اگر از فاصله بسیار نزدیك به صفحه نمایشگر یك كامپیوتر شخصی نگاه كنید ، مشاهده خواهید كرد كه تمام چیزهائی كه بر روی نمایشگر نشان داده

می شود از "نقاط" تشكیل شده اند . نقاط فوق " پیكسل " نامیده می شوند. هر پیكسل دارای یك رنگ است . در برخی نمایشگرها ( مثلا" صفحه نمایشگر استفاده شده در كامپیوترهای اولیه مكینتاش ) هر پكسل صرفا" دارای دو رنگ بود: سفید و سیاه . امروزه در برخی از صفحات نمایشگر ، هر پیكسمی تواند دارای 256 رنگ باشد. در اغلب صفحات نمایشگر ، پیكسل ها بصورت " تمام رنگ "(True Color) بوده و دارای 16/8 میلیون حالت متفاوتمی باشند. با توجه به اینكه چشم انسان قادر به تشخیص  ده میلیون رنگ متفاوت است ، 16/8 میلیون رنگ بمراتب بیش از آن چیزی است كه چشم انسان قادر به تشخیص آنها بوده و به نظر همان ده میلیون رنگ كفایت می كند!

هدف یك كارت گرافیك ، ایجاد مجموعه ای از سیگنالها است كه نقاط فوق را بر روی صفحه نمایشگر ، نمایش دهند.

كارت گرافیك چیست ؟

یك كارت گرافیك پیشرفته، یك برد مدار چاپی بهمراه حافظه و یك پردازنده اختصاصی است . پردازنده با هدف انجام محاسبات مورد نیاز  گرافیكی ، طراحی شده است . اكثر پردازنده های فوق دارای دستورات اختصاصی بوده كه به كمك آنها می توان عملیات گرافیك را انجام داد. كارت گرافیك دارای اسامی متفاوتی نظیر : كارت ویدئو ، برد ویدئو ، برد نمایش ویدئوئی ، برد گرافیك ، آداپتور گرافیك و آداپتور ویدئو است .

مبانی كارت گرافیك

بمنظور شناخت اهمیت و جایگاه كارت های گرافیك ، یك كارت گرافیك با ساده ترین امكانات را در نظر می گیریم . كارت مورد نظر قادر به نمایش پیكسل های سیاه وسفید بوده و از یك صفحه نمایشگر با وضوح تصویر 480 * 640 پیكسل استفاده می نماید.  كارت گرافیك از سه بخش اساسی زیر تشكیل می شود :

-حافظه . اولین چیزی كه یك كارت گرافیك به آن نیاز دارد ، حافظه است . حافظه رنگ مربوط به هر پیكسل را در خود نگاهداری می نماید. در ساده ترین حالت ( هر پیكسل سیاه و سفید باشد ) به یك بیت برای ذخیره سازی رنگ هر پیكسل نیاز خواهد بود. با توجه به اینكه  هر بایت شامل هشت بیت است ، نیاز به هشتاد بایت(حاصل تقسیم 640 بر 8 ) برای ذخیره سازی رنگ مربوط به پیكسل های موجود در یك سطر بر روی صفحه نمایشگر  و 38400 بایت

 ( حاصلضرب 480 در 80 ) حافظه بمنظور نگهداری تمام پیكسل های قابل مشاهده بر روی صفحه ، خواهد بود .

-اینترفیس كامپیوتر . دومین چیزی كه یك كارت گرافیك به آن نیاز دارد ، روشی  بمنظور تغییر محتویات حافظه كارت گرافیك است . امكان فوق با اتصال كارت گرافیك به گذرگاه مربوطه بر روی برد اصلی تحقق پیدا خواهد كرد. كامپیوتر قادر به ارسال سیگنال از طریق گذرگاه مربوطه برای تغییر محتویات حافظه خواهد بود.

-اینترفیس ویدئو . سومین چیزی كه یك كارت گرافیك به آن نیاز دارد ، روشی بمنظور تولید سیگنال برای مانیتور است . كارت گرافیك می بایست سیگنال های رنگی را تولید تا باعث حركت اشعه  در CRT گردد. فرض كنید كه صفحه نمایشگر در هر ثانیه شصت فریم را بازخوانی / باز نویسی می نماید ، این بدان معنی است كه كارت گرافیك تمام حافظه مربوطه را بیت به بیت اسكن  و این عمل را شصت مرتبه در ثانیه انجام  دهد. سیگنال های مورد نظر برای هر پیكسل موجود بر هر خط ارسال و در ادامه یك پالس افقی sync ، نیز ارسال می گردد.عملیات فوق برای 480 خط تكرار  شده  و در نهایت یك پالس عمودی sync ارسال خواهد شد.

پردازنده های كمكی گرافیك

یك كارت گرافیك ساده نظیر آنچه در بخش قبل اشاره گردید ،Frame Buffer نامیده می شود. كارت،  یك فریم از اطلاعاتی را نگهداری می نماید كه برای نمایشگر ارسال شده است . ریزپردازنده كامپیوتر مسئول بهنگام سازی هر بایت در حافظه كارت گرافیك است .  در صورتیكه عملیات گرافیك  پیچیده ای را داشته باشیم ، ریزپردازنده كامپیوتر مدت زمان زیادی را صرف بهنگام سازی  حافظه كارت گرافیك كرده و برای سایر عملیات مربوطه زمانی باقی نخواهد ماند. مثلا" اگر یك تصویر سه بعدی دارای 10000 ضلع باشد ، ریزپردازنده می بایست هر ضلع را رسم و عملیات مربوطه در حافظه كارت گرافیك را نیز انجام دهد. عملیات فوق زمان بسیار زیادی را طلب می كند.

كارت های گرافیك جدید ، بطرز قابل توجه ای ، حجم عملیات مربوط به پردازنده اصلی كامپیوتر را كاهش می دهند. این نوع كارت ها دارای یك پردازنده اصلی پر قدرت بوده كه مختص عملیات گرافیكی طراحی شده است. با توجه به نوع كارت گرافیك ، پردازنده فوق می تواند یك " كمك پردازنده گرافیكی "  یا یك " شتاب دهنده گرافیكی " باشد. پردازنده كمكی و پردازنده اصلی بصورت همزمان فعالیت نموده و در مواردیكه از شتاب دهنده گرافیكی استفاده می گردد ، دستورات لازم از طریق پردازنده اصلی برای شتاب دهنده ارسال و شتاب دهنده مسئولیت انجام آنها را برعهده خواهد داشت .

 در سیستم های  " كمك پردازنده "  ، درایور كارت گرافیك عملیات مربوط به كارهای گرافیكی را مستقیما" برای پردازنده كمكی گرافیكی ارسال می كند. سیستم عامل هر چیز دیگر را برای پردازنده اصلی ارسال خواهد كرد.  در سیستم های " شتاب دهنده گرافیكی " ، درایور كارت گرافیك هر چیز را در ابتدا برای پردازنده اصلی كامپیوتر ارسال می كند. در ادامه پردازنده اصلی كامپیوتر ، شتاب دهنده گرافیك را به منظور انجام  عملیات خاصی هدایت می كند. مثلا" پردازنده ممكن است به شتاب دهنده اعلام نماید كه :" یك چند ضلعی رسم كن "  در ادامه شتاب دهنده  فعالیت تعریف شده فوق را انجام خواهد داد.

عناصر دیگر بر روی كارت گرافیك

یك كارت گرافیك دارای عناصر متفاوتی است :

-پردازنده گرافیك . پردازنده گرافیك بمنزله مغز یك كارت گرافیك است . پردازنده فوق می تواند یكی از سه حالت پیكربندی زیر را داشته باشد :

--Graphic Co-Processor . كارت هائی از این نوع قادر به انجام هر نوع عملیات گرافیكی بدون كمك گرفتن از پردازنده اصلی كامپیوتر می باشند.

--Graphics Accelerator. تراشه موجود بر روی این نوع كارت ها ، عملیات گرافیكی را بر اساس دستورات صادره شده توسط پردازنده اصلی كامپیوتر انجام خواهند داد.

--Frame Buffer . تراشه فوق ، حافظه موجود بر روی كارت را كنترل و اطلاعاتی را برای " مبدل دیجیتال به آنالوگ " (DAC) ارسال خواهد كرد . عملا" پردازشی توسط تراشه فوق انجام نخواهد شد.

-حافظه . نوع حافظه استفاده شده  بر روی كارت های گرافیك متغیر است . متداولترین نوع ، از پیكربندی dual-ported استفاده می نماید. در كارت های  فوق امكان نوشتن در یك بخش حافظه و امكان خواندن از بخش دیگر حافظه بصورت همزمان امكان پذیر خواهد بود. بدین ترتیب مدت زمان لازم برای بازخوانی / بازنویسی یك تصویر كاهش خواهد یافت .

-Graphic BIOS . كارت های گرافیك دارای یك تراشه كوچكBIOS می باشند. اطلاعات موجود در تراشه فوق به سایر عناصر كارت نحوه انجام عملیات (مرتبط به یكدیگر) را تبین خواهد كرد.BIOS همچنین مسئولیت تست كارت گرافیك ( حافظه مربوطه و عملیات ورودی و خروجی ) را برعهده خواهد داشت .

-Digital-to-Analog Converter ) DAC) . تبدیل كننده فوق راRAMDAC نیز می گویند. داده های تبدیل شده به دیجیتال مستقیما" از حافظه اخذ خواهند شد. سرعت تبدیل كننده فوق تاثیر مستقیمی را در ارتباط با مشاهده یك تصویر بر روی صفحه نمایشگر خواهد داشت .

-Display Connector . كارت های گرافیك از كانكتورهای استاندارد استفاده می نمایند.اغلب كارت ها از یك كانكتور پانزده پین استفاده می كنند. كانكتورهای فوق همزمان با عرضهVGA :Video Graphic Array  مطرح گردیدند.

-Computer(Bus) Connector . اغلب گذرگاه فوق از نوعAGP است ..پورت فوق امكان دستیابی مستقیم كارت گرافیك به حافظه را فراهم می آورد.ویژگی فوق  باعث می گردد كه سرعت پورت های فوق نسبت بهPCI چهار مرتبه سریعتر باشد. بدین ترتیب پردازنده اصلی سیستم قادر به انجام فعالیت های خود بوده و تراشه موجود بر روی كارت گرافیك امكان دستیابی مستقیم به حافظه را خواهد داشت .

استاندارد های كارت گرافیك

اولین كارت گرافیك در سال 1981 توسط شركتIBM عرضه گردید. كارت فوق بصورت تك رنگ  و با نامMonochrome Display Adapters)MDAs) ارائه گردید. صفحات نمایشگری كه از كارت فوق استفاده می كردند ، متنی بودند. رنگ نوشته سفید یا سبز و زمینه سیاه بود. در ادامه كارت های چهار رنگHercules Graphic Catd)HGC) ارائه گردیدند. سپس كارت های هشت رنگColor Graphic Adapter)CGA)  و كارت های شانزده رنگEnhanced Graphic Adapter)EGA) ارائه گردیدند.  تولیدكنندگانی دیگر، نظیر كمودور كامپیوترهائی را معرفی كردند كه دارای كارت های گرافیك از قبل تعبیه شده و ساخته شده در سیستم بودند. كارت های فوق قادر به نمایش تعداد زیادی رنگ بودند.

زمانیكه شركتIBM در سال 1987 كارتVideo Graphic Array)VGA) را معرفی كرد، استاندارد جدیدی در این راستا مطرح گردید. نمایشگرهایVGA قادر به ارائه 256 رنگ و وضوح تصویر 400 * 720 بودند. یك سال بعد استانداردSuper Video Graphic Array)SVGA) مطرح گردید.  استاندارد فوق قادر به ارائه 16/8 میلیون رنگ با وضوح تصویر 1024 * 1280 است .

كارت های گرافیك از استانداردهای متفاوتی پیروی می نمایند. تولیدكنندگان كارت گرافیك همواره سعی در افزایش تعداد رنگ و وضوح تصویر با توجه به راهكارهای اختصاصی خود دارند. كارت های گرافیك می بایست قادر به اتصال به سیستم باشند. كارت های گرافیك قدیمی اغلب از طریق  اسلات هایISA و یا PCI  به سیستم  متصل می شوند . اغلب كارت های گرافیك جدید از پورتAGP برای اتصال به كامپیوتر استفاده می نمایند.

كارت گرافيك

سه وسيله در يك كارت ويديويي:

كارت گرافيك شما به اندازه صفحه نمايش شما مهم است و بيشتر مواقع ناديده گرفته مي شود در طول سالهاي 1999 تا كنون كيفيت كلي كارتهاي گرافيكي ارتقا يافته است قبل از آن توليدات كم قابليتي در بازار بود اين مقاله را دنبال كنيد تا در مورد كارتهاي گرافيك كامپيوتر خود بيشتر بدانيد يك كارت گرافيك اصولاً يك رابط يا يك كارت قابل تعويض يا قابل توسعه در كامپيوتر شما است بنابراين مي تواند با يك كارت ديگر جايگزين شود ( مادر برد بايد داراي اسلات AGP باشد ) كارت گرافيك همچنين مي تواند به صورت onboard باشد كه در كامپيوترهاي شخصي lap topيا مادربردهاي عمومي تر استفاده مي شود كه قابل تعويض نيستند. بنده يك دليل روشن براي يك كارت گرافيك قابل تعويض در كامپيوتر خود دارم هر چند يك مادربرد مدرن مي تواند داراي يك چيپ ست گرافيكي عالي باشد شما فقط بايد بدانيد كدام يك!

بدون توجه به اينكه آيا كارت گرافيكي onboard يا قابل تعويض است رابط گرافيكي از سه قسمت تشكيل شده است:

• يك چيپ ست گرافيكي با ماركهاي معتبر ( ATI , Matrox , Nivadia , S3 , Intel نامهاي شناخته شده در زمينه هستند ) چيپ ست گرافيكي سيگنلهايي را كه مانيتور بايد از يك تصوير دريافت كند مي سازد.

• انواعي از RAM ( كه انواع معمول آنها مانند: EDO , SGRAM يا VRAM هستند) حافظه RAM براي اينكه بتواند تصوير كامل صفحه نمايش را در هر لحظه بخاطر بياورد لازم است. كارت گرافيك ممكن است از حافظه اصلي مادر برد استفاده كند.

• يك RAMDAC چيپي كه سيگنالهاي ديجيتال را به آنالوگ تبديل مي كند اگر شما از مانيتورههاي FLAT PANELديجيتال استفاده مي كنيد احتياجي به تابع RAMDAC نداريد

كارت گرافيكي CPU  را پشتيباني مي كند:

كارت گرافيك يك تابع پشتيباني براي CPU دارد و آن پروسسوري مانند CPU  است. اگر چه اين پروسسور اختصاصاً براي كنترل تصوير صفحه نمايش ساخته شده است.

شما مي توانيد كامپيوتري بسازيد كه چيپ كنترل گرافيكي را نداشته باشد و وظيفه آن را به عهده CPU بگذاريد. ولي CPU دائماً اشغال خواهد شد و نرم افزاري را اجرا مي كند كه بايد تصوير مانيتور را توليد كند.

رم در كارت گرافيك :

كارتهاي گرافيك معمولاً مقدار معيني RAM دارند كه به آن فريم بافر هم گفته مي شود امروزه كارتهاي گرافيك مقدار زيادي رم دارند اما قبل از آن مهم است كه بدانيم:

• چه ميزان RAM ؟ اين براي عمق رنگ در رزولوشن بالا اهميت دارد.
• چه نوع RAM ? اين براي سرعت بالا لازم است

رم گرافيكي براي نگهداري تصوير بزرگ مانيتور در حافظه لازم است. CPU اطلاعاتش را به كارت گرافيك مي فرستد. پروسسور كارت گرافيك يك تصوير براي مانيتور مي سازد و آن را در RAM گرافيك ذخيره مي كند. اين تصوير يكbitmap بزرگ است. براي update مداوم تصوير مانيتور استباده مي شود

مقدار RAM:

كارت گرافيكهاي قديمي تر معمولاً داراي 1و 2و4 مگابايت حافظه يا بيشتر بودند. واقعاً چقدر حافظه لازم است؟ حداقل احتياج ميزان رزولوشني است كه روي مانيتورتان مي خواهيد. براي يك استفاده دو بعدي معمولي رنگهاي 16 بيت كافي است. اجازه بدهيد نگاهي به ميزان RAM لازم براي رزولوشنهاي مختلف بيندازيم:

توجه داشته باشيد كه 100 درصد RAM گرافيكي براي ذخيره Bitmap استفاده نمي شود بنابراين يك مگا بايت براي نشان دادن يك تصوير 800 در 600 با عمق رنگهاي ( تعداد رنگ ) 16 بيت كافي نيست. همانطور كه در محاسبات بالا اين نشان داده شده است بنابراين اگر شما رم گرافيكي بالاتري از ميزان متناظر با رزولوشن مورد نظر ( در جدول بالا ) داشته باشيد افزايش سرعت را مشاهده خواهيد كرد مثلاً اگر از يك رم گرافيكي 4 مگابايت به جاي 2 مگابايت براي رزولوشن 800 در 600 استفاده كنيد افزايش سرعت را حس خواهيد كرد در اين حالت اطلاعات مي توانند به طور همزمان از روي رم خوانده شوند و روي آن نوشته شوند كه براي هر كدام از cell هاي متفاوت رم گرافيكي استفاده مي شود.

استفادهاي سه بعدي:

براي پاسخ به تقاضاي زيادي كه براي كيفيت بالاي تصوير سه بعدي وجود داشت كارتهاي گرافيكي با رم گرافيكي 16 و 32 مگابايت وارد بازار شدند و آنها از اينترفيس ( اسلات ) AGP براي پهناي باند بيشتر دسترسي به حافظه اصلي استفاده كردند.

VRAM:

به طور خلاصه همه انواع رمهاي معمول مي توانند در كارتهاي گرافيكي استفاده شوند. اكثر كارتهاي گرافيكي از انواع خيلي سريع رمهاي معمولي استفاده مي كنند بعضي كارتهاي حرفه اي ( مانند Maxtor Millennium 2 ) در گذشته از چيپ هاي اختصاصي VRAM يا Video Ram) استفاده مي كردند. اين يك نوع رم بود كه فقط روي كارتهي گرافيكي استفاده مي شد در اصل يك VRAM از دو سلول رم معمولي ساخته شده است كه به يكديگر متصل شده اند. بنابراين شما از رم دو برابر استفاده مي كنيد. همچنين قيمت VRAM دو برابر انواع ديگر است. ويژگي برتر سلول دوتايي اين است كه به Video processor اجازه مي دهد كه به طور همزمان  كه اطلاعات قديمي را مي خواند اطلاعات جديد را در همان آدرس بنويسد. بنابراين VRAMدو دروازه دارد كه مي تواند در يك زمان فعال شود و به طور چشمگيري سريعتر كار مي كند.

UMA و DVMT:

در مادر برد هاي قديمي تر كنترلر گرافيكي به صورت on board بود. از SMBA كه مخفف ( Shared Memory Buffer Architecture ) يا UMA كه مخفف ( Unified Memory Architecture ) مي باشند قسمتي از رم سيستم كه براي استفاده به عنوان رم گرافيكي اختصاص يافته و استفاده مي شد اما اشتراك گذاشتن حافظه خيلي كند بود و استانداردهاي آن جالب توجه عموم نبود. يك ويرايش جديد از اين نوع در اينتل ساخته شد كه چيپ ست 810 نام داشت و بهتر از آن 815 بود. كه كنترل گرافيكي را در خود داشت و قسمتي از رم سيستم را به عنوان رم گرافيكي استفاده مي كرد اين سيستم به نام D.V.M.T كه مخفف (Dynamic Video Memory Tecbology ) بود، شناخته شد.

RAMDAC:

همه كارتهاي گرافيكي قديمي يك چيپ RAMDAC داشتند كه سيگنالها را از ديجيتال به آنالوگ تبديل مي كرد. مانيتورهاي CRT با سيگنال آنالوگ كار مي كنند كامپيوتر شما با اطلاعات ديجيتال ( صفر و يك ) كه به رابط گرافيكي فرستاده مي شود كار مي كند قبل از اينكه اين سيگنالها براي مانيتور فرستاده شوند بايد تبديل به آنالوگ شوند كه اين عمل در خروجي كارت بوسيله RAMDAC انجام مي گيرد.

توصيه ما براي يك RAMDAC خوب به قرار زير است:

• يك چيپ خارجي كه داخل چيپ VGA نباشد.
• clock speed برابر 250-360 مگا هرتز

انتقال حجم سنگين اطلاعات:

در گذشته كارتهاي گرافيكي بودند كه flat بودند اين كارتها هوشمند نبودند. آنها اطلاعات و سيگنالها را از CPUدريافت مي كردند و آنها را به مانيتور انتقال مي داند و كار ديگري انجام نمي دادند. CPU بايد همه محاسبات لازم را براي خلق تصوير مانيتور انجام مي داد.

با توجه به اينكه هر تصوير صفحه نمايش يك Bitmap بزرگ بود CPU بايد مقدار زيادي اطلاعات را براي هر تصوير جديد از RAM به كارت گرافيك انتقال مي داد.

به زودي اينترفيسهاي گرافيكي مانند ويندوز محبوبيت پيدا كردند و با اين كارتها كامپيوترهاي شخصي بسيار كند بودند زمانيكه CPU انرژي زيادي براي توليد تصوير صفحه نمايش بكار مي برد اين طبيعي بود. ميتوان حجم اطلاعات لازم را محاسبه كرد يك تصوير با رزولوشن 1024 در 768 با عمق رنگ 16 بيت يك Bitmap با حجم 1.5 مگابايت است كه به صورت زير محاسبه ميشود:

1024x768x2 byte

با هر تعويض تصوير ( با فركانس مثلاً 75 هرتز در هر ثانيه 75 تصوير خواهيم داشت ) احتياج به انتقال 1.5 مگا بايت تصوير هست و اين انرژي كامپيوتر را هدر ميدهد به خصوص زمانيكه در حال اجراي يك بازي ( game ) هستيد ولي در كارتهاي گرافيك امروزي اين  محاسبات در كارت گرافيك انجام مي شود.

 مشاهده مشخصات کارت گرافیک
اگر میخواهید مشخصات کارت گرافیک خود را مشاهده کنید میتوانید از روش زیر استفاده نمایید:
روی صفحه کار (Desktop) خود راست کلیک کرده و از این منو گزینه Properties را انتخاب کنید، سپس به برگه Setting رفته و دکمه Advance را انتخاب کنید . پنجره جدیدی با نام کارت گرافیک شما باز میشود که میتوانید در برگه Adapter مشخصات کارت خود را مشاهده نمایید .

مادربردهایی با گرافیک Onboard: 

Code Center