Breve introdução às placas gráficas

   A placa gráfica desempenha um papel essencial no computador. Ela transforma a informação digital que o computador produz em algo que os humanos consigam ver. Na maior parte dos computadores a placa gráfica converte informação digital em informação analógica para ser apresentada no monitor, enquanto que nos computadores portáteis, os dados mantêm-se digitais pois os displays dos portáteis são digitais.

   Em baixo podemos ver um exemplo da arquitectura de uma placa gráfica. A posição do processador, das memórias e de outros periféricos depende dos diversos fabricantes. Além dos componentes em baixo desenhados, existem agora placas com dois processadores, opções para DVD, s-video slot, etc.

Para percebermos melhor a essência de uma placa gráfica, vamos começar por olhar para a mais simples possível, uma placa que só consegue produzir pixels pretos e brancos a uma resolução de 640x480 pixels.

Os três componentes básicos de uma placa gráfica são:

• Memória - A memória, a primeira necessidade da placa gráfica, guarda a cor de cada pixel. No mais simples dos casos, já que cada pixel só pode ser ou preto ou branco, necessitamos apenas de 1 (um) bit para armazenar a cor de cada pixel. Como num byte cabem 8 bits, precisamos de (640/8) 80 bytes para guardar as cores dos pixels de uma linha de pixels do display. Precisamos de (480 * 80) 38.400 bytes de memória para guardar todos os pixels visíveis no display.
• Interface com o Computador - Outra necessidade da placa gráfica é a possibilidade de o computador alterar a memória da mesma. Isto é possível devido à placa gráfica estar ligada ao bus PCI da motherboard. O computador pode mandar sinais pelo bus para alterar a memória da placa.
• Video Interface - Uma outra necessidade da placa é a necessidade de gerar sinais para o monitor. Se o ecrã é actualizado, por exemplo, em cada 60s, significa que a placa gráfica percorre a memória bit a bit e fá-lo 60 vezes por segundo. De seguida envia sinais para cada pixel em cada linha e depois envia um sinal síncrono horizontal, linha a linha, para as 480 linhas e um sinal síncrono vertical.

 

	As três partes básicas de uma placa gráfica são o Interface com o computador, a Memória e o Video Interface.

   Quando uma placa gráfica "true-color" lida com cores atribui a cada pixel 3 a 4 bytes. Num display com 1600x1200 de resolução temos então 8 milhões de bytes de memória video.

Uma alternativa é usar 1 byte por pixel e usá-lo como entrada numa tabela onde estão referenciadas todas as cores ( Color Look-Up Table (CLUT) ). Esta tabela contém 256 entradas com 3 a 4 bytes por entrada.

A CLUT é inicializada com as 256 cores que o monitor irá apresentar.

 

Esta tabela é um exemplo de uma CLUT. A cada pixel é atribuído o valor de 1 byte ( 8 bits, que correspondem a 256 valores possíveis).

Co-Processadores Gráficos
   Uma placa gráfica simples, como a descrita previamente, chamada de frame buffer, guarda simplesmente um bocado dos dados que são envidados para o monitor. A actualização de cada byte da memória video é feita pelo processador do computador (CPU).

   A desvantagem de usar frame buffers é nas operações gráficas complexas, onde o CPU passa a maior parte do tempo a actualizar a memória video, sem realizar qualquer outro processo pendente. Por exemplo, se uma imagem 3-D conté 10.000 polígonos, o CPU tem que desenhar e preencher cada polígono na memória video, pixel a pixel... demora um bocado!

   Com a finalidade de retirar esta "carga" ao CPU, foram implementados, em cada placa gráfica, um processador optimizado para operações gráficas. Estes processadores podem ser, dependendo das placas gráficas, ou co-processadores gráficos (GPU)  ou aceleradores gráficos. Tarefas mais complexas, tais como o sombreamento, as textures e o anti-aliasing ficam a cargo destes processadores dedicados.

   No caso do GPU, o software da placa gráfica envia directamente para ele tarefas relacionadas com gráficos. Todo o resto é enviado pelo sistema operativo para o CPU.

   Com aceleradores gráficos, o software envia tudo para o CPU e depois o CPU comanda o acelerador gráfico para executar uma tarefa específica relacionada com gráficos.

Os componentes de uma placa gráfica típica são:

• Processador Gráfico  - O componente mais importante, que pode ter uma de três configurações possíveis:
  • Co-processador gráfico -  uma placa com este tipo de processador aguenta com todo o tipo de computação gráfica sem necessitar da ajuda do CPU.
  • Acelerador gráfico - com esta configuração, este chip produz gráficos baseados nas intruções que o CPU lhe dá.
  • Framebuffer - este chip controla somente a memória video e envia informação ara o conversor de sinal digital para analógico. Não faz qualquer processamento de imagem.

   

• Memória

• Graphics BIOS - as placas gráficas têm um pequeno chip de memória ROM que contém a informação básica de como os componentes da placa se relacionam . A BIOS também executa testes de diagnósticos à memória da placa e a outros componentes, de modo a certificar-se que tudo funciona correctamente.

   

• Conversor de Sinal Digital para Analógico [ Digital-to-Analog Converter (DAC) ] - Converte os dados digitais para dados analógicos para poderem ser vistos no monitor.

   

• Conector de 15  pinos para ligação a monitor

   

• Conector ao bus AGP ( Accelerated Graphics Port ) -  Permite que a placa gráfica aceda directamente à memória do sistema. Este acesso directo faz com a a largura de banda disponível seja quatro vezes maior em relação ao bus PCI. Esta funcionalidade permite ao CPU realizar outras tarefas enquanto que o GPU da placa gráfica acede à memória do sistema.