| Artículos | 01 ABR 2002

Cómo funcionan las tarjetas de vídeo

Tags: Histórico
Sumérjase en el sistema de vídeo de su PC
Félix Torán.
En esta nueva entrega presentamos el componente que convierte los datos proporcionados por la CPU en imágenes sobre el monitor del PC: la tarjeta de vídeo. Abordaremos su estructura, funcionamiento y características más importantes.

A pesar de disponer de una CPU muy potente, un PC no serviría de mucho sin la posibilidad de visualizar la información generada. Cualquier usuario desea obtener la información en forma de texto y/o imágenes; sólo así será fácil de interpretar por un ser humano. En un extremo se encuentra la CPU, que puede generar información visual (texto y gráficos), pero siempre representada en forma digital (unos y ceros). En el otro extremo, el monitor, un componente controlado mediante señales analógicas (digitales en el pasado), que indican qué puntos de la pantalla hay que iluminar, y con qué características (color, etc.). Queda clara, por tanto, la necesidad de un tercer elemento que actúe como intermediario o interfaz. Dicho componente se encarga de tomar la información digital que ofrece la CPU, y generar las señales apropiadas para controlar el monitor, haciendo que la información sea visible para el usuario. Tal subsistema se materializa en forma de un periférico estándar, conocido como tarjeta de vídeo (la Figura 1 muestra el aspecto de una tarjeta de vídeo actual). Los siguientes apartados se adentran en el mundo de las tarjetas de vídeo, mostrando su funcionamiento y características fundamentales. Como apreciará, dichas tarjetas son, actualmente, mucho más que un mero intermediario.

Funcionamiento de la tarjeta de vídeo
Las primeras tarjetas de vídeo ligadas al mundo del PC eran realmente sencillas. Tan sólo se encargaban de tomar la información producida por la CPU, y crear la imagen correspondiente sobre el monitor del PC. En otras palabras, funcionaban prácticamente como un convertidor digital/analógico. Esto era llevadero, puesto que las imágenes a visualizar se componían simplemente de texto, y ni siquiera se aplicaba color. Por tanto, las imágenes a mostrar se componían de una reducida cantidad de datos.
Con el paso del tiempo, los sistemas operativos gráficos (principalmente, Windows) entraron en escena. El PC se ha visto obligado a manejar un volumen de información extremadamente mayor: imágenes con una gran resolución y miles (o millones) de colores. Si la CPU tuviera que producir tal cantidad de información y, aún más, operar con ella, el tiempo de cálculo necesario sería prohibitivo, y tendría un impacto negativo en el rendimiento del sistema. Para hacerse una idea, imagine el “esfuerzo” que supondría para la CPU tener que dibujar entidades como ventanas, cursores e iconos, y mover (re-dibujar) toda esa información conforme sea requerido. La CPU invertiría un altísimo porcentaje de su tiempo en operaciones gráficas, evitando que los programas se ejecutasen de forma ágil.
Por ello, las tarjetas de vídeo se convirtieron en algo más que un intermediario entre la CPU y el monitor, y pasaron a denominarse “tarjetas aceleradoras”. Además, la popularidad de Windows en el mundo del PC hizo que dichas tarjetas se conocieran comúnmente como “tarjetas aceleradoras de Windows”. La mejora fundamental consiste en añadir inteligencia a la tarjeta, es decir, capacidad de procesamiento. Usando una tarjeta aceleradora, cuando el sistema debe dibujar una ventana, la CPU no debe generarla punto a punto. Por el contrario, la CPU simplemente indica a la tarjeta que quiere dibujar dicha ventana con ciertas características, y la tarjeta se encarga de hacer las operaciones necesarias para hacer efectivo el trazado en pantalla. De esta forma, la CPU no se dedica a las operaciones gráficas, y emplea su tiempo para otras tareas, con un importante incremento del rendimiento del PC. Por su parte, la tarjeta aceleradora realiza su trabajo a mayor velocidad que lo haría la CPU, ya que está optimizada para ello. De todo lo anterior se deduce que la tarjeta aceleradora se comporta como un co-procesador destinado a operaciones gráficas (tal y como el co-procesador matemático hacía con las operaciones en coma flotante).
Teniendo en cuenta la estrecha relación entre el PC y los sistemas operativos gráficos, podemos intuir que hoy cualquier tarjeta de vídeo cumple con la función aceleradora.
Sobre todo, se debe retener una idea principal: las tarjetas de vídeo son, actualmente, un componente crítico. Si no son lo suficientemente inteligentes, rápidas, dotadas de memoria y ágilmente comunicadas con la CPU, el rendimiento del PC se verá afectado en gran medida.

Componentes de una tarjeta de vídeo
Tal y como se muestra en la Figura 2, la tarjeta de vídeo se compone de tres subsistemas fundamentales: el vídeo chipset, la memoria de vídeo (conocida en inglés como frame buffer) y el RAMDAC.
La función aceleradora de las tarjetas implica capacidad de cálculo, y por tanto exige la existencia de un procesador integrado en la tarjeta. Hace años, dicho procesador se implementaba mediante un conjunto de chips, y de ahí el nombre de vídeo chipset. Actualmente, las tecnologías de integración permiten implementar tal procesador en un único chip o GPU (en la Figura 1, cubierto por un ventilador), que no es raro que se caracterice por una complejidad superior a la de algunas CPU como el Pentium III. Muchos fabricantes diseñan sus propios chipsets para sus tarjetas de vídeo, como es el caso de Matrox. Esto permite un gran control sobre el diseño y el desarrollo de controladores eficientes. Esta aproximación implica un mayor esfuerzo en el desarrollo de la tarjeta pero, con frecuencia, da como resultado un producto muy optimizado. En cambio, otros fabricantes toman chipsets de terceros y los integran en el diseño de su tarjeta. Por ejemplo, la firma Diamond Multimedia fabricaba la tarjeta Diamond Monster 3D II, que está basada en el chipset Voodoo 2 (de la firma 3Dfx). Entre los más conocidos fabricantes de chipsets se encuentran Intel, ATi, Matrox y nVidia. En la Figura 4 se puede apreciar una de las GPU más populares, el GeForce de la firma nVidia.
Tras las operaciones gráficas que realiza el chipset, el resultado es la información de vídeo a mostrar en el monitor, siempre en formato digital. Al igual que la CPU necesita a la RAM para almacenar los resultados de las operaciones, la GPU también necesita almacenar la información de vídeo resultante en una memoria. En los inicios del PC, el requerimiento de espacio no era mucho (ya que se trabajaba básicamente con texto). De hecho, bastaba con unos 2 kB para almacenar una pantalla de texto monocromo. Por ello, se empleaba una zona especial de la memoria superior del sistema (UMA) para alojar los datos de vídeo. La CPU colocaba allí la información a visualizar, y la tarjeta de vídeo la tomaba de allí para enviarla al monitor. Hoy en día, la cantidad de datos a manejar es tan grande que no resultaría nada beneficioso emplear la memoria del sistema para tareas de visualización. Por ello, las tarjetas de vídeo integran su propia memoria RAM. La cantidad y el rendimiento de la memoria empleada tienen tanta importancia como la eficiencia del chipset. Por ello, es importante prestar atención a las especificaciones del fabricante: cuánta memoria se integra en la tarjeta y cuáles son sus prestaciones.
Por el momento, la información producida por el chipset (y a

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