Yeray Miranda Betancor Periféricos e interfaces
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.
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