تصاویری که روی مانیتور می‌بینید از نقاط کوچکی به نام پیکسل ساخته شده‌اند. رزولوشن رایج یک صفحه نمایش، بیش از یک میلیون پیکسل را نشان می‌دهد و کامپیوتر برای ایجاد یک تصویر باید تصمیم بگیرد که با هرکدام چه کند. برای انجام این کار، به یک مترجم نیاز دارد، وسیله‌ای برای گرفتن داده‌های باینری از CPU و تبدیل آن به تصویری که می‌بینید. تا زمانی که کامپیوتر دارای قابلیت گرافیک بر روی مادربرد نباشد، کار ترجمه روی کارت گرافیک انجام می‌شود.
کار کارت گرافیک پیچیده است، اما درک اصول و مولفه‌های آن آسان است. در ادامه به قسمت‌های اساسی کارت گرافیک و آنچه آنها انجام می‌دهند، خواهیم پرداخت. همچنین عواملی را که برای ساخت یک کارت گرافیک سریع و کارآمد با هم کار می‌کنند را بررسی خواهیم کرد.
کامپیوتر را به عنوان شرکتی با دپارتمان هنری خاص خود در نظر بگیرید. هنگامی که افراد شرکت می‌خواهند یک اثر هنری داشته باشند، آنها درخواستی را به بخش هنر ارسال می‌کنند. گروه هنری تصمیم می‌گیرد که چگونه تصویر را خلق کند و سپس آن را روی کاغذ بیاورد. نتیجه نهایی این است که ایده کسی به یک تصویر واقعی و قابل مشاهده تبدیل می شود.
کارت گرافیک با همان اصول کار می‌کند. پردازنده، همراه با برنامه‌های نرم‌افزاری، اطلاعات مربوط به تصویر را به کارت گرافیک می‌فرستد. کارت گرافیک تصمیم می‌گیرد که چگونه از پیکسل‌های روی صفحه برای ایجاد تصویر استفاده کند. سپس این اطلاعات را از طریق کابل به مانیتور می‌فرستد.
ایجاد یک تصویر از داده‌های باینری یک فرایند طاقت فرسا است. برای ایجاد یک تصویر 3 بعدی، کارت گرافیک ابتدا یک قاب سیمی را از خطوط مستقیم ایجاد می‌کند. سپس، این تصویر را تبدیل به پیکسل می‌کند (پیکسل های باقیمانده را پر می‌کند). همچنین به آن نور، بافت و رنگ اضافه می‌کند. برای بازی‌های سریع، رایانه مجبور است این روند را حدود شصت بار در ثانیه اجراء کند. بدون داشتن کارت گرافیک برای انجام محاسبات لازم، حجم کار برای کامپیوتر بسیار زیاد است.
کارت گرافیک با استفاده از چهار مولفه اصلی این کار را انجام می‌دهد:
- اتصال به مادربرد برای دریافت و ارسال داده و دریافت برق
- پردازنده‌ای که تصمیم می‌گیرد با هر پیکسل روی صفحه چه کاری انجام دهد
- حافظه برای نگهداری اطلاعات مربوط به هر پیکسل و ذخیره موقت تصاویر کامل شده
- اتصال به یک مانیتور جهت نمایش این تصاویر و در انتها می‌توانید نتیجه نهایی را ببینید.
کارت گرافیک یا GPU
مانند مادربرد، کارت گرافیک یک صفحه مدار چاپی است که پردازنده و حافظه (RAM) را در خود جای داده است. همچنین دارای یک تراشه سیستم ورودی / خروجی (BIOS chip) است که تنظیمات کارت را ذخیره می‌کند و در هنگام راه اندازی روی حافظه، ورودی و خروجی را تشخیص می‌دهد. پردازنده کارت گرافیک، به نام واحد پردازش گرافیک(GPU) ، مشابه پردازنده مرکزی رایانه است. واحد GPU اما به طور خاص برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی و هندسی که برای ارائه گرافیک لازم است، طراحی شده است. برخی از سریع‌ترین پردازنده‌های گرافیکی ترانزیستور بیشتری نسبت به پردازنده مرکزی دارند. پردازنده گرافیکی گرمای زیادی تولید می‌کند، بنابراین معمولاً برای دفع این گرما از یک فن استفاده می‌شود.
واحدGPU علاوه بر قدرت پردازش، از برنامه‌نویسی ویژه‌ای برای کمک به تجزیه و تحلیل و استفاده از داده‌ها استفاده می‌کند. محصولات ATI و nVidia قریب به اتفاقGPU های موجود در بازار را تولید می‌کنند و هر دو شرکت پیشرفت‌های خاص خود را برای عملکرد بهتر GPU ایجاد کرده‌اند. برای بهبود کیفیت تصویر، پردازنده‌ها از موارد زیر استفاده می‌کنند:
- تکنولوژی Full scene anti aliasing (FSAA) که لبههای اشیاء 3 بعدی را صاف می‌کند.
- تکنولوژی Anisotropic filtering (AF) که تصاویر را واضح‌تر می‌کند.
هر شرکت همچنین تکنیک‌های خاصی را برای کمک به GPU در استفاده از رنگ، سایه، بافت و الگوها ایجاد کرده است.
همانطور که واحد GPU تصاویر را ایجاد می‌کند، برای نگهداری اطلاعات و تصاویر تکمیل شده به مکانی احتیاج دارد. برای این منظور از RAM موجود بر روی کارت استفاده می‌کند، داده‌های مربوط به هر پیکسل، رنگ آن و محل آن روی صفحه را در حافظه ذخیره می‌کند. بخشی از حافظه همچنین می‌تواند به عنوان حافظه صحنه عمل کند، به این معنی که تصاویر کامل شده را تا زمان رسیدن به زمان نمایش آنها را در خود نگه می‌دارد. به طور معمول، حافظه تصویری با سرعت بسیار بالایی کار می‌کند و دارای دو ورودی است، به این معنی که سیستم می‌تواند همزمان از آن بخواند و بر روی آن بنویسد.
حافظه مستقیماً به مبدل دیجیتال به آنالوگ،DAC متصل می‌شود. این مبدل که RAMDAC نیز نامیده می‌شود، تصویر را به سیگنالی آنالوگ تبدیل می‌کند که مانیتور می‌تواند از آن استفاده کند. بعضی از کارت‌های گرافیک دارای RAMDAC متعدد هستند که می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد و از بیش از یک نمایشگر پشتیبانی کند.
مبدل RAMDAC از طریق کابل تصویر نهایی را به مانیتور می‌فرستد. در بخش بعدی به این اتصال و سایر رابط‌ها پرداخته شده است.
کانکتور PCI
کارت‌های گرافیک از طریق مادربرد به کامپیوتر متصل می‌شوند. مادربرد برق کارت را تأمین می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا با پردازنده ارتباط برقرار کند. برخی از کارت‌های گرافیک جدید بیشتر از آنچه مادربرد برق تأمین می‌کند به برق احتیاج دارند، بنابراین اتصال مستقیم به منبع تغذیه رایانه نیز دارند.
اتصال به مادربرد معمولاً از طریق یکی از سه رابط زیر انجام می‌شود:
- اتصال اجزای محیطی (Peripheral Component Interconnect- PCI)
- پورت گرافیکی پیشرفته (Advanced Graphics Port – AGP)
- پورت PCI Express (PCIe)
پورت PCI Express جدیدترین نوع این سه مورد است و سریع‌ترین نرخ انتقال داده را بین کارت گرافیک و مادربرد فراهم می‌کند. اسلات PCIe همچنین از استفاده هم زمان دو کارت گرافیک در یک کامپیوتر پشتیبانی می‌کند.
بیشتر کارت‌های گرافیک دارای دو پورت اتصال به مانیتور هستند. غالباً، یکی کانکتور DVI است که از صفحه نمایش LCD پشتیبانی می‌کند و دیگری کانکتورVGA ، که از صفحه CRT پشتیبانی می‌کند. در عوض بعضی از کارت‌های گرافیک دارای دو اتصال DVI هستند. اما این استفاده از صفحه CRT را رد نمی‌کند. صفحه‌های CRT می‌توانند از طریق تبدیل کننده به پورت‌های DVI متصل شوند.
اکثر افراد فقط از یکی از دو اتصال مانیتور خود استفاده می‌کنند. افرادی که نیاز به استفاده از دو نمایشگر دارند می‌توانند کارت گرافیک با قابلیت هد دوگانه خریداری کنند که نمایشگر را بین دو صفحه نمایش تقسیم می‌کند. کامپیوتری با دو کارت گرافیک دو هد و مجهز به PCIe می‌تواند از لحاظ نظری چهار مانیتور را پشتیبانی کند.
علاوه بر اتصالات مادربرد و مانیتور، برخی از کارت‌های گرافیک دارای اتصالاتی برای تلویزیون، دوربین‌های ویدئویی آنالوگ و دوربین‌های دیجیتال هستند. بعضی از کارت‌ها دارای قابلیت دریافت سیگنال‌های تلویزیونی نیز هستند.
مطالبی که شاید برای شما مفید باشد
زمان‌بندی حافظه چیست و چرا مهم است؟
