کارت گرافیک شبیه یک نسخه کوچکتر از مادربرد کامپیوتر است. از تاریخ پیدایش کامپیوتر، کامپیوتر IBM (اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری تاریخ) به دلیل معماری ماژولار با اجزای قابل تعویض تا حد زیادی به کامپیوتر استاندارد تبدیل شد. مانند کامپیوتر IBM اصلی، درحال حاضر مادربرد هر کامپیوتر دارای اسلات هایی است که هر سازنده شخص ثالثی می تواند قطعات مورد نیاز برای اجرای کامپیوتر را در آن قرار دهد. این اجزاء شامل کارت گرافیک است، که وظیفه نمایش تصاویری که روی صفحه می بینید را بر عهده دارد. کار کارت گرافیک پیچیده است، اما درک اصول و اجزای آن آسان است. در این مقاله سلام دنیا، به کارت گرافیک چیست و چگونه کار می کند، انواع و وظیفه کارت گرافیک و همچنین روش انتخاب کارت گرافیک خوب خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
کارت گرافیک چیست
کارت گرافیک شبیه یک نسخه کوچکتر از مادربرد کامپیوتر است، این یک برد مدار چاپی است که دارای پردازنده، رم و سایر اجزا است. معمولاً به کارت گرافیک واحد پردازش گرافیکی یا GPU گفته می شود، اما در واقع واحد پردازش گرافیکی فقط یک جزء (البته جزء اصلی و تعیین کننده) کارت گرافیک است.در واقع، پردازنده‌های گرافیکی به دو شکل عمده وجود دارند:
نوع اول یک واحد پردازش گرافیکی یکپارچه در مادربرد است که نمی توان آن را ارتقا داد یا جایگزین کرد. این نوع واحد پردازنده گرافیکی را در لپ تاپ ها و کامپیوترهای شخصی رومیزی ارزان قیمت وجود دارد.این گرافیک ها معمولاً عملکرد متوسطی دارند و برای کارهایی مانند بازی یا تولید گرافیک حرفه ای عملکرد خوبی ندارند.نوع واحد پردازش گرافیکی GPU مجزا وجود دارد که بر روی یک کارت گرافیک نصب می شود و روی مادربرد قرار می گیرد.این نوع کارت گرافیک قابل تعویض است، بنابراین می توان آن را با کارت های گرافیک جدیدتر ارتقا داد، این کار از منسوخ شدن رایانه شخصی جلوگیری می کند.
کارت‌های گرافیک مدرن دستگاه‌های بسیار پیچیده‌ای هستند که از جهاتی مانند رایانه‌های مستقل عمل می‌کنند. آنها محاسبات زیادی را انجام می دهند و معمولاً پیچیده ترین اجزای یک رایانه هستند، به ویژه کارت های گرافیک سطح بالا که برای بازی و پردازش گرافیکی پیشرفته بهینه شده اند.آنها نه تنها مسئول ترسیم گرافیک‌های دو بعدی معمولی مانند ویندوز و اسناد هستند، بلکه بهترین کارت‌های گرافیک مدرن می‌توانند گرافیک‌های سه‌بعدی واقعی و با وضوح بالا را در زمان واقعی بدون نیاز به پیش‌رندر کردن آن محتوا تولید کنند. آنها برای تولید گرافیک، مانند عکاسی و تولید فیلم، ضروری هستند، زیرا قادر به دستکاری و پردازش تعداد زیادی پیکسل در زمان واقعی هستند.
حتما بخوانید: چگونه کارت گرافیک را آپدیت کنیم
کارت های گرافیک به طور فزاینده ای نیز قادر به انجام تکنیکی به نام ردیابی پرتو هستند. ردیابی پرتو شکلی از گرافیک سه بعدی است که در آن صحنه ها با ردیابی مسیر هر پرتو نور در یک صحنه و مدل سازی دقیق تأثیر آن بر مواد و بافت های تصویر ارائه می شود. گرافیک‌های ردیابی پرتو به‌طرز باورنکردنی واقع‌گرایانه هستند، در گشته فقط با مقادیر زیادی از قدرت پردازش می‌توانستند از قبل ارائه شوند.اگرچه کارت‌های گرافیکی با قابلیت ردیابی پرتو به کاهش قیمت ادامه می‌دهند، اما بازی‌های ویدیویی به طور فزاینده‌ای به گرافیک‌های ردیابی پرتو تکیه می‌کنند تا تصاویری با کیفیت سینمایی را ارائه دهند که در زمان واقعی ارائه می‌شوند.
انواع کارت گرافیک
تقریباً همه کارت‌های گرافیک توسط دو برند رقیب Nvidia و AMD توسعه پیدا می کنند. مهم نیست که چه نوع کارت گرافیکی را می خرید یا در داخل کامپیوتر شخصی خود پیدا می کنید، مطمئناً آنها توسط یکی از این شرکت ها یا توسط یک شرکت شخص ثالث که مجوز این فناوری را صادر کرده است عرضه می شوند. این امر خرید کارت گرافیک را آسان‌تر می‌کند، زیرا بااینکه شرکت‌های زیادی کارت گرافیک عرضه می کنند، همیشه می‌توانید مستقیماً آنها را با هم مقایسه کنید زیرا همه آنها از یک معماری اساسی استفاده می‌کنند.
به عبارت دیگر، پردازنده گرافیکی Nvidia GeForce 2070 بدون توجه به اینکه آن را از Asus، MSI، Gigabyte یا Nvidia خریداری کنید، کم و بیش عملکرد مشابه ای خواهند داشت.AMD رقیب نزدیک Nvidia است،این دو شرکت گاهی اوقات از نظر عملکرد برتر از یکدیگر پیشی می گیرند. اما به عنوان یک قانون کلی، بهترین کارت های AMD عملکردی مشابه بهترین کارت های Nvidia دارند.
اپلیکیشن برای کارت گرافیک
پیچیدگی و قدرت پردازش پردازنده‌های گرافیکی مدرن به این معنی است که کارت‌های گرافیکی اغلب پیچیده‌ترین و با کارایی بالا در یک رایانه هستند که با CPU (واحد پردازش مرکزی) رایانه رقابت می‌کنند یا از آن فراتر می‌روند. کارت‌های گرافیک رده بالا تمام کارهای قدیمی را انجام می‌دهند، از جمله رندر کردن گرافیک‌های معمولی که روزانه استفاده می‌کنید. آنها همچنین گرافیک سه بعدی پیشرفته را در زمان واقعی برای بازی های رایانه ای ارائه می کنند.متخصصان گرافیک به کارت‌های گرافیکی سطح بالا نیز متکی هستند.
حتما بخوانید: حافظه ویدئویی (VRAM) در کامپیوتر چیست
این روزها، برنامه‌های تولید عکس، ویدئو و گرافیک برای انجام پردازش تصویر پیشرفته، از جمله عکاسی، به کارت گرافیک، و نه واحد پردازش مرکزی کامپیوتر، متکی هستند که از هوش مصنوعی و پردازش کامپیوتری برای دستیابی به نتایجی استفاده می‌کنند که قبلاً فقط با لنز در زمان گرفتن عکس و فیلم انجام می شد. پردازنده‌های گرافیکی موجود در کارت‌های گرافیک نیز گاهی به دلیل قدرت پردازش خام خود برای انجام کارهای غیر گرافیکی استفاده می‌شوند.به عنوان مثال، ماینرهای رمزارز، برای انجام فرآیند استخراج سکه‌ها، به رایانه‌هایی با کارت‌های گرافیکی پیشرفته متکی هستند.
نحوه عملکرد کارت گرافیک (کارت گرافیک چگونه کار می کند)
تصاویری که روی مانیتور کامپیوتر خود مشاهده می کنید از نقاط کوچکی به نام پیکسل تشکیل شده اند. در اکثر تنظیمات رزولوشن متداول، یک صفحه نمایش بیش از 2 میلیون پیکسل را نشان می دهد و رایانه باید تصمیم بگیرد که با هر یک از آنها چه کاری انجام دهد تا یک تصویر ایجاد کند.برای انجام این کار، به یک مترجم نیاز دارد،چیزی برای گرفتن داده های باینری از واحد پردازش مرکزی CPU و تبدیل آن به تصویری که می توانید ببینید. این مترجم به عنوان یک پردازنده گرافیکی یا GPU شناخته می شود.
اکثر لپ‌تاپ‌ها و دسکتاپ‌های سطح پایه در حال حاضر دارای یک پردازنده گرافیکی GPU ثانویه هستند که در پردازنده اصلی خود تعبیه شده است که به عنوان گرافیک یکپارچه شناخته می‌شود. با این حال،سیستم های حرفه‌ای یا سفارشی اغلب فضایی برای کارت گرافیک اختصاصی دارند. مزیت کارت گرافیک این است که معمولاً می تواند تصاویر پیچیده تری را سریعتر از یک تراشه یکپارچه ارائه کند.
کامپیوتر را به عنوان یک شرکت با بخش هنری خاص خود در نظر بگیرید. هنگامی که افراد در شرکت یک اثر هنری می خواهند، درخواستی را به بخش هنری ارسال می کنند.بخش هنر تصمیم می گیرد که چگونه تصویر را ایجاد کند و سپس آن را روی کاغذ قرار می دهد. نتیجه نهایی این است که ایده یک نفر به یک تصویر واقعی و قابل مشاهده تبدیل می شود.کارت گرافیک کامپیوتر هم بر اساس همان اصول کار می کند. واحد پردازش گرافیکی CPU که با برنامه های نرم افزاری کار می کند، اطلاعات مربوط به تصویر را به کارت گرافیک ارسال می کند.
کارت گرافیک تصمیم می گیرد که چگونه از پیکسل های روی مانیتور برای نمایش تصویر استفاده کند. سپس آن اطلاعات را از طریق کابل به مانیتور ارسال می کند.ایجاد یک تصویر از داده های باینری یک فرآیند سخت است. برای ایجاد یک تصویر سه بعدی، کارت گرافیک ابتدا یک قاب سیمی از خطوط مستقیم ایجاد می کند. سپس، تصویر را به پیکسل تبدیل می کند (پیکسل های باقی مانده را پر می کند).همچنین نور، بافت و رنگ را اضافه می کند. برای بازی های سریع، کامپیوتر باید این فرآیند را حدود 60 تا 120 بار در ثانیه طی کند. بدون کارت گرافیک برای انجام محاسبات لازم، حجم کاری برای رایانه بسیار زیاد است.کارت گرافیک این کار را با استفاده از چهار جزء اصلی انجام می دهد:
اتصال کابل های data and power مادربرد
یک پردازنده گرافیکی (GPU) تصمیم می گیرد که با هر پیکسل را روی حافظه رم کارت گرافیک (VRAM) برای نگهداری اطلاعات مربوط به هر پیکسل و ذخیره موقت تصاویر تکمیل شده برای اتصال به مانیتور استفاده کند تا شما بتوانید نتیجه نهایی را ببینید.
واحد پردازش گرافیکی GPU
مانند مادربرد، کارت گرافیک نیز یک برد مدار چاپی است که پردازنده و حافظه رم کارت گرافیک VRAM را در خود جای داده است. همچنین دارای یک تراشه سیستم ورودی/خروجی (BIOS) است که تنظیمات کارت را ذخیره می کند و در هنگام راه اندازی حافظه، ورودی و خروجی را تشخیص می دهد.پردازنده کارت گرافیک که واحد پردازش گرافیکی (GPU) نامیده می شود، شبیه پردازنده مرکزی کامپیوتر است. با این حال، واحد پردازش گرافیکی GPU به طور خاص برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی و هندسی که برای رندر گرافیکی ضروری هستند طراحی شده است.
حتما بخوانید: تغییر تنظیمات کارت گرافیک برای استفاده از GPU اختصاصی ویندوز
برخی از سریع ترین واحدهای پردازش گرافیکی GPU ترانزیستور بیشتری نسبت به واحد پردازش مرکزی CPU متوسط دارند.واحد پردازش گرافیکی گرمای زیادی تولید می کند، بنابراین معمولاً در زیر یک هیت سینک یا یک فن قرار می گیرد. تراشه‌های یکپارچه کمی متفاوت هستند، زیرا حافظه رم کارت گرافیک VRAM مخصوص به خود را ندارند و باید از همان منبع رم واحد پردازش مرکزی CPU استفاده کنند.این تمایز ممکن است باعث شود که سیستم شما در هنگام بازی با واحد پردازش گرافیکی GPU یکپارچه روی حافظه کوتاه مدت اجرا شود.
واحد پردازش گرافیکی GPU علاوه بر قدرت پردازشی خود، از برنامه نویسی خاصی برای کمک به تجزیه و تحلیل و استفاده از داده ها استفاده می کند.AMD و nVidia اکثریت قریب به اتفاق،واحد پردازش گرافیکی موجود در بازار را تولید می کنند و هر دو شرکت پیشرفت های خود را برای عملکرد واحد پردازش گرافیکی توسعه داده اند. پردازنده های ویدیویی امروزی می توانند موارد زیر را ارائه دهند:
- Anti-aliasing صحنه کامل (FSAA)، که لبه های اشیاء سه بعدی را صاف می کند
- فیلتر ناهمسانگرد (AF)، که باعث می شود تصاویر واضح تر به نظر برسند
- موتورهای Real-time و اثرات ذرات نمایش چند صفحه نمایش
- خروجی ویدیو با فریم بالا
- ویدیوی فوق العاده با کیفیت با میلیون ها پیکسل
- محاسبات با شتاب واحد پردازش گرافیکی
هر شرکت همچنین تکنیک های خاصی را برای کمک به واحد پردازش گرافیکی در اعمال رنگ ها، سایه ها، بافت ها و الگوها توسعه داده است.همانطور که واحد پردازش گرافیکی تصاویر را ایجاد می کند، به جایی برای نگهداری اطلاعات و تصاویر تکمیل شده نیاز دارد. برای این منظور از حافظه رم استفاده می کند و داده های مربوط به هر پیکسل، رنگ و مکان آن را روی صفحه ذخیره می کند.بخشی از حافظه رم کارت گرافیک VRAM همچنین می تواند به عنوان یک فریم بافر عمل کند، به این معنی که تصاویر تکمیل شده را تا زمان نمایش آنها نگه می دارد.
به طور معمول، رم ویدئویی با سرعت بسیار بالا کار می کند و دارای دو پورت است، به این معنی که سیستم می تواند همزمان از روی آن بخواند و خیره کند.کارت‌های ویدئویی مدرن به یک اسلات توسعه PCIe x16 متصل می‌شوند. کامپیوترهای فرم فاکتور کوچک با گرافیک یکپارچه، مانند لپ تاپ ها و مینی دسکتاپ ها، ممکن است دارای چنین شکافی نباشند.با این حال، کارت‌های گرافیک را می‌توان با استفاده از یک دستگاه گران قیمت به نام واحد پردازش گرافیکی GPU خارجی متصل کرد.
انتخاب یک کارت گرافیک خوب
یک کارت گرافیک پیشرفته به راحتی قابل تشخیص است.این نوع کارت گرافیک دارای حافظه زیاد و پردازنده سریع هستند.اغلب،به غیر از جلوه بصری بیشتر از هر چیز دیگر از این که قرار است داخل کیس کامپیوتر قرار بگیرد، جذاب است. تعداد زیادی از کارت‌های گرافیکی با کارایی بالا به تصویر کشیده شده‌اند یا دارای فن‌های تزئینی یا هیت سینک هستند. اما یک کارت گرافیک رده بالا قدرت بیشتری از آنچه که بیشتر مردم واقعاً به ان نیاز دارند رت ارائه می دهد. افرادی که از کامپیوترهای خود عمدتاً برای ارسال ایمیل، پردازش متن یا رسانه های اجتماعی استفاده می کنند، می توانند تمام پشتیبانی گرافیکی لازم را در یک واحد پردازش گرافیکی CPU با گرافیک یکپارچه پیدا کنند.
یک کارت گرافیک میان رده برای اکثر گیمرهای معمولی کافی است. افرادی که به قدرت یک کارت رده بالا نیاز دارند علاقه مندان به بازی و افرادی که کارهای گرافیکی سه بعدی زیادی انجام می دهند، از این نوع کارت گرافیک راضی هستند.یک معیار کلی برای انتخاب عملکرد یک کارت گرافیک خوب فریم ریت آن است که بر حسب فریم در ثانیه (FPS) اندازه گیری می شود. فریم ریت نشان می‌دهد که کارت گرافیک می‌تواند چند تصویر کامل در هر ثانیه نمایش دهد.چشم انسان می‌تواند در هر ثانیه حدود 25 فریم را پردازش کند، اما بازی‌های اکشن سریع به نرخ فریم حداقل 60 فریم در ثانیه برای ارائه انیمیشن و اسکرول راحت نیاز دارند.اجزای فریم ریت عبارتند از:
مثلث یا رئوس در ثانیه: تصاویر سه بعدی از مثلث یا چند ضلعی ساخته می شوند. این اندازه گیری توصیف می کند که پردازنده گرافیکی با چه سرعتی می تواند کل چند ضلعی یا راس هایی که آن را تعریف می کنند را محاسبه کند.به طور کلی،این مورد مشخص می کند که کارت گرافیک با چه سرعتی یک فریم تصویر سیمی می سازد.
نرخ پر کردن پیکسل: این مقیاس اندازه گیری تعداد پیکسل‌های که پردازنده گرافیکی می‌تواند در یک ثانیه پردازش کند،را توصیف می‌کند که به سرعت می‌تواند تصویر را به پیکسل تبدیل کند.
سخت افزار کارت گرافیک مستقیما روی سرعت آن تاثیر می گذارد. اینها مشخصات سخت افزاری هستند که بیشتر بر سرعت کارت و واحدهایی که در آنها اندازه گیری می شود تأثیر می گذارد:
- سرعت اجرای واحد پردازنده (مگاهرتز)
- اندازه گذرگاه حافظه (بیت)
- مقدار حافظه موجود (مگابایت)
- نرخ Memory clock (مگاهرتز)
- پهنای باند حافظه (گیگابایت در ثانیه)
سخن آخر
سی پی یو و مادربرد کامپیوتر نیز نقش مهمی را برعهده دارند، زیرا کارت گرافیک بسیار سریع نمی تواند ضعف مادربرد در تحویل سریع داده ها را جبران کند. به طور مشابه، اتصال کارت به مادربرد و سرعت دریافت دستورالعمل از واحد پردازش مرکزی CPU بر عملکرد آن تأثیر می گذارد.