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Classificação de usos | Computador desktop, laptop |
Fabricantes comuns |
Uma placa gráfica ou placa de vídeo (anteriormente, por abuso de linguagem , uma placa VGA ) ou um adaptador gráfico é uma placa de expansão para o computador , cuja função é produzir uma imagem visível na tela .
A placa gráfica envia para a tela as imagens armazenadas em sua própria memória, em uma frequência e em um formato que depende de um lado da tela conectada e da porta à qual está conectada (graças ao plug and play , PnP) e sua configuração interna por outro lado.
As primeiras placas gráficas permitiam, no início da era do computador, apenas uma tela 2D e conectadas a uma porta Industry Standard Architecture (ISA) de 8 bits; estes são os cartões Monochrome Display Adapter (MDA) , também chamados de “Hercules”. Embora denominadas "placas gráficas", apresentavam apenas, em monocromático, caracteres simples codificados em 8 bits, parte dos quais reservada para gráficos; é o endereçamento direto no modo ASCII (modo ainda usado na inicialização pela BIOS da maioria dos computadores em 2009).
As primeiras placas gráficas capazes de endereçar um ponto individual do display não surgiram até 1981 para o público em geral, com as placas CGA , ( Color Graphic Adapter ), que permitiam endereçar pontos em uma resolução de 320 por 200 colunas. Cores diferentes. Isso é seguido por uma sucessão de placas destinadas à computação gráfica, aumentando o número de linhas e colunas endereçáveis cada vez mais, bem como o número de cores simultâneas que podem ser exibidas (EGA e depois VGA); esses são os modos gráficos que podem ser usados. Cada vez mais funções executadas pelo processador são gerenciadas gradualmente pelo controlador gráfico das placas, como o desenho de linhas, superfícies sólidas, círculos; funções muito úteis para acompanhar o nascimento de sistemas operacionais baseados em interfaces gráficas e para acelerar sua exibição.
Com o desenvolvimento das técnicas, a porta ISA é substituída pela porta PCI para aumentar a velocidade de transferência entre o processador e a placa gráfica. Além das placas gráficas de exibição 2D, na década de 1990, surgiram placas destinadas ao gerenciamento e exibição de elementos representados em 3D, como as placas 3DFX . Em seguida, surgiram as placas de vídeo 2D-3D com a vantagem de ocupar apenas um slot AGP ou PCI em vez de dois (antes de 1998). Na verdade, até agora, as placas 2D eram oferecidas separadamente das chamadas placas aceleradoras 3D , cada uma com um processador gráfico específico. Desde o lançamento das primeiras placas 2D / 3D integradas pela ATI em 1996, todas as placas gráficas modernas suportam 2D e 3D em um único circuito integrado.
Desde o final de 1995, as placas gráficas evoluíram consideravelmente. No passado, a função essencial de uma placa gráfica era transmitir para a tela as imagens produzidas pelo computador. Esta ainda é sua função principal em muitas máquinas de automação de escritório onde a exibição de imagens 3D é de pouco interesse. No entanto, hoje mesmo as placas gráficas mais simples também suportam renderização de imagens 3D. É uma atividade muito cara em termos de cálculos e em termos de largura de banda de memória. A GPU (para unidade de processamento gráfico ) tornou-se, portanto, um componente muito complexo, muito especializado e quase imbatível em sua categoria (renderização de imagens em 3 dimensões). Exceto para videogames ou alguns usos em computação gráfica, as possibilidades das placas gráficas dificilmente são exploradas na prática. Portanto, são essencialmente os jogadores que compram e usam GPUs cada vez mais poderosas.
Desde os anos 2000, o poder de computação das placas de vídeo tornou-se tão importante por um custo extremamente baixo (100 a 700 € para modelos de consumo) que cada vez mais cientistas querem explorar seu potencial em outras áreas. Isso pode envolver a execução de simulações de modelos financeiros ou meteorológicos ou qualquer operação que possa ser paralela e requeira uma grande quantidade de cálculos. Nvidia e ATI / AMD, os dois principais fabricantes de placas de vídeo de alto desempenho para o consumidor, cada uma oferece soluções proprietárias para que seu produto possa ser usado para computação científica; para Nvidia, podemos nos referir ao projeto CUDA e para AMD ao projeto ATI Stream . Como tal, falamos de processamento de uso geral em unidades de processamento gráfico (ou GPGPU).
Já em 1996, as placas gráficas começaram a integrar funções de descompressão de vídeo, como o Rage-Pro do fabricante ATI, que já integrou em 1996 certas funções de descompressão para fluxos MPEG2 . Sob vários nomes, foram desenvolvidas tecnologias que permitem aliviar o processador da carga responsável pela descompressão de uma imagem 25 ( PAL / SECAM ) ou 30 ( NTSC ) vezes por segundo em definições cada vez mais altas. O suporte parcial ou total por GPUs de streams de vídeo permite a visualização de filmes de alta definição em plataformas de hardware com recursos de processador relativamente modestos; o que seria impossível sem eles dada a quantidade de informações a serem processadas quase simultaneamente.
Hoje em dia, os modelos móveis foram criados para serem incorporados em laptops . Estes são cartões geralmente derivados de suas contrapartes de desktop com menos unidades, frequência mais baixa, etc.
As placas gráficas modernas às vezes agem como placas de som graças às suas saídas de som integradas às saídas de vídeo convencionais, como para HDMI . Os drivers podem então ser adaptados para gerenciar o som, por meio da guia de áudio dos drivers Catalyst, por exemplo. Esta nova função cresceu graças à adição de alto-falantes nas telas.
O processador gráfico ( GPU para Unidade de Processamento Gráfico ou VPU para Unidade de Processamento Visual em inglês) é usado para liberar o microprocessador da placa - mãe , cuidando dos cálculos específicos para a exibição e coordenação de gráficos 3D ou a conversão de 'cor YCbCr espaços para RGB ; quando não são funções vetoriais que permitem a reconstrução de imagens compactadas de certos fluxos de vídeo, como H.264 . Essa divisão de tarefas entre os dois processadores libera o processador central do computador e aumenta sua potência aparente de acordo.
O processador gráfico é frequentemente equipado com seu próprio dissipador de calor ou ventilador para dissipar o calor que ele produz.
A memória de vídeo armazena dados digitais que devem ser convertidos em imagens pelo processador gráfico e imagens processadas pelo processador gráfico antes de serem exibidos. Todas as placas gráficas suportam dois métodos de acesso à memória. Um é usado para receber informações do restante do sistema, o outro é solicitado para exibição na tela. O primeiro método é um acesso direto convencional ( RAM ) como para as memórias principais , o segundo método é geralmente um acesso sequencial à zona de memória contendo as informações a serem exibidas na tela.
A capacidade de memória da maioria das placas de vídeo modernas varia de 2 GB com até 32 GB durante os últimos anos de 2010. Os aplicativos gráficos estão cada vez mais poderosos e difundidos, pois a memória de vídeo deve ser acessível por GPU e circuitos de exibição, muitas vezes usa alta velocidade especial ou memória multiporta, como VRAM, WRAM, SGRAM, etc. Por volta de 2003, a memória de vídeo era geralmente baseada na tecnologia DDR . Desde então, os fabricantes mudaram para DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 e, em seguida, GDDR6 .
RAMDAC ( conversor de memória de acesso aleatório digital para analógico ) converte imagens armazenadas na memória de vídeo em sinais analógicos a serem enviados para a tela do computador. Tornou-se desnecessário com saídas DVI (digital).
O BIOS de vídeo está para a placa de vídeo o que o BIOS está para a placa - mãe . É um pequeno programa armazenado em uma memória somente leitura (ROM para memória somente leitura ) que contém algumas informações sobre a placa gráfica (por exemplo, modos gráficos suportados pela placa) e é usado para iniciar a placa gráfica.
A conexão com a placa - mãe é feita por meio de uma porta enxertada em um barramento . Ao longo dos anos, várias tecnologias se seguiram para atender às necessidades cada vez maiores de velocidade de transferência de placas 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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Ano de introdução | 2003 | 2007 | 2012 | 2017 | 2019 | 2021 (planejado) |
Frequência | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz |
Potência máxima fornecida (12V + 3V3) | 75 watts | 75 watts | 75 watts | 75 watts | 75 watts | 75 watts |
Largura de banda | 2,5 GT / s | 5 GT / s | 8 GT / s | 16 GT / s | 32 GT / s | 64 GT / s |
Taxa de transferência por linha | 250 MB / s | 500 MB / s | 984,6 MB / s | 1969,2 MB / s | 3938 MB / s | |
Velocidade para 16 linhas | 4 GB / s | 8 GB / s | 15,754 GB / s | 31,508 GB / s | 63,02 GB / s |
Outros tipos de conexões existem em outras arquiteturas de computador, por exemplo, o barramento VME pode ser mencionado ; mas essas são tecnologias que não são amplamente utilizadas e reservadas para o mundo da computação profissional e da indústria.
As interfaces analógicas estão gradualmente tendendo a desaparecer em favor das interfaces digitais (março de 2011). Embora os sinais analógicos ainda estejam presentes em certos pinos das interfaces DVI , o que permite a transformação de um conector DVI em um conector VGA por um simples adaptador passivo: esta adaptação não é mais possível com interfaces puramente digitais como interfaces HDMI sem componentes ativos .
Interfaces digitaisA interface DVI ( Digital Video Interface ), presente em algumas placas gráficas, permite o envio de dados digitais às telas que a suportam. Isso torna possível evitar conversões desnecessárias de digital para analógico e de analógico para digital. Uma interface HDMI que permite conectar a placa a uma tela de alta definição e ao mesmo tempo transmitir a parte de áudio (versátil, este formato é o substituto do Scart ). O sinal é um sinal puramente digital. Uma interface DisplayPort , uma interconexão de áudio / vídeo digital de nova geração, sem direitos ou licenças, é a única interface que pode garantir um fluxo nativo de 4K a 60 Hz . Observe que DVI e HDMI podem suportar DRM .
Os modelos dos anos 2000-2010 geralmente associavam dois tipos de interfaces: uma interface para televisão (S-Video ou HDMI) com uma interface para tela de computador (VGA ou DVI). No caso de interfaces analógicas, certas linhas de sinal são utilizadas para transmitir informações sobre determinados dados específicos da tela utilizada. A tela pode transmitir informações como resolução ideal e seus limites de taxa de atualização. Isso permite informar de forma inteligente o sistema operacional sobre a melhor definição a ser exibida, por exemplo (ver DDC para informações sobre as informações transmitidas). No caso de interfaces digitais, as informações são trocadas entre a tela e a placa gráfica para fornecer as mesmas funções que no analógico; com eles, passam ao mesmo tempo certas informações relativas a funcionalidades adicionais, proteção anti-cópia por exemplo, ou as capacidades de transporte de som em formato digital.
O DisplayPort apareceu em 2008 é capaz de suportar resoluções de até 3840x2160 @ 30Hz e 2560x1600 @ 60Hz na versão 1.1 (velocidade 8,64 Gb / s), 3840x2160 @ 60Hz (velocidade 17,28 Gb / s) na versão 1.2, 5120x2880 @ 60Hz e 7680x4320 @ 30 Hz (velocidade de 25,92 Gb / s) na versão 1.3 e 7680x4320 @ 60Hz e 3840x2160 @ 120Hz na versão 1.4.
A partir de 2016, o conector Mini DisplayPort é gradualmente retirado de novas máquinas para ser substituído por conectores Thunderbolt USB Tipo-C, que integram, além da interface DisplayPort, funções de transferência de dados inerentes ao padrão USB, inclusive funções de fonte de alimentação (um externo assim, a tela pode ser alimentada e receber o fluxo de vídeo por um único cabo).
A quantidade de memória de vídeo necessária para armazenar a imagem a ser exibida depende da resolução escolhida para a exibição.
O número de cores é uma função do número de bits usados para o código de cores.
Número de bits | Número de cores | |
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1 | 2 | |
4 | 16 | |
8 | 256 | |
15 | 32 768 | |
16 | 65.536 | |
24 | 16 777 216 | |
32 | 4.294.967.296 | |
48 | 281 474 976 710 656 | |
64 | 18 446 744 073 709 552 000 |
A quantidade de memória necessária é o número de pixels úteis multiplicado pelo número de bits de cor por pixel . O todo é dividido por oito para converter em bytes ( 1 byte = 8 bits ).
Exemplo | Calculando a quantidade de memória necessária para exibir com resolução de 640 × 480 e 16 cores ( ). |
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Solução | Quantidade de memória = bytes = 150 kiB |
Lembrar | 1 KB = 1.024 bytes → |
Definição em pixels | 16 cores | 256 cores | 32.768 cores | 65.536 cores | 16.777.216 cores | 4.294.967.296 cores |
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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 | 2.400 KB | 2.560 KB | 3.840 KB | 5 120 KB |
1.600 × 1.200 | 938 KB | 1.875 KB | 3.516 KB | 3.750 KB | 5 625 KB | 7.500 KB |
1920 × 1080 | 1.012 KB | 2.025 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 |
Essa indicação agora é de pouco interesse porque a memória de vídeo de uma placa de vídeo é usada para muitos propósitos. Permite, entre outras coisas, agilizar a exibição de vídeos ou armazenar as informações necessárias à síntese de imagens 3D. Sistemas operacionais modernos como Windows Vista , Windows 7 , Mac OS ou GNU / Linux requerem uma grande quantidade de memória de vídeo para otimizar sua exibição. Quanto aos videogames mais recentes, eles funcionam ainda melhor, pois a quantidade de memória de vídeo é importante. Em 2016 , é comum encontrarmos placas gráficas equipadas com 4 GiB de memória.
Ano | AMD ( ATI até 2010) | Nvidia (e 3dfx até 2000) | Matrox | Videológico e / ou STMicroeletrônica |
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1986 | Wonder MDA / CGA | SM-640 | ||
1987 | Wonder EGA, Wonder 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 | MGA Impression Plus | ||
1995 | EXM321, Mach 64 CT, Mach 64 VT | Nvidia NV1 / STG2000 / Diamond Edge 3D | MGA Millenium, Pulsar | ? |
1996 | All-In-Wonder, 3D Rage, 3D Rage II, Mach 64 VT2 | Voodoo Graphics | Místico | Power VR ou PCX1 |
1997 | 3D Rage Pro | Riva 128, Voodoo Rush | elemento, Millennium II, Mystique 220 | Apocalypse 3Dx, Apocalypse 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 e 3500, Velocity 100, 200 | Millennium G400, Millennium G400 MAX, Millennium G200 LE | Power 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 e 6000 | Millennium G450, G200 MMS | Profeta 3D 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, 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, 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 preta, GTX Titan Z, GeForce GTX 970, GeForce GTX 980 | C420, C680 | \ |
2015 | R7 360, R7 370, R9 380, R9 390, R9 390X, R9 Fury 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 |
A história das placas de vídeo não se limita ao duelo ATI vs Nvidia. Outros atores tiveram seu apogeu; entre eles podem ser citados: S3 Graphics , Trident, Matrox, Cirrus Logic e SGI que fabricava até 2004 suas próprias soluções gráficas voltadas para o mundo profissional. Sem esquecer a Intel que, embora perdendo terreno, ainda entregou emabril de 2010a maioria das soluções gráficas para PC no mundo na forma de chipsets com controlador gráfico integrado. Em 2012, a Intel, com sua linha Ivy Bridge , lançou o circuito gráfico integrado HD4000 .