BTP 106 BİLGİSAYAR DONANIMI Ekran Kartı

Ekran kartlarının çalışma mantığı:

Ekran kartı, mikroişlemcisi üzerinde bilgiyi işleyerek monitöre gönderen bir genişleme kartıdır. Ekran kartları, ana kart üzerinde bulunan genişleme yuvalarına takılarak kullanılır. Eski ekran kartları bilgiyi sistemden kendi belleğine alıp monitöre göndermekteydi. Günümüzdeki gelişen teknoloji ile birlikte üretilen ekran kartları gelen görüntüyü işleyerek işlemcinin yükünü azaltır.

Ekran kartları aslında bir anakarttır Ekran kartları aslında bir anakarttır. Farkı ise bu devrenin görevi, sadece görüntüyü işleyerek işlemcinin yükünü azaltmak ve daha iyi bir kullanıcı deneyimi sağlamaktır. Ekran kartının işleyişi şu şekilde sıralanabilir.

Anakart; ekran kartına veri için bağlantı ve enerji sağlar. Mikroişlemci; Her bir pikselle ne yapacağı kararını verir. Bellek; Ekran kartına gönderilecek bilgileri geçici olarak tutar. Monitör; Ekran kartında gelen bilgileri görüntüler.

Ekran kartı yongası-işlemcisi (GPU) ne işe yaramaktadır?

GPU nedir? GPU ne işe yarar? GPU kavramının tanımı; bilgisayar üzerinde görüntülenmekte olan yazı ve grafiklerin oluşturulması sırasında ekran ve işlemci arasında görev yapmakta olan dönüştürücülerdir. Bir bilgisayar üzerindeki görüntü kalitesi hem ekrana bağlı hem de monitöre bağlı olarak değişmektedir. Bilgisayarlarda bulunan ekran kartları; VLB, AGP, PCI, harici ISA ve PCI- express veri yollarını kullanır. Ayrıca bilgisayar kartları olarak mainboard (anakart) üzerindeki chipset içinde entegre olarak ta bulunabilmektedir.

Ekran kartı üretimi; günümüzde oldukça yoğun bir şekilde ilerlemekte ve sürekli yeni modeller çıkmaktadır. Özellikle Bitcoin üretimini GPU olarak yapmak isteyenlerin yoğun bir ekran kartı kullanımları mevcuttur. Ancak günümüz itibariyle ekran kartlarına GPU üretmekte olan hali hazırda iki tane büyük firma bulunmaktadır. Bu firmalar AMD ve Nvidia olarak bilinmektedir. Aralarındaki rekabet dolayısıyla geçtiğimiz her gün GPU mimarisini geliştirmekte ve güçlendirmektedirler. Ekran kartları arasında paylaşımlı denilen ekran kartları da mevcuttur. Bu tip ekran kartları verilmiş olan değer kadar RAM üzerinden, kendi kullanacağı kadar alan ayırabilmektedir. Böyle bir durumda da RAM paylaşıldığı için performans otomatik olarak düşecektir. Anakartların üzerindeki dahili dediğimiz ekran kartları, bellekleri olmadığından dolayı genellikle paylaşımlıdır.

Ekran kartı üzerinde ram(vram) neden bulunur?

Video RAM (VRAM), görüntü ile ilgili hesaplamaların geçici olarak saklandığı bellektir. Bilgisayar sistemindeki ana bellek gibi çalışır. Görüntü belleği, bilgileri grafik işlemcisinden alır ve bunları saklar. Kapasitesi büyük olursa yüksek çözünürlükle kaliteli görüntü alınabilir.

VRAM, DRAM’in grafik kartlarında kullanılan çift portlu versiyonudur VRAM, DRAM’in grafik kartlarında kullanılan çift portlu versiyonudur. VRAM’ın, hafıza dizisi için kullanılabilecek, iki yolu ya da portu vardır. İlk port olan DRAM portu, DRAM tarafından erişilebilir. İkinci port; video portu sadece okuma işini yapar ve hızlı akışa sahip veriyi görüntüye aktarır. Video portunu kullanmak için, kontrol birimi öncelikle hafıza dizisinin sırasına göre, görüntülemek için bir şeçim yapar ve bu şeçim için DRAM portunu kullanır. Daha sonra VRAM bu sırayı içerideki bir kaydırmalı kayıt ediciye kopyalar. Kontrol birimi daha sonra DRAM’i, ekran üzerinde nesneler çizmek için kullanır. Kontrol birimi kaydırma saati isimli bir birimi VRAM’in video portundan besler her kaydırma saati dalgası, VRAM’ın kaydırmalı kayıt edicisinden, video portuna kadar, değişmeyen bir adres sırası ile verinin yeni parçalarını dağıtır.

Tarihçe olarak 1980 yılında IBM tarafından icat edilmiştir Tarihçe olarak 1980 yılında IBM tarafından icat edilmiştir. Ticari olarak kullanılmaya ise 1986 yılında başlamıştır. 1986'da IBM tarafından PC / RT sistemi için tanıtılan yüksek çözünürlüklü bir grafik adaptöründe kullanıldı ve bu grafik ekranlar için yeni bir yol haritası oluşturdu. VRAM'in geliştirilmesinden önce,  kullanılan çift portlu bellek oldukça pahalıydı ve yüksek çözünürlüklü bit eşlemeli grafiklerin üst seviye iş istasyonlarına göre sınırlandırılmıştı.

1990’lı yıllara geldiğimiz de bu teknoloji artık kullanıcı bilgisayarlarında kullanılmaya başladı. Bununla birlikte, iç yonga üzerinde dahili ve harici ekran kartı yani VRAM kavramları adını duyurmuş ve geliştirilmeye başlanmıştır.

Vram gb farkları: VRAM’ın çok olması çoğu yerde işimize yarasa da asıl önemli olan VRAM’in boyutunun büyüklüğü veya küçüklüğü değildir. Önemli olan GPU hızıdır. VRAM genellikle oyun oynayan kişiler için lazım olur. Özellikle çok gelişmiş oyunlarda VRAM’i, shader ünitesi, frekans vb. gibi grafik özelliklerini açınca çok kullansa da çoğunda VRAM’ın yarısı bile kullanılmaz. Bu yüzden GB farkları FPS’e pek yansımıyor.

Vram performans farkları: örnek:

Anakart bağlantısında kullanılan farklı veri yollarına neden ihtiyaç duyuyoruz ve aralarındaki farklar nelerdir?

Veri Yolu (BUS) Nedir? Anakart üzerindeki bileşenlerin birbirlerine bilgi iletmek için kullandıkları yola verilen addır. İşlemci, bellek, genişleme kartları ve depolama aygıtları gibi donanımların komutlarının birbirlerinin iletilme durumudur. Veri yolları ile sadece datalar taşınmaz. Bu yollar aynı zamanda kontrol sinyallerini ve adres bilgilerini de taşır.Kontrol sinyalleri ile donanım birimlerinin çalışmaları düzenlenirken adres bilgileri ile donanım biriminin kullandığı verilere ulaşım yolu tanımlanmış olur.

Veri Yolları: ISA (Industry Standard Architecture)  PCI (Peripheral Componet Interconnect)   AGP (Advanced Graphics Port)   PCIe (Peripheral Componet Interconnect Express)

Veri Yolları Arasındaki Farklar: ISA (Industy Standart Architecture) Nedir? İlk kullanımı 1984 yılında gerçekleşen veri yoludur ancak kullanımı birkaç yıl önce bitmiştir. Anakart üzerinde bulunan 8 Mhz‘lik saat hızına sahiptir. 1993 yılında ISA slot üzerinde çalışan kartlar için geliştirilmiştir. İlk üretilen veri yolu tipidir. Siyah renkli yuvalara sahiptir. 16 bitlik veri yolu genişliği vardır. Artık üretilmemektedir.

PCI (PerIpheral Pompenent Interconnect) Nedir? Intel tarafından geliştirilmiş bir veri yolu tipidir. PCI günümüz masaüstü bilgisayarlarda kullanılan en yüksek performansa sahip yol sistemidir. Bu veri yolu, 32 ve 64 bitlik versiyonları ile piyasada yer alır. Beyaz renkli yuvalara sahiptir. ISA’dan daha büyük yuvaya sahiptir. Tak – Çalıştır özelliğini destekler. 33 Mhz ve 66 Mhz saat hızında çalışırlar. LAN, SCSI, USB ve diğer kartları desteklemektedir.

AGP (Advanced GrapIch Port): AGP, günümüzde sadece ekran kartlarında kullanılan veri yoludur. 3 boyutlu grafikler, tam ekran video gibi uygulamalar geliştikçe daha geniş bir bant genişliğine ihtiyaç duyulmuştur. İlk versiyonu Intel tarafından ‘AGP specification 1.0‘ adı ile 1997 yılının sonunda piyasaya sürülmüştür.  1x ve 2x hızlarının ikisini birden içeriyordu. 2.0 AGP 4X ve 3.0 ise 8X olarak belirtilmişti. 2x AGP’de veri akış hızı 533 MB/Sn olmaktadır. Ancak sistem veri yolu hızı 66 MHz ise, 2x AGP tüm bant genişliğini kaplayıp diğer aygıtlara yer bırakmayacağı için 66 MHz’lik anakartlarda 1x AGP kullanılır. 100 MHz anakartlarda bant genişliği 763 MB/Sn’ye çıktığından 2x AGP ile uyumludur. AGP 4X : Günümüzde genelde kullanılan 4X modudur.

Çoğu anakart üreticisi bu modu destekliyor ve anakartlarında bu teknolojiyi kullanıyor ve aynı zamanda tüm ekran kartı üreticileri de bu teknolojiye ayak uyduruyor. Bu modda AGP veriyolu hızı 66 mhz’den 100 mhz’e çıkmıştır. Bunun pratikte 800 MB/Sn olarak hesaplanabilen bilen bir veri transfer hızıdır. Bu teknolojinin gelişmesiyle bu hız 1 GB/Sn’ye ulaşmıştır Sadece ekran kartlarında kullanılır. Pentium 2 ve üstünü destekleyen ana kartlarda bulunmaktadır. 32 bit bant genişliğindedir. 66 MHz saat hızında çalışır. Toplam bant genişliği 266 MB/Sn’dir.

PCI Express (PerIheral Compenent Inter Express) Nedir? Bilgisayardaki dahili veya harici donanımlar arasındaki bağlantıyı sağlayan veri yoludur. Üzerine en fazla donanım eklenilmesine izin veren veri yolu olma özelliği taşır. x16 hızında bir veri iletimi sağlıyor. Bu 16 yol, 4 GB/s bant genişliği demektir. PCI’daki gibi paylaşımlı yollar yerine ayrı yollara sahiptir. X1, X4, X8 ve X16’lık slotları bulunur. PCI yuvalarına göre çok daha hızlı çalışırlar.

AGP, PCI-Express 4x , 8x farkları nelerdir?

AGP EKRAN KARTLARI: AGP Ekran kartları, hızlı grafik transferini sağlamak üzere INTEL firması tarafından 1997 yılında geliştirilen bir ekran kartı cinsidir. AGP ekran kartları gerçekten oldukça sorunludur eski teknoloji olarak kabul edebileceğimiz bu sistem kartlar için güncel işletim sistemlerinde kullanılacak sürücüleri temin etmek oldukça zorludur. AGP çıkışına sahip tüm grafik kartları kendince farklı özelliğe sahip olabilir. Günümüzde AGP ekran kartları üretilmediği için anakart tercihinizi yaparken PCI Express olmasına dikkat edin.

AGP ekran kartının hızlı olmasının sebebi veriyolu üzerinden ana işlemci (CPU) ve sistem belleği olan (RAM) dan destek almaktadır. Bu suretle çok daha hızlı veri iletimi olmaktadır.

PCI-EXPRESS: PCI Express anakart üzerinde yer alan ve ekran kartının takıldığı bir genişleme yuvasıdır. Günümüzde ATi ve NVIDIA tarafından piyasaya çıkartılan en son teknoloji ürünü grafik kartlarının hemen hemen tamamı PCI Express kullanmaktadır. PCI Express x16 Yuvası ekran kartının takıldığı slottur. PCI slotlarından biraz daha büyüktür.

Agp ve pcı-Express Farkları: PCI Express x16 Ekran Kartlarının girişleri AGP Ekran kartlarından daha büyüktür. Agp kartlara göre iki kat güç kullanılır. slot sayısı çarpan sayısına göre doğru orantılıdır. PCI Express aktarım hızı bakımından hem AGP veriyolundan hem de PCI veriyolundan daha hızlıdır.

X4-x8 arasındaki fark: X4 7.88 GB/s hız sunarken x8 15.78 GB/s, x16 ise 31.5 GB/s hız sunuyor.

Yerleşik ve ayrı ekran kartlarının farkları nelerdir?

PAYLAŞIMLI EKRAN KARTI (Integrated Graphics Card)

Paylaşımlı grafik işlem birimi (GPU) kendi sahip olduğu RAM’i kullanmaz; onun yerine bilgisayarın sahip olduğu RAM’i kullanır. Yani 4 GB RAM’li bir bilgisayara sahipseniz, ekran kartı grafik işleme için var olan belleğin %1 ile %5 arasını kullanır. Bu oran bilgisayarda gerçekleşen görevlere göre farklılık gösterir, özellikle birden fazla program veya herhangi bir oyun açıksa oldukça etkiler. Paylaşımlı ekran kartının faydalarından birisi ucuz olması dolaysıyla bilgisayarın maliyetini biraz daha düşürür. Paylaşımlı ekran kartı paylaşımsız ekran kartına göre çok daha az ısınma yapar ve oldukça az güç tüketerek batarya ömrünü uzatır. Her gün grafik işleme yapan insanlar için oldukça idealdir. Video izleme ve editlemeyi, 2D oyunu ve kelime işlemciyi içerir. Böyle aktivitelerde grafik yoğun değildir, düşük ekran kartı için idealdir. Paylaşımlı ekran kartıyla 3D oyun oynayamayacağınız anlamına gelmez fakat oyunun yavaşlamaması adına grafik ayarlarınızı düşürmeniz gerekebilir.

PAYLAŞIMSIZ EKRAN KARTI (Dedicated Graphic Card)

Paylaşımsız (Ayrılmış) GPU bilgisayarın RAM’ini kullanmayarak kendi sahip olduğu bağımsız video belleği kaynağını kullanır. Örneğin 2GB’lık GeForce GTX 680M ekran kartına sahipseniz, bellek tamamen bilgisayarın 8GB’lık sistem hafızasından ayrıdır. Yüksek grafikli bir oyun oynamak için veya grafik tasarımcılar için ideal seçimdir. Paylaşımsız ekran kartının birkaç dezavantajı vardır. Uygun bir tasarım ve iyi bir fana sahip değilseniz, ekran kartları ısınacaktır. Eğer ciddi bir oyuncuysanız veya çift ekran çalıştırıyorsanız, GPU (Grafik İşlem Birimi) çok çalışmak zorunda kalacak ve çabuk ısınacaktır. Böyle kartlar çok güç tüketir yani paylaşımsız ekran kartlı bir dizüstü bilgisayar kullanmak batarya ömrünü azaltacaktır. Paylaşımsız ekran kartının maliyeti daha yüksektir ve paylaşımlı ekran kartından yüzlerce lira pahalı olabilir.

Paylaşımlı Ekran Kartları Paylaşımsız Ekran Kartları Bilgisayarın ram belleğini kullanır Kendi ram belleğini kullanır ve ek olarak bilgisayarın belleğinden bir miktar paylaşımlı olarak kullanabilir Daha küçük nanometre yapıya sahiptir bu sebeple daha az ısınır ancak performansı daha kötüdür Daha büyük nanometre boyuttadır ve performansı daha iyidir ancak daha çok ısınır ROPs (Raster işlem birimleri) çok azdır bu, ekran kartının grafik çözümlemesini yavaş yapacağını gösterir ROPs daha fazladır bu sebeple ekran kartı grafik çözme işlemini daha hızlı yapar Bant genişliği kısıtlıdır Bant genişliği yüksektir Pixel Fillrate yani 1 saniye içerisinde ekranda gösterilebilecek piksel sayısı çok azdır Pixel Fillrate çok yüksektir Bellek genişliği çok düşüktür. Bellek genişliği yani ekran kartı işlemcisi ile ram bellek arasındaki genişlik yüksektir GPU ve bellek hızı düşüktür. En yeni jenerasyon paylaşımlı ekran kartlarında bu maksimum 300Mhz civarlarında GPU ve bellek hızları yüksektir. Daha eski jenerasyon bir paylaşımsız ekran kartında GPU yani grafik işlemci hızı 500 Mhz dolaylarında olabilir Soğutması yoktur dolayısıyla çok fazla yorulduğunda ya reset attırır ya da bilgisayar kitlenir Güzel bir soğutma sistemi ile yüksek ısıları idare edebilir Güç tüketimi yapmaz Ek güç gerektirir

Yenileme oranı, çözünürlük, piksel kavramları

YENİLEME ORANI: Monitörlerdeki yenileme hızı birim zaman içinde(1sn) gösterilen resim sayısıdır. Monitörlerde gördüğümüz videolar, birbirinin ardışığı resimlerden oluşmaktadır. Hertz olarak birimlendirilen yenileme hızı ise bu resimlerin 1 sn içinde kaç defa tekrarlanarak ekranda görüntü oluştuğunu gösterir. Monitörlerde hz birimine bakınca karşımıza 30 hz, 60 hz, 75 hz, 85 hz, 120 hz, 144 hz gibi değerler çıkmakta. Bu değerler küçükten büyüğe arttıkça daha akıcı görüntülerin ortaya çıkmasını sağlıyor.

Monitör Tepki Süresi (Response Time /ms): Milisaniyelerle ifade edilen tepki süresi yani Response Time ise ekrandaki piksellerin renk değiştirme hızıdır. Ekran yenileme yükseldikçe, piksellerin de daha hızlı tepki verip renk değiştirmesi gerekir. Yoksa Ghosting denilen hayalet ya da çamurumsu görüntüler ekranda oluşur. Tepki süreleri ise karşımıza 1ms, 2ms, 3ms, 4ms ve 5 ms gibi değerlerle karşımıza çıkıyor. Bu değerler ise yenileme hızının aksine büyükten küçüğe gidildikçe daha iyi yanıt veriyor. Piyasada en iyi tepki süresini(1ms) veren monitörler genelde gaming(oyunculuk) adı altında sunulmakta.

Piksel ve Çözünürlük Neden Önemli? Piksel ve çözünürlük dediğimiz bir nevi görüntü kalitesini oluşturan unsurlardır. Bu yüzden bizlerin, bir ekrandan ne kadar parlak, canlı ya da keskin bir görüntü alabileceğimizi, bu ekranın piksel yoğunluğu yani çözünürlüğü belirlemektedir. Düşük çözünürlüğün bulunduğu ekranlarda daha az sayıda piksel bulunmaktadır bu yüzden ise oluşan görüntü canlı, keskin ve net olmaz. Hatta çok düşük çözünürlükte oluşan görüntü adeta kare kare görünmektedir Aksine yüksek çözünürlüklü bir ekranda ise çok daha yoğun ve fazla piksel bulunduğu için sizlerin görüntüyü kare kare görme imkanınız çok zordur. Binlerce pikselin bir araya girmesi ve adeta tek bir pikselmiş gibi görünmesi sayesinde oluşacak görüntü çok daha net ve keskin oluşmaktadır. Bu yüzden bir ekranda çözünürlük değerini, o ekran ile yapmak istediğiniz işleri göz önünde bulundurarak değerlendirmelisiniz.

Çözünürlük Nedir? Çözünürlük bir görüntü oluşturan ekranda (bu bir cep telefonu, tablet, monitör ya da televizyon da olabilir), görüntünün oluştuğu cihazda bulunan piksel sayısına çözünürlük denir. Yani yatayda ve dikeyde olmak üzere ekranda kaç adet piksel varsa onun sayısına çözünürlük ismi verilir. Örneğin bir monitör için 800x600 çözünürlük bilgisi veriliyor ise; Bunun anlamı yatay eksende 800; dikey eksende de 600 piksel bulunduğudur. Toplamda ise 800x600 pixel görüntülenebilir. Çözünürlük arttıkça görüntülenen şeklin netliği artar.

Aynı alanda çözünürlük artıkça daha fazla nokta görmemizi ise şu şekilde açıklayabiliriz. Soldaki iPhone 3GS'in 480x320 piksel ekranı ile sağdaki iPhone 5S'in 1136x640 piksel ekranına yakından baktığınızda aşağıdaki gibi görünmektedir. Çözünürlük seviyesini en iyi şekilde sanırım böyle gösterebiliriz.

Piksel kavramı nedir? Dijital bir ortamda gösterilecek görüntünün en ufak birimine verilen bir isimdir. Piksellerin genellikle kare şeklinde ve yüzbinlerce hatta milyonlarla pikselin yan yana gelmesi ile elde ettikleri şeye ise görüntü adını vermekteyiz.  Piksel dediğimiz gibi en küçük birmidir. Hatta klasik bir günümüz cümlesi vardır; ”Fotoğrafta piksel piksel çıkmış” gibi… Burada belirtilen aslında fotoğrafı oluşturan renk parçacıklarının belli olmasıdır. Yani bizlerin monitörlerde o gördüğümüz görüntüleri aslında milyonlarca renk pikselinin bir araya gelmesi ile net bir şekilde oluşmaktadır.

Örneğin elimize bir A4 kağıdı alalım ve noktalar ekleyerek bir resim çizelim. Nokta sayısı ne kadar çok artarsa çizeceğimiz resim de o kadar gerçekçi ve görüntü kalitesi de bir o kadar iyi olacaktır. Piksel mantığını bu şekilde kafamızda oturtabiliriz. Her piksel kendisini oluşturan 3 pikselden oluşmaktadır. Bunlar kırmızı – mavi – yeşil olarak renklenen transistörlerdir. Bir ekrandaki görüntüyü alabilmemiz için biz farkında olmasak bile saniyeler içinde milyonlarca transistör çalışmaktadır. Şimdi kabaca bir hesap yapalım ve şu anda kullanmış olduğumuz ekranın 1280 x 1024 çözünürlüğüne sahip olduğunu varsayalım ve rakamlar üzerinden konuşalım. Bu ekranda 1280 x 1024 x 3 = 3 932 160 tane transistör çalışmaktadır. Aslında çalışan bu kadar transistör içinden 1 ya da 2 tanesinin çalışmaması olağan gibi görünebilir ancak bu durum oldukça can sıkıcıdır ve sizi kullanmış olduğunuz üründen soğutabilir.

Ekranımızı oluşturan işte bu küçük noktaların (transistörlerin) herhangi birinin veya bir kaçının çalışmaması veya tepki vermemesi durumu ölü piksel (dead pixel) terimini ortaya çıkarmaktadır. Ölü pikseller 3 ana renkte (kırmızı – mavi – yeşil) veya renksiz (siyah – beyaz) olabilmektedir. Genel olarak çalışmayan bir pikseli çalıştırmak mümkün değildir. O nedenle de ölü kelimesi ile betimlenmiştir ve ölü piksel terimi ortaya çıkmıştır.

HAZIRLAYANLAR: Ferdi YILDIRIM Muhammet Ali CEYLAN Sefa Samet SINMAZ Şevket Çağatay ÖLMEZ Erman ÜÇER Emre CAVAK

Ferdi YILDIRIM: Ekran kartının işleyişini anlatınız. Ekran kartı yongası-işlemcisi (GPU) ne işe yaramaktadır? Muhammet Ali CEYLAN: Ekran kartı üzerinde RAM neden bulunur? Sefa Samet SINMAZ: Anakart bağlantısında kullanılan farklı veri yollarına neden ihtiyaç duyuyoruz ve aralarındaki farklar nelerdir? Şevket Çağatay ÖLMEZ: AGP, PCI-Express 4x , 8x farkları nelerdir? Ermen ÜÇER: Yerleşik ve ayrı ekran kartlarının farkları nelerdir? Emre CAVAK: Yenileme oranı, çözünürlük, piksel kavramlarını açıklayınız.