Ekran Kartının Çalışma Mantığı Nasıldır?

Merhaba değerli okurlar hiç merak ettiniz mi Ekran Kartları Nasıl Çalışır diye ya da yapısı nasıl hangi ekran kartının oyunlara göre performanslı olduğu ya da bunun gibi bazı örnekler…

Hemen hepimizin bilgisayar almaya kalktığımızda ilk seçtğimiz parçalardan biri de ekran kartıdır ama sadece işlemci, bellek ve sabit diske bakarak bilgisayar seçtiğimiz günlerin üzerinden o kadar da uzun yıllar geçmedi. şimdi yeri geldiğinde bir bilgisayar parası verebildiğimiz ekran kartlarına biraz yakından bakalım.

Ekrandaki Görüntü Nasıl Oluşur?

Monitörünüze yeteri kadar yakından bakarsanız görüntünün çok küçük noktalardan oluştuğunu görürsünüz. İşte bu noktlara görüntünün en küçük birimi olan piksel diyoruz. Her pikselin kendine ait renk ve yoğunluk bilgileri vardır. Daha genel bir tanımla piksel için ekranın bağımsız olarak kontrol edilebilir en küçük parçası olduğunu söyleyebiliriz. İşte bu piksellerden binlercesi bir araya gelerek ekrandaki görüntüyü oluşturuyor.

Çözünürlük

Çözünürlüğün görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktör olduğunu söyleyebiliriz. Üözünürlük, ekrandaki görüntünün kaç pikselden oluşacağını belirler ve yatay ve dikey piksel cinsinden belirtilir (800×600,1024×768 gibi). Üözünürlük arttıkça görüntü birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebilen daha çok pikselden oluşur ve görüntü kalitesi de yükselir.

Windows 95 ile hayatımıza giren “scaleable screen objects” teknolojisi sayesinde çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan da artar. Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan piksel sayısı değişmez. Üözünürlük arttıkça pikseller de küçüleceği için nesneler daha az yer kaplar ve masaüstündeki kullanılabilir alan çözünürlükle doğru orantılı olarak artar.

Üözünürlük arttıkça yükselen görüntü kalitesinin de bir bedeli var tabi ki: Üözünürlük yüseldikçe kontrol edilmesi gereken piksel sayısı ve dolayısıyla da gerekli işlem gücü, ayrıca bu piksellerin bilgilerini tutmak için gerekli bellek miktarıyla onların transferi için gereken bellek bant genişliği artar. Bu yüzden de performans düşer. Kullanmak istediğiniz çözünürlüğü hem ekran kartınız desteklemeli, hem de monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli ekranda oluşturabilmeli.

Renk Derinliği

Piksellerin kendilerine ait renklerinden bahsetmiştik, piksellerin alabileceği renkler kırmızı, yeşil ve maviden türetilir. İşte renk derinliği bu renklerin miktarını belirler. Renk derinliği ne kadar artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı artar, renkler gerçeğe daha yakın olur.

Renk derinliği bit cinsinden belirtilir, işlemcilerle ilgili yazımızda bitlere kısaca değinmiştik. Her bit 1 ve 0 olarak iki değer alabilir. 8 bit kullanıldığında bu bitlerden 28 = 256 kombinasyon üretilir. Aynı şekilde 8 bit renk derinliğinde de her piksel için 256 renk kullanılabilir.

İnsan gözünü aldatıp ekrandaki görüntüyü gerçek gibi göstermek için kullanılan üç rengin de (kırmızı, yeşil ve mavi) 256`şar tonu gereklidir, bu da renk başına 8 bitten 24 bit yapar. Bu moda True Colour (Gerçek Renk) adı verilir. Fakat çoğu güncel ekran kartı görüntü belleğini kullanma yöntemleri yüzünden pikselleri bu modda göstermek için 32 bite ihtiyaç duyarlar. Kalan 8 bit alpha kanalı (piksellerin saydamlık bilgisini tutar) için kullanılır.

High Colour (16 bit) modunda ise yeşil için altı ve maviyle kırmızı için de beşer bit kullanılır. Yeşil için 64, maviyle kırmızı için de renk başına 32 farklı yoğunluk vardır bu modda. Renkkalitesinde 32 bite göre çok az fark olsa da piksel başına 4 yerine 2 byte (8 bit = 1 byte) hafızagerekeceğinden 32 bite göre performans avantajı sağlar.

256 renk (8 bit) modu ilk duyuşta size renk fakiri izlenimi verebilir fakat renk paleti denen bir yöntemle bu 8 bit olabilecek en verimli şekilde kullanılarak renk kalitesi biraz arttırılır. Renk paletinin mantığı söyledir: Kullanılacak 256 renk gerçek renk modundaki 3 bytelık renklerden seçilir ve bu renklerden bir renk paleti oluşturulur. Her program ilgili paletteki 256 renkten istediğini seçip kullanabilir. Böylece örneğin kırmızı için iki, mavi ve yeşil için de üçer bit kullanılarak elde edilen renklerden daha canlı renkler elde edilebilir ve elimizdeki 8 bit en verimli şekilde kullanılmış olur.

En çok kullanılan üç renk modunu tanıdık, peki ekran kartımız üretemediği renklere ne yapıyor? Sistemimizin 256 renge ayarlı olduğunu fakat 16 bitlik bir resim dosyası açtığımızı varsayalım. Bu durumda hazırdaki renklerin değişik kombinasyonları kullanılarak üretilemeyen renge yakın bir renk oluşturulur ve bu renk üretilmesi gereken rengin yerine gösterilir. Buna dithering denir. Tabi ki dithering yöntemiyle elde edilmiş bir resmin kalitesiorjinal resme göre göre çok daha düşüktür.

Görüntü Arayüzleri

Ünceleri ekrandaki piksellerin adreslenmesi için bir standart olmadığından üreticiler de programcılar da (dolayısıyla son kullanıcılar da) sorun yaşıyorlardı. Bu sorunu çözmek için üreticiler VESA (Video Electronics Standarts Association) adında video protokollerini standartlaştırmayı amaçlayan bir konsorsiyum oluşturdular. VGA ile beraber geriyeuyumluluk da sağlanarak çözünürlük sürekli arttı. VGA öncesindekiler de dahil standartlara kısaca bir göz atalım:

• MDA (Hercules): Monochrome Display Adapter, 1981 yılındaki ilk IBM PC`deki ekran kartı. Ekranda yerleri önceden belirlenmiş olan 256 özel karakteri gösterebilyordu sadece. 80 kolona 25 satırlık bir ekranda gösterebildiği yazı karakterlerinin boyutları da önceden belirlenmişti ve grafik görüntülemek mümkün değildi. IBM, bu kartlara ekstra slotmasrafından kurtulmak için bir de yazıcı bağlantı noktası eklemişti.
• CGA: Bu arayüzde ekran kartları RGB monitörlerle çalışıp ekranı piksel piksel kontrol edebiliyorlardı. 320×240 çözünürlüğündeki bir ekranda 16 renk üretilebiliyor fakat aynı anda bunlardan sadece 4 tanesi kullanılabiliyordu. 640×200`lük bir yüksek çözünürlük modu vardır ama bu modda sadece 2 renk gösterilebiliyordu. Görüntü kalitesi kötü olsa bile en azından grafik çizilebiliyordu. Zaman zaman piksellerin gidip gelmesi ve ekranda rastgele noktalar oluşmasına rağmen bu standart çok uzun bir süre kullanıldı.
• EGA: CGA`dan birkaç yıl sonra sırada Enhanced Graphics Adapter vardı. CGA ile VGA arasındaki bu kartlar 1984`ten IBM`in ilk PS/2 sistemlerini ürettiği 1987`ye kadar kullanıldı. EGA monitörle kullanıldığında üretilen 64 renkten aynı anda 16 tanesi kullanılabiliyordu. Yüksek çözünürlük ve monochrome modları da vardı ,ayrıca eski CGA ve monochrome monitörlerle de uyumluydu. Bu kartlardaki bir yenilik de bellek genişletme kartlarıydı. 64K bellekle satılan bu kartları bellek genişletme kartıyla 128K`ya upgrade etmek mümkündü. Ek olarak satılan IBM bellek kitiyle bir 128K daha eklemek de mümkündü. Sonraları bu kartlar standart olarak 256K bellekle üretilmeye başlandı.
• PGA: IBM`in 1984`te piyasaya sürdüğü Professional Graphics Array adını hitap ettiği pazardan alıyordu. 5000 dolara satılıyor ve entegre 8088 işlemcisiyle mühendislik ugulamarıyla diğer alanlardaki bilimsel çalışmalar için 640×480 çözünürlükte 256 renkte saniyede 60 kare hızla 3 boyutlu animasyonları çalıştırabiliyordu. Fiyatı yayılmasını engelledi ve fazla kullanılamadan piyasadan kalktı.
• MCGA: 1987`de piyasaya sürülen MultiColor Graphics Array standardındaki ekran kartları teknolojide büyük bir sıçrama yaparak VGA ve SVGA`ya kadar gelen bir gelişimi başlattı. IBM`in Model 25 ve Model 30 PS/2 PC`lerinde anakarta entegre halde geliyordu. Uygun bir IBM monitörle kullanıldığında bütün CGA modlarını da destekliyordu fakat TTL yerine analog sinyallerle çalıştığından daha önceki standartlarla uyumlu değildi. TTL (Transistor â?? to â??Transistor Logic) mantığında voltaj seviyesine göre transistörler açılıp kapanır ve sadece 1 ve 0 değerleri oluşur bunu sonucunda. Analog sinyallerdeyse bu kısıtlama yoktur. Analog sinyalleşmenin de sağladığı avantajla MCGA arayüzüyle 256 renk üretilebiliyordu. Bu arayüzle beraber 9 pinlik monitör bağlantısından halen kullanılmakta olan 15 pinlik bağlantıya geçildi.
• 8514/A: IBM`in MCA veriyoluyla kullanmak için ortaya attığı bu arayüz zamanla yüksek tazeleme hızlarına çıktı. VGA ile aynı monitörü kullanmasına rağmen VGA`dan farklı çalışıyordu. Bilgisayar ekran kartına ne yapması gerektiğini söylüyordu ama ama ekran kartı onu nasıl yapacağını kendisi ayarlıyordu. Ürneğin ekrana bir çember çizileceği zaman VGA`daki gibi işlemci görüntüyü piksel piksel hesaplayıp ekran kartına yollamıyordu. Bunun yerine ekran kartına çember çizileceğini söylüyordu ve ekran kartı da çemberi çizmek için piksel hesaplarını kendisi yapabiliyordu. Bu yüksek seviyeli komutlar standart VGA ile komutlarından çok farklıydı. Bu standart çıktığı zamanın daha ilerisindeydi ve VGA`dan daha kaliteli görüntü sonuyordu ama fazla destek bulamadığı için yayılma imkanı bulamadan piyasan kalktı. IBM üretimi durdurup aynı daha daha fazla renk gösterebilen XGA üzerine yoğunlaştı. XGA 1990`da piyasaya çıktıktan sınra MicroChannelplatformları için standart oldu.
• VGA: 2 Nisan 1987`de, MCGA ve 8514/A ile aynı günde IBM tarafından tanıtılan Video Graphics Array aradan sıyrılarak masaüstü için standart olmayı başardı. IBM yeni bilgisayarlarında bu chipleri anakarta entegre ederken eski bilgisayarlarda da kullanılabilmeleri için 8 bitlik bir arayüzle anakarta bağlanabilen bir ayrı bir kart halinde de geliştirdi. IBM üretimi durdurduktan sonra bile değişik firmalar üretime devam ettiler. VGA ile 262144 renklik bir paletten seçilen 256 renk aynı anda kullanılabiliyordu. 640×480`lik standart çözünürlükte aynı anda 16 renk gösterilebiliyordu. Ayrıca 64 renk gri tonlama ile siyah beyaz monitörlerde renk siğmilasyonu yapabiliyordu.
• SVGA: Super VGA ilk SVGA kartlardan güncel kartlara kadar çok fazla kartı kapsayan geniş bir standart. SVGA ile birlikte ekran kartları için aygıt sürücüsü kavramı ortaya çıktı. Kartların yanında verilen sürücülerle ilşetim sistemleri kartların tüm özelliklerini kullanabiliyorlardı. SVGA ile milyonlarca renk değişik çözünürlüklerde gösterilebiliyor fakat bunun sınırları karta ve üreticiye bağlı. SVGA değişik şirketler tarafından kullanılan ortak bir kavram olduğundan başlarda eski standartlar gibi çok katı sınırları yoktu. Bunun üzerine VESA bir SVGA standardı belirledi. VESA BIOS Extension adında standart bir arayüz belirlendi ve bu sayede programcılar her kart için ayrı kod yazma zahmetinden kurtuldular. Üreticiler bu arayüzü benimsemek istemediler ve başlarda kartların yanında verilen ve her boot işleminden sonra çalıştırılan bir programla kartlarını bu BIOS uzantılarıyla uyumlu hale getirdiler fakat sonunda bunu kartların BIOS`larına entegre ettiler. SVGA ile 800×600 çözünürlüğe çıkıldı.

SVGA’dan sonra IBM XGA ile 1024×768 çözünürlüğe geçerken sonraki basamak olan 1280×1024`e de bir VESA standardı olan SXGA ile geçildi. Sonra da UXGA ile de 1600×1200 çöznürlüğe geçildi. Üözünürlükteki 4:3 oranı sadece SXGA ile bozuldu, bu standartta oran 5:4`tür.

Arkadaşlar ekran kartının bileşenlerinin detaylarına bir başka makalede daha ayrıntılı bir şekilde anlatacağım…