Unidad central de procesamiento:
La unidad central de procesamiento o CPU (por el acrónimo en
inglés de central processing unit), o simplemente el procesador o
microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos
programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y
procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la
computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes
necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el
almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como
microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde
mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado
casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término
"CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.
Oblea de un microprocesador Intel 80486DX2 (tamaño: 12×6,75
mm) en su empaquetado.
Central Processing Unit (CPU, Unidad Central de
Procesamiento) también llamado procesador, es el componente principal del
ordenador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones
contenidas en los programas y procesa los datos. Las CPU proporcionan la
característica fundamental del ordenador digital (la programabilidad) y son uno
de los componentes necesarios encontrados en los ordenadores de cualquier
tiempo, junto con la memoria principal y los dispositivos de entrada/salida.
Operación del CPU[editar]
La operación fundamental de la mayoría de las CPU es
ejecutar una secuencia de instrucciones almacenadas llamadas
"programa". El programa es representado por una serie de números que
se mantienen en una cierta clase de memoria de ordenador.
Memoria RAM: Se utiliza como memoria de trabajo para el
sistema operativo, los programas y la mayoría del software. Es allí donde se
cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de
cómputo. Se denominan "de acceso aleatorio" porque se puede leer o
escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para
cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la
información de la manera más rápida posible.
Tecnologías de memoria
La tecnología de memoria actual usa una señal de sincronización
para realizar las funciones de lectura-escritura de manera que siempre esta
sincronizada con un reloj del bus de memoria, a diferencia de las antiguas
memorias FPM y EDO que eran asíncronas. Hace más de una década toda la
industria se decantó por las tecnologías síncronas, ya que permiten construir
integrados que funcionen a una frecuencia superior a 66 MHz.
Tipos de DIMMs según su cantidad de Contactos o Pines:
• 72-pin
SO-DIMM (no el mismo que un 72-pin SIMM), usados por FPM DRAM y EDO DRAM
• 100-pin
DIMM, usados por printer SDRAM
• 144-pin
SO-DIMM, usados por SDR SDRAM
• 168-pin
DIMM, usados por SDR SDRAM (menos frecuente para FPM/EDO DRAM en áreas de
trabajo y/o servidores)
• 172-pin
MicroDIMM, usados por DDR SDRAM
• 184-pin
DIMM, usados por DDR SDRAM
• 200-pin
SO-DIMM, usados por DDR SDRAM y DDR2 SDRAM
• 204-pin
SO-DIMM, usados por DDR3 SDRAM
• 240-pin
DIMM, usados por DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM y FB-DIMM DRAM
• 244-pin
MiniDIMM, usados por DDR2 SDRAM
Memorias RAM con tecnologías usadas en la actualidad.
SDR SDRAM
Artículo principal: SDR SDRAM.
Memoria síncrona, con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns
y que se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los
Pentium II y en los Pentium III , así como en los AMD K6, AMD Athlon K7 y
Duron. Está muy extendida la creencia de que se llamaSDRAM a secas, y que la
denominación SDR SDRAM es para diferenciarla de la memoria DDR, pero no es así,
simplemente se extendió muy rápido la denominación incorrecta. El nombre
correcto es SDR SDRAM ya que ambas (tanto la SDR como la DDR) son memorias
síncronas dinámicas. Los tipos disponibles son:
• PC66: SDR
SDRAM, funciona a un máx de 66,6 MHz.
• PC100:
SDR SDRAM, funciona a un máx de 100 MHz.
• PC133:
SDR SDRAM, funciona a un máx de 133,3 MHz.
RDRAM
Artículo principal: RDRAM.
Se presentan en módulos RIMM de 184 contactos. Fue utilizada
en los Pentium IV . Era la memoria más rápida en su tiempo, pero por su elevado
costo fue rápidamente cambiada por la económica DDR. Los tipos disponibles son:
• PC600:
RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 300 MHz.
• PC700:
RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 356 MHz.
• PC800:
RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 400 MHz.
• PC1066:
RIMM RDRAM, funciona a un máximo de 533 MHz.
DDR SDRAM
Artículo principal: DDR SDRAM.
Memoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo
de reloj. De este modo trabaja al doble de velocidad del bus del sistema, sin
necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se presenta en módulos DIMM de
184 contactos en el caso de ordenador de escritorio y en módulos de 144
contactos para los ordenadores portátiles. Los tipos disponibles son:
• PC1600 o
DDR 200: funciona a un máx de 200 MHz.
• PC2100 o
DDR 266: funciona a un máx de 266,6 MHz.
• PC2700 o
DDR 333: funciona a un máx de 333,3 MHz.
• PC3200 o
DDR 400: funciona a un máx de 400 MHz.
• PC4500 o
DRR 500: funciona a una máx de 500 MHz
DDR2 SDRAM
Módulos de memoria instalados de 256 MiB cada uno en un
sistema con doble canal.
Artículo principal: DDR2 SDRAM.
Las memorias DDR 2 son una mejora de las memorias DDR
(Double Data Rate), que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al
doble de la frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj
se realicen cuatro transferencias. Se presentan en módulosDIMM de 240
contactos. Los tipos disponibles son:
• PC2-4200
o DDR2-533: funciona a un máx de 533,3 MHz.
• PC2-5300
o DDR2-667: funciona a un máx de 666,6 MHz.
• PC2-6400
o DDR2-800: funciona a un máx de 800 MHz.
• PC2-8600
o DDR2-1066: funciona a un máx de 1066,6 MHz.
• PC2-9000
o DDR2-1200: funciona a un máx de 1200 MHz
DDR3 SDRAM
Artículo principal: DDR3 SDRAM.
Las memorias DDR 3 son una mejora de las memorias DDR 2,
proporcionan significantes mejoras en el rendimiento en niveles de bajo
voltaje, lo que lleva consigo una disminución del gasto global de consumo. Los
módulos DIMM DDR 3 tienen 240 pines, el mismo número que DDR 2; sin embargo,
los DIMMs son físicamente incompatibles, debido a una ubicación diferente de la
muesca. Los tipos disponibles son:
• PC3-6400
o DDR3-800: funciona a un máx de 800 MHz.
• PC3-8500
o DDR3-1066: funciona a un máx de 1066,6 MHz.
• PC3-10600
o DDR3-1333: funciona a un máx de 1333,3 MHz.
• PC3-12800
o DDR3-1600: funciona a un máx de 1600 MHz.
• PC3-14900
o DDR3-1866: funciona a un máx de 1866,6 MHz.
• PC3-17000
o DDR3-2133: funciona a un máx de 2133,3 MHz.
• PC3-19200
o DDR3-2400: funciona a un máx de 2400 MHz.
• PC3-21300
o DD3-2666: funciona a un máx de 2666,6 MHz.
Módulos de la memoria RAM
Formato SO-DIMM.
Los módulos de memoria RAM son tarjetas de circuito impreso
que tienen soldados integrados de memoria DRAM por una o ambas caras. La
implementación DRAM se basa en una topología de Circuito eléctrico que permite
alcanzar densidades altas de memoria por cantidad de transistores, logrando
integrados de cientos o miles de megabits. Además de DRAM, los módulos poseen
un integrado que permiten la identificación de los mismos ante el computador
por medio del protocolo de comunicación SPD.
La conexión con los demás componentes se realiza por medio
de un área de pines en uno de los filos del circuito impreso, que permiten que
el modulo al ser instalado en un zócalo apropiado de la placa base, tenga buen
contacto eléctrico con los controladores de memoria y las fuentes de
alimentación. Los primeros módulos comerciales de memoria eran SIPP de formato
propietario, es decir no había un estándar entre distintas marcas. Otros
módulos propietarios bastante conocidos fueron los RIMM, ideados por la empresa
RAMBUS.
La necesidad de hacer intercambiable los módulos y de
utilizar integrados de distintos fabricantes condujo al establecimiento de
estándares de la industria como los JEDEC.
• Módulos
SIMM: Formato usado en computadores antiguos. Tenían un bus de datos de 16 ó 32
bits
• Módulos
DIMM: Usado en computadores de escritorio. Se caracterizan por tener un bus de
datos de 64 bits.
• Módulos
SO-DIMM: Usado en computadores portátiles. Formato miniaturizado de DIMM.
Relación con el resto del sistema
Diagrama de la arquitectura de un ordenador.
Dentro de la jerarquía de memoria la RAM se encuentra en un
nivel después de los registros del procesador y de las cachés en cuanto a
velocidad. Los módulos de memoria se conectan eléctricamente a un controlador
de memoria que gestiona las señales entrantes y salientes de los integrados
DRAM. Las señales son de tres tipos: direccionamiento, datos y señales de
control. En el módulo de memoria esas señales están divididas en dos buses y un
conjunto misceláneo de líneas de control y alimentación, Entre todas forman el
bus de memoria que conecta la RAM con su controlador:
• Bus de
datos: Son las líneas que llevan información entre los integrados y el
controlador. Por lo general están agrupados en octetos siendo de 8,16,32 y 64
bits, cantidad que debe igualar el ancho del bus de datos del procesador. En el
pasado, algunos formatos de modulo, no tenían un ancho de bus igual al del
procesador.En ese caso había que montar módulos en pares o en situaciones
extremas, de a 4 módulos, para completar lo que se denominaba banco de memoria,
de otro modo el sistema no funciona. Esa fue la principal razón para aumentar
el número de pines en los módulos, igualando al ancho de bus de procesadores
como el Pentium a 64 bits, a principios de los 90.
• Bus de
direcciones: Es un bus en el cual se colocan las direcciones de memoria a las
que se requiere acceder. No es igual al bus de direcciones del resto del
sistema, ya que está multiplexado de manera que la dirección se envía en dos
etapas.Para ello el controlador realiza temporizaciones y usa las líneas de
control. En cada estándar de módulo se establece un tamaño máximo en bits de
este bus, estableciendo un límite teórico de la capacidad máxima por módulo.
• Señales
misceláneas: Entre las que están las de la alimentación (Vdd, Vss) que se
encargan de entregar potencia a los integrados. Están las líneas de
comunicación para el integrado depresencia que sirve para identificar cada
módulo. Están las líneas de control entre las que se encuentran las llamadas
RAS (row address strobe) y CAS (column address strobe) que controlan el bus de
direcciones, por último están las señales de reloj en las memorias sincrónicas
SDRAM.
Algunos controladores de memoria en sistemas como PC y
servidores se encuentran embebidos en el llamado "North Bridge" o "Puente
Norte" de la placa base. Otros sistemas incluyen el controlador dentro del
mismo procesador (en el caso de los procesadores desde AMD Athlon 64 e Intel
Core i7 y posteriores). En la mayoría de los casos el tipo de memoria que puede
manejar el sistema está limitado por los sockets para RAM instalados en la
placa base, a pesar que los controladores de memoria en muchos casos son
capaces de conectarse con tecnologías de memoria distintas.
Una característica especial de algunos controladores de
memoria, es el manejo de la tecnología canal doble (Dual Channel), donde el
controlador maneja bancos de memoria de 128 bits, siendo capaz de entregar los
datos de manera intercalada, optando por uno u otro canal, reduciendo las
latencias vistas por el procesador. La mejora en el desempeño es variable y
depende de la configuración y uso del equipo. Esta característica ha promovido
la modificación de los controladores de memoria, resultando en la aparición de
nuevos chipsets (la serie 865 y 875 de Intel) o de nuevos zócalos de procesador
en los AMD (el 939 con canal doble , reemplazo el 754 de canal sencillo). Los
equipos de gama media y alta por lo general se fabrican basados en chipsets o
zócalos que soportan doble canal o superior, como en el caso del zócalo (o socket,
en inglés) 1366 de Intel, que usaba un triple canal de memoria, o su nuevo LGA
2011 que usa cuádruple canal.
Tarjeta gráfica
Tarjeta Gráfica PCI-Express
Una tarjeta gráfica, tarjeta de vídeo, placa de vídeo,
tarjeta aceleradora de gráficos o adaptador de pantalla, es unatarjeta de
expansión para una computadora u ordenador, encargada de procesar los datos
provenientes de la CPU y transformarlos en información comprensible y
representable en un dispositivo de salida, como un monitor o televisor. Las
tarjetas gráficas más comunes son las disponibles para las computadoras
compatibles con la IBM PC, debido a la enorme popularidad de éstas, pero otras
arquitecturas también hacen uso de este tipo de dispositivos.
Es habitual que se utilice el mismo término tanto a las
habituales tarjetas dedicadas y separadas como a las GPU integradas en la placa
base. Algunas tarjetas gráficas han ofrecido funcionalidades añadidas como
captura de vídeo, sintonización de TV, decodificación MPEG-21 y MPEG-4 o
incluso conectores Firewire, de ratón, lápiz óptico o joystick.
Las tarjetas gráficas no son dominio exclusivo de los PC;
contaron o cuentan con ellas dispositivos como los Commodore Amiga(conectadas
mediante las ranuras Zorro II y Zorro III), Apple II, Apple Macintosh,
Spectravideo SVI-328, equipos MSX y, por supuesto, en las videoconsolas
modernas, como la Wii U, la Playstation 3 y la Xbox360.
Componentes
Una unidad de procesamiento gráfico.
GPU
La GPU, —acrónimo de «graphics processing unit», que
significa «unidad de procesamiento gráfico»— es un procesador (como la CPU)
dedicado al procesamiento de gráficos; su razón de ser es aligerar la carga de
trabajo del procesador central y, por ello, está optimizada para el cálculo
encoma flotante, predominante en las funciones 3D. La mayor parte de la
información ofrecida en la especificación de una tarjeta gráfica se refiere a
las características de la GPU, pues constituye la parte más importante de la
tarjeta gráfica, así como la principal determinante del rendimiento. Tres de
las más importantes de dichas características son la frecuencia de reloj del
núcleo, que en la actualidad oscila entre 825 MHz en las tarjetas de gama baja
y 1200 MHz, e incluso más, en las de gama alta, el número de procesadores
shaders y el número de pipelines (vertex y fragment shaders), encargadas de
traducir una imagen 3D compuesta por vértices y líneas en una imagen 2D
compuesta por píxeles. Elementos generales de una GPU:
• Shaders:
Es elemento más notable de potencia de una GPU, estos shaders unificados
reciben el nombre de núcleos CUDA en el caso de nvidia yProcesadores Stream en
el caso de AMD. Son una evolución natural de los antiguos pixel shader
(encargados de la rasterización de texturas) y vertex shader (encargados de la
geometría de los objetos), los cuales anteriormente actuaban de forma
independiente. Los shaders unificados son capaces de actuar tanto de vertex
shader como de pixel shader según la demanda, aparecieron en el 2007 con los
chips G90 de nvidia (Series 8000) y los chips R600 para AMD (Series HD 2000),
antigua ATi, incrementando la potencia drásticamente respecto a sus familias
anteriores
• ROP: Se
encargan de representar los datos procesados por la GPU en la pantalla, además
también es el encargado de los filtros como Antialiasing.
Memoria gráfica de acceso aleatorio[editar]
Son chips de memoria que almacenan y transportan información
entre sí, no son determinantes en el rendimiento máximo de la tarjeta gráfica,
pero bien unas especificaciones reducidas pueden limitar la potencia de la GPU.
Existen de dos tipos, Dedicada cuando, la tarjeta gráfica o la GPU dispone
exclusivamente para sí esas memorias, ésta manera es la más eficiente y la que
mejores resultados da; y compartida cuando se utiliza memoria en detrimento de
la memoria RAM, ésta memoria es mucho más lenta que la dedicada y por tanto su
rendimiento es menor, es recurrente en campañas de márketing con mensajes tipo
Tarjeta gráfica de "Hasta ~ MB" para engañar al consumidor haciéndole
creer que la potencia de esa tarjeta gráfica reside en su cantidad de memoria.
• Las
características de memoria gráfica de una tarjeta gráfica se expresan en 3
características:
• Capacidad:
La capacidad de la memoria determina el número máximo de datos y texturas
procesadas, una capacidad insuficiente se traduce en un retardo a espera de que
se vacíen esos datos. Sin embargo es un valor muy sobrevalorado como estrategia
recurrente de márketing para engañar al consumidor, tratando de hacer creer que
el rendimiento de una tarjeta gráfica se mide por la capacidad de su memoria;
tal es ésta tendencia, que muchos ensambladores embuten ingentes cantidades de
memoria con GPU incompatibles con dicha capacidad, resultando una pérdida
notable de la velocidad de dichas memorias, dando como resultado una tarjeta
gráfica mucho más lenta que la que contiene una memoria mucho más pequeña y
suficiente al sector al que va a pertenecer la tarjeta gráfica y recomendado
por el fabricante. Se mide en bytes
• Interfaz
de Memoria: También denominado Bus de datos, es la multiplicación resultante
del de ancho de bits de cada chip por su número de unidades. Es una
característica importante y determinante, junto a la velocidad de la memoria, a
la cantidad de datos que puede transferir en un tiempo determinado, denominado
ancho de banda. Una analogía al ancho de banda se podría asociar al ancho de
una autopista o carriles y al número de vehículos que podrían circular a la
vez. La interfaz de memoria se mide en bits.
• Velocidad
de Memoria: Es la velocidad a la que las memorias pueden transportar los datos
procesados, por lo que es complemento a la interfaz de memoria para determinar
el ancho de banda total de datos en un tiempo determinado. Continuando la
analogía de la circulación de los vehículos de la autopista, la velocidad de
memoria se traduciría en la velocidad máxima de circulación de los vehículos,
dando resultado a un mayor transporte de mercancía en un mismo periodo de
tiempo.
• Ancho de
banda: Es la tasa de datos que pueden transportarse en una unidad de tiempo. Un
ancho de banda insuficiente se traduce en un importante limitador de potencia
de la GPU. Habitualmente se mide en "Gigabytes por segundo" (GB/s).
Su fórmula general es el cociente del producto de la
interfaz de memoria (expresada en bits) por la frecuencia efectiva de las
memorias (expresada en Gigahertzios), entre 8 para convertir bits a bytes.
Por ejemplo, tenemos una tarjeta gráfica con 256 bits de
interfaz de memoria y 4200 MHz de frecuencia efectiva y necesitamos hallar su
ancho de banda:
Una parte importante de la memoria de un adaptador de vídeo
es el Z-Buffer, encargado de gestionar las coordenadas de profundidad de las
imágenes en los gráficos 3D.
RAMDAC[editar]
El RAMDAC es un conversor de señal digital a analógico de
memoria RAM. Se encarga de transformar las señales digitales producidas en el
ordenador en una señal analógica que sea interpretable por el monitor. Según el
número de bits que maneje a la vez y la velocidad con que lo haga, el conversor
será capaz de dar soporte a diferentes velocidades de refresco del monitor (se
recomienda trabajar a partir de 75 Hz, y nunca inferior a 60).9 Dada la
creciente popularidad de los monitores de señal digital, el RAMDAC está
quedando obsoleto, puesto que no es necesaria la conversión analógica si bien
es cierto que muchos conservan conexión VGA por compatibilidad.
Espacio que ocupan las texturas almacenadas[editar]
El espacio que ocupa una imagen representada en el monitor
viene dada en función de su resolución y su profundidad de color, es decir, una
imagen sin comprimir en formato estándar Full HDcon 1920x1080 píxeles y 32 bits
de profundidad de color ocuparía 66.355.200 bits, es decir, 8,294 MiB
Salidas[editar]
Salidas HDMI, D-Sub 15 y DVI de una tarjeta gráfica
Salidas SVGA, S-Video y DVI de una tarjeta gráfica
Los sistemas de conexión más habituales entre la tarjeta
gráfica y el dispositivo visualizador (como un monitoro un televisor) son:
• SVGA/Dsub-15:
Estándar analógico de los años 1990; diseñado para dispositivos CRT, sufre de
ruido eléctrico y distorsión por la conversión de digital a analógico y el
error de muestreo al evaluar los píxeles a enviar al monitor. Se conecta
mediante pines. Su utilización continúa muy extendida a día de hoy, aunque
claramente muestra una reducción frente al DVI en los últimos años.
• DVI:
Sustituto del anterior, pero digital, fue diseñado para obtener la máxima
calidad de visualización en las pantallas digitales o proyectores. Se conecta
mediante pines. Evita la distorsión y el ruido al corresponder directamente un
píxel a representar con uno del monitor en la resolución nativa del mismo. Cada
vez más adoptado, aunque compite con el HDMI, pues el DVI no es capaz de
transmitir audio.
• HDMI:
Tecnología propietaria transmisora de audio y vídeo digital de alta definición
cifrado sin compresión en un mismo cable. Se conecta mediante patillas de
contacto. No esta pensado inicialmente para monitores, sino para Televisiones,
por ello no apaga la pantalla cuando deja de recibir señal y debe hacerse
manualmente en caso de monitores.
Otras no tan extendidas por un uso minoritatio, no
implementadas u obsoletas son:
• DisplayPort:
Puerto para tarjetas gráficas creado por VESA y rival del HDMI, transfiere
vídeo a alta resolución y audio. Sus ventajas son que está libre de patentes, y
por ende de regalías para incorporarlo a los aparatos, también dispone de unas
pestañas para anclar el conector impidiendo que se desconecte el cable
accidentalmente. Cada vez más tarjetas gráficas van adoptando este sistema,
aunque a día de hoy, sigue siendo su uso minoritario, existe una versión
reducida de dicho conector llamada Mini DisplayPort, muy usada para tarjetas gráficas
con multitud de salidas simultáneas, como pueden ser 5.
• S-Video:
implementado sobre todo en tarjetas con sintonizador TV y/o chips con soporte
de vídeo NTSC/PAL, simplemente se está quedando obsoleto.
• Vídeo
Compuesto: analógico de muy baja resolución mediante conector RCA.
Completamente en desuso para tarjetas gráficas, aunque sigue siendo usado para
TV.
• Vídeo por
componentes: Sistema analógico de transmisión de vídeo de alta definición,
utilizado también para proyectores; de calidad comparable a la de SVGA, dispone
de tres clavijas (Y,Cb y Cr). Anteriormente usado en PCs y estaciones de
trabajo de gama alta, ha quedador relegado a TV y videoconsolas.
• DA-15
conector RGB usado mayoritariamente en los antiguos Apple Macintosh.
Completamente en desuso.
• Digital
TTL DE-9 : usado por las primitivas tarjetas de IBM (MDA, CGA y variantes, EGA
y muy contadas VGA). Completamente obsoleto
Interfaces con la placa base[editar]
Bus Anchura
(bits)
Frecuencia
(MHz)
Ancho
de banda
(MB/s)
Puerto
ISA XT
8 4,77 8 Paralelo
ISA AT 16 8,33 16 Paralelo
MCA
32 10 20 Paralelo
EISA
32 8,33 32 Paralelo
VESA
32 40 160 Paralelo
PCI
32 - 64 33 - 100 132 - 800 Paralelo
AGP 1x
32 66 264 Paralelo
AGP 2x 32 133 528 Paralelo
AGP 4x 32 266 1000 Paralelo
AGP 8x 32 533 2000 Paralelo
PCIe x1
1*32 25 / 50 100 / 200 Serie
PCIe x4 1*32 25 / 50 400
/ 800 Serie
PCIe x8 1*32 25 / 50 800
/ 1600 Serie
PCIe x16 1*32 25 / 50 1600
/ 3200 Serie
PCIe x16 2.0 1*32 25 / 50 3200
/ 6400 Serie
En orden cronológico, los sistemas de conexión entre la tarjeta
gráfica y la placa base han sido, principalmente:
• Slot MSX
: bus de 8 bits usado en los equipos MSX
• ISA:
arquitectura de bus de 16 bits a 8 MHz, dominante durante los años 1980; fue
creada en 1981 para los IBM PC.
• Zorro II
usado en los Commodore Amiga 2000 y Commodore Amiga 1500.
• Zorro III
usado en los Commodore Amiga 3000 y Commodore Amiga 4000
• NuBus
usado en los Apple Macintosh
• Processor
Direct Slot usado en los Apple Macintosh
• MCA:
intento de sustitución en 1987 de ISA por IBM. Disponía de 32 bits y una
velocidad de 10 MHz, pero era incompatible con los anteriores.
• EISA:
respuesta en 1988 de la competencia de IBM; de 32 bits, 8.33 MHz y compatible
con las placas anteriores.
• VESA:
extensión de ISA que solucionaba la restricción de los 16 bits, duplicando el
tamaño de bus y con una velocidad de 33 MHz.
• PCI: bus
que desplazó a los anteriores a partir de 1993; con un tamaño de 32 bits y una
velocidad de 33 MHz, permitía una configuración dinámica de los dispositivos
conectados sin necesidad de ajustar manualmente los jumpers. PCI-X fue una
versión que aumentó el tamaño del bus hasta 64 bits y aumentó su velocidad
hasta los 133 MHz.
• AGP: bus
dedicado, de 32 bits como PCI; en 1997 la versión inicial incrementaba la
velocidad hasta los 66 MHz.
• PCIe:
interfaz serie que desde 2004 empezó a competir contra AGP, llegando a doblar
en 2006 el ancho de banda de aquel. Sufre de constantes revisiones
multiplicando su ancho de banda, ya existiendo la versión 2.0 y pronto, la 3.0.
No debe confundirse con PCI-X, versión de PCI.
En la tabla adjunta10 11 se muestran las características más
relevantes de algunas de dichas interfaces.
Dispositivos refrigerantes[editar]
Conjunto de disipador y ventilador.
Debido a las cargas de trabajo a las que son sometidas, las
tarjetas gráficas alcanzan temperaturas muy altas. Si no es tenido en cuenta,
el calor generado puede hacer fallar, bloquear o incluso averiar el
dispositivo. Para evitarlo, se incorporan dispositivos refrigerantes que
eliminen el calor excesivo de la tarjeta. Se distinguen dos tipos:
• Disipador:
dispositivo pasivo (sin partes móviles y, por tanto, silencioso); compuesto de
un metal muy conductor del calor, extrae este de la tarjeta. Su eficiencia va
en función de la estructura y la superficie total, por lo que a mayor demanda
de refrigeración, mayor debe ser la superficie del disipador.
• Ventilador:
dispositivo activo (con partes móviles); aleja el calor emanado de la tarjeta
al mover el aire cercano. Es menos eficiente que un disipador, siempre que nos
refiramos al ventilador sólo, y produce ruido al tener partes móviles.
Aunque diferentes, ambos tipos de dispositivo son
compatibles entre sí y suelen ser montados juntos en las tarjetas gráficas; un
disipador sobre la GPU (el componente que más calor genera en la tarjeta, y en
muchas ocasiones, de todo el PC) extrae el calor, y un ventilador sobre él
aleja el aire caliente del conjunto.
• Refrigeración
Líquida: La refrigeración líquida o watercooling es una técnica de enfriamiento
utilizando agua en vez de disipadores de calor y ventiladores (dentro del
chasis), logrando así excelentes resultados en cuanto a temperaturas, y con
enormes posibilidades en overclock. Se suele realizar con circuitos de agua
estancos.
El agua, y cualquier líquido refrigerante, tienen mayor
capacidad térmica que el aire. A partir de este principio, la idea es extraer
el calor generado por los componentes de la computadora usando como medio el
agua, enfriarla una vez fuera del gabinete y luego reintroducirla.
Alimentación[editar]
Hasta ahora la alimentación eléctrica de las tarjetas
gráficas no había supuesto un gran problema, sin embargo, la tendencia actual
de las nuevas tarjetas es consumir cada vez más energía. Aunque las fuentes de
alimentación son cada día más potentes, la insuficiencia energética se
encuentra en la que puede proporcionar el puerto PCIe que sólo es capaz de
aportar una potencia por sí sólo de 75 W.12 Por este motivo, las tarjetas
gráficas con un consumo superior al que puede suministrar PCIe incluyen un
conector (PCIe power connector)13 que permite una conexión directa entre la
fuente de alimentación y la tarjeta, sin tener que pasar por la placa base, y,
por tanto, por el puerto PCIe.
Aun así, se pronostica que no dentro de mucho tiempo las
tarjetas gráficas podrían necesitar una fuente de alimentación propia,
convirtiéndose dicho conjunto en dispositivos externos.14
Tipos antiguos de tarjetas gráficas
Tarjeta MDA
"Monochrome Display Adapter" o Adaptador
monocromo. Fue lanzada por IBM como una memoria de 4 KiB de forma exclusiva
para monitores TTL (que representaban los clásicos caracteres en ámbar o
verde). No disponía de gráficos y su única resolución era la presentada en modo
texto (80x25) en caracteres de 14x9 puntos, sin ninguna posibilidad de configuración.
Básicamente esta tarjeta usa el controlador de vídeo para
leer de la ROM la matriz de puntos que se desea visualizar y se envía al
monitor como información serie. No debe sorprender la falta de procesamiento
gráfico, ya que, en estos primeros PC no existían aplicaciones que realmente
pudiesen aprovechar un buen sistema de vídeo. Prácticamente todo se limitaba a
información en modo texto.
Este tipo de tarjeta se identifica rápidamente ya que
incluye (o incluía en su día) un puerto de comunicación para la impresora ¡Una
asociación más que extraña a día de hoy!
Tarjeta CGA[editar]
"Color Graphics Array" o "Color graphics
adapter" según el texto al que se recurra. Aparece en el año 1981 también
de la mano de IBM y fue muy extendida. Permitía matrices de caracteres de 8x8
puntos en pantallas de 25 filas y 80 columnas, aunque solo usaba 7x7 puntos
para representar los caracteres. Este detalle le imposibilitaba el representar
subrayados, por lo que los sustituía por diferentes intensidades en el carácter
en cuestión.En modo gráfico admitía resoluciones de hasta 640x200. La memoria
era de 16 KiB y solo era compatible con monitores RGB y Compuestos. A pesar de
ser superior a la MDA, muchos usuarios preferían esta última dado que la
distancia entre puntos de la rejilla de potencial en los monitores CGA era
mayor. El tratamiento del color, por supuesto de modo digital, se realizaba con
tres bits y uno más para intensidades. Así era posible lograr 8 colores con dos
intensidades cada uno, es decir, un total de 16 tonalidades diferentes pero no
reproducibles en todas las resoluciones tal y como se muestra en el cuadro
adjunto.
Esta tarjeta tenía un fallo bastante habitual y era el
conocido como "snow". Este problema era de carácter aleatorio y
consistía en la aparición de "nieve" en la pantalla (puntos
brillantes e intermitentes que distorsionaban la imagen). Tanto era así que
algunas BIOS de la época incluían en su SETUP la opción de eliminación de nieve
("No snow").
Tarjeta HGC
"Hercules Graphics Card" o más popularmente
conocida como Hércules (nombre de la empresa productora), aparece en el año
1982, con gran éxito convirtiéndose en un estándar de vídeo a pesar de no
disponer del soporte de las rutinas de la BIOS por parte de IBM. Su resolución
era de 720x348 puntos en monocromo con 64 KiB de memoria. Al no disponer de
color, la única misión de la memoria es la de referenciar cada uno de los
puntos de la pantalla usando 30,58 KiB para el modo gráfico (1 bit x 720 x 348)
y el resto para el modo texto y otras funciones. Las lecturas se realizaban a
una frecuencia de 50 HZ, gestionadas por el controlador de vídeo 6845. Los
caracteres se dibujaban en matrices de 14x9 puntos.
Diseñadores, Fabricantes y ensambladores[editar]
Diseñadores
de GPU
AMD nVIDIA
Ensambladores de Tarjetas GECUBE POINT OF VIEW
CLUB3D CLUB3D
POWERCOLOR EVGA
MSI MSI
XFX GAINWARD
ASUS ASUS
SAPPHIRE ZOTAC
GIGABYTE GIGABYTE
HIS ECS ELITEGROUP
DIAMOND PNY
- SPARKLE
- GALAXY
- PALIT
En el mercado de las tarjetas gráficas hay que distinguir tres
tipos de fabricantes:
• Diseñadores
de GPU: diseñan y generan exclusivamente la GPU. Los dos más importantes son:
• AMD,
anteriormente conocida como ATi
• nVIDIA
• GPU
integrado en el chipset de la placa base: también destaca Intel además de los
antes citados nVIDIA y AMD.
Otros fabricantes como Matrox o S3 Graphics tienen una cuota
de mercado muy reducida. Todos ellos contratan y encargan a fabricantes ciertas
unidades de chips a partir de un diseño.
• Fabricantes
de GPU: Son quienes fabrican y suministran las unidades extraidas de las obleas
de chips a los ensambladores. TSMC y Global Foundities son claros ejemplos.
• Ensambladores:
integran las GPUs proporcionadas por los fabricantes con el resto de la
tarjeta, de diseño propio. De ahí que tarjetas con el mismo chip tengan formas
o conexiones diferentes o puedan dar ligeras diferencias de rendimientos, en
especial tarjetas gráficas modificadas u overclokeadas de fábrica.
En la tabla adjunta se muestra una relación de los dos
diseñadores de chips y algunos de los ensambladores de tarjetas con los que
trabajan.
API para gráficos
A nivel de programador, trabajar con una tarjeta gráfica es
complicado; por ello, surgieron interfaces que abstraen la complejidad y
diversidad de las tarjetas gráficas. Los dos más importantes son:
• Direct3D:
lanzada por Microsoft en 1996, forma parte de la librería DirectX. Funciona
sólo para Windows, ya que es privativa. Utilizado por la mayoría de los
videojuegos comercializados para Windows. Actualmente van por la versión 11.1
• OpenGL:
creada por Silicon Graphics a principios de los años 1990; es gratuita, libre y
multiplataforma. Utilizada principalmente en aplicaciones de CAD, realidad
virtual o simulación de vuelo. Actualmente está disponible la versión 4.1
OpenGL está siendo desplazada del mercado de los videojuegos
por Direct3D, aunque haya sufrido muchas mejoras en los últimos meses.
Efectos gráficos
Algunas de las técnicas o efectos habitualmente empleados o
generados mediante las tarjetas gráficas pueden ser:
• Antialiasing:
retoque para evitar el aliasing, efecto que aparece al representar curvas y
rectas inclinadas en un espacio discreto y finito como son los píxeles del
monitor.
• Shader:
procesado de píxeles y vértices para efectos de iluminación, fenómenos naturales
y superficies con varias capas, entre otros.
• HDR:
técnica novedosa para representar el amplio rango de niveles de intensidad de
las escenas reales (desde luz directa hasta sombras oscuras). Es una evolución
del efecto Bloom, aunque a diferencia de éste, no permite Antialiasing.
• Mapeado
de texturas: técnica que añade detalles en las superficies de los modelos, sin
aumentar la complejidad de los mismos.
• Motion
Blur: efecto de emborronado debido a la velocidad de un objeto en movimiento.
• Depth
Blur: efecto de emborronado adquirido por la lejanía de un objeto.
• Lens
flare: imitación de los destellos producidos por las fuentes de luz sobre las
lentes de la cámara.
• Efecto
Fresnel (reflejo especular): reflejos sobre un material dependiendo del ángulo
entre la superficie normal y la dirección de observación. A mayor ángulo, más
reflectante.
• Teselado:
Consiste en multiplicar el número de polígonos para representar ciertas figuras
geométricas y no se vean totalmente planas. Esta característica fue incluida en
la API DirectX 11
En cualquier caso los equipos basados en Dolby Digital son
muy escasos por el momento y debemos recurrir a equipos grandes si deseamos una
calidad de sonido suficiente y por tanto será inevitable gastar una cantidad de
dinero bastante importante.
