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