Grafikkarte - die flinke Ansichtskarte vom Computer

Die Grafikkarte dient im Computer der Bildschirmausgabe am Monitor. Die Anforderungen reichen dabei von monochromer Textwiedergabe für Systemmeldungen bis hin zu schnellen Videosequenzen oder 3D-Spielewelten. Als Bindeglied zwischen CPU und Monitor besitzt jede Grafikkarte dafür eine interne PC-Schnittstelle auf der Hauptplatine und mindestens einen externen Monitoranschluss. Da Grafikkarten eine schnelle Datenbus-Anbindung an CPU und Arbeitsspeicher des Computers benötigen, werden diese als interne PC-Steckkarten oder direkt als Onboard-Variante auf der Hauptplatine ausgeführt. Wesentliche Komponenten einer Grafikkarte sind der Grafikprozessor (GPU) und der Grafikspeicher (Video-RAM). Von diesen Komponenten hängt die Leistungsfähigkeit der Grafikkarte entscheidend ab. Einfache textbasierte PC-Systemausgaben kann jede Grafikkarte ohne Zusatzsoftware zuverlässig darstellen. Für die Grafik- und Videoausgabe wird jedoch ein spezifischer Treiber benötigt, der dem Betriebssystem eine Softwareschnittstelle (Grafik-API) bereitstellt. Durch die Funktionen dieser Softwareschnittstelle wird eine effiziente Hardwarebeschleunigung für 2D und 3D bereitgestellt, die insbesondere bei professioneller Computergrafik, 3D-Spielen und Multimedia benötigt wird.

Komponenten einer Grafikkarte

Der Grafikprozessor (GPU - Graphic Processing Unit)

Die Aufgabe des Grafikprozessors ist es, den Hauptprozessor des Computers von den aufwändigen Berechnungen der Videodaten zu entlasten. Zudem unterstützt er je nach Leistungsklasse umfangreiche Zusatzfunktionen für 2D- und 3D-Grafik (z.B. Texturen). Leistungsfähige Grafikprozessoren müssen gekühlt werden und sind daher mit Kühlkörper und Lüfter ausgestattet.

Der Grafikspeicher

Im Grafikspeicher werden die Bilddaten und Berechnungswerte des Grafikprozessors zwischengespeichert. Der Grafikspeicher muss jederzeit verfügbar sein und schnelle Lese- und Schreibzugriffe ermöglichen. Einfache Grafikkarten (meist Onboard-Varianten) nutzen den Arbeitsspeicher des Computers mit, höherwertige Grafikkarten sind mit sehr schnellen eigenen Speicherbausteinen mit einer Kapazität von mehreren hundert Megabyte ausgestattet. Von der Speicherkapazität der Grafikkarte hängt die mögliche Bildwiederholrate und Farbtiefe der Bildschirmanzeige ab.

PC-Schnittstelle

Für den schnellen Datenaustausch mit dem Hauptprozessor und dem PC-Arbeitsspeicher benötigt die Grafikkarte eine interne PC-Schnittstelle mit hoher Datenrate. Je nach Leistungsklasse kommt dafür der allgemeine PCI-Bus, die auf Grafik ausgerichtete AGP-Schnittstelle oder aktuell PCI-Express mit Datentransferraten von bis zu 4 GB/sek in Frage.

Signalausgänge

Der Signalausgang der Grafikkarte wird mit einem Videokabel direkt am Eingang des Monitors angeschlossen und steuert darüber die Bildausgabe am Monitor. Die Schnittstellen von Grafikkarte und Monitor müssen daher sowohl von der physischen Steckverbindung als auch von den elektrischen Signalpegeln her zusammenpassen.

Als analoger Signalausgang kann vorhanden sein:

• VGA für Computermonitore,
• DVI-I analoges Signal kombiniert mit digitalem Ausgang, Anschluss an VGA-Monitor erfolgt über Adapterkabel
• S-VHS oder Component-Video für TV-Geräte

Als digitaler Signalausgang kann vorhanden sein:

• DVI für Computermonitore
• HDMI für Multimediageräte, überträgt gleichzeitig Tonsignale

Für eine sehr gute Bildwiedergabe mit hoher Auflösung ist die Verwendung eines digitalen Signalweges notwendig. Sind mehrere Signalausgänge an der Grafikkarte vorhanden, können damit auch mehrere Bildschirme angesteuert werden. Je nach Leistungsfähigkeit der Grafikkarte und der Systemeinstellung im PC können diese Bildschirme verschiedene Bildinhalte darstellen.

Leistungsklassen von Grafikkarten

Onboard-Lösung für Büro-PC und preiswerte Heim-PC und Notebooks

Die Grafik wird bei der Onboard-Lösung im Chipsatz der Hauptplatine integriert. Der einfache Grafikprozessor unterstützt nur wenige oder keine 3D-Hardwarebeschleunigung. Oft wird auf eigenen Grafikspeicher verzichtet und der Hauptspeicher des Rechners mitgenutzt. Dadurch ergibt sich für die Onboard-Lösung allgemein eine geringe Leistungsfähigkeit, aber dafür auch ein besonders niedriger Stromverbrauch. Die Signalausgabe erfolgt analog über VGA oder digital über DVI.

Standard-Grafikkarten mit Grafikspeicher

Diese steckbaren Grafikkarten sind mit einem leistungsfähigen Grafikprozessor und eigenem Grafikspeicher ausgestattet. Bis zu mittleren Auflösungen wird eine hohe Bildwiederholrate und ein scharfes Bild erreicht. Die Ansteuerung von 2 Bildschirmen ist meist möglich, jedoch oft mit einigen Einschränkungen und Qualitätsverlust verbunden. Im beschränkten Umfang werden Hardwarebeschleunigung und Zusatzfunktionen unterstützt.

Spiele-Grafikkarten

Diese speziellen Grafikkarten sind mit einem besonders leistungsfähigen Grafikprozessor ausgestattet, besitzen ab 512 MByte Grafikspeicher und unterstützen insbesondere 3D-Grafikbeschleunigung. Der Prozessor muss gekühlt werden und benötigt daher in der Regel einen Kühler.

Grafikkarten für den professionellen Einsatz

Diese Karten sind auf die Erfordernisse ihres Einsatzzweckes optimiert, zum Beispiel CAD oder Grafik-Design. Sie haben sehr hohe Auflösungen bei hoher Bildwiederholrate, ermöglichen Mehrschirmbetrieb, Hardwarebeschleunigung und Kalibrierungsfunktionen. Diese Grafikkarten unterstützen meist die auf 3D-Grafik ausgerichtete Programmier-Schnittstelle OpenGL.

Hinweise zur Auswahl einer Grafikkarte

Wie so oft gibt es keine eindeutig beste Wahl. Besonders leistungsfähige Grafikkarten haben einen hohen Strombedarf und verursachen Lüftergeräusche, so dass sie in mobilen Systemen und Büroumgebungen wenig sinnvoll sind. In diesen Anwendungsbereichen ist oft die Onboard-Lösung oder eine Zusatzkarte ohne Lüfter ausreichend und die bessere Wahl. Wird mit hohen Auflösungen, Mehrschirmbetrieb, 3D-Grafik oder Videoanwendungen ein hoher Anspruch an die Leistungsfähigkeit gestellt, ist eine optimale Abstimmung von leistungsfähiger Grafikkarte mit dem passenden Monitor und nicht zuletzt einer schnellen internen PC-Schnittstelle notwendig. Bei diesen Anwendungen sollte der Prozessor und Arbeitsspeicher des Rechners durch eine hochwertige Grafikkarte mit ausreichendem Videospeicher von der Signalaufbereitung entlastet werden. Darüber hinaus sichert eine gute Abstimmung zwischen Grafikkarte und Monitor bezüglich Video-Schnittstelle und Anzeige-Modi eine qualitativ hochwertige Bildschirmausgabe.

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