العوامل المؤثرة في أداء نظام العرض

نعرض في هذه المقالة لبعض العوامل التي تؤثر في جودة العرض على الشاشة، مثل الكثافة النقطية والتواقت وعرض الحزمة، ونبين مدى تأثير بطاقة العرض على جودته.

وكتمهيد لموضوع الكثافة النقطية ومعدلات المسح، لنتذكر أن خلفية الشاشة تكون عادة مغطاة بطبقة من نقاط الفوسفور الحمراء والخضراء والزرقاء، مصفوفة على شكل 3 أشرطة، تدعى بيكسلات. وتطلق ثلاثة مدافع إلكترونية أشعتها على النقاط ذات الألوان المطلوبة، من خلال قناع ظل أو شبكة دقيقة، يحجبان الأشعة إلا عن البيكسل المراد، فيتوهج الفوسفور عند تعرضه لها. وتمسح هذه الأشعة الشاشة بشكل أفقي، من الأعلى إلى الأسفل، فترسم الصورة المطلوبة عليها.



مصطلح الكثافة النقطية

المصطلح الأكثر استخداماً للإشارة إلى جودة العرض على الشاشة هو "الكثافة النقطية" (resolution). وعلى الرغم من أهمية دور الكثافة النقطية في جودة العرض، إلا أنها لا ترفع أو تخفض الجودة، بمفردها، بل تتضافر مع عوامل أخرى، مثل عرض الحزمة ومعدل الإنعاش، في التأثير النهائي. وسنبين علاقة جميع هذه العوامل ببعضها.

تشير الكثافة النقطية إلى مفهومين مستقلين، في عالم صناعة شاشات الكمبيوتر. فيمكن أن تشير، أولاً، إلى قدرة المرقاب على عرض التفاصيل الدقيقة، ويعبر عنها عادة بوحدة "نقطة في البوصة" (dpi). وتستخدم الكثافة النقطية، ثانياً، للدلالة على القياس الأعظمي للصورة على شاشة العرض، ويعبر عنها من خلال عددين مترابطين. ونجد أن المواصفات العملية لكثافات العرض النقطية، المستخدمة في بيئة ويندوز الرسومية، مثلاً، هي: 640 × 480 و 800 × 600 و 1024 × 768 و 1280 × 1024 و 1600 × 1200. يشير القسم الأول إلى عدد البيكسلات المنفصلة التي يمكن للمرقاب أن يعرضها، أفقياً، بينما يبين القسم الثاني عدد البيكسلات التي يمكنه عرضها شاقولياً. وبعبارة أخرى، تمثل وحدة "نقطة في البوصة" إمكانيات المرقاب بمفرده، بينما يعبر الاستخدام الثاني لمصطلح الكثافة النقطية، عن إمكانيات نظام العرض، أي المرقاب وبطاقة العرض معاً. وسوف نركز في دراستنا على الاستخدام الثاني للمصطلح، وهو الأكثر انتشاراً.

أحد العوامل المؤثرة على الكثافة النقطية، هو قياس المرقاب ذاته. تأتي المراقيب النظامية بقياسات 14 و 15 و 17 و 21 بوصة، وظهرت مراقيب قياس 19 بوصة حديثاً. تشير هذه القياسات إلى طول قطر الواجهة الأمامية لأنبوب الأشعة المهبطية (CRT)، أو أنبوب الصورة، اختصاراً. لكن المساحة المرئية على المرقاب تكون، عادة، أصغر بقليل من القياس المعلن عنه، بسبب الإطار البلاستيكي المحيط بالشاشة. وإذا أضفت إلى ذلك حقيقة أن حدة الصورة تتناقص عند أطراف الشاشة، فستجد أن المساحة الأعظمية للعرض الفعال تقل عن قياس الأنبوب ذاته، ويبيّن المنتجون عادة، قياس منطقة العرض الفعال، بالإضافة إلى قياس المرقاب. وتنص الإصدارة 1.1 من مواصفة VESA Video Image Area Definition على ضرورة بيان مساحة العرض الفعال، وتعرّفها بأنها "أكبر صورة مستطيلة يستطيع المرقاب عرضها كصورة صحيحة ومرئية بالكامل". وتجد النص الكامل لهذه المواصفة في شبكة ويب، على العنوان: www.vesa.org/dload/summary/sum_viad.pdf.html.

ترتبط الكثافة النقطية الفعالة بقياس الشاشة، بشكل مباشر، إذ تكون الكثافة النقطية لمرقاب قياس 15 بوصة مع 800 × 600 بيكسل، أعلى منها في مرقاب 19 بوصة، مع العدد ذاته من البيكسلات. ولذلك، يجب أن يحتوي المرقاب ذو القياس الأكبر على بيكسلات أصغر، للحفاظ على كثافة نقطية فعالة واحدة. وتظهر أعراض جانبية عديدة للعلاقة بين الكثافة النقطية وقياس المرقاب، فإذا استخدمت كثافة نقطية عالية، مع مرقاب صغير، فلن تتمكن من قراءة ما هو معروض على الشاشة. خذ مثلاً مرقاب قياس 14 بوصة، مع الكثافة النقطية 640 × 480 (يمكن الوصول إلى هذا التحديد، باستخدام بطاقة VGA عادية مع أي مرقاب)، فستجد أن عناصر الشاشة تظهر واضحة ويمكن قراءتها، سواءً كانت نصوصاً أم أيقونات أو غيرها. وقد تتمكن من استخدام الكثافة النقطية 1024 × 768 مع مرقاب 14 بوصة (إذا كانت بطاقة العرض في جهازك تدعم هذه الكثافة)، إلا أن الصورة ستكون أوضح عند استخدام مرقاب 15 بوصة مع بطاقة العرض والكثافة النقطية ذاتها، لأن بيكسلات الشاشة ستكون أكثر تباعداً عن بعضها. وتحتاج إلى مرقاب 17 بوصة كحد أدنى، للحصول على صور واضحة بكثافة 1280 × 1024، وحتى في هذه الحالة، قد تبدو البيكسلات أصغر مما تتطلبه عناصر الصورة، لمشاهدتها بارتياح. ويبين الشكل 1 الكثافات النقطية المفضلة، مع القياسات المختلفة للمراقيب.

عرض الحزمة وتردد النقاط

من العوامل الأخرى التي تؤثر على جودة العرض: عرض الحزمة، وتردد النقاط، ومعدل الإنعاش، ومعدل المسح الأفقي، وذاكرة وطاقم رقاقات بطاقة العرض. وحتى الكبل الواصل بين المرقاب وبطاقة العرض يمكن أن يؤثر على جودة العرض، إلى الحد الذي ينصح فيه الخبراء عدم استخدام كبل وسيط إضافي لزيادة المسافة بين الكمبيوتر والمرقاب، عما يسمح به الكبل الأساسي.

يشير مصطلح عرض الحزمة (bandwidth)، في هذا المجال، إلى كمية البيانات الإجمالية التي يستطيع المرقاب التعامل معها، في الثانية الواحدة، مقاسة بوحدة الميجابايت في الثانية. وقد يبدو، للوهلة الأولى، أن الصور تظهر أكثر وضوحاً، كلما زاد عرض الحزمة الذي يؤمنه نظام العرض (أي المرقاب وبطاقة العرض معاً)، إلا أن العامل الأكثر تأثيراً هو "المسافة النقطية" (dot pitch)، أي المسافة الفاصلة بين نقطتين فوسفوريتين من لون واحد، على أنبوب الصورة. وتشترك المسافة النقطية مع عرض الحزمة في نقطة مهمة جداً، وهي العلاقة بين عرض حزمة الإظهار، وبين تردد النقاط (dot clock) لبطاقة العرض، أي طاقة بطاقة العرض القصوى في نقل البيانات. وتعود المسألة إلى ضرورة مطابقة تردد نقاط بطاقة العرض، مع عرض حزمة المرقاب، للحصول على أفضل أداء. فكلما كان تردد النقاط أعلى، زادت إمكانية استخدام كثافات نقطية ومعدلات إنعاش أعلى، أيضاً. وكقاعدة عامة، يُنصح أن يكون عرض حزمة المرقاب أكبر بحوالي 25 % من تردد نقاط بطاقة العرض.

معدلات الإنعاش والمسح

تتطلب كل مواصفة من مواصفات العرض، حداً أدنى من معدلات المسح (scan rates) الأفقية والشاقولية (أي عدد مرات إعادة رسم الشاشة في الثانية الواحدة)، بالإضافة إلى مرقاب قادر على التواقت مع هذه المعدلات، وذلك بدءاً من مواصفة CGA القديمة، وانتهاءً بمواصفة Super VGA ومواصفات الكثافات النقطية الأعلى والأحدث. يطلق على المعدل الأفقي تسميات متعددة، مثل تردد التواقت الأفقي، ومعدل الأسطر، إلا أننا سنستخدم في مقالتنا عبارة "معدل المسح الأفقي" (HSR). وبالمثل، يطلق على المعدل الشاقولي عبارات متنوعة مثل معدل المسح الشاقولي ومعدل الإطارات، إلا أننا نفضل استخدام المصطلح التقليدي "معدل الإنعاش" (refresh rate).

يشير معدل المسح الأفقي إلى السرعة التي يستطيع بها المدفع الإلكتروني أن يرسم أسطراً من البيكسلات على وجه الشاشة، ويشكّل، بالتالي، الصورة المطلوبة. يقيس هذا المعدل عدد الأسطر التي يمكن للمدفع رسمها في الثانية الواحدة، أو بعبارة أدق، عدد المرات في الثانية التي يتحرك فيها من اليسار إلى اليمين عبر الشاشة لينتقل بعدها إلى بداية السطر التالي، ويقدّر بالكيلوهرتز. تتحكم بطاقة العرض بمعدل المسح الأفقي الفعلي، وليس المرقاب، لكن يشترط أن يكون المرقاب قادراً على إظهار البيانات عند تلك السرعة، وإلا ظهرت الصورة رديئة النوعية. وكلما ارتفعت الكثافة النقطية التي تريدها، كلما زاد معدل المسح الأفقي اللازم، حتى يتسنى للمدافع الإلكترونية رسم كامل الشاشة، ضمن الوقت المحدد بمعدل الإنعاش. ويبلغ الحد الأدنى لمعدل المسح الأفقي في بطاقات VGA 31.5 كيلوهرتز، بينما تتطلب مواصفة VESA 60 كيلوهرتز عند الكثافة النقطية 1024 × 768. انظر الشكل 2 لمعرفة معدلات المسح الأفقي والشاقولي لمواصفات العرض المختلفة.

تتحكم بطاقة العرض، أيضاً، بالتواقت الشاقولي، ويجب أن يكون المرقاب قادراً على التعامل مع السرعة التي ترسل بها البطاقة البيانات. يشير مصطلح "التواقت الشاقولي" (vertical synchronization) إلى قدرة بطاقة العرض والمرقاب على تحديث كامل شاشة العرض، وتسمى العملية "إنعاش الشاشة". ويعرّف معدل الإنعاش بعدد المرات الأعظمي الذي يمكن خلاله تحديث كامل الشاشة في ثانية واحدة، ويقاس بالهرتز. عندما يصل المدفع الإلكتروني إلى الزاوية السفلى اليمنى من الشاشة، تعيده بطاقة العرض إلى الزاوية المقابلة، للبدء بإنتاج الشاشة الكاملة التالية (وتسمى الشاشة الكاملة في هذه الحالة "إطاراً"). ويجب أن يعاد إنعاش الشاشة العديد من المرات في الثانية، حتى تظهر التفصيلات والألوان بشكل مريح للعين البشرية، ويبلغ هذا العدد في الحالة المثالية 72 مرة (معدل الإنعاش 72 هرتز) أو أكثر. وتحتاج الكثافات النقطية العالية إلى معدلات إنعاش عالية أيضاً، لمنع ارتجاج الصورة، وبالتالي حماية العين من الإجهاد الناتج عن هذه الظاهرة.

وتشذ عن القاعدة السابقة مواصفة XGA الأصلية التي طورتها شركة IBM، فهي تكتفي بمعدل إنعاش قدره 44 هرتز، لأنها تفترض أن الشاشة متضافرة (interlaced)، وبالتالي تحتاج إلى رسم نصفها فقط، في كل دورة إنعاش.

بطاقة العرض

تأتي معظم الأجهزة الحديثة وضمنها بطاقات منفصلة للعرض، وإذا كانت بطاقة العرض مدمجة مع اللوحة-الأم، فستجد أن برنامج الإعداد (Setup) يسمح بإيقاف مفعولها، لإضافة بطاقة منفصلة إذا لزم الأمر. وسبب هذا الإجراء، أن بطاقات العرض تختلف في إمكانياتها اختلافاً كبيراً، ويريد الكثير من المستخدمين الاعتماد على بطاقات معينة، غير تلك التي تأتي مع الجهاز.

تعمل بطاقة العرض كوسيط بين المعالج والمرقاب، فهي تأخذ المعلومات من المعالج وترسلها للمرقاب. يتلقى المعالج التعليمات من التطبيقات العاملة (سواءً كانت محررات كلمات، أو برامج رسوميات، أو متصفحات ويب، أو غيرها)، ويعالجها ثم يرسلها إلى نظام العرض، الذي يتكون، من وجهة نظر المعالج، من بطاقة العرض والمرقاب معاً. وهذا يعني، أن سرعة العرض متعلقة، إلى حد ما، بسرعة المعالج، فكلما زادت سرعة المعالج، تزداد سرعة العرض. ولكن سرعة نقل البيانات بين المعالج ونظام العرض تتعلق بسرعة ناقل النظام، ويحد ناقل PCI (وهو الناقل المعياري عملياً، لأنه الأكثر انتشاراً)، من سرعة العرض، على الرغم من أنه أسرع من سابقه، ناقل ISA، بأشواط كبيرة. ولا يمكنك التدخل لتسريع أداء نظام العرض، إلا عن طريق استخدام مسرّعات (accelerators) العرض، التي ظهرت منذ أن كان ISA الناقل الوحيد في أسواق الكمبيوتر الشخصي.

عندما تعبر معلومات العرض (أو الصورة) ناقل النظام، وتصل إلى بطاقة العرض، تخزّن في ذاكرة العرض، حيث تتلقفها رقاقة العرض (video chip) وتعمل عليها. يمكن لذاكرة العرض، نظرياً، تلقي البيانات من المعالج وإرسالها إلى رقاقة العرض، في وقت واحد، ولكن هذا الأمر غير ممكن عملياً مع ذاكرات رام التقليدية، مما دفع مهندسي الكمبيوتر إلى تطوير ذاكرات العرض VRAM ثنائية البوابات. يمتلك هذا النوع من الذاكرات، كما يشير الاسم، بوابتين، مما يتيح للمعالج وطاقم رقاقات العرض، التعامل مع عنوان معين في الذاكرة، في وقت واحد. تحسّن ذاكرة VRAM أداء نظام العرض، وكلما زادت كمية الذاكرة المتوفرة، كلما كان الأداء أفضل، لأنها تستطيع تخزين المزيد من بيانات العرض. وتخطو ذاكرات ويندوز WRAM خطوات أخرى إلى الأمام، وتزيح جانباً من حمل المعالجة عن وحدة المعالجة المركزية، بفضل إمكانيات عنونة كتل كبيرة من ذاكرات العرض.

وتبقى الوظيفة الرئيسية لرقاقة العرض، تحويل البيانات المخزنة في ذاكرة VRAM، إلى هيئة قابلة للعرض على الشاشة، وهي من العوامل الأساسية في تحديد سرعة العرض، وفي الثمن الإجمالي لبطاقة العرض، إذ يزداد ثمن البطاقة، كلما خفّضت الرقاقة الحمل عن المعالج. وتتضمن مسرّعات العرض دارات تسمح لها بتحمّل أجزاء من عمليات المعالجة، محلياً، بدلاً من إسنادها للمعالج، وتتضمن مسرعات العرض والرسوميات المتقدمة، دارات أكثر تعقيداً، تنفذ غالبية عمليات المعالجة اللازمة، داخلياً.

من الطبيعي أن تخزن رقاقة العرض، البيانات في ذاكرة VRAM بشكل رقمي، لكن أنبوب الأشعة المهبطية (CRT) جهاز تشابهي وليس رقمياً، ولذلك، تتضمن بطاقة العرض محولاً رقمياً-تشابهياً (DAC)، لمعالجة هذه المسألة. يأخذ محول DAC البيانات الرقمية من ذاكرة VRAM عبر طاقم رقاقات العرض، ويحولها إلى إشارات تشابهية، ثم يرسلها إلى المدافع الإلكترونية، التي تطلق أشعتها على النقاط الفوسفورية، وتشكل منها الصور المطلوبة.

كيف تؤثر بطاقة العرض على شاشة العرض، بغض النظر عن موضوع السرعة؟ أولاً، تدعم بطاقة العرض، مثل المرقاب، مجالاً محدداً من الكثافات النقطية وعمق الألوان. وتحدد رقاقة العرض عمق الألوان الممكنة، لكن التركيبة الفعلية لعمق الألوان مع الكثافات النقطية للشاشة، تُحدد اعتماداً على ذاكرة VRAM المتوفرة على البطاقة ذاتها. تستطيع بطاقات VGA القديمة ذات الذاكرة 256 كيلوبايت، إظهار الكثافة النقطية 640 × 480، مع 16 لوناً فقط، بينما تستطيع المسرّعات المتقدمة المجهزة بذاكرة عرض 8 ميجابايت، إظهار الكثافة 1280 × 1024، مع الملايين من الألوان. ومن الواضح أن زيادة ذاكرة VRAM يفتح أمامك خيارات أوسع للعرض، إذا استطاع المرقاب التعامل معها.

أما النقطة الثانية، فهي أن بطاقة العرض قادرة على دعم معدلات محددة للإنعاش والمسح الأفقي، وإذا علمنا أن العرض الأفضل يتطلب معدلات مسح أفقي عالية، ومعدلات إنعاش عالية على وجه الخصوص، فمن الحكمة شراء بطاقة تدعم معدلات مسح مرتفعة، عند الكثافات النقطية العالية. فإذا كانت البطاقة والمرقاب لديك يدعمان الكثافة النقطية 1280 × 1024، مع ألوان حقيقية بعمق 32 بت، لكن عند معدل إنعاش منخفض (لأنه يفترض أن الشاشة متضافرة)، فإنك ستعاني من ارتجاج الصورة، ولن تستفيد من إمكانياتهما المتقدمة في الكثافة النقطية وعمق الألوان.

نظرياً، يفضل أن تشتري أكبر مرقاب تستطيع دفع ثمنه، على أن يكون قادراً على دعم كثافات نقطية ومعدلات مسح وإنعاش عالية، وأن تكون مسافته النقطية أصغر ما يمكن، حيث تعتبر المراقيب التي تتجاوز مسافتها النقطية 0.28 مم، مرفوضة، بشكل عام. والمراقيب الكبيرة ذات الكثافات النقطية العالية، مرتفعة الثمن، وقد لا يكون استبدال واحد منها بالمرقاب الصغير القديم، أمراً ميسوراً للجميع، إلا أنك تستطيع التعجيل بترقية بطاقة العرض في جهازك، فأسعارها منخفضة جداً مقارنة بالمراقيب. ونقول أخيراً: حاول الحصول على أفضل مرقاب وبطاقة عرض، ضمن حدود إمكانياتك، وتذكر أنك تكسب راحة وسلامة عينيك، بالمقابل!

 

علاقة الكثافة النقطية مع قياس الشاشة

 

قياس الشاشة

640 × 480

800 × 600

1024 × 768

1280 × 1024

1600 × 1200

14 بوصة

الأمثل

جيد

حدي

الأسوأ

الأسوأ

15 بوصة

جيد

جيد

الأمثل

رديء

الأسوأ

17 بوصة

حدي

جيد

الأمثل

حدي

رديء

19 بوصة

حدي

حدي

جيد

الأمثل

حدي

21 بوصة

رديء

حدي

جيد

الأمثل

جيد

الأمثل: أفضل كثافة للقراءة

جيد: القراءة مقبولة

حدي: القراءة صعبة، لأن البيكسلات صغيرة أو كبيرة جداً

رديء: القراءة صعبة جداً، لأن البيكسلات صغيرة أو كبيرة جداً

الأسوأ: القراءة غير ممكنة

الشكل 1: يساعدك هذا الجدول على تحديد أفضل كثافة نقطية تبعاً لقياس شاشتك.

 

معدلات المسح حسب مواصفات العرض

 

مواصفة العرض

الكثافة النقطية

معدل المسح الأفقي

(كيلوهرتز)

معدل الإنعاش الشاقولي (هرتز)

CGA

640 × 200

15.75

60

EGA

640 × 350

21.5

60

VGA

640 × 480

31.5

60

VESA 640

640 × 480

37.5

75

SVGA

800 × 600

37.5

60

VESA 800

800 × 600

48

72

XGA

1024 × 768

56.6

44

مواصفة 1024 القياسية

1024 × 768

48.3

60

VESA 1024

1024 × 768

60

75

VESA 1280

1280 × 1024

80

75

الشكل 2: تختلف معدلات المسح اللازمة باختلاف مواصفات العرض.

نيل راندال

Share |

معلومات إضافية