Tarjetas de video, GNUs

Subsistema de video y
audio
Adquisición y Configuración de
Computadores Personales
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Objetivos
• Identificar las tecnologías utilizadas en
los subsistemas de vídeo y audio para
PC
• Seleccionar tarjetas de vídeo y audio, y
monitores atendiendo a distintos
criterios
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2
Monitores
Definición de Monitor:
Dispositivo que muestra al usuario, de manera
visual, información relativa a la salida del
ordenador.
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3
Monitores
Otras definición de Monitores :
•
The part of your computer system that looks like a TV; the part with the
screen
•
Device which displays computer output. From its use to "monitor"
progress of a program
•
The visual readout device of a computer system. A monitor can be in
several forms:, a cathode ray tube (CRT), a liquid crystal display (LCD),
or a flat-panel, full-color display
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4
CRT (Cathode Ray Tube)
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5
CRT (Cathode Ray Tube)
•
Refresco de pantalla
– Horizontal + Vertical
•
Modo entrelazado
– Se refresca 1 línea de cada 2
– Se alternan entre barridos
sucesivos
•
Modo progresivo
– Se refrescan todas las líneas de
la pantalla (barrido vertical a 85
Hz o mayor)
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6
CRT (Cathode Ray Tube)
•
Pantallas curvas
(horizontal y verticalmente)
– Precio reducido
– Menor ángulo de visión
– Mayor distorsión de imagen y
deslumbramiento
•
Pantallas curvas
(sólo horizontalmente)
– FST (Flat Square tube)
•
Pantallas CRTs planas
– Mayor coste
CRT convencional vs CRT Sony Trinitron FD
– Menor distorsión y
deslumbramiento
– Mayor calidad de imagen
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7
LCD (Liquid Crystal Display)
• Sustancia líquida que tiene las características
físicas de un cristal (Friedrich Reinitzer 1888)
– La corriente eléctrica cambia su orientación y, por
tanto, la de la luz que las atraviesa
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8
LCD (Liquid Crystal Display)
A. Cristal
B. Filtro para polarizar
la luz
C. Electrodo
D. Cristal líquido
E. Cristal + Electrodo
F. Filtro para polarizar
la luz
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9
LCD (Liquid Crystal Display)
• Matriz de transistores TFT
(Thin Film Transistor)
– Cada píxel posee un transistor
y un condensador
– La carga determina el nivel de contraste del píxel
• Resolución 1024x768 ≅ 2.400.000
transistores
– Mayores costes de producción
– Mayores tasas de píxeles muertos (transistores
ON/OFF)
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Tipos de conectores
• Analógico
– VGA (Video Graphics Array)
• IBM 1987
• Digital
– DVI (Digital Visual Interface)
• Digital Display Working Group (DDWG) 1999
DVI-Integrated
DVI-Digital
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Criterios de selección
•
•
•
•
•
Tamaño de la superficie visible
Resolución
Dot pitch (CRTs)
Brillo y Contraste (LCDs)
Gestión de la alimentación y certificados de
seguridad
• Frecuencias de refresco
• Ajuste de pantalla
• Otros: tamaño, dimensiones, etc.
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12
Tamaño de la superficie visible
• Medida de la diagonal de la pantalla
Tamaño CRT: 17”
Tamaño TFT: 17”
Área visible: 16”
Área visible: 17”
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13
Resolución
• Número de píxeles en pantalla
– Mayor detalle en las imágenes
– Imágenes más pequeñas
• CRTs soportan distintas resoluciones
• LCDs soportan una sola resolución
Estándar
Resolución
Monitor recomendado
CRT
LCD
SVGA (Super VGA)
800x600
15”
15”
XGA (eXtended Graphics Array)
1024x768
17”
15”
SXGA (Super XGA)
1280x1024
19”
17”
UXGA (Ultra XGA)
1600x1200
21”
18”
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Dot Pitch (CRT)
• Tamaño de apertura en la rejilla del CRT
– (Distancia entre dos píxeles del mismo color)
– Actualmente Æ dot pitch ≅ 0.25 mm
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Brillo y contraste (LCD)
•
•
•
•
Medida del brillo: nit (candelas por m2)
Brillo: 200-400 nt (cuanto más, mejor)
Contraste: 150:1 a 50000:1
Valor tipo:
– Brillo > 250 nt
– Contraste > 1000:1
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Modos de ahorro de energía y
emisiones electromagnéticas
• Ahorro de energía
– Environmental Protection Agency’s Energy Star (< 30w en
standby)
– United States EPA’s Energy Star (< 15w en standby)
– Energy 2000 (< 5w en standby)
– Los LCDs actuales están por deebajo de 1w en standby
• Emisiones electromagnéticas
– Emisiones de muy baja (VLF) y ultra baja frecuencia (ULF)
interactúan con la actividad eléctrica de las células
– Estándar TCO (Tjänstemännens CentralOrganisation)
– Hay que trabajar al menos a 28” (72 cms) del monitor
– Los LCDs actuales ya no producen este tipo de emisiones
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Errores de geometría (CRT)
LCD no poseen errores de geometría
• Aparecen cuando se conecta al PC utilizando
un adaptador VGA (analógico)
– Pixel jitter/swim
• Utilizar conexiones digitales
• DVI-D, DVI-I
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Adaptadores de vídeo
• Un monitor LCD (con matriz activa) conviene porque
…
– La pantalla no brilla tanto ni parpadea (cansa menos los
ojos)
– Menos voluminoso (ocupa menos espacio en el escritorio)
– Más ligero
– No se calienta y consume menos energía
– Mayor área visible (15” LCD ≅ 17” CRT)
– No distorsiona las imágenes en los bordes ni las esquinas
• Un monitor CRT conviene porque …
– En general, muestran el vídeo de forma más fluida
– Imágenes más nítidas y poseen mayor definición
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Adaptadores de vídeo
Definición de Adaptador de vídeo :
Dispositivo encargado de transformar la
información relativa a una imagen en señales
de control del monitor para su visualización.
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Adaptadores de vídeo
Otras definición de Adaptador de vídeo :
•
An electronic device that converts information in memory to video output to a
display
•
An adapter board or interface card that fits into a slot on the motherboard and
controls the video signal sent to the monitor
•
A graphics card or video card is a component of a computer which is designed to
convert a logical representation of an image stored in memory to a signal that can
be used as input for a display medium, most often a monitor utilising a variety of
display standards. Typically, it also provides functionality to manipulate the logical
image in memory
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Chipsets de vídeo integrados
•
•
El Northbridge realiza funciones básicas y
de aceleración 3D
Memoria principal como memoria de vídeo
–
•
•
UMA (Unified Memory Architecture)
Más económicos
El procesamiento de volúmenes y texturas
requeridos por muchos juegos 3D actuales
requiere del uso de tarjetas de vídeo
dedicadas
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Chipsets de vídeo integrados
• Intel
– Intel Extreme Graphics 2
– Intel Graphics Media Accelerator 950
– Intel Graphics Media Accelerator 3000
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Chipsets de vídeo integrados
• SiS
– Mirage 3 Graphic Engine
• VIA
– UniChrom/Chrome9 IGP
• nVidia
– GeForce 6 GPUs
• ATI
– CrossFire Xpress 3200
– AMD 580X CrossFire
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Tarjetas de expansión
Ventilador sobre la GPU RADEON X1950 con DAC integrado
Salida TV
(S-video)
Conector
PCI Express x16
Salida DVI-I
Conector de
alimentación
del ventilador
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El procesador de vídeo (GPU)
• nVidia
– Líder en venta de chipsets de vídeo
– SÓLO vende chipsets
• ATI (AMD)
– Segundo vendedor de chipsets de vídeo
– Fabrica tarjetas de vídeo
• Es posible encontrar tarjetas con el mismo
chipset que ofrezcan diferentes capacidades
3D Chipset Spec: http://users.erols.com/chare/video.htm
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Memoria de vídeo
• Tarjetas con la misma GPU y diferentes prestaciones
– Diferentes tipos de memoria
– Diferentes tiempos de acceso
– Diferente capacidad de memoria
Tipo de
memoria
Definición
Velocidad
relativa
Rango de
frecuencias
Latencia
de lectura
SGRAM
Synchronous
Graphics DRAM
Muy rápida
Tarjetas PCI/AGP de gama alta
(reemplazada por GDDR)
GDDR1
Graphics Double-Data
Rate SDRAM 1
Muy rápida
Tarjetas AGP de gama alta
250-400MHz
2.5 – 6
GDDR2
GDDR 2
Extremadamente
rápida
Tarjetas AGP de gama alta
275-500MHz
3–7
GDDR3
GDDR 3
Extremadamente
rápida
Tarjetas AGP/PCI Express
de gama alta
500-1000MHz
4 – 13
GDDR4
GDDR 4
Extremadamente
rápida
Tarjetas PCI Express de gama alta
1100-1400MHz
12 – 22
Uso
Samsung, Graphics Memory: http://www.samsung.com/Products/Semiconductor/GraphicsMemory/index.htm
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Memoria de vídeo
• Resolución Æ Píxeles
• Profundidad del color Æ Número
bits/píxel
• RAM requerida
– Resolución: 1024x768 píxeles
– 16.7 M de colores (24 bits/píxel)
– RAM = 1024*768*24/8 = 2.359.296 bytes
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Múltiples GPUs
• nVidia SLI (Scalable Link Interface)
– http://www.slizone.com
• ATI CrossFire
– http://ati.amd.com/technology/crossfire/index.html
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Rango medio y alto rendimiento
• Rango medio
– Aplicaciones 2D, aceleración 3D básica,
jugadores casuales
– Tarjetas de expansión AGP y PCI Express
• Alto rendimiento
– Aceleración 3D HW, jugadores
entusiastas, última moda
– Tarjetas de expansión PCI Express y
duales
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Tarjetas de audio
Definición de sonido:
Sensación producida en el órgano del oído por
el movimiento vibratorio de los cuerpos,
transmitido por un medio elástico, como el
aire.
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Tarjetas de audio
Otras definición del sonido:
•
A form of energy caused by vibration
•
Sound is a series of mechanical compressions and rarefactions or longitudinal
waves that successively pass one into another and propagate through materials
(medium) that are at least a little compressible (solid, liquid or gas but not
vacuum). In sound waves parts of matter (molecules or groups of molecules) move
in a direction of the spreading of the disturbance (as opposite to transversal
waves). The cause of sound waves is called the source of waves
•
Energy that transmitted by pressure waves in air or other materials and is the
objective cause of the sensation of hearing. Longitudinal vibrations in a medium in
the frequency range 20 Hz to 20 kHz
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Transductores de sonido
• Dispositivos que transforman el efecto de una
causa física, como la presión, la temperatura,
la dilatación, la humedad, etc., en otro tipo de
señal, normalmente eléctrica
• Señal eléctrica Æ Sonido
– Altavoces
• Sonido Æ señal eléctrica
– Micrófonos
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Digitalización del sonido
• El micrófono transforma los movimientos que
genera la presión del aire sobre una
membrana en una señal eléctrica
• El convertidor AD de la tarjeta de sonido
transforma la señal eléctrica en una
secuencia de unos y ceros
Entrada analógica
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Salida digital
(00110001010)
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Digitalización del sonido
•
Resolución: Número de bits utilizados para
codificar la amplitud de una onda sonora
– CD - 16 bits
•
Tasa de muestreo: Velocidad a la que se
mide el valor de amplitud de la señal
– CD - 44.1 KHz
•
Bit rate: Número de bits por unidad de
tiempo necesarios para almacenar una señal
sonora (Kbps)
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Altavoces de bobina móvil
• La presión del aire varía al moverse la
membrana del altavoz, siendo las diferencias
de presión lo que capta el oído humano
Tweeter: altas frecuencias
Midrange: frecuencias medias
Woofer:
bajas
frecuencias
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Canales de reproducción
Filtro pasa alto
Amplificador
de potencia
Left
Tweeter
Amplificador
de potencia
Left
Midrange
Amplificador
de potencia
Left
Woofer
Amplificador
de potencia
Right
Tweeter
Amplificador
de potencia
Right
Midrange
Filtro pasa banda
Filtro pasa bajo
Reproductor de CD
u otra fuente
de señal estéreo
L
R
Pre-amplificador y
unidad de control
L
Filtro pasa alto
R
Filtro pasa banda
Filtro pasa bajo
Amplificador
de potencia
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Right
Woofer
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Reproducción del sonido
• Síntesis
– Manipulación de una onda hasta obtener un
sonido similar al deseado
• Síntesis por WaveTable
– Grabación (digitalización) y posterior reproducción
indicando qué instrumento tocar y con qué nota
– Los sonidos digitalizados se almacenan en
memoria
• ROM, más barata pero capacidad limitada
• RAM, mayor flexibilidad y menores limitaciones
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Chipsets de audio integrado
• Intel High Definition Audio
– http://www.intel.com/design/chipsets/hdaudio.htm
• AC’97 (Intel)
– AC-Link control (Southbridge) trabaja con la CPU
y un DSP AC’97 para crear audio
Vendedor
Placa base
Chip Codec AC’97
Intel
D815EPFV
Analog Devices AD1885 (SoundMax)
Giga-Byte
GA-61EM
Realtek (ALC-650)
Kontron
786Flex-8145
Crystal CS4299
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Tarjeta de sonido
•
•
•
•
DSP (Digital Signal Processor)
DAC (Digital to Analog Converter)
ADC (Analog to Digital Converter)
ROM que almacena su programa y
los sonidos que puede reproducir
• MIDI (Musical Instrument Digital
Interface)
• Conectores de entrada y salida de
sonido
• Puerto de juego
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Fabricantes de chips de audio
•
•
•
•
•
•
•
Creative Labs
Philips
Cirrus Logic/Crystal Semiconductors
ESS Technology
C-Media Electronics
ForteMedia Inc.
Realtek
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41
Conectores básicos
• Conector de salida de
audio estéreo (verde)
• Conector de entrada de
audio estéreo (azul)
• Conector de
altavoz/auricular
• Conector de entrada de
micrófono o mono
(rosa)
• Puerto de juego
(dorado)
• Conector MIDI (dorado)
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Conectores avanzados:
Sound Blaster Audigy2 Platinum
Entrada/salida
SPDIF coaxial
Salida digital
Salida de
auriculares
Entrada/salida
óptica
Entrada
de línea
Entrada de
Entrada
micrófono
de línea
Salida de línea
1 (frontal)
Entrada/salida
MIDI
Salida de línea
2 (trasera)
Salida de línea
3 (central/subwoofer) Puertos SB1395
Entrada Aux
izquierda/derecha
Creative X-Fi: A New World of Sound: http://www.tomshardware.com/2005/08/18/creative_x/
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Sonido avanzado sin cambiar de tarjeta de
sonido: Sound Blaster Extigy
Entrada/salida
óptica
Auriculares
Control volumen
maestro
Salida altavoz
frontal
Salida
Entrada
Subwoofer
SPDIF
Conexión USB
para ordenador
Entrada/salida
línea (micrófono)
Control volumen
micrófono
Mezcla estéreo a
Dolby Digital 5.1 Salida altavoz Salida Entrada/salida Conector para
MIDI
adaptador AC
trasero
digital
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Resumen
• Vídeo
– Ofimática, gráficos 2D Æ
Chipset integrado en la placa (económico)
– Aceleración y gráficos 3D Æ
Tarjeta de expansión
• AGP
• PCI Express (mayor ancho de banda)
• Sonido
– El PC sustituye las mini-cadenas
Cadena HIFI = PC con una buena tarjeta de sonido
+ amplificador + buenos altavoces
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Créditos
Autores:
Juan Carlos Ruiz García
David de Andrés Martínez
Luis José Saiz Adalid
José Joaquín Herrero Belda
Última revisión de:
José Joaquín Herrero Belda (2009)
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