تصاویری که بر روی مانیتور کامپیوترتان مشاهده میکنید از نقطه های ریزی به نام پیکسل (pixel) تشکیل شده است. در یک تفکیک پذیری (resolution) رایج مانند 1440*900 که در قسمت تفکیک پذیری سیستم عامل انتخاب میکنید، صفحه ی نمایش بیش از یک میلیون پیکسل را نمایش میدهد. و کامپیوتر برای نشان دادن یک تصویر بایستی برای هر یک از آنها تصمیم گیری کند. برای این کار کامپیوتر به یک مترجم احتیاج دارد؛ چیزی که اطلاعات دودویی یا باینری را از CPU  بگیرد و آن را به یک تصویر قابل رویت برای چشم تبدیل کند. این کار در کارت گرافیک و در بخش پردازش گرافیک انجام میشود.

کار یک کارت گرافیک بسیار پیچیده است، و اشراف کامل بر تمام فعالیت هایی که کارت گرافیک انجام میدهد با خواندن یک مقاله میسر نمیشود؛ اما اصول و اجزای کار کارت گرافیک ساده و قابل فهم است.در این مقاله (ترجمه از سایت Howstuffworks ) به طور ساده و کلی با اجزای کارت گرافیک و وظیفه هر کدام اشنا میشویم.

به کامپیوتر به صورت یک کمپانی بزرگ با داشتن بخش "هنر" مخصوص خود نگاه کنید.وقتی کارکنان شرکت به یک اثر هنری مثلا یک تصویر نیاز دارند به قسمت هنر درخواست خود را ارائه میکنند.این بخش تصمیم میگیرد که چگونه این اثر را اماده کند در این مورد چگونه یک تصویر را روی کاغذ پیاده کند. نتیجه ایده ی پیاده شده یک فرد بر روی کاغذ است... کار یک کارت گرافیک نیز از روشی مشابه پیروی میکند. پردازنده – CPU که در کامپیوتر وظیفه سر و کله زدن ! با برنامه های کاربردی را دارد ، اطلاعات مربوط به تصاویر را به کارت گرافیک میفرستد؛ و کارت گرافیک تصمیم میگیرد تا چگونه از پیکسل های صفحه ی نمایش برای ایجاد تصویر و عمل کردن به درخواست CPU استفاده کند. نتیجه ارسال اطلاعات از کارت گرافیک (از طریق درگاه پشت کارت گرافیک) به نمایشگر و دیدن تصاویر مورد نظر است.

ایجاد یک تصویر از اطلاعات دودویی (باینری) پروسه ای طاقت فرسا است. برای ایجاد یک تصویر سه بعدی، کارت گرافیک یک چهارچوب از خطوط مستقیم ایجاد می کند. سپس آن تصویر را به یک عکس "طرح بیتی" (bitmap) تبدیل میکند (پیکسل های باقی مانده را پر میکند). همچنین روشنایی و سایه روشن، بافت و رنگ را اضافه میکند. برای بازی هایی که با سرعت بالا اجرا میشوند کارت گرافیک باید این پروسه را 60 بار در ثانیه اجرا کند. بدون کارت گرافیک حجم این کار برای پردازنده کامپیوتر می تواند بسیار سنگین باشد. کارت گرافیک این وظیفه را با استفاده از این چهار بخش اصلی انجام می دهد :

-یک اتصال با مادربورد برای اطلاعات و تامین نیرو (الکتریسیته).

-یک پردازنده برای تصمیم گیری برای پیکسل های صفحه نمایش.

-حافظه برای نگه داشتن اطلاعات هر پیکسل و نگهداری موقتی تصاویر.

-یک اتصال با مانیتور برای نمایش نتایج نهایی.

پردازنده و حافظه :

مانند یک مادربورد ، کارت گرافیک نیز یک تخته مدار چاپی است در بر دارنده ی یک پردازنده و حافظه است. همچنین شامل یک تراشه ورودی-خروجی (BIOS) می باشد که تنظیمات کارت را نگهداری میکند و عملیات خطایابی را بر روی حافظه ، ورودی و خروجی در شروع یا Startup اجرا می کند. پردازنده ی کارت گرافیک که GPU (graphics processing unit) یا "واحد پردازش گرافیکی" نامیده می شود شبیه به واحد پردازش مرکزی کامپیوتر یا CPU است؛ هر چند که به طور ویژه برای اجرای مسائل پیچیده ریاضی و محاسبات هندسی که برای رندرینگ گرافیکی نیاز است ، طراحی شده است. بعضی از GPU های سریع و پیشرفته تعداد بیشتری ترانزیستور از CPU ها دارند که نشان از نیازمندی GPU به قدرت محاسبه بیشتری از واحد پردازش مرکزی است. GPU ها نیز مانند CPU  ها و اکثر پردازنده های دیگر مقدار زیادی گرما تولید میکنند ، به همین دلیل غالبا همراه با گرماگیر (heat sink) (غالبا از جنس آلیاژ الومینیوم یا مس) و فن ارائه میشوند.

اضافه بر قدرت پردازش ، یک GPU از برنامه ریزی مخصوص برای کمک در آنالیز و استفاده از اطلاعات استفاده می کند. ATI (AMD) و nVidia دو تولید کننده ی اصلی و عمده ی واحد های پردازش گرافیک در جهان هستند و هر دو شرکت دارای فناوری ها و توسعه های خود در افزایش عملکرد پردازنده های گرافیکی هستند. برای بهبود کیفیت تصویر، پردازنده ها از از روش های زیر استفاده می کنند :

Full scene anti-aliasing (FSAA) (هموار کردن ناصافی های کامل) که لبه های اشیاء سه بعدی (لبه های تیز و غیر واقعی) را  صاف و ملایم می کند.

Anisotropic filtering (AF) (پالایش ناهمسانی ها) که باعث مجعد تر شدن بیشتر تصاویر میشود.

هر دو کمپانی تکنیک های خاص خود را برای کمک به اعمال رنگ ها، سایه زنی، بافت ها و الگو ها توسط GPU  توسعه داده است.

هنگامی که GPU تصاویر را ایجاد می کند، به فضایی احتیاج دارد که اطلاعات و تصاویر را موقتا نگهداری کند. برای این کار از حافظه یا RAM کارت کرافیک استفاده می شود. که در آن اطلاعات هر پیکسل مانند رنگ و موقعیت پیکسل در صفحه نمایش ذخیره میشوند. قسمتی از حافظه نیز میتواند به عنوان "بافر" (frame buffer) عمل کند به این معنی که تصاویر کامل را تا موقع نمایش آنها نگهداری می کند.(قسمتی که محتوای صفحه نمایشرا نگهداری می کند..). نوعا حافظه های بصری (رم های استفاده شده در کارت گرافیک) در سرعت های بسیار بالا عمل می کنند و دارای درگاه دوگانه هستند، یعنی سیستم می تواند همزمان عمل خواندن و نوشتن را روی آنها انجام دهد.

حافظه به طور مستقیم با مبدل دیجیتال به آنالوگ یا DAC متصل است. این مبدل که به آن RAMDAC نیز می گویند تصاویر دیجیتال را برای بعضی مانیتور ها به سیگنال های انالوگ قابل استفاده تبدیل می کند. بعضی از کارت ها دارای RAMDAC های چند گانه هستند که باعث افزایش کارایی و پشتیبانی از چند مانیتور میشوند. RAMDAC اطلاعات نهایی را برای صفحه نمایش از طریق کابل می فرستد.

ورودی و خروجی :

کارت گرافیک از طریق مادربورد به دیگر اجزای کامپیوتر متصل میشود. مادربورد انرژی مورد نیاز کارت را تامین میکند و ارتباط کارت با پردازنده ی مرکزی را ممکن میسازد. کارت گرافیک های جدید و قوی اغلب به انرژی بیشتری از آنچه که مادربورد برای کارت فراهم می کند نیاز دارند ، بنابر این اتصال مستقیمی با منبع تغذیه یا پاور کامپیوتر  دارند.

ارتباط کارت با مادربورد اغلب از یکی از سه راه زیر صورت میگیرد:

-اتصال اجزای جنبی یا Peripheral component interconnect – PCI

-پورت گرافیک پیشرفته یا Advance graphic port – AGP

-اتصال اجزای جنبی سریع یا PCI Express – PCI-e

رابط PCI Express جدیدترین رابط از سه  رابط ارائه شده است و نرخ انتقال بالاتری بین کارت و مادربورد را فراهم میکند.همچنین استفاده از جند کارت گرافیک در یک کامپیوتر را امکان پذیر می کند.

اکثر کارت کرافیک های امروزی دو درگاه برای اتصال به مانیتور دارند ، یکی رابط DVI بیشتر برای مانیتور های LCD و یک رابط VGA برای مانیتور های CRT .بعضی نیز در عوض دو رابط DVI دارند و بعضی از مدل های جدیدتر نیز دارای پورت HDMI هستند.البته با این حال نیز میشود با استفاده از مبدل ها این کارت ها را به مانیتور های CRT متصل کرد و جای نگرانی نیست ولی نباید انتظار کیفیت پورت های دیجیتال DVI و HDMI را از آنها داشت. علاوه بر ارتباط با مانیتور و مادربورد ، بعضی از کارت های گرافیک برای تلویزیون ها (TV-out) یا (s-video) ، دوربین های انالوگ و دوربین های دیجیتال، دارای رابط هستند.

( قبل از رسیدن به بخش بعدی در مورد directX و Open GL بدانید، که آنها رابط های برنامه نویسی نرم افزاری هستند و به وسیله ارائه ی دستور عمل ها برای وظایف پیچیده مانند رندرینگ سه بعدی، کمک می کنند که سخت افزار و نرم افزار بهتر و موثر تر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برنامه نویسان و توسعه دهنده گان نرم افزار و بازی اغلب محصولات خود را برای یک رابط خاص بهینه سازی می کنند؛ به همین دلیل است که در هنگام اجرای یک نرم افزار یا یک بازی بایستی نسخه های جدید و مناسب DirectX یا Open GL را داشته باشید. رابط های برنامه نویسی، مجزا از درایور ها که برنامه هایی برای ارتباط سخت افزار با سیستم عامل هستند، می باشند. البته در کنار به روز رسانی رابط ها ، به روز کردن درایور ها باعث بهتر کار کردن برنامه ها خواهد شد.)

خرید یک کارت گرافیک خوب :

انتخاب یک کارت گرافیک قوی زیاد سخت نیست؛ کارت های قوی حافظه های بالا و پردازنده های سریع و قابلیت های چشم نواز دیگری دارند که با یک جست و جو در سایت های تولید کنندگان به راحتی قابل دسترسی است. اکثرا کارت های قویتر نیز با سیستم های خنک کننده ی بهتر و موثر تری همراه هستند. اما یک کارت گرافیک فوق العاده قوی یا High-end دارای توانایی بسیار بیشتری است که اکثر کاربران کامپیوتر به آن نیاز دارند. طبیعتا خرید کارت های فوق قوی برای کسانی که از رایانه برای کارهایی مانند وب گردی ، ایمیل و تایپ و دیگر کار هایی که احتیاج به قدرت پردازش گرافیک بالا ندارند ، استفاده می کنند کاری غیر معقول است.و کارت های گرافیک قوی و البته گران قیمت مختص گیمرهای حرفه ای و کسانی است که کار های گرافیک سه بعدی حرفه ای انجام میدهند. که البته کارت های مورد نیاز این دو گروه نیز با یکدیگر تفاوت دارد.تولید کنندگان کارت گرافیک نیز سری های مخصوصی برای این دو قشر تدارک دیده اند که هر کدام نیاز های این دو گروه را براورده می کنند.

یکی از مشخصه های کارت گرافیک خوب ، نرخ فریم یا frame rate آن است که با واحد فریم بر ثانیه (FPS) اندازه گیری می شود. این عدد نشان دهنده ی تعداد تصاویر کاملی است که یک کارت گرافیک در یک ثانیه نمایش میدهد.( چشم انسان می تواند حدود 25 فریم را در هر ثانیه پردازش کند) اکثر بازی های جدید نیازمند حد اقل 60 فریم در ثانیه برای داشتن حرکات طبیعی و روان هستند. اجزای نرخ فریم شامل موارد زیر است:

- نرخ "سه گوش" ها یا" راس" ها در ثانیه : تصاویر سه بعدی از سه گوش ها (سه ضلعی ها) یا چند ضلعی ها تشکیل شده اند. این نرخ نشان دهنده ی این است که با چه سرعتی GPU می تواند یک چند ضلعی یا راس هایی که آن را تعیین می کند را محاسبه کند. این عدد نشان دهنده ی این است که کارت با چه سرعتی یک تصویر wireframe (تصویر ابتدایی و قالب که از خطوط و اشکال هندسی تشکیل شده است) را ایجاد می کند.

-نرخ پرکردن پیکسل : این عدد نشان دهنده ی این است که GPU چند پیکسل را می تواند در ثانیه پردازش کند؛ که نشان دهنده ی سرعت تشکیل عکس های طرح بیتی است.

سرعت یک کارت گرافیک به اجزای و مشخصات شخت افزاری ان بستگس دارد. مشخصه هایی که بیشترین تاثیر در سرعت کارت ها را دارند شامل موارد زیر میشوند :

-سرعت کلاک واحد پردازش گرافیکی یا GPU

-اندازه ی گذرگاه حافظه یا Memory Bus

-مقدار حافظه ی کارت .

-نرخ کلاک حافظه.

-پهنای باند حافظه.

-سرعت RAMDAC .

البته در هنگام انتخاب کارت گرافیک بایستی به نکات بسیاری مانند قدرت پردازش پردازنده، رابط کارت با مادربورد، درگاه های کارت، پشتیبانی از  directx و open gl و دیگر فناوری های مشابه، پشتیبانی از سیستم عامل های جدید، مصرف انرژی، داشتن استانداردهای لازم، استفاده از قطعات با کیفیت مانند خازن های حالت جامد و..، خنک کننده ی کارت،پشتیبانی از چینش های چند گانه و... توجه داشته باشید.

در سرعتی که شما از کارت گرافیک انتظار دارید CPU  و مادربورد هم نقش دارند؛ به این خاطر که برای مثال یک کارت گرافیگ بسیار بسیار سریع هم نمیتواند عدم قابلیت مادربورد در انتقال سریع اطلاعات را جبران کند و CPU ضعیف نیز میتواند در سرعتی که شما از کامپیوترتان انتظار دارید محدود کننده باشد. دلیل این امر نیز بیسار ساده و بنیادی است چون کامپیوتر یک "سیستم" یا سامانه است و تعریف سیستم "مجموعه ای هماهنگ و منظم از اجزای در ارتباط با یکدیگر که هدفی خاصی را دنبال می کنند" است. پس عدم کارکرد درست یکی از این اجزاء باعث تاثیر در کارکرد کل سیستم میشود...