TESINA

Unidad de Procesamiento Gráfico

QUE PRESENTA

C. EVAN ISSAC TIRADO FLORES

EN CUMPLIMIENTO PARCIAL DE LA

ESTADÍA PRÁCTICA DE

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASESOR ACADÉMICO

M.C. CARLOS MELLADO OSUNA

ORGANISMO RECEPTOR

KELLY SERVICES MÉXICO S.A. DE C.V.

Mazatlán, Sin. 11 de Diciembre de 2016

ii

iii

iv

v

vi

Dedicatoria

A mis padres por su apoyo incondicional que me brindaron durante el transcurso de mis estudios.

vii

Agradecimiento

A mi madre Alma, por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos,

sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de

bien, por preocuparse en cada momento de mi vida, pero más que nada, por su

amor. A mi padre Ernesto, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo

caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir

adelante y por su amor. A mis hermanos Erick, y Ernesto por su apoyo, por ser los

mejores hermanos, por ser una motivación especial para mí, para seguir adelante y

demostrarles que todo es cuestión de perseverancia y esfuerzos. A mi sobrina

Maya, por ser también una de las mayores motivaciones, a pesar de su corta edad,

se ha convertido en una gran motivación para mí y toda mi familia.

Por último, quisiera también dar un agradecimiento especial a la Universidad

Politécnica de Sinaloa, por darme los conocimientos y habilidades que ahora tengo,

ya que gracias a ellos he logrado desenvolverme como estudiante y como persona.

Quiero agradecer a todos mis profesores con los cuales tuve el privilegio de ser su

alumno y de aprender de todos y cada uno de ellos.

viii

RESUMEN

UNIDAD DE PROCESAMIENTO GRÁFICO

Evan Issac Tirado Flores.

Unidad Académica de Ingeniería Mecatrónica

Universidad Politécnica de Sinaloa

Mazatlán, Sinaloa, Diciembre 2016

Asesor: M.C. Carlos Mellado Osuna

La presente tesina realiza un estudio a lo que es la Unidad de Procesamiento

Gráfico en una computadora, el cual permita analizar detalladamente el

funcionamiento de esta parte tan importante dentro del hardware de las

computadoras que conocemos hoy en día, para que de esta manera se pueda

conocer más a fondo los procesos que realiza la Unidad de Procesamiento Gráfico,

o por sus siglas en ingles GPU (Graphics Processing Unit).

Así mismo se hace énfasis en la importancia de la utilización del software ya que

este también es parte fundamental para que el hardware (GPU) funcione

debidamente. De esta manera se logrará explicar al lector como funciona esta parte

tan fundamental para la utilización de las computadoras y dispositivos móviles.

Además de mostrar cómo ha ido evolucionando a través de los años para mejor el

funcionamiento del mismo, la facilidad de manejo y el gran incremento en cuanto a

su eficiencia para el fácil manejo de los dispositivos que manejamos hoy en día.

ix

INDICE

I. Introducción …………………………………………….………. 1

1.1 Antecedentes …………………………………………….……... 3

1.2 Historia de las computadoras …….…….…….……..…. 3

1.2.1 Primera generación …….…….…….…….…….…….…. 3

1.2.2 Segunda generación …….…….…….…….…….……… 4

1.2.3 Tercera generación …….…….…….…….…….…….…. 4

1.2.4 Cuarta generación …….…….…….…….…….……….. 4

1.3 Historia de las Unidades de Procesamiento Gráfico ………… 6

II. Desarrollo …………………………………………….…….……… 9

2.1 ¿Qué es una GPU? …….…….…….…….…….…….………… 9

2.1.1 ¿Cómo funciona una GPU? …….…….…….……………. 10

2.1.2 Tipos de GPU ………………………………………………. 10

- Tarjetas dedicadas …….…….…….…….…….…….……… 10

- Integrados gráficos …….…….…….…….…….…….……… 11

- Híbridos ………………………………………………… 11

2.1.3 RAMDAC …………………………………………………… 12

2.2 ¿Qué es una tarjeta gráfica o de video? …….…….………… 12

2.2.1 Tipos de tarjetas gráficas …….…….………….................. 13

- Tarjeta MDA ………………………………………………… 13

- Tarjeta CGA …………………………………………………. 13

- Tarjeta HGC …………………………………………… 14

2.2.2 Salidas de video ……………………………………………. 15

- DA-15 …………………………………………………………. 15

- Digital TTL DE-9 …………………………………………….. 15

- SVGA …………………………………………………………. 15

- DVI …………………………………………….…….…….….. 16

- S-Video ……………………………………………………… 16

- Video Compuesto ……………………………………………. 17

x

- Video por componentes ……………………………………. 17

- HDMI …………………………………………………………. 17

- DisplayPort …………………………………………………… 18

2.3 ¿Qué es una CPU? ……………………………………………… 19

2.3.1 Diferencia entre CPU y GPU …………………………… 23

2.4 Programación de la GPU ………………………………………. 25

2.4.1 OpenGL ……………………………………………………… 25

2.4.2 DirectX ……………………………………………………… 26

- Direct3D ……………………………………………….. 26

- Direct Graphics ……………………………………………… 26

- DirectInput ……………………………………………………. 26

- DirectPlay ……………………………………………………. 26

- DirectSound ………………………………………………….. 26

- DirectMusic …………………………………………………… 26

- DirectShow …………………………………………………… 27

- DirectSetup …………………………………………………… 27

- DirectCompute ……………………………………………… 27

2.4.3 BIOS ……………………………………………………… 28

2.4.4 vBIOS ……………………………………………………… 29

2.4.5 ¿Qué es un driver? ………………………………………… 29

2.4.6 ¿Qué función tiene un driver de gráficos? ……………. 30

2.5 Monitores …………………………………………………………. 30

2.5.1 ¿Qué es un monitor? ………………………………………. 30

2.5.2 Un poco más acerca de los monitores ……………….. 31

2.5.3 Parámetros fundamentales …………………………… 32

- Pixel ………………………………………………………… 32

- Tamaño de punto ……………………………………………. 32

- Área útil ……………………………………………………… 32

- Ángulo de visión ……………………………………………... 32

- Luminancia …………………………………….…….……….. 32

- Tiempo de respuesta ……………………………………….. 32

xi

- Contraste ……………………………………………………… 32

- Coeficiente de contraste de imagen ……….…….……… 33

- Consumo …………………………………….…….…….……. 33

- Ancho de banda …………………………………….……….. 33

- Frecuencia de refresco vertical …….…….…….……….. 33

- Frecuencia de refresco horizontal ……..…….…….…….. 33

- Blindaje …………………………………….…….…….……. 33

- Tipo de monitor …………………………………….………… 33

- Líneas de tensión …………………………………….……… 33

2.6 Nuevas tecnologías …………………………………….………. 34

2.6.1 WiDi …………………………………….…….…….………. 34

III. Bibliografía …………………………………….…….…….……… 36

IV. Conclusiones …………………………………….…….…….…… 37

V. Glosario …………………………………….…….…….…….……. 38

xii

INDICE DE FIGURAS Figura 2.1.2.1 Tarjeta dedicada …………………..………………………………….. 11 Figura 2.2.1.1 Salida de video DA-15 macho ……………………………………… 15 Figura 2.2.1.2 Salida de video SVGA ……………………..………………………… 15 Figura 2.2.1.3 Salida de video DVI …………………..……………………………… 16 Figura 2.2.1.4 Salida de video S-Video …………………..……………………….. 16 Figura 2.2.1.5 Salida de video Compuesto …………………….…………………. 17 Figura 2.2.1.6 Salida de video HDMI …………………..………………………….. 17 Figura 2.2.1.7 Cable de video DisplayPort ………………………………………… 18

1

I. INTRODUCCIÓN

Hoy día se está implementando el uso de las computadoras en todos los campos

de trabajo. Las computadoras están en todos lados y existen en muchas formas,

tamaños y colores. Por ejemplo: una calculadora de bolsillo, el reloj de un

microondas, el control remoto de un televisor, los juegos de video, y los cajeros

automáticos, entre otros. En trabajos donde el hombre no se concentra o no pone

la atención debida a causa de la naturaleza repetitiva de la tarea, una computadora

puede realizar la misma durante toda una semana, 24 horas al día, sin pérdida de

velocidad ni precisión.

La computadora es más que una calculadora de alta velocidad. Se ha convertido

en un auxiliar esencial hoy día. ¿Qué cree usted que pasaría si se fuera la luz por

un día a nivel mundial? Para comenzar, además de comer un desayuno frío, no

recibiría el periódico. No podrá llamar a su jefe por teléfono para indicarle que va a

llegar tarde a causa del tapón que se formó al no haber semáforos. Al llegar al

aeropuerto, le dicen que todos los vuelos han sido cancelados. De camino a casa

decide ir al supermercado, pero están cerrado. Es que el supermercado usa

lectores ópticos en sus registradoras digitales. Decide entonces ir a su casa a

concluir su trabajo de la oficina, pero recordó que su reporte está guardado en un

disco de computadora. Claro, que esto es una suposición hipotética. El punto es

que las computadoras están ya tan integradas en nuestra vida diaria, que sin ellas

estaríamos casi paralizados.

Lo práctico que tenemos en las computadoras y ahora en dispositivos móviles, es

la facilidad de manejo y la simplificación de las tareas que antes se realizaban a

pluma y papel, y ahora todo podemos tenerlo bien organizado y manejado

eficazmente mediante una interfaz gráfica de usuario (GUI). El motivo de esta tesina

está básicamente enfocado en esto, la visualización gráfica que nos brinda este tipo

de dispositivos tecnológicos para que podamos ejecutar nuestras tareas fácilmente.

Se tratará de explicar los fundamentos básicos para que estas visualizaciones en

2

pantalla sea explicado un poco más a fondo de lo que nosotros vemos en nuestros

monitores o paneles al observar nuestra PC o nuestro móvil, además de mostrar

funcionalidades de esto que uno no se da cuenta que existen, y están presentes

para que el usuario maneja su interfaz gráfica de forma más cómoda, rápida y con

equipos que ofrezcan una visualización de calidad en tu pantalla.

3

1.1 ANTECEDENTES

La computadora tiene sus comienzos con el hombre pre-histórico. Cuando

éste comenzó a llevar cuentas de sus animales, tierras y cantidades físicas y se dio

cuenta que necesitaba algo más que los dedos de las manos y los pies para contar.

Comenzó a dibujar pequeñas rayas en las paredes, luego a unir pequeñas piedras.

Ya eran tantas las cosas que había que contar que se tuvo que ver obligado a

inventar la multiplicación. Esto con el propósito de representar grandes cantidades

físicas en forma simbólica y así ocupar menos espacio. De ahí, se creó el primer

computador aritmético, EL ABACO. El ábaco fue el pionero en máquinas de contar.

Luego, se desarrollaron un sin número de máquinas, cada una de éstas superando

a sus predecesoras en rapidez y capacidad de almacenamiento, hasta alcanzar lo

que es hoy la computadora.

1.1 HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS

La historia de las computadoras consiste de cuatro generaciones. Cada

generación se caracteriza por la arquitectura física de los componentes que la

forman. Se describen a continuación:

1.1.1 Primera Generación (1946 - 1959)

Esta generación se caracteriza por el uso de tubos al vacío para conducir la

electricidad. Las computadoras de esta generación eran muy grandes en tamaño y

lentas al procesar datos. A causa de la gran cantidad de calor que emitían, se

requería que siempre estuvieran en un lugar con mucha ventilación. Una vez que

las computadoras de esta generación comenzaban un proceso, el mismo no podía

ser interrumpido hasta que la computadora lo terminará por completo. Podían

realizar 1,000 instrucciones por segundo.

4

1.1.2 Segunda Generación (1959 - 1964)

Con la aparición de los transistores, estos reemplazan los tubos al vacío de la

primera generación. Un transistor representa 40 tubos al vacío y son más pequeños

y duraderos. Las computadoras de esta generación resultaron más económicas ya

que consumían menos energía y ocupaban menos espacio. Su capacidad de

memoria se amplía al igual que las unidades de entrada y salida de información. Su

velocidad de ejecución aumenta y además surgen los primeros lenguajes de

computación como lo es “FORTRAN”. Estas computadoras podían realizar 10,000

instrucciones por segundo.

1.1.3 Tercera Generación (1965 - 1971)

En la tercera generación los circuitos integrados pasan a sustituir los transistores.

Un circuito integrado es un pequeño encapsulado de silicón que contiene en su

interior miles de transistores. Estos proveen mayor velocidad, durabilidad y a su vez

son más económicos que los transistores de la segunda generación. Las

computadoras de la primera y segunda generación eran muy grandes y ocupaban

mucho espacio. Las computadoras de ésta generación fueron más pequeñas y

menos costosas. Estas computadoras podían realizar 1,000,000 instrucciones por

segundo y podían ejecutar varias tareas al mismo tiempo.

1.1.4 Cuarta Generación (1972 - Actualidad)

Los circuitos integrados pasan a integraciones a larga escala, es decir se aumenta

la cantidad de transistores de manera considerable en cada circuito integrado. En

esta generación aparece el microprocesador. Este a su vez promueve el surgimiento

de las microcomputadoras y las computadoras personales, siendo la primera

computadora personal la APPLE II, en 1977.

5

El circuito integrado hace que las computadoras de esta generación sean mucho

más rápidas. La eficiencia de éstas aumenta considerablemente y se reduce el

tamaño y el costo de las mismas.

Cada generación de computadoras utiliza una nueva invención para conducir la

electricidad. A medida que se reducen los dispositivos electrónicos, la computadora

se hace más portable y su eficiencia aumenta considerablemente. Esto las hace

accesible no sólo a empresas sino también para el uso personal.

1

1 Recinto Universitario De Mayagüe (2010)

http://www.uprm.edu/cti/docs/manuales/manuales-espanol/vax-

vms/bosquejos/Bintcomp.pdf

6

1.2 HISTORIA DE LAS UNIDADES DE PROCESAMIENTO GRÁFICO

Conforme las computadoras iban evolucionando, las Unidades de Procesamiento

Gráfico (GPU) surgieron y también fueron evolucionando a su vez. Los primeros

precursores de las unidades de procesamiento gráficos se remontan a la década de

los 80. Se trataba de pequeños chips controladores, muy parecidos a los que se

usan hoy día para la conectividad Ethernet, Bluetooth o WiFi. Estas primeras

protoGPUs eran bastante básicas y a penas cumplían con un puñado de funciones

que si bien hoy podrían ser consideradas demasiado pequeñas para requerir una

unidad aparte, dadas las capacidades de procesamiento de aquellos procesadores,

sí que podían ser necesarias.

Una de las primeras tarjetas gráficas fue el iSBX 275 de Intel, que llegó al mercado

en 1983, y se basaba en el controlador 82720 GDC de la firma. Y sería la mítica

Commodore Amiga uno de los primeros ordenadores en contar con su propia GPU,

en 1985. Ya para 1986 Texas Instruments había logrado desarrollar un procesador

con capacidades de procesamiento gráfico incluidas, un precursor de los SoC que

actualmente se usan en la industria.

Durante los años 90, las funciones cumplidas por las GPU se incrementaron al

ritmo en que crecían sus capacidades, así fue como al principio las gráficas se

encargaron del renderizado de gráficos 2D, y posteriormente adquirieron una

función fundamental con el auge de los gráficos 3D. Fue por esta época cuando las

GPU comenzaron a ser vistas como un componente obligatorio de las consolas,

especialmente después de lo que supusieron para los gráficos de la PlayStation

original y la Nintendo 64.

De allí hasta el presente, ha habido un complejo proceso de evolución y mejora

de capacidades, se establecieron los estándares OpenGL y Direct3D como APIs

para facilitar el trabajo a los programadores, y en la actualidad vemos como las GPU

7

se están volviendo componentes obligados, siendo que la mayoría de SoCs cuentan

con una GPU integrada.

Las modernas GPU son descendientes de los chips gráficos monolíticos de finales

de la década de 1970 y 1980. Estos chips tenían soporte BitBLT limitado, siendo

BitBLT una primitiva gráfica consistente en que dos mapas de bit son combinados

en uno. Usualmente en estos tiempos no se tenía soporte para dibujo de figuras.

Algunos GPU podían ejecutar varias operaciones en una lista de display y podían

usar DireDMA para reducir la carga en el procesador anfitrión.

Hacia finales de la década de 1980 y principios de la de 1990, los

microprocesadores de propósito general de alta velocidad fueron muy populares

para implementar las GPU más avanzadas. Muchas tarjetas gráficas para PC y

estaciones de trabajo usaban procesadores digitales de señales para implementar

funciones de dibujo rápidas y muchas impresoras láser contenían un procesador de

barrido de imágenes "PostScript" corriendo en un procesador RISC (Computador

con Conjunto de Instrucciones Reducidas) como el AMD 29000.

Conforme la tecnología de proceso de semiconductores fue mejorando,

eventualmente fue posible mover las funciones de dibujo y las BitBLT a la misma

placa y posteriormente al mismo chip a manera de un controlador de búfer de

marcos (frames), tal como el “Video Graphics Array”, mejor conocido como VGA.

VGA fue el último estándar de gráficos introducido por IBM al que se atuvieron la

mayoría de los fabricantes de computadoras compatibles IBM, convirtiéndolo en el

mínimo que todo el hardware gráfico soporta antes de cargar un dispositivo

específico. Por ejemplo, la pantalla de Microsoft Windows aparece mientras la

máquina sigue funcionando en modo VGA, razón por la que esta pantalla aparecerá

siempre con reducción de la resolución y profundidad de color.

8

Aparte de la tecnología conocida como VGA, posteriormente se fueron

introduciendo nuevos controladores de búfer de marcos, tales como S-Video, DVI,

HDMI, DisplayPort los cuales son más conocidos y aun utilizados en la actualidad.2

2 J.J. Torres (2013) https://hipertextual.com/archivo/2013/12/hardware-gpu-grafica/

9

II. DESARROLLO

2.1 ¿Qué es una GPU?

La unidad de procesamiento de gráficos o GPU, en términos simples, es un

coprocesador. Se trata de un componente muy parecido al CPU, solo que el tipo de

procesamiento al que se dedica es al de gráficos. De este modo, la GPU puede

aligerar la carga de información que debe ser procesada por la unidad central, y

esta última puede hacer su trabajo de manera más eficiente. Un coprocesador

especializado para los gráficos Pero entonces, si ambos son esencialmente

procesadores, solo que uno está dedicado esencialmente a gráficos para reducir la

carga del uno al otro.

La mayor parte de la información ofrecida en la especificación de una tarjeta

gráfica se refiere a las características de la GPU, pues constituye la parte más

importante de la tarjeta. Dos de las más importantes de dichas características son

la frecuencia de reloj del núcleo, que en 2006 oscilaba entre 250MHz en las tarjetas

de gama baja y 750MHz en las de gama alta, y el número de pipelines, encargadas

de traducir una imagen 3D compuesta por vértices y líneas en una imagen 2D

compuesta por pixeles.

Según la tarjeta gráfica esté integrada en la placa base o no, utilizará la memoria

RAM propia del ordenador o dispondrá de una propia. Dicha memoria es la memoria

de video o VRAM. Su tamaño oscila entre 128MB y 4GB. La memoria empleada en

2006 estaba basada en tecnología DDR, destacando GDDR2, GDDR3, GDDR4 y

GDDR5. La frecuencia de reloj de la memoria se encontraba entre 400MHz y

3,6GHz.

Samsung ha conseguido hacer memorias GDDR5 a 7GHz, gracias al proceso de

reducción de 50nm, permitiendo un gran ancho de banda en buses muy pequeños.

Una parte importante de la memoria de un adaptador de video es el Z-Buffer,

encargado de gestionar las coordenadas de profundidad de las imágenes en los

gráficos 3D.

10

2.1.1 ¿Cómo funciona una GPU?

A diferencia de los procesadores centrales, diseñados con pocos núcleos pero

altas frecuencias de reloj, las GPU suelen tener grandes cantidades de núcleos de

procesamiento a frecuencias de reloj relativamente bajas. En la actualidad, la

mayoría de los núcleos de procesamiento están dirigidos a dos funciones:

procesamiento de vértices y de píxeles.

El procesamiento de vértices es relativamente sencillo para las unidades de

procesamiento gráfico modernas, siendo de los que menos recursos consumen. En

términos sencillos se trata de obtener la información de los vértices, previamente

calculada por el CPU, y procesar su ordenamiento espacial, rotación, y qué

segmento del vértice será gráficamente visible, para así continuar con el pixelado.

A continuación se procede a procesar los pixeles, o en otras palabras, los gráficos

observables como tal. Éste es el proceso más complejo y que requiera más carga

de procesamiento, pues se aplicaran todas las capas y efectos necesarios para

crear texturas complejas y obtener gráficos lo más realistas posibles.

Por último, una vez procesada la información gráfica, esta es llevada a un monitor

digital o analógico (en este último caso, previo paso por un convertidor), según las

necesidades propias del ordenador.

2.1.2 Tipos de GPU

Actualmente existen tres grandes tipos de unidades de procesamiento gráfico. Más

que por la arquitectura, estos difieren entre ellos por el modo en que son

implementadas las GPU.

- Tarjetas dedicadas: Este tipo de unidades gráficas son las que

proporcionan mayor potencia. Como su nombre lo indica, tienen una serie de

especificaciones y están expresamente diseñadas para cumplir con sus tareas

específicas, por lo que son mucho más eficientes. Generalmente se suele entender

11

que una tarjeta dedicada es aquella que se integra a la tarjeta madre mediante un

puerto aparte. Esto último no siempre es necesario, y lo que realmente define a una

tarjeta gráfica dedicada es que tiene RAM independiente que solo podrá ser

utilizada por el GPU, y mientras cumpla con este requisito puede estar integrada a

la placa base o incluso al CPU.

Figura 2.1.2.1 Tarjeta dedicadas

- Integrados gráficos: A diferencia de las unidades dedicadas, las

integradas utilizan la memoria del sistema para realizar sus funciones. Son este tipo

de soluciones las más comunes en los ordenadores modernos, estando hasta en el

90% de los equipos de cómputo, incluyendo smartphones, tablets y la mayoría de

computadoras personales. Con frecuencia el núcleo central de estas unidades solía

estar en la tarjeta madre, pero más recientemente las cosas han cambiado, y tanto

AMD como Intel suelen integrarlas ahora en sus procesadores, y les han

denominado AMD Accelerated Processing Unit e Intel HD Graphics

respectivamente.

- Híbridos: Diseñadas para mantener precios relativamente bajos y al mismo

tiempo asegurarse niveles de potencia adecuados, las unidades gráficas híbridas

también comparten la memoria del sistema, pero para disminuir el tiempo de

latencia de esta última, integran una cantidad limitada de memoria propia que se

12

encarga de realizar las labores inmediatas. Suele ser éste el tipo de gráficos que

encontraremos en ordenadores portátiles que prometen tarjetas dedicadas.3

2.1.3 RAMDAC

El RAMDAC es un conversor de señal digital a analógico de memoria RAM. Se

encarga de transformar las señales digitales producidas en el ordenador en una

señal analógica que sea interpretable por el monitor. Según el número de bits que

maneje a la vez y la velocidad con que lo haga, el conversor será capaz de dar

soporte a diferentes velocidades de refresh del monitor. Dada la creciente

popularidad de los monitores digitales el RAMDAC está quedando obsoleto, puesto

que no es necesaria la conversión analógica si bien es cierto que muchos conservan

conexión VGA por compatibilidad.

2.2 ¿Qué es una tarjeta gráfica o de video?

Una tarjeta gráfica, tarjeta de video, placa de video, aceleradora de gráficos o

adaptador de pantalla, es una tarjeta de expansión para una computadora,

encargada de procesar los datos provenientes de la CPU y transformarlos en

información comprensible y representable en un dispositivo de salida, como un

monitor o televisor. Las tarjetas gráficas más comunes son las disponibles para las

computadoras compatibles con la IBM PC, debido a la enorme popularidad de éstas,

pero otras arquitecturas también hacen uso de este tipo de dispositivos. Es habitual

que se utilice el mismo término tanto a las habituales tarjetas dedicadas y separadas

como a las GPU integradas en la placa base.

Algunas tarjetas gráficas han ofrecido funcionalidades añadidas como captura de

video, sintonización de TV, decodificación MPEG-21 y MPEG-4 o incluso conectores

Firewire, de ratón, lápiz óptico y joystick.

3 MyPCSet (2015) https://mypcset.wordpress.com/2015/01/27/la-tarjeta-grafica-gpu/

13

Las tarjetas gráficas no son dominio exclusivo de los PC, contaron o cuentan con

ellas dispositivos como los Commodore Amiga, Apple II, Apple III, Apple Macintosh,

Spectravideo SVI-328, equipos MSX y, por supuesto, en las videoconsolas

modernas, como la Wii, la Playstation 3 y la Xbox 360.

2.2.1 Tipos de tarjetas gráficas

Tarjeta MDA: “Monochrome Display Adapter“ o Adaptador

monocromo. Fue lanzada por IBM como una memoria de 4KB

de forma exclusiva para monitores TTL (que representaban los

clásicos caracteres en ámbar y verde9. No disponía de gráficos

y su única resolución era la presentada en modo texto (80x25)

en caracteres de 14x9 puntos, sin ninguna posibilidad de

configuración.

Básicamente ésta tarjeta usa el controlador de video para leer

de la ROM la matriz de puntos que se desea visualizar y se

envía al monitor como información serie. No debe sorprender la

falta de procesamiento gráfico, ya que en estos primeros PC no

existían aplicaciones que realmente pudiesen aprovechar un

buen sistema de video.

Prácticamente todo se limitaba a información en modo texto.

Éste tipo de tarjeta se identifica rápidamente ya que incluye (o

incluía en su día) un puerto de comunicación para la impresora.

Tarjeta CGA: “Coor Graphics Array” o “Color graphics adapter”

según el texto al que se recurra. Aparece en el año 1981

tambien de la mano de IBM y fue muy extendida. Permitía

matrices de caracteres de 8x8 puntos en cada pantalla de 25

filas y 80 columnas, aunque solo usaba 7x7 puntos para

representar los caracteres. Éste detalle le imposibilitaba el

representar subrayados, por lo que los sustituía por diferentes

14

intensidades en el carácter en cuestión. En modo gráfico

admitía resoluciones de hasta 640x200. La memoria era de

16KB y solo era compatible con monitores RGB y Compuestos.

A distancia entre puntos de la rejilla de potencial en los

monitores CGA era mayor. El tratamiento del color, por

supuesto de modo digital, se realizaba con tres bits y uno mas

para intensidades. Así era posible lograr 8 colores con dos

intensidades cada uno, es decir, un total de 16 tonalidades

diferentes pero no reproducibles en todas las resoluciones.

Ésta tarjeta tenía un fallo bastante habitual y era el conocido

como “snow”. Este problema era de carácter aleatorio y

consistía en la aparición de “nieve” en la pantalla (puntos

brillantes e intermitentes que distorsionaban la imagen). Tanto

era asi que algunas BIOS de la época incluían en su Setup la

opción de eliminación de nieve.

Tarjeta HGC: “Hércules Graphic Card” o más popularmente

conocida como Hércules (nombre de la empresa productora),

aparece en el año de 1982, con gran éxito convirtiéndose en un

estándar de video a pesar de no disponer del soporte de las

rutinas de la BIOS por parte de IBM. Su resolución era de

720x348 puntos en monocromo con 64KB de memoria. Al

disponer de color, la única misión de la memoria es la de

referenciar cada uno de los puntos de la pantalla usando

30,58KB para el modo gráfico (1 bit x 720 x 348) y el reso para

el modo texto y otras funciones. Las lecturas se realizaban a

una frecuencia de 50 Hz, gestionadas por el controlador de

video 6845. Los caracteres se dibujaban en matrices de 14x9

puntos.4

4 Wikipedia (2016) https://es.wikipedia.org/wiki/Tarjeta_gráfica

15

2.2.2 Salidas de video

Los sistemas de conexión más habituales entre la tarjeta gráfica y el

dispositivo visualizador (como un monitor o un televisor) son:

DA-15 conector RGB usado mayoritariamente en los Apple Macintosh.

Figura 2.2.1.1 – Salida de video DA-15 macho

Digital TTL DE-9, usado por las primitivas tarjetas de IBM (MDA, CGA

y variantes de EGA y muy contadas VGA).

SVGA, estándar analógico de los años 1990; diseñado para

dispositivos CRT, sufre de ruido eléctrico y distorsión por la conversión

de digital a analógico y el error de muestreo al evaluar los pixeles a

enviar al monitor.

Figura 2.2.1.2 – Salida de video SVGA

16

DVI, sustituto del anterior, fue diseñado para obtener la máxima

calidad de visualización en las pantallas digitales como LCD. Evita la

distorsión y el ruido al corresponder directamente un pixel a

representar con uno del monitor en la resolución nativa del mismo.

Figura 2.2.1.3 – Salida de video DVI

S-Video, incluido para dar soporte a televisores, reproductores de

DVD, videos y videoconsolas.

Figura 2.2.1.4 – Salida de video S-Video

17

Video compuesto, analógico de muy baja resolución mediante

conector RCA.

Video por componentes, utilizado también para proyectores; de

calidad comparable a la de SVGA, dispone de tres clavijas (Y, Cb, Cr).

Figura 2.2.1.5 – Salida de video compuesto

HDMI, tecnología de audio y video cifrado sin compresión en un mismo

cable.

Figura 2.2.1.6 – Salida de video HDMI

18

Display Port, puerto para tarjetas gráficas creado por VESA y rival del

HDMI. La principal ventaja es que posé unas pestañitas que impiden

que el cable se desconecte con facilidad.

Figura 2.2.1.7 – Cable de video DisplayPort5

5 Javier Guerrero Lidón (2012) https://sites.google.com/site/mmelasespenyetas/home/tarjetas-graficas

19

2.3 ¿Qué es una CPU?

CPU, abreviatura de Central Processing Unit (Unidad de Proceso Central). La CPU

es el cerebro del ordenador. A veces es referido simplemente como el procesador

o procesador central. En ordenadores grandes, las CPU requieren uno o más

tableros de circuito impresos. En los ordenadores personales y estaciones de

trabajo pequeñas, la CPU está contenida en un solo chip llamado microprocesador.

Dos componentes típicos de una CPU son:

La unidad de lógica/aritmética (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas.

La unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las descifra y

ejecuta, llamando a la ALU cuando es necesario.

Casi todos los CPU tratan con estados discretos, y por lo tanto requieren una cierta

clase elementos de conmutación para diferenciar y cambiar estos estados. Antes

de la aceptación comercial del transistor, los relés eléctricos y los tubos de vacío

eran usados comúnmente como elementos de conmutación. Aunque éstos tenían

distintas ventajas de velocidad sobre los anteriores diseños puramente mecánicos,

no eran fiables por varias razones. Por ejemplo, hacer circuitos de lógica secuencial

de corriente directa requería hardware adicional para hacer frente al problema del

rebote de contacto. Por otro lado, mientras que los tubos de vacío no sufren del

rebote de contacto, éstos deben calentarse antes de llegar a estar completamente

operacionales y eventualmente fallan y dejan de funcionar por completo.

Generalmente, cuando un tubo ha fallado, el CPU tendría que ser diagnosticado

para localizar el componente que falla para que pueda ser reemplazado. Por lo

tanto, los primeros computadores electrónicos, (basados en tubos de vacío),

generalmente eran más rápidas pero menos confiables que las computadoras

electromecánicas, (basadas en relés). Las computadoras de tubo, como el EDVAC,

tendieron en tener un promedio de ocho horas entre fallas, mientras que las

computadoras de relés, (anteriores y más lentas), como el Harvard Mark I, fallaban

muy raramente. Al final, los CPU basados en tubo llegaron a ser dominantes porque

20

las significativas ventajas de velocidad producidas generalmente pesaban más que

los problemas de confiabilidad. La mayor parte de estos tempranos CPU síncronos

corrían en frecuencias de reloj bajas comparadas con los modernos diseños

microelectrónicos, (ver más abajo para una exposición sobre la frecuencia de reloj).

Eran muy comunes en este tiempo las frecuencias de la señal del reloj con un rango

desde 100 kHz hasta 4 MHz, limitado en gran parte por la velocidad de los

dispositivos de conmutación con los que fueron construidos CPU, memoria de

núcleo, e interfaz de bus externo de un MSI PDP-8/I.

La complejidad del diseño de los CPU se incrementó a medida que varias

tecnologías facilitaron la construcción de dispositivos electrónicos más pequeños y

confiables. La primera de esas mejoras vino con el advenimiento del transistor. Los

CPU transistor izados durante los años 1950 y los años 1960 no tuvieron que ser

construidos con elementos de conmutación abultados, no fiables, y frágiles, como

los tubos de vacío y los relees eléctricos. Con esta mejora, fueron construidos CPU

más complejos y más confiables sobre una o varias tarjetas de circuito impreso que

contenían componentes discretos (individuales).

Durante este período, ganó popularidad un método de fabricar muchos transistores

en un espacio compacto. El circuito integrado (IC) permitió que una gran cantidad

de transistores fueran fabricados en una simple oblea basada en semiconductor o

"chip". Al principio, solamente circuitos digitales muy básicos, no especializados,

como las puertas NOR fueron miniaturizados en IC. Los CPU basadas en estos IC

de "bloques de construcción" generalmente son referidos como dispositivos de

pequeña escala de integración "small-scale integration" (SSI). Los circuitos

integrados SSI, como los usados en el computador guía del Apoyo (Apoyo Guidance

Computer), usualmente contenían transistores que se contaban en números de

múltiplos de diez. Construir un CPU completo usando IC SSI requería miles de chips

individuales, pero todavía consumía mucho menos espacio y energía que diseños

anteriores de transistores discretos. A medida que la tecnología microelectrónica

avanzó, en los IC fue colocado un número creciente de transistores, disminuyendo

21

así la cantidad de IC individuales necesarios para un CPU completo. Los circuitos

integrados MSI y el LSI (de mediana y gran escala de integración) aumentaron el

número de transistores a cientos, y luego a miles.

En 1964, IBM introdujo su arquitectura de computador System/360, que fue usada

en una serie de computadores que podían ejecutar los mismos programas con

velocidades y desempeños diferentes. Esto fue significativo en un tiempo en que la

mayoría de las computadoras electrónicas eran incompatibles entre sí, incluso las

hechas por el mismo fabricante. Para facilitar esta mejora, IBM utilizó el concepto

de microprograma, a menudo llamado "micro código", ampliamente usado aún en

los CPU modernos. La arquitectura System/360 era tan popular que dominó el

mercado del mainframe durante las siguientes décadas y dejó una herencia que

todavía aún perdura en las computadoras modernas, como el IBM Series. En el

mismo año de 1964, Digital Equipment Corporation.

Digital Equipment Corporation (DEC) introdujo otro computador que sería muy

influyente, dirigido a los mercados científicos y de investigación, el PDP-8. DEC

introduciría más adelante la muy popular línea del PDP-11, que originalmente fue

construido con IC SSI pero eventualmente fue implementado con componentes LSI

cuando se convirtieron en prácticos. En fuerte contraste con sus precursores hechos

con tecnología SSI y MSI, la primera implementación LSI del PDP-11 contenía un

CPU integrado únicamente por cuatro circuitos integrados LSI.

Los computadores basados en transistores tenían varias ventajas frente a sus

predecesores. Aparte de facilitar una creciente fiabilidad y un menor consumo de

energía, los transistores también permitían al CPU operar a velocidades mucho más

altas debido al corto tiempo de conmutación de un transistor en comparación a un

tubo o relé. Gracias tanto a esta creciente fiabilidad como al dramático incremento

de velocidad de los elementos de conmutación que por este tiempo eran casi

exclusivamente transistores, se fueron alcanzando frecuencias de reloj del CPU de

decenas de megahertz. Además, mientras que los CPU de transistores discretos y

22

circuitos integrados se usaban comúnmente, comenzaron a aparecer los nuevos

diseños de alto rendimiento como procesadores vectoriales SIMD (Single Instruction

Múltiple Data) o por su traducción al español, Simple Instrucción Múltiples Datos.

Estos primeros diseños experimentales dieron lugar más adelante a la era de las

supercomputadoras especializadas, como los hechos por Cray Inc.

Desde la introducción del primer microprocesador, el Intel 4004, en 1970, y del

primer microprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974, esta clase de

CPUs ha desplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de

la Unidad Central de Proceso. Los fabricantes de mainframes y minicomputadores

de ese tiempo.

Las generaciones previas de CPU fueron implementadas como componentes

discretos y numerosos circuitos integrados de pequeña escala de integración en una

o más tarjetas de circuitos. Por otro lado, los microprocesadores son CPU

fabricados con un número muy pequeño de IC; usualmente solo uno. El tamaño más

pequeño del CPU, como resultado de estar implementado en una simple pastilla,

significa tiempos de conmutación más rápidos debido a factores físicos como el

decrecimiento de la capacitancia parásita de las puertas. Esto ha permitido que los

microprocesadores síncronos tengan tiempos de reloj con un rango de decenas de

MHz a varios GHz. Adicionalmente, como ha aumentado la capacidad de construir

transistores excesivamente pequeños en un IC, la complejidad y el número de

transistores en un simple CPU también se ha incrementado dramáticamente. Esta

tendencia ampliamente observada es descrita por la ley de Moore, que ha

demostrado hasta la fecha, ser una predicción bastante exacta del crecimiento de

la complejidad de los CPU y otros IC.

Mientras que, en los pasados sesenta años han cambiado drásticamente, la

complejidad, el tamaño, la construcción, y la forma general del CPU, es notable que

el diseño y el funcionamiento básico no ha cambiado demasiado. Casi todos los

23

CPU comunes de hoy se pueden describir con precisión como máquinas de

programa almacenado de von Neumann.

A medida que la ya mencionada ley del Moore continúa manteniéndose verdadera,

se han presentado preocupaciones sobre los límites de la tecnología de transistor

del circuito integrado. La miniaturización extrema de puertas electrónicas está

causando los efectos de fenómenos que se vuelven mucho más significativos, como

el electro-migración, y el sub-umbral de pérdida. Estas más nuevas preocupaciones

están entre los muchos factores que hacen a investigadores estudiar nuevos

métodos de computación como la computadora cuántica, así como ampliar el uso

de paralelismo, y otros métodos que extienden la utilidad del modelo clásico de von

Neumann.

2.3.1 ¿Qué diferencia hay entre una CPU y GPU?

Si bien en un computador genérico no es posible reemplazar la CPU por una GPU,

hoy en día las GPU son muy potentes y pueden incluso superar la frecuencia de

reloj de una CPU antigua (más de 1,5 gigahercios). Pero la potencia de las GPU y

su veloz ritmo de desarrollo reciente se deben a dos factores diferentes. El primer

factor es la alta especialización de las GPU, ya que al estar pensadas para

desarrollar una sola tarea, es posible dedicar más silicio en su diseño para llevar a

cabo esa tarea más eficientemente. Por ejemplo, las GPU actuales están

optimizadas para cálculo con valores en coma flotante, predominantes en los

gráficos 3D.

Por otro lado, muchas aplicaciones gráficas conllevan un alto grado de paralelismo

inherente, al ser sus unidades fundamentales de cálculo (vértices y píxeles)

completamente independientes. Por tanto, es una buena estrategia usar la fuerza

bruta en las GPU para completar más cálculos en el mismo tiempo. Los modelos

actuales de GPU suelen tener cientos de procesadores shader unificados que son

capaces de actuar como vertex shaders, y como pixel shaders, o fragment shaders.

De este modo, una frecuencia de reloj de unos 1-1,5 GHz (el estándar hoy en día

24

en las GPU de más potencia), es muy baja en comparación con lo ofrecido por las

CPU (3,8-4 GHz en los modelos más potentes, no necesariamente más eficientes),

se traduce en una potencia de cálculo mucho mayor gracias a su arquitectura en

paralelo.

Una de las mayores diferencias con la CPU estriba en su arquitectura. A diferencia

del procesador central, que tiene una arquitectura de von Neumann, la GPU se basa

en el Modelo Circulante. Este modelo facilita el procesamiento en paralelo, y la gran

segmentación que posee la GPU para sus tareas.6

6 Danays Costa Alonso (2011) http://www.monografias.com/trabajos83/unidad-central-procesamiento-cpu/unidad-central-procesamiento-cpu.shtml

25

2.4 Programación de la GPU

Al inicio, la programación de la GPU se realizaba con llamadas a servicios de

interrupción de la BIOS. Tras esto, la programación de la GPU se empezó a hacer

en el lenguaje ensamblador específico a cada modelo. Posteriormente, se introdujo

un nivel más entre el hardware y el software, con la creación de interfaces de

programación de aplicaciones (API) específicas para gráficos, que proporcionaron

un lenguaje más homogéneo para los modelos existentes en el mercado. La primera

API usada ampliamente fue el estándar abierto OpenGL (Open Graphics

Language), tras el cual Microsoft desarrolló DirectX.

2.4.1 OpenGL

OpenGL es una especificación estándar que define una API multilenguaje y

multiplataforma para escribir aplicaciones que produzcan gráficos 2D y 3D. La

interfaz consiste en más de 250 funciones diferentes que pueden usarse para

dibujar escenas tridimensionales complejas a partir de primitivas geométricas

simples, tales como puntos, líneas y triángulos. Fue desarrollada originalmente por

Silicon Graphics Inc. (SGI) en 19922 y se usa ampliamente en CAD, realidad virtual,

representación científica, visualización de información y simulación de vuelo.

OpenGL tiene dos propósitos esenciales:

Ocultar la complejidad de la interfaz con las diferentes tarjetas gráficas, presentando

al programador una API única y uniforme.

Ocultar las diferentes capacidades de las diversas plataformas hardware,

requiriendo que todas las implementaciones soporten la funcionalidad completa de

OpenGL (utilizando emulación software si fuese necesario).

El funcionamiento básico de OpenGL consiste en aceptar primitivas tales como

puntos, líneas y polígonos, y convertirlas en píxeles. Este proceso es realizado por

una pipeline gráfica conocida como Máquina de estados de OpenGL.8 La mayor

parte de los comandos de OpenGL bien emiten primitivas a la pipeline gráfica o bien

26

configuran cómo la pipeline procesa dichas primitivas. Hasta la aparición de la

versión 2.0 cada etapa de la pipeline ejecutaba una función prefijada, resultando

poco configurable. A partir de la versión 2.0 algunas etapas son programables

usando un lenguaje de programación llamado GLSL.

OpenGL es una API basada en procedimientos de bajo nivel que requiere que el

programador dicte los pasos exactos necesarios para renderizar una escena. Esto

contrasta con las APIs descriptivas, donde un programador sólo debe describir la

escena y puede dejar que la biblioteca controle los detalles para representarla. El

diseño de bajo nivel de OpenGL requiere que los programadores conozcan en

profundidad la pipeline gráfica, a cambio de darles libertad para implementar

algoritmos gráficos novedosos.

2.4.2 DirectX

Es una colección de API desarrolladas para facilitar las complejas tareas

relacionadas con multimedia, especialmente programación de juegos y vídeo, en la

plataforma Microsoft Windows.

DirectX consta de las siguientes API:

Direct3D: utilizado para el procesamiento y la programación de

gráficos en tres dimensiones (una de las características más usadas

de DirectX).

Direct Graphics: para dibujar imágenes en dos dimensiones (planas),

y para representar imágenes en tres dimensiones.

DirectInput: para procesar datos del teclado, mouse, joystick y otros

controles para juegos.

DirectPlay: para comunicaciones en red.

DirectSound: para la reproducción y grabación de sonidos de ondas.

DirectMusic: para la reproducción de pistas musicales compuestas

con DirectMusic Producer.

27

DirectShow: para reproducir audio y vídeo con transparencia de red.

DirectSetup: para la instalación de componentes DirectX.

DirectCompute: lenguaje e instrucciones especiales para el manejo

de cientos o miles de hilos de procesamiento, especial para

procesadores de núcleos masivos.7

7 Wikipedia (2016) https://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_procesamiento_gráfico

28

2.4.3 BIOS

BIOS es el acrónimo de Binary Input Output System y se encuentra en todos

los PCs. Su importancia es tal, que sin este componente no podrías ni encender el

equipo.

Este elemento forma parte del chipset y por lo tanto se encuentra sobre la placa

base. Físicamente la BIOS no es más que un pequeño chip que se activa cuando

pulsas el botón de encendido, si quieres saber su ubicación exacta no tienes más

que consultar el manual de tu placa. El termino BIOS se usa tanto para referirse al

programa como para designar el componente físico.

La BIOS tiene varias funciones. La principal es arrancar el PC. Cuando esta

enciende, realiza el test de memoria RAM y comprueba que dispositivos, como por

ejemplo los discos duros, están conectados.

En este proceso se encarga de configurarlos y ofrecérselos al sistema operativo. Si

la BIOS es incapaz de detectar un determinado dispositivo el sistema no podrá

usarlo, aquí puedes ver la importancia de este elemento.

La BIOS, por tanto, se convierte en la encargada de ofrecer la capa más cercana al

hardware.

Hace algunos años, cuando los dispositivos eran más lentos. La BIOS realizaba las

operaciones de entrada y salida, de ahí su nombre. Es decir, llevaba los datos desde

los dispositivos al procesador. Esto ha cambiado y ahora se utilizan otros sistemas

más rápidos como accesos DMA en los cuales el procesador mapea la memoria de

las tarjetas saltándose la BIOS y accediendo directamente a los datos.

La información necesaria para llevar a cabo su función se encuentra almacenada

en una memoria, que se conoce como CMOS el cual es otro chip que se encuentra

sobre la placa. Para que no se pierdan sus datos el sistema usa una pila como

fuente de alimentación y cuando esta se consume el equipo pierde su configuración

y la hora que tiene que volver a configurarse una vez cambiada la pila.8

8 Angel Luis Sánchez (2016) http://computadoras.about.com/od/placa-base/a/Qu-E-Es-La-Bios-Y-Para-Que-Se-Utiliza.htm

29

2.4.4 vBIOS

Video BIOS o vBIOS es un Sistema Básico de Entrada y Salida (Basic Input Output

System) de una tarjeta de gráficos o de un controlador de gráficos integrado en una

computadora. La Video BIOS provee un set de funciones relacionadas con el video

que son usadas por programas para acceder al hardware de video.

Cuando la computadora inicia, por lo regular se muestra el fabricante de la tarjeta

de gráficos, el modelo, la versión del BIOS y el total de memoria de video en

pantalla.

2.4.5 ¿Qué es un driver?

Un controlador de dispositivo o manejador de dispositivo es un programa informático

en colaboración con que permite al sistema operativo interaccionar con un

periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz

(posiblemente estandarizada) para utilizar el dispositivo. Básicamente, el driver es

una pieza esencial del software, sin la cual el hardware seria inutilizable.

Existen tantos tipos de controladores como tipos de periféricos, y es común

encontrar más de un controlador posible para un mismo dispositivo, cada driver

ofreciendo un nivel distinto de funcionalidades.

Por ejemplo, aparte de los drivers oficiales (normalmente disponibles en el sitio web

del fabricante), se pueden encontrar también los proporcionados por los sistemas

operativos los genéricos, y también versiones no oficiales realizadas por terceros.

30

2.4.6 ¿Qué función tiene un driver de gráficos?

El software o driver de gráficos es un programa hecho específicamente para un

cierto sistema operativo. El sistema operativo utiliza este software para comunicarse

con un hardware en específico (GPU). Existen compañías que desarrollan distintos

drivers de gráficos para sus tarjetas gráficas o microprocesadores con GPU

integrado para que el sistema pueda comunicarse con el hardware de gráficos que

esa misma compañía creo.

Por lo general, existen distintos driver de gráficos para diferentes sistemas

operativos, donde es no es recomendable del todo utilizar versiones genéricas, ya

que podría no sacar provecho en un 100% del GPU que incluye el hardware de

gráficos, además de perder ciertos “features” o modalidades por el simple hecho de

no instalar el driver correcto, o el driver específico para ese dispositivo.

2.5 Monitores

2.5.1 ¿Qué es un monitor?

El monitor es un dispositivo de salida para el ordenador que muestra en su

pantalla los resultados de las operaciones realizadas en él.

Al monitor se lo conoce comúnmente como pantalla de la computadora y es un

periférico que se conecta a la computadora para poder visualizar las acciones y

procesos que se ejecutan. En ese sentido, es clave para su uso, tanto como el

teclado o el mouse.

Un monitor dispone de varios puntos que deben ser considerados para su distinción

en términos de usabilidad y calidad. En principio, los pixeles, o la unidad mínima

representable. También, el tamaño de punto o "dot pitch", que es el espacio entre

dos fósforos coloreados de un pixel. Por otro lado, el área útil, la resolución máxima,

el tamaño de la pantalla, ancho de la banda, Hz o frecuencia de refresco vertical u

horizontal, blindaje, tipo de monitor, líneas de tensión.

31

2.5.2 Un poco más acerca de los monitores

Las primeras computadoras se comunicaban con el operador mediante unas

pequeñas luces, que se encendían o se apagaban al acceder a determinadas

posiciones de memoria o ejecutar ciertas instrucciones.

Años más tarde aparecieron ordenadores que funcionaban con tarjeta perforada,

que permitían introducir programas en el computador. Durante los años 60, la forma

más común de interactuar con un computador era mediante un teletipo, que se

conectaba directamente a este e imprimía todos los datos de una sesión informática.

Fue la forma más barata de visualizar los resultados hasta la década de los 70,

cuando empezaron a aparecer los primeros monitores de CRT (tubo de rayos

catódicos). Seguían el estándar MDA (Monochrome Display Adapter), y eran

monitores monocromáticos (de un solo color) de IBM.

Estaban expresamente diseñados para modo texto y soportaban subrayado,

negrita, cursiva, normal e invisibilidad para textos. Poco después y en el mismo año

salieron los monitores CGA (Color Graphics Adapter –gráficos adaptados a color–)

fueron comercializados en 1981 al desarrollarse la primera tarjeta gráfica a partir del

estándar CGA de IBM. Al comercializarse a la vez que los MDA los usuarios de PC

optaban por comprar el monitor monocromático por su costo.

Tres años más tarde surgió el monitor EGA (Enhanced Graphics Adapter -

adaptador de gráficos mejorados) estándar desarrollado por IBM para la

visualización de gráficos, este monitor aportaba más colores (16) y una mayor

resolución. En 1987 surgió el estándar VGA (Video Graphics Array - Matriz gráfica

de video) fue un estándar muy acogido y dos años más tarde se mejoró y rediseñó

para solucionar ciertos problemas que surgieron, desarrollando así SVGA (Super

VGA), que también aumentaba colores y resoluciones, para este nuevo estándar se

desarrollaron tarjetas gráficas de fabricantes hasta el día de hoy conocidos como

S3 Graphics, NVIDIA o ATI entre otros.

32

2.5.3 Parámetros fundamentales de un monitor

- Píxel: unidad mínima representable en un monitor. Los monitores pueden

presentar píxeles muertos o atascados. Se notan porque aparecen en blanco. Más

común en portátiles.

- Tamaño de punto o (dot pitch): el tamaño de punto es el espacio entre dos

fósforos coloreados de un píxel. Es un parámetro que mide la nitidez de la imagen,

midiendo la distancia entre dos puntos del mismo color; resulta fundamental a

grandes resoluciones. Los tamaños de punto más pequeños producen imágenes

más uniformes. Un monitor de 14 pulgadas suele tener un tamaño de punto de 0,28

mm o menos. En ocasiones es diferente en vertical que en horizontal, o se trata de

un valor medio, dependiendo de la disposición particular de los puntos de color en

la pantalla, así como del tipo de rejilla empleada para dirigir los haces de electrones.

En LCD y en CRT de apertura de rejilla, es la distancia en horizontal, mientras que

en los CRT de máscara de sombra, se mide casi en diagonal. Lo mínimo exigible

en este momento es que sea de 0,28mm. Para CAD o en general para diseño, lo

ideal sería de 0,25 mm o menor. 0,21 en máscara de sombra es el equivalente a

0.24 en apertura de rejilla.

- Área útil: el tamaño de la pantalla no coincide con el área real que se utiliza

para representar los datos.

- Ángulo de visión: es el máximo ángulo con el que puede verse el monitor sin

que se degrade demasiado la imagen. Se mide en grados.

- Luminancia: es la medida de luminosidad, medida en Candela.

- Tiempo de respuesta: también conocido como latencia. Es el tiempo que le

cuesta a un píxel pasar de activo (blanco) a inactivo (negro) y después a activo de

nuevo.

- Contraste: es la proporción de brillo entre un píxel negro a un píxel blanco que

el monitor es capaz de reproducir. Algo así como cuantos tonos de brillo tiene el

monitor.

33

- Coeficiente de contraste de imagen: se refiere a lo vivo que resultan los

colores por la proporción de brillo empleada. A mayor coeficiente, mayor es la

intensidad de los colores (30000:1 mostraría un colorido menos vivo que 50000:1).

- Consumo: cantidad de energía consumida por el monitor, se mide en Vatio.

- Ancho de banda: frecuencia máxima que es capaz de soportar el monitor.

- Frecuencia de refresco vertical: son 2 valores entre los cuales el monitor es

capaz de mostrar imágenes estables en la pantalla.

- Frecuencia de refresco horizontal: similar al anterior pero en sentido

horizontal, para dibujar cada una de las líneas de la pantalla.

- Blindaje: un monitor puede o no estar blindando ante interferencias eléctricas

externas y ser más o menos sensible a ellas, por lo que en caso de estar blindando,

o semi-blindado por la parte trasera llevara cubriendo prácticamente la totalidad del

tubo una plancha metálica en contacto con tierra o masa.

- Tipo de monitor: en los CRT pueden existir 2 tipos, de apertura de rejilla o de

máscara de sombra.

- Líneas de tensión: son unas líneas horizontales, que tienen los monitores de

apertura de rejilla para mantener las líneas que permiten mostrar los colores

perfectamente alineadas; en 19 pulgadas lo habitual suelen ser 2, aunque también

los hay con 3 líneas, algunos monitores pequeños incluso tienen una sola.9

9 Wilmar Ruiz Arredondo (2015) http://timerime.com/es/evento/1975674/

34

2.6 Nuevas tecnologías

La comunicación en todos los ámbitos de nuestras vidas está produciendo un

cambio significativo en nuestra manera de trabajar, de relacionarnos y de aprender.

Los cambios en la tecnología han sido enorme en la última década, lo podemos ver

en la telefonía celular, comparando como era hace 5 años y como es actualmente;

lo podemos observar en las computadoras, la robustez de hardware tanto en

dispositivos móviles como computadoras portátiles y teléfonos celulares se han ido

implementando nuevas modalidades que han hecho cambios rotundos en nuestra

vida diaria.

Actualmente se siguen desarrollando nuevas modalidades para mejorar la forma en

que interactuamos con los dispositivos que utilizamos día con día, para de esta

forma se puede facilitar el uso de los mismos. Una de las nuevas modalidades que

se están implementando últimamente es el Wireless, o por su traducción al español,

sin cables. La forma en que esta comunicación sin cables impacta en el uso de las

computadoras es sorprendente. El Wi-Fi es un ejemplo de cómo puede cambiar la

interacción del usuario usando este tipo de tecnologías. Ahora este tipo de

tecnologías se ha empezado a implementar en la visualización de gráficos del

usuario, para que éste pueda mostrar la imagen de su computadora o su teléfono

celular en una pantalla de forma inalámbrica.

2.6.1 WiDi

Intel Wireless Display, comúnmente conocido como WiDi, es un protocolo de Intel

Corporation, lanzado el 8 de noviembre de 2012, para la transmisión de imagen y

sonido desde cualquier portátil con procesador Intel Core de 3a generación

utilizando como soporte para el protocolo WiDi el protocolo Wi-Fi. Permite a un

dispositivo portátil o un ordenador enviar hasta 1080p HD de video y sonido

envolvente 5.1 a una pantalla compatible de forma inalámbrica.1 A partir de la

versión 3.5 de la Intel Wireless Display, se contará con el apoyo de la norma

Miracast. Además permite visualizar el escritorio del equipo en el televisor de

35

manera que se puedan ver fotos, películas, realizar exposiciones o simplemente

trabajar cómodamente en una pantalla de mayor tamaño.

Entre las ventajas de la utilización de WiDi se encuentra, la eliminación del uso de

cables para la conexión, con lo que se consigue mayor comodidad para el usuario

asi como una gran libertad a la hora de usar computadoras portátiles, el usuario

puede situarse donde le sea más cómodo. Además de contar un soporte de video

1080p HD, se visualiza perfectamente sin problemas. Cuenta también con

reproducción BluRay o DVD.

La tecnología Wireless Display tiene una emisión a una frecuencia de 60Ghz,

bastante eficiente en la transmisión de datos siendo posible emitir video en alta

definición 1080p a 60 cuadros por segundo sin perder calidad. Tiene un alcance

efectivo de 10 metros, y cuenta con compatibilidad con HDCP (High-Bandwidth

Digital Content Protection) permitiendo realizar streaming desde BluRay o DVD.10

10 Carlos Zahumenszky (2012) http://www.xataka.com/xataka/widi-wireless-hd-whdi-wigig-wivu-las-mil-caras-del-video-sin-cables

36

III. BIBLIOGRAFÍA

Alonso, D. C. (2011). Obtenido de http://www.monografias.com/trabajos83/unidad-

central-procesamiento-cpu/unidad-central-procesamiento-cpu.shtml

Arredondo, W. L. (2015). Obtenido de http://timerime.com/es/evento/1975674/ Intel Corp. (2016). Obtenido de

http://www.intel.com/content/www/us/en/support/graphics-drivers/000005749.html

Lidón, J. G. (2016). Obtenido de https://sites.google.com/site/mmelasespenyetas/home/tarjetas-graficas

MyPCSet. (2015). Obtenido de https://mypcset.wordpress.com/2015/01/27/la-tarjeta-grafica-gpu/

Recinto Universitario De Mayagüe. (2010). Obtenido de http://www.uprm.edu/cti/docs/manuales/manuales-espanol/vax-vms/bosquejos/Bintcomp.pdf

Sánchez, A. L. (2016). Obtenido de http://computadoras.about.com/od/placa-base/a/Qu-E-Es-La-Bios-Y-Para-Que-Se-Utiliza.htm

Torres, J. (2013). Obtenido de https://hipertextual.com/archivo/2013/12/hardware-gpu-grafica/

Wikipedia. (2016). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Tarjeta_gráfica

Wikipedia. (2016). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_procesamiento_gráfico

Zahumenszky, C. (2012). Obtenido de http://www.xataka.com/xataka/widi-wireless-hd-whdi-wigig-wivu-las-mil-caras-del-video-sin-cables

37

IV. CONCLUSIONES

Es fácil ver como la tecnología ha ido creciendo a través de los años. En tan

solo 10-20 años se puede observar un cambio enorme en como el ser humano hace

uso de las tecnologías y como afecta en nuestra vida diaria.

Hoy en día para el trabajo, la escuela o por ocio las personas utilizan los dispositivos

móviles y computadoras sin saber cómo estas se fueron desarrollando a través de

los años. Sabiendo cómo estos han ido desarrollándose se puede apreciar el

esfuerzo que cuesta llevar estas tecnologías al mercado, ya que debe de pasar por

una gran cantidad de etapas para que salgan a la venta y pueda ser utilizado con

facilidad por cualquier persona, lo cual es un punto muy importante para cualquier

dispositivo, la facilidad de manejo y visualización, aquí es donde entran en juego la

representación gráfica y el funcionamiento de la GPU. Gracias a que ahora

contamos con diferentes funciones y modalidades en cuanto a la visualización

gráfica de los dispositivos es posible utilizar los celulares y computadoras como lo

hacemos en nuestra vida diaria, además que se cuenta con una alta facilidad de

manejo y eficiencia de las computadoras y teléfonos inteligentes. Siendo que años

atrás las únicas personas que tenían acceso a este tipo de tecnologías debían

contar con estudios referentes al manejo de las computadoras.

38

GLOSARIO

Software: Conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas que permiten ejecutar distintas tareas en una computadora. Hardware: Parte que puedes ver del computador, es decir todos los componentes de su estructura física. FORTRAN: Lenguaje de programación de alto nivel de propósito general, procedimental e imperativo, que está especialmente adaptado al cálculo numérico y a la computación científica. Chipset: Grupo de circuitos integrados que están colocados de fábrica en el cuerpo de la motherboard. Encargado de entablar la conexión correcta entre la placa madre y diversos componentes esenciales de la PC. PC: Computadora Personal, o por sus iniciales en inglés Personal Computer. Pipeline: Serie de sesiones interconectadas a través de las cuales viaja información de datos y comandos. También utilizado para referirse a la cantidad de salidas de video que soporta una GPU. SoC: System-O-a-Chip o por su traducción Sistema en Chip, es un circuito integrado el cual está conformado por todos los componentes de una computadora u otros sistemas electrónicos, todo dentro de un mismo chip. Renderizado: Proceso de generar una imagen o video mediante el calculo de iluminación partiendo de un modelo en 3D. DMA: Función de sistema de computadora que permite a cierto hardware de subsistema acceder a la memoria principal de sistema (RAM), independiente de la Unidad Central de Procesos (CPU). PostScript: Lenguaje de descripción de páginas, utilizado en muchas impresoras y, como formato de transporte de archivos gráficos en talleres de impresión profesional. Coprocesador: Microprocesador de un ordenador utilizado como suplemento de las funciones del procesador principal (CPU). ROM: Read Only Memory, es un circuito integrado de memoria de solo lectura que almacena instrucciones y datos de forma permanente. RAM: Random Access Memory, memoria utilizada como memoria de trabajo de computadoras para el sistema operativo, los programas y la mayor parte del

39

software. Aquí se cargan todas las instrucciones que ejecuta el CPU y otras unidades de la computadora. VRAM: Memoria gráfica de acceso aleatorio (Video Random Access Memory). Memoria RAM que utiliza el controlador gráfico para poder manejar toda la información visual que manda la CPU al sistema. GDDR: Graphics Double Date Rate, fue un tipo de memoria RAM diseñada para tarjetas gráficas y, al igual que la memoria RAM del ordenador, funcionaba según el estándar DDR, enviando dos bits por cada ciclo de reloj, pero en este caso los módulos de memoria GDDR se optimizaron para lograr altas frecuencias de reloj acortando los tiempos de acceso de las células de memoria en comparación con la memoria DDR convencional. TTL: Transistor-Transistor Logic, es una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. Resolución: Número de píxeles que puede ser mostrado en una pantalla. RGB: Siglas en inglés de Red, Green y Blue, en español rojo, verde y azul BIOS: Basic Input Output System, Sistema básico de entrada y salida encargado de iniciar y probar el hardware del sistema y cargar un gestor de arranque o un sistema operativo desde un dispositivo de almacenamiento de datos. CRT: Cathode Ray Tube, o por su traducción al español, tubo de rayos catódicos. Es una tecnología que permite visualizar imágenes mediante un haz de rayos catódicos constante dirigido contra una pantalla de vidrio recubierta de fósforo y plomo. DVI: Digital Visual Interface, o Interfaz Visual Digital es una interfaz de video diseñada para obtener la máxima calidad de visualización posible en pantallas digitales. EDVAC: Electronic Discrete Variable Automatic Computer, fue una de las primeras computadoras electrónicas binaria, la cual tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado. PDP: Programmed Data Processor, por su traducción al español, Procesador de datos programado. Mainframes: Computadoras usadas primordialmente para grandes organizaciones de aplicaciones críticas, procesamiento de datos en grandes cantidades, tales como estadísticas de consumo e industrias, planeación de recursos de empresas y procesamiento de transacciones. Paralelismo: Función que realiza el procesador para ejecutar varias tareas al mismo tiempo.

40

Shaders: La tecnología shaders o sombreadores es cualquier unidad escrita en un lenguaje de sombreado que se puede compilar independientemente. CAD: Diseño asistido por computadora, o por sus siglas en ingles de Computer-Aided Design. CMOS: Es un chip semiconductor dentro de la tarjeta madre alimentado por una batería, el cual almacena información como hora, fecha y configuraciones especificas del ordenador. Miracast: Es un nuevo protocolo que nos permitirá transmitir audio y vídeo mediante WiFi entre distintos dispositivos. Se apoya en la red WiFi disponible (802.11n), usando las bandas de 2’4GHz y 5GHz.