ADAPTADORES GRÁFICOS

ADAPTADORES
GRÁFICOS
Yeray Miranda Betancor
Periféricos e interfaces.
INDICE
Conectores .
Interfaz con la placa base.
Componentes de un adaptador gráfico.
Terminología de las tarjetas gráficas.
Como funciona una tarjeta gráfica.
Direct3D y OpenGL.
Tecnologías SLI y CrossFire.
OpenGL y DirectX.
Preguntas del TEST.
Conectores:
El conector es la interfaz de el adaptador gráfico con nuestro
dispositivo de salida como puede ser un monitor o un proyector. Según
la calidad de la interfaz tendremos la posibilidad de utilizar distintas
resoluciones y mayor cantidad de colores.
Los conectores se resumen a continuación de modo que podamos
identificarlos al instalar un adaptador gráfico, éstos han sido cubiertos
en profundidad en temas anteriores por lo que sólo se resaltarán sus
atributos más relevantes.
El conector VGA (Video Graphics Array):
El conector VGA es de los primeros estándar ampliamente adoptado
por la industria de los adaptadores gráficos cuando I B M lo desarrolló
en el año 1987.
Consta de un conector de 15 pines y es un sistema analógico.
Dos conectores VGA estándar.
Conector Mini-VGA, utilizado en algunos portátiles.
El principal problema del VGA es que al ser analógico puede sufrir
distorsiones en la imagen debido al ruido.
DVI (Digital Video Interface):
El sistema DVI fue desarrollado en 1999 por el DDWG (Digital Display
Working Group) con el objetivo de mejorar el estándar VGA que se
utilizaba hasta el momento.
DVI se basa en transmitir las señales de forma digital, representando
la imagen a mostrar por pantalla como un código binario. Al ser un
sistema digital se utiliza en monitores LCD y proyectores digitales.
Este conector consta de 29 pines y al igual que los conectores VGA
también los DVI disponen en este caso de dos conectores más pequeños
utilizados en equipos portátiles.
Conectores Mini y Micro DVI.
S-VIDEO:
Se compone de la salida de 4 pines a la que se suelen adaptar otras
salidas como el video compuesto o RGB.
Esta salida es una salida analógica superior a la RCA ya que transmite
por separado la información de brillo y de color.
Conector RCA.
Además de s-video la tarjeta puede incorporar salida RCA.
En caso de no proporcionar esta salida se puede utilizar un conversor
de S-VIDEO a RCA.
HDMI y DisplayPort:
Ambos sistemas son digitales, y proporcionan una gran calidad en la
que además de poder transmitir video se transmite información de
sonido.
DVI fue desarrollado por las empresas: Matsushita Electric Industrial,
Philips, Panasonic, Sony, Hitachi, Thomson, Toshiba y Silicon image.
Desde su primera versión en 2002 con una velocidad de transferencia
de 4.9 Gbit/s se ha llegado en 2006 a la versión 1.3 que permite
velocidades de 10.2 Gbit/s.
El conector consta de 19 pines en su version A, y de 29 en la version B
para mayores resoluciones. Además mediante un adaptador se puede
compatibilizar el HDMI-A con DVI.
DisplayPort es una versión libre de derechos a diferencia de HDMI.
Tiene 20 pines para conexiones externas.
Displayport fue desarrollado por la Asociación para estándares
electrónicos y de video durante los años 2006 y 2007, su ancho de
banda es de 10,8 Gbit/s .
Hoy en día las tarjetas gráficas suelen incluir varios conectores.
Interfaz con la placa base:
La interfaz de una tarjeta gráfica con la placa base y por tanto con el
resto de componentes del PC como la memoria y el procesador es una
parte vital en el rendimiento que nos dará el adaptador gráfico.
Algunos adaptadores gráficos vienen incorporados directamente en la
placa, aunque para aplicaciones (juegos, diseño 3d) intensivas en
gráficos es necesario utilizar una tarjeta externa.
Estas tarjetas se deben conectar a la placa base mediante una ranura
de expansión, sin embargo estas interfaces han ido mejorando con los
años y muchas se han quedado obsoletas.
A continuación repasamos algunas de ellas.
ISA:
Desarrollado en 1981, fue la primera interfaz utilizada para instalar
una tarjeta gráfica en un PC. Esta interfaz tenía 8 a 16 bits y una
velocidad de 8 Mhz.
PCI:
La introducción del puerto PCI supuso una gran mejora con respecto a
los utilizados anteriormente. Fue desarrollado en 1993 por INTE L.
Este bus contaba con un ancho de 32 a 64 bits y funcionaba a una
velocidad de 133 MB/s y a 266 MB/s respectivamente.
Además disponía de un espacio direccionable de 32 bits, es decir 4 GB.
AGP (Accelerated Graphics Port):
Hasta la aparición del puerto AGP en 1997 (INTEL) las tarjetas
gráficas habían utilizado interfaces con la placa base que no estaban
pensados para velocidades lo suficientemente altas como para el
procesado de gráficos 3d.
En este sentido la mejora que este puerto proporcionó a los
adaptadores gráficos fue además de la mejora de velocidad una
tecnología denominada GART ( Graphic Address Remapping Table) que
permitía al adaptador gráfico acceder directamente a las texturas y
modelos 3d que estaban almacenadas en RAM.
La velocidad máxima de este puerto es de 2133 MB/s en su versión 8x.
Esta interfaz está formada por un conector de 32 pines.
PCI EX PRESS:
El puerto PCI-EXPRESS también fue desarrollado por INTE L y vio la
luz en 2004, aunque ha sido mejorado con los años.
PCI express consta de varias versiones, de las 1.x pasando por la 2.0
que aumentó la velocidad en 2007 y la 3.0 prevista para 2009 que
aumentará el número de transferencias y la integridad de los datos
transmitidos por el bus.
Las velocidades de los puertos AGP se especifican a continuación:
La versión más rápida de PCI-E (16x) 2.0 que es la utilizada por las
tarjetas gráficas está formada por 164 pines y permite una velocidad
de transferencia de 16GB/s.
Componentes de la tarjeta gráfica:
El disipador:
Empezaremos por el componente que más salta a la vista en una
tarjeta gráfica, el disipador. El disipador más común suele ser un
simple bloque de cobre que se adhiere a la tarjeta gráfica de forma que
mediante pasta térmica la GPU y la memoria entren en contacto con el
bloque.
Sin embargo estos sistemas cuya función es disipar el calor de la GPU
haciendo que halla más superficie disponible para ello pueden ser
también sistemas basados en refrigeración líquida o en bloques que ya
no solo cubren la GPU sino toda la tarjeta.
A continuación vemos con imágenes los diferentes sistemas.
Toma de corriente:
El incremente de la potencia de las tarjetas gráficas he llevado a que
éstas tengan que ser alimentadas por la fuente y no por la placa base
como con modelos anteriores a los que bastaba con la potencia que
proporcionaba la interfaz.
Esta toma de corriente está disponible en 6 u 8 pines y viene indicado
por el fabricante cual de ellas debemos utilizar.
La toma de corriente se encuentra a la derecha ------^
El procesador (GPU):
Es la parte más importante de la tarjeta gráfica y la encargada de
realizar los cálculos que darán lugar a la imagen final que veremos por
pantalla.
Algunas placas bases integran una GPU dentro de su chipset. Estos
chips ofrecen una funcionalidad gráfica aceptable siempre y cuando no
queramos ejecutar aplicaciones con gráficos 3d de alta calidad. En
estos casos se recurre a la instalación de una tarjeta externa en una
ranura de expansión, la placa base reconocerá dicha tarjeta
automáticamente haciendo que se utilice ésta por defecto. Algunas
B IOS permiten elegir cual de las tarjetas gráficas deseamos utilizar.
El GPU debe calcular millones de operaciones matemáticas en punto
flotante, muchas de las cuales se pueden paralelizar por lo que un
mismo GPU puede llegar a tener más de 200 núcleos.
La memoria:
La memoria de las tarjetas gráficas es de tipo GDDR ( Graphics Double
Data Rate ). La principal característica de este tipo de memoria es que
es rápida pero no se caliente tanto como la DDR.
Por ejemplo la memoria GDDR2 es funciona a 2.5 V. mientras que las
DDR2 funcionan a 1.8 V, por lo que al necesitar mayores velocidades
generan mas calor. Las memorias GDDR3 redujeron el voltaje a 2 V.
Actualmente existen memorias GDDR5 desarrolladas por Samsung que
funcionan a 1.5 V. y tienen una velocidad de transferencia de 24 GB/s.
Imagen de una memoria GDDR3 y una GDDR5.
Estas memorias se conectan a la tarjeta mediante BGA (Ball Grid
Array).
Las salidas de video:
Es la parte de la tarjeta gráfica donde conectamos los monitores,
proyectores,etc...
Terminología de los adaptadores gráficos:
F PS ( Frames per second ): indica cuantas imágenes por segundo esta
renderizando la GPU. Se utilizan los F PS como una medida de
rendimiento y calidad de una tarjeta gráfica. Un frame es lo que vemos
en la pantalla.
Refresh Rate: es un valor que definimos para indicar cuantas veces por
segundo queremos que la GPU nos refresque la imagen de la pantalla.
Vértices: son puntos en el espacio que al juntarse entre sí forman un
modelo
m tridimensional.
Texturas: Son el recubrimiento de los vértices, lo que hace que los
objetos tengan texturas como su nombre indica, si no tuviéramos
texturas sólo tendríamos objetos de un solo color.
Shader: Término que denomina los efectos de sombras, luces, reflejos y
demás
d efectos especiales de una aplicación 3D.
HDR: Efecto de luz que hace que las transiciones entre zonas oscuras y
claras
c sea mas realista.
Fill Rate: Tasa de relleno, se refiere a la velocidad a la que la tarjeta
puede dibujar los pixeles, se calcula multiplicando el número de ROP’s
porpla frecuencia de reloj.
Antialiasing: es la capacidad de hacer que los bordes de los objetos en
lugar de parecer dentados parezcan redondeados.
Componentes de un procesador gráfico (GPU):
ROP ( Raster Operator Units ) se encargan de escribir en memoria los
pixeles
p previamente calculados.
Vertex
V Processors calculan los shaders que afectan a los vértices.
Pixel Processors realizan los cálculos que tienen que ver con los
pixeles, son una de la partes mas importantes a la hora de obtener
efectos gráficos de calidad. Se suele comparar la cifra de pixel
processors determinar la potencia de una tarjeta respecto a otra.
Texture Mapping Units son las unidades encargadas de aplicar las
texturas a los pixeles que luego se renderizarán. Cuantos más TMU’s
mejor será la tarjeta a la hora de aplicar texturas.
Funcionamiento de la tarjeta gráfica:
El funcionamiento de la tarjeta gráfica varía de un modelo o empresa a
otro, sin embargo el proceso que realizan a la hora de renderizar
imágenes denominado pipeline se puede resumir en los siguientes
pasos.
1.Transformación de los modelos calculando las posiciones de los
vértices
v
en el espacio.
2.Iluminación de la geometría de los modelos calculados anteriormente
basándose
b
en sus propiedades como el color y la reflectancia.
3.Transformación de la vista actual, permite crear una vista 3D de lo
que la camara (nosotros) estamos viendo en ese momento.
4.Proyección es la fase donde el espacio 3D mediante operaciones
matriciales
m
llega a formar una imagen en 2D.
5.Clipping, durante esta fase se elimina aquello que no podemos ver, ya
queqes inútil renderizar algo que no vamos a ver.
6.Texturización y shading que se encargará de aplicar color o textura a
los diferentes objetos de la imagen que queremos obtener.
7.Rasterización es el proceso de crear la imagen en dos dimensiones
queqfinalmente se mostrara por pantalla.
8.Display
8
se encarga de mostrar la imagen creada.
Este es el funcionamiento de un pipeline sin embargo hay que tener en
cuenta que algunas de la tarjetas de hoy en día tienen más de 200
procesadores por lo que este proceso es mucho mas complicado de lo
que parece y además se tiene que tener el cuenta la habilidad de los
programadores a la hora de optimizar el funcionamiento de la tarjeta.
DirectX y OpenGL:
Direct3D es propiedad de Microsoft y tiene la mayor parte del mercado
debido
d a la compatibilidad de los juegos y aplicaciones con Windows.
OpenGL, aunque también compatible con windows, ha tenido más éxito
en sistemas de código abierto como Linux debido a que OpenGL es
también un sistema de programación 3D abierto y que por lo tanto
permite que los usuarios contribuyan a la mejora y estudio del mismo.
La utilización de AP I’s surgió cómo solución a la locura que podrían
llegar a sufrir los programadores intentando programar para cada
modelo
m de tarjeta.
Los programadores deben programar utilizando estos AP I’s en
lenguajes de alto nivel, dado que luego las empresas de hardware se
encargan de que sus productos sean compatibles con dichos sistemas
mediante los drivers que manejan las tarjetas.
SLI (Scalable Link Interface):
El sistema SL I fue desarrollado por Nvidia, se basa en repartir el
trabajo entre varías tarjetas para lograr aumentar la calidad de las
imágenes y la velocidad a las que se generan.
SL I permite la conexión de hasta 4 tarjetas.
Las tarjetas se conectan con un cable denominado SL I bridge, su
función es que las dos tarjetas dispongan de un mayor ancho de banda
para comunicarse del que dispondrían en caso de solo utilizar el bus de
la placa
l
base.
Es necesario que la placa base donde vamos a montar las tarjetas
tenga
t soporte SL I.
Sólo una de las tarjetas se conecta a la salida. Esta tarjeta será la
tarjeta maestro mientras que la tarjeta esclavo le pasará la
información a ésta para que la muestre por pantalla.
A continuación vemos unos cables conectores SL I bridge y algunas
configuraciones de tarjetas conectadas en SL I:
El sistema SL I permite 3 modos de funcionamiento:
SFR ( Split Frame Rendering) se basa en calcular la carga de trabajo
del frame que se va a renderizar y dividirlo al 50% entre las dos
tarjetas.
t
AFR ( Alternate Frame Rendering) reparte los frames a renderizar
dividiéndolos
d
en pares e impares.
SL I Antialiasing es un método que permite mayor calidad en el
antialiasing al ejecutar una aplicación.
ATI CrossFire:
Tecnología de ATI cuyo funcionamiento y objetivo es el mismo del SL I
de Nvidia, es decir, conseguir una mejor calidad en las imágenes que
renderizamos y un mejor framerate.
También permite que se conecten 4 tarjetas.
Las conexiones en las tarjetas CrossFire de ATI se realizan al igual que
con las de Nvidia mediante un bridge ( en tarjetas de gama media/baja
se conectan mediante la placa base directamente ), sin embargo tienen
también otro método para conectarse entre sí mediante un cable
externo.
e
Al igual que con SL I es necesario que la placa base lo soporte e
igualmente sólo una de las tarjetas se conecta a la salida.
Posibles conexiones de tarjetas mediante crossfire:
CrossFire tiene un método más de reparto de carga de trabajo que
SL I:
AFR ( Alternate Frame Rendering) al igual que el método de el
sistema SL I, éste también se basa en que las tarjetas gráficas calculen
frames
a alternativamente.
Modo Supertiling que cuadricula la imagen a renderizar como un
tablero de ajedrez, para que luego cada GPU calcule la mitad, es como
si de
s dicho tablero una calculase los cuadros blancos y otra los negros.
Modo Scissor parte la imagen en dos mitades al igual que el modo SFR
de .Nvidia.
Antialiasing y renderizado HDR ( High Dynamic Range ) calcula
antialiasing y HDR al mismo tiempo. Es un método exclusivo de ATI.
Rendimiento y comparativa de tecnologías SL I y
CrossFire:
FarCry
2 2. Ultra High. FSAA 4x.DX10.
Problemas comunes con los adaptadores gráficos:
Cuando una tarjeta gráfica falla sin haber sufrido daños físicos, suele ser
principalmente por dos causas,no tiene los drivers actualizados ó no
tiene
t potencia para ejecutar la aplicación.
Cuando creamos que la tarjeta puede haber sufrido algún desperfecto
físico debemor mirar que no se halla estropeado la salida al monitor y
queqesté bien conectada al bus de la placa base.
Por último y mas fácil, puede darse el caso de que tocando los cables
hallamos
h
desconectado la alimentación de la tarjeta.
Cualquier problema aparte de los mencionados arriba querrá decir que
desgraciadamente debemos comprarnos una nueva tarjeta de video.
TEST:
1.El conector VGA es...
Analógico
Digital
Dual, analógico + digital
2.Un conector DVI tiene...
15 pines como el VGA.
29 pines.
19 pines.
3.Un adaptador gráfico tiene como máximo __ tipos de salida/s.
1.
2.
3 o más.
4.La interfaz AGP incorpora una tecnología llamada ____ para acceder directamente a
memoria y leer modelos y texturas.
VART (Video Address Remapping Table)
GART (Graphics Address Remapping Table)
IA RT (Image Address Remapping Table)
5.A la parte de la tarjeta gráfica encargada de realizar las operaciones matemáticas se la
denomina...
GPU
CPU
VPU
6.El número máximo de núcleos de una tarjeta gráfica es...
4 (Quad-core)
32
más de 200
7.Las tomas de corriente de las tarjetas gráficas tienen ____ pines.
4o5
6u8
2
8.Las memorias de los adaptadores gráficos son de tipo...
GDDR
DDR
FLASH
9.El refresh rate indica...
refresh representa la temperatura de la cpu
Las imágenes que renderiza la tarjeta por segundo
Cuantas veces por segundo se refresca la pantalla
10.El antialiasing _____ los bordes de los objetos
Colorea
Pixela
Redondea
11.Una unidad de TMU se encarga de...
aplicar texturas (Texture Mapping Unit)
transferir memoria (Transfer Memory Unit)
analizar la temperatura de la memoria (Temperature Memory Unit)
12.Al proceso que crea la imagen final que vemos por pantalla se denomina...
Final Image Process
Pipeline
Render Line
13.Durante la fase de rasterización se...
Calculan las posiciones de los objetos a renderizar
Aplican las texturas a los modelos
Crea la imagen que finalmente se mostrará por pantalla
14.DirectX fue desarrollado por...
Microsoft
Samsung
ATI
15.La tecnología SL I permite conectar hasta...
2 tarjetas
8 tarjetas
4 tarjetas
16.El cable que conecta las tarjetas se denomina...
Bridge
GIDE (Graphics IDE)
UFGC (Ultra Fast Graphic Cable)
17.SFR significa...
Split Frame Rendering
Single Frame Realize
Serial Frame Rom
18.La tecnología Crossfire es utilizada en las tarjetas de...
Matrox
Nvidia
ATI
19.El método supertiling se basa en...
Cuadricular la imagen y repartir el trabajo entre las tarjetas.
Partir la imagen en dos al 50% de carga
Aplicar antialiasing a la imagen
20.Cuando una aplicación 3d no se ejecuta lo primero que debemos mirar es...
Si tenemos los drivers adecuados instalados y nuestra tarjeta es compatible con la
aplicación
Si la tarjeta esta insertada en la placa
Si el monitor esta bien conectado