История персональных компьютеров и видеокарт
Персональный компьютер на столе и видеокарта внутри корпуса складывались десятилетиями. Память была дорогой, шины медленными, а у каждого поколения чипов свой набор команд. Ниже — ключевые вехи от первых машин с окнами и мышью до GPU, на котором сегодня обучают нейросети.
Смежные материалы:
- Поколения вычислительной техники — лампы, микропроцессор, смартфон;
- История DirectX — как игра разговаривает с Windows и видеокартой;
- Дисплеи и технологии отображения — что происходит на стороне монитора;
- Компоненты компьютерного железа — CPU, RAM, шины PCIe сегодня.
Словарь
| Термин | Простое объяснение |
|---|---|
| Пиксель | Минимальная точка на экране. Разрешение 1920×1080 — это 1920 столбцов и 1080 строк пикселей. |
| Фреймбуфер | Участок памяти с картинкой текущего кадра. Видеочип читает его и отправляет сигнал на монитор. |
| VRAM | Видеопамять на плате адаптера. Отдельна от ОЗУ, которую использует процессор. |
| GUI | Графический интерфейс — окна, иконки, меню, курсор мыши вместо одной строки команд. |
| 2D-акселератор | Чип, ускоряющий плоскую картинку — окна, шрифты, прокрутку в Windows. |
| 3D-ускоритель | Плата, которая считает полигоны, текстуры и свет в играх. |
| GPU | Графический процессор. С GeForce 256 (1999) на кристалле появился блок геометрии — тяжёлую 3D-математику стали делать на видеочипе. |
| API | Стандартные команды между программой и железом — Glide, Direct3D, Vulkan. |
| Драйвер | Программа производителя карты. Переводит команды API в работу конкретного чипа. |
| Шейдер | Небольшая программа на GPU. Задаёт вид воды, металла, теней. |
| Растеризация | Классический способ нарисовать 3D-сцену — разложить треугольники на пиксели экрана. |
| AGP | Узкая высокоскоростная шина 1997–2000-х только для видеокарты. Сменила слот ISA/PCI, сама уступила место PCIe. |
| PCIe | Современная шина расширения. Видеокарта вставляется в длинный слот PCIe x16 на материнской плате. |
| SLI | Две видеокарты в одном ПК. У 3dfx строки экрана чередовались между платами; у NVIDIA позже кадр делили между картами. |
До массового ПК
Xerox Alto (1973)
Xerox Alto в лаборатории PARC показал рабочий стол будущего задолго до дешёвых домашних машин.
- GUI с окнами и иконками;
- трёхкнопочная мышь;
- портретный экран 606×808 пикселей;
- побитовое сканирование — каждый пиксель хранится как бит или группа бит в памяти;
- аппаратный курсор на отдельном чипе, чтобы при движении мыши не перерисовывать весь экран.
Фреймбуфер занимал около 2,5 МБ ОЗУ — для 1970-х это огромный объём. Цена Alto — порядка 32 000 $. Потребительский Xerox Star (1981) стоил до 75 000 $. Покупали в основном лаборатории и крупные компании.
Apple II и Macintosh
Apple II (1977) принёс цвет в домашний сегмент. У него было 4 КБ памяти — на фоне мегабайт у Alto это другой класс устройства.
Macintosh (1984) сделал ставку на интерфейс:
- монохромный 9-дюймовый экран;
- мышь в комплекте;
- реклама Ridley Scott "1984".
Для Apple серьёзным соперником IBM PC стал Macintosh — ставка на удобный экран вместо совместимости с офисным стандартом.
Окна, мышь и битовая карта с Alto пришли в Macintosh, затем в Microsoft Windows. Привычный рабочий стол вырос из лабораторий 1970-х. IBM PC пошёл другим путём — сначала текстовый DOS, затем графические адаптеры VGA.
Первые видеокарты и VRAM
| Год | Событие |
|---|---|
| 1976 | Первая цветная плата для шины S-100 — две платы в корпусе энтузиаста. Собственного фреймбуфера сначала не было. |
| 1978 | Matrox Alt-256 — монохром 256×256, память для кадра на самой плате. Часто отсчитывают отсюда выделенную VRAM. |
Пока VRAM не стала нормой, фреймбуфер часто лежал в общей ОЗУ. Процессор и графика делили одну шину — прокрутка окна или смена кадра в игре тормозили друг друга.
Стандарты IBM PC от MDA к VGA
С IBM PC (1981) графические режимы стали называть по стандарту адаптера.
| Стандарт | Год | Что даёт |
|---|---|---|
| MDA | 1981 | Монохромный текст. Без цвета. |
| CGA | 1981 | Первый цвет у IBM PC. Мало оттенков, низкое разрешение. |
| EGA | 1984 | Больше цветов и режимов. Своя VRAM, CPU пишет в неё напрямую. |
| VGA | 1987 | 640×480, 16 цветов (позже 256 из палитры). Разъём D-Sub держался в мониторах до середины 2010-х. |
В 1990-х появились SVGA и XGA — выше разрешение, до 1 МБ памяти, 16- и 24-битный цвет.
S3 выпустила чип 911, затем режим 32 бита на пиксель — 24 бита цвета RGB и 8 бит альфа-канала (прозрачность для 3D поверх плоского экрана).
2D-акселераторы стали нужны для Windows 3.1 (1992). Без них окна и шрифты полностью грузили процессор.
IBM Professional Graphics Controller (1984)
IBM PGC — профессиональный адаптер примерно за 4000 $.
- три слота на материнской плате;
- сопроцессор Intel 8088 на плате;
- 68 КБ ПЗУ;
- 320 КБ видеопамяти — рекорд для эпохи;
- ускорение 2D и раннего 3D.
Разработчик — Кёртис Прим (Curtis Priem). Позже он соосновал NVIDIA.
ПК в СССР
Западные журналы порой описывали СССР карикатурно — будто любой компьютер стоит в здании под охраной. Статья про "Агат" в Byte (ноябрь 1984) — пример такого настроения.
На практике развитие шло иначе:
- "Агат" частично повторял Apple II;
- бытовые БК-0010, ПК-01 "Львов";
- школьный курс информатики;
- самодельные ПК из радиодеталей в 1990-е.
Текстовые и CGA-совместимые режимы приходили с задержкой, но по тем же идеям — фреймбуфер, адаптер, вывод на монитор или телевизор.
Компании 1980–1990-х
| Компания | Год | Роль |
|---|---|---|
| ATI | 1985 | Три инженера из Гонконга, Канада. К выходу VGA (1987) уже продавала свои платы. |
| S3 | 1989 | Сильные 2D-чипы, затем цвет и 3D. |
| Matrox | с 1976 | Профессиональная графика; позже DualHead — два монитора с одной карты. |
Intel выпустила дискретную i740 (1998), затем переключилась на встроенную графику в процессорах — линейки Extreme Graphics, HD Graphics, Iris и позже Arc.
Как в играх появился настоящий 3D
Doom и Wolfenstein 3D (начало 1990-х) часто называют "2.5D".
- уровень выглядит объёмным;
- камера и геометрия ограничены — нет полноценной произвольной 3D-сцены.
Descent и Quake (1996) рисовали мир из треугольников с любым ракурсом. На 486 и Pentium процессор не успевал — появился спрос на отдельную плату.
Sony PlayStation (1994) первой массово показала 3D в гостиной — фиксированный конвейер треугольников по цене консоли.
На ПК прорывом стал отдельный 3D-ускоритель — плата только для трёхмерной графики, рядом с обычной 2D-картой.
Подробнее о полигонах и API — DirectX, OpenGL и Vulkan — простыми словами и История DirectX.
3dfx и линейка Voodoo
3dfx основана инженерами из Silicon Graphics. Voodoo Graphics (1995):
- считает только 3D — картинка рабочего стола идёт через вторую плату;
- игры обращаются к API Glide — быстрый, закрытый, только для 3dfx;
- Voodoo Rush (2D и 3D на одной плате) оказалась слабее из-за компромиссов в схеме.
Voodoo 2 (1998):
- до 12 МБ памяти;
- SLI (Scanline Interleave) — две платы чередуют горизонтальные строки, разрешение до 1024×768;
- в корпусе иногда три платы — одна 2D и две 3D.
После 3dfx покупатель ждал от игрового ПК мощный 3D-чип наравне с быстрым CPU.
NVIDIA от NV1 до Riva 128
NVIDIA (1993) — Кёртис Прим, Крис Малаховски, Дженсон Хуанг. Название от латинского invidia ("зависть").
| Продукт | Год | Что произошло |
|---|---|---|
| NV1 | 1995 | 2D, 3D и звук на одном кристалле. 3D строился на четырёхугольниках. Direct3D стандартизировал треугольники — игры и драйверы ушли в сторону конкурентов. |
| NV2 | — | Проект для Sega. Финансирование остановили после провала NV1. |
| Riva 128 | 1997 | Универсальная 2D+3D карта, DirectX, шина AGP. |
С 1998 года NVIDIA и ATI (чип 3D Rage Pro) соперничали в каждом ценовом сегменте. ATI переименовала чип Pro в Turbo и обещала прирост от драйверов — в синтетических тестах цифры росли сильнее, чем в реальных играх.
1999 год и GeForce 256
В 1999 тяжёлую 3D-математику начали переносить с процессора на видеочип.
| Карта | Итог |
|---|---|
| S3 Savage 2000 | Вышла на день раньше GeForce. Геометрический блок похож по идее, но драйверы сырые — отзывы и продажи пострадали. |
| GeForce 256 | Первое массовое использование термина GPU. Геометрический сопроцессор на кристалле переводит 3D-координаты в 2D и отсекает невидимые треугольники. Производство на TSMC, техпроцесс 220 нм. |
| Matrox G400 | DualHead — два монитора с одной карты. В 3D-играх уступала лидерам и сильно зависела от скорости CPU. |
Сжатие рынка 2000–2001
| Компания | Итог |
|---|---|
| 3dfx | Долги, срыв чипа Rampage. В конце 2000 компанию купила NVIDIA. Идеи Rampage дошли до GeForce FX. |
| S3 | Куплена VIA из-за патентов на шины. Дальше — слабые встроенные чипсеты. |
| Matrox | Темп "два поколения чипа за год" оказался слишком высоким. Ушла в узкие профессиональные ниши без гонки за FPS в играх. |
На рынке дискретной графики для игр и рабочих станций остались NVIDIA и ATI.
Radeon и GeForce
В 2000 ATI показала R100 и бренд Radeon (серия 7000). Началось многолетнее соперничество с GeForce 2.
Игры стали требовать аппаратные шейдеры. GeForce 4 MX продавали как новое поколение, хотя внутри архитектура ближе к GeForce 2 — без полноценных шейдеров. Silent Hill 3 на такой карте не запускалась с задуманной графикой.
2004 — переход на PCI Express. У NVIDIA шестое поколение добавило декодирование H.264 в железе и новую SLI — кадр делят между картами (у 3dfx Voodoo 2 чередовали строки). Чип GeForce 7800 GTX (в урезанном виде) стал графикой PlayStation 3.
Последняя крупная самостоятельная линейка ATI — X1000 (90 нм, TSMC). В 2006 ATI купила AMD. Имя ATI на коробках держали до ~2010; с Radeon HD 6000 — AMD Radeon.
Ноутбуки конца 1990-х
| Модель | Год | Особенности |
|---|---|---|
| Leo | 1996 | Pentium 120 МГц, 8 МБ ОЗУ, 10" 800×600, 256 цветов. Графика Chips & Technologies. Корпус со временем крошится. |
| IBM ThinkPad 600i | 1998 | Pentium II 366 МГц, 13,3" 1024×768, 24-бит. NeoMagic MagicMedia 256AV на AGP — GPU и VRAM на одном кристалле для экономии батареи. TrackPoint, USB 1.0. Need for Speed 3 и Quake 2 шли плавно на 640×480. |
NeoMagic показала путь к SoC и встроенной графике в современных ноутбуках. Выбор экрана сегодня — Как выбрать монитор.
Современная эпоха
| Веха | Почему это веха |
|---|---|
| PCIe | Заменила AGP. Широкая полоса между CPU и GPU. |
| Radeon VII | 16 ГБ HBM — быстрая память из серверного сегмента в домашней карте. |
| DLSS / FSR | Картинку рисуют в меньшем разрешении, затем масштабируют нейросетью или шейдерами. Меньше нагрузка при том же визуальном качестве. |
| Трассировка лучей (RT) | С 2018 в играх. Полный RT в реальном времени тяжёл — используют смесь растеризации и RT-ядер, как раньше смешивали работу CPU и 3D-платы. |
| CUDA | Платформа NVIDIA для вычислений на GPU. Основа многих задач машинного обучения. |
| Intel Arc | Возврат Intel в дискретный сегмент. Рынок по-прежнему держат NVIDIA и AMD. |
Современная видеокарта — тысячи ядер, своя память, драйвер и стек API. Она выводит изображение, ускоряет игры, монтаж, научные расчёты и обучение нейросетей.
Хронология одним взглядом
| Период | Главная задача индустрии |
|---|---|
| 1970–1986 | Уместить GUI в память и бюджет |
| 1987–1995 | Стандарты IBM PC и 2D для Windows |
| 1996–1999 | Перенести 3D с процессора на отдельный чип |
| 2000–2010 | Соперничество ATI и NVIDIA, шейдеры, HD-видео |
| 2010–н.в. | RT, апскейл, GPGPU, дата-центры |
Что запомнить
- Окна и мышь появились на Alto задолго до дешёвого домашнего ПК.
- VRAM и VGA сделали графику общим языком IBM-совместимых машин; разъём D-Sub жил десятилетиями.
- Полноценный 3D на ПК потребовал отдельных ускорителей. 3dfx научила рынок, NVIDIA исправила ошибку NV1 и закрепила термин GPU на GeForce 256.
- После 2000 остались два крупных бренда дискретной графики; Intel периодически возвращается с Arc.
- Сегодняшняя карта — и игры, и RT, и CUDA для ИИ.
Читать дальше
- Графические процессоры и видеокарты — устройство GPU сегодня.
- История DirectX — программная сторона PC-гейминга.
- Поколения вычислительной техники — лампы, микропроцессор, смартфон.
- Как выбрать монитор — экран за видеокартой.
- DirectX, OpenGL и Vulkan — простыми словами — пункты в настройках игры.
- DLSS и FSR — апскейлинг в играх — как поднять разрешение без просадки FPS.
- Аппаратное обеспечение — обзор железа в разделе "Система и сеть".
В подборках
Статья входит в тематические подборки.
История — История информационных технологий — о разделе, Поколения вычислительной техники, История первого iPhone, История DirectX.
Железо — Графические процессоры и видеокарты, Дисплеи и технологии отображения, Как выбрать монитор, Аппаратное обеспечение.