Die Evolution der Grafikkarten: Busse, 2D/3D-Beschleunigung und Videokompression

Grafikkarten-Busse und ihre Entwicklung

Die Schnittstellen (Busse), die von Grafikkarten verwendet werden, haben sich im Laufe der Zeit erheblich weiterentwickelt:

• Anfänglich nutzten Grafikkarten den ISA-Bus.
• Später folgten der VLB- und der PCI-Bus.
• Ende der 1990er-Jahre, mit dem Aufkommen von Spielen mit lebensechter 3D-Grafik, erschienen 3D-Beschleunigerkarten. Zu dieser Zeit etablierte sich der AGP-Port in verschiedenen Versionen (2x, 4x und 8x).
• Im Jahr 2003 erschien ein neuer Bus, PCI-Express (PCI-E), der die Vorteile der bestehenden Schnittstellen, wie AGP 8x, nochmals übertraf. PCI-E ist bis heute der Standard für Grafikkarten.

Grundlegende Konzepte der Grafikkarte

2D-Beschleunigung

Die 2D-Beschleunigung bezeichnet die Fähigkeit von Grafikkarten, zweidimensionale grafische Elemente auf dem Bildschirm ohne direkte CPU-Intervention zu erzeugen. Mit dem Aufkommen von 2D-Beschleunigerkarten wurde die CPU von der Ausführung dieser sich wiederholenden Aufgaben entlastet, was die Gesamtleistung des Systems erheblich verbesserte.

3D-Beschleunigung

Es gibt zwei Hauptarten von Anwendungen, die eine hohe Rechenleistung für die Darstellung dreidimensionaler Grafiken erfordern:

• CAD-Anwendungen (Computer-Aided Design), die in der Ingenieur- und Architekturwelt weit verbreitet sind.
• Spiele mit realistischen 3D-Grafiken.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, entstanden 3D-Beschleunigerkarten. Diese Karten automatisieren die Darstellung von Oberflächenstrukturen von Objekten und die Simulation von Effekten wie Schatten, Reflexionen oder Nebel.

Derzeit verfügen alle modernen Grafikkarten auf dem Markt über integrierte 2D- und 3D-Beschleuniger.

3D-Grafikbibliotheken

Software-Programmierer nutzen Funktionssammlungen, sogenannte 3D-Grafikbibliotheken, um die Vorteile von 3D-Beschleunigerkarten voll auszuschöpfen. Glücklicherweise gibt es weit verbreitete Standards, die es Programmen ermöglichen, diese Bibliotheken zu nutzen und auf allen Computern, unabhängig von Marke und Modell der Grafikkarte, korrekt zu funktionieren.

Dies sind im Wesentlichen zwei führende Bibliotheken:

• Direct3D (Teil von Microsoft DirectX)
• OpenGL

Digitale Videokompression

Gängige digitale Videoformate umfassen MPEG-4, DivX, XviD, WMV oder QuickTime.

Eine Grafikkarte gilt als fähig zur digitalen Video-Kompression und -Dekompression, wenn sie mindestens MPEG-2-Videoformate direkt und ohne CPU-Eingriff verarbeiten kann. Diese Hardware-Beschleunigung entlastet die Hauptprozessor (CPU) erheblich bei der Wiedergabe und Bearbeitung von Videos.