Κάρτες Γραφικών: Μορφη και αναλυση γραφικων

Έγχρωμη και ασπρόμαυρη μορφή

Οι πρώτοι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν μονόχρωμα γραφικά μόνο. Οι έγχρωμες οθόνες έγιναν δημοφιλείς στα μέσα και τα τέλη της δεταετίας του 80. Οι ασπρόμαυρες οθόνες συνέχισαν την κυριαρχία τους, μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 90, στους φορητούς υπολογιστές, που η έγχρωμη εμφάνιση ήταν αρχικά πολύ ακριβή. Σήμερα οι μονόχρωμες οθόνες και οι κάρτες που συνεργάζονται μαζί τους είναι απαρχαιωμένες και χρησιμοποιούνται μόνο σε ειδικές βιομηχανικές εφαρμογές.

Οι περισσότερες κάρτες γραφικών, σήμερα, έχουν την ικανότητα να εμφανίζουν πληροφορίες σε μονόχρωμη μορφή κειμένου, για συμβατότητα με (πολύ) παλαιότερο λογισμικό. Στην πραγματικότητα αυτή η μορφή δεν χρησιμοποιείται σχεδόν ποτέ.Ακόμα και όταν εμφανίζεται μονόχρωμο κείμενο είναι στην πραγματικότητα σε έγχρωμη μορφή.

Εικονοστοιχεία και ανάλυση

Η εικόνα που εμφανίζεται στην οθόνη είναι φτιαγμένη από εκατομμύρια μικρές κουκίδες, που ονομάζονται εικονοστοιχεία (pixels). Ένα εικονοστοιχείο αναπαριστά στην μικρότερη μονάδα της οθόνης που μπορεί να ελεγχθεί ξεχωριστά. Κάθε ένα μπορεί να έχει διαφορετικό χρώμα και φωτεινότητα.

Ο αριθμός των εικονοστοιχείων που μπορούν να εμφανιστούν στην οθόνη αναφέρεται ως ανάλυση της εικόνας και είναι κανονικά ένα ζεύγος αριθμών, όπως 640x480. Ο πρώτος είναι ο αριθμός των εικονοστοιχείων που μπορούν να εμφανιστούν οριζόντια στην οθόνη και ο δεύτερος ο αριθμός των εικοστοιχείων καθέτως. Όσο μεγαλύτερη η ανάλυση, τόσο περισσότερα εικονοστοιχεία μπορούν να εμφανιστούν στην οθόνη την ίδια στιγμή, ωστόσο επειδή τα εικονοστοιχεία είναι μικρότερα σε μεγαλύτερες αναλύσεις, οι λεπτομέρειες μπορεί να μη διακρίνονται καλά σε μια μικρή οθόνη. Οι αναλύσεις, γενικά, χωρίζονται σε προκαθορισμένα τυπικά σύνολα και μόνο μερικές διαφορετικές αναλύσεις χρησιμοποιούνται από τους περισσότερους υπολογιστές.

Ο λόγος των διαστάσεων της εικόνας είναι ο λόγος του αριθμού των Χ (οριζοντίων) εικονοστοιχείων προς τον αριθμό των Υ (καθέτων) εικονοστοιχείων. Ο τυπικός λόγος διαστάσεων για τους υπολογιστές είναι 4:3, αλλά κάποιες αναλύσεις χρησιμοποιούν το λόγο 5:4. Οι οθόνες είναι ρυθμισμένες σε αυτό το πρότυπο, έτσι ώστε αν ζωγραφίσουμε ένα κύκλο αυτός να φαίνεται σαν κύκλος και όχι σαν έλλειψη. Εμφανίζοντας μια εικόνα που χρησιμοποιεί λόγο διαστάσεων 5:4 θα προκληθεί κάποια αλλοίωσή της. Η μόνη βασική ανάλυση που που χρησιμοποιεί το λόγο 5:4 είναι η μεγάλη ανάλυση 1280x1024.

Υπάρχει κάποια σύγχυση αναφορικά με τη χρήση του όρου "ανάλυση", καθώς μπορεί τεχνικά να σημαίνει διάφορα πράγματα. Πρώτον η ανάλυση της εκόνας που βλέπουμε είναι συνάρτηση της εξόδου της κάρτας γραφικών, καθώς και της ικανότητας εμφάνισης της οθόνης. Για να δούμε μια εικόνα με υψηλή ανάλυση, ας πούμε 1280x1024, αυτό απαιτεί ότι και η κάρτα γραφικών είναι ικανή να δημιουργήσει μια τόσο μεγάλη εικόνα, αλλά και η οθόνη είναι ικανή να την εμφανίσει. Δεύτερον, καθώς κάθε εικονοστοιχείο εμαφανίζεται στην οθόνη ως ένα σύνολο από τρεις διαφορετικές κουκίδες (κόκκινη, πράσινη και μπλε), κάποιοι άνθρωποι χρησιμοποιούν τον όρο "ανάλυση" για να αναφερθούν στην αναληση της οθονης και τον όρο "δυνατότητα εικονοστοιχείων" για να αναφερθούν στον αριθμό των ξεχωριστών στοιχείων που η κάρτα γραφικών μπορεί να παράγει.

Χρώμα και ένταση εικονοστοιχείου, βάθος χρώματος και η χρωματική παλέτα

Κάθε εικονοστοιχείο στην εικόνα της οθόνης εμφανίζεται χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό από τρία διαφορετικά σήματα χρωμάτων, κόκκινο, πράσινο και μπλε. Είναι κάτι παρόμοιο (αλλά όχι ταυτόσημο) με το πως οι εικόνες εμφανίζονται στην τηλεόραση. Κάθε εμφάνιση εικονοστοιχείου ελέγχεται από την ένταση αυτών των τριών δεσμών φωτός. Όταν όλες είναι ρυθμισμένες στο μεγαλύτερο επίπεδο το αποτέλεσμα είναι άσπρο, ένω όταν όλες είναι στο χαμηλότερο το εικονοστοιχείο γίνεται μαύρο.

Το ποσό της πληροφορίας που αποθηκεύεται για ένα εικονοστοιχείο καθορίζει το βάθος του χρώματός του, που ελέγχει την ακρίβεια, με την οποία το χρώμα του εικονοστοιχείου μπορεί να καθοριστεί. Ορισμένες φορές αποκαλείται και βάθος bit, καθώς η ακρίβεια του βάθους χρώματος καθορίζεται σε bits. Όσο περισσότερα bits χρησιμοποιούνται ανά κάθε εικονοστοιχείο, τόσο καλύτερη είναι η λεπτομέρεια του χρώματος της εικόνας. Ωστόσο, η αύξηση του βάθους χρώματος απαιτεί επίσης και μεγαλύτερη μνήμη για την αποθήκευση της εικόνας, καθώς και περισσότερα δεδομένα για να επεξεργαστεί η κάρτα γραφικών, πράγμα που μειώνει τον πιθανό μέγιστο ρυθμό ανανέωσης.

To όνομα "φυσικά χρώματα" (true color) δόθηκε γιατί χρησιμοποιούνται 3 bytes πληροφορίας, ένα για κάθε ένα από τα τρία βασικά χρώματα. Καθώς ένα byte έχει 256 διαφορετικές τιμές αυτό σημαίνει ότι κάθε χρώμα έχει 256 διαφορετικές εντάσεις, επιτρέποντας τη δημιουργία περισσοτέρων από 16 εκατομμύρια χρωμάτων. Έτσι μπορούμε να έχουμε μια πραγματική αναπαράσταση του χρώματος της εικόνας, χωρίς αναγκαίους συμβιβασμούς και περιορισμούς στον αριθμό των χρωμάτων, που μια εικόνα μπορεί να περιέχει. Στην πραγματικότητα, τα 16 εκατομμύρια χρώματα είναι πολλά σε σχέση με αυτά που το ανθρώπινο μάτι μπορεί να διακρίνει. Το "true color" είναι αναγκαίο για αυτούς που κάνουν σχεδίαση γραφικών, επεξεργασία εικόνας (φωτογραφιών) και άλλες παρόμοιες εργασίες.

Το "πολλά χρώματα" (high color) χρησιμοποιεί δύο bytes πληροφορίας για να αποθηκεύσει την ένταση των τριών χρωμάτων. Αυτό γίνεται σπάζοντας τα 16 bits σε 5 bits για το μπλε, 5 bits για το κόκκινο και 6 bits για το πράσινο. Αυτό σημαίνει 32 διαφορετικές εντάσεις για το μπλε, 32 για το κόκκινο και 64 για το πράσινο. Έτσι παράγεται ακρίβεια χρώματος λίγο χειρότερη από αυτή που βλέπουμε, αλλά η διαφορά είναι στην πραγματικότητα πολύ μικρή, πολλοί άνθρωποι δεν μπορούν να καταλάβουν τη διαφορά μεταξύ μιας "φυσικών χρωμάτων" και μιας "πολλών χρωμάτων" εικόνας, εκτός και αν κοιτάξουν την οθόνη για αυτό ακριβώς το λόγο. Για αυτό το λόγο η ρύθμιση των "πολλών χρωμάτων" χρησιμοποιείται συχνά αντί αυτής των "φυσικών χρωμάτων", καθώς χρειάζεται 33% λιγότερη μνήμη στην κάρτα γραφικών και είναι επίσης ταχύτερο για αυτό το λόγο.

Στα "256 χρώματα" ο υπολογιστής χρησιμοποιεί μόνο 8-bits. Αυτό σημαίνει 2 bits για το μπλε και τρία bits για κάθε ένα από τα πράσινο και κόκκινο. Επιλέγοντας μεταξύ 4 ή 8 διαφορετικών τιμών για κάθε χρώμα το αποτέλεσμα δεν είναι και τόσο καλό και για αυτό το λόγο χρησιμοποιείται μια άλλη τεχνική: η χρήση της παλέτας. Μια παλέτα είναι δημιουργημένη περιέχοντας 256 διαφορετικά χρώματα. Κάθε ένα είναι ορισμένο χρησιμοποιώντας τον 3-byte χρωματικό προσδιορισμό που χρησιμοποιείται στο true color: 256 πιθανές εντάσεις για κάθε ένα από τα κόκκινο, πράσινο, μπλε. Μετά κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να διαλέξει ένα από τα 256 χρώματα στην παλέτα. Συνεπώς, όλη η ποικιλία των χρωμάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κάθε εικόνα, αλλά κάθε εικόνα μπορεί να περιέχει μόνο 256 από τα 16 εκατομμύρια διαθέσιμα διαφορετικά χρώματα.

Η παλέτα είναι ένας πολύ καλός συμβιβασμός: επιτρέπει μόνο 8 bits να χρησιμοποιηθούν για να καθοριστεί κάθε χρώμα σε μια εικόνα, αλλά συγχρόνως επιτρέπει στο δημιουργό της εικόνας, να αποφασίσει ποιά θα είναι αυτά τα 256 χρώματα. Καθώς ουσιαστικά καμοία εικόνα δεν έχει μια ομαλή κατανομή χρωμάτων, αυτή η τεχνική επιτρέπει μεγαλύτερη ακρίβεια σε μια εικόνα, χρησιμοποιώντας περισσότερα χρώματα από όσα θα υπήρχαν αν αντιστοιχούσε κάθε εικονοστοιχείο σε μια 2-bit τιμή για το μπλε και 3-bit για κάθε ένα από τα πράσινο και κόκκινο. Για παράδειγμα, μια εικόνα με τον ουρανό και τα σύννεφα (όπως το κλασικό background των Windows 95) θα έχει πολλές αποχρώσεις του μπλε, του άσπρου και του γκρι και ουσιαστικά καθόλου κόκκινο, πράσινο και κίτρινο.

Η RAMDAC είναι ένα μέρος της κάρτας γραφικών που είναι υπεύθυνο για να διαβάζει τα περιεχόμενα της μνήμης της κάρτας, μετατρέποντας τις ψηφιακές τιμές στη μνήμη σε αναλογικά σήματα, τα οποία στέλνει μέσω καλωδίου στην οθόνη. Η ικανότητα της RAMDAC να μεταφράζει και να μεταφέρει αυτές τις πληροφορίες ελέγχει το ρυθμό ανανέωσης άμεσα. Ο ρυθμός ανανέωσης φανερώνει πόσες φορές το δευτερόλεπτο η RAMDAC είναι ικανή να στείλει ένα σήμα στην οθόνη και η οθόνη είναι ικανή να ξαναεμφανίσει την εικόνα.

Ο ρυθμός ανανέωσης μετράται σε Hertz (Hz), τη βασική μονάδα μέτρησης της συχνότητας (κύκλοι ανά δευτερόλεπτο). Η υποστήριξη για ένα συγκεκριμένο ρυθμό ανανέωσης εξαρτάται από δύο πράγματα. Από την κάρτα γραφικών, κατά πόσο είναι ικανή να παράξει τις εικόνες τόσες φορές ανά δευτερόλεπτο και από την ικανότητα της οθόνης να χειριστεί και να εμφανίσει τόσα σήματα το δευτερόλεπτο. Οι ρυθμοί ανανέωσης είναι κάτι το τυποποιημένο. Συνηθισμένες τιμές είναι τα 56, 60,65, 70, 72, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110 και 120 Hz. Αυτό γίνεται για να αυξήθει η συμβατότητα μεταξύ καρτών γραφικών και οθονών.

Posted in: PCs