آشنایی با کارت گرافیک

کارت گرافیک چیست؟

ویدئو کارت یا کارت گرافیک یک برد است که تعدادی قطعه بر روی آن نصب شده است .قطعاتی مانند خازن ها، حافظه، مقاومت ها، آی سی ها و چند ریز قطعه بر روی کارت گرافیک قرار دارند. وظیفه کارت گرافیک به طور کلی انجام کار های مربوط به تصویر کامپیوتر می باشد. در کامپیوتر ها داده ها به شکل دیجیتال یعنی صفر و یک، بین پردازنده ئ حافظه و دیگر قطعات کامپیوتر انتقال می یابند؛ ولی به دلیل این که نمایش این داده های صفر و یک برای بعضی امور قابل فهم نمی باشد، بنابر این گیمر ها علاقه دارند که این داده ها را به شکل پردازش شده و به صورت تصاویر مشاهده کنند. وظیفه کارت گرافیک پرادزش این داده ها می باشد.یعنی یکی از مهم ترین وظایف در کامپیوتر به کارت گرافیک واگذار شده است. کار کارت گرافیک ممکن است سنگین یا سبک باشد. انجام فعالیت های مربوط به فرآیند ساخت بازی ها یا انیمیشن فعالیت سنگین و پردازش فایل های تصویری فعالیتی سبک برای کارت گرافیک محسوب می شود. این کارت های گرافیک در انواع گوناگون به بازار عرضه و  بر اساس کاربرد در فعالیت های مختلف رایانه ای قیمت گذاری شده اند.

اجزای تشکیل‌ دهنده

در طی سالیان گذشته تا به امروز کارت های گرافیک دستخوش دگرگونی های فراوان شده اند. در حال حاضر  کارت های گرافیک در مقایسه با نسل های قبل میلیون ها برابر قوی تر می باشند.افزایش قدرت کارت های گرافیک به علت پیشرفت همیشگی بازی های رایانه ای و  پیشرفت روز افزون سیستم مورد احتیاج آن ها می باشد . در نهایت باید گفت که تمام کارت های گرافیک از قطعات مشابه ای بهره نمی برند ولی تمام  آن ها از قطعات کلیدی یکسان استفاده می کنند. در ادامه تصاویری از این قطعات قرار داده شده است:

Video Memory (حافظه ویدیوئی): حافظه ی کارت گرافیک مکانی است که همه ی داده های تصویری برای عمل پردازش در آن جا ذخیره می شوند. ظرفیت ارائه شده برای این محل به نوع استفاده ی گیمر ها بستگی دارد.

GPU (واحد پردازش گرافیکی): GPU یا واحد پردازش گرافیکی مثلCPU ها، مغز یک کارت گرافیک محسوب می شود. وظیفه انجام همه ی پردازش های گرافیکی که در انتها در نمایشگر قابل مشاهده می باشند بر عهده ی واحد پردازش گرافیکی گذاشته شده است. علی رغم اینکه افراد زیادی دلیل قدرتمند شدن کارت گرافیک را حافظه عنوان می کنند اما  واحد پردازش گرافیکی دلیل اصلی قدرتمند بودن کارت گرافیک است.

PCB (برد مدار چاپی): برروی این بخش اجزای کارت گرافیک نصب می شوند و متشکل از لایه های گوناگونی می باشد. در کیفیت فعالیت کارت گرافیک جنس این برد مدار چاپی بسیار تاثیر گذار است.

Display Connectors (محل اتصال نمایشگر): بعد از این که داده ها در کارت گرافیک پردازش شدند برای ارسال به صفحه نمایش به یک کابل رابط احتیاج دارند.یک قسمت در کارت گرافیک برای اتصال این کابل رابط تعبیه شده است. کابل های رابط در انواع گوناگون عرضه شده اند که بر اساس نوع کاربری محصول از پورت های گوناگونی استفاده می شود. برای نمونه اگر گیمر مایل باشد از کیفیت 4k و فریم ریت بالا استفاده کند باید از پورت  HDMI و DVI   که پین های زیادتری دارد، بهره بگیرد. در طرف دیگر پورتVGA  برای تصویررسانی معمولی به کار می رود. در حال حاضر اغلب کارت های گرافیک حداقل از یک پورت HDMI برخوردار می باشند.

Bridge (پل): کارت های گرافیک پیشرفته  این امکان را می دهند که در کنار هم مورد استفاده قرار بگیرند . این فناوری در کارت های گرافیکی شرکت AMD به Crossfire  و کارت های گرافیکی کمپانی Nvidia به  SLI مشهور شده است. این روش پل  شدن چند کارت گرافیک سبب کمک به پردازش  برنامه های گرافیکی و بازی های سنگین می شود. البته ذکر این نکته لازم است که پل کردن  هر کدام کارت های گرافیک AMD و انویدیا شرایط مخصوصی دارد و این شرایط با یکدیگر مشابه نیستند.

VRM (مدار تنظیم‌کننده ولتاژ): مسئولیت برق رسانی به قسمت های کلیدی کارت گرافیک به این قسمت واگذار شده است. این قسمت باید برق را به شکل کیفی تست کند. چنانچه این مدار در کارت گرافیک شما قدرتمند باشد سبب افزایش عمر کارت گرافیک شما در شرایط دشوار خواهد شد. هوشمند بودن  VRM باعث انجام عمل اورکلاک بدون خطر و نویز می شود.

Interface (پایه نگه‌دارنده): در کارت های گرافیک این قسمت وظیفه برق رسانی به برد، انتقال اطلاعات و خاصیت نگه دارنده دارد.در حال حاضر کارت های گرافیک در مقایسه با چند سال اخیر از یک نوع اینترفیس بهره می برد که فقط در نسل ها با یکدیگر متفاوت هستند .چنین استانداردی به نام  PCI-Expressمعروف شده است. تا به امروز 3 نسل از این نوع رابط ها توزیع شده که به نسل یک، دو و سه(PCI-Express 1-2-3) نامگذاری شده اند. استفاده سازندگان از نسل های گوناگون این کارت ها به نوع کاربری آن ها بستگی دارد.

عناصر دیگر بر روی کارت گرافیک

Graphic Co-Processor: این کارت ها می توانند بدون اتکا به پردازنده اصلی رایانه تمام عملیات های گرافیکی را به انجام برسانند. از کارت گرافیک شما از این بخش برخوردار باشد باعث افزایش تازه سازی تصاویر می گردد و نتیجه می گیریم چون احتیاجی به حمایت CPU ندارد، بسیار کیفیت فعالیت را افزایش خواهد داد.

Graphic BIOS: کارت‌های گرافیک از یک تراشه کوچک به نامBIOS  استفاده می کنند. داده های موجود در این تراشه به بقیه بخش های کارت روش انجام فعالیت هایی را که به همدیگر ربط دارند را نمایان می کند.

Frame Buffer: این تراشه به کنترل حافظه موجود برروی کارت می پردازد و به ارسال اطلاعات به«مبدل دیجیتال به آنالوگ» (DAC) اقدام می کند. هیچگونه پردازشی به وسیله این تراشه صورت نمی گیرد.

Graphics Accelerator: این نوع کارت ها توانایی انجام همه ی عملیات های گرافیکی را بدون اتکا به پردازنده اصلی رایانه دارند. سرعت انتقال داده ها در این کارت ها اندکی کمتر می باشد.

انواع کارت گرافیک:

در مجموع دو نوع کارت گرافیک به بازار عرضه شده است:

کارت گرافیک مجتمع (On-Board):

این کارت گرافیک یک قطعه جدا به حساب نمی آید و به شکل یکپارچه یا مجتمع با پردازنده مرکزی(CPU) تولید شده است.همانطور که میدانید در چند سال پیش، واحد گرافیکی یکپارچه به شکل یک چیپ ست جداگانه بر روی مادربرد نصب شد و پردازنده مرکزی هیچگونه فعالیتی در نمایش تصویرنداشت.به صورت پیش فرض در رایانه ها و لپ تاپ های استاندارد اغلب گرافیک های مجتمع نصب شده اند. قیمت کارت گرافیک مجتمع علی رغم قیمت پایین قابل ارتقاء نمی باشد.

کارت گرافیک مجزا (Discrete):

همانطور که از نام این قطعه مشخص است به شکل مجزا بر روی مادربوردنصب می گردد. کارت گرافیک مجزا بیشتر برای افرادی که کار های ویرایش ویدئو انجام می دهند، خواهان عملکرد سیستم به بهترین نحو ممکن هستند و سرگرم بازی های رایانه ای می شوند مناسب می باشد. برای اغلب کاربرانی که از کامپیوتر های خود کار های استانداردی مثل شنیدن موسیقی، وب گردی، تماشای ویدئو انجام می دهند، کارت های گرافیک On-Board مناسب است. گیمر ها، ویرایش کنندگان ویدئو و افراد حرفه ای برای افزایش قدرت تفسیر و پردازش تصویر باید از یک کارت گرافیک جدا بهر ه بگیرند. اگر از این کارت های گرافیک استفاده نشود باعث تاخیر در اجرای بازی و پرش تصویر و طولانی شدن فرآیند ویرایش ویدئو می گردد.

خنک‌ کننده

یکی از دغدغه های کاربران همیشه بحث خنک سازی قطعات رایانه ای بوده و به همین علت سعی داشتند با روش های گوناگون سیستم رایانه خود را خنک نگه دارند و به افزایش کارکرد و راندمان آن در زمان طولانی کمک کنند . در سراسر جهان کمپانی های زیادی به فعالیت در این زمینه می پردازند و تلاش می کنند تا با تولید یک محصول قوی، موفق به مرتفع کردن احتیاج کاربران به نحو مطلوب گردند. از جمله قطعاتی که فرآیند خنک سازی آن ها در افزایش و بهبود طول عمر آنها تاثیرزیادی داشته باشد، کارت گرافیک است. به علت همین موضوع کمپانی هایی که مشغول فعالیت در زمینه تولید کارت گرافیک هستند برای کاهش دمای کاری محصول و نیز افزایش طول عمر قطعات مورد استفاده در آنها اقدام به تجهیز کارت های گرافیک به خنک کننده اختصاصی نمودند.

هیت سینک (Heat sink):  هیت سینک یک قطعه فلزی است که از فلز های با رسانای گرمایی زیاد مانند آلومینیوم و مس ساخته شده که با قرارگیری برروی چیپ ها، پردازنده ها یا هر چیپ دیگری که بخاطر پردازش اطلاعات تولید گرما می کند باعث افزایش مقدار تماس چیپ ست و پردازنده با محیط اطراف می گردد و پردازنده را کمک می کنند تا مقدار بیشتری از گرمای تولی شده را دفع نماید و گرمای پردازنده را در حد استاندارد نگه دارد. بدنه هیت سینک ها به طور معمول مانند رادیاتور برای افزایش سطح تماس با محیط به شکل پره پره ساخته شدند و یا در دیگر قطعات مثل CPU برای انتقال حرارت وسط  پره ها یک فن برای تهویه مورد استفاده قرار می گیرد . در مجموع عمل انتقال حرارت یا دفع گرما بر عهده هیت سینک می باشد.

فن (Fan): فن دارای پروانه هایی ثابت می باشد که حول یک محور دوار برای تهویه هوا می چرخند. در گروه های متفاوتی فن ها را دسته بندی  می کنند که متداول ترین خنک کننده های کارت های گرافیکی محسوب می شوند . به عنوان نمونه در اغلب کارت ها فن های پلاستیکی و فلزی وجود دارد. باید گفت که شکل های متفاوت در طراحی فن ها بخاطر شرکت های سازنده می باشد. فن ها شامل نمونه های پره بسته، شلاقی(کج)، طونلی، پره باز و…. به بازار عرضه شده اند.اصلی ترین فاکتور قیمت گذاری میزان صدا و لغزش فن ها می باشد.

سیستم‌های خنک‌کننده مایع حلقه بسته (Closed Loop Liquid Cooling / CLC / AIO): این سیستم خنک کننده عملکردی مشابه رادیاتور خودرو دارد. در سیستم خنک کننده مایع یک پمپ کوچک در بالای CPU  قرار داده شده که به طور معمول یک مایع مخصوص متشکل از آب مقطر و مایع هدایت کننده گرما در لوله های منعطف و کوچک که در یک حلقه مسدود قرار دارند، به جریان می اندازد و گرمای پردازنده به وسیله قسمت فلز مس تعبیه شده دی زیر پمپ به مایع منتقل می شود  . پس از این مایع حرارت دیده به وسیله تعدادی لوله کوچک به یک رادیاتور کوچک که ممکن است در بالا، جلو یا پشت کیس رایانه نصب شود، منتقل می گردد و درب رادیاتور با همکاری چند فن که به منظور بهبود کارکرد در مناطق گوناگونی مصب شده اند، خنک شود و مجددا به CPU منتقل می گردد و بعد از گرم شدن مجددا همین فرایند تکرار می شود.این سیستم خنک کننده موثر، به همراه با رادیاتورهایی که در سایز های متفاوت به بازار عرضه می گردند. این سیستم‌ها معمولا برای کاهش دمای CPU مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما می‌توانند برای خنک کردن کارت‌های گرافیک نیز به کار گرفته شوند.

قیمت و تولیدکنندگان

اگر شما با رایانه خود بازی می کنید و در نظر دارید که بهترین کارت گرافیک را بخرید باید مبلغ بیشتری برای این کارت گرافیک بپردازید. بازی های رایانه ای ساده و پیشرفته، مشاهده فیلم و کاربرد های معمولی و طراحی گرافیکی دو بعدی مثل برنامه فوتوشاپ و یا 3بعدی مثل برنامه مایا هر کدام احتیاج به سطح مخصوصی از عملکرد کارت گرافیک دارند.دو کمپانیAMD و Nvidia  همه ی پردازنده های موجود در بازار را ساخته و عرضه کرده اند ولی بیساری از کمپانی ها این کارت ها را با سفارش کاربران در اختیار آنها می گذارند. معروف ترین شرکت های ذکر شده شامل موارد زیر هستند :

– کارت گرافیک ایسوس (ASUS) ، گرافیک کارت ایکس اف ایکس (XFX) ، گرافیک کارت گیگابایت (GigaByte)، کارت گرافیک لید تک (Leadtek) ، کارت گرافیک پیکسل ویو (Pixelview)، کارت گرافیک ام اس آی (MSI)، کارت گرافیک زو تاک (Zotac) ، کارت گرافیک فونیکس (Phoenix) ، کارت گرافیک اسپارکل (SPARKLE) ، کارت گرافیک گین وارد (Gainwrd)، کارت گرافیک السا (ELSA) ، کارت گرافیک سویو(Soyo) ، کارت گرافیک بایوستار (Biostar) ،کارت گرافیک تونب (TONB) ، کارت گرافیک مازراتی (Maserati) ، کارت گرافیک آلباترون (Albatron)، کارت گرافیک آلباترون (Albatron)، کارت گرافیک ای وی جی ای (EVGA)، کارت گرافیک اکسپرت ویژن (Expert Vision)، کارت گرافیک ایلایت (Elite)، کارت گرافیک چین تک (Chaintech) ، کارت گرافیک پاسکال (PASCAL) کارت گرافیک کلاب (CLUB)، – کارت گرافیک پوینت آو ویو (Point Of View) ،  کارت گرافیک فاکسکان (Foxconn) ، کارت گرافیک گیگاترون (Gigatron)

همینطور که دیدید برند های فراوانی از کارت گرافیک به بازار عرضه شده است. اما همانگونه که قبلا گفته شدچیپ اصلی تشکیل دهنده ی تمام آن ها متعلق به دو کمپانی AMD و Nvidia می باشد. پس لازم است که موقع خرید کارت گرافیک  توجه کنید که کارت های سفارسی سازی شده از قیمت بالاتری برخوردار بوده ولی به نسبت بازده بیشتری هم دارند . همینطور در هنگام خرید مواردی شامل مقدار حافظه RAM یا Memory Bus، خنک کننده کارت گرافیک، سرعت و نوع حافظه رم  RAM، سرعت هسته و تعداد و فرکانس Shider بسیار حائز اهمیت هستند.

رم های مجتمع با کارت های گرافیک

کارت های گرافیک فعلی به دلیل این که درون خود از حافظه های رم یکپارچه برخوردار هستند با رم های رایانه متفاوت هستند. کارت های گرافیک پیشرفته از ظرفیتی در حدود 1 تا 24 گیگابایت بهره مند می باشند. GDDR۳، GDDR۵ و GDDR۵X سه فرمت پرطرفدار رم های گرافیکی هستند. علاوه بر این کارت های گرافیکی در دو فرمت دیگر شامل حافظه های به روز و قوی GDDR۶ و HBM نسل 1 و2 نیز عرضه شدند.

حافظه رم کارت گرافیک

یکی از فاکتور های مهم در رایانه ها حافظه های رم گرافیکی می باشند که به گیمر ها امکان می دهند تا بازی ها را با رزولوشن بیشتری به اجرا در بیاورند. برای گیمر ها حداقل یک گیگابایت حافظه رم مورد نیاز است ولی برای بهبود کارکرد کارت های گرافیک خصوصیات دیگری نیز یاید وجود داشته باشد.

انواع خروجی کارت های گرافیک

با بکارگیری انواع گوناگون خروجی می توانید گرافیک ها را به نمایشگر وصل کنید. به این منظور باید کارت های گرافیکی را بخرید که هماهنگی کاملی با پورت های نمایشگر رایانه تان داشته باشد.در  اغلب کارت های گرافیکی معمولا 2 یا 3 پورت گرافیکی تعبیه می شود اما کارت های گرافیکی با 4 خروجی یا بیشتر نیز در بازار وجود دارد. قصد داریم در ادامه بحث  پورت هایی که در کارت های گرافیکی قابلیت پشتیبانی دارند را به شما معرفی کنیم:

انواع پورت کارت گرافیک

VGA: اولین نسل پورت های کارت گرافیک می باشد. پورت های VGA یا Video Graphics Array آنالوگ از پانزده پین بهره می برد که با نام  D-Sub هم معروف هستند. در میان همه ی پورت ها، پورت VGA پایین ترین کیفیت را دارد . به طور معمول اغلب خروجی های VGA عملکرد مطلوبی را از خود نشان می دهند اما در مقایسه با دیگر پورت ها از کیفیت کمتری برخوردار می باشد.

DVI:پورت DVI یا Digital Visual Interface از دو نوع پورت DVI-I و DVI-D تشکیل شده که نوع D سیگنال های دیجیتال را حمل می کند ولی  نوع I  قابلیت حمل سیگنال های دیجیتال را به طور همزمان دارد. یک خروجی مطلوب برای متصل شدن کارت به صفحه نمایش به حساب می آید و اغلب در نمایشگر های تخت تعبیه شده است.

 HDMI: یکی از پرطرفدار ترین شیوه های اتصال کارت گرافیک و نمایشگر پورت HDMI می باشد. خروجی HDMI قابلیت حمل همزمان ویدئو و صدا را دارد.

DisplayPort: در نمایشگر های تازه عرضه شده این خروجی تعبیه شده است و به سرعت در حال محبوب شدن است. از قابلیت های این خروجی می توان به ارسال صدا، ویدئو و انواع داده اشاره کرد.

هر یک از انواع کار های گرافیک یک مسئولیت مهم در انواع لپ تاپ، رایانه و …. برعهده دارند. در حال حاضر در ساخت تبلت ها و گوشی ها نیز از تراشه های گرافیکی و GPU بهره می گیرند. کارایی این قطعات به دلیل کیفیت روزافزون ویدئو ها و پشرفت بازی ها بیشتر از گذشته مورد توجه قرار خواهد گرفت.یکی از دلایل پیشرفت روز افزون توان گرافیکی و پردازشی این قطعات را می بینیم و سازندگان کارت های گرافیکی رقابت جذابی با هم دارند. پس از ورود کمپانی اینتل به این عرصه ساخت کارت های گرافیک بیش از گذشته شاهد رقابت خواهیم بود.

FPS یا فریم بر ثانیه

امروزه بازی های پیشرفته با تولید تصاویر 3 بعدی و بسیار نزدیک به واقعیت سبب شدند تا گیمر ها تجربه شگفت انگیزی در این خصوص داشته باشند. کارت های گرافیکی مورد نیاز برای این عملکرد باید از قدرت بالایی باشند.

اگر می خواهید که یک تصویر روان دریافت کنید باید کارت گرافیک جزئیات پردازش شده را با یک نرخ فریم مطلوب برای نمایشگر بفرستد. به تعداد دفعاتی که یک بازی تصویریی اجرا شده روی نمایشگر رفرش یا بروز رسانی می شود را نرخ فریم می گویند. واحد اندازه گیری فریم ریت، فریم بر ثانیه یا FPS می باشد. چنانچه شما از یک کارت گرافیک با فریم ریت پایین در اختیار داشته باشید، از تصاویری مثل تلویزیون های قدیمی هنگام استفاده از بازی های پیشرفته و گران قیمت و دارای تصاویر روان برخوردار خواهید بود.

نتیجه گیری

متخصصین یا دانشجویان مشغول تحصیل در رشته های الکترونیک یا سخت افزار به خوبی آگاهی دارند که مبحث قطعات کارت های گرافیک به این مقاله محدود نمی شود. باید بیان کرد که تمامی اجزای کارت های گرافیکی را به شکل جداگانه می توان در قالب درسنامه ارائه کرد. کارت های گرافیک موجود در بازار نتیجه تلاش 40 ساله متخصصین هستند و توضیح همه قطعات تشکیل دهنده آن ها به سادگی مقدور نیست.شما با مطالعه قطعات مهم کارت گرافیک از یک آگاهی نسبی در مورد کارت گرافیک و قطعات آن بهره مند شدید. توضیحات داده شده در مقاله فوق شما را کمک می کند تا با آگاهی از قطعات کارت گرافیک انتخابی مناسب را انجام دهید.