De Videokaart

De werking van de videokaart

De videokaart is met name onder gamers een veel besproken computeronderdeel.
Welke videokaart geschikt is voor een computer hangt af van de manier waarop deze gebruikt wordt.
Een gamer zal een krachtige videokaart zoeken met goede 3D prestaties.
Een kantoorgebruiker heeft daarentegen meestal genoeg aan een simpele, eventueel in het moederbord geïntegreerde videokaart.
Tussen deze extremen bevindt zich een groot scala aan middenklassers.
Het grote aanbod, onlogische serienummers, afkortingen en het algemene videokaartjargon maken een videokaart kiezen soms een lastige klus.
Het is vrij gemakkelijk om 50 Euro meer te besteden aan een videokaart die eigenlijk minder presteert dan zijn goedkopere alternatief.

Een videokaart is bijna een computer op zich.
Je treft er net als op het moederbord een chipset met een processor en geheugen aan.
De processor op de videokaart wordt Graphics Processing Unit (GPU) genoemd en lijkt op de hoofdprocessor van de computer (CPU).

Maar hoe werken deze dingen samen om beelden weer te geven?
Hieronder staat in chronologische volgorde hoe een beeldje door de onderdelen op de videokaart op het scherm gezet wordt.

Informatie over het weer te geven plaatje wordt in digitale vorm van de CPU naar de videokaart gestuurd.
Er wordt een plaatje opgebouwd door voor elke pixel op het beeldscherm de juiste kleur te bepalen.
Dit proces is in het bijzonder bij 3D spellen zeer intensief.
Het beeld wordt opgeslagen in het geheugen van de videokaart.
Het beeld wordt vanuit het geheugen naar de digitaal-naar-analoog-converter gestuurd (RAMDAC).
Deze zet het digitale plaatje om in een analoog signaal.
Het analoge signaal wordt vanuit de RAMDAC via de kabel naar de monitor gestuurd.
De monitor geeft het plaatje weer.
De videokaart die dit proces het vaakst kan herhalen in een seconde is de snelste.
Dat is een beetje simpel gezegd, maar dat is waar het op neerkomt.
De processor, het geheugen en de RAMDAC bepalen tesamen de snelheid van de videokaart.
Om moderne computerspellen zonder haperingen te kunnen spelen is het prettig als de videokaart het proces hierboven minimaal zo'n 40 keer per seconde kan uitvoeren.

Niet elke beeldje is even moeilijk om op te bouwen voor de videokaart.
In feite moet de videokaart voor elke pixel op het beeldscherm bepalen wat de kleur
Hoe meer pixels het plaatje bevat (resolutie), hoe meer data de videokaart te verwerken krijgt.
Een spelletje spelen op een resolutie van 1024 * 768 pixels is daarom aanzienlijk zwaarder dan op een resolutie van 800 * 600 pixels.
Verder is de kleurdiepte (het aantal mogelijke kleuren die een pixel kan aannemen) bepalend voor de zwaarte van het beeld.

De werking van de videokaart ligt in werkelijkheid een stuk ingewikkelder dan wat hierboven beschreven staat.
De GPU van een moderne videokaart is in staat in hoog tempo zeer complexe berekeningen te maken.
Om een 3D game weer te geven krijgt de videokaart data aangeleverd van de CPU.
Hier moet de videokaart een 'wireframe' (draadmodel) van bouwen en dat frame vervolgens vullen met textures, schaduw en lichteffecten.
Dit moet ter plekke gebeuren, 40 keer per seconden, waarbij het beeld steeds afhangt van waar de speler heen kijkt.
Dat is zwaar werk.

Renderen
Het produceren van opeenvolgende beeldjes zoals bij een 3D game heet 'renderen'.
In een spel met bewegende mannetjes, bergen, lucht, gedetailleerde schaduw, etc ligt dat anders.
De videokaart kan zelf een effecten en technieken toepassen om beelden er beter uit te laten zien en om de videokaart beter te laten presteren.

Antialiasing
- Maakt de randen van 3D objecten gladder.
De pixels die zich aan de randen van een object bevinden worden gemengd met omliggende pixels zodat de overgang tussen een object en bijvoorbeeld zijn achtergrond veel gladder wordt.

Anisotropic filtering
- anisotopische filtering is een methode om textures netjes en mooi over een object (3D draadmodel) heen te plakken.
Het verbetert het uiterlijk van deze textures als ze zich op grote afstand bevinden of als ze op een schuin vlak liggen ten opzichte van het 'camerastandpunt'.
Anisotropisch filteren is voor de videokaart een zeer zware klus.
Het zal de game qua uiterlijk mooier maken, maar het zal een negatieve invloed op de snelheid hebben.

Bovenstaande effecten kom je tegen op moderne videokaarten.
Er zijn nog een hoop andere technieken waar videokaarten gebruik van maken om het beeld te verbeteren, danwel om de videokaart sneller te laten presteren (wat uiteindelijk ook een positieve invloed op het beeld heeft).
Sommige van deze technieken zijn specifiek voor een bepaalde fabrikant.

Aansluitingen
Er zijn verschillende manieren om een videokaart op het moederbord aan te sluiten.
PCI - Peripheral Component Interconnect wordt bij moderne systemen niet meer gebruikt om videokaarten op aan te sluiten.
Wel worden PCI slots (sleuven) nog gebruikt om andere kaarten in te steken, zoals geluidskaarten, netwerkkaarten en tv-kaarten. Ze zijn vaak creme wit gekleurd en je vindt er een aantal op elk moederbord.
PCI videokaarten worden niet of nauwelijks meer verkocht. (Verwar PCI niet met PCI-Express, zie onder).

AGP
Accelerated Graphics Port is de opvolger van PCI en biedt meer 'bandbreedte' dan PCI.
Meer bandbreedte wil zeggen dat er meer data tegelijk door de verbinding tussen moederbord en videokaart kan.
Een AGP slot is vaak donkerbruin en wordt uitsluitend gebruikt voor het aansluiten van videokaarten.
De AGP poort heeft zijn eigen verbinding met de CPU en het geheugen en hoeft zoals bij PCI de verbinding niet te delen met andere apparaten.
De AGP bus werkt op 66Mhz, waar PCI slechts op 33Mhz werkt.
AGP werkt dus twee keer zo snel.
Doordat er per kloktik meerdere keren data verstuurd kan worden is deze bandbreedte opgeschroefd naar maar ruim 2 Gigabyte per seconde (AGP8x)..

PCI-Express is een serieële aansluiting, waar PCI en AGP beide parallel zijn.
PCI-Express is een schaalbare aansluitmethode die niet alleen voor videokaarten ontworpen.
Schaalbaar wil zeggen dat er PCI-Express aansluitingen van verschillende snelheden mee gemaakt kunnen worden.
Er zijn momenteel PCI-Express x1, x2, x4, x8, x12, x16 en x32 slots mogelijk.
Op moderne moederborden vind je tegenwoordig een PCI-Express x16 aansluiting voor de videokaart.
Deze zorgt voor een bandbreedte van 4 Gigabyte per seconde in beide richtingen.

PCI-Express maakt het mogelijk om met twee videokaarten tegelijk te werken.
Een optie voor de grafisch artiest of de die-hard gamer die echt niets aan prestaties wil inleveren.
Moederborden met twee PCI-Express x16 sloten worden aangeduid met SLI (Scalable Link Interface).
Momenteel zitten we in de overgangsfase van AGP naar PCI-Express.
Voor mensen die kort geleden een dikke nieuwe AGP videokaart gekocht hebben is dit nadelig.
Willen zij een nieuw moederbord kopen, dan zal dit zeer waarschijnlijk een moederbord met PCI-Express worden.
Een AGP videokaart past (en werkt) niet in een PCI-Express slot en er zijn geen moederborden die zowel met AGP als PCI-Express uigerust zijn.

Uitgangen
De beelden die opgebouwd worden door de videokaart moeten ergens naartoe .
Een beeldscherm of een televisie bijvoorbeeld.
Een videokaart is vaak uitgerust met meerdere uitgangen voor monitoren of televisies.

VGA - Video Graphics Array werd in 1987 geintroduceerd door IBM en is op moment van schrijven nog de meest gebruikte aansluitmethode voor een monitor.
VGA werkt met een analoog signaal.

DVI - Digital Visual Interface is een digitale beelduitgang.
DVI is hard op weg om VGA te vervangen. DVI heeft als voordeel dat het digitaal is.
Hierdoor is er minder storing in het beeldsignaal. Bovendien is het makkelijker om een digitaal signaal goed op de monitor uit te lijnen.
Moderne TFT monitoren kunnen met een digitaal signaal overweg.
Het gebruik van DVI bij een TFT monitor geeft soms een aanzienlijk beter beeld dan wanneer een VGA aansluiting gebruikt wordt.
Hoe groot het kwaliteitsverschil is tussen VGA en DVI verschilt per (TFT) scherm.
Vaak zit er op een videokaart zowel een VGA als een DVI aansluiting, zodat met een analoog of digitaal beeldscherm gewerkt kan worden.
Het werken met twee monitoren is ook mogelijk. Een DVI naar VGA verloopstukje wordt vaak meegeleverd om het werken met twee (analoge) monitoren mogelijk te maken.
In dit geval spreken we trouwens van een DVI-I aansluiting. Deze kan zowel een digitale monitor van een digitaal signaal voorzien en een analoge monitor (via het verloopstukje) een analoog signaal.
Als de videokaart merkt dat er een analoge (CRT) monitor op de digitale DVI uitgang aangesloten is, dan stuurt-ie vanaf dan een analoog signaal.
Sinds kort worden er ook videokaarten gemaakt met twee DVI uitgangen.

TV-out is een optionele uitgang die je op veel kaarten ziet.
Je kunt via deze uitgang een TV aansluiten op de videokaart.
Zo kun je bijvoorbeeld een film die je op de computer afspeelt op de TV bekijken.
Hiervoor is wel nog software benodigd.
TVTool is een populair (en gratis) programma waarmee je het beeldsignaal naar de TV kunt sturen.

VIVO - Staat voor Video In / Video Out. Zoals de naam al verraadt is dit zowel een ingang als een uitgang.
Je kunt er bijvoorbeeld een digitale videocamera op aansluiten om beelden van de videocamera naar de computer te versturen.

TV tuner - Videokaarten met een TV tuner kan je gebruiken om televisie mee te kijken op je computer.
De videokaart met TV tuner heeft net als een televisie een aansluiting voor een coax kabel.

Welke videokaart?
Wat voor jou de beste videokaart is hangt af van hoe je de videokaart gebruikt.
Voor surfen, e-mailen, tekstverwerken in Word, etc kun je met de goedkoopste videokaart af.
Deze toepassingen leveren allemaal platte statische beelden op die zeer gemakkelijk te verwerken zijn voor de videokaart.
3D games zijn het andere uiterste. Voor de nieuwste 3D games heb je een dijk van een videokaart nodig.
Welke kaart het beste is voor de nieuwste game is iets wat je varieert.
De strijd om de snelste videokaart gaat al tijden tussen ATI en NVidia.
Zij brengen zo ongeveer om en om de snelste videokaart uit.
Of je de snelste videokaart wil kopen is aan u.
Uiteraard betaal je voor de allersnelste videokaart een stuk meer dan voor een videokaart die iets trager is.