تصاویر، یا به گزاره‌ای دیگر، “فرتورهایی” که روی نمایشگر کامپیوتر خود می‌بینید، از بهم پیوستن نقطه‌هایی به نام پیکسل (Pixel) پدیدار شده‌اند. نمایشگرهای پایین‌رده امروزی بیش از یک میلیون پیکسل در خود دارند، که شیوه بهره‌گیری از تک‌تک آن‌ها برای آفرینش یک فرتور بر دوش گرم کامپیوتر نهاده شده است. به دنبال این هدف نیک، کامپیوتر نیازمند به یک برگرداننده است، تا بتواند داده‌های باینری را از پردازشگر (CPU) گرفته، و آن‌ها را به فرتورهایی دگرگون کند تا درخور دیده شدن از چشمان شما باشد. ولی اگر یک کامپیوتر از ویژگی گرافیک روی مادربورد خود بهره‌مند باشد، از این رو، دردسر این کار برای کارت گرافیک خواهد بود.
اگر می‌‍خواهید با ما در این قطعه سخت‌افزاری ارزشمند قوطه‌ور شوید، در ادامه با ما همراه باشید.
کارت گرافیک چیست؟
یک کامپیوتر را در نقش یک کمپانی گمان کنید، که دپارتمان هنر ویژه خود را دارد. هریک از کارکنان آنجا درخواست کار کردن بر روی بخشی از یک اثر هنری برگزیده را به دپارتمان هنر ارسال می‌کنند. دپارتمان هنر بررسی‌های پایانی برای شیوه ساخت یک فرتور را به کار می‌بندد، و برآورد آن، گزینش ایده یک از کارکنان، و برگرداندن آن به یک فرتور نمایشی است.
یک کارت گرافیک نیز به همین روش کار می‌کند. پردازشگر در پی همبستگی با اپلیکیشن‌های نرم‌افزاری، اطلاعاتی درباره یک فرتور را به کارت گرافیک می‌فرستد. کارت گرافیک بر پایه اطلاعات دریافت‌شده از پردازشگر، شیوه بکارگیری از پیکسل‌ها برای ساخت یک فرتور را درمی‌یابد. سپس اطلاعات به‌دست‌آمده از برآورد کار را از راه کابل میان خود و نمایشگر به نمایشگر روانه می‌کند.
ساخت یک فرتور بر پایه داده‌های باینری روندی بس دشوار است. برای ساخت یک فرتور سه‌بعدی، کارت گرافیک نخست یک مدل اسکلتی (wire-frame) از آن می‌سازد، سپس به کمک پیکسل‌ها، آن را به یک فرتور شطرنجی دگرگون می‌کند. در پایان، روشنایی، بافت، و رنگ نیز به آن اضافه می‌کند.
برای بازی‌های ویدیویی با ساختار و گیم‌پلی سریع، کامپیوتر باید این روند را دست کم ۶۰.۰ بار در ثانیه (هر ۱۶.۶ میلی‌ثانیه) به کار بندد. بدون وجود یک کارت گرافیک برای به کار بستن این محاسبات سنگین، کامپیوتر به سادگی با آه و ناله روبه‌رو می‌شود!
کارت گرافیک با بهره‌گیری از ۴ بخش بنیادین کامپیوتر این روند را به کار می‌بندد:
- مادربورد (Motherboard): پیوندی میان برق و داده است
- پردازشگر (Procssor): شیوه بهره‌گیری از هر پیکسل را به کار می‌بندد
- حافظه (Memory): اطلاعات وابسته به هر پیکسل و فرتورها را در خود نگه می‌دارد
- نمایشگر (Monitor): نمایش‌دهنده فرتور است
GPU چیست؟
به مانند یک مادربورد، کارت گرافیک نیز یک صفحه مدار چاپی است، که دارای پردازشگر و حافظه ویژه خود است. کارت گرافیک همچنان دارای تراشه سیستم ورودی/خروجی ویژه خود است، که اطلاعات پیکربندی و تنظیمات کارت را در خود نگه داشته، و توانایی بررسی و عیب‌یابی ورودی/خروجی و حافظه را دارد.
پردازشگر یک کارت گرافیک، GPU (واحد پردازش گرافیکی) نام دارد. کارکرد جی‌پی‌یو به مانند سی‌پی‌یو (CPU) است، که هدف آن، بکاربستن محاسبات پیچیده ریاضی و هندسی درخور نیاز برای سازوکار رندرینگ است. برخی از جی‌پی‌یوها دارای ترانزیستورهای بیشتری در برابر سی‌پی‌یوهای میان‌رده هستند.
یک جی‌پی‌یو در پی خشم به‌دست‌آمده از محاسبات دیوانه‌وار و پیچیده خود، گرمای بیشتری تولید می‌کند. از این رو، آن را همیشه همبسته به یک دلبر خنک کننده به نام فن (Fan) می‌بینید.
در پی توان خودخواه پردازشی آن، یک جی‌پی‌یو برنامه‌ریزی ویژه‌ای را برای آناکاوی داده‌ها و بهره‌گیری از آنان به کار می‌گیرد. غول‌های بی‌شاخ‌ودمی به مانند ایامدی، انویدیا، و ای‌تی‌آی هرسه شمار بسیاری از جی‌پی‌یوهای بی‌قلاده و وحشی خود را به صورت جداگانه یا جاسازی‌شده در محصورت گوناگون روانه بازار کرده‌اند، و پیشرفت‌هایی بس چشمگیر در ساخت و بهره‌وری هرچه بهتر از کارایی سوزناک و کهربایی آنان داشته‌اند.
با هدف بهبود کیفیت، جی‌پی‌یوها از دو ویژگی ضدپلگی (FSAA) برای صاف و یکنواخت‌سازی لبه اشیا سه‌بعدی، و فیلتر ناهمسانگرد (AF) برای واضح کردن فرتورها بهره می‌برند.
هریک از کمپانی‌ها با گذر زمان اکنون تکنیک‌های ویژه خود را برای سروکله زدن با رنگ‌ها، نورپردازی‌ها، سایه‌پردازی‌ها، سطح و عمق، بافت‌ها، و الگوها به کار می‌گیرند.
در پی ساخت فرتورها، جی‌پی‌یو نیازمند به نگهداری از اطلاعات است. از این رو، از حافظه ویژه و خودشیفته‌ای که دارد (VRAM)، برای ذخیره اطلاعات وابسته به هریک از پیکسل‌های دلربا، مانند رنگ و مکان آن‌ها در نمایشگر بهره می‌برد.
از حافظه همچنان برای نگهداری از فرتورهای آماده، پیش از به نمایش درآمدن‌شان بر روی نمایشگر بهره گرفته می‌شود. بیشتر حافظه‌های ویدیویی دارای دو درگاه هستند که توانایی خواندن از خود و نوشتن روی خود را به صورت همزمان فراهم می‌کنند — جدا از سرعت کهربایی بسیار زیادی که برای بکاربستن این دو روند از آن برخوردار هستند.
حجم حافظه در کارکرد جی‌پی‌یوها نقش بنیادین دارد. اگر حافظه به اندازه درخور نیاز جا برای نگهداری از اطلاعات نداشته باشد، برنامه یا بازی همچنان در حال رانش خواهد ماند، ولی نیازمند به بهره‌گیری از حافظه سی‌پی‌یو (RAM) برای ذخیره‌سازی داده‌ها خواهد بود. در این حالت، جی‌پی‌یو زمان بسیار زیادی را برای دستیابی به اطلاعات درون حافظه سی‌پی‌یو باید پشت سر بگذارد. این در پایان به کندی بیش از اندازه سیستم در بکارگیری همه کارها می‌انجامد.
حافظه بی‌درنگ و سرراست به یک دگرگونگر دیجیتال به آنالوگ به نام DAC پیوسته می‌شود. این دگرگونگر که همچنان با نام RAMDAC نیز شناخته می‌شود، هر فرتوری که به چنگ می‌آورد را به سیگنال‌های مرموزی دگرگون می‌کند، تا نمایشگر بتواند از آنان خوراک کند.
برخی از کارت‌ها دارای چند دگرگونگر هستند، که به بهبود هرچه بیشتر در کارایی می‌افزاید، و پشتیبانی از چند نمایشگر را در بر خواهد داشت.
در پایان، این دگرگونگر فرتور چرب و خوشمزه را از راه کابل به نمایشگر ارسال می‌کند، از این رو، نمایشگر لبخند می‌زند.
جمع‌بندی
کارت گرافیک یک قطعه سخت‌افزار کامپیوتری است، که کارکرد آن، تولید فرتورهای دوبعدی و سه‌بعدی بر روی نمایشگر است. کارت گرافیک سرپرستی رندرینگ فرتورها بر نمایشگر را بر دوش دارد، و این کار را با دگرگونی داده‌ها به سیگنال‌های درک‌شدنی برای نمایشگر به پایان می‌رساند. هر چیز “دیداری” در کامپیوتر بر دوش جی‌پی‌یو نهاده شده است، که می‌تواند وابسته به یک کارت گرافیک جداشدنی، یا جاسازی‌شده بر روی مادربورد باشد.
