ماتريكس219 | وحدة معالجة الرسوميات في الحاسوب ودورها المهم في تشغيل البرمجيات

وحدة معالجة الرسوميات في الحاسوب ودورها المهم في تشغيل البرمجيات

By: Hamza Kaddouri
275 Views

إن وحدة معالجة الرسوميات من أنواع المعالج الصغري المكرس للتصيير في أجهزة الحاسوب الشخصي والحاسوب الإداري وأنظمة ألعاب الفيديو. وإن وحدات معالجة الرسوميات الحديثة فعالة جدا في معالجة وعرض رسوميات الحاسوب. وإن نظام التحليل المتوازي يجعلها أكثر فعالية من وحدات المعالجة المركزية في مجموعة من الخوارزميات المعقدة. ويمكن وضعها على بطاقة العرض المرئي أو متكاملة مباشرة في اللوحة الأم.


السبعينات

إن رقاقات (ANTIC) و (CTIA) أمنت أجهزة التحكم بالرسوميات المدموجة وصياغة النصوص, وغير ذلك من التأثيرات على الكمبيوتر أتاري بنظام 8 بتات. وكانت رقاقة إيه أن تي أي سي معالجة رسم بينات النصوص والرسوميات على شكل إشارة فيديو. وإن مصمم هذة الرقاقة, جاي ماينور Jay Miner, قام بتصميم رقاقة معالجة الرسوميات لجهاز كومودور (Commodore) من شركة أميجا (Amiga).

الثمنينات

كان جهز كومودور أميجا أول جهاز صنع بكثافة يحتوي جهازه الفديو على نظام بليتر (Blitter), وكان نظام أي بي أم 8514 الرسومي من أول أنظمة العرض المرئي باستطاعتها تنفيذ رسوميات بدائية ثنائية الأبعاد. كانت أجهزة أميجا مميزة, في ذاك الوقت, لاحتوائها على ميزة مهمة وهي ما يعرف الآن بنظام تسريع الرسوميات متكامل, الذي أمكن تحويل معالج الرسوميات إلى المعدات الصلبة, من ذلك الرسم الخطوطي, تعبئة مناطق, نقل قطع الصور, ومعالج الرسوميات المساعد (Graphics Coprocessors) بمجموعة التعليمات مخصّصة لها. وكانت عملية رسم وعرض الرسوميات تعالج كلها بوسطة وحدة المعالجة المركزية من قبل.

التسعينات

في أوائل ومنتصف التسعينات, بدأت الرسوميات ثلاثية الأبعاد بالظهور بمساعدة وحدة المعالجة المركزية في أجهزة الحاسوب وأنظمة ألعاب الفيديو, مما أدى إلى ازدياد الطلب على جهاز متخصص مسرع للرسوميات ثلالثية الأبعاد. ومن أوائل هذه الأنظمة التي تم تسويقها بشكل كبير موجودة في الجيل الخامس من أنظمة ألعاب الفيديو مثل بلايستايشن ونينتندو 64. ومن بعض الرقاقات المسرعة ثلاثية الأبعاد الرخيصة لأجهزة الحاسوب التي فشلت: أس ثري فيرجي (S3 ViRGE), إيه تي أي رايج, وماتروكس مستيك (Matrox Mystique).

فكانت هذه الرقاقات من الجيل السابق من المعالجات ثنائية الأبعاد مرفقا بها ميزات ثلاثية الأبعاد. وفي البداية, لم تكن الرسوميات ثلاثية الأبعاد ممكنة إلى عن طريق لوحات منفصلة مخصصة لتسريع وظائف ثلاثية الأبعاد (ولاكن كان ينقصها معالج ثنائي الأبعاد) مثل بطاقة فودو من شركة ثري دي أف أكس (3dfx). وكما تقدمت تكنولوجيا التصنيع, أصبحت المعالجات ثنئية الأبعاد والمعالجات ثلاثية الأبعاد مندمجة في رقاقة واحدة. ومن أول رقاقة التي قامت بذلك رقاقة فيرايت (Verite) من شركة رنديشون (Rendition).

وظهرت في أوائل التسعينات واجهة برمجة التطبيقات محترفة وهي أوبن جي أل (OpenGL), وأصبحة القوة المهيمنة في مجال الحاسوب الشخصي, وقوة دافعة لتطوير معدات العرض المرئي. وكانت البرمجات التنفيذ لواجهة أوبن جيل واسعة في ذلك الوقت, وكن تأثير أوبن جي أل قويا مما أدى في نهاية المطاف إلى دعم هذه الواجهة في أجهزة العرض المرئي على نطاق واسع.

ومع مرور الوقت أصبحة الميزات الموجودة داخل بطاقات العرض متساوية مع تلك التي في واجهة أوبن جي أل. وفي أواخر التسعينات, أصبح دايركت إكس (DirectX) محبوبا بين مصممي الألعاب لنظام الويندوز. وخلافا لنظام فاير جي أل, فإن مايكروسوفت أجبرت على دعم نظام دايركت إكس في معدات العرض المرئي. وهذه الخطوة جعلت دايركت إكس أقل مرغوبة كواجهة برمجة تطبيقات لأن أغلب الميزات الموجودة فيها موجودة في الأصل في وحدة معالجة الرسوميات, والتي كان باستطاعة واجهة أوبن جي أل الاستفادة منها ومما جعل واجهة دايركت إكس متأخرة عن أوبن جي أل.

من الألفين إلى الآن

بعد ظهور واجهة البرمجة التطبيقية أوبن جي أل والوظائف المماثلة لها في دايركت إكس, أضيف إلى وحدا معالجة الرسوميات قدرة البرمجة التظليلية. وأصبح بالاستطاعة تحليل العنصورات ببرامج قصيرة يمكن أن تتضمن إكساءات, وكذالك كلالنقاط الهندسة يمكن يمكن تحليلها ببرنامج قصير قبل عرضها على الشاشة.

وكانت أنفيديا أول شركة أنتجت رقاقات باستطاعتها برمجة الأظلة وهي GeForce 3 (المعروفة باسم NV20). وبحلول تشرين الثاني عام 2002, أطلقة شركة إيه تي أي بطاقة Radeon 9700 (المعروفة باسم R300), وهي أول بطاقة احتوت على مسرع دايركت ثري دي 9.0, ومظلل العنصورات والنقالت الهندسية بأستطاعتها تنفيذ عمليات حسابية على أعداد الفاصلة العائمة متكررة وطويلة.وسرعان ما أصبحت وحدات معاجة الرسوميات مرنة مقارنة مع وحدات المعالجة المركزية. وغالبا ما كان مظلل العنصورات يستعمل في رسم نتوء, التي تضيف إكساءات لتجعل الأحجام تبدو براقة ،باهتة، خشنة، أو حتى مبرومة أو مبثوقة.

ومع ازدياد قدرة وحدات معالجة الرسوميات على التحليل، إزداد طلبها للطاقة الكهربائية. وإن وحدة معالجة الرسوميات عالية الأداء غالبأ ما تستهلك طاقة أكثر من وحدات المعالجة المركزية الحالية.

وحاليا أصبحت وحدالت معالجة الرسوميات المتوازية (Parallel GPUs) تبدء بالدخول على قدرات وحدات المعالجة المركزية, بواسطة التحليل لأغراض عامة على وحدة معالجة الرسوميات (“General Purpose Computing on GPU “GPGPU). وقد وجدت طريقها إلى مجالات متنوعة مثل التنقيب عن النفط ومعالجة العلمية للصور والجبر الخطي وإعادة البناء ثلاثية الأبعاد وحتى تحديد تسعير خيارات الأسهم. وهاذا ما يزيد الضغط على تطوير قدرة وحدة معالجة الرسوميات عن طريق إضافة المزيد من المرونة لنماذج البرمجة.

مصنعوا وحدة معالجة الرسوميات

إن الشركات الرئيسية التي تصنع وحدة معالجة الرسوميات تحت أسماء تجارية مختلفة, وأهمها نتل وأنفيديا وإيه أم دي/إيه تي أي وإن نصيب هذه الشركات من السوق هو 49.4 ٪ و 27.8 ٪ و 20.6 ٪ على التوالي. بيد أن هذه الأرقام تشمل وحدات إنتل منخفضة التكاليف للغاية ومنخفضة الأداء. فإذا طُرحة تلك الوحدت نجد أن أنفيديا وإيه أم دي تهيمن على كل أسواق هذه الوحدات. وبالإضافة إلى هذه الشركات, فإن فيا تكنولوجيز/أس ثري جرافيكس وماتروكس تصنع أيضا وحدات معالجة الرسوميات.


وظائفها التحليلية


إن وحدات معالجة الرسوميات الحالية تستعمل معظم مقحلاتها لعمليات حسابية تتعلق بالرسوميات ثلاثية الأبعاد. وكانت سابقا تُستخدم لتسريع العمل المكثف لذاكرة إكساء الرسوميات وتسريع تصيير المضالع. ولاحقا أضيف إليها وحدات لتسريع العمليات الحسابية الهندسية مثل الدوران وانزلاق النقطة الهندسية إلى نظام إحداثيات جديدة.

والتطوير الحديث لوحدات معاجة الرسوميات ضم نظام تظليل قابل للبرمجة الذي يمكنه التلاعب بالنقاط الهندسية وبالإكساءات بواسطة العديد من العمليات التحليلية المطابقة لتلك التي في وحدات المعالجة الرأيسية, وبالإضافة إلى ذلك, الإفرط (Oversampling) والاستيفاء لتخفيض التعرجات ومساحات ألوان عالية الدقة. ولأن هذه العمليات تضمن عمليات حسابية للمصفوفة وللأشعة, بدأ العلماء والباحثون بدراسة استعمال وحدات معالجة الرسوميات لعمليات حسابية لا تتعلق بالرسوميات.

وبالإضافة إلى معدات الرسوميات ثلاثية الأبعاد, تحوي وحدات معالجة الرسوميات على مسرع للرسوميات ثنائية الأبعاد وقدرة فرايم بافر (Framebuffer). وبالإضافة إلى ذلك, كل وحدة معالجة الرسوميات منذ سنة 1995 تحتوي على نظام واي يو في (YUV) للألوان. والكثير من هذه الوحدات بدأت منذ عام 2000 دعم أنظمة إم بي إي جي بدائية مثل تعويض الحركة (Motion compensation) وتحويل جيب التمام المتقطع. وتحتوي بعض بطاقات العرض الجديدة على فاكك شفرات الفيديوهات فائقة الجودة (High-definition Video) التي تخفف الضغط عن وحدة المعالجة المركزية.


شاهد أيضا:

شاهد أيضآ :

شارك بكتابة تعليق

مٌدونة ماتريكس219 القديمة

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك. سنفترض أنك موافق على هذا ، ولكن يمكنك إلغاء الاشتراك إذا كنت ترغب في ذلك. موافق قراءة المزيد