Tarjetas Graficas

Introducción

• Es el componente informático que transmite al monitor la información gráfica que debe presentar en la pantalla.

• Realiza dos operaciones:– Interpreta los datos que le llegan del procesador, ordenándolos

y calculando el valor de cada píxel lo almacena en la memoria de video para poder presentarlos en la pantalla.

– Desde la memoria de video, coge la salida de datos digitales resultante del proceso anterior y la transforma en una señal analógica que pueda entender el monitor.

Historia de las tarjetas gráficas

• En un principio, todas las entradas y salidas de datos se realizaban mediante tarjetas de datos perforadas, o mediante el teclado y primitivas impresoras.

• Hasta que un día alguien pensó que era mucho más cómodo acoplar una especie de televisor al ordenador para observar la evolución del proceso y los datos, y surgieron los monitores, que debían recibir su información de cierto hardware especializado: la tarjeta de vídeo.


En la siguiente tabla se recoge la evolución de las tarjetas graficas Año Modo texto Modo Gráficos Colores Memoria

MDA 1981 80*25 - 1 4 KB

CGA 1981 80*25 640*200 4 16 KB

HGC 1982 80*25 720*348 1 64 KB

EAG 1984 80*25 640*350 16 256 KB

MCGA 1987 80*25 320*200 256 -

VGA 1987 720*400 640*480 256 256 KB

SVGA 1989 80*25 1024*768 256 2 MB

XGA 1990 80*25 1024*768 65k 1 MB


• MDA– Monochrome Display Adapter – Las primeras tarjetas de vídeo presentaban sólo texto

monocromo, generalmente en un tono ámbar o verde fosforito, muy molesto para la vista.


• MDA

Fotografía de una tarjeta MDA


• CGA– Computer Graphics Array – Capaz de presentar gráficos– Aparecieron multitud de juegos que aprovechaban al máximo

tan reducidas cualidades, además de programas más serios, y los gráficos se instalaron para siempre en el PC.


• CGA

Fotografía de una tarjeta CGA


• HÉRCULES– Tarjeta gráfica de corte profundamente profesional.

– Su ventaja, poder trabajar con gráficos a 720x348 puntos de resolución,

algo impresionante para la época .

– Su desventaja, que no ofrecía color. Es por esta carencia por la que no se extendió más.


• HÉRCULES

Fotografía de una tarjeta Hércules


• EGA– Enhanced Graphics Adapter – Capaz de presentar gráficos con estas características:

– Estas cifras hacían ya posible que los entornos gráficos se extendieran al mundo PC (los Apple llevaban años con ello), y de esta forma pudo surgir el entorno Windows y otros muchos.

Resolución

(horizontal * vertical)Colores

320*200 16

640*200 16

640*350 16


• EGA

Fotografía de una tarjeta


• VGA– Video Graphics Array

– El estándar, la pantalla de uso obligado desde hace más de 10 años.

– Tiene multitud de modos de vídeo posibles, aunque el más común es el de 640x480 puntos con 256 colores, conocido generalmente como "VGA estándar" o "resolución VGA".


• VGA

Fotografía de una tarjeta VGA


• SVGA, XGA y superiores

– El éxito del VGA llevó a numerosas empresas a crear sus propias ampliaciones del mismo, siempre centrándose en aumentar la resolución y/o el número de colores disponibles.

– La frontera entre unos estándares y otros es sumamente confusa, puesto que la mayoría de las tarjetas son compatibles con más de un estándar, o con algunos de sus modos.

– Algunas tarjetas ofrecen modos adicionales al añadir más memoria de vídeo.


• SVGA, XGA y superiores

Fotografía de una tarjeta SVGA Fotografía de una tarjeta 3D

Componentes de la tarjeta

CHIP GRÁFICO (GPU)

¿Qué es la GPU?

• Es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos

• Aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas.

• De esta forma la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos

¿Qué es la GPU?

• Implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico.

• La GPU está dividida en una gran cantidad de unidades funcionales. Estas unidades funcionales se encarga en procesar la unidades principales de la GPU que son el vértice y el píxel.

• La memoria de la GPU destaca por su rapidez, y va a jugar un papel relevante a la hora de almacenar los resultados intermedios de las operaciones y las texturas que se utilicen.

Diferencias entre CPU y GPU

• Las GPU son muy potentes y pueden incluso superar la frecuencia de reloj de una CPU antigua (más de 500MHz).

• La GPU a diferencia con una CPU están pensadas para desarrollar cálculo con valores en coma flotante, predominantes en los gráficos 3D, por ello es posible dedicar más silicio en su diseño para llevar a cabo esa tarea más eficientemente.

• La CPU se basa en el modelo de Von Neumann mientras que la GPU se basa en el Modelo Circulante (gran segmentación en unidades funcionales) el cual facilita un procesamiento en paralelo a pesar de trabajar a unos 500-600 Mhz (muy inferior a la de una CPU actual).

LA RAMDAC

¿Qué es la RAMDAC?

• Transforma las señales digitales con las que trabaja el ordenador en una salida analógica que pueda ser interpretada por el monitor.

• Su velocidad se mide en MHz. Esta velocidad influye en una mejor calidad gráfica y una mayor frecuencia de refresco, lo que implica en una mejor visión y un menor cansancio visual al estar varias horas delante del monitor.

Tipos de RAMDAC

• Externa:

– Implica más costes de fabricación.– Se usa en tarjetas de gama alta.– Mejor calidad de imagen y mayor velocidad de refresco.

Tipos de RAMDAC

• Integrada en la GPU:

– Abaratar costes de fabricación.– Se usa en tarjetas de gama baja y media.– Inferior calidad de imagen y velocidad de refresco.

Dispositivos refrigerantes

• Debido a las cargas de trabajo a las que son sometidas, las tarjetas gráficas alcanzan temperaturas muy altas. Si no es tenido en cuenta, el calor generado puede hacer fallar, bloquear o incluso averiar el dispositivo. Para evitarlo, se incorporan dispositivos refrigerantes que eliminen el calor excesivo de la tarjeta. Se distinguen dos tipos:

– Disipador: dispositivo pasivo; compuesto de material conductor del calor, extrae este de la tarjeta. Su eficiencia va en función de la estructura y la superficie total, por lo que son bastante voluminosos.

– Ventilador: dispositivo activo; aleja el calor emanado de la tarjeta al mover el aire cercano. Es menos eficiente que un disipador y produce ruido al tener partes móviles.

Dispositivos refrigerantes

• Ambos tipos de dispositivo son compatibles entre sí y suelen ser montados juntos en las tarjetas gráficas; un disipador sobre la GPU (el componente que más calor genera en la tarjeta) extrae el calor, y un ventilador sobre él aleja el aire caliente del conjunto.

• En ocasiones el calor generado en los componentes es demasiado elevado como para poder emplear disipadores de dimensiones razonables, llegando a ser necesarias emplear otras formas de refrigeración como la refrigeración líquida.

Memorias de la tarjeta

– Almacena los datos que van a mostrarse en la pantalla

– Más rápida o más lenta

– Memoria gráfica ≠ Memoria del procesador

Resolución 1 Mb 2 Mb 4 Mb Tamaño Monitor

1600x1200 -- 256 65.536 21"

1280x1024 16 256 16´7 millones 19/21"

1152x882 256 65.536 16´7 millones 19/21"

1024x768 256 65.536 16´7 millones 17"

800x600 65.536 16´7 millones 16´7 millones 15"

640x480 16´7 millones 16´7 millones 16´7 millones 13/14"

El ZBuffer

– Zbuffer: gestionar las coordenadas de profundidad imágenes 3D

– Concepto de renderización

– Características del Zbuffer

– Es la coordenada Z

– ZCulling

Interfaces con la Placa Base (buses)

Alimentación

– Problema actual: consume mucha energía

– PCIe

– PCIe Power connector

SISTEMAS DE CONEXIÓN

SISTEMAS DE CONEXIÓNSVGA

Estandar técnológico de los años 90, diseñado para pantallas CRT

DVI

O Interface Visual Digital que proporciona la maxima calidad en pantallas digitales.DVI-I (digital y

analógica)

DVI-D (sólo digital)

DVI-A (sólo

analógica)

SISTEMAS DE CONEXIÓNVideo Compuesto

Cable coaxial con conector BNC que trasmite la señal de luminancia y crominancia juntas.

S-Video

Señal de luminancia y crominancia separadas.

SISTEMAS DE CONEXIÓN

Video por componentes

Dos clavijas para Crominancia y otra para Luminancia.

HDMI

Transmisión multimedia de alta definicion. Audio y Video

EFECTOS GRÁFICOS

EFECTOS GRÁFICOSIluminación

Se situar objetos que irradian luz en una escena virtual y se calculan las sombras y colores resultantes en los objetos de su alrededor al incidir en ellos la luz.

Mapeado de Texturas

El mapeado, le da al objeto 3D (grís plastico en principio) un color, definición o textura específica.

EFECTOS GRÁFICOSAntialiasing

El efecto antialiasing lucha con el efecto aliasing (al mostrar curvas a resolucion baja) para vencer sus”dientes de sierra”

Mapeado de volumen (Bump Mapping)

Modifica las texturas sin aumentar el numero de polígonos para simular que tuviera relieve.

Fabricantes de tarjetas y chips gráficos

- De chips: generan únicamente la GPU.

- ATI.

- NVIDIA.

- De tarjetas: integran los chips anteriores con el resto de la tarjeta.

NVIDIA

• Empresa que se dedica específicamente al mundo de los gráficos.

• Surgió en 1993.

• En 1995 lanzó su primer producto: NV1

Tecnologías que utiliza

• Ultrashadow:

- Permite realizar efectos de sombreado complejos.

• Intellisample:

- Incluye antialising (que sirve para suavizar bordes dentados).

- Muestrea utilizando corrección gamma.

- Incorpora el filtrado anisótropo más avanzado.

• Cine Fx:

- Efectos visuales muy espectaculares gracias al sombreado de píxeles y vértices más avanzado.

Tecnología SLI

• Surge en 2005.

• Permite aumentar el rendimiento gráfico combinando varias GPU en un mismo sistema.

• Proporciona hasta el doble de rendimiento de gráficos que con una sola GPU.

ATI

• Su mercado concentra todo tipo de productos para el procesamiento gráfico y multimedia.

• Surgió en 1985.

• El 24 de julio de 2006, se fusionó con AMD.

Tecnología Crossfire

• Se trata de la mezcla entre una tarjeta CrossFire + una tarjeta estándar + una placa con chip Xpress 200.

• Ventajas:

- No necesita tener dos tarjetas totalmente idénticas, como en la tecnología SLI de nVidia.

- Trabaja con todos los juegos de DirectX y OpenGL.

• Sistema “SuperAA” que mejora la calidad de la imagen.

Librerías y APIs

• DirectX: diseñada por Microsoft. Incluye una colección de APIs, entre ellas Direct3D (para el manejo de gráficos en 3D).

• OpenGL: diseñada por Silicon Graphics. Es muy potente.

• Glide: de 3dfx y utilizada en las tarjetas Voodoo y Banshe. Actualmente ha quedado prácticamente desbancada.

OpenGL

• API multilenguaje y multiplataforma para escribir aplicaciones que produzcan gráficos 2D y 3D.

• Utilizado en campos como CAD, realidad virtual, simulación de vuelo y desarrollo de juegos.

• Influencia en el desarrollo de tarjetas gráficas, proporcionando un nivel básico de funcionalidad.

Características generales

• Interfaz de software entre el programador y el hardware gráfico.

• Diseño de bajo nivel.

• Basado en la librería gráfica Iris GL de Silicon Graphics.

• Permite crear aplicaciones 3D interactivas.

• Independiente del hardware.

• No incluye manejo de ventanas, ni interacción con el usuario.

• No permite describir objetos 3D directamente.

DirectX

• Colección de APIs creadas para facilitar tareas relacionadas con la programación de juegos en la plataforma de Microsoft Windows.

• Direct 3D:- Su objetivo es facilitar el trazado y manejo de

entidades gráficas elementales (líneas, polígonos y texturas).

- Se utiliza en aplicaciones donde el rendimiento es fundamental, como los videojuegos, aprovechando el hardware de aceleración gráfica de la tarjeta.

Últimas tendencias

• Quadro SDI de NVIDIA Novedades que ofrece:

- Salida SDI de 8, 10 y 12 bits sin comprimir en formatos SD, HD o 2K.

- Capacidad de programación de la unidad de procesamiento gráfico (GPU) y los gráficos 3D.

- Mejoras en composición de vídeo 2D.

- Memoria de vídeo de gran tamaño (entre 768MB y 1,5 GB).

Los precios de las GPU Quadro FX 4600 SDI y Quadro FX 5600 SDI oscilan en torno a los 6000$ y 7000$ respectivamente.

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