Scheda Video

La scheda video è un componente del computer che ha lo scopo di generare un segnale elettrico (output) che possa essere mostrato a video (display). 
Le schede video possono essere collegate in diversi modi alla scheda madre, Integrate,PCI porta parallela, AGP porta parallela, PCI Express porta seriale. 
Una tipica scheda video contiene un integrato grafico (o più di uno) che gestisce una certa quantità di RAM dedicata a memorizzare i dati grafici da visualizzare e che risiede fisicamente sulla scheda stessa. 
Il funzionamento di una scheda video è, in linea di massima, molto semplice, ogni locazione di RAM grafica contiene il colore di un pixel dello schermo, o di un carattere se la scheda sta visualizzando solo test, il chip grafico si limita a leggere in sequenza le locazioni necessarie a pilotare un convertitore digitale-analogico, detto RAMDAC, che genera il segnale video che sarà visualizzato dal monitor. 
Quasi tutte le schede video (con pochissime eccezioni) possono poi operare anche in modalità grafica, vale a dire senza avvalersi del generatore di caratteri interno ma specificando l'immagine pixel per pixel. In questa modalità il colore di ogni pixel è specificato singolarmente, in genere usando una o più locazioni di memoria video. 
Questa modalità ha bisogno di molta più memoria RAM del modo testo, una schermata in modo testo occupa generalmente da 2 a 6 KB di RAM video, mentre in modalità grafica, a seconda della risoluzione in pixel e della quantità di colori usati contemporaneamente serve da 10 a 10000 volte tanto. Il modo di rappresentare del singolo pixel in memoria video varia molto a seconda del tipo di approccio usato dal costruttore e dalla particolare modalità grafica, in genere però si adotta una corrispondenza di tipo bitmap, cioè a mappa di bit. 
Già da un po' di tempo il chip grafico è in grado di eseguire alcune funzioni grafiche in modo autonomo, senza che il processore principale debba intervenire, le schede grafiche con questi chip sono dette 2D accelerate, perché possono svolgere da sole una parte del lavoro di disegno che altrimenti spetterebbe al processore. 
Le schede video con capacità grafiche tridimensionali (o 3D accelerate) hanno le stesse capacità bidimensionali delle precedenti, e in più ne hanno una completamente nuova, la modalità 3D appunto, in cui i pixel dell'immagine da visualizzare vengono calcolati dalla GPU (Graphics Processing Unit), fotogramma per fotogramma, partendo da una serie di dati geometrici forniti dalla CPU. In questa modalità, la RAM video contiene una serie di sottoimmagini, le texture. 
Per ogni fotogramma (frame) da visualizzare in modalità 3D, la scheda video riceve dal processore una serie di punti geometrici (vertici) che specificano delle superfici in uno spazio tridimensionale con l'indicazione di quali texture applicare alle varie superfici. L'integrato principale è un vero e proprio processore e viene detto GPU (anche programmabile a piacere, a partire dalla serie 6800GT di Nvidia), composto internamente di una serie di unità identiche (dette pipeline) operanti in parallelo, ciascuna su una diversa serie di pixel alla volta.
Poiché in grafica non vale il principio di località (informatica) non è possibile usare una memoria cache come nella CPU principale, e la comunicazione con la RAM grafica deve essere estremamente veloce: questo rende necessario adottare sia una frequenza di lavoro della RAM grafica molto più alta di quella della memoria principale, sia l'adozione di bus RAM-GPU molto ampi (128, 256 bit o anche 512 bit). 
Per lo stesso motivo, far funzionare la GPU a frequenze molto più elevate della RAM grafica, adottando un moltiplicatore di frequenza come per la CPU principale, non porterebbe nessun beneficio prestazionale.
 Le prime schede video accelerate 3D destinate al grande pubblico (prima di allora erano molto costose e riservate a professionisti) sono state le famose Voodoo della 3dfx, la prima industria a produrre schede video con capacità 3D a prezzi popolari, assorbita nel 2001 dalla concorrente Nvidia. Le connessioni più diffuse tra la scheda video e il monitor (o televisore) sono:

• Video Graphics Array (VGA): standard analogico introdotto nel 1987 e progettato per monitor CRT, ma utilizzato, per compatibilità, anche da diversi monitor LCD, assieme all'interfaccia DVI; ha diversi problemi, come il rumore elettrico, la distorsione dell'immagine e alcuni errori nella valutazione dei pixel.
• Digital Visual Interface (DVI): introdotto nei monitor LCD, viene usato anche da TV al plasma e videoproiettori. Risolve i problemi del SVGA facendo corrispondere a ogni pixel dell'output un pixel dello schermo, in quanto ne riconosce la risoluzione nativa.
• S-Video: utilizzato per la connessione a TV, lettori DVD, proiettori e videoregistratori.
• High-Definition Multimedia Interface (HDMI): rilasciato nel 2003, questo standard, che supporta le risoluzioni ad alta definizione, ha come obiettivo la sostituzione di tutti gli altri standard.
• DisplayPort: rilasciato nel 2006, si presenta come concorrente dell HDMI. È usato sia per connessioni con monitor che con sistemi home theatre.

In ordine cronologico, i sistemi di connessione con la scheda madre sono stati:

• ISA: rilasciata nel 1981 da IBM ed utilizzata negli anni '80
• MCA: rilasciata, sempre da IBM nel 1987, incompatibile con le schede madri precedenti
• EISA: rilasciata nel 1988 per competere con IBM, retrocompatibile
• VESA: estensione dell'ISA,
• PCI: questo standard ha sostituito le altre interfacce nel 1993. Il PCI permette una connettività dinamica delle periferiche e non richiede l'utilizzo di jumper per la configurazione.
• AGP: prima interfaccia dedicata esclusivamente alle schede grafiche, introdotta nel 1997 in seguito alla crescita del mercato di schede video con accelerazione 3D. È diventata l'interfaccia standard per le schede video per i numerosi vantaggi che presentava ed è stata più volte migliorata (AGP 2x, 4x, 8x)
• PCI Express: evoluzione del bus PCI rilasciata nel 2004 che sta sostituendo l'AGP come interfaccia di connessione delle schede grafiche in quanto offre una larghezza di banda maggiore e maggiore potenza erogata. Sono state rilasciate, nel gennaio 2007, le specifiche PCI Express 2.0, che incrementa le prestazioni del PCI Express in termini di larghezza di banda e potenza erogata, per sopperire alle richieste sempre maggiori delle schede video.

Recentemente sono stati presentati da NVidia sistemi basati su soluzioni Quad-SLI ovve sistemi che utilizzano due schede video in modalita SLI ma ognuna di queste schede utilizza a sua volta 2 unità di elaborazione. Sistemi di questo genere hanno tuttavia costi proibitivi per l'utente medio. Nel 1999 ATI introdusse la sua prima soluzione a doppio processore grafico che non ebbe molto successo, la Rage Fury MAXX. A pochi anni di distanza e con l'avvento del modello SLI di NVidia l'azienda Canadese risponde con un proprio metodo di accoppiamento di schede video, il Crossfire. 
Per funzionare un sistema Crossfire necessita di una scheda madre con un chipset compatibile e due slot PCI-Express per inserire fisicamente le due schede. Diversamente però dal sistema SLI della concorrente NVidia non esiste la limitazione di possedere due schede video identiche ma basta che una delle due in possesso sia una scheda certificata Crossfire di tipo Master. 
Per collegare le due schede, ATI utilizzava un cavo esterno (nVidia, al contrario, usa un ponte interno tra le schede) che collega due uscite DVI delle due schede e presenta un terzo connettore che va collegato al monitor. 
Tra i maggiori produttori di schede video troviamo: 

• Intel che produce soluzioni integrate nelle quali la GPU è integrata nel chipset direttamente sulla scheda madre, esse presentano prestazioni moderate e basso costo.
• ATI Technologies con le serie gaming Radeon, Radeon X, Radeon HD e le serie professionali FireGL e FirePro
• nVidia Corporation con le serie gaming GeForce, GeForce FX e la serie professionali Quadro e Tesla

Recentemente anche ATI e nVidia hanno iniziato la commercializzazione di chipset dotati di scheda grafica integrata, particolarmente indicata dove non è richiesta particolare potenza di elaborazione, mentre è maggiormente importante il risparmio energetico. 
Nel segmento delle schede grafiche discrete (la scheda video è una scheda a sé da connettere alla scheda madre), invece, ATI e nVidia producono le GPU e definiscono l'architettura della scheda, che però viene assemblata e commercializzata da produttori partner, che possono applicare variazioni al sistema di raffreddamento, alle frequenze di funzionamento, all'alimentazione e alle dimensioni.

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Fonte: wikipedia.com