant d'afficher 256 couleurs à des résolutions de 640x200, 640x350 et 640x480. Le SVGA permet également d'afficher des définitions supérieures telles que le 800x600 ou le 1024x768 en affichant moins de couleurs.
VESA
Afin de pallier le manque de standardisation des modes graphiques un consortium réunissant les principaux fabricants de cartes graphiques s'est créé (le VESA, Video Electronic Standard Association) afin de mettre au point des standards graphiques.
SXGA
Le standard SXGA (Super eXtended Graphics Array) défini par le consortium VESA fait référence à une résolution de 1280 x 768 en 16 millions de couleurs. Ce mode a pour caractéristique d'avoir un ration de 5:4 contrairement aux autres modes (VGA, SVGA, XGA, UXGA).
UXGA
Le mode UXGA (Ultra eXtended Graphics Array) définit une résolution de 1600 x 1200 avec 16 millions de couleurs.
WXGA
Le mode WXGA (Wide eXtended Graphics Array) définit une résolution de 1280 x 800 avec 16 millions de couleurs.
WSXGA
Le mode WSXGA (Wide Super eXtended Graphics Array) définit une résolution de 1600 x 1024 avec 16 millions de couleurs.
WSXGA+
Le mode WSXGA+ (Wide Super eXtended Graphics Array+) définit une résolution de 1680 x 1050 avec 16 millions de couleurs.
WUXGA
Le mode WUXGA (Wide Ultra eXtended Graphics Array) définit une résolution de 1920 x 1200 avec 16 millions de couleurs.
Les cartes accélératrices 3D
Le domaine de la 3D est beaucoup plus récent, donc plus porteur. On arrive à des puissances de calculs sur PC supérieures à celles de certaines stations de travail.
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 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.
Glossaire des fonctions accélératrices 3D et 2D
Terme Définition
2D Graphics Affiche une représentation d'une scène selon 2 axes de référence (x et y)
3D Graphics Affiche une représentation d'une scène selon 3 axes de référence (x, y et z)
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
© Copyright 2003 Jean-François Pillou.
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Sujet: Les cartes graphique 
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