ADAPTADORES GRÁFICOS

Yeray Miranda Betancor
Periféricos e interfaces
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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.
VGA ( Video Graphics Array ): Creado en 1987, es
analógico.
Consta de 15 pines.
Existe una versión para
portátiles denominada
Mini-VGA.
DVI ( Digital Visual Interface ) es digital y por lo
tanto mejora el conector VGA al evitar el
ruido y por lo tanto la distorsión de la imagen.
Se usa principalmente en monitores LCD y
proyectores.
Tiene 29 Pines y también al igual que con el
VGA existen versiones para portátiles
denominadas mini y micro DVI.
Se compone de la salida de 9 pines a la que se
suelen adaptar otras salidas como el video
compuesto ó RGB.
Además de s-video
la tarjeta puede
incorporar salida
RCA.
Son dos sistemas Digitales que permiten una
salida de video de mayor calidad.
HDMI consta de 19 pines.
DisplayPort es una versión libre de derechos a
diferencia de HDMI. Tiene 20 pines para
conexiones externas.
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.
Desde que comenzaron a instalarse tarjetas
gráficas en los PC’s con el objetivo de
conseguir aumentar la calidad de sus
aplicaciones, ha habido muchos estándares
que se han quedado obsoletos.
A continuación repasamos algunos de ellos.
La interfaz ISA fue creada en 1981 y fue la
pionera en cuanto a la instalación de tarjetas
gráficas en los ordenadores. Creado por IBM
este sistema permitia utilizar un bus de 8 ó 16
bits que funcionaba a una velocidad de 8
MHz.
Tras ISA siguieron otros estándares poco
innovadores que no tuvieron gran influencia
en el aumento de funcionalidad de las
tarjetas gráficas, con la introducción de bus
PCI se logró una significativa mejoría con
respecto a los sistemas anteriores.
El bus PCI fue introducido en el mundo de los
PC’s con un gran éxito en el año 1993 por
parte de INTEL.
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 ) es una interfaz
exclusivamente para tarjetas gráficas. Desarrollada
por INTEL en 1997.
Aumenta considerablemente la velocidad del Bus PCI,
consta de 32 bits pero una velocidad de transferencia
de 2133 MB/s en su versión 8x este aumento de debe a
su uso exclusivo para gráficos.
Además podía leer información como modelos y
texturas directamente de RAM mediante el sitema
Graphics Address Remapping Table (GART)
Es el sistema junto con AGP ( aunque cada vez
de utiliza menos ) que están ahora mismo
disponibles y el más utilizado.
Supone un incremento increíble en cuanto a su
predecesor.
Fue creado en 2004 por INTEL.
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.
De arriba abajo: PCI-E x4,
x16,x1 y x16 además de
Una ranura PCI
Empezaremos por la parte de las tarjetas que
más salta a la vista, el disipador. Este
elemento normalmente de cobre se encarga
de disipar el calor que genera el procesador
de la tarjeta (GPU).
Estos pueden ser simples bloques de cobre con
ventiladores o pueden ser en equipos mas
potentes, sistemas con refrigeración líquida.
En los últimos años el considerable aumento de
potencia de las tarjetas gráficas ha llevado a que
para que éstas funcionen sea necesario
alimentarlas directamente de la fuente.
En modelos anteriores debido a que su necesidad
de potencia no era tan elevada bastaba con la
potencia que suministraba la placa base.
La potencia se suministra mediante una toma de 6
u 8 pines.
Es la parte más importante de la tarjeta ya que
es el componentes encargado de realizar los
cálculos de lo que luego mostraremos en
pantalla. Es la parte de la tarjeta que más se
calienta.
Es una memoria de tipo GDDR ( Graphics Double Data
Rate ). Esto se debe a que las tarjetas necesitan una
memoria rápida pero que a su vez no se caliente
demasiado.
La memoria GDDR2 es funciona a 2.5 V. mientras que las
DDR2 funcionan a 1.8 V. esto se debe a que deben ir a
mayores velocidades por lo que generan mas calor.
Para solucionar esto surgieron las memorias GDDR3 que
se calientan menos y funcionan a unos voltajes de
entre 1.8 y 2 V.
Actualmente existen memorias GDDR5 que
mejoran aún más a las anteriores.
Las memorias GDDR al igual que las DDR2
están basadas en BGA (Ball Grid Array).
Memoria GDDR3
Memoria GDDR2
Para conocer a simple vista si una memoria es
GDDR2 o GDDR3 basta con apuntar el número
Que aparece bajo el fabricante y buscarlo en
La web del mismo.
Es importante fijarnos al comprar una tarjeta
de video que tenga las conexiones de salida
que más se ajusten a nuestras necesidades,
aunque hoy en día casi todas las tarjetas
traen como mínimo 2 ó 3 salidas.
A continuación se muestran algunos términos
comúnmente utilizados para hablar sobre la
funcionalidad de un adaptador de video.
FPS ( Frames per second ) indica cuantas imágenes por
segundo esta renderizando la GPU. Se utilizan los FPS
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 no
refresque la imagen de la pantalla.
Vértices: son puntos en el espacio que al juntarse entre sí
forman un modelo 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 efectos especiales de una aplicación 3D.
HDR: Efecto de luz que hace que las transiciones entre zonas oscuras
y claras 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 por la frecuencia de reloj.
Antialiasing: es la capacidad de hacer que los bordes de los objetos
en lugar de parecer dentados parezcan redondeados.
El procesador de el adaptador de video se compone de
diferentes partes.
ROP ( Raster Operator Units ) se encargan de escribir en
memoria los pixeles previamente calculados.
Vertex 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.
Imagen con los componentes de un procesador de la serie GT200 de Nvidia.
Al proceso que lleva desde la información
contenida en memoria hasta la imagen final
se le denomina Pipeline.
La efectividad de los programadores a la hora
de crear los algoritmos que intervienen y la
utilización de componentes veloces a la hora
de calcular determinan la calidad de el
producto final.
1.Transformación de los modelos calculando las
posiciones de los vértices en el espacio.
2.Iluminación de la geometría de los modelos
calculados anteriormente basándose 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 llega a formar
una imagen en 2D.
5.Clipping, durante esta fase se elimina aquello
que no podemos ver, ya que es 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 que finalmente se mostrara por pantalla.
8.Display 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, debido a la necesidad de sincronizar y
paralelizar un pipeline correctamente.
Ambos son API’s para facilitar la programación 3D.
Direct3D es propiedad de Microsoft y tiene la mayor
parte del mercado debido a la compatibilidad de los
juegos y apliaciones con Windows.
OpenGL, aunque también se puede ejecutar en
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 API’s surgió cómo solución a la
locura que podrían llegar a sufrir los
programadores intentando programar para cada
modelo de tarjeta.
Los programadores deben programar utilizando
estos API’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.
Creada por Nvidia
La tecnología LSI ( Scalable Link Interface ) se
basa en la partición horizontal de los frames
que se van a renderizar.
Se pueden llegar a conectar 4 tarjetas.
Conexiones y funcionamiento:
Las tarjetas se conectan con un cable denominado SLI 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 base.
Es necesario también que la placa base donde vamos a montar
las tarjetas tenga soporte SLI.
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.
Para repartir el trabajo entre las distintas
tarjetas existen 3 métodos.
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.
AFR ( Alternate Frame Rendering) reparte los frames a
renderizar dividiéndolos en pares e impares.
SLI Antialiasing es un método que permite mayor calidad en el
antialiasing al ejecutar una aplicación.
Creada por ATI
Esta tecnología al igual que la SLI de Nvidia se
basa en el principio de dividir la carga de
trabajo.
Se pueden conectar al igual que con SLI 4
tarjetas.
Conexiones y funcionamiento:
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.
Al igual que con SLI es necesario que la placa base lo soporte e
igualmente sólo una de las tarjetas se conecta a la salida.
El cable conecta las dos tarjetas entre sí, además conecta
la tarjeta maestro con el monitor.
Existen 4 métodos
AFR ( Alternate Frame Rendering) al igual que el método de el
sistema SLI, éste también se basa en que las tarjetas gráficas
calculen frames 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 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.
FarCry 2. Ultra High. FSAA 4x.DX10.
Frames Per Second
Cuando una tarjeta gráfica falla sin haber sufrido daños físicos, suele
ser principalmente por dos causas,no tiene los drivers actualizados
ó no tiene 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 que esté bien conectada al bus de la placa base.
Por último y mas fácil, puede darse el caso de que tocando los cables
hallamos desconectado la alimentación de la tarjeta.
Cualquier problema aparte de los mencionados arriba querrá decir
que desgraciadamente debemos comprarnos una nueva tarjeta de
video.
Yeray Miranda Betancor
Periféricos e interfaces