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Clasificación de usos | Computadora de escritorio, laptop |
Fabricantes comunes |
Una tarjeta gráfica o de video (anteriormente, por abuso de lenguaje , una tarjeta VGA ) o un adaptador de gráficos es una tarjeta de expansión para computadora , cuya función es producir una imagen visible en una pantalla .
La tarjeta gráfica envía imágenes almacenadas en su propia memoria a la pantalla, a una frecuencia y en un formato que depende de una mano en la pantalla conectada y del puerto al que está conectada (gracias a plug and play , PnP) y su configuración interna por otro lado.
Al comienzo de la era de las computadoras, las primeras tarjetas gráficas solo permitían la visualización en 2D y se conectaban a un puerto de arquitectura estándar industrial (ISA) de 8 bits; estas son las tarjetas Adaptador de pantalla monocromática (MDA) , también llamadas "Hercules". Aunque denominadas "tarjetas gráficas", solo mostraban, en monocromo, caracteres simples codificados en 8 bits, parte de los cuales estaba reservada para gráficos; se trata de direccionamiento directo en modo ASCII (modo que la BIOS de la mayoría de las computadoras todavía utiliza al inicio en 2009).
Las primeras tarjetas gráficas capaces de direccionar un punto individual de la pantalla no aparecieron hasta 1981 para el público en general, con las tarjetas CGA , ( Color Graphic Adapter ), que permitían direccionar puntos en una resolución de 320 por 200 columnas. Líneas en 4 Colores diferentes. A esto le sigue una sucesión de tarjetas diseñadas para gráficos de computadora, aumentando el número de filas y columnas direccionables cada vez más, así como el número de colores simultáneos que se pueden mostrar (EGA luego VGA); estos son los modos gráficos que se pueden utilizar. Cada vez más funciones realizadas por el procesador son gestionadas gradualmente por el controlador gráfico de las tarjetas, como el dibujo de líneas, superficies sólidas, círculos; funciones muy útiles para acompañar el nacimiento de sistemas operativos basados en interfaces gráficas y para acelerar su visualización.
Con el desarrollo de técnicas, el puerto ISA es reemplazado por el puerto PCI para aumentar la velocidad de transferencia entre el procesador y la tarjeta gráfica. Además de las tarjetas gráficas de visualización en 2D, en la década de 1990 aparecieron tarjetas destinadas a la gestión y visualización de elementos representados en 3D, como las tarjetas 3DFX . Luego aparecieron las tarjetas gráficas 2D-3D con la ventaja de ocupar solo una ranura AGP o PCI en lugar de dos (antes de 1998). De hecho, hasta ahora, las tarjetas 2D se ofrecían por separado de las llamadas tarjetas aceleradoras 3D , cada una con un procesador gráfico específico. Desde el lanzamiento de las primeras tarjetas 2D / 3D integradas por ATI en 1996, todas las tarjetas gráficas modernas admiten 2D y 3D dentro de un solo circuito integrado.
Desde finales de 1995, las tarjetas gráficas han evolucionado considerablemente. En el pasado, la función esencial de una tarjeta gráfica era transmitir las imágenes producidas por la computadora a la pantalla. Esta sigue siendo su función principal en muchas máquinas de automatización de oficinas donde la visualización de imágenes en 3D tiene poco interés. Sin embargo, hoy en día, incluso las tarjetas gráficas más simples también admiten la reproducción de imágenes en 3D. Es una actividad muy cara en términos de cálculos y en términos de ancho de banda de memoria. La GPU (para Graphical Processing Unit ) se ha convertido así en un componente muy complejo, muy especializado y casi imbatible en su categoría (renderizado de imágenes en 3 dimensiones). A excepción de los videojuegos o algunos usos en gráficos por computadora, las posibilidades de las tarjetas gráficas apenas se aprovechan en la práctica. Por lo tanto, son esencialmente los jugadores los que compran y usan GPU cada vez más potentes.
Desde la década de 2000, la potencia informática de las tarjetas gráficas se ha vuelto tan importante a un coste que en última instancia es muy bajo (100 a 700 € para los modelos de consumo) que cada vez más científicos quieren explotar su potencial en otras áreas. Esto puede implicar la ejecución de simulaciones de modelos meteorológicos o financieros o cualquier operación que se pueda paralelizar y requiera una gran cantidad de cálculos. Nvidia y ATI / AMD, los dos principales fabricantes de tarjetas gráficas de consumo de alto rendimiento, ofrecen cada una soluciones patentadas para que su producto se pueda utilizar para la informática científica; para Nvidia, podemos referirnos al proyecto CUDA y para AMD al proyecto ATI Stream . Como tal, hablamos de procesamiento de propósito general en unidades de procesamiento de gráficos (o GPGPU).
Ya en 1996, las tarjetas gráficas comenzaron a integrar funciones de descompresión de video, como la Rage-Pro del fabricante ATI, que ya integraba en 1996 ciertas funciones de descompresión para flujos MPEG2 . Desde entonces, se han desarrollado tecnologías bajo varios nombres que permiten que el procesador se libere de la carga que supone descomprimir una imagen 25 ( PAL / SECAM ) o 30 ( NTSC ) veces por segundo en definiciones cada vez más altas. El soporte parcial o total por GPU de secuencias de video permite ver películas de alta definición en plataformas de hardware con recursos de procesador relativamente modestos; lo que sería imposible sin ellos dada la cantidad de información a procesar casi simultáneamente.
Hoy en día, los modelos móviles se han creado para ser integrados en portátiles . Estas son tarjetas a menudo derivadas de sus contrapartes de escritorio con menos unidades, menor frecuencia, etc.
Las tarjetas gráficas modernas a veces actúan como tarjetas de sonido gracias a sus salidas de sonido integradas en salidas de video convencionales, como HDMI . Los controladores se pueden adaptar para administrar el sonido, a través de la pestaña de audio de los controladores Catalyst, por ejemplo. Esta nueva función ha crecido gracias a la incorporación de altavoces en las pantallas.
El procesador gráfico ( GPU para Graphical Processing Unit , o VPU para Visual Processing Unit en inglés) se utiliza para liberar el microprocesador de la placa base ocupándose de los cálculos específicos para la visualización y coordinación de gráficos 3D o la conversión de ' YCbCr color espacios a RGB ; cuando no se trata de funciones vectoriales que permiten la reconstrucción de imágenes comprimidas de ciertos flujos de video como H.264 . Esta división de tareas entre los dos procesadores libera el procesador central de la computadora y aumenta su potencia aparente en consecuencia.
El procesador de gráficos suele estar equipado con su propio disipador de calor o ventilador para disipar el calor que produce.
La memoria de video almacena datos digitales que el procesador de gráficos debe convertir en imágenes y las imágenes procesadas por el procesador de gráficos antes de que se muestren. Todas las tarjetas gráficas admiten dos métodos para acceder a su memoria. Uno se utiliza para recibir información del resto del sistema, el otro se solicita para su visualización en pantalla. El primer método es un acceso directo convencional ( RAM ) en cuanto a las memorias principales , el segundo método es generalmente un acceso secuencial a la zona de memoria que contiene la información a visualizar en la pantalla.
La capacidad de memoria de la mayoría de las tarjetas de video modernas varía desde 2 GB hasta 32 GB durante los últimos años 2010. Las aplicaciones gráficas son cada vez más potentes y generalizadas, ya que la memoria de video debe ser accesible por GPU y circuitos de visualización, a menudo utiliza alta velocidad especial o memoria multipuerto, como VRAM, WRAM, SGRAM, etc. Alrededor de 2003, la memoria de video se basaba generalmente en tecnología DDR . Desde entonces, los fabricantes han cambiado a DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 y luego a GDDR6 .
RAMDAC ( convertidor digital a analógico de memoria de acceso aleatorio ) convierte las imágenes almacenadas en la memoria de video en señales analógicas para enviarlas a la pantalla de la computadora. Se ha vuelto innecesario con las salidas DVI (digitales).
El BIOS de video es para la tarjeta gráfica lo que el BIOS es para la placa base . Es un pequeño programa almacenado en una memoria de solo lectura (ROM para memoria de solo lectura ) que contiene cierta información sobre la tarjeta gráfica (por ejemplo, modos gráficos admitidos por la tarjeta) y se utiliza para iniciar la tarjeta gráfica.
La conexión a la placa base se realiza mediante un puerto injertado en un bus . A lo largo de los años, varias tecnologías se han sucedido para satisfacer las crecientes necesidades de velocidad de transferencia de las tarjetas gráficas:
PCI-Express 1.x | PCI-Express 2.x | PCI-Express 3.x | PCI-Express 4.x | PCI-Express 5.x | PCI-Express 6.x | |
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Año de introducción | 2003 | 2007 | 2012 | 2017 | 2019 | 2021 (planificado) |
Frecuencia | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz |
Potencia máxima entregada (12V + 3V3) | 75 vatios | 75 vatios | 75 vatios | 75 vatios | 75 vatios | 75 vatios |
Banda ancha | 2,5 GT / s | 5 GT / s | 8 GT / s | 16 GT / s | 32 GT / s | 64 GT / s |
Rendimiento por línea | 250 MB / s | 500 MB / s | 984,6 MB / s | 1969,2 MB / s | 3938 MB / s | |
Velocidad para 16 líneas | 4 GB / s | 8 GB / s | 15.754 GB / s | 31,508 GB / s | 63,02 GB / s |
Existen otros tipos de conexiones en otras arquitecturas informáticas, por ejemplo, se puede mencionar el bus VME ; pero se trata de tecnologías que no se utilizan mucho y están reservadas para el mundo de la informática profesional y la industria.
Las interfaces analógicas tienden a desaparecer gradualmente en favor de las interfaces digitales (marzo de 2011). Aunque las señales analógicas todavía están presentes en ciertos pines de las interfaces DVI , lo que permite la transformación de un conector DVI en un conector VGA mediante un simple adaptador pasivo: esta adaptación ya no es posible con interfaces puramente digitales como interfaces HDMI sin componentes activos. .
Interfaces digitalesLa interfaz DVI ( Interfaz de video digital ), presente en ciertas tarjetas gráficas, permite enviar datos digitales a las pantallas que la soportan. Esto hace posible evitar conversiones innecesarias de digital a analógico y luego de analógico a digital. Una interfaz HDMI que permite conectar la tarjeta a una pantalla de alta definición y al mismo tiempo transmitir la parte de audio (versátil, este formato sustituye al euroconector ). La señal es una señal puramente digital. Una interfaz DisplayPort , una interconexión de audio / video digital de nueva generación, sin derechos ni licencias, es la única interfaz que puede garantizar una transmisión nativa de 4K a 60 Hz . Tenga en cuenta que DVI y HDMI pueden admitir DRM .
Los modelos 2000-2010 generalmente asociaron dos tipos de interfaces: una interfaz de televisión (S-Video o HDMI) con una interfaz de pantalla de computadora (VGA o DVI). En el caso de las interfaces analógicas, determinadas líneas de señal se utilizan para transmitir información relativa a determinados datos específicos de la pantalla utilizada. La pantalla puede transmitir información como la resolución óptima y sus límites de frecuencia de actualización. Esto permite informar de forma inteligente al sistema operativo sobre la mejor definición para mostrar, por ejemplo (consulte DDC para obtener información sobre la información transmitida). En el caso de las interfaces digitales, la información se intercambia entre la pantalla y la tarjeta gráfica para brindar las mismas funciones que en las analógicas; con ellos, al mismo tiempo, transmiten cierta información sobre funcionalidades adicionales, protección anti-copia por ejemplo, o las capacidades de transporte de sonido en formato digital.
El DisplayPort que apareció en 2008 es capaz de admitir resoluciones de hasta 3840x2160 @ 30Hz y 2560x1600 @ 60Hz en la versión 1.1 (velocidad 8.64 Gb / s), 3840x2160 @ 60Hz (velocidad 17.28 Gb / s) en la versión 1.2, 5120x2880 @ 60Hz y 7680x4320 @ 30 Hz (velocidad 25,92 Gb / s) en la versión 1.3 y 7680x4320 @ 60Hz y 3840x2160 @ 120Hz en la versión 1.4.
A partir de 2016, el conector Mini DisplayPort se retira gradualmente de las nuevas máquinas para ser reemplazado por conectores USB Type-C Thunderbolt, que integran, además de la interfaz DisplayPort, funciones de transferencia de datos inherentes al estándar USB, incluso funciones de fuente de alimentación (una fuente de alimentación externa). por lo tanto, la pantalla se puede alimentar y recibir el flujo de video con un solo cable).
La cantidad de memoria de video necesaria para almacenar la imagen que se mostrará depende de la resolución elegida para la pantalla.
El número de colores es función del número de bits utilizados para la codificación de colores.
Número de bits | Numero de colores | |
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1 | 2 | |
4 | dieciséis | |
8 | 256 | |
15 | 32 768 | |
dieciséis | 65,536 | |
24 | 16 777 216 | |
32 | 4.294.967.296 | |
48 | 281474976710656 | |
64 | 18 446 744073 709 552 000 |
La cantidad de memoria requerida es el número de píxeles útiles multiplicado por el número de bits de color por píxel . El conjunto se divide por ocho para convertirlo en bytes ( 1 byte = 8 bits ).
Ejemplo | Cálculo de la cantidad de memoria necesaria para visualizar con una resolución de 640 × 480 y 16 colores ( ). |
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Solución | Cantidad de memoria = bytes = 150 kiB |
Recordar | 1 KB = 1.024 bytes → |
Definición en píxeles | 16 colores | 256 colores | 32,768 colores | 65.536 colores | 16.777.216 colores | 4.294.967.296 colores |
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640 × 480 | 150 KB | 300 KB | 563 KB | 600 KB | 900 KB | 1200 KB |
800 × 600 | 235 KB | 469 KB | 879 KB | 938 KB | 1407 KB | 1,875 KB |
1.024 × 768 | 384 KB | 768 KB | 1440 KB | 1,536 KB | 2,304 KB | 3072 KB |
1.280 × 1.024 | 640 KB | 1280 KB | 2400 KB | 2,560 KB | 3,840 KB | 5 120 KB |
1600 × 1200 | 938 KB | 1,875 KB | 3,516 KB | 3,750 KB | 5625 KB | 7.500 KB |
1920 × 1080 | 1,012 KB | 2025 KB | 3,797 KB | 4050 KB | 6.075 KB | 8.100 KB |
3.840 x 2.160 (4K UHD) | 4050 KB | 8.100 KB | 15 188 KB | 16.200 KB | 24,300 KB | 32,400 KB |
Esta indicación es ahora de poco interés porque la memoria de video de una tarjeta gráfica se usa para muchos propósitos. Permite, entre otras cosas, agilizar la visualización de videos o almacenar la información necesaria para la síntesis de imágenes 3D. Los sistemas operativos modernos como Windows Vista , Windows 7 , Mac OS o GNU / Linux requieren una gran cantidad de memoria de video para optimizar su visualización. En cuanto a los videojuegos más recientes, funcionan mucho mejor ya que la cantidad de memoria de video es importante. En 2016 , comúnmente encontramos tarjetas gráficas equipadas con 4 GiB de memoria.
Año | AMD ( ATI hasta 2010) | Nvidia (y 3dfx hasta 2000) | Matrox | Videologic y / o STMicroelectronics |
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1986 | Maravilla MDA / CGA | SM-640 | ||
1987 | Maravilla EGA, Maravilla VGA | |||
1991 | Mach 8 | |||
1992 | Mach 32 | |||
1993 | MGA Ultima, MGA Ultima Plus, MGA Impression, MGA Impression Pro | |||
1994 | Mach 64 CX, Mach 64 GX | Impresión MGA Plus | ||
1995 | EXM321, Mach 64 CT, Mach 64 VT | Nvidia NV1 / STG2000 / Diamond Edge 3D | MGA Millenium, Pulsar | ? |
1996 | Todo en Maravilla, 3D Rage, 3D Rage II, Mach 64 VT2 | Gráficos vudú | Místico | Potencia VR o PCX1 |
1997 | 3D Rage Pro | Riva 128, Voodoo Rush | elemento, Millennium II, Mystique 220 | Apocalipsis 3Dx, Apocalipsis 5D Sonic |
1998 | Rage XL, Rage 128 VR, Rage 128 GL, Rage 128 VR, Mach 64 VT4 | RIVA 128 ZX, Riva TNT, Voodoo2, Voodoo Banshee | Millennium G200, Productiva G100, Productiva G100-Quad | ? |
1999 | Rage 128 pro, Rage 128 Ultra, Rage Fury Maxx | Vanta, Riva TNT2, GeForce 256, Voodoo 3 1000, 2000, 3000 y 3500, Velocidad 100, 200 | Millennium G400, Millennium G400 MAX, Millennium G200 LE | Poder VR Kyro |
2000 | Radeon SDR, Radeon DDR, Radeon VE, All-in-Wonder Radeon | GeForce 2 GTS, MX, MX 200, MX 400, Voodoo 4 4500, Voodoo 5 5000, 5500 y 6000 | Millennium G450, G200 MMS | 3D Prophet 4500, Power VR Kyro 2 |
2001 | FireGL, Radeon 7000, 7200, 7500, 8500 | GeForce 3, Ti 200, Ti 500 | Millennium G550 | |
2002 | Imageon, Radeon 9000, 9100, 9500, 9700 | GeForce 4 Ti, Ti 4200, Ti 4400, Ti 4600, Ti 4800 | Parhelia 512 | |
2003 | Radeon 9200, 9600 y 9800 | GeForce 5200, 5600, 5700, 5800, 5900 | Millennium P650, P750 | \ |
2004 | Radeon 9250, 9550, X300, X500, X600, X700, X800, X850 | GeForce 4300, 5500, 5750, 5950, 6200, 6500, 6600, 6800 | QID LP PCIe | \ |
2005 | Radeon X1300, X1600 y X1800 | GeForce 7800 | \ | |
2006 | Radeon X1600, X1650, X1900, X1950 | GeForce 7100, 7200, 7300, 7500, 7600, 7700, 7900, 7950, 7950GX2, 8800 | \ | |
2007 | Radeon HD 2400, HD 2600, HD 2900, HD 3800 | GeForce 8800, 8600, 8500, 8400, 8300 | Millennium P690 | \ |
2008 | Radeon HD3870X2, HD4550, HD4650 HD4670, HD4850, HD4870, HD4850X2, HD4870X2 | GeForce 9200, 9300, 9400, 9500, 9600, 9800, GTX260, GTX280, 9800GX2, 9800 GTX | M9120 | \ |
2009 | Radeon HD 4770, HD4890, HD 5750, HD 5770, HD 5850, HD 5870, HD 5970 | GeForce GTX260 +, GTX275, GTX295, GTX 285, G210, GT220, GT240 | M9148 | \ |
2010 | Radeon HD5450, HD5570, HD5670, HD5650, HD5750, HD5770, HD5850, HD5870, HD6850, HD6870, HD6950, HD6970 | GeForce GTX 480, GTX 470, GTX465, GTX 460, GTS 450, GT 430, GTX 580, GTX 570 | \ | |
2011 | Radeon HD6990 | GeForce GTX 560t Ti, GTX550 Ti, GTX590 GTX 580 GTX 570 | \ | |
2012 | Radeon HD7970, HD7950, HD7770, HD7750, HD7850, HD7870 | GeForce GTX 690, GTX 680, GTX 670, GTX 660, GTX 650, GTX 650 Ti, GTX 660 Ti, GT 610 | \ | |
2013 | Radeon HD7990, R9 290X / 290, R9 280X / 280, R9 270X / 270, R7 265, R7 260X / 260, R7 250X / 250, R7 240X / 240 | GeForce GTX Titan, GTX 780 Ti, GTX 780, GTX 770, GTX 760, | \ | |
2014 | R9 295X2, R7 230, R5 240, R5 235X, R5 235, R5 220 | GeForce GTX 750, GTX 750 Ti, GeForce GTX Titan Black, GTX Titan Z, GeForce GTX 970, GeForce GTX 980 | C420, C680 | \ |
2015 | R7 360, R7 370, R9 380, R9 390, R9 390X, R9 Furia X | GeForce GTX 950, GeForce GTX 960, GTX 970, GTX 980, GTX Titan X (Maxwell), GTX 980 Ti | \ | |
2016 | RX 480, RX 470, RX 460 | GeForce Titan X (Pascal), GTX 1080, GeForce GTX 1070, GTX 1060, GTX 1050Ti, GTX 1050 | \ | |
2017 | RX 560, RX 570, RX 580, RX Vega 56, RX Vega 64 | GTX 1080 Ti, GeForce Titan Xp (Pascal), GeForce Titan V (Volta), GTX 1070 Ti, GT 1030 | \ | |
2018 | RX 590 | RTX 2080, RTX 2080 Ti, RTX 2070, RTX 2060 | \ | |
2019 | RX 5300 XT, RX 5500, RX 5500 XT, RX 5700, RX 5700 XT | GTX 1660 Ti, GTX 1660/1660 Super, GTX 1650/1650 Super, RTX 2060 Super, RTX 2070 SUPER, RTX 2080 Super | \ | |
2020 | RX 5300, RX 5600, RX 5600 XT, RX 6800, RX 6800 XT, RX 6900 XT | RTX 3060 Ti,
RTX 3070, RTX3080, RTX 3090 |
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2021 | RX 6700 XT | RTX 3060 |
La historia de las tarjetas gráficas no se limita al duelo entre ATI y Nvidia. Otros actores tuvieron su hora de gloria; entre ellos se pueden citar: S3 Graphics , Trident, Matrox, Cirrus Logic y SGI que fabricaron hasta 2004 sus propias soluciones gráficas destinadas al mundo profesional. Sin olvidar a Intel que, aunque perdiendo terreno, siguió cumpliendoabril 2010la mayoría de soluciones gráficas para PC en el mundo en forma de chipsets con controlador de gráficos integrado. En 2012, Intel, con su gama Ivy Bridge , lanzó el circuito de gráficos integrados HD4000 .