4.5 La Tarjeta Grafica

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LA TARJETA GRAFICA

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4.5 La Tarjeta Grafica

  1. 1. ¿Que es la tarjeta gráfica? Es el componente informático que transmite al monitor la información gráfica que debe presentar en la pantalla. Realiza dos operaciones: <ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  2. 2. <ul><li>Estos dos procesos suelen ser realizados por uno o más chips: </li></ul><ul><li>El microprocesador gráfico (el cerebro de la tarjeta gráfica) </li></ul><ul><li>El conversor analógico-digital o RAMDAC </li></ul><ul><li>aunque en ocasiones existen chips accesorios para otras funciones o bien se realizan todas por un único chip. </li></ul><ul><li>El microprocesador puede ser muy potente y avanzado, tanto o más que el propio micro del ordenador, incluso los hay con arquitecturas de 256 bits, el cuádruple que los Pentium. </li></ul>
  3. 4. Pequeña historia de las tarjetas de vídeo En el principio, los ordenadores eran ciegos; todas las entradas y salidas de datos se realizaban mediante tarjetas de datos perforadas, o mediante el teclado y primitivas impresoras. Un buen 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.
  4. 5. MDA En los primeros ordenadores, las primeras tarjetas de vídeo presentaban sólo texto monocromo, generalmente en un tono ámbar o verde fosforito que dejaba los ojos hechos polvo en cuestión de minutos. De ahí que se las denominase MDA, Monochrome Display Adapter. CGA Luego, con la llegada de los primeros PCS, surgió una tarjeta de vídeo capaz de presentar gráficos: la CGA (Computer Graphics Array, dispositivo gráfico para ordenadores). Tan apasionante invento era capaz de presentar gráficos de varias maneras:
  5. 6. Lo cual, aunque parezca increíble, resultó toda una revolución. Aparecieron multitud de juegos que aprovechaban al máximo tan exiguas posibilidades, además de programas más serios, y los gráficos se instalaron para siempre en el PC. 2 (monocromo) 640x200 4 320x200 Colores Resolución (horizontal x vertical) CGA
  6. 7. Hércules Se trataba ésta de una tarjeta gráfica de corte profundamente profesional. Su ventaja, poder trabajar con gráficos a 720x348 puntos de resolución, algo alucinante para la época; su desventaja, que no ofrecía color. Es por esta carencia por la que no se extendió más.
  7. 8. EGA Otro invento exitoso de IBM. Una tarjeta 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. 16 640x350 16 640x200 16 320x200 Colores Resolución (horizontal x vertical) EGA
  8. 9. VGA El estándar, la pantalla de uso obligado desde hace ya 10 años. Tiene multitud de modos de vídeo posibles, aunque el más común es el de 640x480 puntos con 256 colores, conocido generalmente como &quot;VGA estándar&quot; o &quot;resolución VGA&quot;.
  9. 10. 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. Entre ellos estaban: La mayoría de las tarjetas son compatibles con más de un estándar, o con algunos de sus modos. Además, algunas tarjetas ofrecen modos adicionales al añadir más memoria de vídeo. 1024x768 y 256 colores (no admite 800x600) IBM 8514/A 1024x768 y 65.536 colores XGA 800x600 y 256 colores SVGA Máxima resolución y máximo número de colores Modo de vídeo
  10. 11. La resolución y el número de colores En el contexto que nos ocupa, la resolución es el número de puntos que es capaz de presentar por pantalla una tarjeta de vídeo, tanto en horizontal como en vertical. Así, &quot;800x600&quot; significa que la imagen está formada por 600 rectas horizontales de 800 puntos cada una. Para que nos hagamos una idea, un televisor de cualquier tamaño tiene una resolución equivalente de 800x625 puntos. En cuanto al número de colores, son los que la tarjeta puede presentar a la vez por pantalla. Así, aunque las tarjetas EGA sólo representan 16 colores a la vez, los eligen de una paleta de 64 colores.
  11. 12. La combinación de estos dos parámetros se denomina modo de vídeo; están estrechamente relacionados: a mayor resolución, menor número de colores representables, y a la inversa. En tarjetas modernas (SVGA y superiores), lo que las une es la cantidad de memoria de vídeo (la que está presente en la tarjeta, no la memoria general o RAM). Cabe destacar que el modo de vídeo elegido debe ser soportado por el monitor, ya que si no éste podría dañarse gravemente. Por otra parte, los modos de resolución para gráficos en 3D (fundamente juegos) suelen necesitar bastante más memoria, en general unas 3 veces más.
  12. 13. La velocidad de refresco El refresco, es el número de veces que se dibuja la pantalla por segundo (como los fotogramas del cine); evidentemente, cuanto mayor sea, menos se nos cansará la vista y trabajaremos más cómodos y con menos problemas visuales. Se mide en hertzios (Hz/segundo), por lo que por ejemplo, 70 Hz significa que la pantalla se dibuja 70 veces por segundo.
  13. 14. Antiguamente se usaba una técnica denominada entrelazado, que consiste en que la pantalla se dibuja en dos pasadas, primero las líneas impares y luego las pares, por lo que 70 Hz entrelazados equivale a poco más de 35 sin entrelazar, lo que cansa la vista sobremanera. Afortunadamente, actualmente la técnica está en desuso, pero en los monitores antiguos era práctica común.
  14. 15. <ul><li>El motivo de tanto entrelazado y no entrelazado es que construir monitores que soporten buenas velocidades de refresco a alta resolución es bastante caro, por lo que la tarjeta de vídeo empleaba estos “trucos” para ahorrar a costa de la vista del usuario. Sin embargo, tampoco todas las tarjetas de vídeo pueden ofrecer cualquier velocidad de refresco. Esto depende de dos parámetros: </li></ul><ul><li>La velocidad del RAMDAC , el conversor analógico digital. Se mide en MHz, y debe ser lo mayor posible, preferiblemente superior a 200 MHz. </li></ul><ul><li>La velocidad de la memoria de vídeo , preferiblemente de algún tipo avanzado como WRAM, SGRAM o SDRAM. </li></ul>
  15. 16. Memoria de vídeo Los tipos más comunes son: DRAM : en las tarjetas más antiguas, ya descatalogadas. Malas características; refrescos máximos entorno a 60 Hz. EDO : o &quot;EDO DRAM&quot;. Hasta hace poco estándar en tarjetas de calidad media-baja. Muy variables refrescos dependiendo de la velocidad de la EDO, entre 40 ns las peores y 25 ns las mejores. VRAM y WRAM : bastante buenas, aunque en desuso; en tarjetas de calidad, muy buenas características. MDRAM : un tipo de memoria no muy común, pero de alta calidad. SDRAM y SGRAM : actualmente utilizadas mayoritariamente, muy buenas prestaciones. La SGRAM es SDRAM especialmente adaptada para uso gráfico, en teoría incluso un poco más rápida. DDR y GDDR : podrían englobarse en la categoría anterior, muy usadas en la actualidad en tarjetas de gama media-alta, permiten altas velocidades de refresco y gran capacidad para el tratamiento de imágenes en 3D ya que permite resoluciones de hasta 2048x1536.
  16. 17. Conexiones al PC: PCI, AGP... La tarjeta gráfica, como añadido que es al PC, se conecta a éste mediante un slot o ranura de expansión. Muchos tipos de ranuras de expansión se han creado precisamente para satisfacer a la ingente cantidad de información que se transmite cada segundo de la tarjeta gráfica a la placa.
  17. 18. ISA : el conector original del PC, poco apropiado para uso gráfico; en cuanto llegamos a tarjetas con un cierto grado de aceleración resulta insuficiente. Usado hasta las primeras VGA &quot;aceleradoras gráficas&quot;, aquellas que no sólo representan la información sino que aceleran la velocidad del sistema al liberar al microprocesador de parte de la tarea gráfica mediante diversas optimizaciones. VESA Local Bus : más que un slot un bus, un conector íntimamente unido al microprocesador, lo que aumenta la velocidad de transmisión de datos. Una solución barata usada en muchas placas 486, de buen rendimiento pero tecnológicamente no muy avanzada. PCI : hasta hace poco, este ha sido el estándar de las tarjetas gráficas (y otros múltiples periféricos). Suficientemente veloz para las tarjetas que no precisen una gran aceleración 3D.
  18. 19. AGP : el estándar para conexión de tarjetas gráficas, tampoco un slot, sino un puert o (algo así como un bus local), pensado únicamente para tarjetas gráficas que transmitan cientos de MB/s de información, típicamente las 3D. Presenta poca ganancia en prestaciones frente a PCI, pero tiene la ventaja de que las tarjetas AGP pueden utilizar memoria del sistema como memoria de vídeo (lo cual, sin embargo, penaliza mucho el rendimiento).Tiene varias subcategorías de BUS que influyen en su velocidad, el AGP 1x, 2x, 4x y el 8x. PCI EXPRESS : PCI Express es una nueva arquitectura de bus cuyo ancho de banda es 3.5 veces superior a AGP8X y PCI en el PC y da como resultado una velocidad superior a 4GB por segundo en las trasferencias de datos en ambas direcciones, lo que la convierte en lo mas recomendable a la hora de adquirir una tarjeta gráfica.
  19. 20. EJERCICIO 1 ¿SON TODAS LAS TARJETAS PCI MAS LENTAS QUE LAS AGP?
  20. 21. En cualquier caso, el conector sólo puede limitar la velocidad de una tarjeta, no la eleva, lo que explica que algunas tarjetas PCI sean muchísimo más rápidas que otras AGP más baratas o peor fabricadas.
  21. 23. <ul><li>Adecuación al uso del ordenador </li></ul><ul><li>Evidentemente, no es lo mismo elegir una tarjeta gráfica para trabajar en Word en un monitor de 15&quot; que para hacer CAD en uno de 21&quot;, siempre haciendo referencia al monitor con el que vamos a trabajar, porque una tarjeta muy buena no puede demostrarlo en un mal monitor, ni a la inversa. </li></ul><ul><li>Las indicaciones siguientes son genéricas: </li></ul><ul><li>Ofimática : tarjetas en formato PCI o AGP, con microprocesadores buenos en 2D, sin necesidades 3D específicas; capaces de 1024x768; con unos 2 ó 4 MB; y con buenos refrescos, entorno a 70 u 80 Hz. </li></ul><ul><li>Imágenes y CAD en 2D : con chips de 64 ó 128 bits, memorias ultrarrápidas, capaces de llegar a 1600x1200 puntos a 70 Hz o más, con 4 MB o más. </li></ul><ul><li>Juegos y CAD en 3D : con micros especiales para 3D, con mucha memoria (entre 64 y 256 MB), generalmente de marca y preferiblemente AGP o PCI Express. </li></ul><ul><li>En general, actualmente el tema radica en saber si se necesita o no soporte 3D; la aceleración 2D, es decir, la de Windows, ofimática, Internet, etc., hace mucho que está más que conseguida; casi todas las tarjetas dan cifras espectaculares y casi indistinguibles en cualquier test 2D. </li></ul>
  22. 24. EJERCICIO 2 Necesitamos montar 10 equipos en una empresa que trabaja con programas de diseño asistido por ordenador. Nos piden consejo sobre que tarjeta puede ser mejor o peor. Ofrecerles tres tarjetas con precios y vuestros consejos personales sobre las mismas. EJERCICIO 3 Necesitamos montar 10 equipos en una empresa que trabaja con programas de fabricación. El interfaz es tipo texto y no necesita capacidades graficas. Nos piden consejo sobre que tarjeta puede ser mejor o peor. Ofrecerles tres tarjetas con precios y vuestros consejos personales sobre las mismas.
  23. 25. EJERCICIO 4 AVERIGUA QUE TARJETA GRAFICA TIENE TU PC. SI TIENE MEMORIA PROPIA O COMPARTIDA. QUE TIPO DE INTERFAZ TIENE Y DEMAS CARACTERÍSTICAS TECNICAS.
  24. 26. La GPU <ul><li>GPU es un acrónimo utilizado para abreviar Graphics Processing Unit, que significa &quot;Unidad de Procesado de Gráficos&quot;. </li></ul><ul><li>Una GPU es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras gran parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como la inteligencia artificial o los cálculos mecánicos en el caso de los videojuegos). </li></ul>
  25. 27. GPU : ANTIALIASING <ul><li>Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico. Una de las primitivas más comunes para el procesamiento gráfico en 3D es el antialiasing, que suaviza los bordes de las figuras para darles un aspecto más realista. Adicionalmente existen primitivas para dibujar rectángulos, triángulos, círculos y arcos. Las GPU actualmente disponen de gran cantidad de primitivas, buscando mayor realismo en los efectos. </li></ul>
  26. 29. Diferencias GPU y CPU <ul><li>Si bien en un computador genérico no es posible reemplazar la CPU por una GPU </li></ul><ul><li>hoy en día las GPU son muy potentes y pueden incluso superar la frecuencia de reloj de una CPU antigua (más de 500MHz). </li></ul><ul><li>Alta especialización de las GPU: al estar pensadas para desarrollar una sola tarea, es posible dedicar más silicio en su diseño para llevar a cabo esa tarea más eficientemente. Por ejemplo, las GPU actuales están optimizadas para cálculo con valores en coma flotante, predominantes en los gráficos 3D. </li></ul>
  27. 30. Diferencias GPU y CPU (II) <ul><li>Muchas aplicaciones gráficas conllevan un alto grado de paralelismo inherente, al ser sus unidades fundamentales de cálculo (vértices y píxeles) completamente independientes. Por tanto, es una buena estrategia usar la fuerza bruta en las GPU para completar más cálculos en el mismo tiempo. </li></ul><ul><li>Los modelos actuales de GPU suelen tener una media docena de procesadores de vértices (que ejecutan vertex shaders), y hasta dos o tres veces más procesadores de fragmentos o píxeles (que ejecutan fragment shaders). </li></ul><ul><li>De este modo, una frecuencia de reloj de unos 500-600MHz (el estándar hoy en día en las GPU de más potencia), muy baja en comparación con lo ofrecido por las CPU (3.8-4 GHz en los modelos más potentes[pero no lo más eficientes]), se traduce en una potencia de cálculo mucho mayor gracias a su arquitectura en paralelo. </li></ul>
  28. 31. Diferencias GPU y CPU (III) <ul><li>Una de las mayores diferencias con la CPU estriba en su arquitectura. A diferencia del procesador central, que tiene una arquitectura Eckert-Mauchly, la GPU se basa en el Modelo Circulante. </li></ul><ul><li>Éste modelo facilita el procesamiento en paralelo, y la gran segmentación que posee la GPU para sus tareas. </li></ul>
  29. 32. Programación de la GPU <ul><li>Al inicio, la programación de la GPU se realizaba con llamadas a servicios de interrupción de la BIOS </li></ul><ul><li>Luego se utilizó lenguaje ensamblador específico a cada modelo </li></ul><ul><li>Tras esto se crearon API’s (Application Program Interface) </li></ul><ul><li>Actualmente se desarrolla en un lenguaje de alto nivel para gráficos (N-Vidia utiliza Cg del inglés, &quot;C for graphics&quot; ). </li></ul>

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