Ťắќľắḿḿ
21-04-2013, 19:18
بسم الله الرحمن الرحيم
البطاقة الرسومية تقنيات و استخدامات
https://im41.gulfup.com/aU4lx.jpg (https://www.gulfup.com/?u66bzR)
أصبحت كروت الشاشة واحدة من أكثر قطع الكمبيوتر أهمية بعد المعالج المصغر فبدون كرت الشاشة لن تكون هناك شاشة و في هذة الحالة :D لن يختلف كثيراً شكل جهاز الكمبيوتر عن آلة كاتبة حديثة.
وقد تطورت تقنيات الكروت بشكل مذهل و ازداد التعقيد في مواصفاتها إلى درجة جعلت المستخدم العربي يقف حائراً أمام هذا البحر المتلاطم من المصطلحات العلمية المعقدة و التقنيات الحديثة بحيث انه يعجز عن تحديد الكرت المناسب لاحتياجاته و أن حدث و استطاع يكون ذلك بسعر باهظ لا يتناسب و إمكانياته.هذا ما دفعني إلى كتابة هذا الموضوع المبسط الذي يسلط الضواء بشكل سريع على تاريخ البطاقات الرسومية و تطورها و يتطرق بشكل مفصل إلى مواصفات الكروت الحديثة.
فلنبداء على بركة الله:
لمحة تاريخية
ظهرت البطاقة الرسومية الأولى للوجود مع ميلاد أول حاسب إلي شخصي PC من شركة IBM سنة 1981 و قد سميت البطاقة MDA .كانت هذه البطاقة ذات حجم ضخم للغاية و احتوت على ذاكرة فيديو بحجم 4 KB فقط:) وكانت تظهر الحروف و الأرقام و بعض الرموز على الشاشة بلون واحد فقط هو اللون الأخضر.
الغريب في الأمر أن هذه البطاقة كانت تحتوي على مخرج لتوصيل طابعة الكمبيوتر.
https://im32.gulfup.com/ATmUb.jpg (https://www.gulfup.com/?OMtO6u)
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=8fkT0H-RQd4
تلتها مباشرة البطاقة ألمسماه CGA و كانت تظهر 16 لون فقط على الشاشة و لكن التطور الكبير جاء في سنة 1987 حين أنتجت البطاقة VGA التي استطاعت أن تعرض 256 لون واحتوت على 256 KB من ذاكرة الفيديو و كانت هذه البطاقة فاتحة إنتاج كروت الشاشة من العديد من الشركات مثل S3, ATI, Cirrus Logic و استمر التطور في الكروت الى كروت Super VGA التي اتت بذاكرة فيديو 2MB.
في العام 1995 أطلقت أولى البطاقات الرسومية ثلاثية الأبعاد بمعنى أنها تحتوي على تسريع عتادي للرسومات ثلاثية الأبعاد .ظهرت هذه البطاقات من عدة شركات من ضمنها S3 و Matrox, Creative, و من أشهر هذه البطاقات بطاقة S3 ViRGE التي كانت مواصفاتها على النحو التالي
Model: ViRGE
Date Released: 1995
Interface: PCI
Shader Model: N/A
DirectX: 6
Manufacturing Process: 0.35 micron
Core Clockspeed: 66MHz
Memory Bus: 64-bit
https://im32.gulfup.com/sQGtd.png (https://www.gulfup.com/?yCM17B)
في العام 1997 أطلقت شركة 3dfx مسرعها الرسومي ثلاثي الأبعاد Voodooو كان يمثل قفزة نوعية في تاريخ المسرعات ثلاثية الأبعاد من ناحية الاداء و جودة الصورة و استمرت في انتاج هذه السلسلة إلى أن وصلت إلى Voodoo5 .
في العام 1999 قامت شركة انفيديا بإدخال مصطلح جديد إلى عالم كروت الشاشة و هو ال GPU و كان هذا في منتجها الثوري Geforce 256 الذي كان أول بطاقة لها القدرة على معالجة أكثر من عشرة ملايين مضلع في الثانية . و على نفس المنوال قامت شركة ATI Technologies (https://en.wikipedia.org/wiki/ATI_Technologies) بإنتاج أولى المعالجات الرسومية المخصصة تحت اسم VPU و ذلك سنة 2002 في كرتها Radeon 9700 (https://en.wikipedia.org/wiki/R300) واستمر سباق الشركات في أطلق الكروت إلى أن وصلنا إلى يومنا هذا و ما فيه من كروت خارقة للعادة.
https://im32.gulfup.com/w9bK5.jpg (https://www.gulfup.com/?Twzb89)
مكونات البطاقة الرسومية الحديثة
تعتبر البطاقات الرسومية الحديثة بمثابة جهاز كمبيوتر مصغر فهي عبارة عن
لوحة الكترونية مطبوعة PCB -------------------تقابل اللوحة الأم
معالج رسومي GPU مثبت على هذه اللوحة ---يقابل وحدة المعالجة المركزية CPU
مشتت حراري جيد مثبت على GPU ------------يقابل مشتت CPU
ذاكرة فيديو تحسب بالجيجابايت VRAM تقابل--- RAM في الكمبيوتر
ذاكرة قابلة للقراءة فقط مخزن عليه البايوس ---تقابل بايوس اللوحة الأم
تحتاج إلى التغذية بالطاقة --------------------- تقابل احتياج الطاقة في اللوحة الأم
من خلال المقارنة السابقة يتبين لنا مدي التعقيد الذي تتمتع به البطاقات الرسومية الحديثة و نظراً لهذا التعقيد لن أتطرق إلى إليه عمل البطاقة بالتفصيل. بل سأركز على بعض الأجزاء المهمة في البطاقة و التي تؤثر تأثير كبير على أداء و سرعة و سعر البطاقة و هذا سيساعد المستخدم كثيراً على المفاضلة بين البطاقات المختلفة من حيث الجودة و الاداء و السعر.
واجهة الاتصال البينية Interface
و هو الطريقة التي يتم بها توصيل او تركيب البطاقة الرسومية باللوحة الأم و هو يتحكم في مدى توافق الكرت مع اللوحة الأم و قد تطورت الواجهات البينية منذ بداية ظهور الكروت الرسومية بشكل كبير و هناك العديد من الواجهات مثال ذلك PCI Express (https://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express),AGP,PCI,VESA LOCAL BUS,ISA,MCA و لكن نظراً لكون غالبيتها أصبح من التاريخ الان فسوف أركز على النوع الأخير و أمر سريعاً على AGP
AGP interface:
أول ظهور لهذه الواجهة البينية كان في شهر أغسطس سنة 1997 وهي مخصصة حصرياً لكروت الشاشة . هناك العديد من السرعات و التقسيمات في هذه النوع من الواجهات من أمثلتها 1x, 4x, 8x .يعد 8x هو أسرعها و أحدثها و اعتقد هو النوع الوحيد المتبقي حتي الان لأنه ابتداء من 2010 أصبحت اغلب اللوحات الأم تحتوي على منفذ PCI Express
في أيامنا هذه تحتاج إلى مجود كبير لكي تجد كرت شاشة يعمل على هذا المنفذ .والفكرة الشائعة أن هذا المنفذ يكون إبطاء بشكل كبير من منفذ PCI Express و هذه فكرة خاطئة حيث أن فرق الاداء بين الاثنين لا يزيد عن 3% لصالح PCI Express
https://im32.gulfup.com/L4dUe.gif (https://www.gulfup.com/?br2wuP)
https://im32.gulfup.com/02jgO.jpg (https://www.gulfup.com/?oCqN4V)
https://im32.gulfup.com/LjYtn.jpg (https://www.gulfup.com/?CX2135)
https://im32.gulfup.com/T8g6o.jpg (https://www.gulfup.com/?Y1OJyW)
PCI Express :
أول ظهور لهذه الواجهة البينية كان سنة 2004 وتتميز بسرعة عالية في نقل البيانات على التوالي في الاتجاهين في نفس الوقت مع وجو قدرة على تصحيح أي أخطاء في هذه البيانات هناك مصطلح مهم في هذه التقنية يطلق عليه خط البيانات LANE و هو يمثل زوجين من الأسلاك كل زوج ينقل البيانات في اتجاه معين بسرعة 250 MBls
وعليه يمكن تقسيم شقوق PCI Express من حيث عدد الخطوط فيها إلى
PCI Express 1X
PCI Express 4X
PCI Express 8X
PCI Express 16X
و بعملية حسابية بسيطة يمكن حساب سرعة كل نوع في نقل البيانات عن طريق ضرب سرعة الخط الواحد في عدد الخطوط
و مع مرور الوقت ظهرت أجيال متعاقبة من واجهة PCI Express
PCI Express 1.0a 250 MB/s --لكل خط
PCI Express 1.1 ---------------لا تغيير في السرعة
PCI Express 2.0 500 MB/s ----لكل خط
PCI Express 2.1 ----------------لا تغير في السرعة
PCI Express 3.0 985 MB/s ----لكل خط
PCI Express 4.0 1969 MB/s ---لكل خط في الاتجاه الواحد و قد تم الإعلان عن مواصفات هذا الجيل في نوفمبر 2011 و يتوقع أن يخرج إلى الوجود في 2015
عملياً يمكن تركيب كرت PCIE 1X في شق توسعة 16X أو 4X كما يمكن أن يعمل شق التوسعة 16X بعدد اقل من الخطوط 8X مثلاً
واجهة PCI Express واجهة عامة أي أنها ليست مخصصة للكروت فقط و لكنها توفر معدل نقل البيانات المطلوب لكروت الشاشة لذا تم الاعتماد عليها في معظم الكروت الحديثة و غالباً ما تكون الكروت بواجها فيزيائية بحجم16X و لكن توجد كروت في السوق بحجم pcie 1X و pcie 4X
مثل كرت الشاشةفي الصورة التالية يعمل على pcie 1X :
https://im32.gulfup.com/czGcr.jpg (https://www.gulfup.com/?JrsK7M)
ما يهم المستخدم في هذا الموضوع أن غالبية الكروت الموجودة في الأسواق الان أما
PCI Express 2.0 أو أعلى و نظراً لان البطاقات الرسومية حتى الان لم تستهلك القوة الكاملة لأي من أجيال PCI Express فلا فرق يذكر في الاداء عن استخدام هذه الأجيال و أن وجد فهو فرق طفيف للغاية و لا يظهر ألا في الدقه العالية جداً
ايضاً الفرق بين 8X , 16X فرق طفيف جداً و لا يؤثر على الاداء في الدقة الأكثر انتشار FULL HD]
الصورة التالية توضح معدل نقل البيانات او سرعة انواع PCI Express المختلفة:
https://im32.gulfup.com/8eD8m.jpg (https://www.gulfup.com/?jBmHGF)
المعالج الرسومي GPU
https://im36.gulfup.com/oiqeV.jpg (https://www.gulfup.com/?6oZaXC)
و يعتبر القلب النابض للبطاقة الرسومية و هو عبارة عن معالج مصغر ذو قوه حاسوبية هائلة و معدل خصيصاً للقيام بحسابات الفاصلة العائمة التي تستخدم كثيراً في عروض3D و هناك بعض العناصر التي نأخذها بعين الاعتبار عن تقييم المعالج الرسومي
حجم شريحة المعالج Die Size
وتحسب بالمساحة السطحية للشريحة بالمليمتر المربع و كلما زادت هذا المساحة كان المعالج أقوى -لدقة التصنيع الواحد- و لكنها ايضاً تعني زيادة في كمية الحرارة الناتجة عن التشغيل
GeForce 8800 GTS is 324mm2
GeForce 9300 GS IS 86mm2
GeForce 240 GT IS 139mm2
GTX 580 is 520mm2
GeForce GTX 680 is 293 mm2
GeForce GTX Titan is 561 mm2
بنية المعالج Architecture
و يقصد بها التقنية التي تم تصنيع المعالج بها من حيث الدقة و كلما كانت الدقة اقل كلما أمكن زيادة عدد الترنزيستورات في شريحة المعالج دون زيادة الحجم الكلي للمعالج الرسومي الأمر الذي يزيد من قوة المعالج و يقلل من كمية الحرارة الناتجة
GeForce GTX Titan fab =28nm -------Transistors = 7.08 billion
GeForce GTS 240 fab =65nm ---------Transistors = 754 million
تردد المعالج Core Clock:
و يقصد بها السرعة التي يعمل بها المعالج الرسومي و هي تتناسب طردياً مع أداء كرت الشاشة و قد كانت في ما مضي سرعة ثابتة تقاس بالميجا هرتزفي الثانية و لكن مع تقدم التقنيات في صناعة الكروت ظهر مايعرف
Base clock :
و هي السرعة التي لا يقل عنها تردد المعالج الرسومي اثنا عملة تحت حمل
Boost clock:
و هي زيادة سرعة المعالج الرسومية اثنا الحمل عن طريق مجموعة من التعليمات المعقدة و بناء على الطاقة المتوفرة و درجة الحرارة و عدة عوامل اخرى مثال ذلك ما يلي:
GeForce GTX 680 Base clock=1006MHZ Boost clock=1110 MHZ
الوحدات التي يتكون منها المعالج الرسومي
Unified Shader Unit
و هي الوحدة المسئولة عن معالجة البيانات الأساسية للمشهد ثلاثي الأبعاد و تنقسم إلى ثلاث أنواع
1- Pixel Shaders
و هي الوحدات البدائية للتظليل و توجد في جميع المعالجات الرسومية
حتى المدمجة منها و تهتم بمعالجة النقاط
2- Vertex Shaders
و هي أكثر تعقيد من سابقتها و تهتم بمعالجة الأسطح البسيطة
3- Geometry Shaders
و هي أكثرهم تعقيد و تهتم بالأشكال الهندسية المعقدة في الألعاب و تقوم بالعمليات التالية tessellation, shadow extrusion, and real-time rendering
Texture Mapping Unit
و هي المسئولة عن التغطية و الاكتساء في المشهد ثلاثي الأبعاد
وحدات إخراج التصيير ROPs
و هي الوحدات التي تقوم بإضافة اللمسات الأخير على الصورة ثلاثية الأبعاد بعد تصيرها وتقوم بتحويلها إلى RAMDAC ليقوم بتحويلها إلى إشارة تناظرية تمهيداً لعرضها على الشاشة
كلما زاد عدد هذة الوحدات في المعالج الرسومي انعكس ذلك ايجابياً على سرعة الكرت كان.
ذاكرة الفيديوVideo RAM
و هي تعمل بمثابة ذاكرة الكمبيوتر في البطاقة الرسومية حيث يقوم المعالج الرسومي بتخزين المعلومات الرسومية الخاصة بتكوين الإطار عليها و اهم ما يميزها سرعتها العالية و كونها مزدوجة البوابة حيث يمكن الكتابة عليها و القراءة منها في نفس الوقت بواسطة جهازين مختلفين
dual-ported.
هناك العديد من أنواع Video RAM منها WRAM (https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_random-access_memory#Window_DRAM_.28WRAM.29) DDR2 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR2) DDR3 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR3) GDDR4 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR4) GDDR5 و لكن ينصح بالنوع الأخير GDDR5 حيث أن غالبية الكروت الحديثة تستخدم هذا النوع رغم انه هناك بعض الكروت لا تزال تستخدم DDR3
هناك ثلاث نقاط في موضوع ذاكرة الفيديو يجب الانتباه لها:
Memory bandwidth
و يقصد بها قابلية المعالج الرسومي للاستفاده من ذاكرة الفيديو الموجودة على البطاقة بالسرعة المناسبة و يتحكم به عاملين هامين
1- Memory Clock و هو تردد عمل ذاكرة الفيديو
2-Memory Interface و هو عرض ناقل الواجهة البينية للذاكرة و يكون في الغالب
128-bit, 256-bit, أو 384-bitأو حتى 512 و كلما زاد العرض زادت كمية البيانات المنقولة في الثانية
بمعادلة بسيطة يمكن حساب Memory bandwidth
Memory bandwidth= Memory Clock X Memory Interface
Memory bandwidth يتناسب تناسب طردي مع قوة كرت الشاشة
تبريد البطاقات الرسومية
تعتبر الحرارة هي العدو الأول للبطاقة الرسومية حيث أنها تعمل على إنقاص العمر الافتراضي لها هذا إذا لم تقم بإتلافها بالكامل الأمر الذي جعل شركات إنتاج البطاقات الرسومية تتنافس في ما بينها في إنتاج كروت بحلول أفضل للتبريد.هناك نوعين رئيسين من أنواع تبريد كروت الشاشة:
التبريد الهوائي ويعتمد على مشتتات معدنية لتبريد المعالج الرسومي و الرامات وتثبت عليها مراوح لتضخ او تسحب الهواء من على المشتتات. مشكلة هذه النواع من التبريد هو الضجيج الناتج عن المراوح و خاصة عند الضغط على الكروت و قد قامت بعض الشركات بإنتاج كروت صامته أي بدون مراوح و تسمى بالتبريد السلبي لحل مشكلة الضجيج غير ان هذة الكروت الصامته لم تنجح كثيراً و خاصة في الدول ذات المناخ الحار.
الصورة التالية تبين احد الكروت ذات التبريد الصامت بدون مراوح:
https://im34.gulfup.com/fIwV6.jpg (https://www.gulfup.com/?FJkXgz)
التبريد المائي و يستخدم فيه سائل للتبريد و يتم ضخ السائل في مبرد معدني لتبريده بعد ان يمر داخل قطعة معدنية ملاصقة للمعالج الرسومي و الرامات Water block و تمتاز هذه الطريقة بكفاءة عالية في التبريد و صوت منخفض و يعيبها ارتفاع سعرها .
الصورة التالية تبين كرت gtx titan مع تبريد مائي من شركة متخصصة في انتاج المبردات المائية للبطاقات الرسومية:
https://im31.gulfup.com/K7Jlk.jpg (https://www.gulfup.com/?4edmqW)
الطاقة
كما أسلفت سابقاً فان البطاقة الرسومية الحديثة تعتبر كأنها جهاز كمبيوتر متكامل و هذا يستلزم استهلاكها لكمية معتبره من الطاقة الكهربية و حيث أن منفذ PCI Express لا يستطيع توفير أكثر من 75 وت من الطاقة و نظراً لاحتياج الكروت الحديثة إلى كمية اكبر من ذلك بكثير تم تزويدها بمداخل خاصة لتزويدها بالطاقة مباشرة من البورسبلاي وتكون أما 6 أو 8 بنز .
الجدول التالي يبين كمية الطاقة الكهربية التي يمكن توصيلها للبطاقة الرسومية على حسب مأخذ الطاقة الموجودة عليها:
Graphics Card Auxiliary Power Connector
Maximum Power Draw
Auxiliary Power Connector Configuration
75 Watts
None
150 Watts
One six-pin connector
225 Watts
Two six-pin connectors
300 Watts
One eight-pin connector + one six-pin connector
375 Watts
Two eight-pin connectors
450 Watts
Two eight-pin connectors + one six-pin connector
https://im37.gulfup.com/YHhyT.jpg (https://www.gulfup.com/?DGNIxe)
https://im32.gulfup.com/NoMIX.jpg (https://www.gulfup.com/?pXADG6)
و هناك مصطلح مهم يجب أن نعرفه TDP
و يقصد به كمية الطاقة الكربائية التي يستهلكها الكرت بالوت عندما تكون نسبة استخدامه 100%
و كلما قل TDP كان الكرت أكثر اقتصادية في استهلاك الكهرباء و لكن ذلك في الغالب يكون على حساب الاداء و في غالب الاحيان تستهلك كروت الشاشة الحديثة و خاصة كروت الفئة العليا ما يقرب من 300 الى 400 وت و هذا يستلزم وجود مزود طاقة من شركة معروفة و بقدرة لا تقل عن 700 الى 800 وت.
و في النهاية آخوني موضوع البطاقات الرسومية موضوع ضخم جداً و متشعب و يحتاج الى كتب لشرحه و أنا احببت في موضوعي هذا أن اشرح بشكل مبسط و مختصر بعض المصطلحات التقنية المتكررة . مع مروري بشكل سريع على تاريخ البطاقات الرسومية لكي تكتمل الصورة في ذهن القراء. أمل أن ينال جهدي المتواضع إعجابكم و أرجو تصويبي أن أخطأت و إثراء الموضوع بتعليقاتكم القيمة.
مسك الختام الصلاة على خير الأنام
سيدنا محمد صلى الله علية و سلم
المراجع:
Upgrading and Repairing PCs 17th Edition
www.nvidia.com (https://www.nvidia.com)
www.amd.com (https://www.amd.com)
www.maximumpc.com (https://www.maximumpc.com)
encyclopedia.jrank.org
en.wikipedia.org
www.anandtech.com (https://www.anandtech.com)
www.pcper.com (https://www.pcper.com)
www.tomshardware.com (https://www.tomshardware.com)
radeonpro.info
chinese.vr-zone.com
www.techterms.com (https://www.techterms.com)
www.gamersnexus.net (https://www.gamersnexus.net)
www.videocards101.com (https://www.videocards101.com)
البطاقة الرسومية تقنيات و استخدامات
https://im41.gulfup.com/aU4lx.jpg (https://www.gulfup.com/?u66bzR)
أصبحت كروت الشاشة واحدة من أكثر قطع الكمبيوتر أهمية بعد المعالج المصغر فبدون كرت الشاشة لن تكون هناك شاشة و في هذة الحالة :D لن يختلف كثيراً شكل جهاز الكمبيوتر عن آلة كاتبة حديثة.
وقد تطورت تقنيات الكروت بشكل مذهل و ازداد التعقيد في مواصفاتها إلى درجة جعلت المستخدم العربي يقف حائراً أمام هذا البحر المتلاطم من المصطلحات العلمية المعقدة و التقنيات الحديثة بحيث انه يعجز عن تحديد الكرت المناسب لاحتياجاته و أن حدث و استطاع يكون ذلك بسعر باهظ لا يتناسب و إمكانياته.هذا ما دفعني إلى كتابة هذا الموضوع المبسط الذي يسلط الضواء بشكل سريع على تاريخ البطاقات الرسومية و تطورها و يتطرق بشكل مفصل إلى مواصفات الكروت الحديثة.
فلنبداء على بركة الله:
لمحة تاريخية
ظهرت البطاقة الرسومية الأولى للوجود مع ميلاد أول حاسب إلي شخصي PC من شركة IBM سنة 1981 و قد سميت البطاقة MDA .كانت هذه البطاقة ذات حجم ضخم للغاية و احتوت على ذاكرة فيديو بحجم 4 KB فقط:) وكانت تظهر الحروف و الأرقام و بعض الرموز على الشاشة بلون واحد فقط هو اللون الأخضر.
الغريب في الأمر أن هذه البطاقة كانت تحتوي على مخرج لتوصيل طابعة الكمبيوتر.
https://im32.gulfup.com/ATmUb.jpg (https://www.gulfup.com/?OMtO6u)
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=8fkT0H-RQd4
تلتها مباشرة البطاقة ألمسماه CGA و كانت تظهر 16 لون فقط على الشاشة و لكن التطور الكبير جاء في سنة 1987 حين أنتجت البطاقة VGA التي استطاعت أن تعرض 256 لون واحتوت على 256 KB من ذاكرة الفيديو و كانت هذه البطاقة فاتحة إنتاج كروت الشاشة من العديد من الشركات مثل S3, ATI, Cirrus Logic و استمر التطور في الكروت الى كروت Super VGA التي اتت بذاكرة فيديو 2MB.
في العام 1995 أطلقت أولى البطاقات الرسومية ثلاثية الأبعاد بمعنى أنها تحتوي على تسريع عتادي للرسومات ثلاثية الأبعاد .ظهرت هذه البطاقات من عدة شركات من ضمنها S3 و Matrox, Creative, و من أشهر هذه البطاقات بطاقة S3 ViRGE التي كانت مواصفاتها على النحو التالي
Model: ViRGE
Date Released: 1995
Interface: PCI
Shader Model: N/A
DirectX: 6
Manufacturing Process: 0.35 micron
Core Clockspeed: 66MHz
Memory Bus: 64-bit
https://im32.gulfup.com/sQGtd.png (https://www.gulfup.com/?yCM17B)
في العام 1997 أطلقت شركة 3dfx مسرعها الرسومي ثلاثي الأبعاد Voodooو كان يمثل قفزة نوعية في تاريخ المسرعات ثلاثية الأبعاد من ناحية الاداء و جودة الصورة و استمرت في انتاج هذه السلسلة إلى أن وصلت إلى Voodoo5 .
في العام 1999 قامت شركة انفيديا بإدخال مصطلح جديد إلى عالم كروت الشاشة و هو ال GPU و كان هذا في منتجها الثوري Geforce 256 الذي كان أول بطاقة لها القدرة على معالجة أكثر من عشرة ملايين مضلع في الثانية . و على نفس المنوال قامت شركة ATI Technologies (https://en.wikipedia.org/wiki/ATI_Technologies) بإنتاج أولى المعالجات الرسومية المخصصة تحت اسم VPU و ذلك سنة 2002 في كرتها Radeon 9700 (https://en.wikipedia.org/wiki/R300) واستمر سباق الشركات في أطلق الكروت إلى أن وصلنا إلى يومنا هذا و ما فيه من كروت خارقة للعادة.
https://im32.gulfup.com/w9bK5.jpg (https://www.gulfup.com/?Twzb89)
مكونات البطاقة الرسومية الحديثة
تعتبر البطاقات الرسومية الحديثة بمثابة جهاز كمبيوتر مصغر فهي عبارة عن
لوحة الكترونية مطبوعة PCB -------------------تقابل اللوحة الأم
معالج رسومي GPU مثبت على هذه اللوحة ---يقابل وحدة المعالجة المركزية CPU
مشتت حراري جيد مثبت على GPU ------------يقابل مشتت CPU
ذاكرة فيديو تحسب بالجيجابايت VRAM تقابل--- RAM في الكمبيوتر
ذاكرة قابلة للقراءة فقط مخزن عليه البايوس ---تقابل بايوس اللوحة الأم
تحتاج إلى التغذية بالطاقة --------------------- تقابل احتياج الطاقة في اللوحة الأم
من خلال المقارنة السابقة يتبين لنا مدي التعقيد الذي تتمتع به البطاقات الرسومية الحديثة و نظراً لهذا التعقيد لن أتطرق إلى إليه عمل البطاقة بالتفصيل. بل سأركز على بعض الأجزاء المهمة في البطاقة و التي تؤثر تأثير كبير على أداء و سرعة و سعر البطاقة و هذا سيساعد المستخدم كثيراً على المفاضلة بين البطاقات المختلفة من حيث الجودة و الاداء و السعر.
واجهة الاتصال البينية Interface
و هو الطريقة التي يتم بها توصيل او تركيب البطاقة الرسومية باللوحة الأم و هو يتحكم في مدى توافق الكرت مع اللوحة الأم و قد تطورت الواجهات البينية منذ بداية ظهور الكروت الرسومية بشكل كبير و هناك العديد من الواجهات مثال ذلك PCI Express (https://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express),AGP,PCI,VESA LOCAL BUS,ISA,MCA و لكن نظراً لكون غالبيتها أصبح من التاريخ الان فسوف أركز على النوع الأخير و أمر سريعاً على AGP
AGP interface:
أول ظهور لهذه الواجهة البينية كان في شهر أغسطس سنة 1997 وهي مخصصة حصرياً لكروت الشاشة . هناك العديد من السرعات و التقسيمات في هذه النوع من الواجهات من أمثلتها 1x, 4x, 8x .يعد 8x هو أسرعها و أحدثها و اعتقد هو النوع الوحيد المتبقي حتي الان لأنه ابتداء من 2010 أصبحت اغلب اللوحات الأم تحتوي على منفذ PCI Express
في أيامنا هذه تحتاج إلى مجود كبير لكي تجد كرت شاشة يعمل على هذا المنفذ .والفكرة الشائعة أن هذا المنفذ يكون إبطاء بشكل كبير من منفذ PCI Express و هذه فكرة خاطئة حيث أن فرق الاداء بين الاثنين لا يزيد عن 3% لصالح PCI Express
https://im32.gulfup.com/L4dUe.gif (https://www.gulfup.com/?br2wuP)
https://im32.gulfup.com/02jgO.jpg (https://www.gulfup.com/?oCqN4V)
https://im32.gulfup.com/LjYtn.jpg (https://www.gulfup.com/?CX2135)
https://im32.gulfup.com/T8g6o.jpg (https://www.gulfup.com/?Y1OJyW)
PCI Express :
أول ظهور لهذه الواجهة البينية كان سنة 2004 وتتميز بسرعة عالية في نقل البيانات على التوالي في الاتجاهين في نفس الوقت مع وجو قدرة على تصحيح أي أخطاء في هذه البيانات هناك مصطلح مهم في هذه التقنية يطلق عليه خط البيانات LANE و هو يمثل زوجين من الأسلاك كل زوج ينقل البيانات في اتجاه معين بسرعة 250 MBls
وعليه يمكن تقسيم شقوق PCI Express من حيث عدد الخطوط فيها إلى
PCI Express 1X
PCI Express 4X
PCI Express 8X
PCI Express 16X
و بعملية حسابية بسيطة يمكن حساب سرعة كل نوع في نقل البيانات عن طريق ضرب سرعة الخط الواحد في عدد الخطوط
و مع مرور الوقت ظهرت أجيال متعاقبة من واجهة PCI Express
PCI Express 1.0a 250 MB/s --لكل خط
PCI Express 1.1 ---------------لا تغيير في السرعة
PCI Express 2.0 500 MB/s ----لكل خط
PCI Express 2.1 ----------------لا تغير في السرعة
PCI Express 3.0 985 MB/s ----لكل خط
PCI Express 4.0 1969 MB/s ---لكل خط في الاتجاه الواحد و قد تم الإعلان عن مواصفات هذا الجيل في نوفمبر 2011 و يتوقع أن يخرج إلى الوجود في 2015
عملياً يمكن تركيب كرت PCIE 1X في شق توسعة 16X أو 4X كما يمكن أن يعمل شق التوسعة 16X بعدد اقل من الخطوط 8X مثلاً
واجهة PCI Express واجهة عامة أي أنها ليست مخصصة للكروت فقط و لكنها توفر معدل نقل البيانات المطلوب لكروت الشاشة لذا تم الاعتماد عليها في معظم الكروت الحديثة و غالباً ما تكون الكروت بواجها فيزيائية بحجم16X و لكن توجد كروت في السوق بحجم pcie 1X و pcie 4X
مثل كرت الشاشةفي الصورة التالية يعمل على pcie 1X :
https://im32.gulfup.com/czGcr.jpg (https://www.gulfup.com/?JrsK7M)
ما يهم المستخدم في هذا الموضوع أن غالبية الكروت الموجودة في الأسواق الان أما
PCI Express 2.0 أو أعلى و نظراً لان البطاقات الرسومية حتى الان لم تستهلك القوة الكاملة لأي من أجيال PCI Express فلا فرق يذكر في الاداء عن استخدام هذه الأجيال و أن وجد فهو فرق طفيف للغاية و لا يظهر ألا في الدقه العالية جداً
ايضاً الفرق بين 8X , 16X فرق طفيف جداً و لا يؤثر على الاداء في الدقة الأكثر انتشار FULL HD]
الصورة التالية توضح معدل نقل البيانات او سرعة انواع PCI Express المختلفة:
https://im32.gulfup.com/8eD8m.jpg (https://www.gulfup.com/?jBmHGF)
المعالج الرسومي GPU
https://im36.gulfup.com/oiqeV.jpg (https://www.gulfup.com/?6oZaXC)
و يعتبر القلب النابض للبطاقة الرسومية و هو عبارة عن معالج مصغر ذو قوه حاسوبية هائلة و معدل خصيصاً للقيام بحسابات الفاصلة العائمة التي تستخدم كثيراً في عروض3D و هناك بعض العناصر التي نأخذها بعين الاعتبار عن تقييم المعالج الرسومي
حجم شريحة المعالج Die Size
وتحسب بالمساحة السطحية للشريحة بالمليمتر المربع و كلما زادت هذا المساحة كان المعالج أقوى -لدقة التصنيع الواحد- و لكنها ايضاً تعني زيادة في كمية الحرارة الناتجة عن التشغيل
GeForce 8800 GTS is 324mm2
GeForce 9300 GS IS 86mm2
GeForce 240 GT IS 139mm2
GTX 580 is 520mm2
GeForce GTX 680 is 293 mm2
GeForce GTX Titan is 561 mm2
بنية المعالج Architecture
و يقصد بها التقنية التي تم تصنيع المعالج بها من حيث الدقة و كلما كانت الدقة اقل كلما أمكن زيادة عدد الترنزيستورات في شريحة المعالج دون زيادة الحجم الكلي للمعالج الرسومي الأمر الذي يزيد من قوة المعالج و يقلل من كمية الحرارة الناتجة
GeForce GTX Titan fab =28nm -------Transistors = 7.08 billion
GeForce GTS 240 fab =65nm ---------Transistors = 754 million
تردد المعالج Core Clock:
و يقصد بها السرعة التي يعمل بها المعالج الرسومي و هي تتناسب طردياً مع أداء كرت الشاشة و قد كانت في ما مضي سرعة ثابتة تقاس بالميجا هرتزفي الثانية و لكن مع تقدم التقنيات في صناعة الكروت ظهر مايعرف
Base clock :
و هي السرعة التي لا يقل عنها تردد المعالج الرسومي اثنا عملة تحت حمل
Boost clock:
و هي زيادة سرعة المعالج الرسومية اثنا الحمل عن طريق مجموعة من التعليمات المعقدة و بناء على الطاقة المتوفرة و درجة الحرارة و عدة عوامل اخرى مثال ذلك ما يلي:
GeForce GTX 680 Base clock=1006MHZ Boost clock=1110 MHZ
الوحدات التي يتكون منها المعالج الرسومي
Unified Shader Unit
و هي الوحدة المسئولة عن معالجة البيانات الأساسية للمشهد ثلاثي الأبعاد و تنقسم إلى ثلاث أنواع
1- Pixel Shaders
و هي الوحدات البدائية للتظليل و توجد في جميع المعالجات الرسومية
حتى المدمجة منها و تهتم بمعالجة النقاط
2- Vertex Shaders
و هي أكثر تعقيد من سابقتها و تهتم بمعالجة الأسطح البسيطة
3- Geometry Shaders
و هي أكثرهم تعقيد و تهتم بالأشكال الهندسية المعقدة في الألعاب و تقوم بالعمليات التالية tessellation, shadow extrusion, and real-time rendering
Texture Mapping Unit
و هي المسئولة عن التغطية و الاكتساء في المشهد ثلاثي الأبعاد
وحدات إخراج التصيير ROPs
و هي الوحدات التي تقوم بإضافة اللمسات الأخير على الصورة ثلاثية الأبعاد بعد تصيرها وتقوم بتحويلها إلى RAMDAC ليقوم بتحويلها إلى إشارة تناظرية تمهيداً لعرضها على الشاشة
كلما زاد عدد هذة الوحدات في المعالج الرسومي انعكس ذلك ايجابياً على سرعة الكرت كان.
ذاكرة الفيديوVideo RAM
و هي تعمل بمثابة ذاكرة الكمبيوتر في البطاقة الرسومية حيث يقوم المعالج الرسومي بتخزين المعلومات الرسومية الخاصة بتكوين الإطار عليها و اهم ما يميزها سرعتها العالية و كونها مزدوجة البوابة حيث يمكن الكتابة عليها و القراءة منها في نفس الوقت بواسطة جهازين مختلفين
dual-ported.
هناك العديد من أنواع Video RAM منها WRAM (https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_random-access_memory#Window_DRAM_.28WRAM.29) DDR2 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR2) DDR3 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR3) GDDR4 (https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR4) GDDR5 و لكن ينصح بالنوع الأخير GDDR5 حيث أن غالبية الكروت الحديثة تستخدم هذا النوع رغم انه هناك بعض الكروت لا تزال تستخدم DDR3
هناك ثلاث نقاط في موضوع ذاكرة الفيديو يجب الانتباه لها:
Memory bandwidth
و يقصد بها قابلية المعالج الرسومي للاستفاده من ذاكرة الفيديو الموجودة على البطاقة بالسرعة المناسبة و يتحكم به عاملين هامين
1- Memory Clock و هو تردد عمل ذاكرة الفيديو
2-Memory Interface و هو عرض ناقل الواجهة البينية للذاكرة و يكون في الغالب
128-bit, 256-bit, أو 384-bitأو حتى 512 و كلما زاد العرض زادت كمية البيانات المنقولة في الثانية
بمعادلة بسيطة يمكن حساب Memory bandwidth
Memory bandwidth= Memory Clock X Memory Interface
Memory bandwidth يتناسب تناسب طردي مع قوة كرت الشاشة
تبريد البطاقات الرسومية
تعتبر الحرارة هي العدو الأول للبطاقة الرسومية حيث أنها تعمل على إنقاص العمر الافتراضي لها هذا إذا لم تقم بإتلافها بالكامل الأمر الذي جعل شركات إنتاج البطاقات الرسومية تتنافس في ما بينها في إنتاج كروت بحلول أفضل للتبريد.هناك نوعين رئيسين من أنواع تبريد كروت الشاشة:
التبريد الهوائي ويعتمد على مشتتات معدنية لتبريد المعالج الرسومي و الرامات وتثبت عليها مراوح لتضخ او تسحب الهواء من على المشتتات. مشكلة هذه النواع من التبريد هو الضجيج الناتج عن المراوح و خاصة عند الضغط على الكروت و قد قامت بعض الشركات بإنتاج كروت صامته أي بدون مراوح و تسمى بالتبريد السلبي لحل مشكلة الضجيج غير ان هذة الكروت الصامته لم تنجح كثيراً و خاصة في الدول ذات المناخ الحار.
الصورة التالية تبين احد الكروت ذات التبريد الصامت بدون مراوح:
https://im34.gulfup.com/fIwV6.jpg (https://www.gulfup.com/?FJkXgz)
التبريد المائي و يستخدم فيه سائل للتبريد و يتم ضخ السائل في مبرد معدني لتبريده بعد ان يمر داخل قطعة معدنية ملاصقة للمعالج الرسومي و الرامات Water block و تمتاز هذه الطريقة بكفاءة عالية في التبريد و صوت منخفض و يعيبها ارتفاع سعرها .
الصورة التالية تبين كرت gtx titan مع تبريد مائي من شركة متخصصة في انتاج المبردات المائية للبطاقات الرسومية:
https://im31.gulfup.com/K7Jlk.jpg (https://www.gulfup.com/?4edmqW)
الطاقة
كما أسلفت سابقاً فان البطاقة الرسومية الحديثة تعتبر كأنها جهاز كمبيوتر متكامل و هذا يستلزم استهلاكها لكمية معتبره من الطاقة الكهربية و حيث أن منفذ PCI Express لا يستطيع توفير أكثر من 75 وت من الطاقة و نظراً لاحتياج الكروت الحديثة إلى كمية اكبر من ذلك بكثير تم تزويدها بمداخل خاصة لتزويدها بالطاقة مباشرة من البورسبلاي وتكون أما 6 أو 8 بنز .
الجدول التالي يبين كمية الطاقة الكهربية التي يمكن توصيلها للبطاقة الرسومية على حسب مأخذ الطاقة الموجودة عليها:
Graphics Card Auxiliary Power Connector
Maximum Power Draw
Auxiliary Power Connector Configuration
75 Watts
None
150 Watts
One six-pin connector
225 Watts
Two six-pin connectors
300 Watts
One eight-pin connector + one six-pin connector
375 Watts
Two eight-pin connectors
450 Watts
Two eight-pin connectors + one six-pin connector
https://im37.gulfup.com/YHhyT.jpg (https://www.gulfup.com/?DGNIxe)
https://im32.gulfup.com/NoMIX.jpg (https://www.gulfup.com/?pXADG6)
و هناك مصطلح مهم يجب أن نعرفه TDP
و يقصد به كمية الطاقة الكربائية التي يستهلكها الكرت بالوت عندما تكون نسبة استخدامه 100%
و كلما قل TDP كان الكرت أكثر اقتصادية في استهلاك الكهرباء و لكن ذلك في الغالب يكون على حساب الاداء و في غالب الاحيان تستهلك كروت الشاشة الحديثة و خاصة كروت الفئة العليا ما يقرب من 300 الى 400 وت و هذا يستلزم وجود مزود طاقة من شركة معروفة و بقدرة لا تقل عن 700 الى 800 وت.
و في النهاية آخوني موضوع البطاقات الرسومية موضوع ضخم جداً و متشعب و يحتاج الى كتب لشرحه و أنا احببت في موضوعي هذا أن اشرح بشكل مبسط و مختصر بعض المصطلحات التقنية المتكررة . مع مروري بشكل سريع على تاريخ البطاقات الرسومية لكي تكتمل الصورة في ذهن القراء. أمل أن ينال جهدي المتواضع إعجابكم و أرجو تصويبي أن أخطأت و إثراء الموضوع بتعليقاتكم القيمة.
مسك الختام الصلاة على خير الأنام
سيدنا محمد صلى الله علية و سلم
المراجع:
Upgrading and Repairing PCs 17th Edition
www.nvidia.com (https://www.nvidia.com)
www.amd.com (https://www.amd.com)
www.maximumpc.com (https://www.maximumpc.com)
encyclopedia.jrank.org
en.wikipedia.org
www.anandtech.com (https://www.anandtech.com)
www.pcper.com (https://www.pcper.com)
www.tomshardware.com (https://www.tomshardware.com)
radeonpro.info
chinese.vr-zone.com
www.techterms.com (https://www.techterms.com)
www.gamersnexus.net (https://www.gamersnexus.net)
www.videocards101.com (https://www.videocards101.com)