Ekran Kartları

Ekran Kartları ve Çalışma Esasları Hazırlayan: Mustafa KALKAN MDA ( Monochrome Display Adapter) Yalnızca ASCII karakterleri gösteren bir karttır. 80 sütun ve 25 satır görüntüleyebilen bu kartın 4Kb video rami bulunmaktadır. Çözünürlüğü ise 720*320 CGA (Color Graphics Adapter)   Bu kart IBM tarafından üretilen 16 renk gösterebilen 64Kb video rami olan renkli bir ekran kartıdır. EGA (Enhanced Graphics Adapter) Bu kart 16 renkte 80 sütun 43 satır görüntüleyebilen 16Kb ile 265 Kb arasında video rami olan bir ekran kartıdır.   HERCULES (Monographics) Tek renkli olmasına rağmen grafikleri destekleyen ve renkleri grinin tonları ile gösterebilen bir ekran kartıdır. VGA (Video Graphics Array) Kendisinden önceki ekran kartlarına nazaran çok yüksek performans verebilmektedir. Bu kartın en önemli özelliği monitöre dijital sinyaller yerine analog sinyaller göndermesidir. Bu işi yapmak için üzerin dijital-analog çevirici bir devre olan DAC monte edilmiştir.   Super VGA Bu kart VGA’nın geliştirilmiş halidir. 800*600 çözünürlükte 256 renk gösterebilmektedir. Ekran Kartı Bileşenleri Video Ram Grafik işlemci görüntüyü oluştururken ram olarak bu bileşeni kullanmaktadır. Dolayısıyla Video Ram’in yani belleğin çok olması görüntü kalitesini direkt olarak etkilemektedir. Diğer adı da Görüntü Belleği olan bu parça ekran kartının performansını doğrudan etkilemektedir. Ekran kartından yüksek çözünürlükte daha fazla renkte ve kaliteli görüntü alabilmek için bu belleğin miktarının çok olması gerekmektedir. Başlıca görüntü bellekleri:VRAM(Video RAM), TPRAM(Triple Port Ram-Üç Portlu), SGRAM(Synchronous Graphics Ram-Senkronize Grafik Ram ). Günümüzdeki ekran kartları SGRAM kullanmaktadır. Aşağıdaki tabloda ekran kartları çözünürlükleri için gerekli olan bellek miktarları verilmiştir. Çözünürlük 16 Bit 32 Bit 64 Bit 640x480 600KB 1200KB 2400KB 800x600 937KB 1875KB 3750KB 1024x768 1536KB 3072KB 6144KB 1280x1024 2560KB 5120KB 10240KB 1600x1200 3750KB 7500KB 15000KB Gerekli olan bu bellek miktarlarının hesabı ise şu formülle yapılmaktadır: MYÇ  : Max. yatay çözünürlük MDÇ  : Max. dikey çözünürlük. R  : Bit cinsinden renk derinliği (Ekrana gelen renk sayısı) Gerekli olan minimum bellek miktarı=MYÇ*MDÇ*R/8192 (8192=8*1024, yani bit byte çevriliyor). Örnek verirsek: 800*600, 32 bit MYÇ=800 MDÇ=600 R=32 Gerekli olan minimum bellek miktarı=800*600*32/8192=1875KB.   Video Bios Bu bileşen ekran kartının çalışmasını sağlayan komutlar içermektedir. Yani ekran kartının ne zaman ne iş yapacağını bu bileşen belirlemektedir. Diğer bileşenlerin çalışması için onlara tetikleme sinyalleri göndermektedir. Kısaca bu bileşene ekran kartının denetleme elemanı diyebiliriz.   Grafik İşlemci Bu bileşen ekran kartının beyni gibidir. Diğer bir ismi de grafik hızlandırıcı olan bu bileşen ekran kartının CPU kullanımına gereksinimini ortadan kaldırmıştır. Bu bileşen sayesinde ekrana gönderilecek üç boyutlu görüntüler ekran kartının kendisi üzerinde yapılmaktadır. Ayrıca bu bileşen sayesinde görüntünün oluşturulması için geçen süre çok kısa bir zaman dilimine indirilmiştir. Şimdi grafik işlemcinin üç boyutlu görüntüyü oluşturmak için neler yaptığını görelim. Örnek olarak bir elin oluşturulması: Biçimin oluşturulması    Bu resim az poligon (çokgen) kullanılarak çerçevelenmiş bir eli gösteriyor. Yukarıda görüldüğü gibi grafik işlemci eli oluşturmak için önce uzayda noktaların yerini belirler ve bu noktaları birleştirerek yukarıdaki poligonu oluşturur. Bu resimde çerçeveleme ana hatları biraz daha doğal ve yumuşak görünüyor. Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi grafik işlemci eli oluşturmak için kullanılan poligonların sayısını arttırarak daha doğal ve yumuşak bir görüntü oluşturuyor. Yüzey Dokumaları    Çerçevelenmiş yüzeye eli belli etmek için görüntüler eklenmiş Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi grafik işlemci elin tanınabilmesi için poligonların uygun yüzeylerine çeşitli renkteki görüntüleri ekliyor.    Işıklandırılmış görüntü Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi grafik işlemci eli ışıklandırarak görüntüyü ekrana yollamaya hazır hale getiriyor. Grafik işlemci oluşturduğu görüntüyü netleştirmek için o görüntüyü bazı aşamalardan geçirir. Yani bazı teknikler kullanır. Bunlar: Anti-Aliasing   Alias’lı görüntü Eğer bir resim bu işlemden geçirilmezse yakınlaştırılmış görüntüde yukarıdaki gibi kertikler gözükür. Anti-Alias işlemine giren bir resimde ise bu kertiklerin görünmesi azaltılır. Aşağıdaki resimde bu işleme giren bir el görülmektedir.    Anti-Alias’lı görüntü Çift-dogrusal Doku Filtreleme (Bilinear Texture Filtering) Bu işlem dokulardaki bloklu görünümü azaltır. Çift-doğrusal filtreleme, etraftaki dört doku pikselinin ağırlıklı ortalamasını hesaplar ve böylelikle daha pürüzsüz resimler üretir. Ayrıca doğrusal filtreleme olarak da adlandırılır.     Alpha Blending Ekran kartı monitöre üç renk gönderir. RGB ; Red: Kırmızı, Green: Yeşil ve Blue: Mavi. Daha fazla materyal elde etmek için bazen Alpha kanalı da gönderilir. Bu kanal sayesinde saydam görüntüler elde edilir. Örneğin: Su,cam v.b.   Mipmap Bu teknik sayesinde uzaktaki üç boyutlu görüntülerin kalitesi artar. Grafik işlemci bu teknikte dokuların farklı çözünürlüklerini kullanır. Eğer nesne yeterince küçükse, daha küçük bir doku kullanır. Bu, uzak nesnelerdeki kaotik görünen piksel karmaşasını önlemeye yarar. Bu teknik kullanıldığında doku ayrıntıları daha iyi biçimde korunur ve rendering(sunma) hızı artar.   Ramdac Bildiğimiz gibi ekran kartı kendi içinde dijital modda çalışır. Monitör ise ham elektrik sinyallerini(analog) görüntüler. Ekran kartında görüntü oluşturulduktan sonra monitöre gönderilmek için analog sinyale çevrilir. Bu çevirme işlemini ekran kartının Ramdac diye adlandırdığımız bileşeni yapmaktadır. Aşağıdaki diyagram ramdac bileşeninin işlevini göstermektedir.    Aşağıdaki diyagramda bilgilerin monitöre gidene kadar izlediği yol görülmektedir.   Ekran Kartının Çalışması Ekran kartının çalışmasını kısaca açıklarsak; Veri yolundan gelen bilgiler önce video belleğe kaydedilir. Grafik işlemci, video biosun verdiği emirler doğrultusunda verileri bellekten alır ve işler. Verileri işlerken gerekli olan belleği yine video bellekten kullanır. Görüntü oluşturulduktan sonra bellekteki dijital veriler ramdac bileşenine gönderilir. Ramdac bu verileri monitörün anlayacağı ham elektrik sinyallerine (analog) dönüştürür ve monitöre yollar      PCI veri yolunu kullanan bir ekran kartı   Yeni Ekran Kartlarının Bazı Özellikleri   Z-Buffer Buradaki z harfi koordinat sisteminde x ve y den sonra üçüncü boyutu temsil eder. Z-Buffer üç boyutlu ortamdaki nesnelerin kontrolü için kullanılır. Ekran kartı üç boyutlu görüntüler oluşturabilmek için bu tampon belleğini kullanır. Burada yapılan, üçüncü boyutun da yani z noktasının da kaydedilmesidir. Bu z boyutundan alınan veri Z-Buffer (tampon bellek) da saklanır. Kısaca Z-Buffer üçüncü boyut bilgisinin tutulduğu bir tampondur.   V-Sync Vertical Synchronisation anlamına gelen bu şey ekran kartları üzerinde bulunur ve ekrana gönderilen sinyalleri kontrol ederek periyodikleştirir. Mesela bir monitör saniyede 70 kare tazeleme hızına sahipse, V-Sync bunu tespit etmekte ve ekrana saniyede 70 kare görüntü yollamaktadır. Video Codec İngilizcesi Compression/decompression kısaltılmış olarak codec denilen bu aygıt sıkıştırma\çözme ve ekrana yansıtma işlerini oldukça hızlı yapabilen bir elemandır. Bu eleman sıkıştırılmış olan MPEG, AVI, MOV, Indeo, MS-Video, Cine pak ve Quicktime gibi video formatlarını çok hızlı bir şekilde çözerek görüntülerin tam ekran izlenebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu elemanın görevini biraz daha açarsak: 640x480 piksel/kare çözünürlükte bir filmi saniyede 30 kare hızında (gerçek hızda) ve 16.7 milyon renkte seyrederiz. Bunun için bilgisayarımızın içinde saniyede 640x480x30x3 = 28 MB veri pompalanıyor olacaktır. Bu veri gönderme hızıyla 640 MB’lık bir CD sadece 23 saniyelik video-klip içerebilir! Üstelik CD-ROM ve sabit disk teknolojisi de bu kadar yüksek hızda veri transferine izin vermez. Bu yüzden, sayısal video verileri sıkıştırılıp depolanır. Sıkıştırılmış verileri çözme işi ise CPU yu ve ekran kartını aşırı derecede zorlamaktadır. Bu nedenle video görüntüleri küçük ekran olarak görünmektedir. İşte bu noktada Video Codec’in önemi ortaya çıkmaktadır. Bu eleman aynı zamanda çözme işleminde CPU’nun üzerine düşen yükü de kaldırır. AGP ve Çalışma Esasları   AGP Nedir? Hızlandırılmış grafik port‘u anlamına gelen AGP, ekran kartları için kullanılan yeni bir veri yoludur. AGP veri yolları Pentium II ve üstünü destekleyen ana kartlarda bulunmaktadır. PCI veri yolu ile aralarındaki temel fark; AGP‘ler 128 KB’a varan büyük grafik dokularını (texture) ekran kartı belleğinin dışında, sistem belleğinden de yararlanarak işler. Bu sayede performansta artış sağlanır. AGP veri yolunun performansta bu şekilde bir artış sağlamasına “Doğrudan Bellek Kullanımı” DIME (Direct Memory Execute) denir. Ancak her AGP kartı bu özelliği kullanamaz. Bunun için bilgisayarda USB (Universal Serial Bus)’nin yüklenmiş olması gerekmektedir; çünkü, veri aktarımı bu mantık çerçevesine yakın gelişmektedir. Aşağıda 1. diyagramda PCI, 2.diyagramda ise AGP veri yollarının belleği nasıl erişildiği gösterilmiştir. PCI veri yolunu kullanan ekran kartlarında bellek erişimi AGP veri yolunu kullanan ekran kartlarında bellek erişimi    AGP veri yolunu kullanan bir ekran kartı AGP Veri Yolunun Özellikleri ve Çalışması AGP veri yolunu sadece ekran kartları kullanmaktadır. Bu nedenle veri yolunun tüm bant genişliği ekran kartları için çalışmış olmaktadır. Tüm bant genişliği sadece ekran kartı için kullanıldığından, bu yolu kullanan ekran kartlarının performansı PCI veri yolunu kullanan ekran kartlarına nazaran oldukça yüksek olmaktadır. Sideband Addressing AGP veri yolunun bu özelliğine kenardan adresleme denilmektedir. Normal durumlarda grafik kartı ile CPU arasında tek şeritli bir yol vardır. Veri ya CPU dan grafik kartına, ya da grafik kartından CPU ya gider. Ama eğer ekran kartına doğru veri akarken CPU ya bir komut göndermek gerekirse, bu veri akışını kesip, CPU ya komutu gönderip veri akışına kaldığı yerden devam etmek gerekir. Buda performansın düşmesine sebep olur. İşte Sideband Addressing olayında işin içinde CPU ya komut göndermek için bir veri yolu daha bulunmaktadır. Komutlar bu yolu kullanılarak her istendiğinde iletilebiliyor ve performans kayıpları önleniyor. Fast Write Bu özelliği bulunmayan kartlarda CPU, grafik kartının işlemcisine bir şeyler göndermek istediğinde önce bunları sistem belleğine yazmaktadır. Grafik kartı da kendisine gönderilen verileri sistem belleğine eriştikten sonra işleme koymaktadır. Bu da zaman ve hız kaybına sebebiyet vermektedir. Fast Write kullanabilen kartlarda ise CPU sistem hafızasını kullanmadan direkt olarak grafik kartının işlemcisine erişebilme yeteneği kazanmaktadır. Bu sayede veri akışı daha çabuk gerçekleşmektedir. Bu özellik AGP veri yolunu kullanan ekran kartlarında bulunmaktadır. Pipelining Yine AGP veri yolunu kullanan ekran kartlarındaki bu özellik sayesinde  ekran kartları bir komut yolladıktan sonra cevabın gelmesini beklemeden bir diğer komutu yollayabilmektedir. Pipelining özelliği sayesinde cevabın gelmesini beklemeden bir sonraki komut ön belleğe aktarılmakta ve bir sonraki komutun işlenmesine geçilmektedir. Bu sırada cevap zaten gelmiştir ve ön bellekte bekleyen komut gönderilmiştir. Arka bellekte tutulan komut tekrar ön belleğe yüklenir ve bir sonraki hazırlanır. İşte bu şekilde 1’e 2 kat daha hızlı bir performans sağlanmaktadır. AGP Hız Faktörü AGP 1X : Piyasada bulunan ilk AGP veriyolu standardıdır. 66 mhz ile ikiye katlanan saat hızı frekansı tek başına 266 MB/Sn ile PCI’ın iki katı yüksekliğinde bir veri transfer hızı sağlamaktadır. Tetikleme frekansın sadece yükselen kenarında yapılmaktadır.   66Mhz ‘lik saat frekansı AGP 2X :66 Mhz saat sinyalinin sadece artan değil, aynı zamanda azalan eğrisi de bir veri transferini gerçekleştirmek için kullanılıyor. Sonuçta, 528 MB/Sn gibi maksimum bir transfer oranı gerçekleştirilmektedir. Tetikleme yükselen ve düşen kenarlarda gerçekleşmektedir. (bilgilinet.com)   66Mhz ‘lik saat frekansı AGP 4X : Dörtlü veri aktarımı (quad-clock data rate) 133MHz de çalışan iki strobe sinyali ile hem yükselen hem de düşen kenarda tetikleme yapmaktadır. Bu şekilde 4X266MHz=1.06GB/s veri aktarımı elde edilir. AGP 4X lerde de veri yolu frekansı yine 66MHz dir ve değişmemektedir.   66Mhz ‘lik iki saat frekansı Aşağıdaki tabloda AGP veri yolunun PCI veri yoluna göre hız farkı görülmektedir. j Veri Yolu Frekansı Örnekleme Hızı (Clock devri başına) Bant  Genişliği Veri Transfer Hızı PCI 33Mhz 1 33Mhz 133MB/s AGP 1x 66Mhz 1 66Mhz 266MB/s AGP 2x 66Mhz 2 133Mhz 512MB/s AGP 4x 66Mhz 4 266Mhz 1.066GB/s AGP 8x 66Mhz 8 533Mhz 2.133GB/s