VGAچیست وکاربردآن چگونه است ؟

کلمه VGA به چه معناست؟

VGA مخفف کلمه Video Graphics Array به معنای "آرائه‌های گرافیکی ویدئو" است. این درگاه در سال ۱۹۸۷ توسط IBM طراحی و جایگزین استانداردهای EGA، MDA و CGA شد. از نام‌های دیگر این درگاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• VGA (وی جی ای)
• Video Graphics Array
• RGB Connector
• DB-15
• D-sub 15
• HD-15
• Mini VGA (مینی VGA)

نماد درگاه VGA

درگاه VGA چیست؟

درگاه VGA دارای ۱۵ پین (DB-15) به صورت سه ردیفی است البته در استاندارد مینی وی جی ای (Mini-VGA) تعداد این پین‌ها ۱۴ و به صورت دو ردیفی است. این درگاه داده‌های تصویری را به صورت آنالوگ منتقل می‌کند. داده‌های رنگ‌ها متمایز از همدیگر هستند، یعنی داده‌های مربوط به هر یک از رنگ‌های قرمز، سبز و آبی از طریق سه پین متفاوت ارسال می‌شوند. پین‌های یک تا سه به ترتیب وظیفه انتقال داده‌های مربوط به رنگ قرمز، سبز و آبی را برعهده دارند.

حداکثر رزولیشن (Resolution) پشتیبانی شده (در حالت استاندارد) برای درگاه وی جی ای، ۲۰۴۸ در ۱۵۳۶ پیکسل (۲۰۴۸*۲۵۳۶ px) است.

درحال حاضر درگاه DVI و HDMI جایگزین درگاه VGA شده اند. اگرچه معمولا یک درگاه VGA در اکثر دستگاه‌ها همچنان وجود دارد. یکی از مهمترین دلایل این جایگزینی، سرعت انتقال بیشتر DVI نبست به VGA است. همچنین درگاه DVI سخت افزارهای جدیدتر و رزولیشن بهتری را پشتیبانی می‌کند و می‌تواند داده‌ها را به صورت دیجیتال منتقل کند.

استاندارد درگاه HDMI نیز که جدیدترین استاندارد در انتقال داده‌های تصویری به حساب می‌آید، می‌تواند تا حداکثر ۴۰۹۶ در ۲۱۶۰ پیکسل (۴۰۹۶*۲۱۶۰ px) را نیز پشتیبانی کند که در مقایسه با VGA و DVI فوق‌العاده بهتر است.

پورت VGA معمولاً به رنگ آبی است و در کناره‌های خود دو پیچ برای ثابت نگه داشتن کابل متصل شده دارد.

درگاه VGA چه کاربردی دارد؟

وظیفه این درگاه انتقال داده‌های تصویری به صورت آنالوگ از کامپیوتر (یا سایر دستگاه‌ها) به دستگاه‌های پخش کننده نظیر صفحه‌های نمایش (Monitors)، پروژکتورها (Projectors)، برخی از تلوزیون‌ها و ... است. اکثر صفحات نمایش (Monitors) حداقل دارای یک پورت VGA هستند. به این ترتیب توسط درگاه VGA می‌توانیم تصاویر را منتقل کرده و آن ها را مشاهده کنیم.

یک درگاه VGA

انواع درگاه‌های VGA:

درگاه‌های VGA بسته به نوع کاربرد در دو اندازه استاندارد ساخته می‌شوند که عبارت اند از VGA معمولی و مینی VGA. از نسخه مینی معمولاً در دستگاه‌های کوچک مثل iBook، eMacs، iMac، PowerBook و برخی از لپ تاپ‌ها استفاده می‌شود.

تفاوتی که مینی VGA با VGA معمولی دارد این است که در درگاه مینی بجای ۱۵ پین از ۱۴ پین استفاده شده که دو پین آن برای رساندن ولتاژ +۵ ولت مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین دستگاه‌هایی که به طریق پورت مینی وی جی ای متصل می‌شوند، می‌توانند از دو پین مشخص آن به عنوان منبع تغذیه خود استفاده کنند.

نکته: در تصاویر زیر، شکل سمت راست کابل یا نوع نری VGA و در شکل سمت چپ درگاه یا نوع مادگی VGA (همان درگاهی که بر روی دستگاه‌ها قرار دارد) نشان داده می‌شوند.

• VGA معمولی:

درگاه VGA معمولی

• VGA مینی:

درگاه Mini-VGA

اطلاعات پین‌ها (Pin Out):

دو نوع استاندارد درگاه VGA عبارت اند از VGA و Mini-VGA که تعداد پین‌های مینی وی جی ای ۱۴ عدد است. هر دو تصویر زیر مربوط به درگاه (مادگی) VGA و مینی VGA هستند.

پین‌های درگاه VGA

کارت گرافیک (VGA) چیست؟

Top of Foکارت گرافیک در کامپیوتر شخصی دارای جایگاهی خاص است . کارت های فوق اطلاعات دیجیتال تولید شده توسط کامپیوتر را اخذ و آنها را بگونه ای تبدیل می نمایند که برای انسان قابل مشاهده باشند. در اغلب کامپیوترها ، کارت های گرافیک اطلاعات دیجیتال را برای نمایش توسط نمایشگر ، به اطلاعات آنالوگ تبدیل می کنند. در کامپیوترهایLaptop اطلاعات، همچنان دیجیتال باقی خواهند ماند زیرا این  کامپیوترها اطلاعات را بصورت دیجیتال نمایش می دهند.

اگر از فاصله بسیار نزدیک به صفحه نمایشگر یک کامپیوتر شخصی نگاه کنید ، مشاهده خواهید کرد که تمام چیزهائی که بر روی نمایشگر نشان داده می شود از "نقاط" تشکیل شده اند . نقاط فوق " پیکسل " نامیده می شوند. هر پیکسل دارای یک رنگ است . در برخی نمایشگرها ( مثلا" صفحه نمایشگر استفاده شده در کامپیوترهای اولیه مکینتاش ) هر پکسل صرفا" دارای دو رنگ بود: سفید و سیاه . امروزه در برخی از صفحات نمایشگر ، هر پیکسل می تواند دارای 256 رنگ باشد. در اغلب صفحات نمایشگر ، پیکسل ها بصورت " تمام رنگ "(True Color) بوده و دارای 16/8 میلیون حالت متفاوت می باشند. با توجه به اینکه چشم انسان قادر به تشخیص  ده میلیون رنگ متفاوت است ، 16/8 میلیون رنگ بمراتب بیش از آن چیزی است که چشم انسان قادر به تشخیص آنها بوده و به نظر همان ده میلیون رنگ کفایت می کند!

هدف یک کارت گرافیک ، ایجاد مجموعه ای از سیگنالها است که نقاط فوق را بر روی صفحه نمایشگر ، نمایش دهند.

کارت گرافیک چیست ؟

یک کارت گرافیک پیشرفته، یک برد مدار چاپی بهمراه حافظه و یک پردازنده اختصاصی است . پردازنده با هدف انجام محاسبات مورد نیاز  گرافیکی ، طراحی شده است . اکثر پردازنده های فوق دارای دستورات اختصاصی بوده که به کمک آنها می توان عملیات گرافیک را انجام داد. کارت گرافیک دارای اسامی متفاوتی نظیر : کارت ویدئو ، برد ویدئو ، برد نمایش ویدئوئی ، برد گرافیک ، آداپتور گرافیک و آداپتور ویدئو است .

مبانی کارت گرافیک

بمنظور شناخت اهمیت و جایگاه کارت های گرافیک ، یک کارت گرافیک با ساده ترین امکانات را در نظر می گیریم . کارت مورد نظر قادر به نمایش پیکسل های سیاه وسفید بوده و از یک صفحه نمایشگر با وضوح تصویر 480 * 640 پیکسل استفاده می نماید.  کارت گرافیک از سه بخش اساسی زیر تشکیل می شود :

-حافظه . اولین چیزی که یک کارت گرافیک به آن نیاز دارد ، حافظه است . حافظه رنگ مربوط به هر پیکسل را در خود نگاهداری می نماید. در ساده ترین حالت ( هر پیکسل سیاه و سفید باشد ) به یک بیت برای ذخیره سازی رنگ هر پیکسل نیاز خواهد بود. با توجه به اینکه  هر بایت شامل هشت بیت است ، نیاز به هشتاد بایت(حاصل تقسیم 640 بر 8 ) برای ذخیره سازی رنگ مربوط به پیکسل های موجود در یک سطر بر روی صفحه نمایشگر  و 38400 بایت ( حاصلضرب 480 در 80 ) حافظه بمنظور نگهداری تمام پیکسل های قابل مشاهده بر روی صفحه ، خواهد بود .

-اینترفیس کامپیوتر . دومین چیزی که یک کارت گرافیک به آن نیاز دارد ، روشی  بمنظور تغییر محتویات حافظه کارت گرافیک است . امکان فوق با اتصال کارت گرافیک به گذرگاه مربوطه بر روی برد اصلی تحقق پیدا خواهد کرد. کامپیوتر قادر به ارسال سیگنال از طریق گذرگاه مربوطه برای تغییر محتویات حافظه خواهد بود.

-اینترفیس ویدئو . سومین چیزی که یک کارت گرافیک به آن نیاز دارد ، روشی بمنظور تولید سیگنال برای مانیتور است . کارت گرافیک می بایست سیگنال های رنگی را تولید تا باعث حرکت اشعه  در CRT گردد. فرض کنید که صفحه نمایشگر در هر ثانیه شصت فریم را بازخوانی / باز نویسی می نماید ، این بدان معنی است که کارت گرافیک تمام حافظه مربوطه را بیت به بیت اسکن  و این عمل را شصت مرتبه در ثانیه انجام  دهد. سیگنال های مورد نظر برای هر پیکسل موجود بر هر خط ارسال و در ادامه یک پالس افقی sync ، نیز ارسال می گردد.عملیات فوق برای 480 خط تکرار  شده  و در نهایت یک پالس عمودی sync ارسال خواهد شد.

پردازنده های کمکی گرافیک

یک کارت گرافیک ساده نظیر آنچه در بخش قبل اشاره گردید ،Frame Buffer نامیده می شود. کارت،  یک فریم از اطلاعاتی را نگهداری می نماید که برای نمایشگر ارسال شده است . ریزپردازنده کامپیوتر مسئول بهنگام سازی هر بایت در حافظه کارت گرافیک است .  در صورتیکه عملیات گرافیک  پیچیده ای را داشته باشیم ، ریزپردازنده کامپیوتر مدت زمان زیادی را صرف بهنگام سازی  حافظه کارت گرافیک کرده و برای سایر عملیات مربوطه زمانی باقی نخواهد ماند. مثلا" اگر یک تصویر سه بعدی دارای 10000 ضلع باشد ، ریزپردازنده می بایست هر ضلع را رسم و عملیات مربوطه در حافظه کارت گرافیک را نیز انجام دهد. عملیات فوق زمان بسیار زیادی را طلب می کند.

کارت های گرافیک جدید ، بطرز قابل توجه ای ، حجم عملیات مربوط به پردازنده اصلی کامپیوتر را کاهش می دهند. این نوع کارت ها دارای یک پردازنده اصلی پر قدرت بوده که مختص عملیات گرافیکی طراحی شده است. با توجه به نوع کارت گرافیک ، پردازنده فوق می تواند یک " کمک پردازنده گرافیکی "  یا یک " شتاب دهنده گرافیکی " باشد. پردازنده کمکی و پردازنده اصلی بصورت همزمان فعالیت نموده و در مواردیکه از شتاب دهنده گرافیکی استفاده می گردد ، دستورات لازم از طریق پردازنده اصلی برای شتاب دهنده ارسال و شتاب دهنده مسئولیت انجام آنها را برعهده خواهد داشت .

 در سیستم های  " کمک پردازنده "  ، درایور کارت گرافیک عملیات مربوط به کارهای گرافیکی را مستقیما" برای پردازنده کمکی گرافیکی ارسال می کند. سیستم عامل هر چیز دیگر را برای پردازنده اصلی ارسال خواهد کرد.  در سیستم های " شتاب دهنده گرافیکی " ، درایور کارت گرافیک هر چیز را در ابتدا برای پردازنده اصلی کامپیوتر ارسال می کند. در ادامه پردازنده اصلی کامپیوتر ، شتاب دهنده گرافیک را به منظور انجام  عملیات خاصی هدایت می کند. مثلا" پردازنده ممکن است به شتاب دهنده اعلام نماید که :" یک چند ضلعی رسم کن "  در ادامه شتاب دهنده  فعالیت تعریف شده فوق را انجام خواهد داد.

عناصر دیگر بر روی کارت گرافیک

یک کارت گرافیک دارای عناصر متفاوتی است :

-پردازنده گرافیک . پردازنده گرافیک بمنزله مغز یک کارت گرافیک است . پردازنده فوق می تواند یکی از سه حالت پیکربندی زیر را داشته باشد :

--Graphic Co-Processor . کارت هائی از این نوع قادر به انجام هر نوع عملیات گرافیکی بدون کمک گرفتن از پردازنده اصلی کامپیوتر می باشند.

--Graphics Accelerator. تراشه موجود بر روی این نوع کارت ها ، عملیات گرافیکی را بر اساس دستورات صادره شده توسط پردازنده اصلی کامپیوتر انجام خواهند داد.

--Frame Buffer . تراشه فوق ، حافظه موجود بر روی کارت را کنترل و اطلاعاتی را برای " مبدل دیجیتال به آنالوگ " (DAC) ارسال خواهد کرد . عملا" پردازشی توسط تراشه فوق انجام نخواهد شد.

-حافظه . نوع حافظه استفاده شده  بر روی کارت های گرافیک متغیر است . متداولترین نوع ، از پیکربندی dual-ported استفاده می نماید. در کارت های  فوق امکان نوشتن در یک بخش حافظه و امکان خواندن از بخش دیگر حافظه بصورت همزمان امکان پذیر خواهد بود. بدین ترتیب مدت زمان لازم برای بازخوانی / بازنویسی یک تصویر کاهش خواهد یافت .

-Graphic BIOS . کارت های گرافیک دارای یک تراشه کوچکBIOS می باشند. اطلاعات موجود در تراشه فوق به سایر عناصر کارت نحوه انجام عملیات (مرتبط به یکدیگر) را تبین خواهد کرد.BIOS همچنین مسئولیت تست کارت گرافیک ( حافظه مربوطه و عملیات ورودی و خروجی ) را برعهده خواهد داشت .

-Digital-to-Analog Converter ) DAC) . تبدیل کننده فوق راRAMDAC نیز می گویند. داده های تبدیل شده به دیجیتال مستقیما" از حافظه اخذ خواهند شد. سرعت تبدیل کننده فوق تاثیر مستقیمی را در ارتباط با مشاهده یک تصویر بر روی صفحه نمایشگر خواهد داشت .

-Display Connector . کارت های گرافیک از کانکتورهای استاندارد استفاده می نمایند.اغلب کارت ها از یک کانکتور پانزده پین استفاده می کنند. کانکتورهای فوق همزمان با عرضهVGA :Video Graphic Array  مطرح گردیدند.

-Computer(Bus) Connector . اغلب گذرگاه فوق از نوعAGP است ..پورت فوق امکان دستیابی مستقیم کارت گرافیک به حافظه را فراهم می آورد.ویژگی فوق  باعث می گردد که سرعت پورت های فوق نسبت بهPCI چهار مرتبه سریعتر باشد. بدین ترتیب پردازنده اصلی سیستم قادر به انجام فعالیت های خود بوده و تراشه موجود بر روی کارت گرافیک امکان دستیابی مستقیم به حافظه را خواهد داشت .

استاندارد های کارت گرافیک

اولین کارت گرافیک در سال 1981 توسط شرکتIBM عرضه گردید. کارت فوق بصورت تک رنگ  و با نامMonochrome Display Adapters)MDAs) ارائه گردید. صفحات نمایشگری که از کارت فوق استفاده می کردند ، متنی بودند. رنگ نوشته سفید یا سبز و زمینه سیاه بود. در ادامه کارت های چهار رنگHercules Graphic Catd)HGC) ارائه گردیدند. سپس کارت های هشت رنگColor Graphic Adapter)CGA)  و کارت های شانزده رنگEnhanced Graphic Adapter)EGA) ارائه گردیدند.  تولیدکنندگانی دیگر، نظیر کمودور کامپیوترهائی را معرفی کردند که دارای کارت های گرافیک از قبل تعبیه شده و ساخته شده در سیستم بودند. کارت های فوق قادر به نمایش تعداد زیادی رنگ بودند.

زمانیکه شرکتIBM  در سال 1987 کارتVideo Graphic Array)VGA) را معرفی کرد، استاندارد جدیدی در این راستا مطرح گردید. نمایشگرهای VGA قادر به ارائه 256 رنگ و وضوح تصویر 400 * 720 بودند. یک سال بعد استاندارد Super Video Graphic Array) SVGA) مطرح گردید.  استاندارد فوق قادر به ارائه 16/8 میلیون رنگ با وضوح تصویر 1024 * 1280 است .

کارت های گرافیک از استانداردهای متفاوتی پیروی می نمایند. تولیدکنندگان کارت گرافیک همواره سعی در افزایش تعداد رنگ و وضوح تصویر با توجه به راهکارهای اختصاصی خود دارند. کارت های گرافیک می بایست قادر به اتصال به سیستم باشند. کارت های گرافیک قدیمی اغلب از طریق  اسلات های ISA و یا PCI  به سیستم  متصل می شوند . اغلب کارت های گرافیک جدید از پورتAGP برای اتصال به کامپیوتر استفاده می نمایند.