تحقیق درباره کارت گرافیک، صدا و مودم

مودم
واژه مودم از ترکیب کلمات “modulator-demodulator” اقتباس شده است .از مودم برای ارسال داده های دیجیتال از طریق خطوط تلفن استفاده بعمل می آید.

مودم ارسال کننده اطلاعات، عملیات مدوله نمودن داده را به سیگنال هائی که با خطوط تلفن سازگار می باشند، انجام خواهد داد. مودم دریافت کننده اطلاعات، عملیات ” دی مدوله ” نمودن سیگنال را بمنظور برگشت به حالت دیجتال انجام می دهد. مودم های بدون کابل داده های دیجیتال را به امواج رادیوئی تبدیل می نمایند.

مودم ازسال 1960 در کامپیوتر و بمنظور ارسال و دریافت اطلاعات توسط ترمینال ها و اتصال به سیستم های مرکزی، مورد استفاده قرار گرفته است .شکل زیر نحوه ارتباط فوق در کامپیوترهای بزرگ را نشان می دهد.

سرعت مودم ها در سال 1960 حدود 300 بیت در ثانیه (bps) بود. در آن زمان یک ترمینال ( یک صفحه کلید و صفحه نمایشگر) قادر به تماس تلفنی با کامپیوتر مرکزی بود. فراموش نکنیم که در آن زمان وقت کامپیوتر بصورت اشتراکی مورد استفاده قرار می گرفت و سازمانها و موسسات با خریداری نمودن زمان مورد نظر خود، امکان استفاده از کامپیوتر اصلی را بدست می آورند. مودم ها در آن زمان این امکان را بوجود می آورند که موسسات یاد شده قادر به ارتباط با سیستم مرکزی با سرعتی معادل 300 بیت در ثانیه باشند. در چنین حالتی زمانیکه کاربری از طریق ترمینال کاراکتری را تایپ می کرد، مودم کد معادل کاراکتر تایپ شده را بر اساس استاندارد اسکی، برای کامپیوتر مرکزی ارسال می نمود.

در مواردیکه کامپیوتر مرکزی اطلاعاتی را بمنظور نمایش برای ترمینال ارسال می کردد نیز از مودم استفاده می گردید.

همزمان با عرضه کامپیوترهای شخصی در سال 1970 استفاده از سیستم های بولتنی(BBS(Bulletin board system مطرح گردید. اشخاص و یا موسسات با استفاده ازیک و یا چند مودم و برخی نرم افزارهای مربوط به BBS ، سیستم را پیکربندی نموده و کاربران دیگر با استفاده از مودم قادر به تماس با سیستم بولتنی، بودند. در چنین مواردی کاربران برنامه شبیه ساز کننده ترمینال، را بر روی کامپیوتر خود اجراء می نمودند و بدین ترتیب سیستم آنان مشابه یک ترمینال رفتار می نمود. از سیستم های بولتنی اغلب برای اطلاع رسانی استفاده می گردید. سرعت مودم ها در آن زمان حدود 300 بیت در ثانیه بود. در این حالت در هر ثانیه حدود 30 حرف می توانست ارسال گردد.

تا زمانیکه کاربران حجم بالائی از اطلاعات را ارسال نمی کردند مشکلات ارتباطی از بعد سرعت چندان مشهود نبود ولی بمحض ارسال داده های با حجم بالا نظیر برنامه ها و تصاویر به سیستم های بولتنی و یا دریافت اطلاعا ت از طریق آنان سرعت 300 بیت در ثانیه پاسخگو نبود . تلاش های فراوانی در جهت افزایش سرعت مودم ها صورت گرفت . ماحصل تلاش های فوق افزایش نرخ انتقال اطلاعات در مودم ها بود .

از سال 1960 تا 1983 سرعت 300 بیت در ثانیه

از سال 1984 تا 1985 سرعت 1200 بیت در ثانیه

از سال 1986 تا 1989 سرعت 2400 بیت در ثانیه

از اواخر سال 1990 تا اوایل 1991 9600 بیت در ثانیه

سرعت 19/2 کیلو بیت در ثانیه

سرعت 28/8 کیلو بیت در ثانیه

سرعت 33/6 کیلو بیت در ثانیه
سرعت 56 کیلو بیت در ثانیه ( در سال 1998 استاندارد گردید )

خطوط ADSL با حداکثر سرعت 8 مگابیت در ثانیه ( از سال 1999 متداول شده است )

مودم های با سرعت 300 بیت در ثانیه
در آغاز از مودم های با سرعت 300 بیت در ثانیه استفاده می گردید . طرز کار مودم های فوق بسیار ساده بود. مودم های فوق از یک Frequency shift keying FSK برای ارسال اطلاعات دیجیتال از طریق خطوط تلفن استفاده می کردند. در FSK از یک فرکانس ( tone) متفاوت برای بیت های متفاوت استفاده می گردید. زمانیکه یک مودم متصل به ترمینال با مودم متصل به کامپیوتر تماس می گرفت، مودم متصل به ترمینال مودم، originate نامیده می شود. مودم فوق برای مقدار” صفر” ، فرکانس 1070 هرتز و برای مقدار” یک”، فرکانس 1270 هرتز را ارسال می نماید. مودم متصل به کامپیوتر را مودم Answer می نامند.

مودم فوق برای ارسال مقدار” صفر” ، فرکانس 2025 هرتز و برای مقدار” یک” ، فرکانس 2225 هرتز را ارسال می کرد. با توجه به اینکه مودم های فرستنده و گیرنده از فرکانس های متفاوت برای ارسال اطلاعات استفاده می کردند، امکان استفاده از خط بصورت همزمان فراهم می گردید. عملیات فوق Full-duplex نامیده می شود. مودم هائی که صرفا” قادر به ارسال اطلاعات در یک جهت در هر لحظه می باشند half-duplex نامیده می شوند.

فرض کنید دو مودم متصل و کاربر ترمینال ( فرستنده ) حرف a را تایپ نمائید. کد اسکی حرف فوق 97 دهدهی و یا 01100001 باینری است . دستگاهی با نام UART موجود در ترمینال بایت ها را به بیت تبدیل و آنها را از طریق پورت سریال (RS-232 Port) در هر لحظه ارسال می دارد. مودم ترمینال به پورت سریال متصل بوده و در هر لحظه یک بیت را دریافت می دارد.در ادامه اطلاعات مورد نظر از طریق خط تلفن ارسال خواهند شد.

مودم های سریع
بمنظور ایجاد مودمهای سریعتر طراحان مودم مجبور به استفاده از روش های مناسبتری نسبت به FSK بودند. در ابتدا ازPhase-Shift Keying PSK و در ادامه از روش Quadrature amplitude modulation)QAM) استفاده کردند. روشهای فوق امکان ارسال حجم بالائی از اطلاعات را فراهم می نمودند. شکل زیر یک مودم 56kbps را نشان می دهد.

تمام مودم های با سرعت بالا بنوعی از مفهوم ” تنزل تدریجی ” استفاده می نمایند. این بدان معنی است که آنها قادر به تست خط تلفن و تنظیم سرعت مناسب می باشند.

در ادامه تحولات مربوط به مودم مودم های Asymmetric digital subscriber line)ADSL) بوجود آمدند. از واژه “غیر متقارن” بدین دلیل استفاده شده چون مودم های فوق قادر به ارسال اطلاعات با سرعت بالاتر در یک مسیر نسبت به مسیر دیگر می باشند. مودم های ADSL از این حقیقت که هر منزل و یا محل کار دارای یک کابل مسی اختصاصی بین محل مورد نظر و شرکت مخابرات مربوطه می باشند، استفاده نموده اند. خط فوق قادر به حمل حجم بالائی از داده نسبت به سیگنال 3000 هرتزی مورد نیاز برای کانال های صوتی تلفن می باشد .

در صورتیکه مرکز تلفن مربوط و منزل و محل کار کاربر هر دو از مودم های ADSL در دو طرف خط استفاده نمایند، بخشی از کابل مسی بین منزل و مرکز نلفن می تواند بعنوان یک کانال انتقال اطلاعات دیجیتال با سرعت بالا مطرح گردد. ظرفیت خطوط فوق در حد ارسال یک میلیون بیت در ثانیه بین منزل و مرکز تلفن (UpStream) و هشت مگابیت در ثانیه بین مرکز تلفن و منزل (Downstream) تحت شرایط ایده آل است . با استفاده از یک خط می توان بصورت همزمان مکالمات تلفنی و داده های دیجیتال را ارسال کرد.

رویکرد استفاده شده در مودم های ADSL از اصول ساده ای تبعیت می نماید. پهنای باند خطوط تلفن بین 24000 هرتز و 1100000 هرتز به باندهای 4000 هرتزی تقسیم می گردد.و یک مودم مجازی برای هر باند در نظر گرفته می شود. هر یک از 249 مودم مجازی باند مربوط به خود را تست و بهینه ترین حالت را برای خود در نظر خواهند گرفت برآیند سرعت تمام 249 مودم مجازی، مجموع سرعت کانال خواهد بود.

AGP
کامپیوترهای پیشرفته قادر به انجام عملیات گرافیکی زیادی می باشند. سیستم های عامل با رابط کاربر گرافیکی ، بازیهای کامپیوتری ، انیمشن و

طراحی سه بعدی و … از جمله مواردی می باشند که انجام آنها نیازمد وجود سیستمی با توان گرافیکی بالائی است . در صورت استفاده کامپیوتر در مواردی نظیر : تایپ ، صفحات گسترده ، کاربردهای ساده تجاری و … ، لزومی به داشتن سیستمی با توان گرافیکی بالا نخواهد بود.

کارت های گرافیک را می توان با استفاده از یکی از روشهای زیر در کامپیوتر نصب کرد:

* OnBorad . تراشه گرافیک بر روی برد اصلی قرار دارد.

* PCI . کارت گرافیک در یکی از اسلات های PCI نصب می گردد.

* AGP. کارت گرافیک در اسلاتی نصب خواهد شد که مخصوص کاربردهای گرافیکی طراحی شده است.

بمنظور ارسال تصاویر ویدیوئی ، نمایش بازیهای کامپیوتری ، به کارت هائی با بازدهی بمراتب بیشتر از PCI نیاز است . در سال 1996 شرکت اینتل (AGP(Accelerator Graphics Port را که نسخه اصلاح شده ای از گذرگاه های PCI است ، عرضه نمود. هدف از طراحی تکنولوژی فوق ارائه تصاویر ویدئویی و انجام عملیات گرافیکی با سرعت بالا است .شکل زیر معماری بکارگرفته شده در یک سیستم پنتیوم سه را که از AGP استفاده می کند ، نشان می دهد.

کارت های گرافیک که قبل از ارائه تکنولوژی AGP تولید می گردیدند، از یک گذرگاه برای ارتباط با پردازنده استفاده می کردند. گذرگاه یک کانال ارتباطی و یا مسیر بین عناصر سخت افزاری موجود در یک کامپیوتر است . تکنولوژی AGP مبتنی بر نکنولوژی PCI است و برخی اوقات “گذرگاه AGP ” نامیده می گردد ولی تکنولوژی فوق یک گذرگاه سیستم نمی باشد. تکنولوژی فوق یک اتصال نقطه به نقطه (Point-to-Point) است . به عبارت دیگر در تکنولوژی فوق تنها دستگاهی که از طریق AGP به پردازنده و حافظه ، مرتبطه می گردد ، کارت گرافیک است . در مسیر مربوطه هیچگونه توقفی وجود نداشته و نمی توان ادعا نمود که AGP یک گذرگاه اشتراکی است .

تکنولوژی AGP نسبت به PCI دارای ویژگی های زیر است :

* کارائی سریعتر

* دستیابی مستقیم به حافظه
شکل زیر یک کارت گرافیک AGP را نشان می دهد.

AGPبمنظور افزایش کارآیی خود از چندین روش استفاده می نماید :
* AGP یک گذرگاه 32 بیتی با سرعت 66 مگاهرتز است . این بدان معنی است که در یک ثانیه می توان 32 بیت داده را 66 میلیون مرتبه انتقال داد.

* بر روی گذرگاه AGP دستگاه دیگری وجود ندارد بنابراین کارت گرافیک اجباری به اشتراک گذرگاه نخواهد داشت . در چنین حالتی کارت گرافیک قادر به عملیات خود با حداکثر ظرفیت و پتانسیل خواهد بود.

* AGP از روش Pipelining برای افزایش سرعت استفاده می نماید. در روش فوق برای بازیابی داده از مدلی مشابه فرآیندهای موجود در خط تولید استفاده می گردد.کارت گرافیک در پاسخ به یک درخواست ( سیگنال ) چندین بلاک داده را دریافت خواهد کرد.

روش Pipelining مشابه سفارش غذا در یک رستوران است . فرض کنید غذای مورد علاقه خود را در رستوران سفارش دهید .پس از سفارش و آماده شدن، غذای مورد نظر در اختیار گذاشته می گردد در ادامه مجددا” غذای بعدی مورد علاقه خود را سفارش و منتطر آماده شدن خواهید ماند. در مدل فوق فرآیند تکراری : سفارش غذا(داده) و انتظار برای تامین خواسته بصورت تکراری انجام خواهد شد. می توان روش ثبت سفارش خود را تغییر و در ابتدا تمامی خواسته های خود را مشخص کرد. بدیهی است در چنین مواردی زمان انتظار بین سفارشات متعدد حذف خواهد گردید. در تکنولوژی AGP از روشی مشابه فوق برای بازیابی داده استفاده می گردد.

یکی دیگر از علل افزایش کارائی تکنولوژی AGP ارتباط مستقیم آنها با حافظه است . ویژگی فوق از خصایص بسیار مهم AGP است . Texture Map مهمترین عنصر موجود در یک کارت گرافیک بوده و حجم بالائی از حافظه یک کارت گرافیک را اشغال می نماید. با توجه به اینکه قیمت حافظه کارت های گرافیک بالا بوده و از لحاظ ظرفیت نیز دارای محدودیت هائی می باشند ، میزان و تعداد Textures استفاده شده در کارت های گرافیک اولیه محدود بود . در سیستم های مبتنی بر AGP با استفاده از قابلیت های حافظه سیستم، می توان اطلاعات مورد نطر را در حافظه کارت گرافیک ذخیره کرد.

در یک سیستم مبتنی بر PCI هر Texture Map دو مرتبه ذخیره می گردد. در ابتدا از هارد به حافظه سیستم منتقل و در آنجا مستقر خواهد شد. زمانیکه می بایست از داده فوق استفاده گردد، از طریق حافظه سیستم در اختیار پردازشگر گذاشته خواهد شد. در ادامه نتایج

از طریق گذرگاه PCI برای کارت گرافیک ارسال می گردند. در این حالت اطلاعات مجددا” در FramBuffer کارت گرافیک ذخیره خواهند شد. در حقیقت هر Texture Map پس از پردازش دو مرتبه ذخیره می گردد ( یکی توسط سیستم و دیگری توسط کارت گرافیک)

AGP صرفا” یک مرتبه Texture Map را ذخیره می نماید. امکان فوق با استفاده از یک بخش خاص با نام Graphics Address Remapping Table GART) موجود بر روی تراشه AGP تحقق می گردد. GART ، بخشی از حافظه سیستم را بمنظور نگهداری Texture maps استفاده می نماید. در چنین حالتی کارت گرافیک و پردازنده این تصور را خواهند داشت که Texture در FramBuffer کارت گرافیک می باشد.

همانگونه که مشاهده گردید، در یک کارت فاقد تکنولوژی AGP هر texture دو مرتبه تکرار و.پردازنده مجبور به انجام عملیات اضافه است . اندازه و تعداد texture نیزمحدود به FrameBuffer است .تمام عوامل فوق در کارت های مبتنی بر AGP بهبود یافته است بدین علت کارآئی آنها بمراتب بالاتر از انواع دیگر است .

انواع AGP

سه نوع مشخصه متفاوت برای AGP وجود دارد :
* AGP 1.0
* AGP 2.0
* AGP Pro

AGP 2.0 که شامل AGP 1.0 نیز می باشد از سه حالت (یک سرعته ، دو سرعته ، چهار سرعته) متفاوت برای عملیات استفاده می نماید.در سه حالت فوق از سرعت 66 مگا هرتز استفاده می گردد ولی کارت های گرافیک 2x ، در هر سیکل دو مرتبه اطلاعات خود را ارسال و یک کارت گرافیک 4x در هر سیکل چهار مرتبه داده ها را ارسال می نماید.جدول زیر ویژگی هر یک از حالات فوق را نشان می دهد.

Mode Approximate
Clock Rate Transfer Rate
(MBps)
1x 66 MHz 266 MBps
2x 133 MHz 533 MBps
4x 266 MHz 1,066 MBps

AGP Proبر اساس مدل AGP 2.0 ایجاد شده و از اسلات بزرگتری استفاده و دارای امکانات ویژه برای استفاده حرفه ای از کارت های گرافیک است . کامپیوترهای که دارای اسلات از نوع AGP Pro و یا AGP 2.0 می باشند قادر به استفاده از کارت های AGP 1.0 و AGP 2.0 می باشند. اسلات AGP 1.0 با سایر مدل های فوق سازگار نخواهد بود.

شرکت اینتل کارت AGP8X را نیز ارائه داده است. جدول زیر مشخصات تکنولوژی فوق رانشان می دهد.