مبانی و استاندارد های کارت گرافیگ

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.