Carte graphique

Cosme Florian
Leblond Erik
BTSIG1
Carte graphique
Introduction :
Une carte graphique ou carte vidéo (anciennement par abus de langage une carte VGA), ou
encore 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.
La carte graphique (écran) est la carte d'extension d'un ordinateur qui transforme un flux de
données numériques en un signal analogique compréhensible par un écran. Les cartes
graphiques Hercule furent les premières cartes dédiées au PC, elles étaient en noir et blanc (ou
plutôt selon le moniteur ambré). La couleur est réellement apparue avec les premiers 286. A

cette époque, la norme était le CGA ou EGA, le moniteur devait être compatible avec la carte
écran. Utilisant une résolution et un nombre de couleurs restreint, cette norme fut remplacée
par la norme VGA. La norme VGA permettait d'afficher une résolution de 640 * 480 points
en 16 couleurs. Une carte graphique VGA inclut 256 k de mémoire.
Comme chaque constructeur souhaite toujours améliorer, chacun a sorti des cartes graphiques
S-VGA (pour Super VGA). Ces cartes ne répondent pas à une norme, chaque constructeur
développe un pilote (un programme) qui permet au système d'exploitation de gérer ses
possibilités. Chaque pilote est spécifique au modèle de carte graphique mais aussi au système
d'exploitation. Le mode VGA est reconnu par tous les systèmes d'exploitation actuels. Pour
passer en mode supérieur, un pilote-driver (le programme spécifique au matériel) doit être
installé. Il est normalement spécifique au système d'exploitation (XP et 2000 acceptent
généralement les mêmes pilotes. Vista en nécessite des nouveaux.
Une zone mémoire est réservée dans la mémoire haute depuis les premiers 8088. Elle est
actuellement largement inférieure à celles utilisées par une carte graphique (jusque 256 MB)
et peut être récupérée par les commandes DOS de mémoires hautes. Le processeur graphique
garde les zones non modifiées dans sa propre mémoire. Ceci permet de ne pas trop utiliser le
processeur.
Une carte écran se caractérise par:
1) Processeur
2) Chipset
3) Mémoire
4) RAMDAC : Convertisseur digital – analogique (DAC)
5) Taux de rafraîchissement maximum.
6) Possibilités 3D
7) BIOS Vidéo
8) Connectique
9) Performances
Quelques unes de ces caractéristiques sont identiques à celle d'un système à
microprocesseur: processeur, mémoire et Bios. En effet, le sous système vidéo est un
système à microprocesseur tout à fait conforme dont le seul but est de traiter des
informations digitales provenant du PC pour les transférer vers le convertisseur.
1) Composants

Le processeur graphique
Le processeur graphique NV43 d'une GeForce 6600 GT
Les performances d'une carte graphique dépendent en grande partie du processeur central. En
effet, le processeur indique à la carte graphique tout ce qu'elle doit calculer. Cependant celui-
ci devant aussi gérer les autres paramètres du jeu, il se peut qu'il ne fournisse pas assez
d'informations, et alors la carte graphique doit attendre que le processeur ait terminé de
mouliner. Il faut un processeur bien adapté à la carte vidéo afin d'éviter ce genre de piège.
Mais il ne sert à rien d'avoir un processeur dernier cri avec une carte graphique d'entrée de
gamme en utilisation ludique.
Plus la résolution augmente, plus le travail de la carte graphique sera important.
Le processeur graphique (Graphical Processing Unit ou GPU en anglais) sert à libérer le
micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage,
en particulier les calculs spécifiques à l’affichage en 3D ou la conversion YCbCr vers RGB.
Cette division des tâches entre les deux processeurs libère le processeur principal de
l’ordinateur et en augmente d’autant la puissance.
Le processeur graphique est très souvent muni de son propre radiateur ou ventilateur pour
évacuer la chaleur qu’il produit.
Ces 15 dernières années, les cartes graphiques ont fortement évolué. Autrefois, la fonction
essentielle d'une carte graphique était de transmettre les images produites par l'ordinateur à
l'écran. C'est encore sa fonction principale sur beaucoup de machines à vocation bureautique
ou l'affichage d'images en 3D n'offre que peu d'intérêt. Toutefois aujourd'hui même les cartes
graphiques les plus simples gérent aussi le rendu d'images en 3D temps réél avec plus ou
moins de succès. C'est une activité très couteuse en terme de calculs et en terme de bande
passante mémoire. Le GPU est donc devenu un composant très complexe, très spécialisé et
presque imbatable dans sa catégorie (rendu d'images en 3 dimensions). Hormis pour les jeux
vidéos ou quelques usages en infographie, les possibilités des cartes graphiques ne sont que
très peu exploitées en pratique. Ainsi ce sont essentiellement les joueurs qui achetent et
utilisent des GPU de plus en plus puissant.

Depuis quelques années, la puissance de calcul des cartes graphiques est devenue tellement
importante pour un coût finalement très réduit (100 à 700€ pour les modéles grand public) que
les scientifiques sont de plus en plus nombreux à vouloir en exploiter le potentiel dans
d'autres domaines. Il peut s'agir de faire tourner des simulation de modèles météo, financiers
ou toute opération parallélisable et nécessitant une très grande quantité de calcul. NVIDIA et
AMD, les 2 principaux fabriquants de cartes graphiques haute performance grand public
proposent chacun des solutions propriétaires afin de pouvoir utiliser leur produit pour du
calcul scientifique[réf. nécessaire].
2) Chipset : le circuit intégré.
Le chipset graphique transforme les signaux digitaux en signaux digitaux organisés et lisibles
par le convertisseur digital - analogique. Généralement, le circuit est conçu pour utiliser une
certaine capacité mémoire. Par exemple, une S3 TRIO 3D gère une mémoire de 4 MB, mais
une extension de 4 MB supplémentaire est possible. Ceci n'est pas à conseiller. Même si le
bus d'adresse est conçu pour gérer l'extension, l'intérieur du processeur est conçu pour la
mémoire de base. Vous autorisez de meilleure résolutions, mais n'améliorez pas les
performances globales de la carte graphique.
Parler des circuits pourrait prendre de nombreux chapitres, et vu la vitesse où les chipset
vidéo apparaissent et disparaissent, une mise à jour hebdomadaire serait nécessaire, surtout au
niveau 3D. Les informations suivantes sont donc données à titre indicatif.
Les principaux constructeurs de cartes graphiques sont
S3. Cette firme très active fabrique généralement en bas de gamme, mais peut parfois
surprendre, comme la SAVAGE 4 (16MB de base, 3D). Racheté par VIA.
ATI: d'excellentes cartes écrans de bas milieux de gamme. Racheté par AMD en 2006
INTEL: s'est intéressé un peu aux cartes écrans avec le i740. Ce processeur est également
intégré dans le chipset 1810, gérant en base 8 MB, il est 3D. Ceci explique que les cartes à
base de I810 n'incluent pas de bus AGP. Actuellement, INTEL est le principal fabricant de
cartes graphiques, intégrées dans le chipset.
Diamond. Généralement haut de gamme, mais spécialisé plutôt vers les jeux. Racheté par S3
en 1999.
Nvidia: premier fabricant mondial, toute la gamme avec la série Gforce
3) La mémoire vidéo
La mémoire vidéo conserve les données numériques qui doivent être converties en images par
le processeur graphique et les images traitées par le processeur graphique avant leur affichage.

Toutes les cartes graphiques supportent deux méthodes d'accès à leur mémoire. L'une est
utilisée pour recevoir des informations en provenance du reste du système, l'autre est sollicitée
pour l'affichage à l'écran. La première méthode est un accès direct conventionnel (RAM)
comme pour les mémoires centrales, la deuxième méthode est généralement un accès
séquentiel à la zone de mémoire contenant l’information à afficher à l'écran.
La mémoire vidéo : variant généralement de 16 à 512 Mo, elle est utilisée pour stocker les
textures (généralement sous formes d'images). Plus la taille de cette mémoire est importante,
mieux c'est. Attention de ne pas non plus tomber dans l'inutile : 16 Mo (mémoire partagée,
utilisée notamment par la technologie Turbo Cache que nous allons détailler plus bas) sont
largement suffisants en utilisation bureautique et multimédia. Les jeux en revanche ne se
satisferont pas d'une quantité aussi limitée, même si la mémoire vive vient en renfort avec
cette technologie. La largeur du bus de la mémoire joue également beaucoup : un bus de 128
bit de largeur sera généralement moins performant qu'un 256 bit.
Aujourd'hui, il existe deux types de mémoire vidéo :
- La mémoire GDDR 2 (DDR pour Double Data Rate), exploitant les fronts montants et
descendants de la mémoire, autrement dit la bande passante est doublée par rapport à la SD-
RAM à même fréquence. On trouve plutôt ce type de mémoire sur les cartes graphiques bas
de gamme.
- La mémoire GDDR 3 : presque identique à la GDDR 2, elle gagne en fréquence et sa tension
d'alimentation diminue. Elle est toujours utilisée même dans les cartes graphiques les plus
haut de gamme.
La mémoire de la carte graphique permet d'augmenter la résolution tout en gardant un nombre
de couleurs respectables. Par exemple, un écran de 1024 * 768 pixels en 2 couleurs (noir et
blanc) nécessite 786.432 pixels * 1 bit /8 (pour codage en octets)=98 K. Pour 4 couleurs (nb.
Octets =2), 196,6K et en 16 couleurs (4 bits):384 K. Ceci donnerait pour 1600 * 1200 en 16
millions de couleurs (14 bits)=30.000 MB, blups …
Résolution
Nombre de couleurs
Mémoire
640 * 480
256
512K
32 K
1 MB
64 K
1 MB
16 Millions ( 24 bits)
1 MB
800 * 600
16
512 K
256
512K
32 K
1 MB
64 K
1 MB
16 M
2 MB
1024 * 768
16
512K
256
1 MB
32 K
2 MB
64 K
2 MB