Placa gráfica - Placa vídeo

Julho 2015

As placas gráficas aceleradoras 2D

A placa gráfica (em inglês graphic adapter), às vezes chamada placa vídeo ou acelerador gráfico, é o elemento do computador encarregado converter os dados numéricos a afixar em dados gráficos exploráveis por um periférico de afixação.

O papel da placa gráfica era inicialmente o envio de pixéis gráficos para um ecrã, bem como um conjunto de manipulação de gráficos simples:

  • deslocação dos blocos (cursor do rato, por exemplo);
  • traçado de linhas;
  • traçado de polígonos;
  • etc.



As placas gráficas recentes estão agora equipadas com processadores especializados no cálculo de cenários gráficos complexos em 3D!


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Os principais componentes de uma placa gráfica são :

  • Um processador gráfico (chamado GPU, para Graphical Processing Unit), constituindo o coração da placa gráfica e encarregue de tratar as imagens em função da resolução e da profundidade de codificação seleccionada. O GPU é assim um processador especializado possuindo instruções evoluídas de tratamento da imagem, nomeadamente em 3D. Devido à temperatura que pode atingir o processador gráfico, às vezes tem um radiador e um ventilador.
  • A memória vídeo encarregada de conservar as imagens tratadas pelo processador gráfico antes da afixação. Quanto maior é a quantidade de memória vídeo , melhor a placa gráfica poderá gerir texturas aquando da afixação de cenas em 3D. Fala-se geralmente de frame buffer para designar a parte da memória vídeo que serve para armazenar as imagens antes de afixação. As placas gráficas são tributárias do tipo de memória utilizada na placa, porque o seu tempo de resposta é determinante para a velocidade de afixação das imagens, bem como a quantidade de memória, jogando com o número e a resolução das imagens que podem ser armazenadas no frame protecção.
  • O RAMDAC (random access memory digital-analog converter) permite converter as imagens numéricas armazenadas no frame protecção em sinais analógicos a enviar ao monitor. A frequência do RAMDAC determina as taxas de actualização (número de imagens por segundo, exprimido em Hertz - Hz) que a placa gráfica pode suportar.
  • O BIOS vídeos contém os parâmetros da placa gráfica, nomeadamente os modos gráficos que esta suporta.
  • O interface : Trata-se do tipo de bus utilizado para conectar a placa gráfica à placa-mãe. O canal AGP está especialmente previsto para aceitar débitos consideráveis de dados, necessário para a afixação de sequências vídeo ou 3D. O bus PCI Expres possui melhor desempenho que o canal AGP deve substituí-lo.
  • A técnica das conexões :
    • O interface VGA standard: as placas gráficas estão quase sempre equipadas com um conector VGA 15 pinos (Mini SubD, composto de 3 séries de 5 pinos), geralmente de cor azul, permitindo nomeadamente a conexão de um ecrã CRT. Este tipo de interface permite enviar ao ecrã 3 sinais analógicos que correspondem às componente vermelhas, azuis e verdes da imagem.

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    • O interface DVI (Digital Video Interface), presente sobre em certas placas gráficas, permite enviar, para os ecrãs que o suportamo, dados numéricos. Isto permite evitar interfaces inúteis numérico-analógicos e vice-versa.

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    • O interface S-Vídeo : cada vez mais placas estão equipadas de uma tomada S-Vídeo que permite afixar numa televisão, é a razão pela qual frequentemente é chamada tomada tele (notada“TV-out”).

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As placas aceleradoras 3D

O cálculo de uma cena em 3D é um processo que se decompõe grosso modo, em quatro etapas :

  • o certificado: aplicação dos elementos
  • o geometry : criação de objectos simples
  • o setup : corte em triângulos 2D
  • o rendering : É o resultado, ou seja o chapeamento das texturas



Assim, quanto mais a placa aceleradora 3D executa ela própria estas etapas, mais o processador central fica liberto destas tarefas e por conseguinte mais a afixação é rápida. Os primeiros chips efectuavam apenas o rendering, deixando o processador tratar do resto.
Desde então, as placas possuem um “setup engine” que executa as duas últimas etapas.
Por exemplo, um Pentium II a 266 Mhz que executa as três primeiras etapas pode calcular 350.000 polígonos por segundos, quando só calcula dois, atinge 750.000 polígonos por segundo.
Isto mostra até que ponto estas placas descarregam o processador.


O tipo de canal é também ele determinante. Enquanto que o canal AGP não traz nenhuma melhoria no domínio do 2D, as placas que utilizam este canal em vez do canal PCI são muito mais eficientes. Isto explica-se pelo facto de o canal AGP estar ligado directamente àmemória viva, o que lhe oferece uma banda concorrida muito maior do que o canal PCI.


Estes produtos de alta tecnologia têm agora necessidade da mesma qualidade de fabrico que os processadores, bem como as gravuras que vão de 0.35 µm a 0.25

Glossário das funções aceleradoras 3D e 2D


TermoDefinição
2D GraphicsMostra uma representação de uma cena de acordo com 2 eixos de referência (x e y)
3D GraphicsMostra uma representação de uma cena de acordo com 3 eixos de referência (x, y e z)
Alpha blendingO mundo é composto de objectos opacos, translúcidos e transparentes. O alfa blending é uma maneira de acrescentar informações de transparência a objectos translúcidos. Isto é feito efectuando uma devolução dos polígonos através de máscaras cuja densidade é proporcional à transparência dos objectos. A cor do pixel que resulta é uma combinação da cor de primeiro plano e a cor de fundo. O alfa tem geralmente um valor compreendido entre 0 e 1 calculado como segue:novo pixel= (alfa) * (cor do primeiro pixel) + (1-alfa) * (cor do segundo pixel)
Alpha bufferÉ um canal suplementar para armazenar a informação de transparência (Rouge-Vert-Bleu-Transparence).
Anti-aliasing chamado também antiserrilha)
| Técnica permitindo fazer aparecer os pixéis de maneira menos recortada.
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BitmapImagem pixel por pixel
Bilinear filteringPermite fluidificar a passagem de um pixel de uma lugar para outro (aquando de uma rotação, por exemplo)
BitBLTÉ uma das funções de aceleração mais importantes, permite simplificar a deslocação de um bloco de dados, tomando em conta as particularidades da memória-vídeo. Por exemplo, é utilizada aquando da deslocação de uma janela
BlendingCombinação de duas imagens acrescentando-as bit-a-bit
Bus MasteringUma função do canal PCI que permite receber directamente informações da memória sem estar a transitar pelo processador
Correcção de perspetivaUm método para fazer o mapeamento (envolvimento) com texturas (texture mapping). Tem em conta o valor de Z para mapear os polígonos. Quando um objecto se afasta da objectiva, aparece mais pequeno em altura e em amplitude, a correcção de perspetiva consiste em dizer que a taxa de mudança nos pixéis da textura é proporcional à profundidade.
Depth CueingBaixa a intensidade dos objectos que se afastam da objectiva
DitheringPermite arquivar imagens de qualidade 24-bit em tampões mais pequenos (8 ou 16 bits). O dithering utiliza duas cores para criar só uma
Double bufferingUm método que utiliza dois tampões, um para a afixação, o outro para o cálculo do retorno, assim quando o retorno é feito, os dois tampões são trocados.
Flat shading ou Constant shadingAtribui uma cor uniforme a um polígono. O objecto assim tornado aparece com facetas.
FogUtiliza a função blending para um objecto com uma cor fixa (quanto mais se afasta da objectiva, mais esta função é utilizada)
GammaAs características de uma afixação que utiliza fósforos são não-lineares: uma pequena mudança da tensão em baixa tensão cria uma mudança na afixação a nível do brilho, esta mesma mudança a mais elevada tensão não dará a mesma magnitude de brilho. A diferença entre o que é esperado e que é medido chama-se Gama
Gama Correcção Antes de serem afixados, os dados devem ser corrigidos para compensar a Gama
Gouraud Shading (lissage Gouraud)Algoritmo (levando o nome do matemático francês que o inventou) permitindo um alisamento das cores por interpolação. Atribui uma cor a cada pixel de um polígono baseando-se numa interpolação das suas espinhas, ele simula a aparência de superfícies plásticas ou metálicas.
InterpolaçãoManeira matemática de regenerar informações em falta ou danificada. Quando se aumenta uma imagem, por exemplo, os pixéis em falta são regenerados por interpolação.
Line BufferÉ um tampão feito para memorizar uma linha vídeo
Lissage PhongAlgoritmo (levando o nome de Phong Bui-Tong) permitindo o alisamento das cores calculando a taxa de luz em numerosos pontos de uma superfície, e alterando a cor dos pixéis em função do valor. É mais ávido em recursos do que o alisamento Gouraud
MIP MappingÉ uma palavra que provém do latim “Multum in Parvum” que significa “vários num só”. Este método permite aplicar texturas de diferentes resoluções para objectos de uma mesma imagem, de acordo com a sua dimensão e a sua distância. Isto permite designadamente pôr texturas de mais elevada resolução quando se aproxima de um objecto.
ProjecçãoÉ o facto de transformar (reduzindo-o) um espaço em 3 dimensões num espaço em 2 dimensões
Rasterisation Tranforma uma imagem em pixéis
Retorno (Rendering)É o facto de criar imagens realistas num ecrã utilizando modelos matemáticos para alisamento, cores…
Rendering engineParte material ou software encarregue de calcular os primitivos 3D (geralmente, triângulos)
Tesselation ou facettisationO facto de calcular gráficos 3D pode ser dividido em 3 partes: o facettisation, a geometria e retorno. A facettisation é a parte que consiste em recortar uma superfície em formas mais pequenas, recortando-a (frequentemente em triângulos ou quadriláteros)
Texture MappingConsiste em armazenar imagens constituídas por pixéis (texels), seguidamente envolver objectos 3D desta textura para obter uma representação mais realista dos objectos
Tri-linear filteringBaseada no princípio da filtragem bilinear, a filtragem trilinear consiste em fazer uma média de dois níveis de filtragem bilinear.
Z-bufferParte da memória que armazena a distância de cada pixel à objectiva. Quando os objectos são enviados para o ecrã, o rendering engine deve suprimir as superfícies escondidas.
Z-bufferingÉ o facto de suprimir as faces escondidas utilizando os valores armazenados no Z-buffer
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