Bilgisayarımızın ekranına baktığımızda gördüğümüz rengarenk resimler, yazılar ve grafikler… Bu şaşırtıcı görsellik ekrandaki milyonlarca noktadan ve bunların birleşerek oluşturduğu şekillerden oluşuyor. Peki bilgisayar bu noktaların hangi rengi alacağını nereden biliyor? Cevabı ekran kartının yeteneklerinde saklı. Bu yazımda size ekran kartının yapısını ve nasıl çalıştığını anlatmaya çalışacağım.

Ekran kartı nedir?

Grafik kartı ya da diğer bir adıyla video kartı (graphics card-display adapter-video card) olarak da bilinen ekran kartı, resim ve grafiklerin üretilmesini ve ekrana anlaşılır şekilde yansıtılmasını sağlayan, bilgisayarın temel donanım birimlerinden biridir. Kısaca monitör ile işlemci arasındaki iletişimi sağlayan araçtır. Bazı eklentiler ile ekran kartları video görüntüleme, televizyon yayını yapma, joystick ve ışıklı kalem gibi donanıma ara yüz sağlama ve hatta 1'den çok monitör ile iletişim kurma gibi ek işlevleri üstlenecek şekilde geliştirilebilirler.

Tarihçe

Video kartlarının tarihçesi yazıcıların yerini monitörlerin almaya başladığı 1960'lı yıllara dayanır. İlk IBM PC video kartı ilk IBM bilgisayarının geliştirilmesiyle 1981 yılında üretilmiştir. Bu kart MDA (monochrome Display Adapter- tek renkli görüntü adaptörü) cinsiydi ve sadece yazı gösterebiliyordu. Adından da anlaşılacağı üzere tek renk gösterebildiğinden grafikler için uygun değildi. MDA’dan sonra CGA (1981),HGC(1982),MCGA(1987),VGA(1987) gibi birçok ekran kartı birbirini izleyen yıllarda piyasaya çıkmış ve MDA' yı hem renk hem de hafıza açısından geliştirmiştir. Bildiğimiz anlamda en yeni ve teknolojik kartların temelini ATI ve CREATIVE firmaları atmıştır. Ekran kartlarına bir de 3 boyutlu görünüm özelliği eklemişlerdir. Bu temeller üzerine Nvidia tarafından Tnt, Voodooo gibi gelişmiş özellikteki kartlar piyasaya sürülmüştür. Ekran kartı ile işlemcinin iletişimini sağlayan veri yolu PCI, bu kadar hızlı veri alış-verişini destekleyemeyince, Intel, AGP'yi (accelerated graphics port) geliştirmiş ve darboğazı aşmıştır. 1999'dan 2002'ye kadar ekran kartı piyasasını GeForce serisi ile Nvidia elinde tutmuştur. GeForce ile 32 MB’lık ekran kartı hafızası 128 Mb’e kadar çıkmıştır. 2006'da yılından itibaren ekran kartı devleri GeForce serisi ile Nvidia ve Radeon serisi ile ATI firmaları olmuştur. En son teknolojik ürün ise, yüksek performansı ve büyük hafızası ile Quantum Extended Graphics Array (QXGA) ekran kartıdır. Bu kart 2040x1536 pikselde milyonlarca rengi gösterebilmektedir.

Ekran kartı nelerden oluşur?

Bir ekran kartı başlıca 4 temel bileşenden oluşur. Bunları açıklamak gerekirse

  • GPU(graphics processing unit-grafik işleme birimi): GPU, diğer bir adıyla 3 boyutlu grafiklerde çok sık kullanılan ondalıklı sayıların hesaplanmasını kolaylaştırmak için özel olarak geliştirilmiştir. En büyük avantajı ise yüksek derecede paralellik özelliğiyle işlemciden çok daha hızlı bir şekilde grafikleri düzenleyebilmesidir. Bu özellik sayesinde bilgisayarın işlemcisinin grafik yükünü kendi üzerine alır ve işlemciye daha az yük getirirken işlem hızını artırır.
  • Video BIOS: Ekran kartını yöneten temel programı taşıyan parçadır. Bu program bilgisayar ile kartın iletişim kurmasını sağlar. Aynı zamanda işlem hızı, kartın işlemcisinin voltaj ayarı gibi kontrolleri de yapar.
  • Hafıza: Hafızanın en önemli görevi, ekrana gönderilecek bilgileri saklamaktır. Ancak bunun yanında 3 boyutlu grafiklerin derinlik koordinatlarını saklama gibi işlerde de kullanılabilir. Eğer ekran kartı ana karta gömülü gelmişse, bilgisayarın RAM'ini kullanabilir ancak bu yavaşlığından dolayı tercih edilmez. Ekran kartı gömülü değilse kendi hafızasını barındırır. Yeni ekran kartlarının genelde kendi hafızası vardır. Bu hafıza 128'Mb tan 2 Gb' a kadar değişmektedir. Hafıza hem ekran hem de GPU tarafından sık sık kullanıldığı için hızlı ulaşım özelliğinin olması çok önemlidir. Ekran kartları için genelde VRAM,WRAM, SGRAM gibi hızlı ulaşım sağlayan hafızalar tercih edilmektedir.
  • RAMDAC(Randam access memory digital to analog converter- dijital/analog çevirici rasgele erişilebilir bellek ): Bilgisayarın işlemcisinin ürettiği dijital sinyallerin monitör tarafından algılanabilecek şekilde analog sinyallere çeviren parçadır. Gelişen teknoloji ile bu parça ortadan kalkmaktadır. Mesela LCD ve plazma ekranlar, dijital sinyaller üzerinden çalışmaktadır.
  • Soğutucu sistem: Ekran kartı çok elektrik kullanır ve bu elektrik de bir süre sonra ısı olarak açığa çıkar. Eğer yeterince soğutulmazsa aşırı ısıdan zarar görebilir. Bu sebeple soğutucu bir sisteme ihtiyaç duyulur. Ekran kartının soğumasını sağlayan bazı sistemler: -Isı/su kabı (Heat Sink-water block): Hareketli parçası olmadığından sessiz çalışır ve ısıyı GPU'dan havaya ya da suya aktarır. -Bilgisayar fanı(Computer Fan): Havayı GPU'dan ısı kabına göndererek soğuma sağlar ancak hareketli parçası yüzünden ses çıkarır. Tek başına çalışan hava kabı soğutmada yeteri kadar etkili olmadığından hava kabının verimliliğini artırır.

Bağlantılar

Ekran kartı bilgisayara anakart ile bağlıdır ve enerjisini buradan alır. Yeni ekran kartları çok enerji gerektirdiği için bazen bu kartlar bilgisayarın güç kaynağından bir kablo ile enerji çekebilir. Anakarta bağlantı 3 şekilde olabilir. PCI, AGP, PCI Express. PCI Express bu 3 bağlantının en yeni ve en hızlı olanıdır. PCI tipi bağlantı aynı zamanda birden fazla ekran kartının aynı bilgisayarda kullanılmasına imkân verir. Ekran kartı ve monitör arası 2 farklı bağlantı bulunur: LCD ekranları destekleyen DVI bağlantısı ve CRT ekranları destekleyen VGA bağlantısı.

Ekran kartı nasıl çalışır?

Bilgisayarımızdaki işlemci bir yazılımı çalıştırırken bu yazılımın gerektirdiği grafik ve resimlerin bilgilerini ekran kartına bir kablo aracılığıyla gönderir. Ekran kartı bu bilgileri kullanarak resmin ekranda hangi pikselleri kullanarak gözükeceğine karar verir. Bu işlem şöyle gerçekleşir: İşlemci, bilgileri ekran kartına kendi hafızasında depolaması için gönderir. Bu bilgiler önceki ve bir sonraki ekran görüntüsünün bilgileridir ve hafızada işlenmek için saklanır. Sonra geometrik bilgiler ve komutlar Pre-T&L ön belleğine gönderilir. Burada köşe gölgelendirme (vertex shading )adı verilen işlem uygulanır. Bu işlem sayesinde ön belleğe gönderilen bilgiler kullanılarak, şeklin gerçeklik ve boyut kazanması sağlanır. Mesela bir vadiyi gölgelendirme, bir dağın tepesinin kıvrımlarını oluşturma, deniz dalgası yaratma ve bir yüzeyi pürüzlendirme “vertex shading” ile yapılır. İşlenmiş bilgi post-T&L önbelleğinde saklanır. Üçgen oluşturma ve pikselleştirme(triangle setup and rasterization) operasyonları da gerçekleştirildikten sonra bilgi bir veri yolu aracılığıyla RAMDAC 'a gönderilir. Dijital sinyaller burada ekranın görüntüleyebileceği analog sinyallere dönüştürülür ve sonuç ekrana bir kablo aracılığıyla gönderilir.

İkilik sistemdeki bilgi ile bir şekil yaratmak ciddi anlamda zor bir işlemdir. 3 boyutlu şekillerde iş daha da zorlaşır. Mesela, 3 boyutlu bir resmi yaratmak için bilgisayar önce 2 boyutlu tel kafesler (wire mesh/frame) çizer. Bu kafesler ile polygon denilen çok yüzeyli şekiller oluşturur. Ne kadar çok polygon varsa 3 boyutlu görüntüye o kadar çok yaklaşılır. Daha sonra kalan pikseller doldurularak resme derinlik katılır. Bu işleme de “rendering” adı verilir. Hızlı resim/çerçeve değiştiren oyunlarda bilgisayar bu işlemi saniyede 60 kez yapmak zorundadır. 3D grafik çipleri, ekran kartlarında 3 boyutlu cisimlerin hesap işlemlerinin hızını normal işlem hızına düşürür ve işlemci üzerindeki yükü kaldırır. Eğer grafik kartı olmasaydı bu kadar işlemi hesap etmek bilgisayarla için en azından 3 saat sürerdi ve bu kadar hızlı oyunları oynayamazdık. Eskiden CPU, bir oyunda, çerçeve her değiştiğinde tüm resmin bilgisini ekran kartına gönderirdi. Yeni ekran kartlarında ise sadece bir önceki pencereye bakarak hangi piksellerde değişiklik olduğu bilgisi gönderilir. Bu da işlemleri ciddi biçimde hızlandırır.

Büyük oyunları oynarken ne kadar ekran kartı hafızası kullanırız?

Quake, Doom3, BattleField, HalfLife gibi yüksek hafıza gerektiren oyunlar 128 Mb VRAM ile akıcı biçimde çalışabilir. 256 Mb ile bu oyunları en iyi kalitede oynayabiliriz. Daha yüksek VRAM’e sahip kartlar bu oyunlar için gereksizdir. Ancak CAD gibi programları kullanan profesyonel kullanıcılar bunlara ihtiyaç duyarlar.

Oyunlar ve grafik programları gelişmeye devam ettikçe kullanıcının ihtiyaçlarına cevap veren daha hızlı ve daha verimli ekran kartları bilgisayar dünyasına adım atmaya devam ediyor. Firmalar, daha çok kullanıcıya ulaşmak için rakip firmalarla teknoloji konusunda rekabet ettikçe, fiyat ve kaliteden ödün vermeden kullanıcılar da bilgisayardaki görsel şölenlerin zevkini çıkarmaya devam edecek gibi gözüküyor. Herkese bol renkli günler dilerim…

Kaynaklar: