کارت گرافیک کامپیوتر چگونه کار می کند؟

در این مقاله از تاپ سایت 98 قصد داریم به کارت گرافیک و نحوه کار آن بپردازیم.

تصاویری که در مانیتور کامپیوتر مشاهده می کنید از نقاط کوچکی به نام پیکسل ساخته شده است.

در اکثر تنظیمات رزولوشن رایج ، صفحه نمایش بیش از 2 میلیون پیکسل نمایش می دهد و کامپیوتر باید تصمیم بگیرد که با هر یک از آنها برای ایجاد تصویر چه کار کند.

برای انجام این کار ، به مترجم نیاز دارد، چیزی برای گرفتن داده های باینری از CPU و تبدیل آنها به تصویری که می توانید مشاهده کنید. این مترجم به عنوان پردازنده گرافیکی یا GPU شناخته می شود.

اکثر لپ تاپ ها و رایانه های رومیزی مبتدی دارای پردازنده گرافیکی ثانویه ای هستند که در پردازنده اصلی آنها گرافیک یکپارچه معروف است.

با این حال ، ماشینهای سطح حرفه ای یا سفارشی اغلب فضا برای یک کارت گرافیک اختصاصی نیز خواهند داشت. مزیت کارت گرافیک این است که معمولاً می تواند تصاویر پیچیده تری را بسیار سریعتر از یک تراشه یکپارچه ارائه دهد.

کار کارت گرافیک پیچیده است ، اما درک اصول و اجزای آن آسان است. در این مقاله ، ما قسمتهای اساسی کارت گرافیک و عملکرد آنها را بررسی می کنیم. ما همچنین عواملی را که برای ایجاد یک کارت گرافیک سریع و کارآمد با یکدیگر همکاری می کنند بررسی می کنیم.

یک کامپیوتر را به عنوان یک شرکت با بخش هنری خود در نظر بگیرید. هنگامی که افراد شرکت خواهان یک اثر هنری هستند ، درخواست خود را به بخش هنری ارسال می کنند. بخش هنر تصمیم می گیرد که چگونه تصویر را ایجاد کند و سپس آن را روی کاغذ می گذارد. نتیجه نهایی این است که ایده کسی تبدیل به یک تصویر واقعی و قابل مشاهده می شود.

یک کارت گرافیک با همان اصول کار می کند. CPU ، همراه با نرم افزارهای کاربردی ، اطلاعات مربوط به تصویر را به کارت گرافیک ارسال می کند. کارت گرافیک تصمیم می گیرد که چگونه از پیکسل های روی صفحه برای ایجاد تصویر استفاده کند. سپس این اطلاعات را از طریق کابل به مانیتور ارسال می کند.

ایجاد یک تصویر از داده های باینری یک فرایند سخت است. برای ایجاد تصویر سه بعدی ، کارت گرافیک ابتدا یک فریم سیمی از خطوط مستقیم ایجاد می کند. سپس ، تصویر را تصحیح می کند (پیکسل های باقی مانده را پر می کند). همچنین نور ، بافت و رنگ را اضافه می کند.

برای بازیهای سریع ، کامپیوتر باید این فرایند را در حدود 60 تا 120 بار در ثانیه طی کند. بدون کارت گرافیک برای انجام محاسبات لازم ، حجم کار برای کامپیوتر بسیار زیاد خواهد بود.

کارت گرافیک این وظیفه را با استفاده از چهار جزء اصلی انجام می دهد:

اتصال مادربرد برای داده و قدرت

پردازنده گرافیکی (GPU) که ​​تصمیم می گیرد با هر پیکسل روی صفحه چه کاری انجام دهد

حافظه ویدئویی (VRAM) برای نگهداری اطلاعات مربوط به هر پیکسل و ذخیره موقت تصاویر تکمیل شده

اتصال مانیتور به طوری که می توانید نتیجه نهایی را ببینید

در مرحله بعد ، پردازنده و حافظه را با جزئیات بیشتری بررسی می کنیم.

پردازنده گرافیکی (GPU)

GPU یک مدار الکترونیکی است که رایانه شما از آن برای سرعت بخشیدن به روند ایجاد و ارائه گرافیک کامپیوتری استفاده می کند.

کارت گرافیک مانند مادربورد ، برد مدار چاپی است که پردازنده و 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 ، تشخیص حافظه ، ورودی و خروجی را انجام می دهد.

پردازنده کارت گرافیک که واحد پردازش گرافیکی (GPU) نامیده می شود ، شبیه CPU کامپیوتر است.

با این حال ، GPU به طور خاص برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی و هندسی که برای رندر گرافیکی لازم است طراحی شده است.

برخی از سریعترین پردازنده های گرافیکی ترانزیستورهای بیشتری نسبت به پردازنده های معمولی دارند.

پردازنده گرافیکی گرمای زیادی تولید می کند ، بنابراین معمولاً در زیر هیت سینک یا فن قرار دارد.

تراشه های یکپارچه کمی متفاوت هستند ، زیرا VRAM خود را ندارند و باید از همان ذخیره RAM به عنوان پردازنده استفاده کنند. این تمایز ممکن است باعث شود حافظه شما در حین بازی با GPU به مشکل بخورد.

GPU علاوه بر قدرت پردازشی ، از برنامه نویسی خاصی برای تجزیه و تحلیل و استفاده از داده ها استفاده می کند. AMD و nVidia اکثریت قریب به اتفاق GPU های موجود در بازار را تولید می کنند و هر دو شرکت پیشرفت های خود را برای عملکرد GPU توسعه داده اند. پردازنده های ویدئویی امروزی می توانند موارد زیر را ارائه دهند:

صحنه کامل ضد سایش (FSAA) ، که لبه های اجسام سه بعدی را صاف می کند

فیلتر ناهمسانگرد (AF) ، که باعث می شود تصاویر واضح تر به نظر برسند

نمایشگرهای چند صفحه ای

نرخ خروجی فیلم با فریم بالا

ویدئویی با وضوح بسیار بالا با میلیون ها پیکسل

محاسبات با سرعت GPU

هر شرکت همچنین تکنیک های خاصی را برای کمک به GPU در اعمال رنگ ، سایه ، بافت و الگوها توسعه داده است.

همانطور که GPU تصاویر ایجاد می کند ، به جایی برای نگهداری اطلاعات و تصاویر تکمیل شده نیاز دارد. برای این منظور از RAM کارت استفاده می کند و اطلاعات مربوط به هر پیکسل ، رنگ آن و موقعیت آن را روی صفحه ذخیره می کند.

بخشی از VRAM همچنین می تواند به عنوان یک بافر فریم عمل کند ، به این معنی که تصاویر کامل را تا زمان نمایش آنها زمان نگه می دارد.

به طور معمول ، VRAM با سرعت بسیار بالا کار می کند و دو پورت است ، به این معنی که سیستم می تواند همزمان از آن بخواند و برای آن بنویسد.

کارت های ویدئویی مدرن به شکاف توسعه PCIe x16 متصل می شوند. رایانه های کوچک با فرم گرافیکی یکپارچه ، مانند لپ تاپ و مینی رومیزی ، ممکن است دارای چنین شکافی نباشند. با این وجود ، کارت های گرافیک هنوز هم می توانند با استفاده از یک دستگاه گران قیمت به نام GPU خارجی متصل شوند.

تکامل کارت های گرافیکی

کارت های گرافیکی از زمانی که IBM اولین کارت را در سال 1981 معرفی کرد ، راه زیادی را طی کرده اند ، این کارت که به آن Adapter Display Monochrome (MDA) می گویند ، کارتهای سفید را فقط بر روی صفحه سیاه نمایش می دهد.

در حال حاضر ، هم کارت های گرافیک و هم تراشه های یکپارچه می توانند به راحتی یک سیگنال HD (1،920 x 1،080 پیکسل) را از طریق کابل HDMI یا DisplayPort ارسال کنند.

کارت های مستقل اغلب فیلم Ultra HD 4K (3،840 x 2،160) را با رزولوشن های بالاتر در GPU های با مشخصات بالاتر در اختیار شما قرار می دهند.

انتخاب کارت گرافیک خوب

تشخیص یک کارت گرافیک درجه یک به راحتی امکان پذیر است. دارای حافظه زیاد و پردازنده سریع است.

اغلب ، از نظر بصری جذاب تر از هر چیز دیگری است که در داخل کیس کامپیوتر قرار گرفته است.

بسیاری از کارت های ویدئویی با عملکرد بالا نشان داده شده اند یا دارای فن تزئینی یا گرمکن هستند.

اما یک کارت رده بالا بیشتر از آنچه واقعاً به آن نیاز دارند ، قدرت ارائه می دهد. افرادی که از رایانه خود در درجه اول برای ایمیل ، پردازش کلمه یا رسانه های اجتماعی استفاده می کنند ، می توانند همه پشتیبانی گرافیکی لازم را در یک CPU با گرافیک یکپارچه پیدا کنند.

یک کارت میان رده برای اکثر گیمرهای معمولی کافی است. افرادی که به قدرت یک کارت رده بالا نیاز دارند ، شامل علاقه مندان به بازی و افرادی هستند که کارهای گرافیکی سه بعدی زیادی انجام می دهند.

عملکرد کارت گرافیک ، نرخ فریم بر حسب فریم بر ثانیه (FPS) اندازه گیری می شود.

نرخ فریم نشان می دهد که چند تصویر کامل از کارت می تواند در ثانیه نمایش دهد. چشم انسان می تواند در هر ثانیه حدود 25 فریم را پردازش کند ، اما برای بازی های سریع اکشن به نرخ فریم حداقل 60 فریم بر ثانیه نیاز است تا انیمیشن و پیمایش روان ارائه شود.

اجزای نرخ فریم عبارتند از:

مثلث یا راس در ثانیه: تصاویر سه بعدی از مثلث یا چند ضلعی ساخته می شوند. این اندازه گیری توصیف می کند که GPU چقدر سریع می تواند کل چند ضلعی یا رئوس آن را تعیین کند.

میزان پر شدن پیکسل: این اندازه گیری توصیف می کند که پردازنده گرافیکی چند پیکسل را در یک ثانیه پردازش می کند ، که به این معنی است که چقدر سریع می تواند تصویر را تصحیح کند.

سخت افزار کارت گرافیک به طور مستقیم بر سرعت آن تأثیر می گذارد. اینها مشخصات سخت افزاری هستند که بیشترین تأثیر را بر سرعت کارت و واحدهایی که در آنها اندازه گیری می شود ، دارند:

سرعت کلاک GPU (مگاهرتز)

اندازه گذرگاه حافظه (بیت)

مقدار حافظه در دسترس (MB)

نرخ ساعت حافظه (مگاهرتز)

پهنای باند حافظه (GB/s)

پردازنده و مادربرد رایانه نیز نقش مهمی ایفا می کنند ، زیرا کارت گرافیک بسیار سریع نمی تواند ناتوانی مادربرد را در ارسال سریع اطلاعات جبران کند.

به طور مشابه ، اتصال کارت به مادربرد و سرعتی که می تواند از CPU دستورالعمل دریافت کند بر عملکرد آن تأثیر می گذارد.

گرافیک یکپارچه و Overlocking

بسیاری از CPU ها دارای قابلیت های گرافیکی یکپارچه هستند و بدون کارت گرافیک جداگانه کار می کنند. این پردازنده ها به راحتی تصاویر دو بعدی را مدیریت می کنند ، بنابراین برای بهره وری و برنامه های اینترنتی ایده آل هستند. اتصال کارت گرافیک جداگانه به یکی از این سیستم ها عملکردهای گرافیکی پردازنده را لغو می کند.

برخی افراد تصمیم می گیرند با تنظیم دستی سرعت ساعت خود در نرخ بالاتر ، که به عنوان اورکلاک شناخته می شود ، عملکرد کارت گرافیک خود را بهبود بخشند.

معمولاً افراد حافظه خود را اورکلاک می کنند ، زیرا اورکلاک GPU می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد شود. در حالی که اورکلاک می تواند منجر به عملکرد بهتر شود ، گارانتی سازنده را نیز باطل می کند.

کارت گرافیک چه کار می کند؟

واحد پردازش گرافیکی یا GPU نیز به عنوان کارت گرافیک شناخته می شود. این یک مدار الکترونیکی است که پردازش مورد نیاز برای ایجاد و ارائه تصاویر ، انیمیشن ها و ویدئو را تسریع می کند.

GTX بهتر است یا RTX؟

GeForce RTX 2060 در مقایسه با GeForce GTX 1070 سریعترین گزینه محسوب می شود. با این حال ، هیچ یک از این دو قدرت پشتیبانی از گیم پلی فوق العاده 4k را ندارند.

کدام کارت گرافیک برای بازی مناسب است؟

در مورد بهترین کارت گرافیک برای بازی گزینه های زیادی وجود دارد. در نهایت به ترجیحات و الزامات شخصی بستگی دارد. GeForce RTX 3090 ، 3090 Ti و 3070 ، به همراه Radeon Rx 6800 ، همه گزینه های درجه یک برای بازی های سنگین محسوب می شوند.

کدام کارت گرافیک از سری NVIDIA بهترین است؟

کارت گرافیک NVIDIA GeForce RTX 3090 DirectX 12.00 به عنوان بهترین کارت گرافیک از سری NVIDIA در نظر گرفته می شود ، که NVIDIA GeForce RTX 3080 به طور مخفیانه از آن استفاده می کند.

آیا می توانید کارت گرافیک را در لپ تاپ قرار دهید؟

اکثر لپ تاپ ها دارای کارت گرافیک داخلی هستند که به طور دائم به مادربرد متصل می شوند. با این حال ، برای لپ تاپ هایی که مجهز به درگاه Thunderbolt 3 هستند ، اتصال کارت گرافیک خارجی امکان پذیر است.