Les interactions entre la carte graphique et le microprocesseur

Sommaire

Dédicace 3

Remerciements 4

Avant propos 5

Introduction 7

PREMIERE PARTIE 9

I. Présentation de l'ISIG 10

II. Présentation de l'ONATEL 10

DEUXIEME PARTIE 14

I. Présentation d'un ordinateur 15

I.1. Présentation d'un ordinateur 15

1.2. Présentation de la carte mère 15

II. Généralités sur les cartes graphiques 23

II.1. Historique 23

11.2. Généralités 25

11.2.1. Le processeur graphique ou GPU 26

11.2.2. Le Ramdac 27

11.2.3. Le bios vidéo 27

11.2.4. La mémoire vidéo 27

11.2.5. Les entrées et sorties vidéo ou interfaces 29

11.2.6. Performances graphiques 31

11.3. Technologie des cartes graphiques 33

11.3.1. Les différentes technologies 33

11.3.2. La technologie 2D et 3D 34

11.4. Autres cartes graphiques 35

III. Généralités sur les microprocesseurs 36

Mi Définition 36

MA .1 . La fréquence 36

111.1.2. La mémoire cache 36

111.2. Fonctions du microprocesseur 38

111.2.1. Architecture du microprocesseur 38

111.2.1.1. L'unité de commande 39

111.2.1.2. L'unité de traitement 39

111.2.2. Principe de fonctionnement 40

1 /62

IV. Communication entre le microprocesseur et la carte graphique 42

IV.1. Interactions et collaborations 42

IV.2. Rôle du pilote vidéo 43

IV.3. Traitement des données vidéos 43

IV.4. Les différents composants de traitements 45

IV.4.1. Le contrôleur graphique (Graphics Data Controller) 45

IV.4.2. Le séquenceur de timing (Timing Sequencer) 45

IV.4.3. Le contrôleur d'attributs (Attribute Controller) 45

IV.4.4. Le contrôleur de tube cathodique (Cathod Ray Tube Controller) 45

IV.4.5. Le convertisseur digital analogique (Digital to Analog Converter)46

IV.5. Vue d'ensemble du fonctionnement d'une carte graphique TROISIEME PARTIE I. Déroulement du stage II. Critiques et suggestions Conclusion Annexes Annexe 1 : Organigramme de L'ONATEL Annexe 2 : Signification des sigles dans l'organigramme (JUILLET Annexe 3 : Sigles et Abréviations Bibliographies Glossaire

2001)

47 48 49 49 51 53 54 55 57 58 59

2/62

Dédicace

DEDICACE

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Remerciements

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Nos sincères remerciements à tous ceux qui ont contribué à la rédaction de ce rapport :

ü A monsieur Moussa SANFO le Directeur Général de l'ONATEL,

ü A tout le personnel du Département Maintenance et Développement Informatique de PONATEL,

ü A Monsieur Isidore Gnatan KINI le Directeur Général de l'ISIG,

ü A tout le personnel de l'ISIG (Administration et tout le corps enseignant),

ü A toute ma famille, particulièrement à ma mère Korogo Adam, à mon père M. Salif Soumbougma,

ü A mes oncles M. Athanase Sombougma et M. Alexis Sumbugma, à ma tante Christiane Sumbugma pour leurs énormes sacrifices,

ü A tous ceux qui, d'une manière ou d'une autre m'ont soutenu et encouragé tout au long de mes études et de mon stage.

Nous avons été particulièrement touchés par la volonté et la disponibilité

de Monsieur Claude OUEDRAOGO mon maître de stage

et de Monsieur Issa OUATTARA mon directeur de suivi.

Espérons que ce travail pourra compenser les énergies mobilisées

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Avant propos

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Définit comme étant la science du traitement automatique de l'information, l'informatique est devenue aujourd'hui un chemin incontournable du développement basé sur l'utilisation de l'ordinateur. Elle aide à la décision et au traitement des tâches multiples et répétitives.

Avec les Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC), nous assistons à un développement scientifique et technique.

Le progrès dans le domaine informatique a entraîné la création d'écoles d'informatique dont l'Institut Supérieur d'Informatique de Gestion (ISIG) qui offre une formation sanctionnée par le Diplôme de Technicien Supérieur (DTS). La formation dure deux (2) ans et se déroule en deux (2) phases : une phase théorique sanctionnée par un examen écrit et une seconde phase couvert par un stage pratique de deux (2) mois en entreprise dans le but de réaliser un rapport qui sera présenté et soutenu publiquement devant un jury. Cela aussi permet d'approfondir nos connaissances théoriques et acquérir des connaissances pratiques et professionnelles.

Dans le souci de rendre notre apprentissage accessible à tout le monde, nous avons entrepris une étude faite d'informations nécessaires tirées de l'observation, de la manipulation, et des renseignements reçus de notre maître de stage.

C'est dans cette optique que le présent rapport s'inscrit comme étant le fruit de notre séjour à l'Office National des Télécommunications (ONATEL) durant la période du 19 Septembre au 18 Novembre 2005. Il sanctionne deux années de formation au Diplôme de Technicien Supérieur option Electronique et Maintenance Informatique (DTS/EMI) effectuées au sein de l'Institut Supérieur d'Informatique de Gestion (ISIG). Notre choix s'est porté sur l'ONATEL car il constitue une référence en matière d'informatique et de nouvelles technologies au Burkina-Faso.

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Introduction

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L'avancée technologique nous conduit vers une ère où tous les composants de l'ordinateur, sont en perpétuelles révisions pour atteindre de meilleures performances.

Cela implique donc l'évolution technologique exponentielle de la carte graphique, qui de façon très discrète, devient indispensable. Elle se veut de plus en plus performante au point de la dotée d'un processeur graphique très puissant, d'une mémoire et d'un bios comme une carte mère de PC. Et cela, dans le souci d'obtenir une représentation plus réelle des images. Mais force est de constater que la carte graphique et ses véritables fonctions ne sont pas assez connues de tous. C'est pour cela pendant notre stage, nous nous sommes intéressés à l'élément principal qui joue un rôle d'interface entre le microprocesseur et le moniteur.

Et c'est à cet effet que nous avons orienté notre étude sur le thème « LES INTERACTIONS ENTRE LA CARTE GRAPHIQUE ET LE MICROPROCESSEUR ». Cette étude nous permettra de comprendre les taches effectuées par la carte graphique et comment le microprocesseur lui envoie les données vidéo.

Tout au long de l'étude de notre document articulé sur trois (3) grandes parties, nous présenterons notre structure de formation (ISIG) et d'accueil (ONATEL) dans la

première partie ; par la suite aborder notre thème d'étude dans la seconde partie c'est-à-dire décrire la carte graphique et le microprocesseur et expliquer le déroulement des traitements des données par la carte graphique en relation étroite avec le microprocesseur ; et pour finir la troisième partie traite essentiellement du déroulement pratique du stage et des critiques

que nous avons eu à faire.

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PREMIERE PARTIE

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PRESENTATION DES STRUCTURES D'ACCUEIL

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LES INTERACTIONS ENTRE LA CARTE GRAPHIQUE ET LE MICROPROCESSEUR

I. PRESENTATION DE L'ISIG

L'Institut Supérieur d'Informatique de Gestion (ISIG) est un grand établissement privé qui a ouvert ses portes en octobre 1992.

Les Filières ouvertes à l'ISIG sont :

· Secrétariat de Direction

v Gestion Commerciale

· Finance et Comptabilité

v Informatique de Gestion

v Electronique et Maintenance Informatique

L'Institut prépare, en deux ans, les élèves bacheliers à des diplômes d'Etat de Technicien Supérieur dans les spécialités ci-dessus citées.

Les élèves ayant le niveau terminal doivent faire une année préparatoire en vue de renforcer leurs capacités d'assimilation.

La formation à l'ISIG comprend plusieurs volets :

ü L'acquisition des connaissances théoriques de base par les cours théoriques.

ü L'acquisition des connaissances pratiques par les travaux pratiques et les stages en entreprise.

ü Un stage de fin de formation qui permet à l'étudiant de parfaire ses connaissances et se familiariser avec le milieu professionnel.

II. PRESENTATION DE L'ONATEL

L'Office National des Télécommunications (ONATEL) est une Société d'Etat créée le 02 novembre 1968 au capital de 12.000.000.000 F CFA.

Il a pour mission de fournir des services de télécommunication de bonne qualité au plus grand nombre et aux meilleurs coûts.

L'ONATEL a pour objectif :

· la mise en place et l'exploitation du service public de télécommunications dans les conditions prévues par les textes en vigueur ;

· la préparation et l'exécution des plans d'équipement en matière de

télécommunications.

Ses activités sont principalement axées sur :

- La téléphonie fixe et mobile,

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- La transmission de données,

- Les liaisons spécialisées,

- L'accès à l'Internet.

II.1 Acquis et Réalisations

L'ONATEL bénéficie du projet Initiative Internet pour l'Afrique (projet HA) qui a permis la création de cinq (5) noeuds secondaires dans les principales villes et le renforcement du Centre d'Etudes et de Formation aux Technologies de l'Information (CEFTI).

> Réseaux locaux

En dehors de quelques systèmes à Ouagadougou et à Bobo-Dioulasso, les réseaux locaux des grandes villes sont constitués de systèmes classiques comprenant des câbles de transport et de distribution placés dans des canalisations enrobées et/sinon allégées et de divers équipements (armoires, poteaux). Les réseaux des localités sont essentiellement aériens.

> Noeud d'accès Internet

Le noeud d'accès à l'Internet (FASONET) a été acquis et installé par l'ONATEL en 1996. Au 31 Décembre 1999, le réseau FASONET comprenait :

- un noeud central offrant 256 ports d'accès IP

- une liaison internationale de 1Mb avec TELGLOBE.

- cinq fournisseurs de services à base commerciale (CENATRIN, ZCP, Net Access, LIPTINFOR) et un fournisseur non commercial (DELGI).

> Réseaux par satellite

Les réseaux de transmission par satellite sont composés de deux stations terriennes standards mis en service en 1991 et en 1987.

> Réseaux mobiles cellulaires

Mis en service en 1996, le réseau mobile cellulaire de type GSM 800 couvre presque toutes les provinces du Burkina actuellement. Au 31 Décembre 2005, le réseau compte

environ plus de 300 000 abonnés permanents

> Marketini et exploitation commerciale

Les récents modèles et tendances qu'engendre l'évolution des télécommunications ont conduit l'ONATEL à développer quatre (4) stratégies maîtresses :

Les produits et services de base : Garantir la disponibilité, l'accessibilité et les

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performances (qualité, prix, service).

Les produits et services supplémentaires ou périphériques : Exploitation et vulgarisation des services à valeur ajoutée qui apportent de la valeur au client grâce aux possibilités qu'offrent les nouveaux centraux numériques.

Combinaisons des services : Plusieurs combinaisons entre les services de base et les services supplémentaires visant la satisfaction totale des besoins des consommateurs. Cette combinaison sera déterminante pour les modèles de demain.

Les solutions globales pour les entreprises et institutions : Une approche « Grands Comptes et télécommunications d'entreprise » a été développée dans le but de conseiller, d'assister et de solutionner les besoins en télécommunications des grandes organisations.

> Interconnexions : Les trois réseaux cellulaires (CELTEL, TELMOB, TELECEL) et le réseau fixe de l'ONATEL sont effectivement interconnectés depuis avril 2001. C'est donc dans un contexte hautement dynamique qu'évoluent les opérateurs des télécommunications au Burkina Faso.

> International : En dehors des relations commerciales décrites plus haut avec les différents pays, l'ONATEL est membre actif dans diverses institutions et organisations internationales et régionales en matière des télécommunications : UIT, UAT, RASCOM, INTELSAT, CTOA, GRAFSAT, CMTL, etc.

Monsieur Moussa SANFO est l'actuel Directeur Général de l'ONATEL. Il est assisté de douze (12) directeurs centraux, cinq (5) directeurs régionaux et un secrétaire général.

Vous trouverez à l'annexe 1 paie56 l'or2ani2ramme détaillé de l'ONATEL.

11.2. La Direction de l'Informatique et des Nouvelles Technologies

Placée sous l'autorité du Directeur Général, la Direction de l'Informatique et des Nouvelles Technologies (DINT) a pour mission d'une part la définition, l'élaboration et la mise en oeuvre de la politique informatique de la société, en collaboration avec les directions centrales concernées et d'autre part la définition, l'élaboration et la mise en oeuvre de la politique de la société en matière de Nouvelles Technologies de Communication (Internet, Multimédia, Serveurs, etc.).

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11.3. Le Département Maintenance et Développement Informatique

Placé sous l'autorité du Directeur de l'Informatique des Nouvelles Technologies, le Département Maintenance et Développement Informatique (DMDI) est chargé de:

- Assurer la maintenance des réseaux et systèmes informatiques (facturation, comptabilité, école, ressources humaines, stocks) ;

- Développer et maintenir les terminaux des liaisons spécialisées ;

- Administrer les réseaux et les systèmes ;

- Développer et maintenir les réseaux pour des tiers ;

- Développer et maintenir les serveurs de la société.

Il exécute toute autre mission confiée par le supérieur hiérarchique.

Le Département Maintenance et Développement Informatique comprennent :

- Un Service Maintenance Système et Réseaux,

- Un Service Développement Système et Réseaux,

- Un centre de serveurs.

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DEUXIEME PARTIE

ETUDE DU THEME

LES INTERACTIONS ENTRE

LA CARTE GRAPHIQUE

ET LE MICROPROCESSEUR

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I. PRESENTATION D'UN ORDINATEUR I.1. Présentation d'un ordinateur

Un ordinateur est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire Le mot « ordinateur » provient de la firme IBM. Il est composé de deux parties essentielles :

- La ressource matérielle qui est le hardware,

- La ressource logicielle qui est le software.

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Fig.1 Schéma de l'architecture d'un ordinateur

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Fig.2 : un ordinateur de bureau

1.2. Présentation de la carte mère

La carte mère est en fait le système nerveux du PC. C'est sur elle que sont connectés tous les éléments du PC. Une carte mère comporte toujours les éléments suivants :

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- Un chipset,

- Un BIOS (Basic Input Output System, c'est la mémoire de démarrage du PC),

- Une horloge interne gérée par une pile lorsque le PC est éteint,

- Des bus (liaisons physiques reliant les différents éléments sur la carte mère).

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Fig.3. Une carte mère

On différencie les cartes mères grâce au :

· Facteur d'encombrement,

· Chipset,

· Support de processeur (Socket),

· Fonctionnalités intégrées (depend du chipset).

> Le facteur d'encombrement :

Ce sont en fait les normes qui définissent les dimensions et la forme géométrique de la carte mère. Il existe différents facteurs d'encombrement tel que :

- ATX, qui est le plus répandu aujourd'hui

- AT, ancêtre de l'ATX, presque totalement disparu aujourd'hui

- Baby AT gère des cartes mères plus petites.

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> Le chipset (ensemble de puces ou jeu de composants ou jeu de circuits)

Fig.4. Un chipset de marque SIS

On appelle chipset, l'élément chargé d'aiguiller les informations entre les différents bus de l'ordinateur afin de permettre à tous les éléments constitutifs de l'ordinateur de communiquer entre eux. Le chipset était originalement composé d'un grand nombre de composants électroniques, ce qui explique son nom. Il est généralement composé de deux éléments :

Le North Bridge (Pont Nord ou Northern Bridge, appelé également contrôleur mémoire) est chargé de contrôler les échanges entre le processeur et la mémoire vive. C'est la raison pour laquelle il est situé géographiquement proche du processeur. Il est parfois appelé GMCH, pour Graphic and Memory Controller Hub. Il est le composant principal. Il contient le contrôleur de mémoire vive et de mémoire cache. Il sert aussi d'interface entre le bus principal à 66 ou 100 Mhz et le bus d'extension AGP. Il est le seul composant, en dehors du processeur, qui tourne à la vitesse de bus processeur. C'est grâce à elle que le processeur communique avec la carte graphique.

Le South Bridge (Pont Sud ou Southern Bridge, appelé également contrôleur d'entrée-sortie ou contrôleur d'extension) gère les communications avec les périphériques d'entrée-sortie. Le pont sud est également appelé ICH (I/O Controller Hub).

On parle généralement de bridge (en français pont) pour désigner un élément d'interconnexion entre deux bus. Il est cadencé à une fréquence plus basse. Il est chargé d'interfacer les slots d'extensions ISA, EISA ou encore PCI. Il se charge aussi de tous les connecteurs I/O, tels que les prises séries, parallèles, USB, ainsi que les contrôleurs IDE et FLOPPY. Il prend aussi en charge l'horloge système et les contrôleurs d'interruptions et DMA.

Le chipset est composé de différents chips, chargé chacun de piloter un composant précis. Le type de chipset définit les composants supportés par la carte mère. Dès lors, il est important de veiller au type de chipset lors de l'achat d'une nouvelle carte mère.

D'autre part, le chipset peut gérer beaucoup de fonctions comme :

- l'Ultra DMA 133,

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- le Serial ATA (SATA),						- le RAID,
- l'USB 2.0,
- le son intégré avec enceintes 6.1,
- le réseau,
CPU		Backside bus		Cache	- le chipset graphique intégré, - le FireWire.
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BUS processeur 6E. à 200 MHz

BUS memoi-e		&m.	66 à 200 MHz

			Pont Nord	AGP
Bus AGP

Liaison pont nr2rd
·pont sud

^uni SCSI

BUS SCSI 7 à 15 - périphériques 4.Ji80 MHz maximum

Bus PCI

33/86.'1:3.3 MH

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Bus ISA
B MHz

LAN			100 Mo,s

Bus IDE

',001133 Mors

Bus L]SB

6 0 Mois

'127 pérrphériques
maximum

Vidéo

Firewire

100;403 Mois
AC'97

Port série

Port parallèle

Interface flopp^.,.

Pont Sud

Fig.5 Architecture d'une carte mère

> L'horloge temps réel :

C'est un circuit chargé de la synchronisation des signaux du système. Elle est constituée d'un cristal qui, en vibrant, donne des impulsions afin de cadencer le système. On appelle fréquence d'horloge, le nombre de vibrations du cristal par seconde. Plus la fréquence est élevée, plus le système pourra traiter d'informations. Cette fréquence se mesure en MHz. 1 MHz équivaut à 1 million d'opérations par seconde.

> Les ports :

Une carte mère comporte un certain nombre de ports destinés à connecter différents

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périphériques. Voici les plus connus :

Le port ISA : c'est le plus ancien. On ne le trouvait que sur les anciennes machines (386, 486, Pentium et certains Pentium II). Il est très lent comparé aux autres (16 bit, 8 Mhz, ce qui nous fait environ 16 Mo par seconde, ce qui est très lent). Ceci explique en grande partie son abandon.

Le port PCI : Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) : c'est le bus qui est encore d'actualité sur PC avec l'AGP. Son taux de transfert est de 125 Mo par seconde pour les processeurs 32 bits, 2 fois plus pour les processeurs 64 bits. Il communique avec le port PCI. Bien plus rapide que L'ISA (32 bits, 33 Mhz, ce qui nous fait 125 Mo par seconde), le port PCI est encore utilisé dans les configurations les plus récentes. Il n'est lent que pour les cartes graphiques, lesquelles utilisent un port encore plus rapide, le port AGP.

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Le port AGP : Ce port est apparu avec le Pentium II d'Intel en 1997. C'est le plus rapide de tous (32 bit, 66 Mhz pour le AGP lx).

Les débits des différentes normes AGP sont les suivants :

AGP lx: 66, 66 MHz x 1(coef.) x 32 bits /8 = 266.67 Mo/s

AGP 2x: 66, 66 MHz x 2(coef.) x 32 bits /8 = 533.33 Mo/s

AGP 4x: 66, 66 MHz x 4(coef.) x 32 bits /8 = 1, 06 Go/s

AGP 8x: 66, 66 MHz x 8(coef.) X 32 bits /8 = 2, 11 Go/s

Il ne change pas de fréquence mais exploite deux fronts mémoire au lieu d'un, un peu comme la DDR, Cette génération de carte est alimentée en 25 W. La génération de carte suivante se nomme AGP Pro et est alimentée en 50W.

La norme AGP Pro 8x propose un débit de 2 Go/s.

Il est à noter que les différentes normes AGP conservent une compatibilité ascendante, c'est-à-dire qu'un emplacement AGP 8x pourra accueillir des cartes AGP 4x ou AGP 2x

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Les cartes mères récentes sont équipées d'un connecteur AGP général reconnaissable par sa couleur marron (normalisée). Il existe trois types de connecteurs :

19/62

Connecteur AGP 1,5 volts :

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Connecteur AGP 3,3 volts :

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Connecteur AGP universel :

Le PCI Express : Les Pentium IV de l'année 2006 ne seront plus équipé de port AGP et de port PCI mais seulement de ce type de port. Car on peut y brancher tout type de cartes d'extension. C'est un bus série contrairement aux autres bus qui sont des bus parallèles, permettant de transférer de 8 à 64 bits par cycle d'horloge mais à des fréquences limitées. L'avantage du bus série PCI-Express est que l'on à plus ces mêmes limites de fréquence. Le taux de transfert du bus PCI Express offre une vitesse de base de 312 Mo/s (2.5 Gigabit/s) en mode xl. Mais il existe déjà des modes x2, x4, x8, x12, x16 et x32. En mode x32, le PCI Express est capable de transmettre 32x312Mo/s -- 10 Go/s. Le connecteur est tout petit, il comprend 18 pins. Mais on peut augmenter la taille des ces connecteurs x4=64 pins, x8=98 pins, xl6=164 pins.

LX 4X

> Le socket :

Le port destiné au processeur (socket) ne cesse d'évoluer. Il est passé du socket 7 (processeurs Pentiums), au slot 1 chez INTEL, et slot A chez AMD. Mais il fait un retour en force, sous forme de sockets 478 et 775 chez INTEL et socket 462 puis 939 chez AMD. Les chiffres correspondent au nombre de trous du socket.

> Les bus :

On appelle bus, en informatique, un ensemble de liaisons physiques (câbles, pistes de circuits imprimés, etc.) pouvant être exploitées en commun par plusieurs éléments matériels afin de communiquer. Les bus ont pour but de réduire le nombre de « voies » nécessaires à la communication des différents composants, en mutualisant les communications sur

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une seule voie de données. C'est la raison pour laquelle la métaphore d'« autoroute de données » est parfois utilisée.

On caractérise un bus par sa fréquence (cadence de transmission des bits) et sa largeur (nombre de bits pouvant être transmis simultanément).

Le bus système : appelé aussi FSB pour Front Side Bus, est le bus qui assure le transport de données entre le processeur et la mémoire vive en passant par le pont nord. C'est de lui qu'il s'agit lorsque l'on parle de bus 133 Mhz, 266 Mhz. C'est un bus 64 bits.

Le bus série : c'est le bus que tous les PC possèdent, celui qui débouche sur le port servant à brancher une souris ou un modem, ou encore certains périphériques de jeux. Ses défauts sont sa lenteur extrême car les données ne sont envoyées que bit par bit (0 ou 1).

Le bus parallèle : c'est le bus qui communique avec le port parallèle, qui sert à brancher l'imprimante, le scanner, des graveurs externes, etc. Il est 8 fois plus rapide que le port série (les informations sont transmises par tranche de 8 bits, soit 1 octet à la fois), mais toujours lent si on le compare aux bus USB et FIREWIRE.

Le bus USB (Universal Serial Bus) : il est largement plus rapide que le bus parallèle et peut aller à la vitesse de 1.5 Mo par seconde pour l'USB 1.1. L'USB 2.0 peut quant à lui monter à 60 Mo par seconde ! Il est relié au port USB qui sert à brancher presque tous les périphériques du marché : Webcams, modems, imprimantes, scanners, manettes de jeu... Son avantage est de pouvoir en théorie brancher 127 périphériques !

Le bus FIREWIRE : il permet de brancher 63 périphériques et offre des caractéristiques semblables à l'USB, en beaucoup plus performant. Le bus FIREWIRE permet d'atteindre de 100 à 400 Mo par seconde ! Ses défauts sont que les périphériques qui se branchent sur ce type de port sont rares (et chers).

Le bus ISA (Industry Standard Architecture) : c'est le bus archaïque du PC avec le port série! Il fonctionne en 8 bits (1 octet) pour les ordinateurs anciens, ou 16 bits pour les ordinateurs récents disposant encore de ce type de bus. Son taux de transfert est d'environ 8 Mo par seconde pour le 8 bit et 16 Mo par seconde pour le 16 bit.

Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) : C'est le bus qui est encore d'actualité sur les ordinateurs avec l'AGP. Son taux de transfert est de 125 Mo par seconde pour les processeurs 32 bits et double avec les processeurs 64bit. Il communique avec le port PCI.

Le bus AGP (Accelerated Graphic Port) : Il est apparu avec le Pentium II en 1997. Il

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permet de traiter 32 bits à la fois et à une fréquence de bus de 66 MHz. Sa qualité est sa rapidité (500 Mo par seconde pour le 2 X et 1 Go pour le 4 X, et maintenant 2 Go par seconde pour le 8x). Il communique avec le port AGP.

Liaison pont nord/pont sud : Ses caractéristiques dépendent du chipset utilisé.

Chaque fabricant a en effet développé une solution propriétaire pour connecter les deux composants de leur chipset. Pour Intel, c'est Intel Hub Architecture (IHA) dont les débits atteignent 533 Mo/s. Pour Nvidia (en collaboration avec AMD), c'est l'Hyper Transport qui atteint des débits de 800 Mo/s.

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II. GENERALITES SUR LES CARTES GRAPHIQUES

L'essentiel de l'information circulant entre l'Homme et l'ordinateur passe par l'affichage à l'écran. Il est donc normal que ce critère soit analysé avec minutie. L'achat d'un écran, paramètre trop souvent négligé, n'est pas à prendre à la légère. Si la lenteur de la machine handicape votre productivité et met à rude épreuve votre patience, ce ne sont là que de bien piètres arguments en face de l'essentiel : à savoir la santé. Car la qualité de l'affichage a une incidence directe sur la fatigue oculaire. Une mauvaise définition, trop de radiations, un mauvais rafraîchissement ou une mauvaise stabilité de l'image peut entraîner une fatigue inutile de l'oeil. On sait ce qu'il en advient.

Tant le moniteur que la carte graphique sont responsables de ce type de désagrément. Cependant, si le choix d'un bon moniteur est l'amorce d'une solution, celle-ci sera insuffisante tant que la carte graphique associée à ce moniteur ne sera pas de qualité au moins égale.

Fig.6 : Carte graphique avec sortie DVI

ILL Historique

Historiquement, les concepteurs d'ordinateurs ont rapidement demandé à disposer d'une mémoire dédiée pour l'affichage des caractères, et éventuellement graphiques, séparée de la mémoire générale utilisée pour les calculs et le stockage des programmes. En effet, ils disposaient de circuits intégrés spécifiques destinés à générer les signaux d'affichage. Ces circuits devaient eux-mêmes respecter une synchronisation parfaite pour s'accorder avec les balayages des tubes cathodiques.

Les deux premiers standards d'adaptateurs graphiques de l'ère PC (MDA et CGA) étaient tous deux basés sur le contrôleur vidéo Motorola MC6845.

Le mode MDA (Monochrome Display Adapter)

Le standard Monochrome Display Adapter d'IBM, né en 1981 avec le premier PC de Big blue, a régné plusieurs années dans l'affichage monochrome. Son mode d'affichage unique pouvait traiter 25 lignes de 80 colonnes, et sa mémoire permettait de stocker une seule page

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écran. La mode MDA, est le mode d'affichage des écrans monochromes fournissant un affichage en mode texte de 80 colonnes par 25 lignes. Ce mode permettait d'afficher uniquement des caractères ASCII. Le moniteur MDA a aujourd'hui disparu (on n'en fabrique plus).

Le mode CGA (colon Graphics Adapter)

La carte CGA présentait un standard concurrent au MDA. Elle disposait d'une sortie directe vers un écran de télévision : pour exploiter la couleur, il n'était pas nécessaire d'acheter un moniteur spécial. Le mode CGA est apparu en 1981 peu après le mode MDA avec l'arrivée du PC. Ce mode graphique permettait :

- Un affichage en mode texte amélioré, permettant d'afficher les caractères avec 4 couleurs

- Un affichage en mode graphique permettant d'afficher les pixels en 4 couleurs avec une résolution de 320x200.

Le mode HGC (Hercules Graphic Card)

Dès 1982, un nouveau standard faisait son apparition. Il poussait le contrôleur Motorola M6845 dans ses derniers retranchements pour afficher du graphisme monochrome en 720 x 348 pixels. Compatible MDA, la carte HGC pouvait gérer deux pages graphiques et faisait entrer la micro-informatique dans le domaine de la « haute résolution ».

C'est à cette époque que le processeur graphique fit son apparition. Ce processeur
prend en charge les travaux complexes de graphisme, soulageant d'autant le

microprocesseur. Les cartes graphiques se mirent à dessiner des courbes, des cercles, etc. Le mode EGA (Enhanced Graphic Adapter)

En 1985, une nouvelle carte graphique apparaissait, sous un nouveau standard : EGA. Compatible MDA et CGA, la carte EGA était et est toujours capable d'afficher des graphismes sous 640 x 650 pixels en monochrome ou en seize couleurs. La RAM propre à la carte est passée à 256 Ko (kilo-octet). Le mode EGA est apparu au début des années 1985. Il permettait d'afficher 16 couleurs avec une résolution de 640x350, soit des graphismes beaucoup plus fins qu'en mode CGA.

Le mode VGA (Vidéo Graphic Array)

En 1987, le mode VGA accompagnait la naissance du PS/2. Compatible MDA, CGA, HGC, et EGA, Il permet une résolution de 720x400 en mode texte et une résolution de 640 par 480 (640x480) en mode graphique 16 couleurs. Il permet également d'afficher 256 couleurs avec une définition de 320x200 (mode également connu sous le nom de MCGA

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pour Multi-Colour Graphics Array). La RAM propre à la carte passait à 512 Ko, permettant de gérer 262000 nuances de couleurs. Le VGA est rapidement devenu le mode d'affichage minimum pour les ordinateurs de type PC.

Le mode XGA (eXtended Graphics Array)

In 1990, IBM a introduit le XGA. La version 2 de ce mode d'affichage, baptisé XGA-2 offrait une résolution supérieure.

Le mode SVGA (Super Video Graphics Array) est un mode graphique permettant d'afficher 256 couleurs à des résolutions de 640x200, 640x350 et 640x480. Le SVGA permet également d'afficher des définitions supérieures telles que le 800x600 ou le 1024x768 en affichant moins de couleurs.

Aujourd'hui on a les standards VESA, SXGA, WUXGA, WXGA, WSXGA, WSXGA-F, UXGA. Ces modes définissent des résolutions de 800 x 600, 1280 x 768, 1600 x 1200, 1280 x 800, 1920 x 1200, 1680 x 1050 et 1600 x 1024 avec 16 millions de couleurs.

C'est sur que de nos jours la liste est encore longue car la technologie évolue à grande vitesse.

Dans les cartes graphiques évoluées de 2005, la mémoire vidéo stocke des images (une image en cours d'affichage, une autre en cours d'écriture (qui pourra être affichée plus tard), des textures (images représentant des 'tapisseries' de pierres, bois, herbe...), des objets en 3 dimensions, etc. Le processeur d'affichage assemble et anime ces différents éléments.

De nombreux ordinateurs modernes bon marché n'ont pas de mémoire spécifique pour la vidéo, mais utilisent une partie dédiée de la RAM. On parle de mémoire partagée.

11.2. Généralités

La carte graphique (en anglais graphic adapter), parfois appelée carte vidéo ou accélérateur graphique, est l'élément de l'ordinateur chargé de convertir les données numériques à afficher, envoyées par le microprocesseur, en données graphiques exploitables par un périphérique d'affichage. Le rôle de la carte graphique était initialement l'envoi de pixels graphiques à un écran, ainsi qu'un ensemble de manipulations graphiques simples

- Déplacement des blocs (curseur de la souris par exemple) ;

- Tracé de lignes ;

- Tracé de polygones, etc.

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Mais les cartes graphiques récentes sont équipées de processeurs spécialisés dans le calcul de scènes graphiques complexes en 3D !!!

Sous le terme de carte graphique se cache tout un ensemble de cartes plus ou moins complexes, plus ou moins puissantes, et donc plus ou moins chères. Alors qu'à ses débuts, la carte vidéo se chargeait uniquement d'afficher une simple image formée de points colorés, les derniers modèles apparus se chargent d'afficher des images d'une grande complexité.

Il y a 5 composants principaux sur une carte graphique :

- Le processeur graphique ou le GPU (le processeur central de la carte graphique),

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	pi.coseu I I^. erneeI bnll IlPilLII mém,,,,, idéo / mm m mm m	- Le Ram Dac, - Le bios vidéo, - La mémoire vidéo, - Les éventuelles entrées-sorties vidéos.
-	-

11.2.1. Le processeur graphique ou GPU

Un processeur graphique (appelé GPU, pour Graphics Processor Unit), est le processeur central de la carte graphique et chargé de traiter les images en fonction de la résolution et de la profondeur de codage sélectionnée. C'est un chipset spécialisé dans la gestion des fonctions graphiques 2D, 3D et l'accélération vidéo (MPEG1, MPEG2). C'est le coeur de la carte. En raison de la température que peut atteindre le processeur graphique, il est parfois surmonté d'un radiateur et d'un ventilateur.

Aujourd'hui, les GPU possèdent des fonctions très avancées, telles que la gestion de lumière, de l'ombrage dynamique, du relief, etc. Chaque génération de GPU apporte son lot d'innovations technologiques, qui sont plus ou moins utilisées dans les jeux. Le principal intérêt est de soulager le processeur central, et donc d'accélérer le jeu et, ainsi, d'améliorer la fluidité. Cela peut aussi améliorer le graphisme, ajouter du contraste et surtout avoir un rendu plus réaliste. La fréquence du GPU (200 - 500 Mhz) est bien moindre que celle des processeurs classiques, mais une carte graphique haut de gamme nécessite au moins 1.8 GHz pour délivrer toute sa puissance !!!

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11.2.2. Le Ram Dac

Le Ram Dac (random access memory digital-analog converter) permet de convertir les images numériques stockées dans le frame buffer en signaux analogiques à envoyer au moniteur. Il transforme les données numériques de la mémoire vidéo en données analogiques afin qu'elles puissent être lues par le moniteur. Il convertit le signal numérique en signal analogique nécessaire au moniteur. Par contre les écrans LCD sont pilotés par un signal numérique d'ou une reconversion du signal analogique en signal numérique. A chaque conversion on ne peut échapper à une perte de la qualité de l'image. De la fréquence du Ram Dac dépend le taux de rafraîchissement maximal de l'image sur le moniteur. Elle détermine les taux de rafraîchissement (nombre d'images par seconde, exprimé en Hertz - Hz) que la carte graphique peut supporter car aujourd'hui la majorité des cartes graphiques disposent quasiment des mêmes Ram Dac. Un Ram Dac d'au moins 250 Mhz est un minimum aujourd'hui. Les sorties couleurs (composantes Rouge, vert, bleu) sont en Analogique (75 ohm 0 à 0.714 Vp-p). Les sorties Synchro sont en TTL (Transistor Transistor Logic) : Signaux à 2 valeurs: Ov et 5v.

11.2.3. Le bios vidéo

Le Bios vidéo (Basic Input Ouput System) permet de gérer tous ces composants. Comme une carte mère, une carte graphique se compose d'un processeur, d'une mémoire, de connecteur(s) permettant de transférer les données vers le moniteur et ainsi afficher une image. Ce Bios vidéo ne gère que la carte graphique indépendamment de celui qui se trouve sur la carte mère. Dés la mise sous tension du PC le premier écran visible, affiche l'identification du bios vidéo, sa version ainsi que son code fabricant. Ce Bios, intimement lié à la carte graphique, est déterminant sur les performances vidéo. Le bios vidéo contient les paramètres de la carte graphique, notamment les modes graphiques que celle-ci supporte.

11.2.4. La mémoire vidéo

La mémoire vidéo est chargée de conserver les images traitées par le processeur graphique avant l'affichage. Plus la quantité de mémoire vidéo est importante, plus la carte graphique pourra gérer de textures lors de l'affichage de scènes en 3D. On parle généralement de frame buffer pour désigner la partie de la mémoire vidéo servant à stocker les images avant

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l'affichage. Les cartes graphiques sont tributaires du type de mémoire utilisée, car leur temps de réponse est déterminant pour la vitesse d'affichage des images, ainsi que de la quantité de mémoire, jouant sur le nombre et la résolution des images pouvant être stockées dans le frame buffer.

La mémoire est aussi utilisée pour charger des textures en avance (utilisées en 3D) d'où un gain de performance qui autorise des affichages fluides pour les jeux les plus gourmands. La mémoire vidéo permet d'accélérer la vitesse de traitement de l'ordinateur. L'image affichée à l'écran est stockée dans la mémoire vidéo. Lorsqu'on est en mode texte, ce sont les caractères ASCII et leur couleur qui sont stockées. En mode graphique, la couleur de chaque pixel est stockée dans la mémoire d'écran.

La taille des mémoires vidéo varie entre 1 Mo et plus de 32 Mo pour les cartes graphiques de haute gamme. La taille standard est de 16 Mo. La résolution de l'affichage ou le nombre de couleurs disponibles dépend de la taille de cette mémoire. Aujourd'hui, dans le monde de la 3D, la mémoire vidéo sert à placer les textures. Plus cette mémoire sera importante, plus les jeux seront détaillés. Le standard se situe actuellement à 128 Mo, les cartes haut de gamme disposent la plupart du temps de 256 Mo.

Résolution	16	256	32 768	65 536		16 777 216	en pixels
couleurs	couleurs	couleurs	couleurs	couleurs		640 x 480 150 Ko
300 Ko		563 Ko	600 Ko	900 Ko		800 x 600 234 Ko
469 Ko		879 Ko	938Ko	1 406 Ko		1 024 x 768 384 Ko
768 Ko		1 440 Ko	1 536 Ko	2 304 Ko		1 280 x 1 024
640 Ko	1 280 Ko	2 400 Ko	2 560 Ko	3 840 Ko		1 600 x 1 200 938Ko
1 875 Ko		3 516 Ko	3 750 Ko	5 625 Ko

Dans un dispositif électronique (ordinateur, téléphone mobile, etc.), la mémoire dédiée au stockage des éléments destinés à être affichés est habituellement nommée VRAM.

Il y a aussi un autre facteur très important, c'est la vitesse de la mémoire.

Aujourd'hui, il existe deux types de mémoire vidéo :

- La mémoire SDRAM identique à la mémoire vive des PC.

- La mémoire DDR-SDRAM (Double Data Rate), exploitant les fronts montants et descendants de la mémoire, autrement dit la bande passante est doublée par rapport à la SD-

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RAM à même fréquence. On trouve plutôt ce type de mémoire sur les cartes graphiques moyennes et haut de gamme.Il faut aussi prendre en compte la largeur du bus de la mémoire. La plupart des mémoires fonctionnent sur 128 bits. Or, pour les cartes graphiques bas de gamme, les constructeurs proposent de la mémoire avec des largeurs de bus inférieures, par exemple 64 bits. La bande passante est alors divisée par deux.

Vitesse de la	Type de	Largeur	Bande
mémoire	mémoire	de bus	passante
200 MHz	SDram	64 bits	1.5 Go/s
200 MHz	SDram	128 bits	3 Go/s
200 MHz	DDR-SDram	128 bits	6 Go/s

On appelle fréquence de lecture de la mémoire vidéo, la fréquence avec laquelle le contrôleur vidéo effectue une lecture de tout ou une partie du contenu de la mémoire à intervalle régulier.

Anecdote

En 1982, une mémoire vidéo comptait 1K à 2K octets. En 2005, une mémoire vidéo de téléphone portable compte typiquement 100K octets. Une mémoire vidéo de carte graphique de PC compte de 16 à 256 Mo.

Quelques types de mémoires:

La DRAM (Dynamic Random Access Memory), qui se positionne à un instant donné, soit en mode lecture, soit en mode écriture. Elle doit être sans cesse rafraîchie pour conserver les données.

La VRAM (Vidéo Random Access Memory) mémoire vidéo qui fonctionne avec deux entrées-sorties afin d'accélérer l'affichage.

La WRAM (Windows Random Access Memory) comme la VRam, elle possède deux canaux d'entrée-sortie. (60ns)

La SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) Toutes les opérations dans la SDRAM sont synchronisées avec le signal d'horloge. (10 ns)

La SGRAM (Synchronous Graphics Random Access Memory) (8ns - 10 ns).

11.2.5. Les entrées et sorties vidéo ou interfaces

Quelques cartes possèdent aussi un tuner vidéo, qui permet de regarder la télé sur son PC,

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LES INTERACTIONS ENTRE LA CARTE GRAPHIQUE ET LE MICROPROCESSEUR

ou encore un port DVI en plus du port VGA. Équipée de telles cartes, l'ordinateur devient une véritable télé associée à un magnétoscope. La connectique de sortie est au format S- Vidéo avec, souvent, un adaptateur S-Vidéo/composite. Certaines cartes disposent de plusieurs sorties VGA pour pouvoir brancher deux écrans sur son ordinateur: le DUAL HEAD.

L'intérêt du DUAL HEAD est de disposer d'un affichage plus étendu sous Windows. On peut ainsi ouvrir plus de programmes tout en se repérant mieux.

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Fig.7. les entrées-sorties d'une carte graphique

> L'interface VGA standard: Les cartes graphiques sont la plupart du temps équipées d'un connecteur VGA 15 broches (Mini Sub-D, composé de 3 séries de 5 broches), généralement de couleur bleue, permettant notamment la connexion d'un écran CRT. Ce type d'interface permet d'envoyer à l'écran trois (3) signaux analogiques

correspondant aux composantes rouges, bleues et vertes de l'image. veee.

·
·

Fig.8. L'interface VGA

> L'interface DVI (Digital Video Interface), né en Mars 1999, est présente sur certaines cartes graphiques. Il permet d'envoyer, aux écrans le supportant (le plus souvent les écrans LCD), des données numériques. Ceci permet d'éviter des conversions

numériques analogiques, puis analogiques numériques, inutiles.

Ce connecteur envoie des signaux numériques aux écrans qui abandonnent du coup ses propres convertisseurs améliorant ainsi la qualité de l'image. Le connecteur DVI

transmettra des signaux analogiques destinés aux moniteurs à tube cathodique. Pour ces derniers il n'y aura pas une meilleure qualité d'image mais sans doute un meilleur dialogue avec la carte graphique.

Fi2.9. L'interface DVI

> L'interface S-Vidéo : De plus en plus de cartes sont équipée d'une prise S30/62

Vidéo permettant d'afficher les images sur une télévision, c'est la raison pour laquelle elle est souvent appelée prise télé (notée « TV-out »).

Fig.10.L'interface S-Vidéo

> L'interface Video In : L'entrée vidéo ou video in est une entrée specialisée Presente sur la carte graphique. Elle sert notamment à visionner des vidéos qui se jouent hors du pc. Certains l'utilisent pour enregistrer des vidéos d'une bande magnétique sur le pc. Par le logiciel qui accompagne la carte graphique, on peut projeter sur le moniteur des films lus par des lecteurs DVD ou un magnétoscope.

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I DVI

CRT

BUS

GPLJ

Mémoire
vidéo

RAAADAC

,

11.2.6. Performances graphiques

Les performances d'une carte graphique dépendent en grande partie du processeur central. Plus la résolution augmente, plus le travail de la carte graphique sera important. La carte graphique doit être adaptée au moniteur. En effet, choisir un moniteur capable d'afficher une résolution de 1024 x 768 en non entrelacement avec un taux de rafraîchissement vertical de 100 Hz alors que la carte graphique se contente d'émettre ce mode avec un taux de 75 Hz est inutile. Mais il ne faut pas non plus avoir un processeur de 3 gHz pour une carte graphique avec une mémoire de 8 Mo.

> Les cartes graphiques AGP :

La plupart des cartes graphiques se placent sur le port AGP. Celui-ci est totalement différent d'un port PCI tant physiquement que par sa vitesse. En effet le port AGP permet de partager la mémoire vive du PC quand la mémoire de la carte graphique est saturée. Cependant cette méthode d'accès est nettement plus lente que celle de l'accès à la mémoire de la carte graphique. Il s'agit du type de bus utilisé pour connecter la carte graphique à la carte mère. Le bus AGP est ainsi spécialement prévu pour accepter des débits importants de données, nécessaire pour l'affichage de séquences vidéo ou du 3D.

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Alimentation

Les cartes 3D professionnelles disposent d'une version AGP Pro avec alimentation renforcée.

AGP 1.0: 3.3 V - lx, 2x

AGP 2.0: 1.5 V - lx, 2x, 4x

AGP 2.0 universel: 1.5 V, 3.3 V - lx, 2x, 4x

AGP 3.0 (le plus récent) : 1.5 V - 4x, 8x.

Une communication AGP en 2x donne

un débit qu'atteindrait le bus PCI 133 MHz, soit un débit maximal de 532 Mo/ s. Cependant, une fois encore, certaines solutions AGP lx peuvent s'avérer aussi rapides qu'une communication 2x selon l'efficacité de la gestion des données transférées à

chaque cycle d'horloge ! Le nouveau mode AGP 8x autorise des débits supérieurs à 2 Go/s. Il existe des problèmes de compatibilité entre les différentes générations, les cartes graphiques consommant de plus en plus d'énergie. Les cartes AGP 4x et plus ne peuvent fonctionner sur les ports AGP lx, d'ailleurs, un détrompeur a été placé sur ces cartes. Pourtant ces interfaces ne sont que partiellement exploitées, car c'est surtout la vitesse de la mémoire graphique qui s'est s'avérée insuffisante. Ainsi les cartes graphiques « haut de gamme » utilisent souvent des mémoires de technologie supérieure à la mémoire centrale.

Par exemple, les cartes graphiques « haut de gamme » d'ATI furent équipées de mémoire GDDR3 avec un BUS de 256 bits. A sa sortie, Intel a créé un groupe d'industriels ouvert dont l'objectif fut d'assurer la promotion de la spécification du bus AGP. Parmi eux ATI, Cirrus Logic, IBM, Microsoft, S3 et Trident.

Les fabricants de cartes graphiques ont pu utiliser gratuitement les spécifications du bus en échange de la libre utilisation de leurs travaux sur ce sujet. Cette politique avait déjà été utilisée avec succès pour les bus PCI et USB. Le bus PCI Express possède de meilleures performances que le bus AGP et est amené à le remplacer ainsi que le port PCI. Dans le futur il n'y aura pas d'AGP 16x. Le successeur de l'AGP et du PCI semble être le PCI Express qui supporte aussi bien des cartes graphiques que d'autres cartes.

> Les cartes graphiques PCI :

Il existe des cartes mères dépourvues de port AGP (anciennes cartes mères). Une carte graphique PCI peut être un moyen pour une mise à jour, sachant qu'en général, les capacités du processeur graphique sont le plus souvent limitées sur ce type de machine. Une carte

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PCI représente la meilleure solution pour augmenter les performances 3D. Cependant, les performances n'arriveront jamais au niveau d'une carte graphique dotée d'un port AGP. En effet le débit théorique d'un port PCI est de 133 Mo/s, alors que le port AGP culmine, lui, à 2Go/s (AGP 8X).

11.3. Technologie des cartes graphiques 11.3.1. Les différentes technologies

· :* La technologie DIME (Direct Memory Execution) permet d'effectuer les calculs de textures directement dans la mémoire centrale du système avant de les charger dans la mémoire vidéo de la carte (frame buffer). Cette innovation devrait supprimer la nécessité de stocker les textures dans la mémoire " off-screen " de la carte.

· :* Le PIPELINING permet à la carte AGP de transmettre plusieurs requêtes au CPU simultanément. Il n'est pas nécessaire d'attendre la réponse du microprocesseur pour envoyer la requête suivante. Le protocole PCI nécessite au contraire que chaque requête soit suivie d'une réponse de la carte mère avant de pouvoir envoyer la requête suivante.

Toutefois, le gain effectif en performance dépend essentiellement de la qualité d'implémentation du pipelining par les constructeurs de cartes graphiques

· :* Le " Side Band Signaling "renvoie à l'utilisation d'un ensemble de circuits dédiés s'ajoutant au bus AGP, qui permet de transmettre et de recevoir des données simultanément. En plus du 32 bits du bus, une bande latérale supplémentaire de 8 bits permet à la carte AGP d'envoyer de nouvelles requêtes à la carte mère tout en recevant les données émises par celle-ci à la suite de la requête précédente. Cette possibilité est particulièrement utile lorsque le système est fortement mobilisé par le transfert de textures depuis la mémoire système vers la mémoire d'affichage de la carte ; le " side band signaling " permet alors à la carte AGP de "demander " les textures suivantes avant même que le transfert ne soit achevé. AGP 2x est la capacité de transférer des données à la fois sur le front montant et sur le front descendant de chaque cycle d'horloge du bus 66 MHz. Les transferts des données ne s'effectuaient en effet jusqu'ici que sur les fronts montants de l'horloge du bus. Le contrôleur AGP utilise un " repère de synchronisation " véhiculé par les 8 bits du " side band signaling ". Il fait correspondre les modes de fonctionnement (lx ou 2x) du bus AGP et de la carte graphique de façon à les synchroniser.

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11.3.2. La technologie 2D et 3D

> L'affichage en 2 D :

L'affichage en 2D, dit 2 Dimensions (X, Y), est l'affichage de base, celui que toutes les cartes graphiques savent afficher. L'affichage en 2D sert aux fenêtres de Windows, à MS DOS et aux logiciels basiques, ainsi que ceux ayant un rapport avec le système d'exploitation. C'est ce mode qui sert à l'affichage des données à l'écran. Seuls les jeux récents tirent parti d'un affichage en 3D.

> L'affichage en 3 D :

L'affichage en 3D (X, Y, Z) vient de Matrox qui créa la Matrox mystique, carte graphique gérant les polygones en 3D. Ce fut une véritable révolution. Ensuite, Nec, n'ayant pas réussi à convaincre le public avec son circuit Power VR, c'est la société 3DFX qui s'attela à la tâche, avec brio. Maintenant, les ténors de la 3D se nomment NVIDIA avec le GEFORCE FX ou encore ATI avec son circuit X800. La 3D repose sur ce principe : la carte graphique se charge de créer des points, reliés ensuite par des traits, on applique ensuite une texture, puis différents effets.

Avant, c'était le microprocesseur du PC qui devait effectuer toutes ces opérations. Un processeur très puissant était donc requis, mais les images étaient assez laides. Les nouvelles cartes graphiques 3D prennent toutes ces opérations en charge, soulageant ainsi le processeur. Les images 3D sont devenues ainsi d'une beauté jamais atteinte.

Le domaine de la 3D est beaucoup plus récent, donc plus porteur. On arrive à des puissances de calculs sur PC supérieures à celles de certaines stations de travail.

Le calcul d'une scène 3D est un processus qui se décompose grossièrement en quatre étapes:

- Le script: Mise en place des éléments

- La geometry: Création d'objets simples

- Le setup: Découpage en triangles 2D

- Le rende ring: C'est le rendu, c'est-à-dire le plaquage des textures

Ainsi, plus la carte accélératrice 3D calcule elle-même ces étapes, plus l'affichage n'est pas rapide. Les premières puces n'effectuaient que le rende ring, laissant le processeur s'occuper du reste. Depuis, les cartes possèdent un "setup engine" qui prend en charge les deux dernières étapes.

A titre d'exemple, un Pentium II à 266 Mhz qui calcule les trois premières étapes peut

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calculer 350 000 polygones par secondes, lorsqu'il n'en calcule que deux, il atteint 750 000 polygones par seconde. Cela montre à quel point ces cartes déchargent le microprocesseur. Le type de bus est lui aussi déterminant. Alors que le bus AGP n'apporte aucune amélioration dans le domaine de la 2D, les cartes utilisant ce bus plutôt que le bus PCI sont beaucoup plus performantes. Cela s'explique par le fait que le bus AGP est directement relié à la mémoire vive, ce qui lui offre une bande passante beaucoup plus grande que le bus PCI. Ces produits de haute technologie ont maintenant besoin de la même qualité de fabrication que les processeurs, c'est-à-dire des gravures allant de 0.35 um à 0.25 p,:m.

11.4. Autres cartes graphiques

Constructeurs de carte graphique

Dans l'ordre de popularité :

ATI : Un des grands fabricants de cartes graphiques, il s'est notamment illustré avec la Radeon 9700 qui surpassait au niveau performances pures les Geforce FX de son éternel grand conçurent, nVidia (voir ci dessous). ATI est aujourd'hui devant nVidia au niveau parts de marché.

nVIDIA : nVidia a longtemps dominé le marché des cartes graphiques haut de gamme (avec les cartes Geforce) jusqu'a l'arrivée des Radeon 9700 d'ATi. Leur dernière gamme de produits, les Geforce 6, surpassent désormais les cartes ATi en termes de fonctionnalités grâce au support des Shader Model 3.0, en termes de performances pures c'est ATI qui est un poil au dessus.

Matrox : Les cartes Matrox sont maintenant pratiquement réservées aux professionnels qui recherchent un affichage multi écran. Elles excellent dans le domaine de l'affichage 2D: qualité et rendu des couleurs. Les performances 3D de leurs produits sont plutôt réduites, l'offre Matrox ne s'adresse pas aux joueurs acharnés.

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III. GENERALITES SUR LES MICROPROCESSEURS III.1. Définition

Fig.11. Des microprocesseurs d'ordinateur

Le microprocesseur, (ou en anglais, CPU, sigle de Central Processing Unit pour « Unité centrale de traitement ») est le composant essentiel d'un ordinateur, où sont effectués les principaux calculs. C'est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d'interprétation et d'exécution des instructions d'un programme Sa cadence (fréquence d'exécution des micro-instructions) est exprimée

en hertz. Il ne s'agit pas nécessairement d'un circuit isolé, même si les progrès techniques depuis les premiers emplois du terme le permettent aujourd'hui. Dans ce cas, on a maintenant tendance à préférer le terme de microprocesseur.

Néanmoins, la distinction entre Central Processing Unit, microprocesseur, CPU, processeur est souvent abandonnée au profit d'une banalisation de ces termes. A l'heure actuelle, un microprocesseur regroupe sur quelques millimètres carrés des fonctionnalités toujours plus complexes. Leur puissance continue de s'accroître et leur encombrement diminue régulièrement respectant toujours, pour le moment, la fameuse loi de Moore.

III.1.1. La fréquence

La fréquence d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre d'impulsions par seconde, s'exprime en Hertz (Hz). Ainsi, un ordinateur à 800 MHz possède une horloge envoyant 800.000.000 de battements par seconde. La fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB, Front Side Bus), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère. L'horloge qui synchronise toutes les actions de l'unité centrale. Elle est présente dans les processeurs synchrones, et absente dans les microprocesseurs asynchrones et les microprocesseurs auto synchrones.

111.1.2. La mémoire cache

La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une mémoire

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rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en mémoire vive. En effet, la mémoire centrale de l'ordinateur possède une vitesse bien moins importante que le processeur. Il existe néanmoins des mémoires beaucoup plus rapides, mais dont le coût est très élevé. La solution consiste donc à inclure ce type de mémoire rapide à proximité du microprocesseur et d'y stocker temporairement les principales données devant être traitées par le microprocesseur. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache :

La mémoire cache de premier niveau (appelée L1 Cache, pour Level 1 Cache) est directement intégrée dans le processeur. Elle se subdivise en 2 parties :

- La première est le cache d'instructions, qui contient les instructions issues de la mémoire vive décodées lors de passage dans les pipelines.

- La seconde est le cache de données, qui contient des données issues de la mémoire vive et les données récemment utilisées lors des opérations du processeur.

Les caches du premier niveau sont très rapides d'accès. Leur délai d'accès tend à s'approcher de celui des registres internes aux microprocesseurs.

La mémoire cache de second niveau (appelée L2 Cache, pour Level 2 Cache) est située au niveau du boîtier contenant le processeur (dans la puce). Le cache de second niveau vient s'intercaler entre le processeur avec son cache interne et la mémoire vive. Il est plus rapide d'accès que cette dernière mais moins rapide que le cache de premier niveau.

La mémoire cache de troisième niveau (appelée L3 Cache, pour Level 3 Cache) est située au niveau de la carte mère.

Tous ces niveaux de cache permettent de réduire les temps de latence des différentes mémoires lors du traitement et du transfert des informations. Pendant que le processeur travaille, le contrôleur de cache de premier niveau peut s'interfacer avec celui de second niveau pour faire des transferts d'informations sans bloquer le processeur. De même, le cache de second niveau est interfacé avec celui de la mémoire vive (cache de troisième niveau), pour permettre des transferts sans bloquer le fonctionnement normal du microprocesseur.

La mémoire cache, qui permet d'accélérer les traitements, en diminuant les accès à la RAM. Ces mémoires tampons sont en effet beaucoup plus rapides que la RAM et ralentissent moins la CPU. Le cache instructions reçoit les prochaines instructions à exécuter, le cache donné manipule les données. Parfois, un autre cache unifié est utilisé.

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Dans les microprocesseurs évolués, des unités spéciales du microprocesseur sont dévolues à la recherche, par des moyens statistiques et/ou prédictifs, des prochains accès en mémoire centrale.

111.2. Fonctions du microprocesseur

Le microprocesseur est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumit à un courant électrique, envoie des impulsions, appelées « top ». A chaque top d'horloge le processeur exécute une action, correspondant à une instruction ou une partie d'instruction. L'indicateur appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre moyen de cycles d'horloge nécessaire à l'exécution d'une instruction sur un microprocesseur. La puissance du microprocesseur peut ainsi être caractérisée par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) correspondant à la fréquence du processeur que divise le CPI.

Il est chargé d'organiser les tâches précisées par le programme et d'assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C'est le cerveau du système.

A.LLI

111.2.1. Architecture du microprocesseur

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Un microprocesseur est construit autour de deux éléments principaux : - Une unité de commande

- Une unité de traitement

Remarque :

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Il existe deux types de registres :

- Les registres d'usage général permettent à l'unité de traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus de données internes au microprocesseur.

- Les registres d'adresses (pointeurs) connectés sur le bus adresses.

111.2.1.1. L'unité de commande

Elle permet de séquencer le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction. Comme chaque instruction est codée sous forme binaire, elle en assure le décodage pour enfin réaliser son exécution puis effectue la préparation de l'instruction suivante. Pour cela, elle est composée par :

· Le compteur de programme constitué par un registre dont le contenu est initialisé avec l'adresse de la première instruction du programme Il contient toujours l'adresse de l'instruction à exécuter.

· Le registre d'instruction et le décodeur d'instruction : chacune des instructions à exécuter est rangée dans le registre instruction puis est décodée par le décodeur d'instruction.

Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution des instructions au rythme d'une horloge. Il élabore tous les signaux de synchronisation internes ou externes (bus de commande) du microprocesseur en fonction des divers signaux de commande provenant du décodeur d'instruction ou du registre d'état par exemple. Il s'agit d'un automate réalisé soit de façon câblée (obsolète), soit de façon micro-programmée, on parle alors de micro microprocesseur. Il permet de synchroniser les différents éléments du processeur. En particulier, il initialise les registres lors du démarrage de la machine et il gère les interruptions.

111.2.1.2. L'unité de traitement

C'est le coeur du microprocesseur. Elle regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l'exécution des instructions :

· L'Unité Arithmétique et Logique (UAL) est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage, etc.) ou arithmétiques (Addition, soustraction).

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· Le registre d'état est généralement composé de 8 bits à considérer individuellement. Chacun de ces bits est un indicateur dont l'état dépend du résultat de la dernière opération effectuée par l'UAL. On les appelle indicateur d'état ouflag ou drapeaux. Dans un programme le résultat du test de leur état conditionne souvent le déroulement de la suite du programme. On peut citer par exemple les indicateurs de :

- Retenue (carry : C)

- Retenue intermédiaire (Auxiliary-Carry : AC)

- Signe (Sign : S)

- Débordement (overflow : OV ou V)

- Zéro (Z)

- Parité (Parity : P)

· Les accumulateurs sont des registres de travail qui servent à stocker un opérande au début d'une opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération est utilisé pour stocker les données en cours de traitement par l'UAL.

L'unité d'entrée-sortie, qui prend en charge la communication avec la mémoire de l'ordinateur ou la transmission des ordres destinés à piloter ses microprocesseurs spécialisés, permettant au processeur d'accéder aux périphériques de l'ordinateur.

111.2.2. Principe de fonctionnement

Le CPU est l'unité de traitement de données principale d'un ordinateur, ce qui veut dire qu'il va exécuter les programmes, ce qui peut inclure de déléguer une partie du traitement à d'autres processeurs périphériques. En plus de sa capacité de traitement, il a donc également une fonction de contrôle et de coordination de l'action de l'ensemble des composants d'un ordinateur. Un programme est un ensemble d'instruction situé dans la mémoire centrale de l'ordinateur, que le processeur va lire puis exécuter séquentiellement, à moins d'un saut dans le programme Le temps d'exécution propre à chaque instruction, est exprimé en cycles de l'horloge interne qui cadence l'activité du processeur.

L'exécution d'un programme se féra en plusieurs étapes, chaque étape correspondant à l'exécution d'une instruction. Le microprocesseur doit donc :

- Trouver l'instruction à exécuter

- Reconnaître le type d'instruction à exécuter

- Exécuter l'instruction reconnue.

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Caractéristiques :

Un microprocesseur possède trois types de bus:

Un bus de données, définit la taille des données manipulable (indépendamment de la taille des registres internes).

Un bus d'adresse définit le nombre cases mémoires accessibles.

Un bus de commande définit la gestion du processeur IRQ, RESET etc.

Un microprocesseur est caractérisé par sa capacité d'adressage. C'est le nombre de case mémoire auxquelles il peut accéder. Ainsi, un processeur est dit 8 bits ou 16 bits ou plus suivant la dimension du bus (groupe de fils) d'adresse qu'il possède.

De plus le microprocesseur est caractérisé par la cadence de son horloge exprimée en MHz (mégahertz) ou GHz (gigahertz), la taille de ses registres (8, 16, 32, 64, 128 bits), son jeu d'instructions (ISA en anglais, Instructions Set Architecture) dépendant de la famille (CISC, RISC, etc.), sa finesse de gravure exprimée en nm (nanomètres) et sa microarchitecture interne. Mais ce qui caractérise principalement un processeur est la famille à laquelle, il appartient :

CISC (Complex Instruction Set Computer): choix d'instructions aussi proches que possible d'un langage de haut niveau.

RISC (Reduce Instruction Set Computer): choix d'instructions plus simples et d'une structure permettant une exécution très rapide.

VLIW (Very Long Instruction Word).

DSP (Digital Signal Processor).

Même si la dernière famille (DSP) est relativement spécifique.

En effet un processeur est un composant programmable est donc a priori capable de réaliser tout type de programme Toutefois dans un souci d'optimisation des microprocesseurs spécialisés sont conçus et adaptés à certains types de calculs (3D, son, ...). Les DSP sont des microprocesseurs orientés pour les calculs liés au traitement du signal. Il n'est pas rare de voir implémenté physiquement.

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IV. COMMUNICATION ENTRE LE MICROPROCESSEUR ET LA CARTE GRAPHIQUE

IV.1. Interactions et collaborations

Le microprocesseur de nos PC transmet à la carte vidéo, par l'intermédiaire du pont nord du chipset, une série d'instructions et de données décrivant l'écran à afficher. Ces informations proviennent du microprocesseur, mais de façon "indirecte". En effet le microprocesseur n'envoie pas directement les informations au moniteur, mais traite les informations provenant de sa mémoire vive (RAM), puis les envoie à une carte graphique qui est chargée de convertir les informations en impulsions électriques qu'elle envoie au moniteur. Donc toutes ces informations sont transformées en une série de points et qui sont ensuite communiqués à l'écran.

Dans la plupart des programmes DOS on fonctionne en mode caractère c'est à dire que la carte prend la correspondance en points de chaque caractère dans une table et envoie le tout au moniteur. C'est différent sous Windows ou une autre interface graphique, le système ne transmet à la carte que des descriptions graphiques. Les informations sont beaucoup plus importantes donc des temps d'affichage plus long d'où l'utilisation de processeur graphique et de l'augmentation de la mémoire vidéo. L'utilisation des cartes graphiques équipées de processeur soulage le microprocesseur du PC car les opérations sont prises en charge directement par le ce processeur. De plus elles sont capables de s'adapter à n'importe quel système graphique.

On s'en doute, avec une quantité pareille d'informations à envoyer en permanence vers un écran qui doit être rafraîchi 70 fois par seconde, le microprocesseur, s'il n'est pas débordé, est sérieusement mis à contribution. Le gain en vitesse du système est étroitement lié à la vitesse du microprocesseur puisque c'est lui qui calcule et envoie les ordres d'affichages et qui les exécute par la voie la plus rapide.

Cela dit, le microprocesseur étant le maître d'oeuvre, il a donc pour fonction de :

· Organiser l'enchaînement des tâches précisées dans la mémoire programme, par une exploitation séquentielle des instructions situées aux adresses successives de la mémoire, avec éventuellement, des ruptures de séquence en fonction des sauts programmés,

· Rythmer et synchroniser l'exécution de ces tâches,

· Analyser le contenu du programme, sélectionner, gérer et commander les circuits

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nécessaires à l'exécution de chaque tâche.

· Prendre en compte les informations extérieures au système, celles venants de l'utilisateur: clavier, interrupteur, etc. ; et des capteurs: température, position d'objet, etc.

IV.2. Rôle du pilote vidéo

Si la partie matérielle de l'affichage est importante, la partie logicielle ne l'est pas moins. A vrai dire, l'essentiel des gains de vitesse est lié au pilote graphique.

Pour mieux le comprendre, il faut retracer le parcours d'une image au sein du système. Prenons le cas de Windows qui tend à être le cas d'espèce. Dans cette hypothèse, Windows fournit lui-même les routines d'affichage, déchargeant ainsi les applications de cette tâche ingrate. L'application et Windows dialoguent continuellement, l'une transmettant à l'autre les données à afficher, entre autres choses. Windows procède alors à une "rasterisation" (en français un tramage) de l'image avant de l'envoyer en mémoire. En clair, il construit cette image point par point en mémoire centrale. C'est long et encombrant.

A ce stade, l'image suit le parcours classique : elle transite par le processeur avant d'être envoyée via le bus de données au périphérique d'affichage qu'est l'écran. Le problème vient de ce que les routines d'affichage fournies avec Windows sont loin d'être les plus performantes.

On comprend dès lors où se trouve le réel gain de la carte graphique. Plus l'accélération graphique est riche de primitives de dessins, plus efficaces seront les instructions transmises par le pilote graphique. Il n'est pas rare de disposer d'un matériel assez peu performant et d'augmenter singulièrement les performances d'affichage simplement en intégrant un pilote plus récent.

IV.3. Traitement des données vidéos

La fonction principale de la carte graphique est de traiter les signaux vidéo et de les envoyer à l'écran. Lorsqu'un développeur souhaitera utiliser les fonctionnalités avancées (généralement les opérations 3D) des cartes graphiques modernes, il utilisera des bibliothèques graphiques telles que DirectX ou OpenGL qui permettent de rendre la programmation d'un logiciel plus facile et permet de rendre le code source plus indépendant de la carte graphique.

Toutes les cartes graphiques ont deux moyens d'accès à leur mémoire (ou buffer),

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pendant que l'un est utilisé pour recevoir des informations en provenance du reste du système, l'autre est sollicité pour l'affichage à l'écran. Le premier est un accès aléatoire conventionnel (RAM) comme pour les mémoires centrales, le deuxième est généralement un accès séquentiel à la zone représentant l'écran (pixel buffer). Les jeux demandant de plus en plus de puissance, il fallait trouver un moyen pour que tous les calculs spécifiques à la 3D ne se fassent plus sur le processeur de la carte mère. Depuis une dizaine d'années, les cartes graphiques prennent en charge ces calculs.

Le pilote et la carte graphique sont en étroite collaboration. Au moment de l'intégration de la carte au système, vous installez également le seul et unique pilote nécessaire pour gérer l'affichage. Dès lors le parcours de l'image diffère quelque peu, puisqu'en lieu et place des routines d'affichages de Windows, c'est le pilote graphique associé à votre carte qui prend les choses en main. Il reçoit les données à afficher et les analyse afin d'en tirer les instructions les plus courtes et les plus efficaces pour afficher l'image analysée. Après leur passage en mémoire centrale, ces instructions transitent par le microprocesseur qui se charge de les transmettre à l'accélérateur graphique. C'est là que l'image est intégralement reconstruite avant d'être placée dans la mémoire vidéo. Cette dernière n'a plus alors qu'à la livrer toute chaude au système de conversion digital analogique qui gère les canons du tube cathodique. Le cycle est ainsi bouclé et se répète constamment.

Une des évolutions majeures récentes des cartes graphiques est le fait qu'elles soient devenues programmables.

Le GPU se charge du traitement des instructions envoyées par le pilote graphique. Son rôle est de traiter les objets envoyés par le microprocesseur puis d'en déduire les pixels à afficher. En effet, dans le cas de l'affichage de la scène 3D, le microprocesseur communique au GPU les données à afficher sous forme vectorielle. Les objets sont donc définis par une masse de points représentant leurs coordonnées dans l'espace. Pour afficher un objet à l'écran, le GPU procède en plusieurs étapes :

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Fig.12. Une image en 3D

44/62

placer les objets dans le repère et leur appliquer des transformations (translation, rotation, etc.) ;

b- appliquer les effets de lumières sur chaque objet ;

c- décomposer les objets en petits triangles puis en fragments ;

d- appliquer des textures et des effets sur les fragments ;

e- afficher les pixels résultants de l'association des fragments.

Pour cela, il est constitué d'un immense pipeline principal. Celui-ci comprend au moins un vertex shader (étape a et b), un setup engine (étape c) et un pixel shader (étape d et e).

IV.4. Les différents composants de traitements

IV.4.1. Le contrôleur graphique (Graphics Data Controller)

Le processeur graphique doit pouvoir écrire dans la mémoire vidéo, pour modifier le texte ou changer l'image affichée à l'écran. Le contrôleur graphique propose alors plusieurs modes d'écriture et de lecture de la mémoire vidéo. Ces différents modes servent à accélérer les modifications de l'affichage lors de remplissage de zones avec une même couleur par exemple, ou des copies de portions d'écran. Le contrôleur graphique est donc l'intermédiaire entre le processeur graphique et la mémoire graphique.

IV.4.2. Le séquenceur de timing (Timing Sequencer)

Le séquenceur synchronise tous les composants de la carte cités jusqu'ici. Il est en charge de la gestion de l'horloge. Il s'occupe du rafraîchissement de la mémoire vidéo et de la gestion des accès concurrents à cette mémoire.

On affecte aussi au séquenceur, la gestion du mode d'adressage de la mémoire vidéo. Cette mémoire à une capacité de 256 ko. Pourtant, le processeur ne dispose que d'un espace d'adressage de 64 Ko pour y accéder. Ceci est du au fait que la mémoire vidéo est composée de 4 "plans" de 64 ko. Le choix du plan lorsque le processeur accède à la mémoire dépend du mode d'adressage utilisé.

IV.4.3. Le contrôleur d'attributs (Attribute Controller)

Périodiquement, les données de la mémoire vidéo doivent être analysées pour en déduire l'image affichée à l'écran. Le contrôleur d'attributs va être chargé, durant l'affichage, de déduire à partir des informations en mémoire vidéo (caractères en mode texte ou couleur de pixel en mode graphique) l'index dans la palette du DAC.

IV.4.4. Le contrôleur de tube cathodique (Cathod Ray Tube Controller)
Il commande le déplacement du spot sur l'écran. C'est le rôle dévolu au CRTC. Celui-ci

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possède un grand nombre de registres configurables par le programmeur qui influent directement sur les mouvements du spot. C'est grâce au CRTC qu'on peut, par exemple, modifier la taille et la résolution de l'image. Il existe un lien fort entre la mémoire vidéo et le CRTC. En effet, le CRTC connaît en permanence la position du spot. Il va donc pouvoir sélectionner l'adresse dans la mémoire du pixel (en mode graphique) ou du caractère (en mode texte) que le spot doit afficher à l'écran. Une deuxième fonction du CRTC est donc de calculer l'adresse dans la mémoire vidéo qui contient l'information à afficher sur le moniteur.

IV.4.5. Le convertisseur digital analogique (Digital to Analog Converter)

Le moniteur doit commander l'intensité des trois faisceaux d'électrons (rouge, vert, bleu) qui vont permettre l'affichage des différentes couleurs. Il doit recevoir des signaux analogiques pour commander ces faisceaux, et non des signaux numériques. Le DAC possède une palette qui, à un index de couleur, associe les proportions des trois signaux de base rouge, vert et bleu. Ces proportions peuvent être modifiées par le programmeur pour chacune des 256 couleurs. Le DAC se charge alors de traduire les proportions associées à une couleur en signaux analogiques parfaitement compréhensibles par le moniteur. Remarques:

1) Toutes ces opérations doivent être effectuées pour tous les pixels de la scène à afficher. Pour une image en 1600x1200, cela fait 1 920 000 pixels à calculer, soit près de 6 millions de fragments !!!! D'autant plus que pour bien faire, le GPU doit être capable d'afficher 50 images/s soit calculer 300 millions de fragments par seconde...Ceci explique pourquoi les GPU des cartes 3D récentes sont plus complexes que les derniers microprocesseurs.

2) Pour utiliser au mieux les capacités des cartes graphiques ont dispose d'API (Application Program Interface) qui sont des langages de description et de manipulation des objets :

- Direct3D de Microsoft

- OpenGL

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IV.5. Vue d'ensemble du fonctionnement d'une carte graphique

extérieur

sélection du

mode d'adressage

de la mémoire

TS

GDC	lecture/écriture dans la Mémoire

ATC

adresse

CRTC

adresse du point à afficher dans la mémoire vidéo

mémoire

vidéo

donnée lue
ou à écrire

informations à afficher

index de la couleur dans la palette

gestion du déplacement du spot

signaux analogiques traduisant la couleur du point

DAC

palette

moniteur

Légende

Le Le GDC (Graphics Data Controller) ou contrôleur graphique.

Le TS (Timing Sequencer) ou séquenceur de timing.

L'ATC (Attribute Controller) ou contrôleur d'attributs.

Le CRTC (Cathod Ray Tube Controller) ou contrôleur de tube cathodique.
Le DAC (Digital to Analog Converter) ou convertisseur digital analogique.

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TROISIEME PARTIE

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SEJOUR A L'ONATEL

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LES INTERACTIONS ENTRE LA CARTE GRAPHIQUE ET LE MICROPROCESSEUR

I. DEROULEMENT DU STAGE

C'est dans le service technique de l'ONATEL sis à la direction générale dénommé `Labo' que j'ai eu l'honneur d'effectuer mon stage durant une période de deux (2) mois ; lequel stage m'a permis d'une part de mettre en pratique mes connaissances théoriques acquises à l'école au cours des deux (02) années précédentes, d'autre part, de me familiariser à beaucoup de méthodes techniques relatives à la maintenance informatique. Mon stage s'est déroulé sous la supervision soutenue de mon maître de stage M. Claude OUADRAOGO.

Il faut noter pour la plupart, que la maintenance des ordinateurs de la société est régulièrement assurée au sein de ce local technique; les interventions quotidiennes sont opérées dans les différents bureaux respectifs, sur les noeuds ou sur les liaisons selon les cas.

II. CRITIQUES ET SUGGESTIONS

L'ONATEL est une société très dynamique dont les efforts sont à souligner. Un aspect marquant de ce dynamisme est celui de la ponctualité au travail du personnel. Un respect mutuel au sein de ce service permet au personnel d'assurer correctement son rôle.

Cette bonne ambiance avec le personnel nous a permis de bénéficier d'un cadre idéal pour notre stage.

Nous avons apprécié positivement :

- L'organisation du service maintenance informatique;

- L'harmonie et la cohésion qui règnent au sein de ce service;

- L'amitié et le respect entre agents et stagiaires; de cela découle le bon fonctionnement de toute structure professionnelle ou administrative.

Cependant nous déplorons :

- Le manque d'équipements ou outils au niveau du laboratoire de maintenance qui cause un manque crucial à gagner dans la rapidité et l'efficacité des interventions.

- L'absence ou l'inexistence d'un stock en composants (résistances, condensateurs, etc.) pour les rechanges des composants défectueux lors des tests ou des séances de dépannages.

- Le manque d'un moyen de locomotion propre au service de maintenance pour les interventions hors du l'office. Ceci cause un cumul des courses et un calendrier de travail difficilement honorable.

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Pour améliorer les activités et prestations du service maintenance, nous suggérons :

· D'équiper l'atelier de maintenance en composants électroniques (résistances, condensateurs, ...) et en matériels de dépannage (fer à souder, pompe à dessouder, lecteur CD ROM, etc.).

· Dans le souci de faciliter le déplacement des techniciens, il serait souhaitable que le département de maintenance trouve un moyen de locomotion propre au service de maintenance.

· Organiser des séances de formation portant sur des thèmes informatiques, les pannes logicielles et leurs solutions aux agents de la société.

· L'augmentation du personnel en maintenance informatique afin de rendre la tâche plus légère au seul technicien que compte le service.

Ceci étant un des objectifs poursuivis en matière de la démarche qualité dans une entreprise. Il n'est plus un secret pour personne que le rendement optimal recherché dans de tel domaine requiert une formation continue et un recyclage permanent du personnel afin que celui-ci soit en adaptation constante avec les nouvelles technologies en pleine évolution.

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Conclusion

51/62

Ce stage pratique nous a donné l'opportunité de découvrir le milieu professionnel d'une part, et de nous familiariser avec les composants informatiques d'autre part. Le stage a été l'occasion pour nous de confronter nos connaissances à la pratique et d'acquérir une expérience professionnelle. Quant au rapport, il nous a permis d'abord une connaissance sur le fonctionnement d'une carte graphique et de la complexité des traitements effectuées par un processeur graphique, ensuite de nous imprégner des interrelations et interdépendances entre le microprocesseur et cette dernière.

Le futur technicien que nous sommes, devra disposer de patience, de dynamisme et surtout compte tenu du fait que la technologie avance à grande échelle on doit de temps a autre suivre des formations afin de s'imprégner des nouvelles technologies de pointe.

Au terme de notre étude, nous retiendrons sans doute que la carte graphique est actuellement l'un des composants les plus importants du PC et est victime d'une très grande évolution. C'est l'une des cartes d'extensions les plus indispensables et les plus évolutives. Elle est incontournable car de nos jours, le développement et la complexité des images sur nos écrans et des montages vidéo nécessite des cartes vidéo ou des cartes d'acquisition vidéo de plus en plus performantes comme ceux dotés de processeur à fréquences élevées et qui se connecte sur un port AGP 8x. L'évolution perpétuelle nous informe l'entrée en jeu du port PCI Express qui, avec son débit de 10 Go/s, vient améliorer le transfert de données car il supporte toutes les cartes d'extension. Par conséquent l'étude de ses relations avec le processeur est importante et nous a été très bénéfique.

Notre formation reçue à l'ISIG, le suivi soutenu de notre travail et notre espérance pratique à l'ONATEL nous permettront d'embrasser avec aise, nous l'espérons, notre métier de technicien supérieur.

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Annexes

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Annexe 1 : Organigramme de L'ONATEL

LES INTERACTIONS ENTRE LA CARTE GRAPHIQUE ET LE MICROPROCESSEUR

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RAPPORT DE FIN DE CYCLE PRESENTE ET SOUTENU PAR SOUMBOUGMA W. OUSMANE

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Annexe 2 : Signification des sigles dans l'organigramme (JUILLET 2001)

CNAR : Centre National de Réparation

DAC : Direction de l'Audit et du Contrôle

DACS : Département Affaires Sociales, Culturelles et Sportives DAF : Département des Affaires Administratives et Financières

DAI : Département de l'Audit Interne

DAJ : Département des Affaires Juridiques

DAL : Direction des Approvisionnements et de la Logistique

DAP : Département Approvisionnement

DBCA : Département Budget et Comptabilité Analytique DC : Département Commercial

DCM : Direction Commerciale et Marketing

DCMA : Département Commercial et Marketing

DCO : Département Comptabilité

DCRP : Département Communication et Relations Publiques DCT : Département des Centres Techniques

DDM : Direction du Développement et de la Maintenance des réseaux DDRH : Département Développement des Ressources Humaines

DED : Département Etude et Développement des Réseaux DEF : Département Energie et Froid

DEL : Département Exploitation Logiciels

DENT : Direction de l'Ecole Nationale des Télécommunications DET : Département Exploitation Technique

DFC : Direction Financière et Comptable

DFI : Département Finance

DFIC : Département Facturation et Information Commerciale DG : Direction Générale

DGA : Direction Générale Adjointe

DGP : Département Gestion du Personnel

DIAT : Département Inspection Administrative Technique et Financière DICX : Département des Interconnexions

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DIL : Département Infrastructures et Logistique

DINT : Direction de l'Informatique et des Nouvelles Technologies de la Communication

DIQ : Département Ingénierie Qualité

DMA : Département Marketing

DMC : Département Marketing Administratives et Financières

DMDI : Département Maintenance et Développement Informatique DMP : Département Maintenance et Production

DOII : Direction des Opérations Internationales et des Interconnexions DORA : Département des Opérations des Réseaux d'Accès

DQC : Département Qualité et Animation Réseaux Commercial DRCR : Département des Relations Commerciales et des Réseaux DRH : Direction des Ressources Humaines

DRI : Département des Relations Internationales

DSC : Département du Secrétariat Central

DSIG : Département du Système d'Information de Gestion

DSP : Département Secrétariat Particulier

DTM : Direction des Télécommunications Mobiles

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Annexe 3 : Sigles et Abréviations

AMI : American Megatrends Inc.

API : Application Programming Interface

BIT : Binary diglT

CMOS : Complementary Metal Oxyde Semi-conductor

DMA : Directory Memory Access

DOS : Disk Operating System

DRAM : Dynamic RAM

E/S : Entrée /Sortie

FIG : Figure

H : Heure

HDD : Hard Disk Drive

I/O : Input/Output

IBM : International Business Machine

IDE : Integrated Drive Electronics

IRQ : Interrupt Request

MHZ : Mega Hertz

Mo/S : Megaoctet par Seconde

MS-DOS : Micro-Soft Disk Operating System

OS : Operating System

PC : Personnal Computer

PnP : Plug and Play

SCSI : Small Computer Serial Interface

SDRAM : Synchronous Dynamic RAM

SXGA : Super eXtended Graphics Array

UXGA : Ultra eXtended Graphics Array

WFW : Windows For Workgroup

WSXGA : Wide Super eXtended Graphics Array WSXGA+ : Wide Super eXtended Graphics Array+ WUXGA : Wide Ultra eXtended Graphics Array WXGA : Wide eXtended Graphics Array

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Bibliographies

o Architecture et technologie des ordinateurs (Dunod) -- Paolo Zanella et Yves Ligier

o Technologie des ordinateurs et des réseaux (Dunod) -- Pierre Alain Goupille

o Les microprocesseurs, comment ça marche? (Dunod) -- T. Hammerstrom et G. Wyant

Articles presse

o Les processeurs numériques de signal -- article Electronique Janvier 2004

o Fonctionnement d'un processeur et d'une carte graphique -- article Hardware magazine Novembre 2003

Sites web consultés

o http://www.coupdepouce.com

o http://www.commentcamarche.net

o http://www.wikipedia.org

o Fonctionnement des composants du PC http://www.vulgarisation-informatique.com/composants.php

o Cours d'initiation aux microprocesseurs et aux microcontrôleurs
http://www.polytech-lille.fe--rlitwak/Cours MuP/sc00a.htm

o Architecture des ordinateurs -- Université Angers http://www.info.univ-angers.fr/pub/richer/ens/deug2/ud44/

o Les docs de Heissler Frédéric http://worldserver.oleane.com/heissler/

o X-86 secret http://www.x86-secret.com/

o Le cours hardware d'YBET informatique http://www.ybet.be/hardware/hardwarel.htm

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Glossaire

Interactions : Influence réciproque de deux phénomènes.

Par défaut : Se dit d'un paramètre prédéfini.

2D : signifie "2 dimensions". Ce terme s'applique aux images ne prenant en compte que la hauteur et la largeur, comme un tableau par exemple, au contraire des images "3D". "2D" et "bitmap" sont souvent synonymes.

3D : signifie "3 dimensions". S'applique aux images de synthèse obtenues à l'aide de l'ordinateur. En modélisant des objets à l'aide de leur hauteur, de leur largeur mais aussi de leur profondeur, on obtient un effet de perspective et de réalisme impressionnant De plus, ces images peuvent être modifiées en temps réel.

Alpha Blending : Effet utilisé en 3D qui consiste à appliquer de la transparence à chaque pixel de l'image, c'est à dire à appliquer une texture sur une autre.

Anti-aliasing : (Anti-crénelage) Fonction permettant de lisser les pixels sur les bords des zones contrastées (grâce à la création de nuances intermédiaires) et d'éviter ainsi le fameux effet marche d'escalier.

API (Application and Programming Interface): Ensemble de bibliothèques permettant une programmation plus aisée car les fonctions deviennent indépendantes du matériel. On peut citer les API de DirectX ou de Java.

Bibliothèque : Les bibliothèques regroupent un ensemble de fonctions de base mis à disposition des programmes De nombreuses bibliothèques sont maintenant intégrées aux systèmes d'exploitations (DirectX est une bibliothèque de Microsoft spécialisée dans le multimédia). Mais les programmes doivent être optimisés pour pouvoir tirer parti des bibliothèques additionnelles.

Bit (Binary Digit) : Elément primaire d'information pouvant prendre deux états (0 ou 1). La combinaison de n Bits permet de coder r valeurs. (256 avec 8 Bits, 65536 avec

16 Bits...).

Carte accélératrice 3D : carte spécialisée pour traiter l'affichage des images de synthèse et permettant ainsi de libérer le processeur de cette lourde tâche.

Clipping : C'est la suppression des éléments situés hors du champ de vision de l'utilisateur pour réduire les calculs d'une image 3D.

Color Key Transparency : Effet de transparence appliqué en 3D à partir de sélections de

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couleurs pour laisser apparaître l'arrière-plan.

Définition : La définition d'un écran est le nombre de points affichables horizontalement par ceux affichables verticalement. Par exemple, 800 x 600 ou 1024 x 768 pour la plupart des moniteurs actuels.

Direct X : Bibliothèque de routines créée par Microsoft qui permet de gérer et d'harmoniser le traitement des données multimédias. La version actuelle est DirectX 9.0c.

Dithering : C'est la Juxtaposition de la teinte des couleurs entre deux zones de couleurs sur une image 3D. Cette fonction permet comme l'anti-aliasing d'adoucir les contours en simulant un effet de ton continu.

Double Buffering : Fonction qui permet l'accélération de l'affichage 3D. Elle consiste en fait à utiliser une zone de mémoire libre pour pré calculer l'image suivante. Entrelacement : Le mode entrelacé c'est le mode d'affichage sur un écran qui s'effectue en deux passages. les lignes horizontales paires puis impaires sont "redessinées" à chaque balayage de l'écran. Ce système est peu performant car il cause des scintillements qui ne sont pas du meilleur effet sur les rétines. (à éviter). Il a pour seul avantage de permettre l'utilisation de résolutions élevées sur des moniteurs non prévus à cet effet. Le mode "NE" Non Entrelacé est donc à recherché.

Filtrage : Technique 3D destinée à réduire la pixelisation des textures fortement grossies ( lorsque l'on s'approche d'un mur...). Le filtrage bilinéaire repose sur le mélange des couleurs adjacentes. Le filtrage tri linéaire rajoute du mip-mapping.

Fog effect : Effet de brouillard sur une image 3D

Gouraud Shading : Technique de rendu d'images 3D bien que moins évoluée que la texture mapping, elle permet néanmoins d'obtenir des effets 3D impressionnants.

Hertz : Unité de mesure de la fréquence ( Hz) équivalant à la fréquence d'un phénomène périodique dont la période est 1 seconde.

Mip Mapping : Technique 3D utilisant un échantillon de textures en plusieurs Résolutions (de près, à distance moyenne et vue de loin.). Le choix se fait alors pendant le plaquage de texture, en fonction de la distance entre l'objet ou la scène et l'observateur, pour obtenir le rendu le plus réaliste possible.

Octet ou Byte : Mot de 8 bits. Un octet peut prendre 256 valeurs (0 à 255). 1 Ko (kilo-octet) = 1024 octets.

1 Mo (méga-octet) = 1024 Ko.

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LES INTER ACTIONS ENTRE L1⁴ (IMITE GP A "MIQUE ET LE MicROPROCESSEUR

Patch : Un patch est un petit bout de programme destiné à apporter des améliorations à un autre programme ou à le mettre à jour.

Perspective correction : Fonction 3D qui vise à corriger la linéarité des vues en perspective. Lorsque cette fonction n'est pas supportée, certaines lignes sont affichées en zigzag.

Pilote ou Driver : Programme contrôlant le fonctionnement d'une carte ou de tout périphérique à l'aide de bibliothèques adaptées.

Plug and Play (PnP): En français, "Branchez et ça fonctionne !!!". Fonction intégrée aux systèmes d'exploitations récents et qui permet d'ajouter de nouveaux périphériques sans se soucier de leur paramétrage (IRQ...). Les périphériques et le BIOS doit être PnP.

Point ou Pixel (Plcture ELement) : Plus petite surface affichable sur un écran. Le nombre de pixels pour une surface donnée représente la résolution.

Pouce : Unité de longueur utilisée en électronique et pour la mesure des diagonales des écrans. 1 pouce = 2,54 cm.

Rafraîchissement : Le taux de rafraîchissement indique le nombre d'images que peut afficher un écran en une seconde. Plus cette valeur est élevée, meilleur en sera l'affichage. Les meilleurs moniteurs actuels permettent d'obtenir des rafraîchissements de plus de 100 Hz mais il faut que la carte graphique puisse supporter cette cadence...

RAM (Random Acces Memory) : Mémoire à accès aléatoire appelée aussi Mémoire vive. Ram Dac (Ram Digital Analogic Converter) : Composant qui assure la conversion de la mémoire vidéo en données analogiques.

Rasterization : Application de textures et autres effets (Fog, Mip Mapping...) aux pixels d'une image 3D.

Raytracing : Méthode de rendu 3D qui consiste à lancer des rayons lumineux imaginaire à partir de la source de lumière pour déterminer la teinte et la luminosité des pixels rencontrés.

Résolution ou Définition : indique le degré de précision de la qualité des images en spécifiant le nombre total de pixels (ou points de l'écran) sur une unité de mesure.

Pour les imprimantes la résolution est exprimée en ppp (points par pouce) ou, en anglais, Dpi (dots per inch).

RVB (Rouge, Vert, Bleu) ou RGB (Red, Green, Blue) : Terme désignant le mode de représentation des couleurs en vidéo.

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LES INTER ACTIONS ENTRE L A CARTE GP A "MIQUE ET LE MIrPOPPOCESSEUR

Setup Engine : Moteur des cartes 3D qui permettent de décharger le processeur des PC de la gestion des primitives 3D (sphères, cubes, etc.).

Sortance ou Fan Out : Pour une famille de circuit logique, c'est le nombre d'entrées logiques que l'on peut connecter à une sortie.

Specular High light : Réflexion d'une source de lumière sur un objet brillant dans une image 3D.

Synthèse additive : Reconstitution des couleurs par combinaison des radiations lumineuses Rouge, Verte et Bleu. (R + V + B = Blanc)

Synthèse soustractive : Reconstitution de la couleur par superposition des couleurs Cyan, Magenta et Jaune. (C + M + Y = Noir)

Température des couleurs : La température des couleurs indique la température à laquelle il faut chauffer le "Corps noir" (c'est un corps qui absorbe toutes les radiations lumineuses.) pour le faire rayonner une radiation. (couleur)

Texel : Pixel sur lequel le plaquage de textures 3D a été effectué.

Texture mapping : Technique de rendu 3D très élaborée qui consiste à plaquer des textures sur les polygones composant un objet. Ces textures très volumineuses sont souvent stockées sur la carte graphique ou à défaut en mémoire vive pour les cartes AGP.

Textures : image représentant une certaine matière, que l'on applique sur les objets 3D lors de la création d'images de synthèse pour rendre ces objets le plus réaliste possible. Textures palettisées : Texture n'utilisant qu'une palette de 16 ou 256 couleurs. Procédé économique en mémoire permettant de multiplier les textures.

TTL (Transistor Transistor Logic) : Famille de circuit logique utilisant des transistors bipolaires.

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