کارت گرافیک در کامپیوتر شخصی دارای جایگاهی خاص است .

1
کارت گرافیک
کارت گرافیک در کامپیوتر شخصی دارای جایگاهی خاص است .
کارت های فوق اطلاعات دیجیتال تولید شده توسط کامپیوتر را
اخذ و آنها را بگونه ای تبدیل می نمایند که برای انسان قابل
مشاهده باشند. در اغلب کامپیوترها ، کارت های گرافیک اطلاعات
دیجیتال را برای نمایش توسط نمایشگر ، به اطلاعات آنالوگ تبدیل
اطلاعات، همچنان دیجیتال Laptop می نمایند. در کامپیوترهای
باقی خواهند ماند چون کامپیوترهای فوق اطلاعات را بصورت
دیجیتال نمایش می دهند.
2
اگر از قاصله بسیار نزدیک به صفحه نمایشگر یک کامپیوتر شخصی
نگاه کنید ، مشاهده خواهید کرد که تمام چیزهائی که بر روی
نمایشگر نشان داده می شود از "نقاط" تشکیل شده اند . نقاط فوق "
پیکسل " نامیده می شوند. هر پیکسل دارای یک رنگ است . در
برخی نمایشگرها ( مثلا" صفحه نمایشگر استفاده شده در
کامپیوترهای اولیه مکینتاش ) هر پکسل صرفا" دارای دو رنگ بود:
سفید و سیاه . امروزه در برخی از صفحات نمایشگر ، هر پیکسل
می تواند دارای 256 رنگ باشد. در اغلب صفحات نمایشگر ،
/ بوده و دارای 16 (True Color) " پیکسل ها بصورت " تمام رنگ
8 میلیون حالت متفاوت می باشند. با توجه به اینکه چشم انسان
8 میلیون / قادر به تشخیص ده میلیون رنگ متفاوت می باشد ، 16
3
رنگ بمراتب بیش از آن چیزی است که چشم انسان قادر به
تشخیص آنها بوده و بنظر همان ده میلیون رنگ کفایت می کند!
هدف یک کارت گرافیک ، ایجاد مجموعه ای از سیگنالها است که
نقاط فوق را بر روی صفحه نمایشگر ، نمایش دهند.
کارت گرافیک چیست ؟
یک کارت گرافیک پیشرفته، یک برد مدار چاپی بهمراه حافظه و
یک پردازنده اختصاصی است . پردازنده با هدف انجام محاسبات
مورد نیاز گرافیکی ، طراحی شده است . اکثر پردازنده های فوق
دارای دستورات اختصاصی بوده که بکمک آنها می توان عملیات
گرافیک را انجام داد. کارت گرافیک دارای اسامی متفاوتی نظیر :
4
کارت ویدئو ، برد ویدئو ، برد نمایش ویدئوئی ، برد گرافیک ،
آداپتور گرافیک و آداپتور ویدئو است .
مبانی کارت گرافیک
بمنظور شناخت اهمیت و جایگاه کارت های گرافیک ، یک کارت
گرافیک با ساده ترین امکانات را در نظر می گیریم . کارت مورد
نظر قادر به نمایش پیکسل های سیاه وسفید بوده و از یک صفحه
640 پیکسل استفاده می نماید. * نمایشگر با وضوح تصویر 480
کارت گرافیک از سه بخش اساسی زیر تشکیل می شود :
- حافظه . اولین چیزی که یک کارت گرافیک به آن نیاز دارد ،
حافظه است . حافظه رنگ مربوط به هر پیکسل را در خود
نگاهداری می نماید. در ساده ترین حالت ( هر پیکسل سیاه و
5
سفید باشد ) به یک بیت برای ذخیره سازی رنگ هر پیکسل نیاز
خواهد بود. با توجه به اینکه هر بایت شامل هشت بیت است ، نیاز
به هشتاد بایت (حاصل تقسیم 640 بر 8 ) برای ذخیره سازی رنگ
مربوط به پیکسل های موجود در یک سطر بر روی صفحه
نمایشگر و 38400 بایت ( حاصلضرب 480 در 80 ) حافظه
بمنظور نگهداری تمام پیکسل های قابل مشاهده بر روی صفحه ،
خواهد بود .
- اینترفیس کامپیوتر . دومین چیزی که یک کارت گرافیک به
آن نیاز دارد ، روشی بمنظور تغییر محتویات حافظه کارت
گرافیک است . امکان فوق با اتصال کارت گرافیک به گذرگاه
مربوطه بر روی برد اصلی تحقق پیدا خواهد کرد. کامپیوتر قادر
6
به ارسال سیگنال از طریق گذرگاه مربوطه برای تغییر محتویات
حافظه خواهد بود.
- اینترفیس ویدئو . سومین چیزی که یک کارت گرافیک به آن
نیاز دارد ، روشی بمنظور تولید سیگنال برای مانیتور است . کارت
گرافیک می بایست سیگنال های رنگی را تولید تا باعث حرکت
گردد. فرض کنید که صفحه نمایشگر در هر ثانیه CRT اشعه در
شصت فریم را بازخوانی / باز نویسی می نماید ، این بدان معنی
است که کارت گرافیک تمام حافظه مربوطه را بیت به بیت اسکن
و این عمل را شصت مرتبه در ثانیه انجام دهد. سیگنال های مورد
نظر برای هر پیکسل موجود بر هر خط ارسال و در ادامه یک
نیز ارسال می گردد.عملیات فوق برای 480 ، sync پالس افقی
7
ارسال sync خط تکرار شده و در نهایت یک پالس عمودی
خواهد شد.
پردازنده های کمکی گرافیک
یک کارت گرافیک ساده نظیر آنچه در بخش قبل اشاره گردید ،
نامیده می شود. کارت، یک فریم از اطلاعاتی را Buffer Frame
نگهداری می نماید که برای نمایشگر ارسال شده است .
ریزپردازنده کامپیوتر مسئول بهنگام سازی هر بایت در حافظه
کارت گرافیک است . در صورتیکه عملیات گرافیک پیچیده ای را
داشته باشیم ، ریزپردازنده کامپیوتر مدت زمان زیادی را صرف
بهنگام سازی حافظه کارت گرافیک کرده و برای سایر عملیات
مربوطه زمانی باقی نخواهد ماند. مثلا" اگر یک تصویر سه بعدی
8
دارای 10000 ضلع باشد ، ریزپردازنده می بایست هر ضلع را
رسم و عملیات مربوطه در حافظه کارت گرافیک را نیز انجام
دهد. عملیات فوق زمان بسیار زیادی را طلب می کند.
کارت های گرافیک جدید ، بطرز قابل توجه ای ، حجم عملیات
مربوط به پردازنده اصلی کامپیوتر را کاهش می دهند. این نوع
کارت ها دارای یک پردازنده اصلی پر قدرت بوده که مختص
عملیات گرافیکی طراحی شده است. با توجه به نوع کارت گرافیک
، پردازنده فوق می تواند یک " کمک پردازنده گرافیکی " و یا یک "
شتاب دهنده گرافیکی " باشد. پردازنده کمکی و پردازنده اصلی
بصورت همزمان فعالیت نموده و در مواردیکه از شتاب دهنده
گرافیکی استفاده می گردد ، دستورات لازم از طریق پردازنده
9
اصلی برای شتاب دهنده ارسال و شتاب دهنده مسئولیت انجام
آنها را برعهده خواهد داشت .
در سیستم های " کمک پردازنده " ، درایور کارت گرافیک
عملیات مربوط به کارهای گرافیکی را مستقیما" برای پردازنده
کمکی گرافیکی ارسال می دارد. سیستم عامل هر چیز دیگر را برای
پردازنده اصلی ارسال خواهد کرد. در سیستم های " شتاب دهنده
گرافیکی " ، درایور کارت گرافیک هر چیز را در ابتدا برای
پردازنده اصلی کامپیوتر ارسال می دارد. در ادامه پردازنده اصلی
کامپیوتر ، شتاب دهنده گرافیک را بمنظور انجام عملیات خاصی
هدایت می نماید. مثلا" پردازنده ممکن است به شتاب دهنده
اعلام نماید که :" یک چند ضلعی رسم کن " در ادامه شتاب دهنده
فعالیت تعریف شده فوق را انجام خواهد داد.
10
عناصر دیگر بر روی کارت گرافیک
یک کارت گرافیک دارای عناصر متفاوتی است :
- پردازنده گرافیک . پردازنده گرافیک بمنزله مغز یک کارت
گرافیک است . پردازنده فوق می تواند یکی از سه حالت پیکربندی
زیر را داشته باشد :
کارت هائی از این نوع قادر به . Graphic Co-Processor --
انجام هر نوع عملیات گرافیکی بدون کمک گرفتن از پردازنده
اصلی کامپیوتر می باشند.
تراشه موجود بر روی این نوع . Graphics Accelerator --
کارت ها ، عملیات گرافیکی را بر اساس دستورات صادره شده
توسط پردازنده اصلی کامپیوتر انجام خواهند داد.
11
تراشه فوق ، حافظه موجود بر روی کارت را . FrameBuffer --
(DAC) " کنترل و اطلاعاتی را برای " مبدل دیجیتال به آنالوگ
ارسال خواهد کرد . عملا" پردازشی توسط تراشه فوق انجام
نخواهد شد.
- حافظه . نوع حافظه استفاده شده بر روی کارت های گرافیک
dual-ported متغیر است . متداولترین نوع ، از پیکربندی
استفاده می نماید. در کارت های فوق امکان نوشتن در یک بخش
حافظه و امکان خواندن از بخش دیگر حافظه بصورت همزمان
امکان پذیر خواهد بود. بدین ترتیب مدت زمان لازم برای
بازخوانی / بازنویسی یک تصویر کاهش خواهد یافت .
12
کارت های گرافیک دارای یک تراشه . Graphic BIOS -
می باشند. اطلاعات موجود در تراشه فوق به سایر BIOS کوچک
عناصر کارت نحوه انجام عملیات (مرتبط به یکدیگر) را تبین
همچنین مسئولیت تست کارت گرافیک ( BIOS . خواهد کرد
حافظه مربوطه و عملیات ورودی و خروجی ) را برعهده خواهد
داشت .
تبدیل کننده فوق . (DAC ( Digital-to-Analog Converter -
نیز می گویند. داده های تبدیل شده به دیجیتال RAMDAC را
مستقیما" از حافظه اخذ خواهند شد. سرعت تبدیل کننده فوق
تاثیر مستقیمی را در ارتباط با مشاهده یک تصویر بر روی صفحه
نمایشگر خواهد داشت .
13
کارت های گرافیک از کانکتورهای . Display Connector -
استاندارد استفاده می نمایند.اغلب کارت ها از یک کانکتور پانزده
: VGA پین استفاده می کنند. کانکتورهای فوق همزمان با عرضه
مطرح گردیدند. Video Graphic Array
اغلب گذرگاه فوق از . Computer(Bus) Connector -
است ..پورت فوق امکان دستیابی مستقیم کارت گرافیک AGP نوع
به حافظه را فراهم می آورد.ویژگی فوق باعث می گردد که
چهار مرتبه سریعتر باشد. PCI سرعت پورت های فوق نسبت به
بدین ترتیب پردازنده اصلی سیستم قادر به انجام فعالیت های
خود بوده و تراشه موجود بر روی کارت گرافیک امکان دستیابی
مستقیم به حافظه را خواهد داشت .
14
استاندارد های کارت گرافیک
عرضه IBM اولین کارت گرافیک در سال 1981 توسط شرکت
Monochrome گردید. کارت فوق بصورت تک رنگ و با نام
ارائه گردید. صفحات تمایشگری (MDAs(Adapters Display
که از کارت فوق استفاده می کردند ، متنی بودند. رنگ نوشته
سفید یا سبز و زمینه سیاه بود. در ادامه کارت های چهار رنگ
ارائه گردیدند. سپس کارت (HGC(Catd Hercules Graphic
و کارت (CGA(Color Graphic Adapter های هشت رنگ
ارائه (EGA(Adapter Enhanced Graphic های شانزده رنگ
گردیدند. تولیدکنندگانی دیگر، نظیر کمودور کامپیوترهائی را
معرفی کردند که دارای کارت های گرافیک از قبل تعبیه شده و
15
ساخته شده در سیستم بودند. کارت های فوق قادر به نمایش
تعداد زیادی رنگ بودند.
Video Graphic در سال 1987 کارت IBM زمانیکه شرکت
را معرفی کرد، استاندارد جدیدی در این راستا (VGA(Array
قادر به ارائه 256 رنگ و VGA مطرح گردید. نمایشگرهای
Super 720 بودند. یک سال بعد استاندارد * وضوح تصویر 400
مطرح گردید. استاندارد (SVGA(Array Video Graphic
* 8 میلیون رنگ با وضوح تصویر 1024 / فوق قادر به ارائه 16
1280 است .
کارت های گرافیک از استانداردهای متفاوتی پیروی می نمایند.
تولیدکنندگان کارت گرافیک همواره سعی در افزایش تعداد رنگ
16
و وضوح تصویر با توجه به راهکارهای اختصاصی خود دارند. کارت
های گرافیک می بایست قادر به اتصال به سیستم باشند. کارت
به PCI و یا ISA های گرافیک قدیمی اغلب از طریق اسلات های
سیستم متصل می شوند . اغلب کارت های گرافیک جدید از
برای اتصال به کامپیوتر استفاده می نمایند. AGP پورت