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Aula 9 - Hardware: Placas de Vídeo (tipos e conexões). Radeon X Nvidia. SLI ou Cross FireX? Tipos de Placa de Som e conexões (Multimídia)

Começando a ter vídeo nos computadores ( TVT)

Até 1972, a grande maioria dos computadores antigos, só exibiam suas saídas através de grandes painéis com lâmpadas. Através dos estados destas lâmpadas (aceso ou apagado) o "operador/programador" poderia saber o resultado computado da máquina.

Ainda de muito luxo, alguns computadores já tinham uma "impressora" teleprinter, o qual dispunha de um teclado para entrada de dados, e ainda fazia a incrível tarefa de imprimir em papel, todos os dados que estavam computados. Também havia a opção de reproduzir estes dados, impressos em cartões perfurados, o qual ainda poderiam ser usados posteriormente para novo processamento.

Somente em 1973, Don Lancaster publicou numa revista, um projeto do que seria os famosos "video terminais" TVT. Neste projeto, haveria descrição para o que seria a primeira interface de vídeo para um computador. Não era a primeira vez que um terminal seria usado, mas neste caso, o terminal era caseiro e custava menos de US$120, já que os terminais profissionais na época custavam US$ 1.000

Revista da época anunciando terminal TVT

Ainda baseado na teleprinter, mas desta vez, ao invés de usar papel, tinha a capacidade de usar as televisões da época (EUA/Europa) para exibirem todo o texto digitado! Esta seria a nossa "placa de vídeo" 

TVT Padrão com terminal em vídeo monitor

Conhecido como TV Typewriter (máquina de escrever televisiva) este seria um terminal caseiro, no qual muitos poderiam construir em suas próprias casas (amadores eletrônicos).

A televisão serviria de base, como o projeto dos atuais monitores de vídeo para computador, e o circuito eletrônico da TVT, como o projeto das placas de vídeo modernas!

Padrões Antigos (1982 até meados de 1990)

MDA (Monochrome Display Adapter). 

Criado pela IBM em 1981 era o padrão de placas de vídeos, definido para ser usado em computadores. Era um modo apenas textual (sem gráficos) e apenas monocromático (preto & branco). Com resolução de 80 colunas com 25 linhas cada, poderia até usar símbolos para usar algumas figuras na tela. 

Capacidade de textos da placa MDA

Dotado de 4Kb de memória de Vídeo(VRAM) e processador motorola 6845, possua conector diferente do padrão atual, que lembrava mais uma porta serial padrão 9 pinos. Os modelos da IBM ainda tinham conector paralelo de impressora, embutidos na placa MDA.

CGA (Color Graphics Adapter)

Apresentado em 1981 pela IBM, este seria o padrão de vídeo para o famoso IBM-PC. Também seria a primeira placa gráfica colorida para computadores pessoais. (cores limitadas)
Sua capacidade era de 16 Kb de memória de vídeo (VRAM),compatível com monitores CRT (antigos) e também tinha saída para televisão (RCA+modulador RF).

Antigo programa rodando em modo CGA

Baseado no processador motorola MC6845,esta placa já poderia exibir gráficos e resoluções máximas de 640X200 linhas. As melhores placas de vídeo suportavam até 4 bits de cores, 16 tons de cores diferentes (RGBI)! (não era 16 cores reais)
Conector padrão DE-9 (9pinos), mas esta placa não era muito usada nas empresas, já que possui baixa resolução de texto. Neste caso as placas MDA eram mais solicitadas.

Placa de vídeo CGA visão Geral

O modo CGA foi um clássico para jogos na década de 80, principalmente para jogos criados em ambiente D.O.S. Padrão muito famoso no Brasil, usado nos primeiros 286.

Jogo clássico California Games em modo CGA

Clássico Jogo Príncipe da Pérsia em modo CGA

Hercules Graphics Card (HGC)

Autentica Hercules

Lançada em 1982,também baseado no motorola 6845, esta placa foi produzida por uma empresa chamada Hercules Computer technology. Não foi muito famosa no Brasil, porém existem muitos computadores e sistemas operacionais que davam suporte a ela.

Jogo rodando em modo HGC 

É considerada uma mistura da MDA+CGA, sendo uma excelente placa para textos em alta resolução e bons gráficos. Consegue gerar até 640X200, porém não era colorida, apenas escala de cinzas.
Provavelmente era conectada em barramento ISA e conector de vídeo padrão DE9F (9 pinos)

Graphics Adapter Tandy (TGA)

Apresentado em 1984, o TGA é considerado uma melhoria do modo CGA usado em computadores da linha IBM-PC. TGA não é muito famoso no Brasil.Foi usado no IBM-PC Jr, diferente do CGA, no TGA temos 16 cores reais!

Placa Tandy padrão PCI

Baseado no motorola 6845, foi conhecido também como CGA+ (Plus). Consegue entregar 16 cores reais e diferentes, o CGA era 16 escalas de apenas 4 cores reais.

Resolução de 320X200 (16cores) ou 640X200 (4 cores).

Gráfico em 16 cores em TGA

Enhanced Graphics Adapter (EGA)

Apresentado em 1984, este modo é uma melhoria no padrão CGA para IBM-PC.Capaz de exibir até 16 cores reais em resolução de até 640 X 350. A novidade é que esta placa apresenta 16Kb de ROM, para complementar a BIOS em funções gráficas.  Baseado também o motorola MC6845.

Com até 256Kb de VRAM, ele roda em barramentos ISA, e foi a base para a criação do padrão VGA.

Jogo em Modo EGA mais bonito e colorido

Video Graphics Array (VGA) Padrão. SVGA/XVGA

Apresentado em 1987, foi adotado pela IBM em sua linha de computadores IBM-PC. VGA é o padrão de vídeo e placas mais famoso no Brasil e no mundo. Praticamente todas as placas seguem o padrão VGA, que até hoje é o usado no padrão de conectores para monitores de vídeo comuns.
Consegue chegar até 640X480 linhas e 16 cores reais. Exibe gráficos e textos (80X25) e tem compatibilidade com modos EGA e CGA. 

Placa padrão VGA conector PCI

Placas iniciais traziam até 256Kb de VRAM, e o chip GPU foi integrado de vários fabricantes, e não mais baseado no 6845!

Jogo Comanche Rodando em modo VGA

Os fabricantes mais famosos são:

• ATi Radeon
• SiS
• Matrox
• S3 Graphics
• Cirrus Logic
• Trident Microsystems
• NEC
• Realtek
• Western Digital
• Texas Instruments

Estas placas usam em sua maioria o barramento PCI para conexão na placa mãe.

Atualmente nos referimos ao termo VGA, quando estamos apontando o conector de padrão de vídeo. Este conector VGA de 15 pinos (DE-15) é compatível com todas as placas VGA, incluindo as mais antigas.

Arquitetura de uma placa de Vídeo Padrão

Junto a GPU, pode existir um dissipador de calor, assim como na CPU, para ajudar a resfriar o chip. Placas mais poderosas, apresentam até um ventilador preso a este cooler. 

Existe uma BIOS de vídeo para iniciar a placa, e reproduzir o modo texto no POST do PC. Alguns podem até alterar esta BIOS para obter overclocking da vídeo.

A GPU também precisa ter memória RAM (VRAM) para trabalhar com dados, mais importante do que as RAM para a CPU, quanto mais memória melhor. Comum é ter 128Mb porém atualmente modelos podem ter até 8Gb de VRAM. Até 2003 era usados os modelos DDR (mais rápidos), mas atualmente temos as GDDR (ver mais abaixo).

O RAMDAC é um conversor, para atuar no processo de sinais digitais para os analógicos. Necessário para a conexão VGA por exemplo, já que os monitores VGA operam com sinais analógicos RGB. Este componente é menos comum de se encontrar nas placas modernas, pois esta conversão efetuar uma perda considerável na qualidade de vídeo (qualquer conversão A/D ou D/A). Muitos monitores modernos, ja usam conexão HDMI/DVI que dispensam o RAMDAC.

Conexões Externas da Placa

VGA: Conector padrão de 15 pinos, liga a grande quantidade de monitores analógicos comuns. Consegue até boas resoluções mas não consegue chegar até Full-HD. Existem monitores muito antigos, que possuem conectores com pinos faltantes, não se preocupe, nem todos são usados. Trabalha com sinais analógicos (RBG), e podem sofrer ruidos/interferências externas, cuidado com o tamanho do cabo, não pode usar cabos longos.

DVI: Digital Video Interface, não muito comum no Brasil é o substituto do padrão VGA, pois trabalha com sinais 100% digitais. Não sofre interferências, e pode chegar em altas definições. Problema que usa vários formatos, procure o DVI-I que é mais compatível.

HDMI: Novo padrão de alta definição, mais popular e usado no Brasil, pode ligar qualquer monitor/televisão que trabalhe com este padrão. Os sinais são 100% digitais e também é possível enviar som/imagem por este cabo (DVD/bluray). Algumas placas de vídeo modernas, possuem este recurso (Ex: GT610) e podemos ouvir música e vídeo em alta definição (HD/Full-HD) usando apenas este cabo. Prefira usa-lo. Pode ter cabos longos, mas recomenda-se em média até 5 metros.

Barramentos usados pelas placas de vídeo

O ISA é de longe a pior das formas de se ligar uma placa de vídeo na Mobo. Padrão inventado pela IBM em 1981, com taxas de até 4Mhz! Não ví ainda nenhuma placa de vídeo que opere em ISA.

PCI:  é o barramento mais comum, das placas VGA até as mais recentes. Criado em 1992 pela Intel, a velocidade pode chegar até 533Mhz (64 bits).

AGP (Accelerated Graphics Port): Padrão de barramento de conexão ponto-a-ponto entre a placa de vídeo e o processador. Padrão obsoleto de alta velocidade, criado pela Intel, em 1997. AGP tem velocidades X1 chega até 66Mhz com 32 bits chegando até 266Mb/s. No padrão PCI as placas de vídeo só podem transferir no máximo 1333Mb/s (metade). AGP ainda existe em X2,X4,X8 (até 2133 Mb/s) aumentando ainda mais a taxa de transferência. Já obsoleto, foi substítuido pelo PCI-E 16X, porém você encontrará um computador usando placas de vídeo neste padrão.

PCI-e (PCI-Express): Barramento ATUAL, melhoria do antigo PCI, projetado pela Intel/IBM/Dell/HP apresentado no ano de 2004. Este sem sombra de dúvida é o barramento mais adequado, e todas as placas de vídeo atualmente são conectadas neste padrão. Pode chegar até 31Gb/s. Atualmente o slot de 16X é usado para efetuar conexões exclusivas com as placas de vídeo modernas.

GPU - Chips Dedicados de Vídeo

O vídeo é o dado mais complexo e demorado para se processar numa máquina digital. Por isso, ao longo dos anos o vídeo recebeu inúmeros esforços para se tornar melhor (mais resolução ) e diminuir o tempo de processamento. Não adianta nada, ter um mega processador, e processar o vídeo numa velocidade de tartaruga. 

Muitas empresas se especializam em produzir chips de CPU (Intel, AMD), porém outras se especializam em produzir chips de processador de vídeo GPU (Graphics Processor Unit).

GPU em Placa OffBoard

O GPU é um processador exclusivo, capaz de processar dados de vídeo, unica e exclusivamente trabalhando em paralelo com a CPU. 

Alguns até chamam de VPU (video processor unit). Este chip poupa um enorme tempo da CPU, já que ele só faz cálculo e toda a rotina de vídeo, que é complexa e muito demorada, deixando a CPU livre para outras atividades. Sem um GPU, seria difícil de obtermos gráficos melhorados, e ainda estaríamos trabalhando em modo texto (que não consome recursos, nem requer GPU).

Quando a GPU está integrada na placa mãe, dizemos que é "onboard" e trata-se de uma placa dedicada ou aceleradora 3D quando está "offboard" ou seja numa placa externa.

AMD (ATi Radeon) X Nvidia (G-Force)

Existem muitos fabricantes de chips GPU, porém os fabricantes de GPU mais famosos são:

AMD (Ati-Radeon)

ATi- marca lançada pela empresa ATI tecnologies fundada em 1985, e que foi comprada pela AMD em 2006. As GPU's mais famosas da marca foi apelidada comercialmente de RADEON apresentada em 2000.

Os chips GPU's ao contrário do que muitos pensam, são vendidos para outros fabricantes de placas de vídeo tais como:

• Asus
• Gigabyte
• MSi
• Zogis

O primeiro chip GPU RADEON, foi o R100 lançado no ano 2000.  Atualmente , a empresa AMD é detentora da marca RADEON.

O gerenciador da placa com drivers oficiais para Windows/Linux chama AMD Catalyst. Sem o driver da placa, seu sistema operacional não poderá utilizar todos os recursos completos da GPU. Principalmente rodar jogos e os recursos 3D.

AMD Catalyst em sistemas LINUX

Estão suportados modos de renderização via Directx (Windows) e OpenGL (Linux).

Placas AMD Radeon, são mais fáceis de configurar em sistemas Linux.

Acesse o site do fabricante para conhecer as placas

Nvidia (Ge-Force)

Fundada em 1993, a empresa produz os famosos chips GPU apelidados de "Ge-Force". Sua primeira GPU foi a NV1 lançada em 1995. Do mesmo modo que ocorre com as placas da concorrente (AMD), os chips da Nvidia são vendidos para outros fabricantes, que criam placas de vídeo usando o GPU Ge-Force.

Antes desta famosa GPU, as outras que fizeram sucesso em desktop's foram:

• RIVA 128/128ZX
• RIVA TNT/ TNT2

Assim como na rival (AMD-Radeon) seu sistema operacional deve possuir dos drivers da GPU instalados, caso contrário você não poderá utilizar 100% dos recursos da GPU (3D).

Driver Nvidia em sistemas GNU/LINUX

São suportados os sistemas operacionais (Windows/LINUX) no aplicativo. Apesar de funcionar muito bem, em algumas distro LINUX, os drivers da Nvidia parece não funcionar direito (compilação), por isso o suporte destas placas, não é tão bom quando a AMD-Radeon.

Eu particularmente sempre tive uns problemas com as placas Nvidia no Linux, muito embora sempre consegui resolver.

OpenGL X DirectX

Os dois são APIs ( linguagem dedicada) para gráficos em 3D. Com isso podemos construir jogos 3D, renderizar efeitos especiais e tudo mais que usamos das placas de vídeo. Todas as GPU's modernas são capazes de interpretar as duas. Porém existem diferenças.

DirectX: Linguagem proprietária da Microsoft, que está na versão 10 e 11, esmagadoramente usada em jogos e programas do ambiente Windows. Os programadores devem usar DirectX quando querem usar todo o poder das GPU's rodando em ambiente desta empresa. Porém só é usado em sistemas da empresa, não podendo ser utilizado por outros sistemas ou empresas.

OpenGL: Linguagem de código aberto, livre para ser usada por qualquer sistema ou pessoa. Possui versões 3.X e 4.X, usada em jogos e programas para outros ambientes e plataformas tais como Linux/Android/PS3/Nintendo/Apple etc. No caso, o OpenGl é uma bilbioteca de códigos gráficos dedicados a utilizar a GPU em outros sistemas não Windows. Tem uma grande utilidade para sistemas portáteis (smartphones e consoles de vídeo game) já que muitas empresas criam sistemas próprios baseados em Linux, no qual o suporte ao OpenGL é nativo!
Programas profissionais tais como o Blender, também usam OpenGL. Seguramente o futuro desta API é maior com a sua grande utilidade e aplicação mais genérica.

Comparação entre as duas API's em capacidade gráfica

GDDR X DDR3

Muitas placas de vídeo estavam usando a memória DDR3 como VRAM das suas GPU's. Porém a GDDR consegue o dobro da taxa de transferência, melhorando ainda mais o desempenho da GPU. 

Temos modelos de GDDR3,4,5 que podem chegar de 1Ghz até 7Ghz de clock!

SLI X CrossFire

São tecnologia para que se possa usar mais que 2 placas de vídeo de modo simultâneo, ajudando a melhorar o processamento, somando as GPU. Não confunda com obter vídeo com 2 monitores!
É como ter um dual core GPU.

Porém estas tecnologias são concorrentes! SLI é marca registrada da Nvidia, enquanto CrossFireX é registrada da AMD. Existem diferenças entre elas

SLI: Tecnologia inventada pela 3dfx que foi comprada pela Nvidia em 1998. Para fazer SLI, você terá que ter 2 ou 3 slots PCI-E X16 em sua Mobo, e ela tem que ser baseada em chipset Nvidia! Além disso um conector especial permite ligar as placas em SLI (conector SLI). Não se pode fazer SLI, com chips GPU diferentes, elas tem que usar o mesmo GPU, embora atualmente possam ser de fabricantes diferentes. O SLI também não permite saída de multiplas telas, ou seja, você deverá definir apenas uma saída de vídeo. Esqueça o Dual view...

CrossFirex: Criada pela ATi (agora AMD) esta tecnologia possibilita ligar várias placas com GPU RADEON, com o mesmo conceito do SLI. A vantagem é que o CrossFirex aceita placas com diferentes versões e tipos de GPU. Assim como no SLI, somente placas mães com PCi-E 16X podem ser usadas, e devem ter chipsets baseados no AMD ou Intel! 
Assim como no SLI, é permitido apenas uma única saída de vídeo (apenas um monitor) esqueça saída de tela dividida.

Estas funções são designadas apenas para usuários gamers ou que usam recursos 3D altíssimos, para quem deseja pensar numa GPU melhor no futuro. Porém lembre-se Mobos especiais, regras especiais. Muito complicado...

SOM Computadorizado. Primeiras notas musicas

Acreditem ou não, as primeiras melodias de um computador, foi descoberto por acaso. Ao executar as operações de leitura/ escrita os circuitos geravam "ruidos". Um rádio ligado perto de um computador destes capturou estes ruídos que pareciam notas musicais. Mais tarde um programador inspirado, resolver escrever de propósito um programa apenas para fazer "ruídos bonitos" ou seja a música.

Em 1951 um Ferranti Mark1, foi capaz de reproduzir suas primeiras musicas. Não era uma sinfonia, mas enfim, era música digital.

Mais tarde um 5150 da IBM, embutiu em seu gabinete interno o famoso "PC Speaker" um pequeno alto-falante capaz de gerar bips, sons de alerta. Muitos programadores de jogos, fizeram milagres para retirar destes míseros falantes, as mais belas melodias já criadas.

Lembrando, que naquela época não existia nenhum chip especial de som. Somente em 1980 começaram a surgir chips dedicados de som, os famosos (PSG- Programable Sound Generator).

Com os chips PSG, conseguimos retirar melodias melhores, e alguns até possuem 3 canais de mixer, assim a música fica com 3 instrumentos ao mesmo tempo ( base da música, instrumento1, efeitos).

Os chips mais famosos foram: 

• Yamaha YM-2149
• General instrument AY-3-8910

Estes chips foram usados em muitos computadores, incluindo o MSX (Expert/ Hotbit) famosos no Brasil.

Em 1989, muitas empresas trariam os famosos Kits multimídia para ambientes operacionais D.O.S. Além dos CD-ROM's estas placas tinham um chip especial que poderia processar som, muito melhor do que os PC-Speakers,e muitos jogos começaram a trazer suporte a placas de som (Adlib e Sound Blaster).

Placa de som da Creative Labs

Placa da Adlib para IBM-PC

A CT1320A foi a primeira placa de som da famosa CREATIVE. Veja no vídeo abaixo a evolução e diferença das musicas, tocadas nos 3 chips (Pc-Speaker/ Adlib/ Sound Blaster).

Isso foi um marco histórico, pois era a primeira vez que tinhamos som STEREO de qualidade num computador. Depois nos anos 2000, os home-theaters foram sendo mania, e os jogos e filmes de DVD, precisam de mais suporte de som.

Então surgem os chips de som de 5.1 canais.

Esquema de caixas 5.1 som espacial ou 3D

Assim como as placas de vídeo, muitos chips de som começam a ser integrados nas Mobo, originando os famosos Som Onboard.

Controlador On-Board ALC comum 

Os mais conhecidos atualmente são os chips da Realtek (ALCXXX) ALC888/889/892....

Eles podem entregar som de qualidade mediana de até 5.1 canais. A grande maioria da Mobo modernas, trazem o controlador ALC como padrão de som.

Se sua placa for Som OnBoard, localize o conector de som: Esquema de ligação em 2.0 canais (Stereo)

Rosa: Conector de Microfone (gravar som)

Verde: Saida Stereo/Fones de Ouvido 2.0 canais

Azul: Entrada Auxiliar para Mp3, Iphone.

Atenção! Muitas placas modernas, para economia, podem se tornar 5.1 usando os mesmos conectores acima. Neste caso não haverá microfone e nem auxiliar, e todos serão saída. Consulte o driver do sistema operacional/manual da placa mãe, para saber desta função

Confira um exemplo do driver de som ALC padrão no LINUX via Mixer padrão, repare nos canais 5.1 ativados!

Alsamixer ativando os 5.1 canais

As conexões padrão de uma placa de som 5.1 são:

Rosa: Entrada Microfone

Verde: saída de som Stereo (ligar caixa multimidia) 2.0 canal

Azul: Entrada para Auxiliar (ligar Mp3,Ipod,etc)

Os conectores Laranja,Preto e Cinza são exclusivos para placas off-board, muitas Mobo não tem.  Neste caso Laranja liga o Subwoofer (grave 0.1) Preto e Cinza são o Surround Esquerdo e Direito. = 5.1

Outras placas mais sofisticadas, ainda podem ter saída de som coaxial digital para ligar em home-theater ou similares. 

As mais desejadas placas de som, ainda continuam sendo as Sound Blaster. Hoje temos até 8.1 canais,com altíssima definição.

Placa Sound Blaster com certificado THX alta definição Pura!

Até a próxima aula.

JMJG- Eng Eletrônico- Instrutor de Hardware.