EL SUBSISTEMA DE VIDEO DEL PC
Objetivos:
Al terminar esta lección, el alumno será capaz de:- Citar todos los componentes del subsistema de video.
- Describir por lo menos tres características básicas de un monitor de computadora.
- Citar las señales necesarias para formar una imagen estable.
- Calcular la frecuencia horizontal dada la vertical y la resolución.
- Citar tres características de las pantallas de cristal líquido.
- Definir barrido entrelazado y no entrelazado.
- Citar los parámetros de una tarjeta de video.
- Diferenciar entre tarjetas con diferentes chips aceleradores.
- Definir driver de video.
El subsistema de video del PC es el que se encarga de todo lo relacionado a lo que se va a mostrar en una pantalla al usuario.
Se compone de:
Ambos componentes son responsables de la calidad o no de la señal mostrada en el monitor.
EL MONITOR
El fósforo tiene la propiedad de iluminarse cuando recibe un bombardeo de electrones. Es decir, cuando un electrón choca contra una superficie de fósforo, la misma se ilumina.Además, esa iluminación tiene una "persistencia", lo que hace que esa luz dure un instante para después apagarse.
Entonces, para iluminar una superficie, podremos recubrirla con fósforo, y bombardearla con electrones. Si queremos más luz, enviamos más electrones, y si queremos menos luz, obviamente, menos electrones.
El tubo de rayos catódicos
Es un tubo de vidrio sellado al cual se le ha retirado todo el aire. En su parte frontal está recubierto de fósforo.
Se coloca un metal con potencial negativo, y fuertemente calentado por un filamento, de forma a que libere electrones. En el lado de la pantalla, un potencial positivo muy alto (extra alta tensión), atraerá a los electrones. Estos chocarán contra el interior de la pantalla, recubierta de fósforo, que se iluminará.
Para poder iluminar toda la pantalla con una sola corriente (haz de electrones), se hace un barrido, tanto en sentido Horizontal como en sentido Vertical.
De esta manera, moviendo el haz de un lado a otro y de arriba a abajo, podremos iluminar toda la pantalla, dibujando las imágenes línea por línea y secuencialmente.Con el barrido horizontal formamos una línea, con el Vertical, un "cuadro".
El barrido vertical es como mínimo de 60 Hz, ya que una frecuencia menor produciría el efecto de Parpadeo.
La frecuencia del barrido horizontal es del Nro de líneas horizontales x Frecuencia Vertical.
Pixel: el pixel (del inglés picture element) es el menor punto que puede ser controlado en una pantalla. Estos pixeles se combinan en la pantalla, formando una matriz de fila x columna.
Así, se llama Resolución de una pantalla, al nro de pixeles en el sentido horizontal x el nro, de pixeles en el sentido vertical. Por ejemplo, la resolución 800 x 600 significa que existen 800 pixeles en el sentido horizontal, por 600 pixeles en el sentido vertical.
A medida que la resolución es más alta, se notarán mejor los detalles de la imagen. Hoy en día se considera que una resolución mínima que un monitor sea capaz de mostrar, es de 800 x 600.
Relación de Aspecto: Se mantiene siempre la relación de aspecto 4:3, es decir, por cada cuatro pixeles en el sentido horizontal, habrán tres pixeles en el sentido vertical.
De esta manera, para formar una imagen en un monitor, se necesitará controlar el Cañón de electrones, Barrido Horizontal y Barrido Vertical.
Distancia entre puntos: Cuando el monitor es monocromático (blanco y negro), la pantalla se recubre de fósforo de un solo color. Antiguamente se utilizaba fósforo verde, o ámbar. Hoy se utiliza solamente fósforo blanco.
Pero cuando el monitor es en color, se lo recubre con fósforo de los tres colores básicos: Rojo (R), Verde (G - de Green), y Azul (B - de Blue). Este fósforo es dispuesto en forma de triángulos, llamados triadas. Se utilizan tres cañones de electrones, uno para cada color básico. Todos los otros colores resultan de la combinación de éstos. La calidad de la imagen resultante dependerá de la distancia que hay entre estos triángulos de colores. Esta distancia se mide en milímetros, y se la conoce como "Dot pitch". Típicamente es de 0.28 mm, aunque ya son populares los que tienen 0,25 mm de distancfia entre puntos.
Relación entre Barrido Horizontal, Vertical y Resolución
El circuito electrónico de mayor frecuencia, y que trabaja con mayor exigencia en un monitor es el de Barrido Horizontal. Por eso, tiene bastante influencia en el costo final del mismo.
Sabemos que: Frecuencia horizontal = Frecuencia Vertical x Nro. de pixeles verticales.
Entonces,si aumentamos la resolución, aumentamos también la frecuencia Horizontal. En otras palabras, si el monitor es capaz de soportar altas frecuencias de barrido horizontal, podrá mostrar altas resoluciones.
Como ejemplo veamos la resolución 320 x 240, a 60 Hz. La frecuencia horizontal de barrido deberá ser de:
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Nota: sumamos 24 líneas por las líneas no visibles (equivalentes a aproximadamente diez por ciento).
Si deseamos aumentar la resolución a por ejemplo 800 x 600, tendremos:
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Podemos percibir que el aumento de resolución arrastra un aumento de la frecuencia de barrido horizontal. De la misma forma, una variación de la frecuencia de barrido vertical, arrastrará a la horizontal.
Barrido entrelazado: Para poder utilizar una frecuencia de barrido horizontal menor, y aprovechando que el ojo humano tiene también la propiedad de persistencia, se utiliza lo que se llama barrido Entrelazado. De esta forma, se envían primero las líneas pares, y luego las impares, formándose "media imagen" cada vez. Así, se barren solamente la mitad de las líneas cada vez, resultando en una frecuencia horizontal igual ala mitad de la original. Para el último ejemplo, sería necesario un barrido horizontal de solamente 19800. Luego, el costo del circuito será menor.
Claro que la imagen que se verá en pantalla tendrá un efecto de parpadeo que el usuario avanzado notará.
Barrido no entrelazado: En este barrido se envían todas las líneas para cada imagen. El parpadeo casi no se nota, pero la frecuencia de barrido horizontal es alta. Este tipo de monitores es 20% más caro que el anterior.
Monitores analógicos y digitales: Los monitores antiguos recibían señales digitales desde la PC. Con el aumento de cantidad de colores y resoluciones, resultaba poco práctico este intenso tráfico de señales digitales, por lo que se optó por señales analógicas. Actualmente los monitores reciben señales analógicas, aunque los más modernos tienen un control digital sobre las mismas. Es decir, el monitor esa analógico, pero el control puede ser digital.
Algunos pocos monitores soportan frecuencias de barrido horizontal fija, pero la mayoría está entre una de las dos alternativas: Sync o Multisync.
Monitores Sync: son los capaces de soportar una cantidad limitada de frecuencias de Barrido Horizontal. Por ejemplo: 31 Khz, 42 Khz, y 44 Khz. Este monitor solamente mostrará las imágenes que coincidan con esas frecuencias.
Monitores Multisync: capaces de soportar todo un rango de frecuencias de barrido horizontal. Por ejemplo, desde 31 Khz, hasta 55 Khz. Este monitor será capaz de mostrar una imagen siempre que su frecuencia esté entre estos valores.
Pantallas planas: Los tubos de rayos catódicos son fabricados con la pantalla curva (más baratos) o con la pantalla plana. Estos últimos proporcionan una imagen mejor, ya que elimina las distorsiones visuales producidas por la curvatura del tubo. Pero el circuito electrónico necesario para producir el barrido y el mismo tubo de rayos catódicos, hacen que tenga un costo mayor.
MONITORES DE CRISTAL LIQUIDO (LCD)
Debido al gran tamaño que tienen los tubos de rayos catódicos, monitores de esta tecnología no son utilizados para notebooks. Éstos utilizan la tecnología de cristal líquido, con los que se pueden fabricar pantallas planas. Algunos fabricantes lanzaron monitores de este tipo de tecnología, inclusive para computadores de escritorio, con bastante éxito, siendo el costo de los mismos cada vez más competitivo con los tradicionales de rayos catódicos.
Principio de funcionamiento:
El Cristal líquido hace que la luz que lo atraviesa cambie su polaridad. Un filtro colocado en frente al mismo hace que solamente sea visible la luz cuya polaridad coincida con él. Así, al activarse el cristal líquido, el mismo solo permite que sea visible la porción de pantalla requerida. Es decir, lo que hace el cristal líquido es cambiar la polarización y controlar por tanto, el monto de luz que lo atraviesa. Por supuesto, en el cristal líquido a colores, tiene tres celdas por cada pixel: la celda Roja, la Verde y la Azul.Así, se forma una matriz con los puntos de cristal líquido, con los cuales se formarán las imágenes.
Cada punto de la pantalla debe recibir la señal para activarse. Existen dos principales tipos de pantallas de LCD:
De matriz pasiva: Cada celda es controlada por un transistor que activa la fila, y otro que activa la columna. La cantidad de transistores necesarios es entonces igual a la suma de celdas horizontales más la de verticales. Por ejemplo, una pantalla de 800 x 600 tendrá 1400 transistores (800 hor más 600 vert.). Así, los puntos son activados secuencialmente, ya que se efectúa un "barrido" por los mismos.
De matriz activa: Cada celda es controlada por su propio transistor, lo que redunda en una mayor luminosidad. Por ejemplo, una pantalla de 800 x 600 de matriz activa, tendrá 480.000 transistores!. Esto hará que sea mucho más iluminada, pero también aumentará el consumo de energía y por supuesto, el costo.
Otras características de pantallas de cristal líquido:
- Ocupan menor espacio
- Mayor área visible (no tienen ese desperdicio de espacio en los bordes que los de tubos de rayos catódicos)
- No emiten radiaciones electromagnéticas.
- Menor distorsión, ya que cada punto en pantalla es controlado como pixel. (esto no es así en los de rayos catódicos)
- Tienen colores menos "vivos" que los tradicionales.
- Existen pérdidas de definición en la doble conversión, ya que reciben la señal analógicamente, y la tienen que convertir nuevamente a digital.
- Son lentas, es decir, no reaccionan tan rápidamente en los cambios de pantalla.
- Son, por ahora, mucho más caros que un monitor tradicional.
FALLAS COMUNES
Con la ayuda del diagrama en bloques del monitor (suministrado en sala de clases), podremos leer los siguientes síntomas, y analizar sus probables causas y soluciones.
- Síntoma: No hay imagen.
Luego, es probable que haya una falla en la fuente de alimentación, el fusible, o en el circuito de salida horizontal, transistor de potencia, o en el flyback.
- Síntoma: Solo aparece una raya blanca horizontal en el monitor.
- Síntoma: La imagen aparece con poca nitidez.
- Síntoma: Aparecen "manchas" de colores.
- Síntoma: Predominio de un color.
- Síntoma: La pantalla luce apagada (con poco brillo).
- La imagen parpadea visiblemente
Hay problemas en el suministro de energía eléctrica al monitor. Es probable que una carga de mucho consumo esté en la misma fase eléctrica, o que un campo magnético intenso (como los producidos por motores, acondicionadores de aire, compresores, etc.) esté en las cercanías. La solución es mudar el monitor de lugar, o poner la carga interfirente en otra fase eléctrica.
LA TARJETA DE VIDEO
La tarjeta de video es el conjunto de circuitos electrónicos que convierten los datos de salida a video, en un formato que el monitor sea capaz de mostrar.Desde el punto de vista de su localización, puede ser On board, es decir, estar contenida en la misma placa madre, o en una tarjeta de expansión.
La tarjeta de video es un componente importante del sistema, ya que genera un gran tránsito de datos en el bus, y los cálculos matemáticos necesarios para el dibujado de la pantalla a mostrarse son muy numerosos.
La tarjeta tiene un papel significativo en los siguientes aspectos:
- Rendimiento: Es uno de los componentes de mayor impacto en el sistema. Aunque para algunas aplicaciones no se note, para otras habrá una diferencia difícil de esconder. Por ejemplo, en juegos con animaciones detalladas, y con velocidad, una tarjeta de video buena es hasta más importante que la propia CPU.
- Soporte al software: Algunos programas requieren soporte de la tarjeta de video. Por ejemplo, software gráfico, o juegos 3d que solo corren en sistemas con tarjetas 3d.
- Confiabilidad y Estabilidad: La elección de una tarjeta de video puede afectar al comportamiento del sistema, llevándolo a situaciones inestables. Esto es aún más importante si se utilizan S.O. como Win95/98.
- Comodidad: la elección de la tarjeta, y el monitor, afectan a la calidad de imagen que se verá, cuando mejor sea ésta, más cómodamente se trabajará.
Breve reseña histórica: Cronológicamente, aparecieron:
- La tarjeta de video monocromática: Con salida digital en formato TTL ( lógica 1 igual a 5V, y lógica 0 igual a 0 V). Modo texto con 80 columnas por 25 filas. (aproximadamente 1981)
- Tarjeta Hércules: similar a la tarjeta monocromática, pero permitía modo gráfico.(1982)
- La tarjeta CGA (Color Graphics Array): Permitía colores, hasta 16 en total, pero solo cuatro simultáneamente. Señales digitales en formato TTL.
- La tarjeta EGA (Enhanced Graphics Array): Señales digitales, hasta 16 colores simultáneos.
- La tarjeta VGA (Video Graphics Array): Señal analógica. 16 colores simultáneos, con resolución 640x480.
- Tarjetas SVGA: Se llama así a toda resolución o Profundidad de colores mayor que la VGA. Por ejemplo, 800x600, 16 colores.No existe estándard entre los diferentes fabricantes, por lo que podrían haber incompatibilidades entre ellos.
La tarjeta de video recibe los datos de la imagen a dibujar desde el procesador. Con el procesador que se encuentra en la tarjeta, calcula el valor de cada pixel, y lo almacena en la memoria de video. Desde la memoria de video, con un conversor digital a analógico, lo envía a través del cable, al monitor.
Profundidad de color: Se llama así a la cantidad de colores diferentes que pueden ser mostrados.
Para cada pixel (elemento de imagen) a ser mostrado, se podrán tener diversos valores. Podremos utilizar diversas cantidades de bits para ellos. Si utilizamos un solo bit, podremos tener solamente dos opciones: 0 o 1, es decir, blanco o negro. Si utilizamos dos bits, tendremos hasta cuatro diferentes. Si utilizamos 24 bits por pixel, tendremos 16 millones de colores diferentes.
En la tabla, tenemos ejemplos_
| Resolución en bits | Cantidad de colores |
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Memoria de video:
Todas las imágenes a ser mostradas se almacenan en la llamada memoria de video. Cada pixel está guardado en ésta.
La cantidad de memoria de video necesaria dependerá de cuántos pixeles tenemos, y de cuántos bits utilizamos para cada uno.
Entonces, para calcular en bytes cuánta memoria de video necesitaremos, tendremos la fórmula:
| |
Por ejemplo, calculemos cuánta memoria de video necesitaremos para mostrar en pantalla la resolución 800x600, con 16.777.216 colores:
Vemos en la tabla anterior que para esa cantidad de colores, necesitamos 24 bits. Entonces:
Memoria de video = 800 x 600 x 24/8 = 1.440.000 bytes.
Dividimos por 1024 y tenemos el resultado en kilobytes. Volvemos a dividir por 1024 y tenemos el resultado en Megabytes.
Valores de memorias de video reales:
Las tarjetas de video vienen en valores de memoria que van en pasos de potencias de a 2. Así tenemos:
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Aceleradores gráficos
Las tarjetas de video antiguas realizaban simplemente la traducción de las informaciones digitales provenientes del procesador a un lenguaje entendible por el monitor.
Cuando aparecieron las aplicaciones que utilizaban gráficos intensamente, como el Windows, por ejemplo, el tráfico de datos entre la CPU y la tarjeta de video aumentaba mucho, lo que hacía el sistema muy lento.
Entonces, los fabricantes colocaron circuitos más elaborados en la tarjeta de video, de manera a disminuir este tráfico. Estas tarjetas eran capaces de hacer gran parte del trabajo gráfico, liberando a la CPU del mismo y por lo tanto, aumentando el desempeño del sistema.
El acelerador gráfico es, pues, un chip o conjunto de chips, colocados en la tarjeta de video, que realizan el trabajo de cálculo para dibujar las imágenes en pantalla, liberando a la CPU de éste, y permitiendo así aumentar la velocidad general del sistema.
Hoy día todas las tarjetas incorporan alguna forma de aceleración, llegando a ser como un coprocesador, trabajando en conjunto con el procesador principal. Continuando esta tendencia, aparecieron los aceleradores 3D, que hacen el cálculo de dibujos en tres dimensiones.
Así, tenemos:
- Aceleradores 2D: contienen chips que ejecutan rutinas especiales para el dibujado de pantallas en dos dimensiones.
- Aceleradores 3D: similar al de 2D, pero para dibujos tridimensionales.
El Chipset de Video
Es el circuito electrónico que controla la tarjeta de video. Existen varias marcas de chipsets, como Tseng (usado por las tarjetas Trident), S3 (usado por la Diamond, y la misma S3), Cirrus, Oak, ATI, Matrox, etcétera.Para detalles amplios sobre la arquitectura de los mismos, consulte sus sitios en Internet.
El BIOS de Video
Proporciona un conjunto de funciones relativas al video, que son usados por programas de forma a acceder al hardware de video.
Tipos de memoria de video:
La memoria de video es una memoria RAM, pero el tipo de acceso es siempre ordenado, pixel a pixel. Así, la memoria RAM de video es un poco diferente a la memoria convencional. En ella se almacenan los datos sobre cada pixel, y parte de la misma se utiliza para efectuar los cálculos relacionados al dibujado de pantallas.
Driver de Video:
La falta de normalización de las tarjetas aceleradoras de Video, en sus resoluciones mayores a la VGA, hace necesario el uso de una interface de software, que permita conectar la Aplicación con el hardware. Este software, específico para cada modelo de chipset de tarjeta, permitirá utilizar la misma en todo su potencial.
Normalmente, al comprar la tarjeta de video, la misma viene acompañada de un CD con los drivers de la misma para los principales sistemas operativos. Si la tarjeta de video es del tipo "on board", el driver vendrá en el CD que acompaña a la placa madre.
Tipos de Bus:
La tarjeta de video estará insertada en una ranura de expansión, que le comunicará con la CPU.
Esta ranura podrá ser:
- ISA: de 16 bits, fue la primera interface para el PC, actualmente está obsoleta.
- PCI: funciona a 33 Mhz, y tiene comunicación directa con el procesador. Se comunica a 64 bits.
- AGP: Puerto acelerado de Gráficos, es un puerto dedicado exclusivamente a la comunicación entre la CPU y la tarjeta de video. Soportado desde el Windows 98, es utilizado por las tarjetas actuales.
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