Grafikkarten: die elektronische Netzhaut

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Grafikkarten: die elektronische NetzhautDer Mensch definiert seine Umwelt vorwiegend über den Sehsinn. „Das Auge isst mit“ heißt es bekanntermaßen, Kunstwerke gehen für Millionen über die Ladentheke und wie wichtig ist die Optik in der Wahl des Partners. Was mit Höhlenmalereien angefangen hat, ist im Laufe der Evolution des technischen Stands in die digitale Bildbearbeitung übergegangen und mittlerweile gang und gäbe.

Im Folgenden soll nun auf die Hintergründe und der aktuelle technische Stand der zur Computergrafik notwendigen Hilfsmittel eingegangen werden.

Historisches zur Bildausgabe
Wie entstehen vom Computer unterstützte Bilder und wie kam es dazu? Die visuelle Darstellung eines Signals ist während der Benutzung des Rechners unabdingbar. Ohne die optische Überwachung, der Eingabe oder die Analyse ausgegebener Daten, können die Arbeitsprozesse am Computer nicht durchgeführt bzw. wären sehr umständlich. Der offizielle erste Computer, der Z1, welcher im Jahre 1937 von Konrad Zuse entwickelt wurde, besaß noch lange keine optische Ausgabe der Daten und diente der Berechnung innerhalb der Baustatik und wurde von einem Staubsaugermotor angetrieben. Die Daten wurden bis in die 50er Jahre des 20. Jahrhunderts in Form von Lochkarten oder vorsintflutartigen Datenträgern gespeichert. Dann, mit der Entwicklung der „Braunschen Röhren“, kamen auch die ersten Monitore auf den Markt. Als dann 30 Jahren später die graphische Ausgabe im Zusammenhang mit ersten graphischen Benutzeroberflächen von Macintosh an Bedeutung gewann, wurden entsprechende Bildschirme in ihrer Entwicklung vorangetrieben. Dies zog sich fort bis zum heutigen Zeitpunkt. Der technische Aufwand, der zur Erzeugung von Grafiken benötigt wird, wird von Grafikkarten gesteuert. Jede optische Signalausgabe, die ihren Ursprung aus den jeweiligen Programm hat, muss von einem separaten Prozessor so verarbeitet werden, dass diese überhaupt visualisiert werden. Die Grafikkarte stellt somit die Übersetzung der Maschinensprache in die entsprechenden Bilder sicher. Die Grafikarten sind dabei entweder Erweiterungen oder als Chipsatz direkt im Rechner integriert.

Aufbau und Funktion der einzelnen Elemente einer Grafikkarte
Wie setzt sich eine Grafikkarte anatomisch zusammen? Generell bilden 4 Hauptsegmente den Aufbau einer Grafikkarte.

Als erstes ist dabei die Graphics Processing Unit, kurz GPU. Aus der Bezeichnung ist dabei zu entnehmen, dass es sich um einen Prozessor handelt, welcher für die Berechnung der Signale verantwortlich ist.

Eine weitere Einheit stellt die Video-RAM. Dabei steht RAM für: Random Access Memory, und dient der Speicherung der Daten, die während der Berechnung der Daten entstehen. Generell kann ausgesagt werden, dass die Größe des Speichers mit der Leistungsfähigkeit der Grafikkarte bedeutend und diese wiederum mit der Qualität zusammenhängt.

Die direkte Weitergabe der umgerechneten Signale erfolgt letztendlich mittels dem Random Access Memory Digital Analog Converter, der als RAMDAC bezeichneten Einheit, die die Umwandlung von digitalen in analoge Bildsignale bewirkt. Dabei kommt es darauf an, wie viele Pixel (Bildpunkte) von dieser je Sekunde verarbeitet werden können. Je höher die Geschwindigkeit der RAMDAC also ist, umso höher kann die Auflösung und Bildschärfe geschehen.

Als letztes besitzt die Grafikkarte noch Anschlüsse zu externen Geräten, wie dem Monitor.

Modelle und aktuelle Produkte
Der einfache Anwender, der die Grafikkarte für den privaten Gebrauch nutzt, stellt sich die Frage, welches Modell für ihn in Frage kommt. Dabei muss zwischen Kosten und Nutzen unterschieden werden und dies vom Verwendungszweck  ausgehend beurteilt werden. Im Internet finden sich zahlreiche Online-Shops und Ratgeber. Auch existieren Suchmaschinen mit gleichzeitigem Preisvergleich. In speziellen Internet-Foren geht es mitunter auch nur um Erfahrungsaustausch zu dem Thema „Grafikkarte“. Hat man sich nun für ein Modell entschieden und zur eigenen Zufriedenheit verwendet, kann man sich über das Internet, fortlaufend zur technischen Entwicklung der Grafikkarten auf dem Laufenden halten. Doch was macht man bei Störungen oder Defekten der Grafikkarte? Ein Neukauf ist nicht immer zwingend. Hier helfen Internetportale, die es sich zum Thema gemacht haben, sich nur mit der Instandsetzung und Reparatur dieser Module zu beschäftigen. Als Beispiel können hier die TV-Experten techfacts.de genannt werden. Die, die Reparatur defekter Grafikarten im Backofen genauer erklären.

Einsatz der Grafikkarten
Grafikkarten finden sich mittlerweile überall dort, wo es zu einer digitalen Bildausgabe kommt. Vorrangig also in Computern und Spielkonsolen, aber auch in Mobiltelefonen und Geräten mit Bildschirmausgabe.

Besonderen Nutzen findet die Grafikkarte im professionellen Gebrauch. Von hoher Wichtigkeit sind Grafikkarten in der Bildverarbeitung wie z.B. in Verlagen, Werbeagenturen oder der Medieninformatik. Als Hobbyfotograph kommt man heute nicht mehr an entsprechender Bildverarbeitungssoftware vorbei. In der Medieninformatik stellt eine solide Bildausgabe, eine der wichtigsten Eigenschaften und Bewertungskriterien, etwa beim erstellen von 3D Modellierungen. Computer- und Konsolenspiele werden durch ihr Merkmal der Grafik bewertet. Je realistischer die Darstellungen, umso spannender ist dabei das Spielvergnügen.

Ein weiteres ist der Einsatz der Grafikkarten in der Entstehung animierter Spielfilme. Große Unternehmen haben mittlerweile die guten Zeichentrickfilme, welche im letzten Jahrhundert noch mühsam Bild für Bild per Hand gezeichnet wurden, in die digitale Welt übersetzt und entstehen mittlerweile im Rechner.

Allgemein kommt die Filmindustrie nicht mehr ohne die digitale Bildbearbeitung aus. Im Bereich der Spezialeffekte, sind die Grafikkarten mittlerweile nicht mehr wegzudenken und werden auch zur Gewährleistung besserer und noch aufregender Effekte vorangetrieben.

Grafikkarte
Bildquelle: Flickr.com BY-SA © Wimox

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1 Kommentar

1.) Luk Luk 17.06.2013 - 21:39 Uhr
Das ist mehr ein Wikipedia Artikel als eine Kolumne.