کارت گرافيک در کامپيوتر شخصي داراي جايگاهي خاص است . کارت هاي فوق اطلاعات ديجيتال توليد شده توسط کامپيوتر را اخذ و آنها را بگونه اي تبديل مي نمايند که براي انسان قابل مشاهده باشند. در اغلب کامپيوترها ، کارت هاي گرافيک اطلاعات ديجيتال را براي نمايش توسط نمايشگر ، به اطلاعات آنالوگ تبديل مي نمايند. در کامپيوترهاي Laptop اطلاعات، همچنان ديجيتال باقي خواهند ماند چون کامپيوترهاي فوق اطلاعات را بصورت ديجيتال نمايش مي دهند.
اگر از قاصله بسيار نزديک به صفحه نمايشگر يک کامپيوتر شخصي نگاه کنيد ، مشاهده خواهيد کرد که تمام چيزهائي که بر روي نمايشگر نشان داده مي شود از "نقاط" تشکيل شده اند . نقاط فوق " پيکسل " ناميده مي شوند. هر پيکسل داراي يک رنگ است . در برخي نمايشگرها ( مثلا" صفحه نمايشگر استفاده شده در کامپيوترهاي اوليه مکينتاش ) هر پکسل صرفا" داراي دو رنگ بود: سفيد و سياه . امروزه در برخي از صفحات نمايشگر ، هر پيکسل مي تواند داراي 256 رنگ باشد. در اغلب صفحات نمايشگر ، پيکسل ها بصورت " تمام رنگ " (True Color) بوده و داراي 16/8 ميليون حالت متفاوت مي باشند. با توجه به اينکه چشم انسان قادر به تشخيص ده ميليون رنگ متفاوت مي باشد ، 16/8 ميليون رنگ بمراتب بيش از آن چيزي است که چشم انسان قادر به تشخيص آنها بوده و بنظر همان ده ميليون رنگ کفايت مي کند!
هدف يک کارت گرافيک ، ايجاد مجموعه اي از سيگنالها است که نقاط فوق را بر روي صفحه نمايشگر ، نمايش دهند.

کارت گرافيک چيست ؟

يک کارت گرافيک پيشرفته، يک برد مدار چاپي بهمراه حافظه و يک پردازنده اختصاصي است . پردازنده با هدف انجام محاسبات مورد نياز گرافيکي ، طراحي شده است . اکثر پردازنده هاي فوق داراي دستورات اختصاصي بوده که بکمک آنها مي توان عمليات گرافيک را انجام داد. کارت گرافيک داراي اسامي متفاوتي نظير : کارت ويدئو ، برد ويدئو ، برد نمايش ويدئوئي ، برد گرافيک ، آداپتور گرافيک و آداپتور ويدئو است .

مباني کارت گرافيک

به منظور شناخت اهميت و جايگاه کارت هاي گرافيک ، يک کارت گرافيک با ساده ترين امکانات را در نظر مي گيريم . کارت مورد نظر قادر به نمايش پيکسل هاي سياه وسفيد بوده و از يک صفحه نمايشگر با وضوح تصوير 480 * 640 پيکسل استفاده مي نمايد. کارت گرافيک از سه بخش اساسي زير تشکيل مي شود :
• حافظه . اولين چيزي که يک کارت گرافيک به آن نياز دارد ، حافظه است . حافظه رنگ مربوط به هر پيکسل را در خود نگاهداري مي نمايد. در ساده ترين حالت ( هر پيکسل سياه و سفيد باشد ) به يک بيت براي ذخيره سازي رنگ هر پيکسل نياز خواهد بود. با توجه به اينکه هر بايت شامل هشت بيت است ، نياز به هشتاد بايت (حاصل تقسيم 640 بر 8 ) براي ذخيره سازي رنگ مربوط به پيکسل هاي موجود در يک سطر بر روي صفحه نمايشگر و 38400 بايت ( حاصلضرب 480 در 80 ) حافظه به منظور نگهداري تمام پيکسل هاي قابل مشاهده بر روي صفحه ، خواهد بود .
• اينترفيس کامپيوتر . دومين چيزي که يک کارت گرافيک به آن نياز دارد ، روشي به منظور تغيير محتويات حافظه کارت گرافيک است . امکان فوق با اتصال کارت گرافيک به گذرگاه مربوطه بر روي برد اصلي تحقق پيدا خواهد کرد. کامپيوتر قادر به ارسال سيگنال از طريق گذرگاه مربوطه براي تغيير محتويات حافظه خواهد بود.
• اينترفيس ويدئو . سومين چيزي که يک کارت گرافيک به آن نياز دارد ، روشي به منظور توليد سيگنال براي مانيتور است . کارت گرافيک مي بايست سيگنال هاي رنگي را توليد تا باعث حرکت اشعه در CRT گردد. فرض کنيد که صفحه نمايشگر در هر ثانيه شصت فريم را بازخواني / باز نويسي مي نمايد ، اين بدان معني است که کارت گرافيک تمام حافظه مربوطه را بيت به بيت اسکن و اين عمل را شصت مرتبه در ثانيه انجام دهد. سيگنال هاي مورد نظر براي هر پيکسل موجود بر هر خط ارسال و در ادامه يک پالس افقي sync ، نيز ارسال مي گردد.عمليات فوق براي 480 خط تکرار شده و در نهايت يک پالس عمودي sync ارسال خواهد شد.

پردازنده هاي کمکي گرافيک

يک کارت گرافيک ساده نظير آنچه در بخش قبل اشاره گرديد ، Frame Buffer ناميده مي شود. کارت، يک فريم از اطلاعاتي را نگهداري مي نمايد که براي نمايشگر ارسال شده است . ريزپردازنده کامپيوتر مسئول بهنگام سازي هر بايت در حافظه کارت گرافيک است . در صورتيکه عمليات گرافيک پيچيده اي را داشته باشيم ، ريزپردازنده کامپيوتر مدت زمان زيادي را صرف بهنگام سازي حافظه کارت گرافيک کرده و براي ساير عمليات مربوطه زماني باقي نخواهد ماند. مثلا" اگر يک تصوير سه بعدي داراي 10000 ضلع باشد ، ريزپردازنده مي بايست هر ضلع را رسم و عمليات مربوطه در حافظه کارت گرافيک را نيز انجام دهد. عمليات فوق زمان بسيار زيادي را طلب مي کند.
کارت هاي گرافيک جديد ، بطرز قابل توجه اي ، حجم عمليات مربوط به پردازنده اصلي کامپيوتر را کاهش مي دهند. اين نوع کارت ها داراي يک پردازنده اصلي پر قدرت بوده که مختص عمليات گرافيکي طراحي شده است. با توجه به نوع کارت گرافيک ، پردازنده فوق مي تواند يک " کمک پردازنده گرافيکي " و يا يک " شتاب دهنده گرافيکي " باشد. پردازنده کمکي و پردازنده اصلي بصورت همزمان فعاليت نموده و در موارديکه از شتاب دهنده گرافيکي استفاده مي گردد ، دستورات لازم از طريق پردازنده اصلي براي شتاب دهنده ارسال و شتاب دهنده مسئوليت انجام آنها را برعهده خواهد داشت .
در سيستم هاي " کمک پردازنده " ، درايور کارت گرافيک عمليات مربوط به کارهاي گرافيکي را مستقيما" براي پردازنده کمکي گرافيکي ارسال مي دارد. سيستم عامل هر چيز ديگر را براي پردازنده اصلي ارسال خواهد کرد. در سيستم هاي " شتاب دهنده گرافيکي " ، درايور کارت گرافيک هر چيز را در ابتدا براي پردازنده اصلي کامپيوتر ارسال مي دارد. در ادامه پردازنده اصلي کامپيوتر ، شتاب دهنده گرافيک را به منظور انجام عمليات خاصي هدايت مي نمايد. مثلا" پردازنده ممکن است به شتاب دهنده اعلام نمايد که :" يک چند ضلعي رسم کن " در ادامه شتاب دهنده فعاليت تعريف شده فوق را انجام خواهد داد.

عناصر ديگر بر روي کارت گرافيک

يک کارت گرافيک داراي عناصر متفاوتي است :
• پردازنده گرافيک . پردازنده گرافيک بمنزله مغز يک کارت گرافيک است . پردازنده فوق مي تواند يکي از سه حالت پيکربندي زير را داشته باشد :
- Graphic Co-Processor . کارت هائي از اين نوع قادر به انجام هر نوع عمليات گرافيکي بدون کمک گرفتن از پردازنده اصلي کامپيوتر مي باشند.
- Graphics Accelerator . تراشه موجود بر روي اين نوع کارت ها ، عمليات گرافيکي را بر اساس دستورات صادره شده توسط پردازنده اصلي کامپيوتر انجام خواهند داد.
- FrameBuffer . تراشه فوق ، حافظه موجود بر روي کارت را کنترل و اطلاعاتي را براي " مبدل ديجيتال به آنالوگ " (DAC) ارسال خواهد کرد . عملا" پردازشي توسط تراشه فوق انجام نخواهد شد.
• حافظه . نوع حافظه استفاده شده بر روي کارت هاي گرافيک متغير است . متداولترين نوع ، از پيکربندي dual-ported استفاده مي نمايد. در کارت هاي فوق امکان نوشتن در يک بخش حافظه و امکان خواندن از بخش ديگر حافظه بصورت همزمان امکان پذير خواهد بود. بدين ترتيب مدت زمان لازم براي بازخواني / بازنويسي يک تصوير کاهش خواهد يافت .
• Graphic BIOS . کارت هاي گرافيک داراي يک تراشه کوچک BIOS مي باشند. اطلاعات موجود در تراشه فوق به ساير عناصر کارت نحوه انجام عمليات (مرتبط به يکديگر) را تبين خواهد کرد. BIOS همچنين مسئوليت تست کارت گرافيک ( حافظه مربوطه و عمليات ورودي و خروجي ) را برعهده خواهد داشت .
• Digital-to-Analog Converter ) DAC) . تبديل کننده فوق را RAMDAC نيز مي گويند. داده هاي تبديل شده به ديجيتال مستقيما" از حافظه اخذ خواهند شد. سرعت تبديل کننده فوق تاثير مستقيمي را در ارتباط با مشاهده يک تصوير بر روي صفحه نمايشگر خواهد داشت .
• Display Connector . کارت هاي گرافيک از کانکتورهاي استاندارد استفاده مي نمايند.اغلب کارت ها از يک کانکتور پانزده پين استفاده مي کنند. کانکتورهاي فوق همزمان با عرضه VGA :Video Graphic Array مطرح گرديدند.
• Computer(Bus) Connector . اغلب گذرگاه فوق از نوع AGP است ..پورت فوق امکان دستيابي مستقيم کارت گرافيک به حافظه را فراهم مي آورد.ويژگي فوق باعث مي گردد که سرعت پورت هاي فوق نسبت به PCI چهار مرتبه سريعتر باشد. بدين ترتيب پردازنده اصلي سيستم قادر به انجام فعاليت هاي خود بوده و تراشه موجود بر روي کارت گرافيک امکان دستيابي مستقيم به حافظه را خواهد داشت .

استاندارد هاي کارت گرافيک

اولين کارت گرافيک در سال 1981 توسط شرکت IBM عرضه گرديد. کارت فوق بصورت تک رنگ و با نام Monochrome Display Adapters)MDAs) ارائه گرديد. صفحات تمايشگري که از کارت فوق استفاده مي کردند ، متني بودند. رنگ نوشته سفيد يا سبز و زمينه سياه بود. در ادامه کارت هاي چهار رنگ Hercules Graphic Catd)HGC) ارائه گرديدند. سپس کارت هاي هشت رنگ Color Graphic Adapter)CGA) و کارت هاي شانزده رنگ Enhanced Graphic Adapter)EGA) ارائه گرديدند. توليدکنندگاني ديگر، نظير کمودور کامپيوترهائي را معرفي کردند که داراي کارت هاي گرافيک از قبل تعبيه شده و ساخته شده در سيستم بودند. کارت هاي فوق قادر به نمايش تعداد زيادي رنگ بودند.
زمانيکه شرکت IBM در سال 1987 کارت Video Graphic Array)VGA) را معرفي کرد، استاندارد جديدي در اين راستا مطرح گرديد. نمايشگرهاي VGA قادر به ارائه 256 رنگ و وضوح تصوير 400 * 720 بودند. يک سال بعد استاندارد Super Video Graphic Array)SVGA) مطرح گرديد. استاندارد فوق قادر به ارائه 16/8 ميليون رنگ با وضوح تصوير 1024 * 1280 است .
کارت هاي گرافيک از استانداردهاي متفاوتي پيروي مي نمايند. توليدکنندگان کارت گرافيک همواره سعي در افزايش تعداد رنگ و وضوح تصوير با توجه به راهکارهاي اختصاصي خود دارند. کارت هاي گرافيک مي بايست قادر به اتصال به سيستم باشند. کارت هاي گرافيک قديمي اغلب از طريق اسلات هاي ISA و يا PCI به سيستم متصل مي شوند . اغلب کارت هاي گرافيک جديد از پورت AGP براي اتصال به کامپيوتر استفاده مي نمايند.