Ekran Kartı Hakkında Herşey

Ekran Kartları hakkında bilmek istediğiniz herşey ve daha fazlası, bu makalemizde ekran kartının tarihçesinden , gelişme sürecine ve önerilere ulaşabilirsiniz.

 

Tarihçesi

Ekran kartı ilk olarak seri üretilen Apple II Mikrobilgisayar’da kullanılmaya başlanmıştır. IBM firması 1981 yılında tek renge sahip görüntü kartına sahip PC’leri piyasaya sürmüştür (MDAMonochrome Display Adapter). Daha sonra Hercules firması 1982 yılında daha iyi bir görüntü kartı olan Hercules Graphics Card adlı ekran kartını yaparak MDA’yı geçmiştir.

Görüntü standartlarındaki sıralama ise:

• 1981 yılında CGA (Color Graphics Adapter)
• 1984 yılında EGA (Enhanced Graphics Adapter)
• PS/2 modeller için MCGA ve VGA (Video Graphics Array)

Daha sonra IBM ekran kartındaki rekabeti kaybederek çekilmiştir.Günümüzdeki bütün PC’lere ait ekran kartları VGA modunu desteklemektedir. 1989 sonrası IBM firması görüntü kartı standardı geliştirmedeki gücünü yitirmiştir. Günümüzde bütün PC’lere ait ekran kartları VGA modunu (yani 16 renkli 640 x 480 piksel) desteklemektedir. 

VGA standardını 1.280 x 1.024 piksel çözünürlüğe ve 16 Bit renk derinliğine sahip günümüz bilgisayarlarında kullanılan VESA (Video Electronics Standards Association) takip etmiştir.SVGA, XGA vb. gibi tanımlamalar daha sonra geliştirilen görüntü kartı standartlarını değil, monitor yani görüntü biriminin desteklediği çözünürlüğü tanımlamak için kullanılmakradır. (Örneğin XGA:1024 x 768 Piksel)

İlk başlarda yazı tabanlı (Text mode) geliştirilen görüntü modları daha sonra piksel tabanlı olarak geliştirilmeye başlanmıştır.Görüntü kartı ile monitörün bağlandığı nokta 1990 yılında itibaren Görüntü işlemcisi  (GPU  Graphics Processing Unit) ya sahip görüntü kartları geliştirilmeye başlanmıştır.

 

1996 yılında Kaliforniya’lı 3dfx Interactive tarafından 3D hızlandırıcılı 3dfx Voodoo Graphicsgörüntü chipsetleri geliştirilmiştir. Bu chipsetler sayesinde bilgisayarlar ile 3. boyut aleminde geometrik şekillerin ve doku eşlemi (Texture mapping) işlemleri gerçekleştirilmiştir.

Artan 3D performans ihtiyacından dolayı Multi-GPU tekniği yani SLI , Crossfire vb teknikler geliştirilmiştir. Bu teknikler sayesinde birden fazla görüntü işlemcisi parelel olarak tek kart üzerinde bulunabilmektedir.

 

  Ekran  Kartı nedir?

Mikroişlemcide işlenen verilerin monitörler ya da projeksiyon cihazları üzerinden  görüntülenmesini sağlayan sinyallare dönüştüren genişleme kartıdır.Yani , bilgisayarın yaptığı işlemlerin sonuçlarını, CRT monitörler, LCD monitörler ya da projeksiyon cihazları üzerinden bizim algılayabileceğimiz şekilde görüntülere dönüştüren bilgisayar parçasıdır.

Bütünleşik ekran kartı nedir?

Bütünleşik ekran kartı, anakart üreticisi tarafından anakartla bütünleşik olarak üretilmesidir.Yani bu ekran kartlarına onboard-paylaşımlı ekran kartı da denilmektedir. Bu durumda ekran kartı genellikle kötü 3 boyutlu görüntü performansı ortaya koyar ve ihtiyaç duyduğu hafıza yükünü (RAM) içerisinden almaktadır. Bu ekran kartıları genellikle kötü 3 boyutlu görüntü performansı ortaya koyar ve ihtiyaç duyduğu hafıza yükünü RAM’den  almaktadır. , sistemin kullandığı RAM miktarını azaltır.

Ekran kartlarında standart bir monitör (VGA) çıkışı vardır.Bu çıkış bilgisayarı monitöre veya porejeksiyona bağlanmakta kullanılan noktadır.GünümüzdekiEkran kartlarında çıkışlar olarak DVI,S-Video,HDMI gibi çıkışlar bulunmaktadır.Bunları bir kaç kelime ile açıklamak gerekirse DVI Digital (Display Working Group) tarafından analog ve digital arayüzlerin tek bir çıkışta  biraraya getirilmesi amacıyla yapılmış olan bağlantı noktasıdır.Yani bu port DVD player ve diğer HDTV elemanları gibi, bir video kaynağını HDTV ya da HDTV monitörüne bağlamak için bir dijital arayüzdür.S-Video ise açılımı Separate Video olup bilgisayardan televizyonumuza ‘TV OUT’  alabileceğimiz görüntü iletim biçimidir.Aynı zmanda S- Video, video bilgisini iki ayrı sinyal yani parlaklık ve renk şeklinde taşıyan bir video sinyalidir.Y/C olarakta adlandırılır.Aynı zaman da S- video ile ses taşınmaz.HDMI yüksek tanımlı multimedya arayüzü herhangi set üstü cihaz, DVD oynatıcı, A/V alıcı gibi ses ve görüntü kaynağı bir cihaz ile ses veya görüntü monitörü (dijital televizyon cihazı gibi)oynatıcı bir cihaz arasında kullanılan, endüstrinin desteklediği sıkıştırılmamış tümüyle dijital ilk sinyal arayüzüdür.

Bunun yanı sıra kullandığı arayüzler MDA (Hercules), EGA , PGA , MCGA , 8514/A ,CGA, VGA, SVGA ,XGA gibi arayüzlerdir.Bunlar ise CGA  IBM PC’leri ve eş değerde cihazlar için konulan ilk video interface standardı.VGA  IBM PS/2 EGA’ya uyumlu grafik cihazı. Analog monitörleri de destekler.Son olarak SVGA ise 800×600 piksel görüntü çözünürlüğüne sahip görüntü standartına sahiptir. Günümüzde SVGA ve daha gelişmişi XGA ekran kartı standartları kullanılır.Aralarında çözünürlük ve desteklenen renk miktarında farklılıklar vardır.

 

 

 

                   Görüntü Arayüzü                                               Çözünürlük

VGA (Video Graphics Array)                                               640×480

 

SVGA (Super Video Graphics Array)                                800×600

 

XGA (eXtended Video Graphics Array)                           1024×768

 

QXGA (Quad eXtended Graphics Array)                        2048×1536

 

QSXGA (Quad Super eXtended Graphics Array)         2560×2048

 

Modern grafik kartları, 3D oyunlar ve pencere tabanlı işletim ortamları gibi uygulamalarda önemli bir rol oynuyor. Eskiden sadece CPU tarafından yapılan 3D modelleme/kaplama ve pencere işlemleri, artık grafik çipiyle paylaşılıyor. Grafik çipi, sadece CPU’nun ağır yükünü paylaşmakla kalmıyor, uygulamaya özel güçlü donanımı sayesinde görüntü kalitesi ve işleme hızında önemli artış sunuyor.

Bugünlerde grafik çipleri genellikle 2D hızlandırma, 3D hızlandırma ve video hızlandırmayı destekliyor. 2D hızlandırma, aşağıdaki temel fonksiyonları içermektedir:

– Sabit bitBLT (bit blitting)

– Gerilmiş bitBLT

– Donanımsal kursör

– GDI ve DirectDraw hızlandırma gibi özellikler pencere tabanlı işletim ortamlarında önemlidir. Pencere tabanlı işletim ortamı, kullanıcı dostu doğasından dolayı piyasada kolaylıkla bulunan grafiksel kullanıcı arabirimidir (GUI). Windows 98 ve X-Window, pencere tabanlı işletim ortamına en ünlü iki örnektir. Sabit bitBLT, bir veri bloğunun, belli bir hafıza bölgesinden bir diğerine taşınmasında kullanılır. Pencere taşı-ve-bırak işlemi, sabit bitBLT kullanan sistem örneğidir. Gerilmiş bitBLT donanımı, bir pencereyi gererken yardımcı olmaktadır.

Ekran kartları bilgisayar sisteminin 4 farklı bileşenini kullanılır.Bunlar anakart, mikroişlemci, bellek, monitör gibi parçları kullanmaktadır.

 

• Anakart: ekran kartına veri için bağlantı ve enerji sağlar
• Mikroişlemci; Her bir pikselle ne yapacağı kararını verir.
• Bellek; Ekran kartına gönderilecek bilgileri geçici olarak tutar.
• Monitör; Ekran kartında gelen bilgileri görüntüler.

Ekran Kartının Yapısı 

Grafik İşlemcisi (GPU): Grafik  işlemcisi  görüntü  hesaplamalarını  ve  görüntü  işlemlerini  ekran  kartında gerçekleştiren bir  yongadır. Günümüz ekran kartlarındaki grafik  işlemciler, işlemciye yük bindirmeden   görüntü   işlemleri   çok   başarılı   bir   şekilde   gerçekleştirmektedir.

 

Ekran Kartlarının Temel Bileşenleri

 

Görüntü Belleği (Video RAM)

Grafik işlemcisi ekran kartının beynidir.Görüntü  ile  ilgili  hesaplamaların  tutulduğu  bellektir.  Bilgisayar  sistemindeki  ana bellek  gibi  çalışır. GPU, grafik ile ilgili işlemleri kendisi hallederek bilgisayarın işlemcisinin üzerindeki yükü hafifletir. . Günümüz ekran kartları 128, 256,512 MB veya 1GB,2GB,2.8GB,3GB,3.8GB kapasiteli olupDDR2 DDR3,DDR veya GDDR, GDDR2,GDDR3, GDDR4, GDDR5 bellek tiplerine sahiptirler.Ne kadar fazla ekran kartı belleği olursa işlemci o kadar çok grafik bilgisini işleyebilir.Ancak bellek kadar veri yolu genişliği de önemlidir.(64bit, 128 bit,192bit, 256bit,320bit, 384bit,768bit)

 

Dijital Analog Çevirici (RAMDAC )

Görüntü ile ilgili bilgiler burada tutulur Bilgisayar sistemindeki ana bellek gibi çalışır.Bilgileri GPU gönderir ve bunları geçici olarak saklar.Belleğinin büyüklüğü ekran kartının performansıyla doğru orantılıdır. Görüntü belleğini saniye belirli sayıda tarayıp verileri alıp analog sinyallere dönüştürüp monitöre aktarır.Verileri dönüştürme ve aktarma hızı, ekran tazelenme hızını belirler.Ekran tazeleme hızı 80 Hz olarak ayarlanmışsa görüntü saniyede 80 defa yenilenir. LCD ekran RAMDAC özelliği devre dışı kalır.Çünkü LCD dijital sinyalleri görüntüler. Bu yönden bilgiler RAMDAC’ a gitmeden direkt ekran kartının DVI çıkışına aktarılır.

 

VİDEO BIOS

 Bileşenler arasındaki kordinasyonu düzenlemede görevlidir.Bu video bıos özelliğinin yapabilmesi için video bios içinde bir yazılım Bulunmaktadır.

 

Çıkış Bağlantıları

a)VGA-OUT: CRT monitörlerin ve projeksiyon aygıtlarının bağlandığı ve bu aygıtlara görüntü aktarıldığı çıkış portudur.

b)DVI-OUT: Dijital cihazlara ve LCD ekranlara görüntü aktaran çıkış portudur.

c)VIDEO IN-OUT : Bilgisayardaki görüntülerini Televizyonda görüntülemek için kullanılan porttur.

d)HDMI: Yüksek çözünürlükte görüntü ve ses aktarımı için kullanılır.

 

Ekran Kartının Özellikleri

 

Çözünürlük: 

Monitöre görüntü üzerinde her rengi oluşturmak için kontrol edilebilecek noktaya piksel denir. Çözünürlük ise ekranda görünen piksel sayısıdır. Çözünürlük 800x 600 ise yatayda 800, düşeyde 600 piksel olduğunu belirtir. Çözünürlük artarsa görüntü kalitesi de bu oranla artmaktadır. Çözünürlük değeri ne olursa olsun nesneleri piksel değeri değişmez. Çözünürlük artırılırsa belleğe olan ihtiyaç artmaktadır.

 

Renk Derinliği

Renk derinliği bir pikselin alacağı renk miktarıdır. Renk derinliği artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı da artar. Piksellerin renk çeşitliliğinin artması görüntünün gerçeğe yakın olmasını sağlar. Piksellerdeki renkler kırmızı, yeşil mavi renklerinin karışımından oluşur.Yani buna kısaca RGB de denilmektedir. Renk derinliği arttıkça piksellerdeki veri miktarı da artar. Bu artış ekran kartı görüntü işlemcisinin işleyeceği veri miktarını da artırır ve daha fazla görüntü belleğine ihtiyaç duyulur.

 

Ekran Kartı Tazelenme Hızı

 Ekran kartında  video belleği içeriğini okumaktan sorumlu aygıt RAMDAC’tir. RAMDAC bir dijital analog çeviricidir. Bellekteki sayısal verileri yani 1 ve 0’lardan oluşan verileri okuyup monitörün görüntüleyebileceği analog video sinyallerine dönüştürür.

RAMDAC’in veriyi dönüştürmesi ve aktarması tazeleme hızını belirlemektedir. Bir ekran kartının tazelenme hızı, RAMDAC’in görüntü sinyallerini saniyede kaç kere monitöre göndereceğini belirlemektedir. Bu aynı zamanda monitörün de tazelenme hızıdır. Tazeleme hızı düşük olursa görüntüde titreşime neden olur. Ekran kartı tazelenme hız birimi Hz (hertz) şeklindedir.

 

Interlacing

Yüksek çözünürlükteki görüntüyü sağlamak için geliştirilmiş bir yöntemdir. Tazeleme sırasında ekranın sadece yarısı tazelenir. İlk önce tek numaralı sonra çift numaralı satırlar tazelenerek yüksek çözünürlük hızı sağlanır. Bu yöntemle çalışan monitörlerde animasyonların görüntülemesi sırasında sorun çıkmaktadır.

 

Görüntü Arayüzü

Görüntü arayüzü ekran kartının çözünürlük ve renk derinliğini belirler. Görüntü arayüzü ekran kartının görüntü kalitesi etkilemektedir.

 

Soğutma Aygıtları

Ekran kartları 150 W’lık bir lambanın kullandığı kadar güç tüketebilirler. Günümüz devreleri üzerinden geçen bu miktardaki akım, direnç yüzünden inanılmaz sıcaklıklar üretebilir. Eğer yeteri kadar soğutulmazlarsa ekran kartınız bu ısı yüzünden çalışmaz hale gelebilir. Soğutma sayesinde ekran kartlarının kararlı ve sorunsuz bir şekilde çalışması sağlanır. Soğutucu fan ya da ısı emiciler olmadan grafik işlemciniz veya grafik belleğiniz fazla ısınarak sistemin kilitlenmesine ya da ekran kartınızda kalıcı hasarlar oluşmasına neden olabilir.

 

Bu soğutma elemanları pasif olabilirler yani ısıyı iyi ileten malzemeden yapıldıkları için işlerini sessiz ve sabit şekilde yaparlar veya bunların yetmediği durumlarda aktif soğutma, diğer deyişle gürültü çıkaran hareketli fanlar kullanılabilir.

 

Isı emici terimi genellikle pasif soğutucular için kullanılır. Bir ısı emici (heatsink), hangi yüzeye yapışıksa oranın ısısını emerek ya da yüzey alanını genişleterek sıcaklığını düşürür. Verimlerini arttırmak için ısı emiciler genellikle kanıtçıklara sahip olacak şekilde üretilirler, bu bileşenleri grafik işlemcinizin ya da belleğinizin üzerinde görebilirsiniz. Bazı durumlarda küçük ısı emiciler ekran kartlarının ısınan başka parçaları için de kullanılabilir.

 

Özellikle pasif şekilde soğutulmuş ekran kartlarında ısı borusu çözümü kullanılır. Asus tarafından üretilmiş Radeon X1600 ekran kartı ısıyı kartın arkasında bulunan büyük emiciye ileten iki ısı borusuna sahip.

Isı emicinin yüzey alanı ne kadar genişse ısı yayımı o kadar iyi olur (ki bu işleme bir fanla yardımcı olunur). Ancak bazı durumlarda yer sıkıntısından dolayı kartın üzerine büyük ısı emiciler yerleştirme imkanı olmaz. Bazı aygıtlar o kadar küçüktür ki hantal bir ısı emici yeteri kadar dokunan yüzey alanı olmadığı için iyi verim vermez. Bu durumda bir ısı borusu (heat pipe) yardımıyla sıcaklı çok olan yerden daha az olan yere taşınabilir. Genellikle ısı iletme özelliği çok iyi olan bir metal grafik yongasının üzerine koyulur. Isı borusu bu metale bağlıdır ve ısıyı borunun öteki ucundaki ısı emicisine aktarır.

Los Alamos Ulusal Labratuvarları’ndan George Grover, ısıyayım ve buharlaşma temeline dayalı bir soğutma sistemi geliştirdi. Bu sayede her geçen gün daha da küçülen grafik işlemcisi gibi yongaları daha büyük soğutma elemanlarına bağlayabilir hale geldik.

 

Günümüzde ısı borusu kullanan pek çok ürün pazarda satılıyor ve her geçen gün daha fazla ekran kartı soğutma çözümünün bu temele dayandığını görüyoruz.