TÌM HIỂU VỀ CARD ĐỒ HỌA & BOARD MỞ RỘNG

Thuật ngữ "local" có ý nhấn mạnh tính địa phương thân thuộc trong sự ghép nối vớiCPU - local bus đơn giản chỉ là một đoạn ghép nối cận kề tốc độ cao, nằm giữa BXLĐầu những năm 1990, hiện

BÀI TẬP TÌM HIỂU VỀ CARD ĐỒ HỌA & BOARD MỞ RỘNG

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 3

 Nguyễn Hoàng Anh (MSV: 1000321)-Biên tập; I.Các chuẩn bus của board mở rộng

 Nguyễn Thị Ngọc Ánh – II Các đặc tính của Plug and Play (Cắm và Chạy).

 Nguyễn Thị Giang – III Một số loại card thường gặp ; IV Các thành phần cơ bản của Card đồ họa

 Nguyễn Thị Lợi – V Một số vấn đề khác (1,2,4)

 Nguyễn Tuấn Thành – V Một số vấn đề khác (1,3,4)

MỤC LỤC

I CÁC CHUẨN BUS CỦA BOARD MỞ RỘNG 3

1 Bus mở rộng ISA 3

2 Bus Micro Chanel Architecture (MCA): 3

3 Bus EISA: 4

4 Local bus: 4

5 Bus mở rộng PCI 5

II ĐẶC TÍNH CỦA PLUG AND PLAY (CẮM VÀO VÀ CHẠY) 6

III MỘT SỐ LOẠI CARD THƯỜNG GẶP 7

1 Video Card (Card màn hình) 7

2 Sound Card 8

3 SCSI Card 8

4 Net Card 9

5 Fax/Modem 9

IV CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA 1 CARD ĐỒ HỌA 10

1 Bộ xử lý đồ họa (GPU) hoặc chức năng đồ họa tích hợp: 10

2 Bộ nhớ đồ họa: 11

3 Bus kết nối: 11

4 Trình điều khiển: 12

5 RAMDAC: 12

6 Video BIOS: 12

V MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHÁC 13

1 Tản nhiệt ở bo mạch đồ họa: 13

2 Đa màn hình: 13

3 Đồ họa kép: 14

a Công nghệ Crossfire của ATI: 14

b Công nghệ SLI của nVIDIA: 15

4 Một số loại card màn hình đời mới: 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO… 22

I CÁC CHUẨN BUS CỦA BOARD MỞ RỘNG

1 Bus mở rộng ISA

Trên Mainboard của kiểu máy tính cũ IBM PC/XT (VXL 8088 hoặc 8086)người ta dùng bus mở rộng có khe cắm 62 chân gồm ba đường dây đất, năm đườngdây nguồn nuôi, hai mươi đường địa chỉ, 8 đường dữ liệu (8-bit), mười đường ngắt, vàmười sáu đường tín hiệu điều khiển Bus mở rộng XT bị giới hạn ở mức quá thấp vềdung lượng nhớ, bus dữ liệu 8-bit quá hẹp, và những dịch vụ hệ thống (như ngắt vàDMA) không đủ dùng cho tất cả các ứng dụng xử lý dù là đơn giản, nên các nhà thiết

kế máy tính đã nâng cấp thành kiểu IBM PC/AT dùng vi xử lý 80286 có bus dữ liệu16-bit

Bus mở rộng PC/AT gồm hai đoạn khe cắm cách rời nhau, một đoạn 62 chânnhư kiểu XT 8-bit cũ, và một đoạn bổ sung thêm 36 chân Đoạn phát triển AT này bổsung thêm năm dịch vụ ngắt, tám đường dữ liệu, bốn đôi yêu cầu và báo nhận DMA,bốn đường địa chỉ, và một số đường điều khiển khác Đây là bus mở rộng 16-bitnhưng vẫn tương thích với loại 8-bit cũ Năm 1987, Ủy ban tiêu chuẩn phối hợp vớiViện kỹ thuật điện và điện tử IEEE (của Mỹ) đã đưa ra một bộ các tiêu chuẩn gọi làISA (Industry Standard Architecture) bao gồm tất cả các thông tin kỹ thuật cần thiết

để tạo ra các loại bus và các card mở rộng tương hợp với AT Từ đó bus AT được xem

là bus ISA Bus mở rộng ISA có tốc độ chậm (8 megabyte mỗi giây) nên với những

bộ VXL tốc độ nhanh, bus này bị quá tải mà người ta gọi là hiện tượng thắt cổ chai(bottleneck)

2 Bus Micro Chanel Architecture (MCA):

Đây là kiểu thiết kế Bus mở rộng 32 bit sở hữu riêng do IBM giới thiệu vàonăm 1987 trong dòng máy tính PS/2 của họ Khe cắm MCA có kích thước bé hơn,chân dày sít hơn, nhưng không chỉ về mặt vật lý, nó còn có khả năng hoạt động nhanh

và mạnh hơn bus ISA Với 32-bit dữ liệu, 32 đường địa chỉ (khả năng địa chỉ hóa 4GB

bộ nhớ), một kênh âm thanh, và khả năng VGA cài sẵn, bus MCA được dự định dùngcho việc tính toán mức cao Tốc độ truyền tải dữ liệu của bus này là 20MB mỗi giâynên có thể hoạt động với các BXL đến 100 MHz Tuy nhiên, bus MCA không tương thích ngược với bus AT và máy PC, bắtbuộc người sử dụng phải mua card mở rộng tương thích với MCA Chi phí tác quyềncao nên đã không được các hãng sản xuất máy nhái và phụ kiện PC hưởng ứng đối vớibus MCA, và về sau IBM phải tự từ bỏ.

3 Bus EISA:

Đây là kiểu bus mở rộng ISA được nâng cao (Enhanced ISA), do liên minhgồm 9 công ty (AST Research, Compaq, Epson, Hewlett-Packard, NEC, Olivetti,Tandy, Wyse và Zenith Data System) cùng hợp tác xây dựng Bus EISA có một sựnhảy vọt về sự truyền thông của bus (đó là dung lượng được đo bằng số lượng bit dữliệu truyền trong một giây) EISA, viết tắt của thuật ngữ Extended Industry StandardArchitecture, chấp nhận cả hai loại card tiêu chuẩn ISA và EISA Nó cho phép truyền

8 bit hoặc 16 bit qua card ISA và truyền 32 bit qua card EISA Bus EISA còn có tínhchủ động, nó cho phép các bộ phận như bộ điều khiển ổ cứng và card LAN có thể giaodịch trực tiếp với nhau, không cần thông qua chip CPU của máy tính.Vì hai lý do trên,card LAN chuẩn EISA có tốc độ truyền thông nhanh hơn gấp bốn hoặc năm lần tốc độcủa card LAN chuẩn ISA 16 bit Được thiết kế một cách nhanh chóng để cạnh tranhvới chuẩn MCA, bus EISA tương thích ngược với các tiêu chuẩn bus ISA 16-bit và

XT 8-bit trước đó Chạy ở 8,33 MHz, bus EISA có thể truyền dữ liệu với tốc độ33MB mỗi giây Một phiên bản mới là EISA-2 có tốc độ truyền dữ liệu đến 132 MBmỗi giây Mặc dù EISA đã được thay thế bởi VESA local bus phổ dụng và PCI cònphổ dụng hơn, nhưng chuẩn EISA-2 vẫn thuộc loại có hiệu năng cao và được dùngtrong một số trạm server tốc độ nhanh của mạng LAN

4 Local bus:

Thuật ngữ "local" có ý nhấn mạnh tính địa phương thân thuộc trong sự ghép nối vớiCPU - local bus đơn giản chỉ là một đoạn ghép nối cận kề tốc độ cao, nằm giữa BXL

Đầu những năm 1990, hiện tượng thắt cổ chai do bus mở rộng tốc độ chậm đãthúc đẩy những nhà thiết kế hệ thống tiến hành ghép nối mạch điện của bộ điều hợpvideo (video adapter) vào bus địa phương này và loại bus địa phương sở hữu riêng(proprietary local bus) của từng hãng ra đời Nhờ đó, tốc độ hiển thị, nhất là với cácchương trình đồ họa, đã tăng lên một cách đầy ấn tượng Để thống nhất lại các kiểulocal bus sở hữu riêng, năm 1992 hiệp hội VESA (Video Electronics StandardsAssociation) đã đưa ra kiểu thiết kế VESA local bus Đầu tiên được xây dựng để dùngphổ biến để ghép nối các ngoại vi tốc độ cao khác, kể cả các loại card điều hợp mạng.Tuy thế, chưa bao giờ nó được thiết kế để thay thế cho các loại bus mở rộng khác, chonên hầu hết các máy tính có VESA local bus thì đồng thời cũng có bus mở rộng ISA.Trong board mẹ 33MHz, VESA local bus có khả năng chuyển tải dữ liệu với tốc độđến 107 megabyte mỗi giây

5 Bus mở rộng PCI

Đây là loại bus mở rộng 32- hoặc 64-bit dựa vào kiểu thiết kế do IntelCorporation xây dựng năm 1992 Không phải là loại local bus thực sự, bus PCI(Peripheral Component Interface bus) là kiểu trung gian giữa bus dữ liệu ngoài củaBXL và bus vào/ra chung của máy tính Cách thiết kế này cho phép bus PCI có thểchạy với các tốc độ không phụ thuộc vào tốc độ xung nhịp của BXL Ngoài ra, chuẩnPCI không ràng buộc việc sử dụng bus vào một loại BXL nhất định, như kiểu VESAlocal đã bị buộc chặt vào 80486 Đồng thời cũng khác với VESA local bus, bus PCI làmột kiểu bus mở rộng hoàn chỉnh, cho phép những nhà thiết kế hệ thống hoàn toàn bỏqua loại bus ISA đã lỗi thời và tốc độ chậm.Một điều đáng chú ý nữa là PCI có khả năng tương thích tiến đối với chuẩn Plug andPlay để người dùng máy PC có thể tự do cài đặt các card ngoại vi mà không phải bậntâm về những tranh chấp sẽ xảy ra

II ĐẶC TÍNH CỦA PLUG AND PLAY (CẮM VÀO VÀ CHẠY)

Cho đến nay, khi mua một card mở rộng mới cho máy tính thật khó có thể chắcchắn rằng nó có thể làm việc hòa hợp với các linh kiện khác sẵn có trong máy của

ta hay không Vấn đề được đặt ra vì mỗi một thiết bị cần phải giao tiếp với bộ xử

lý và các thiết bị ngoại vi khác, và chỉ tồn tại một số kênh cho sự giao tiếp đó mà

thôi Những kênh này được gọi là nguồn dự trữ (system resource) Một nguồn nữa

là bộ ngắt quãng (interrupt) Nguồn dự trữ khác là một đường nối trực tiếp đến bộ nhớ gọi là DMA (Direct Memory Access – Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên).

Trong thập niên 80 và nửa đầu thập niên 90 có hai giải pháp để giải quyết vấn

đề tranh chấp Giải pháp một là phải có một bản ghi đầy đử mỗi nguồn dự trữđược sử dụng bởi từng thiết bị của máy tính Tất nhiên ta không thể có được nhữngbản ghi như vậy Vì vậy, hầu hết các tranh chấp được giải quyết bằng cách cắmvào những card mở rộng hoặc bộ điều khiển mới rồi kiểm tra xem mọi thứ có làmviệc bình thường hay không, nếu không thì bỏ thiết bị đó ra và thử lại với một thiết

bị khác cho đến khi tìm được các thiết bị tương thíc Một việc làm rất phức tạp vàmất thời gian

Tuy nhiên, vẫn có một giải pháp tốt hơn Hầu hết các công ty máy tính hàng

đầu đều đồng ý sử dụng một hệ thống gọi là Plug and Play (Cắm và Chạy) Theo

lý thuyết, nếu tất cả mọi thiết bị trong máy tính đều được thiết kế theo tiêu chuẩnPlug and Play thì BIOS của máy tính, các phần mềm hệ thống khác nhai và cácthiết bị có thể tự động làm việc hòa hợp với nhau và đảm bảo không có hai thiết bịnào trong chúng tranh chấp nguồn dự trữ

Nói tóm lại, Plug and Play là một chuẩn thiết kế để toàn bộ hệ thống máy tính

cả phần cứng lẫn phần mềm đề phải hòa hợp với nhau Các thành phần để cấu tạonên một hệ thống Plug and Play bao gồm:

 Một hệ điều hành hỗ trợ Plug and Play, ví dụ như hệ điều hành Windows

 Một hệ thống Input/Output (BIOS) dựa trên cơ sở Plug and Play, ví dụ nhưBIOS Award của tập đoàn Award Software

 Các thiết bị phần cứng với các trình điền khiển thiết bị Plug and Play

Tuy nhiên do chiều hướng riêng của mỗi nhà sản xuất máy tính và linh kiệnmáy tính nên Plug and Play vẫn chưa được hoàn toàn Vì thế người ta chia ralàm 3 mức hỗ trợ Plug and Play:

 Mức độ hỗ trợ thấp nhất: Khi không có thành phần nào hỗ trợ Plug and Playthì người sử dụng phải tự cài đặt các cầu nhảy mạch (jumper) và các chuyểnđổi (switcher) trên card và cũng phải tự cài đặt driver

 Mức độ hỗ trợ tương đối: khi hệ điều hành hỗ trợ Plug and Play nhưng lại sửdụng các thiết bị phần cứng không có đặc tính Plug and Play thì mức độ canthiệp của người sử dụng có giảm nhưng vẫn chưa hoàn toàn bị loại trừ

 Mức độ hỗ trợ cao nhất: khi cả 3 thành phần đều hỗ trợ Plug and Play, nhữngthiết bị mới khi cần đặt chỉ việc đơn giản là lắp vào máy tính và bật hệ thống,phần cứng sẽ tự nhận biết và tự động đặt cấu hình mà người sử dụng khôngcần phải quan tâm, kể cả việc cài đặt các driver

III MỘT SỐ LOẠI CARD THƯỜNG GẶP (SGK-TRANG 93-99)

1 Video Card (Card màn hình)

Hình 1: Một Mainboard sử dụng cổng PCI Express (màu xanh dương)

Hình 2: Một Video Card

2 Sound Card

Hình 3: Sound Card

3 SCSI Card

IV CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA 1 CARD ĐỒ HỌA

1 Bộ xử lý đồ họa (GPU) hoặc chức năng đồ họa tích hợp:

Bộ xử lý đồ họa ("Graphic Processing Unit", viết tắt là GPU) là thành phần rấtquan trọng quyết định đến sức mạch đồ họa, nó có ý nghĩa như CPU trong máy tính.GPU thường được hàn/dập chắc chắn vào bo mạch đồ họa rời Đối với các bo mạch

đồ họa tích hợp trên bo mạch chủ chúng có thể ở dạng GPU gắn liền trên bo mạch chủhoặc được tích hợp chung vào chipset (thường là chipset cầu bắc.Hiện nay các bo mạch đồ họa rời thường sử dụng GPU của hai hãng sản xuất:

 nVIDIA

 ATI (Trước đây là một hãng độc lập, nay đã được hãng AMD mua lại)

Ngoài hai hãng này một số hãng khác cũng sản xuất chip xử lý đồ họa (SIS,Trident, S3 Trio v.v.) nhưng các công ty đó hiện không thành công trong khẳng định

vị thế của mình trên thị trường chip xử lý đồ họa

Đối với dạng tính năng đồ họa được tích hợp vào chipset hoặc gắn liền trên bomạch chủ:

 Intel: Với các chipset: 810, 815, 845, 865, 910, 915, 945, 946, 965 mà phânbiệt các chipset tích hợp đồ họa thường được ký hiệu thêm chữ "G" (cùng một

ký tự khác hoặc không có) ở sau ký hiệu chipset (Ví dụ: 915G, 915GV,915GL )

 ATI: Radeon IGP 9100, Radeon IGP 9100 PRO, Radeon Xpress 200 (có cácphiên bản cho CPU Intel và AMD khác nhau), Radeon IGP 320

 VIA: P4M800, P4M800 Pro, K8M800, K8M890, KM400

 SiS: SiS661FX, SiS661GX, SiS761GL, SiS761GX, SiS760, SiS741

 nVIDIA: nForce2

2 Bộ nhớ đồ họa:

Để xử lý các tác vụ đồ họa và lưu trữ kết quả tính toán tạm thời, bo mạch đồhọa có các bộ nhớ riêng hoặc các phần bộ nhớ rành riêng cho chúng từ bộ nhớ chungcủa hệ thống, trong các trường hợp khác bộ nhớ cho xử lý đồ họa được cấp phát vớidung lượng thay đổi từ bộ nhớ hệ thống Dung lượng của bộ nhớ đồ họa một phầnquyết định đến: độ phân giải tối đa, độ sâu màu và tần số làm tươi mà bo mạch đồ họa

có thể xuất ra màn hình máy tính Do vậy dung lượng bộ nhớ đồ họa là một thông sốcần quan tâm khi lựa chọn một bo mạch đồ họa Dung lượng bộ nhớ đồ họa có thể có

số lượng thấp (1 đến 32 Mb) trong các bo mạch đồ họa trước đây, 64 đến 128 Mbtrong thời gian hai đến ba năm trước đây và đến nay đã thông dụng ở 256 Mb với mức

độ cao hơn cho các bo mạch đồ họa cao cấp (512 đến 1Gb và thậm chí còn nhiều hơnnữa)

Tuy nhiên, dung lượng không phải là một yếu tố quyết định tất cả, khi mà việctăng dung lượng bộ nhớ đã không trở thành hữu ích cho bo mạch đồ họa, các nhà thiết

kế đã chuyển hướng sử dụng các bộ nhớ có tốc độ cao hơn, do đó đến nay đã có rấtnhiều chuẩn bộ nhớ đồ họa đã từng được sử dụng: FPM DRAM, VRAM, WRAM,EDO DRAM, SDRAM, MDRAM, SGRAM, DDR SDRAM, DDR-II SDRAM, vàgần đây là GDDR-3 SDRAM, GDDR-4 SDRAM Có một điều rằng bo mạch đồ họakhác nhau lại sử dụng các tốc độ đồ họa thay đổi tuỳ thuộc vào bo mạch đó dùng GPUnào Chúng không được sử dụng ở tốc độ tối đa theo như thiết kế Một số hãng sảnxuất có thể thiết kế và thiết đặt sẵn (trong Video Bios - xem phần sau) để bo mạch đồhọa làm việc với tốc độ bộ nhớ cao hơn so với mặc định (overlock)

3 Bus kết nối:

Bo mạch đồ họa thường sử dụng các đường truyền dữ liệu theo các chuẩn nhấtđịnh (bus) để truyền dữ liệu giữa bo mạch đồ họa với hệ thống máy tính, các bus cóthể là PCI Express X16 (mới nhất), AGP (gần đây), PCI (trước khi ra đời AGP), hoặccác bus cổ hơn nữa trong thời gian trước đây (ISA 8 bit, ISA 16 bit, VESA 32 bit).Đặc điểm của các bo mạch đồ họa sử dụng các bus được giới thiệu sơ lược như sau:

 Bo mạch đồ họa sử dụng bus PCI:

 Bo mạch đồ họa sử dụng bus AGP: có các thế hệ 2x, 4x và 8x.

 Bo mạch đồ họa sử dụng bus PCI Express: 1x, 2x

4 Trình điều khiển:

Bo mạch đồ họa đều cần sử dụng một trình điều khiển riêng đối với các hệ điềuhành khác nhau, nếu không có các trình điều khiển thì dù có một bo mạch đồ họa hiệnđại nhất hệ thống chỉ xuất ra hình ảnh có có độ phân giải thấp, độ sâu màu thấp và vớitốc độ làm tươi hạn chế Trình điều khiển được cần được cài đặt vào hệ điều hành saukhi kết nối bo mạch đồ họa với hệ thống (trong một số trường hợp, trình điều khiển hệthống đã được tích hợp sẵn với hệ điều hành thì người sử dụng có thể không cần đến

Do sự quan trọng của trình điều khiển mà nó là một thành phần cơ bản, khôngthể thiếu trong bo mạch đồ họa Đôi khi trình điều khiển chưa được hoàn thiện hay tồntại một số lỗi dẫn đến hiệu năng của bo mạch đồ họa bị giảm ít hay nhiều tuỳ mức độ,hoặc xuất ra hình ảnh không đúng(sọc, răng cưa, rác )

5 RAMDAC:

RAMDAC (Digital-to-Analog Converter – Chuyển đổi tín hiệu số): Có chứcnăng chuyển đổi các tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để hiển thị trên màn hình máytính Tốc độ của RAMDAC có thể cao hơn tốc độ làm việc của bộ xử lý đồ họa

Tốc độ RAMDAC trong thời điểm năm 2007 thường vào khoảng 300-500Mhz RAMDAC có thể là một bộ phận tách rời hoặc tích hợp sẵn vào các bộ xử lý đồhọa nếu là bo mạch rời

6 Video BIOS:

Cũng giống như tính năng của BIOS ở bo mạch chủ, video bios chứa toàn bộthông tin thiết lập về phần cứng của bo mạch đồ họa Video Bios còn giúp cho bomạch đồ họa hoạt động ngay khi máy tính bắt đầu khởi động trong quá trình POST -trước khi trình điều khiển của hệ điều hành được nạp Video bios của bo mạch đồ họa