Source: http://tecnotopia.com.mx/mecatronica/vcomponentesvideo.htm
Timestamp: 2018-10-20 00:34:46+00:00

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Una controladora de video moderna, se integra de varios componentes que son: BIOS, Memoria, RAMDAC ó DAC y la circuitería o chipset.
provee un conjunto de funciones que son utilizadas por el controlador lógico (driver) para acceder a las funciones de la tarjeta desde las aplicaciones. El BIOS funciona como una interfaz entre las aplicaciones y la circuitería de video.
Las funciones en el BIOS de video son igualadas por la circuitería, de cualquier forma, el microcódigo contenido en el BIOS puede variar para tarjetas de diferentes marcas, aunque tengan la misma circuitería, que es el caso más común, ofreciendo interfaces más eficientes o deshabilitando algunas funciones, razón por la cual, es preferible adquirir productos de marca, que tendrán, no solo todas las opciones habilitadas, sino además, con algoritmos eficientes de operación.
Debido a que los BIOS de diferentes tarjetas requieren de código distinto para soportarlas, la programación se ha vuelto difícil debido a la proliferación de integradores que ofrecen tarjetas con circuitería de un fabricante reconocido, a precios asequibles. La VESA ha puesto un estándar para los BIOS de alta resolución llamado Extensiones de BIOS VESA, que pueden ser implementados por controladores lógicos o en la misma circuitería para ofrecer un control estandarizado sobre el video.
La memoria de video, también llamada marco de prealmacenamiento, es un tipo especializado de RAM que se encuentra sobre la misma tarjeta controladora.
La información de la imagen almacenada en la memoria de vídeo es digital, debido a que los ordenadores trabajan con datos binarios, es decir, ceros y unos, que controlan la intensidad y color de cada pixel en la pantalla, sin embargo, el monitor es un componente analógico, por lo cual no utiliza información digital y es necesario convertir la imagen en la memoria a impulsos analógicos que el monitor pueda interpretar. El dispositivo que se encarga de realizar esto es el Convertidor Analógico-Digital de la Memoria de Acceso Aleatorio (Random Access Memory Digital-Analog Converter, RAMDAC )
El RAMDAC se encarga de leer el contenido de la memoria de vídeo muchas veces por segundo, convirtiendo la información y enviando los impulsos análogos a la salida de vídeo. El tipo y velocidad del RAMDAC tiene un impacto directo en la calidad de la imagen, y da pie para los límites de la velocidad de refresco, la resolución y profundidad del color.
Debido a que la información sobre la imagen presentada en pantalla debe de ser almacenada para poder ser procesada y enviada a la pantalla, la memoria de la tarjeta de vídeo es uno de los componentes esenciales de este componente, especialmente en lo que se refiere a desempeño, de manera similar a la memoria principal del sistema que permite un mejor desempeño del procesador del equipo, tener suficiente memoria de vídeo mejorará el desempeño del procesador de vídeo hasta su máximo potencial.
La imagen que es proyectada en el monitor puede contener una gran cantidad de información en bits, una pantalla con resolución de 1600x1200 y una profundidad de color de 24 bits requiere casi 6 MB de datos únicamente para la imagen estática, sin incluir los datos que se representan la imagen.
En las primeras computadoras personales la cantidad de información presentaba en pantalla era mucho menos, ya que estas pantallas eran en modo texto y sin color, por lo cual requerían de 2KB para su almacenamiento, y se utilizaba una sección especial de la memoria del sistema, la memoria superior (upper memory area, UMA) para almacenar estos datos de vídeo en donde el procesador y la tarjeta controladora de vídeo buscaban la información a procesar y procesada, respectivamente. Con la evolución de las computadoras, esto se mantuvo por compatibilidad con sistemas y tarjetas viejas, e inclusive algunos softwares optimizadores de memoria, que por aquel entonces existían, podían configurar el sistema operativo para utilizar esta sección de memoria.
La memoria que retiene la imagen de vídeo también recibe el nombre de marco de prealmacenamiento (frame buffer) en reminiscencia de que algún día estuvo almacenada en un marco de la memoria principal.
Conforme fue creciendo la necesidad de memoria de vídeo, se vio la necesidad de integrarla en la tarjeta controladora, liberando la memoria principal del sistema, además de que, por diseño de la PC, resultaba muy complejo, sino imposible, almacenar una pantalla mayor en la memoria superior.
Una gran ventaja de que la memoria se ubicara en la propia tarjeta de vídeo es que puede ser diseñada específicamente para la tarea que desempeña, aumentando la eficiencia. De la misma forma el sistema operativo ya no tiene el control sobre esta memoria, por lo cual se reduce el tiempo de latencia y posibilidades de falla por error en el sistema operativo, con lo cual, la memoria de vídeo evolucionó por su propia ruta aumentando su velocidad y capacidad para mejorar el desempeño, lo cual también derivó en diversas tecnologías.
Algunas tarjetas madre integran la circuitería del vídeo en la misma placa, e inclusive pueden utilizar RAM del sistema para el marco de prealmacenamiento, lo cual es llamado arquitectura de memoria unificada, la cual fue creada con el único objetivo de reducir costos, ya que la memoria del sistema es mucho más económica que la memoria de vídeo. A diferencia de sus antecesores, esta arquitectura está diseñada para ofrecer a la circuitería de vídeo una cantidad específica de memoria del sistema a través del BIOS de la placa madre, que si bien es configurable en la mayoría de los casos, evita que el sistema operativo la utilice, mejorando el desempeño y la confiabilidad con respecto a su predecesor de 2K, aunque con respecto a las contemporáneas que se insertan en una ranura, tiene un desempeño menor, ya que la memoria de vídeo, en aplicaciones multimedia, requiere de un mayor desempeño que la memoria convencional del sistema.
El Puerto de Gráficos Acelerado, AGP, utiliza una aproximación similar, permitiendo al procesador de vídeo acceder a la memoria principal del sistema para realizar algunos cálculos gráficos, pero mantiene la memoria de vídeo dedicada para el marco de prealmacenamiento, lo que permite un uso de memoria flexible sin sacrificar el desempeño.
Los requerimientos de memoria de vídeo que es utilizada para mantener la imagen de vídeo presentada en pantalla depende inicialmente en la resolución y la profundidad del color, y la formula es simple:
Memoria de vídeo en megabytes = (PixelesHorizonales * PixelesVerticales * ProfundidadDelColorEnBits) / 8* MByte
donde MByte = 1,048,576 bytes.
Esta fórmula únicamente es útil para la cantidad bruta de memoria de vídeo requerida, sin embargo, se requiere de más, debido principalmente a cuestiones de diseño, específicamente en el método de acceso, lo que obliga a que la memoria de vídeo sea instalada en múltiplos de 256KB, independientemente de que sea en módulos de 64KB o 64MB. En especial, las tarjetas de vídeo grandes están diseñadas en incrementos de 8MB, aunque usualmente, para configuraciones comunes, la mayor parte de esta memoria está desperdiciada. Una alternativa a estos crecimientos es la utilización de memoria MDRAM, que está diseñada para utilizar muchos bancos pequeños de memoria, para facilitar la fabricación de tarjetas de vídeo con diferentes cantidades de memoria.
Otra razón para el requerimiento mayor de memoria de vídeo es la utilización de ésta tanto para cómputo como para almacenamiento de la imagen, como sucede en los aceleradores 3D, razón por la cual se requiere de mucho más memoria que para el simple almacenamiento de la imagen de la pantalla.
Finalmente, algunas tarjetas de vídeo pueden direccionar únicamente 8, 16 o 32 bits simultáneos, y no pueden manejar 24 bits.
Por cuestiones técnicas, la memoria de vídeo usualmente está estructurada para acceso en cantidades que son exponentes de dos, por lo cual algunas no pueden trabajar con valores de 24 bits, lo que significa que, para el caso de estas tarjetas, es necesario utilizar 32 bits para una profundidad de color de 24 bits, desperdiciando los otros 8 bits por pixel, debido al redondeo binario que sucede por el uso de cantidades de memoria en megabytes completos, y no hay diferencia en la memoria requerida para resoluciones de 800x600 y 1024x768 en 24 y 32 bits, como se presenta en la siguiente tabla:
0.03 (256 KB)
0.06 (256 KB)
0.12 (256 KB)
0.18 (256 KB)
Esta tabla presenta la cantidad de memoria requerida en megabytes binarios, la memoria requerida para el marco de prealmacenamiento para cada combinación común de resolución y profundidad de color. En paréntesis la mínima cantidad de memoria comercialmente disponible para soportar la combinación, basado en memoria convencional de vídeo (no MDRAM)
Para que el procesador de video se comunique con la memoria de video es necesaria una ruta de datos, un camino por el cual la información viaje entre el procesador y la memoria. La habilidad de esta ruta de datos para transferir información es llamada ancho de banda y depende básicamente de dos parámetros que son: El tamaño de la ruta y la frecuencia de reloj. Otros factores que influyen son la arquitectura, y la tecnología de la memoria.
El ancho de banda, propiamente definido, es la cantidad total de memoria que puede ser leida simultáneamente, y es un factor decisivo tanto en el desempeño global de la tarjeta de video, como en el soporte a determinadas resoluciones y profundidades de color con velocidades de refresco razonables, lo cual a su vez involucra un RAMDAC lo suficientemente capaz para manejar esta cantidad de datos.
Es importante identificar estos parámetros, ya que es posible que, bajo ciertas circunstancias, el incrementar la velocidad de la memoria de video, en general no significa que el desempeño mejore notoriamente.
El ancho de banda requerido para una cierta configuración de video es calculado de la siguiente forma
Ancho de banda MBps = (ResoluciónHorizontal x ResoluciónVertical x FrecuenciaDeRefresco x BytesProfundidadDeColor) / 1,048,576
La siguiente tabla de referencia utiliza esta fórmula:
Profundidad del color (bits)
43.5 Hz (87Hz Intrelazado)
Todos los valores están dados en MB/seg
Existe un impacto importante en el desempeño de las tarjetas de video con una ruta de datos a 64 bits y memoria con bancos de 32 bits, lo cual produce que, con cun banco de 1MB DRAM, la configuración será 256Kx32, pero con 2 MB será 256Kx64, lo que significa es que con un solo banco, o en todo caso, con bancos en cantidades nones, la UPG estará forzada a trabajar con 32 bits, y agregando bancos en cantidades pares, el acceso se hace más eficiente. Este es un caso poco usual en el que al agregar memoria a la tarjeta de video incrementa verdaderamente el desempeño global de la tarjeta en vez de únicamente aumentar la resolución y profundidad del color.
La memoria de vídeo es un componente vital para la tarjeta de vídeo e indirectamente para el sistema de cómputo completo, tanto que se han creado diversas tecnologías específicamente para este fin, con el objetivo de mejorar la velocidad a la que la información es transmitida hacia y desde la memoria, para mantener intacto el desempeño global del ordenador, mientras que el subsistema de vídeo mejora.
La DRAM (RAM dinámica, Dynamic RAM) es el tipo de memoria comúnmente utilizado en los sistemas de cómputo en los 90s, y en algunas tarjetas de vídeo. No tiene el ancho de banda suficiente para manejar las demandas de alta resolución o profundidades de color con frecuencias de refresco aceptables, conforme a los estándares actuales, principalmente por cuestiones de diseño, ya que la memoria principal del sistema está diseñada para atender básicamente a un cliente, el procesador principal del sistema, mientras que en el subsistema de vídeo se crea una competencia entre la unidad de procesamiento gráfico (UPG) y el RAMDAC por tener de acceso a la información en la memoria de vídeo.
La RAM de Vídeo (Vídeo RAM, VRAM) es un tipo de memoria creado específicamente para tarjetas gráficas y sistemas de vídeo. La principal diferencia entre la VRAM y la DRAM es que la VRAM tiene puerto dual, es decir, tiene dos rutas de acceso y puede ser escrita y leída simultáneamente. Las ventajas de esto es, obviamente, la facilidad que ofrece la lectura y procesamiento simultáneos sin que el RAMDAC y el procesador de gráficos estén compitiendo por el ancho de banda. Aunque es más costosa, ofrece, en la mayoría de los casos, el doble de ancho de banda que los tipos estándar de memoria.
Una confusión común para este tipo de memoria es la utilización del mismo término "Memoria de Vídeo" para la VRAM y para cualquier otro tipo de memoria que sea utilizada en la tarjeta de vídeo.
RAM de Ventana (Window RAM, WRAM), es una versión modificada de la VRAM, desarrollada por Samsung Electronics, e introducida al mercado por primera vez en la familia de tarjetas de vídeo Matrox Millenium. es más económica y eficiente que la VRAM. Este tipo de memoria permite transferencias más rápidas en operaciones comunes como el dibujo de cajas y relleno de bloques a través del direccionamiento de grandes porciones (ventanas) de la memoria de vídeo. La WRAM ofrece un rendimiento 50% superior y un costo 20% menor que la VRAM.
Una tarjeta de vídeo con WRAM y un RAMDAC suficientemente rápido, puede alcanzar resoluciones de 1600x1200 en color verdadero (1600x1200x16)
La RAM Síncrona para Gráficos (Synchronous Graphics RAM, SGRAM) es un tipo de memoria para vídeo que evolucionó de la SDRAM para el sistema incluyendo funciones específicas para gráficos. La SGRAM permite que los datos sean obtenidos y modificados en bloques, lo que reduce la cantidad de lecturas y escrituras a la memoria e incrementa el desempeño de la tarjeta de vídeo al hacer el proceso más eficiente
Un tipo más de memoria para vídeo es la DRAM multibanco (Multibank DRAM, MDRAM), creada por MoSys Inc., específicamente para tarjetas de vídeo, y utilizada por las tarjetas Tseng Labs ET6000, que difiere substancialmente en diseño con respecto a los otros tipos de memoria para gráficos, separando la memoria en bancos de 32KB que pueden ser accesados directamente, en vez de la utilización de un bloque monolítico, utilizado por las demás tecnologías, pudiendo reducir el costo de algunos componentes, ya que con esta tecnología es posible crear circuitos con 2.5MB, que es el mínimo requerido para una resolución de 1024x768x24, en vez de los 4MB que otras tecnologías requieren. En general, esta tecnología ofrece las siguientes ventajas:
Entrelazado: Los accesos a memoria pueden ser entrelazados entre los bancos, permitiendo que los accesos se superpongan para proveer un mejor desempeño, sin la utilización de puertos dobles.
Flexibilidad en tamaños de memoria: Con la memoria convencional únicamente se pueden fabricar tarjetas de vídeo con memoria en megabytes completos, lo que puede llevar a un gran desperdicio de memoria. Con esta tecnología se pueden crear tarjetas de vídeo en incrementos de 32KB.
Alteraciones en el desempeño a causa del tamaño de la memoria: En algunos casos, el diseño de la tarjeta de vídeo permite que el incremento de memoria también afecte el desempeño, lo cual no sucede con esta tecnología.
La tabla presentada a continuación presenta comparativamente las tecnologías en memoria de vídeo:
Tecnología Puertos de acceso Ancho de banda Año de liberación
FPM DRAM Sencillo 66MBps ---
EDO DRAM Sencillo 66MBps 1995
SDRAM Sencillo 125MBps 1997
DDR SDRAM Sencillo 200MBps 1998
SLDRAM Sencillo 400MBps 1999
RDRAM Sencillo 1.6GBps 1999
VRAM Doble --- ---
WRAM Doble --- ---
SGRAM Sencillo --- ---
MDRAM Sencillo --- ---

References: resolución 
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