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Che cos'è un acceleratore grafico

L'acceleratore grafico è un componente hardware, quindi un chip, collocato all'interno della scheda video oppure saldato direttamente sulla scheda madre del PC.




L'acceleratore grafico è un componente hardware, quindi un chip, collocato all'interno dell'adattatore (o scheda) video oppure saldato direttamente sulla sheda madre del PC.

La maggior parte dei moderni adattatori video sono costituiti da 3 componenti principali: controller, memoria video e ROM BIOS. Gli acceleratori grafici hanno iniziato a fare la loro comparsa a partire dallo standard AVGA (Accelerated Video Graphic Adapter).

Quando le applicazioni hanno iniziato a utilizzare risoluzioni elevate e molti colori, le prestazioni video dell’interfaccia GUI di Windows in modalità APA (modalità grafica di rappresentazione dei caratteri e dei font delle prime versioni di windows) hanno iniziato a diminuire.


I produttori dei controller VGA hanno risposto aggiungendo hardware di accelerazione grafica nei chip SVGA. Gli adattatori video che supportano l’accelerazione grafica hardware sono generalmente conosciuti come dispositivi AVG (Accelerated VGA).

Poiché Windows è dotato di un’interfaccia software molto sofisticata, l’hardware di accelerazione AVGA non deve necessariamente essere compatibile con i vari dispositivi e può essere implementato utilizzando un apposito driver. Il driver di Windows si interfaccia con API (Application Program Interface) e converte i comandi grafici di Windows in comandi comprensibili dall’hardware di accelerazione incorporato nel chip AVGA.

Ciò significa che ogni fornitore di chip o adattatori AVGA deve fornire anche un driver Windows per supportare le funzioni hardware specifiche. I driver per i chip AVGA possono influire in modo significativo sulle prestazioni video di Windows.

I produttori offrono spesso aggiornamenti di driver che possono migliorare notevolmente le prestazioni di un adattatore video esistente. Un metodo economico per migliorare le prestazioni grafiche di un sistema è spesso quello di procurarsi l’ultima versione dei driver video per Windows.




CHIP AVGA

La maggior parte dei PC attuali è dotata di un adattatore video AVGA. A volte l’adattatore viene installato in uno slot di espansione, sia slot VL-Bus che PCI, oppure è incorporato direttamente nella piastra madre del sistema ed è collegato a uno di questi bus. Alcune schede AVGA vengono ancora vendute per il bus PC AT o ISA, soprattutto per consentire di aggiornare sistemi poco recenti.

I dispositivi che offrono prestazioni medio basse usano un singolo chip AVGA combinato con memoria video e un chip ROM o EPROM.

La maggior parte delle funzioni di base del controller si trova nel chip AVGA. Queste includono il generatore di clock per la memoria, il controller AVGA, la memoria CLUT, il DAC, il controller VGA e SVGA, l’acceleratore AVGA e l’interfaccia bus.

INTERFACCIA BUS

Poiché molte operazioni grafiche si basano sulla copia di immagini o blocchi di dati dalla memoria di sistema alla memoria dell’adattatore video, la velocità dell’interfaccia è fondamentale. Inoltre, in molti progetti dotati di un supporto di accelerazione grafica hardware per Windows minimo, questa attività ricade sul processore del PC; di conseguenza, le prestazioni dell’interfaccia bus possono diventare un serio collo di bottiglia.

Nel momento in cui i progettisti del PC si sono resi conto che spostare la memoria principale di sistema nel bus locale del processore permetteva di guadagnare molto in termini di prestazioni, è stato naturale spostare anche l’adattatore video e la sua memoria nel bus locale. Questo è stato il primo passo verso lo sviluppo delle specifiche del bus locale VESA (VL Bus). I chip AVGA odierni sono progettati per essere collegati al bus VL a 32-bit o al nuovo bus PCI sempre a 32-bit. Entrambe le interfacce garantiscono prestazioni elevate per gli spostamenti di dati nella memoria video.

ACCELERATORI GRAFICI

Una risoluzione maggiore e un vasto numero di colori non sono sufficienti per supportare le applicazioni professionali correnti, come i programmi di CAD o le interfacce grafiche come Microsoft Windows. Gli acceleratori grafici e i coprocessori che vengono ormai inclusi negli adattatori video offrono le prestazioni richieste da queste applicazioni. Se combinati con un bus video locale, questi adattatori possono operare a una velocità 10 volte superiore rispetto all’hardware convenzionale.

Gli acceleratori grafici e i coprocessori sono basati su processori dedicati che sollevano la CPU dall’incombenza di elaborare determinate operazioni video. Gli acceleratori grafici sono decisamente più veloci degli adattatori video convenzionali, ma un coprocessore offre le prestazioni migliori (anche se è decisamente più costoso). Invece di generare le schermate utilizzando le matrici dei caratteri dalla memoria, questi dispositivi si servono di istruzioni codificate e compresse che descrivono come generare dei pattern di pixel. Per esempio, invece di inviare una mappa di pixel per tracciare un riquadro, le istruzioni potrebbero descrivere un riquadro e indicare il punto iniziale e finale.

MEMORIA VIDEO

La memoria video, in modalità grafica, contiene le informazioni necessarie per specificare il colore di ciascun pixel da visualizzare e come le varie modalità grafiche mostrano i pixel con risoluzioni e colori particolari. Tuttavia, la VGA offre una caratteristica particolare che permette a un programma di specificare quali dei 256, 16, 4, o 2 colori devono essere usati, prelevandoli da una gamma di 256KB di possibilità (256KB equivale a 256*1024 che fornisce un totale di 262.144 colori possibili) . Naturalmente non è possibile distinguere così tante sfumature ma l’uso di molti colori permette ai programmi di visualizzare sfumature sofisticate che risultano particolarmente appaganti per l’occhio.

Una serie di colori possibile è chiamata palette. Il modo in cui un programma sceglie un colore da una palette è chiamato color mapping (mappatura dei colori).

Il sistema video di un PC ha una componente chiamata DAC (Digital-to-Analog Converter, Convertitore Digitale-Analogico). La funzione del DAC è quella di convertire una richiesta per un colore particolare in un segnale separato rosso, verde o blu che deve essere inviato al video.

Il DAC contiene 256 registri (locazioni di memoria) all’interno di un’area chiamata CLUT (Color Lookup Table, tabella di ricerca dei colori). Ciascuno di questi registri CLUT è composti da 18 bit. Questi 18 bit possono fornire 256K di possibilità (2 elevato a 18). In ogni momento, in ciascuno dei registri CLUT, i 18 bit sono impostati in modo da specificare uno dei 256K colori disponibili.

VELOCITÀ DEL DAC

Nella maggior degli adattatori video a media e bassa velocità, il DAC è incorporato nel chip AVGA. Nei sistemi video che offrono prestazioni avanzate e sono dotati di chip VRAM a due porte, il DAC e la memoria CLUT (RAMDAC) si trovano in un chip separato. La velocità del DAC è molto importante e può limitare la risoluzione dello schermo e la frequenza di scansione verticale di tutto il sistema. Si noti che la velocità del DAC è indipendente dal numero di colori, dato che accetta tutte le modalità a colori direttamente dalla memoria video oppure dalla memoria CLUT.

ROM BIOS

Ogni adattatore video è dotato di una ROM BIOS. Questa memoria a sola lettura contiene una quantità minima di software per supportare il controller AVGA e l’ambiente video desiderato. Inoltre, il BIOS funge da interfaccia tra l’hardware AVGA e un set standard di funzioni DOS. Il BIOS viene principalmente usato nelle applicazioni DOS e spesso ignorato in ambiente Windows. Per migliorare le prestazioni del sistema, il contenuto del BIOS viene spesso spostato dalla ROM alla RAM di sistema, dove si può ottenere un accesso molto più rapido. In questo caso si parla di Shadow RAM, una caratteristica disponibile nella maggior parte dei sistemi.

MEMORIA A DUE PORTE

Per gli adattatori dotati di memoria due porte viene comunemente usata la memoria VRAM. La VRAM (Video RAM) è una DRAM speciale dotata di due porte di dati. Una porta è uguale alla singola porta presente nei chip DRAM standard e viene usata solamente dalla CPU o dal controller per aggiornare o manipolare i dati relativi ai pixel dell’immagine. La seconda porta è una porta di accesso seriale che viene normalmente usata per accedere ai dati video e ridisegnare l’immagine sullo schermo. I progetti VRAM separano completamente i requisiti di frequenza di ridisegno video dai requisiti di larghezza di banda necessaria per gli aggiornamenti dello schermo da parte della CPU e del controller.

Come si può vedere, i sistemi video e grafici dei PC sono abbastanza complessi. Il consiglio migliore che si può offrire è quello di non risparmiare sul sistema video quando si acquista un computer. Le prestazioni video incidono in modo estremamente significativo sulle prestazioni globali di un sistema. In particolare, le prestazioni video assumono un ruolo fondamentale quando si utilizzano le applicazioni multimediali. Ci si ricordi che un processore Pentium molto potente può essere fortemente limitato nelle sue prestazioni dalla presenza di un sistema video poco avanzato.





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Dr.Maurizio Cucchiara

Amministratore unico
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