Ekran Kartı

Ekran Kartı Ne Görev Yapar, Nasıl Kullanılır?

Bilgisayarda ekranlarının (monitör) çalışması için, makinenin içinde bir ekran kartı olmalıdır. Ekran kartları, diğer bir adıyla grafik kartları, bilgisayar monitöründeki her türlü yazı, grafik, resim, film gibi şekillerin oluşturulmasında işlemci ile monitör arasında görev yapan adaptörlerdir. Yani ekran kartları bir bilgisayarın CPU’ sunda işlenen verileri monitöre anlaşılır bir şekilde iletme amacıyla kullanılır. Bilgisayarın yaptığı işlerin sonucu, ekranımızda görüntülenir. Bilgisayar tanıtılırken, elde edilen işlemlerin sonuçlarının alındığı ortam veya cihazlara çıkış ünitesi denilir. Bu itibarla, monitörlerde, yani çıkış araçlarında görülen sonuçlar, ekran kartından gelen bilgilerdir.
Ekran Kartının Aştığı Yollar

Ekran kartları farklı çeşitlerde ve kalitelerde üretildiklerinden, bunlarla ilgili standartlar geliştirilmiştir. Başlangıcı itibariyle bu standartlar aşağıda anlatılmaktadır.

MDA (monochrome Display Adapter)

720*350 Piksel çözünürlükte çalışan tek renkli bu ekran kartları grafik gösteremez. Kullanıcı ekranda sadece harfleri, sayıları, özel karakterleri ve ASCII karakter özel grafik simgelerini görebilir. Bilgisayarın ilk yıllarında kullanılan bu kartların çalışma frekansı 14.8Khz/50Hz yatay/düşeydir. Bu tip kartlar artık kullanılmamaktadır.
CGA (Color Graphics Adapter)

IBM’in ilk renkli grafik kartıdır.Bu kartlar çok düşük bir renk sayısı ve yok denecek kadar az renk derinliğine sahip kartlardır. 16 renk gösterir ve yazı, grafik ve renk olmak üzere üç ayrı modda çalışır. Bu kartların çalışma frekansı 15.7Khz/50Hz yatay/düşeydir Şu anda kullanılmamaktadır.
EGA (Enhanced Graphics Adapter)

CGA’nın geliştirilmiş bir versiyonudur. 640x350 çözünürlük ve belleğe sahiptir. 64 renk gösterir. Şu anda kullanılmamaktadır.

Hercules mono Graphics

Tek renkli olmasına rağmen, renkleri grinin tonlarıyla gösterebilir ve grafikleri de destekler 720x348 piksellik çözünürlüğü ile CGA’dan daha iyi görüntü gösterir. Şu anda kullanılmamaktadır.

VGA (Video Graphics Array)

Yukarıda sayılan ekran kartları artık kullanılmamaktadır. Günümüzün Grafik standardı VGA kartıdır. VGA bütün görüntü modlarıyla uyumludur. VGA kart teknolojisi sayısal sinyalleri analog sinyallere dönüştürme yoluyla yukarıdaki sayılan ekran kartlarından tamamen ayrılır. İlk çıkan VGA kartlar 256 renk gösterirken şu anda 64 bit veri yolu üzerinde 8 byte ve daha üzeri VRAM kullanan çok yüksek hızlı ekran kartlarıdır. VGA ekran kartıyla birlikte renkli monitörler kullanılmaya başlandı.

VGA kartının geliştirilmişidir. 800x600 çözünürlükte ve 256 renk gösterir. 4 Megabyte’a kadar video belleği vardır.

SUPER VGA

Bu kartların önceleri ISA ve VESA veri yolu olanları imal edilmekteydi. Şimdi PCI ve AGP veri yolu kartlar üretilmektedir.

Ekran Kartlarında Bulunan Üç Temel Özellik Nedir ?


Ekran kartların hepsinin farklı özellikleri olmasına karşın 3 temel özelliğe sahiptirler.

1.Video Chip’i

Video chip’i, ekranın yansıtması gereken görüntüleri oluşturacak olan sinyalleri üretir. Piyasada Voodoo, Permedia, Riva TNT, Intel 740 gibi birçok video chip’i markası mevcuttur.

2. RAM

Hafıza, ekrana gönderilen görüntü bilgilerinin saklandığı bölümdür. Bu bölüme erişimin mümkün olduğunca hızlı olması gerekir.
3. RAMDAC

Grafik işlemcisinde işlenen ve video belleğine aktarılan bilgiler bu şekilde monitöre gönderilemez çünkü bu sinyaller dijitaldir. Bu dijital görüntü sinyallerinin bir şekilde monitörlerin kabul edebileceği analog RGB sinyallere dönüştürülmesi gereklidir. Bu görevi grafik kartındaki RAMDAC ünitesi üstlenir. RAMDAC, frame buffer’ dan aldığı bilgileri analog verilere dönüştürür ve klasik CRT (Cathode Ray Tube) monitörlerin anlayabileceği hale getirir. DVI (Digital Visual Interface) destekli monitörler için bu dijital/analog çevrimine gerek yoktur. Çünkü bu cihazlar yapıları gereği zaten dijitaldirler. Bu yüzden çevrim sırasında ortaya çıkan bir miktar görüntü kalitesi kaybı bu monitörlerde görülmez. Aslında bu cihazlara monitörden ziyade panel demek daha doğru olur. Çünkü LCD yapıda olan bu görüntüleme birimleri, bildiğimiz monitörlerden oldukça farklıdır. RAMDAC hızı dijital/analog çevriminin hızını gösterir ve MHz ile ölçülür.

Ekran Kartının Çalışma Prensipleri

Ekran kartları bu üç bileşenin teknolojilerine göre performans gösterirler ve bilgisayarın işlemcisine büyük oranda yardımcı olurlar. Çünkü diğer donanımlardan farklı olarak kendi üzerlerinde de işlemler yapan işlemciler vardır. Ancak yapılan işlem yalnızca CPU’ dan gelen görüntünün ekrana gönderilmesini kapsar. Yani CPU’ nun yapması gereken işi üzerine alamaz ve bilgisayarın işlemcisi sinyali görmedikçe ekran kartının yapabileceği çok fazla bir şey yoktur. Öyleyse sistem performansına ne gibi katkıları olabilir? Bunu anlamak için ekran kartlarının gelişiminden bahsetmek gerekir.

İlk VGA kartlar oldukça hantal bir teknolojiye sahiptirler. CPU’ dan aldıkları bilgileri doğrudan ekrana gönderirlerdi ve ek olarak herhangi bir görev üstlenmezlerdi. CPU ekrana gönderilecek olan resmin tüm hesaplamalarını yapmak zorundaydı.

Ekrana gönderilecek olan her imaj, büyük oranda bir veriydi ve CPU, RAM’ dan aldığı bu büyük veri yığınını ekran kartına gönderiyordu. Windows işletim sistemleri piyasaya çıkınca grafik görüntüler daha da arttı ve bu da CPU’ ların yetersiz kalmalarına neden oldu. Daha fazla grafiksel görüntü ekrana yansıtılıyordu ve bu sebeple, CPU zamanının büyük kısmını ekrana gönderilecek bilgiyi oluşturmak için harcıyordu. 1024x768 piksel ebatlarında ve 16 bit renk derinliğindeki bir görüntü yaklaşık olarak 1.5 MB yer tutuyor. Sürekli değişken bir ekranda aktarılan bilginin yoğunluğu CPU’yu çok yoruyordu. Tabii bütün bu bilgiler ise çok yavaş olan ISA veri yolundan gönderiliyordu. Bunun sonucu olarak hızlandırıcı kartlar geliştirilmeye başlandı.

Veri yolu olarak ise PCI kullanılır oldu. Hızlandırıcılı ekran kartlarının çıkması ile birlikte görüntü işlemlerinde büyük değişiklikler oldu.Artık ekran kartları çizgiler, pencereler ve daha değişik resimler çizebiliyorlardı. CPU ise tüm bitmap resmi ekran kartına göndermek zorunda kalmıyordu. Yalnızca bir önceki ekran ile bir sonraki ekran arasında ne gibi değişiklikler olduğunu ekran kartına gönderiyordu. Ekran kartı ise bu bilgilere dayanarak monitör üzerindeki görüntüyü değiştiriyordu. İşlemler bu şekilde yapılmaya başlanınca,CPU üzerindeki işlemlerin miktarı gittikçe hafifledi.

Günümüzde ekran kartları PCI veya AGP veriyolunu kullanıyorlar ve CPU’ dan aldıkları bilgileri çok hızlı bir şekilde ekrana yansıtıyorlar. Bu da CPU’ nun rahatlamasına yol açıyor. Ancak burada artık tüm iş ekran kartına kalıyor. Ekran kartının gücü ve hafızası ekrana yansıtılan görüntünün hızını ve kalitesini belirliyor.Dolayısıyla daha önceden saydığımız ekran kartının 3 unsuru grafik kalitesinde büyük önem taşıyor.

Örneğin PCI veri yolundan gelen grafik bilgileri (piksek) ekran tazeleme (refresh) belleğine yazılır. Burada grafik ile text oluşumu olarak ayrılırlar.

Textleri (yazılar) grafik kartındaki karakter jeneratörü işler. Grafik elemanlar ise grafik hızlandırıcı chip’e gönderilir. Grafik hızlandırıcı chip grafiği oluşturan tüm veri noktalarını tek tek hesaplar ve ekran tazeleme belleğine yazdırır.

Bellekteki bilgilerin ekrana yazdırılmasından RAMDAC (Random Access Memory Digital Analog Conventer) sorumludur.

Grafik kartı CRT controller yardımıyla ekran tazeleme belleğini adresler ve her bilgiyi tk tek okur. Resmin okunacak nokta sayısı ekran kartının o anki çözünürlüğüne bağlıdır.

Örneğin 800*600 çözünürlük 480.000 noktadan oluşur. Ekrandaki bu resmin saniyedeki tazeleme hızı aynı zamanda resmin video bellekten bir saniyedeki okuma adedidir.

Eğer bu hız 70 Hertzin altında ise interlaced olarak adlandırılır. :Bu hız ergonomik değildir ve uzun süre bilgisayar başında çalışıyorsanız yorucu bir etkisi olmaktadır. Ekran tazeleme hızı 70Hz’in ne kadar yukarısına çıkarsa o kadar iyidir.

Ekran kartına ait bir pikselin renk derinliği 1-24 bit arasındaki bir renk bilgisiyle açıklanır. RAMDAC bu bilgiyi üzerinde taşıdığı renk paletiyle birleştirerek rengi son haline getirir.

Örneğin 256 renk modunda bir piksel 8 bitlik bir veri içerir ve renk paleindeki toplam kayıt (register) değeri 256’dır. Yani renk paleti aktif grafik moduna göre RAMDAC’a yüklenir ve aktif grafik modu depiştiğnde uygun grafik modu tekrar yüklenir.

RAM: Ekran kartları standart olarak 1, 2, 4 MB ve daha yüksek hafızalara sahiptirler. Size ne kadar gerekli? Bu sorunun cevabı aslında sisteminizi hangi amaçla kullandığınıza bağlı olarak değişiyor. Ekran kartınızda bulunan RAM miktarı sayesinde video chip’i daha büyük bitmap dosyalarını hafızaya atabiliyor. Bu da daha yüksek çözünürlüklerde ve renk modunda çalışabilmenizi sağlıyor.


RAM ve Çözünürlük
Çözünürlük
16 bit’te bitmap büyüklüğü
Gerekli RAM Miktarı

640x480
614,000 byte
1 MB

800x600
960,000 byte
1,5 MB

1024x768
1,572,864 byte
2 MB

1152x864
1,990,656 byte
2,5 MB

1280x1024
2,621,440 byte
3 MB

1600x1200
3,840,000 byte
4 MB

“RAM ve Çözünürlük” isimli yukarıdaki tablo, 16 bit renk modunda çalışırken kaç MB hafızaya ihtiyaç duyduğunuzu görebilirsiniz. 16 bit renk modu en popüler modlardan biridir. Eğer kullandığınız programlar özel olarak 24 veya 32 bit renk modunda çalıştırmayı gerektirmiyorsa, mümkün olduğunca 16 bit’ te çalışmaya özen göstermek gerekir.

Eğer büyük bir monitöre sahipseniz muhtemelen yüksek çözünürlükte çalışmanız gerekecektir. Bunun için daha yüksek RAM’ e ihtiyaç duyacaksınız. Ancak işin bir de ilginç bir püf noktası var. RAM’ lerin hepsi bir hücreden oluşur. Eğer 1024x768 piksel çözünürlükte ve 16 bit renk derinliğinde çalışacaksanız, 2 MB ekran kartı sizin için yeterli olacaktır. Ancak her görüntünün tazelenmesinde RAM boşaltılacak ve tekrar doldurulacaktır. Bunun yerine 4 MB’ lık bir ekran kartı kullanacak olursanız, aynı çözünürlükte ekranda bir görüntü varken halen 2 MB’ lık RAM boş olacaktır. Diğer görüntü gönderilirken, bu boş olan 2 MB kullanılırken bir sonraki işlem için diğer 2 MB boşaltılacaktır. Bu grafik performansını artıracaktır.



Ekran Tazeleme Bellekleri

Ekran tazeleme bellekleri VRAM , DRAM, E-DRAM , WRAM gibi standartlarla adlandırılır.

DRAM

En eski ekran kartlarında kullanılan RAM tipidir. Bu tip RAM’ lerin üretimi oldukça kolay olduğu için oldukça ucuzdular. En büyük problemleri ise çok yavaş olmalarıydı. Bu tip RAM’lere okuma yapılırken aynı anda yazma işlemi yapılamıyordu. Dolayısıyla yeni bir bilgi RAM’ e kaydetmek için öncelikle var olan bilgilerin silinmesi gerekiyordu.
EDO RAM

EDO RAM aynı zamanda anakartta kullanılıyor. Ekran kartlarında kullanıldıklarında ise DRAM’ den çok daha hızlı oldukları muhakkak. Bu tür RAM’ lerde depolanmış olan bilgi ayrı bir alana gönderiliyordu ve böylece yeni bir bilgiyi yazma imkanı oluşuyordu. Bu da aynı anda yazma ve okuma işlemlerini mümkün hale getirdi. Ancak DRAM ile aralarında çok fazla performans fark yok. Çünkü mimarileri hemen hemen aynı.

Video RAM(VRAM)

Bu tip RAM’ ler sıkça kullanılır oldu. VRAM’ler her türlü donanımın kendilerine aynı anda erişebilmelerini mümkün kılıyor. Mesela video chip’i, ana işlemci, RAMDAC gibi. EDO RAM’ den çok pahalı ancak performans konusunda pek fazla değişiklik yok.
Windows RAM ( WRAM)

VRAM’ in yeni geliştirilmiş olan bir üst modeli. Üretim açısından aynı kolaylıkta ve dolayısıyla çok pahalı değil. Günümüzde VRAM yerine sıkça kullanılır oldu.



MultiBank DRAM(MDRAM)

Ekran kartlarında kullanılan en son teknoloji hafıza çeşidi. Daha yüksek performans isteyen kullanıcılara hitap ediyor. En önemli özelliği RAM miktarı konusunda. Standart hafızalar 256 KB, 512 KB, 1 MB, 2 MB gibi katlar halinde video Synchronous Graphics RAM(SGRAM): Grafik kullanıcılarının ihtiyaçlarına cevap kartlarına uygulanabilirken, MDRAM sahip olduğu mimari sayesinde 32 KB’ ın katları şeklinde yerleştirilebiliyor. MDRAM hem VRAM’ den, hem de WRAM’ den çok daha hızlı.verebilecek kalitede bir RAM. 66 MHz hızında çalışıyor ve 80 MHz’ e kadar çıkabiliyor. Bu kadar hızlı olmasına karşın PCI veriyolunun yeterince hızlı olmaması dolayısıyla gerçek performansında çalışamıyor. Ancak AGP veriyolunda çok daha iyi performans gösterecektir.
Temel Kavramlar: Renk Derinliği Nedir?

Renk derinliği ekran kartının gösterebileceği minimum ve maksimum renk miktarıdır. Bu değerler günümüzde 16 renkten başlayıp 32 bite(2’nin 32. kuvveti kadar renk) kadar desteklenmektedir. Renk derinliği ne kadar yüksek ayarlarsanız görüntü o derece netleşir ve performans düşer. Bu netleşme ve performans düşüşü 2D uygulamalardan ziyade 3D uygulamalar ve oyunlarda kendini belli eder
Çözünürlük Nedir? Monitörümüzde bizim gözle göremediğimiz pixeller vardır. Bu pixeller birleşerek görüntüyü meydana getirirler. Örneğin çözünürlüğü 640x480’e getirdiğimizde ise ekranda 3072000 pixel bulunur yani çözünürlük arttıkça pixel sayısı ve görüntü netliği artar ayrıca uygulama alanı da bir o kadar genişler. Günümüz ekran kartları normal windows ekranında 640x480 ile 2048x1536 arasındaki bir çok çözünürlüğü destekleyebilmektedir.
Vga Portu Nedir? Monitör kablosunun ekran kartına takıldığı yerdir. Her ekran kartında bulunur.
TV-Out Nedir? Monitörümüzde gördüğümüz görüntüyü TV’ye aktarmaya yarayan çıkıştır. Genellikle ekran kartının destekleyebildiği çözünürlükten daha düşük çözünürlükte aktarılırlar.
Frame Ratel (Çerçeve Oranı) Nedir? Bu özellik daha çok 3D için geçerli olan bir özellik. İnsan gözü normal olarak saniyede 30 görüntü yani 30fps’yi algılar daha üstü görüntüyü fark edemez, ancak görüntü 30 fbs’nin altına düştüğü anda takılmalar fark ederiz. Bir 3D uygulama sırsında frame rate değeri sabit kalmaz devamlı değişir.
AGP( Advanced Graphic Port ) Nedir? PCI veri yolu halen pek çok donanım için yeterli veri yolu sağlasa da, üç boyutlu grafiklerde gerçekliği yakalanamıyordu. Çünkü 132 Mbit/sn veri transferi yetersiz kalıyordu. Bu durum Intel’i yeni bir arayışa yöneltti ve 1998 yılının ortasında AGP veri yoluna sahip anakartlar ortaya çıktı. AGP sadece ekran kartına ait bir veri yolu olduğundan grafik alt sistemi için daha etkin bir veri aktarımı sağlıyor. Veri yolu frekansı 66MHz üzerinden AGP 1X 264 Mbit/sn veri aktarım hızı , AGP 2X çift veri oranı sayesinde 528 Mbit/sn veri aktarım hızı , AGP 4X 1,06 Gbit/sn veri aktarım hızı ve yeni çıkan AGP 8X düşük voltajıyla 2,1 veri aktarım hızı saylıyor.
3D Ekran Kartları Bilgisayar ekranları iki boyutludur. Ekranımızdaki gördüğümüz grafiklerin çoğuda iki boyutludur. 2D (2 dimension : 2boyut) hesaplanmaı ve oluşturulamsı 3d görüntülerde göre çok daha kolaydır. Bu nedenle 3 boyutlu görüntülerin oluşturulmasını ve hesaplanmalarını hızlandırmak amacıyla 3d chipli ekran kartları kullanılmaktadır. 3D aslında yüzey modellemeden ibarettir. 3D nesneleri oluşturmak çin poligonlarından oluşan bir wire mesh (tel kafes) sistemi kullanılır. (tel kafes) kullanılan bu poligonlar dış yüzeyi temsil eder. Cismin geometrisine göre kullanılan poligonların adedi ne kadar çok ise oluşan görüntü o kadar gerçeğe yakın ve yumuşak olur. Poligonlardan oluşturulan bu modelin üzerine yapılan işin amacına uygun bir yüzey kaplanır. Bu kaplama işlemine render denir. Tüm bu işlemler ve hesaplamalar bilgisayarın CPU’su tarafından yapılmaya kalkışılırsa uzun bir zaman alacaktır. Örneğim bilgisayarınızda oynadığınız 3D oyunlardan yada cad / cam ortamında yaptığınız 3D modelleri render edilmesi saatlerle ölçülebilir. Bu nedenle yeni 3D grafik chipleri CPU üzerindeki bu yükü kaldırır ve 3d işlemlerini normal işlemlerin hızına getirir. 3D grafik kartlarının bu işlemleri yapmasında kartın 3D yapısı ve kullandığı RAM tipinin özelliklerinin yanı sıra her 3D kartı için özel hazırlanmış sürücülerinin kalitesi ve verimliliği de çok büyük önem taşır. Bu nedenle bir ekran kartı alınırken sürücülerini de beraberinde istemeyi unutmamak gerekir.