MONITOR Y SUBSISTEMA DE VIDEO
¿ Cuáles son los componentes de un subsistema de video?
El subsistema de vídeo de una PC podemos dividirlo en las siguientes partes:
· Monitor de video.
· Plaqueta adaptadora (controladora) de video, o "plaqueta de video (insertable en la "mother")'
· Software para manejar la plaqueta ("driver").
En el presente un monitor presenta parlantes y micrófono incorporado, para operar en multimedia.
¿ Cómo se forman las imágenes en la pantalla de un monitor?
El periférico monitor (terminal de salida) contiene una pantalla de visualización ("display"), y consta de:
Un tubo de rayos catódicos (TRC), similar al de un televisor, que en las computadoras portátiles es un visualizador plano de cristal liquido (LCD), descripto más adelante.
Circuitos para generar las tensiones continuas bajas y altas para el TRC, y para manejar un haz de electrones que dibuja en la pantalla letras o gráficos, según lo ordenen señales de video generadas por la plaqueta de video insertada en la "rnother", encargada de gobernar el monitor, conforme a la información que toma de la memoria de video.
Un TRC (fig2.57)para blanco y negro es un recipiente de vidrio en el que hizo vacío, con un cuerpo terminado en un fino cuello. El cuello contiene un filamento v un sistema de enfoque electromagnético, los cuales conforman un "cañón" electrónico, gobernado por señales eléctricas que llegan al mismo por un conectador trasero. Estas señales son generadas por la plaqueta de video, y en parte luego amplificadas por la electrónica del monitor.
Cuando el filamento está incandescente, emite una nube de electrones. Esta carga negativa es atraída y acelerada hacia la parte delantera del TRC por una alta tensión positiva aplicada mediante un conectador que atraviesa el vidrio a una capa metalizada que recubre el interior del TRC. El frente del TRC, no metalizado, está recubierto interiormente de fósforo, para formar las imágenes.
En el cuello, un sistema de placas electrostáticas hace que los electrones que son atraídos hacia el cuerpo del TCR formen un lino haz, enfocado en un punto del fósforo del frente (pantalla),
que se ilumina fugazmente. ("electrofosforescencia") al ser impactado por el haz.
Según se verá, otras señales eléctricas aplicadas a dos bobinas del cuello del tubo, dirigen el haz para que pueda barrer toda la pantalla, siguiendo líneas horizontales consecutivas (llamadas de barrido horizontal fig.2.58 y 2.64), iluminándose fugazmente cada punto de una línea que es impactado por el haz, cuando otra señal eléctrica así lo ordena, pudiendo quedar puntos sin impactar. Esto es como si el cañón se moviera recorriendo la pantalla, apuntando una tras otra dichas líneas, y en este movimiento sé disparara contra puntos de la pantalla cuando así se ordene, iluminándose momentáneamente dichos puntos.
La velocidad con que los electrones golpean la pantalla puede gobernarse por otra señal eléctrica generada por la plaqueta de video, y así modular la tonalidad de grises (entre blanco y negro) que producirá cada punto. Los puntos de la pantalla donde golpea el haz cuando es más intenso, resultan más brillantes que aquellos impactados por el haz cuando tiene intensidad más débil.
La fosforescencia que presentan los puntos impactados persiste ante nuestra vista una fracción de segundo, mientras el haz continúa barriendo las otras líneas de la pantalla. Esta persistencia del fósforo se aprovecha para poder crear la sensación de una imagen formada en la pantalla'. Un punto impactado en una línea de barrido mantiene su luminosidad hasta que el haz vuelve a impactarlo, a fin de que una imagen no se desvanezca ante nuestros ojos, se debe repetir un mínimo de 60 veces por segundo el barrido de todas las líneas que la forman, a fin de ir recomponiéndola continuamente.
Para que el haz de electrones pueda barrer de izquierda a derecha la pantalla formando las distintas líneas que componen una imagen,' debe ser desviado adecuadamente por fuertes campos electromagnéticos generados por las bobinas de deflexión ubicadas en el cuello (gobernadas por señales de la placa de video). Una vez que el haz llegó al extremo derecho de una línea, vuelve a la izquierda para comenzar la siguiente línea. (Fig. 21.58).
Esto constituye el movimiento de retrasado horizontal, también por obra de las bobinas de deflexión. Ellas también hacen que luego de barrer la última línea, el haz se dirija al extremo superior de la pantalla, para empezar nuevamente la primer línea.
La estructura de un TRC para color (fig.2.59) es similar al de blanco y negro, pero con tres cañones enfocados en tres puntos muy próximos del fósforo que recubre la pantalla, para generar tres colores básicos. Este fósforo se compone de grupos de tres puntos muy próximos ("tríada"): uno para el rojo, otro para el verde y el tercero para el azul. (fig2.60) Cuando los tres cañones impactan sus haces de electrones en una tríada (uno por punto), cada punto se ilumina brevemente con su color. Entonces, dada la proximidad de estos puntos, la vista los discrimina como un solo punto o pequeña zona luminosa uniforme, cuyo color resulta de la combinación (suma) de los tres colores básicos de la tríada, siendo que la intensidad individual de cada color básico depende de la cantidad de electrones por segundo con que el cañón correspondiente golpeó el punto de ese color de la tríada. La intensidad de cada haz es controlada por una señal eléctrica, cuyo voltaje es generado desde la plaqueta de video. Por lo tanto, si el cañón para el rojo envía su haz con más intensidad que los otros dos, predominará este color en la mezcla de colores que compone el color del punto visualizado Si estos colores tienen máxima intensidad, se origina el color blanco, y cuando ninguno de los tres haces golpea resulta el negro.
Cada zona puntual luminosa aislada así generada es el menor elemento para formar cualquier imagen conocido como "pixel" (abreviatura de picture cell). Es un punto aislado de color o tono de gris sin fondo de color o tono de gris, compuesto por tres puntos eléctrofosforescentes rojo verde y azul.
En general. Se denomina "pixel" a cada uno de los puntos que componen una imagen digital, los cuales pueden distinguirse mediante una lupa. Existe una correspondencia entre cada pixel y la combinación de bits mediante la cual se define su tono o color.
Estos puntos forman una sucesión de líneas horizontales muy próximas (no distinguibles a simple vista en un monitor), con las cuales se compone cualquier imagen en la pantalla. Concretamente, si un monitor está operando con una resolución de 1024 X 768 pixeles (en total 832.512 pixel en la pantalla). Las imágenes se forman con 768 líneas horizontales, cada una, conformada por 1024 pixeles.
Cuanto menor sea el tamaño de los pixeles, mayor será la densidad de puntos para formar imágenes.
El tamaño del pixel está determinado primordialmente por el diámetro del punto de incidencia en los electrones del haz que impactan, y no por el tamaño de la tríada de puntos de fósforo muy próximos antes citada, que constituyen cada punto de color (pixel).
La luminosidad de todos los puntos de la pantalla de un monitor puede variarse al unísono mediante el control manual del brillo, el cual afecta la velocidad a la cual los electrones del
Haz (o de los tres haces si es de color) golpea cualquier punto de la pantalla.
En un TRC color, antes de impactar en cada pixel de la pantalla, los tres haces pasan a través de tres agujeros en una placa rejilla de metal invar separados 0,25 mm entre sí. (Fig2.60).
Este "filtro" asegura que electrones dispersos del eje central de cada haz no impacten en pixeles vecinos al pixel apuntado, ayudando al enfoque. La rejilla alcanza elevadas temperaturas por el bombardeo de los electrones dispersos.
Suponiendo una imagen fija, dado que cada pixel brilla sólo unos 40 milisegundos, antes que se apague a nuestra vista, debe volver a ser impactado otra vez por el haz o triple haz, para mantenerlo luminoso (y con igual color). Por lo tanto, el cañón(es) debe(n) volver a barrer la línea donde está dicho pixel antes de 40 milisegundos, para reimpactarlo, al igual que a los otros pixeles de dicha línea, a fin de que todos resulten siempre luminosos. Lo mismo debe ocurrir con cada línea de barrido. Así, cada vez que se barre la pantalla, cada pixel debe ser "refrescado", o actualizado si cambian de color pixeles de un barrido vertical de pantalla al siguiente.
Si cada 40 milisegundos, debe refrescarse un punto cualquiera para mantener un brillo continuo, cada segundo (1000 milisegundos) el mismo deberá refrescarse 1000/40 25 veces. Esto es, deben formarse como mínimo 25 imágenes completas cada segundo para que una imagen pueda verse aceptablemente (con cierto parpadeo) Para ello deben producirse 25 barridos de pantalla (barridos verticales) por segundo (25 Hertz).
Los monitores actuales, para minimizar el cansancio visual que produce el parpadeo, operan a más de 70 barridos verticales (cuadros) por segundo. O sea, con una frecuencia de barrido vertical (o de refresco) de 70 ciclos por segundo (70 Hertz), generada por la plaqueta de video.
Se fabrican monitores de 12, 14, 15, 17 y 21 pulgadas, valores que miden la longitud del diagonal de la pantalla visible del TRC.
Qué son los monitores analógicos y sin entrelazado
El monitor antes descripto, (fig.2.58)en el cual todos los pixeles se "refrescan" y actualizan en cada barrido vertical, se designa "sin entrelazado" ("noninterlaced"-NI). Los del tipo "con entrelazado", realizan el refresco y actualizado de los pixeles en dos barridos verticales: primero los de las líneas de barrido 1, 3, 5, (impares), y luego los de las pares. Operan a una frecuencia de barrido baja, de unos 25 Hertz, compensada parcialmente con fósforo de mayor persistencia.
La denominación "analógica" se refiere a los múltiples valores que puede tomar la señal que recibe un monitor desde la plaqueta de video, para graduar la intensidad del haz de electrones que emite cada cañón.
Sea una señal de video analógica que puede tener 256 valores entre O y 0,7 voltios. Entonces podrían generarse 256 tonos de rojo, verde o azul, de cuyas combinaciones pueden resultar 256 x 256 x 256 16.777.216, ó sea casi 17 millones de colores para cada pixel. Un número elevado de colores ayuda a dar más realismo a las imágenes de un monitor, aunque el ojo distingue del orden de 7 millones de tonalidades.
También existen monitores analógicos monocromos, de un solo cañón, para generar una amplia gama de grises. Son más baratos y afectan menos a la vista que los de color, siendo especialmente recomendables para tareas relacionadas con los procesadores de texto.
A los monitores analógicos les llega un cable para cada color básico (rojo, verde, azul).
Los monitores digitales, casi en desuso por su poca versatilidad para generar una amplia gama de colores o tonos, a diferencia de los analógicos, reciben señales de video de sólo dos valores de tensión.
Qué son la resolución, frecuencia horizontal y ancho de banda de un monitor
Cada línea que barre el haz tiene igual número de pixeles, y el conjunto de líneas que aparecen en pantalla conforma la imagen que aparece en pantalla como una matriz de puntos. Conforme se ejemplificó anteriormente, el producto del número de pixeles de una línea, por el número total de líneas de una pantalla indica la resolución que presenta la misma, que es también cl número total de pixeles existentes para formar una imagen.
A mayor resolución, más nítida será la imagen, dado que implica una mayor densidad de puntos para formarla en la pantalla. Si la resolución es muy baja las líneas diagonales o curvas se ven quebradas ("aliasing"), por falta de puntos intermedios.
En un monitor de TV, el número de líneas está fijado en 625 líneas de 500 pixeles, (de las cuales en pantalla se visualizan sólo unas 550). Su resolución será de 500x625.
A diferencia, un monitor de computador tiene una resolución de video máxima especialmente útil para imágenes, pero pueden programarse otras resoluciones gráficas menores para representar texto y para compatibilidad con sistemas anteriores. Esto implica que pueden existir distintos números de pixeles por línea, y de líneas de barrido por cuadro. Así, un monitor de 1 .024x768, puede operar también con resoluciones de 800x600 y 640x480. Existen monitores de alta resolución, de 1280x1024.
El número total de pixeles existentes en una línea, dividida por la longitud de la misma se expresa en DPI (dots per inch), o sea puntos por pulgada. Así, una pantalla de 14 pulgadas de ancho con una resolución de 1024x768 (768 líneas de 1024 pixeles), tiene horizontalmente 1024/14 = 73,14 DPI.
Una resolución de 1.024x768 implica que deben barrerse 768 líneas horizontales por cada barrido vertical. Si la frecuencia de éste es de 70 Hz, en cada segundo deben ocurrir 70x768 = 53760 barridos horizontales. Por lo tanto, la plaqueta de video debe enviar a la bobina de desviación horizontal del TRC una señal de 53760 ciclos/seg. =53,76 kilociclos/seg. = 53,76 KHz, que es la frecuencia de barrido horizontal.
Luego, la frecuencia de barrido horizontal es la cantidad de barridos horizontales por segundo que debe realizar el haz de electrones. Por lo tanto, a mayor frecuencia horizontal, mayor número de líneas horizontales, y menor tamaño de pixel (mayor resolución).
Por otra parte, cuando un cañón en un barrido horizontal pasa de un pixel al vecino, la señal eléctrica que gradúa la intensidad de su haz (provista por la plaqueta de video) debe variar su valor (en volts) si cambia el tono de color de un pixel al siguiente.
Siguiendo con el ejemplo, con 1.024 pixeles por línea, y 53.760 barridos por segundo, cada cañón debe poder modificar la intensidad de su haz de electrones un número máximo de veces por segundo igual a: 53~60 x 1.024 = 55.050.240 ó sea 55 MHz. O sea que en correspondencia, el cañón debe poder impactar la pantalla 55 millones de veces por segundo.
El valor así calculado es el ancho de banda de video, que indica cuán rápido puede hacer variar la intensidad del haz o triple haz de electrones, la señal que lo comanda.
Se corresponde con el número de pixeles que el haz puede iluminar (barrer) en un segundo.
En el cálculo anterior para la resolución de 1024x768 = 786.432 pixeles por imagen, dado que el haz recorre la pantalla 70 veces por segundo (70 Hz), en un segundo debe barrer (impactar) 786432 x 70 55.050.240 pixeles, valor que concuerda con el ancho de banda calculado.
A mayor resolución hay que barrer más pixeles por segundo (más ancho de banda)
La resolución máxima está relacionada con el valor de la separación mínima o paso entre dos puntos de fósforo del mismo color ("dot pitch"), indicada por el fabricante del monitor (figura 2.60). Valores típicos van de 0,26 mm para un monitor de alta resolución a 0.34 mm.
A menor separación entre puntos mayor puede ser la cantidad de pixeles por línea (resolución horizontal). Para optimizar la cercanía entre pixeles, el haz de electrones en general impacta en más de una tríada roja, verde y azul, alrededor del punto correspondiente a un pixel.
Dada una pantalla, para cada resolución elegida, la separación entre pixeles cambia.
No debe confundirse la "resolución de la pantalla" con el grado de definición de una imagen en ella (también conocida como "resolución de la imagen"), la cual depende del tamaño de los pixeles, del brillo, del enfoque del haz y de su tamaño puntual cuando impacta el fósforo, del ancho de banda de video, de la resolución del monitor, de la gama de colores que éste puede generar y de la convergencia1 del triple haz.
Un monitor de gran resolución puede dar mala definición de imagen si está mal el enfoque o el brillo. A fin de mejorar la imagen de pantalla muchos monitores además de los controles manuales de brillo, enfoque y contraste, tienen otros para:
· Corregir problemas de convergencia;
· Compensar imágenes que se tuercen hacia adentro ("pin-cushioned") o hacia afuera;
· ajustare de color para asemejarlo al de impresión2 (como el AccuColor de NEC)
· Eliminar problemas de convergencia por campos magnéticos locales ("degaussing")
¿ Qué es un monitor de frecuencia variable: " Multisync o VFM?
Los monitores de frecuencia variable (VFM) Multisync o "multifrecuencia", son aquellos que detectan las frecuencias que usa la plaqueta de video, y sé auto ajusta a ellas. Por ejemplo, de 31.5 a 38 KHz horizontal y de 50 a 80 Hz vertical. Pueden ser usados con plaquetas de distintos fabricantes, las que se cambian conforme a las necesidades de gráfico.
¿ Cómo se relacionan tamaño, costo, resolución, y las aplicaciones de un monitor?
En principio, un monitor color es más costoso que uno monocromático, y dentro de cada tipo, los de mayor tamaño y resolución son naturalmente mas caros y pesados. Los monitores de 15' y 17' presentan un área de visualización cercana a los 600 y 850 centímetros cuadrados respectivamente.
A igual resolución, como ser 800x600, en el 15' se leen bien los textos, y el de 17 muestra imágenes y textos más grandes. Si en un monitor se aumenta la resolución, por ejemplo, de 640x480 a 1024x768, caben más figuras y texto, y se tiene mejor definición de los contornos, aunque figuras y texto será de menor tamaño. Caben más, pues se generan más pixeles en pantalla en 1024x768 = 786.432 hay más del doble de pixeles que en 640x480= 307.200,
A igual tamaño de pantalla si aumenta la resolución, los pixels serán más pequeños: entran más letras y objetos, pero son más pequeños.
Así, para un tipo de planilla de cálculo en pantalla se ven: 26 filas y 11 columnas en 800x600; 36 filas y 14 columnas en 1024x768; y 48 filas y 18 columnas en 1280 x 1024.
Resoluciones con una buena relación tamaño texto/cantidad de objetos, apropiadas para monitores de 15', 17' y 21' son respectivamente: 800x600, 1 024x768 y 1 280x 1024.
Las resoluciones altas son más utilizables en monitores grandes, y en general el efecto de una determinada resolución depende del tamaño de la pantalla.
Los detalles y letras puede verse de mayor tamaño en un monitor grande, pero si la pantalla es más grande, mayor debe ser la distancia entre ella y el usuario (a fin de que el usuario no deba mover demasiado la cabeza o los ojos para ver la pantalla entera). Esto da lugar a una disminución relativa del tamaño de los objetos en una pantalla grande.
El uso de un monitor muy grande, de 21', se justifica para presentaciones de productos y para aplicaciones donde son importantes los detalles, como las imágenes de color "verdadero", o para trabajos con fotografías. También se usan para hacer bocetos en Auto CAD y CAM. Son demasiado grandes para las aplicaciones comunes, pues si bien con resoluciones como 1 600x 1200 muestran mucha información, para ver texto se debe estar muy cerca de la pantalla, resultando ésta difícil de abarcar con una mirada.
Por ser la vista más sensible a las variaciones de color, vemos mejor una imagen con muchas tonalidades de color o gama de grises', que la misma con gran resolución y pocos tonos. Mayor resolución implica imágenes más nítidas en pantalla por formarse con mayor densidad de puntos.
Si se divide el número de pixeles que tiene cada línea de barrido por el ancho de la pantalla, se tiene un cierto número de puntos por pulgada. Dividiendo el número de líneas de barrido por la altura de la pantalla, resulta un número algo menor.
Por ejemplo, para un monitor de 14' con una resolución de 800x600, pueden ser unos 82 y 74 pixeles por pulgada, respectivamente. (Estos valores aumentan si la resolución es de 1024x748).
Suponiendo que una imagen de dicha pantalla se quiere imprimir en una impresora con una resolución de 300 puntos por pulgada (dot per inch: DPI), si esto se hace sin usar un lenguaje gráfico intermediario, la impresión sé vera distinta a la imagen de pantalla.
¿ Qué peligros para la salud entraña un monitor?
El uso indebido de un monitor puede ocasionar trastornos orgánicos y síquicos de diversa índole.
Ellos comprenden graves problemas en la visión, en la postura del cuerpo, en la musculatura y articulaciones de antebrazo y manos, dolores de cabeza y otros, así como fuerte excitabilidad, fatiga y estrés ("síndrome de Tokomosho"). El estrés no permite que las musculaturas se recuperen cuando se deja de trabajar. La pantalla por un lado obliga a acomodaciones musculares permanentes, que no se dan en la visión corriente. El trabajo ocular se intensifica cuando, por ejemplo, la vista sigue un texto que se desplaza hacia arriba o abajo.
Asimismo, un monitor emite radiaciones electromagnéticas (EMR), de efectos impredecibles, y especialmente intensas en la parte posterior y lateral del mismo. Las EMR pueden ser de frecuencias extremadamente bajas (ELF) o altas (EHF). Las ELF producen cambios en el tejido animal.
Para disminuir estos efectos, se aconsejan las siguientes medidas de prevención:
· No estar demasiado tiempo continuado frente a la pantalla. Relajarse 5' cada 20', y no beber demasiado bebidas con cafeína, café, gaseosas, etc.
· Estar ubicado entre 60 cm y un metro de la pantalla, sin luz directa sobre ella.
· Nadie debe estar en la parte posterior de un monitor. Las EMR pasan por una pared.
· Estar bien sentado, con el teclado cercano de los fémures, y la pantalla debe verse con la cabeza inclinada en forma natural un pequeño ángulo hacia abajo.
· Si la aplicación corriente lo permite, usar monitor blanco y negro en lugar de color, pantalla lo más chica admisible, y con la menor resolución compatible.
· Adquirir monitores de baja radiación, preferentemente que sigan normas MPR II, y con barrido vertical de más de 70 Hz para evitar parpadeo (aunque emiten más ELF)
· Agregar al monitor un filtro adecuado (especialmente de buena calidad en color) contra radiación y reflejo; y si es posible lentes especiales.
· No usar el monitor con brillo excesivo.
· Si sé esta tipeando un texto que se lee en un papel, éste debe estar vertical en el mismo plano de la pantalla, en el recorrido de la vista.
¿ Qué funciones cumple la plaqueta adaptadora de video?
La "plaqueta adaptadora de video" o "adaptadora", que también se llama "plaqueta de video" ("video board") y "controladora de video", es una interfaz entre la CPU y la electrónica del monitor.
Si bien existe una gran variedad de estas plaquetas, en todas el hardware tiene como función principal traducir la información binaria (que la CPU deja en la porción de memoria principal destinada a video) en señales les eléctricas para comandar la electrónica del monitor, a fin de que éste en su pantalla muestre la imagen codificada por dicha información. Con tal objetivo, una plaqueta debe contener:
· Hardware para la comunicación con la CPU a través del bus (del sistema o local bus), y puertos (PORTS) para recibir comandos referentes a la forma de presentar imágenes en la pantalla del monitor.
· Buffer (RAM) de video, o "memoria de video", que es parte de la memoria principal pero ubicada en estas plaquetas.
· Circuitos (Hoy coordinados por un microprocesador local) para formar, pixel por pixel, una imagen a la pantalla. Ellos, por un lado, convierten la información binaria contenida en el buffer de video en señales analógicas (previa conversión DIA), que controlan los cañones del monitor, a fin de lograr el color o tono de gris de cada pixel de pantalla. Por otro lado, ellos gobiernan los barridos, generando en sincronismo las señales de barrido vertical y horizontal para el monitor.
Según se le ordene, una plaqueta de video; puede generar uno o varios valores de resolución, y varias alternativas de tonalidades de colores o grises, conforme a los modos de video que soporta su driver.
Si se tiene o elige una plaqueta determinada, las posibilidades de visualización del monitor deben ser acordes con ella, y viceversa. Si una plaqueta puede generar imágenes en 1280x 1024, no podrán ser desplegadas en un monitor cuya resolución máxima es 1024x768. Tampoco un monitor analógico puede ser conectado a una plaqueta (como la "Hércules") que genera señales digitales.
Cada 1/70 de segundo los circuitos de la plaqueta leen la memoria (buffer) de video citada para formar una nueva imagen en pantalla, o refrescar la existente si en ésta no cambia ningún pixel.
Al mismo tiempo, si en el 1/70 de segundo siguiente deben cambiar algunos o todos los pixeles de la imagen que se está formando, el sistema de video opera como sigue. El programa driver (manejador) de la plaqueta de video al ser ejecutado por la CPU, ordena escribir en dicha memoria de video una combinación de unos y ceros para cada pixel de la pantalla. Estas combinaciones indican la tonalidad gris o de color que deben tener los pixeles de pantalla, a fin de generar la nueva imagen
Como se definió, la función central de los circuitos de la plaqueta, consiste en traducir cada una de dichas combinaciones (que describen los puntos de la imagen a visualizar) en señales eléctricas que irán al monitor (al cañón del tubo de rayos catódicos TRC) para formar la imagen visualizable.
Estas señales hacen que el haz "pinte" cada punto de la pantalla con la tonalidad ordenada por la combinación binaria correspondiente, escrita en memoria merced a la ejecución del programa driver.
Asimismo, la plaqueta genera las señales de sincronismo para barrido vertical y horizontal, que serán aplicadas a las bobinas de desviación magnética del ~ de modo de mover el haz para que barra en zigzag la pantalla; a la par que sincroniza cada instante en que el haz apunta a un pixel, a fin de enviar al cañón las señales eléctricas citadas para que el haz impacte en el pixel, que así resultará con la tonalidad ordenada.
Más en detalle, durante un barrido vertical, al mismo tiempo que un circuito de la plaqueta lee en la memoria de video la tonalidad de los pixeles a "pintar", la ejecución del programa driver debe escribir en dicha memoria la tonalidad que deben tener los pixeles en el siguiente barrido, para formar las figuras requeridas
Un circuito de la plaqueta lee 70 veces por segundo (para un barrido vertical de 70 Hz) directamente la memoria de video citada, para ordenar al monitor formar una imagen cada 1/70 seg. 14 mseg. Con una resolución de 1024x768 = 786.432, se tiene ese número de pixeles para formar cada imagen. Si todos ellos deben cambiar, se dispone de un tiempo de 14 mse~86.432 18 nanoseg para que el haz forme cada pixel Entonces, la memoria de video debe ser accedida cada 18 nanoseg siendo que para formar una pantalla completa esta operación debe durar 14 mseg a fin de leer toda esa memoria.
Esto es, si todos los pixeles cambian de una imagen a la siguiente a formar, el circuito de la plaqueta debería leer la memoria de video cada 18 nanoseg para obtener en cada lectura la combinación de unos y ceros que deberá convertir en la correspondiente señal/es a enviar al cañón/'es, de modo que el próximo pixel a impactar resulte con la tonalidad de gris o color ordenada por el programa driver, Otra forma de estimar este tiempo es como sigue. Para dicha resolución y para 70 Hz, se barren casi 55 millones de pixeles por segundo, como se calculó antes. Entonces cada cañón debe cambiar la aceleración del haz de electrones también 55 millones de veces por segundo. O sea, que el tiempo medio entre el impacto del haz a un pixel y el siguiente es 1/55.000.000 seg. = 18 nanoseg, lapso en que se debe leer el buffer de video. La estimación efectuada pone de manifiesto las grandes velocidades requeridas en video, y las limitaciones con que se tropieza para aumentar la resolución.
De lo anterior resulta, que una plaqueta de video se caracteriza:
· Por las resoluciones que es capaz de generar,
· Por la capacidad de su memoria (buffer) de video,
· Por la máxima cantidad de colores que permite visualizar en pantalla,
· Por la frecuencia de barrido vertical que genera (como ser 72 Hz).
Salvo el último punto, los anteriores en general cumplen con algún estándar VGA y sus extensiones. Como se verá, altas resoluciones y muchos colores requieren plaquetas aceleradoras "inteligentes", inclusive un coprocesador de video, y una conexión rápida vía bus local a la CPU, como el bus PCL La velocidad de este bus de conexionado (hoy de 64 líneas de datos), puede limitar la velocidad de actualización de la pantalla.
También el desempeño de una tarjeta de video depende del driver que la maneja. Sólo si éste es eficiente, se aprovecharán las posibilidades de la tarjeta.
¿ Por qué no usa Port de datos la interfaz adaptadora de video?
Al definir más arriba la función del circuito de la plaqueta de video que controla el monitor, se puso énfasis en que está conectado directamente a la memoria principal, o sea sin ports intermediarios para datos. Dicha circuitería puede leer permanentemente las direcciones de memoria reservadas que conforman el buffer de video.
Los circuitos controladores de los otros periféricos corrientes, se vinculan a la memoria principal y CPU a través de ports intermediarios, que son buffers dedicados, donde se depositan en forma transitoria datos y se reciben comandos. (La plaqueta de video no contiene Port de datos, pero sí ports para comandos). Esto es así debido a que en discos, impresoras, mouse, escáner, etc.
Existen movimientos mecánicos hasta que los datos estén disponibles, para transferirse hacia o desde memoria principal, según sea.
Dado que el TRC del monitor es un dispositivo electrónico de rápida respuesta, es factible ligarlo (sin usar ports) al buffer de video a través del circuito de la plaqueta, que convierte el contenido binario de las posiciones del buffer de video en señales eléctricas para comandar el TRC. Es en cierto modo un tipo especial de acceso directo a memoria, con acceso a un conjunto restringido de direcciones, sólo para leerlas.
¿ Qué registros ports existen en la adaptadora de video para cambiar la resolución, gama de colores vísualizables, etc?
Como se definió, una interfaz (plaqueta) adaptadora de vídeo es la encargada de generar las señales que controlan el movimiento e impacto del haz de electrones del monitor. A los efectos de poder identificar e indicar las funciones de los registros ports más importantes existentes en ella, la consideraremos compuesta por los siguientes sub- bloques:
· Video RAM (contiene los datos que permiten formar cada imagen en la pantalla del monitor)
· Controlador del tubo de rayos catódicos (CRTC).
· Registros "ports" que se detallan más abajo.
· ROM que convierte en una matriz de pixeles los caracteres que están en código ASCII en la video RAM.
· Convertidor Digital/Analógico (DAC) ligado a un registros que forman una RAM (RAMDAC).
El CRTC es esencial. Se encarga -a partir de cristales de cuarzo- de generar: las señales internas para coordinar temporalmente el funcionamiento de la plaqueta; las direcciones para leer la memoria de video; y las señales externas para sincronismo del monitor. La duración de estas señales depende del modo de video elegido. Estos tiempos se determinan escribiendo contenidos determinados en registros direccionables ("ports"), que forman parte del CRTC. Ello se consigue mediante la ejecución de instrucciones tipo OUT de subrutinas preparadas para cada modo de video.
Una plaqueta de video puede contener del orden de 70 registros "ports", los cuales pueden dividirse en cinco grupos, que en un tipo de plaqueta pueden ser:
4 Registros generales (O3CC-03C2)
25 Registros del CRTC (03C4-03C5)
22 Registros para controlar atributos (03C0-03C1)
9 Registros para control gráfico (O3CE-O3CF)
.5 Registros para cambiar colores en la RAMDAC (03C7-03C9)
Entre paréntesis se indican direcciones grupales que permiten acceder a dichos ports para escribirlos o leerlos mediante la ejecución de instrucciones tipo OUT o IN. Por ejemplo mediante una instrucción OUT en el port de dirección O3CE se coloca el número 4 (con lo cual se selecciona el registro de gráficos con este número).
Luego, mediante otra OUT se direcciona y escribe en la dirección O3CP dicho registro 4.
Los registros ports contienen un byte. En la mayoría de ellos, cada uno de sus 8 bits permite controlar una función distinta. Ciertas funciones requieren agrupar bits de varios registros.
Esta cantidad de registros es indicadora de la complejidad del funcionamiento de la plaqueta de video.
Aunque todos los modos de video antes citados operan según principios similares, la memoria de video (Video RAM) es vista en forma diferente por los circuitos de la plaqueta de video según el modo de video elegido
(VGA, SVGA, etc. ) y la plaqueta usada. Detallar el funcionamiento de la plaqueta escapa los alcances de esta obra. Hay libros enteros dedicados. Sólo intentaremos dar una idea sintética, a través de algunos casos simples.
Los 25 registros del CRTC permiten determinar por programa (mediante instrucciones OUT), para cada modo de video, la duración de las señales de sincronismo horizontal y vertical, incluidos los tiempos de retrasado. Así genera las señales que el monitor necesita para formar cada imagen.
También genera el cursor, y de hecho maneja la Video RAM, al proporcionar las direcciones para acceder a ella. Antes de enviar una señal de barrido horizontal activa el cañón mediante un pulso de habilitación, y mientras el haz barre horizontalmente la pantalla (por la acción de dicha señal de barrido horizontal), el CRTC genera las señales del cañón, para que cada pixel barrido presente cl color e intensidad ordenados.
La RAM DAC consta de 256 posiciones (registros) de 18 bits (6 bits para cada color básico de un pixel: rojo, verde, azul), con direcciones desde O a 255. Estas posiciones corresponden a los 256 colores diferentes que pueden existir por vez en cada cuadro formado en la pantalla. El color de cada pixel será uno de estos 256 colores, según cual sea la dirección elegida (de O a 255). Esta gama de 256 colores puede modificarse de ser necesario de un cuadro al siguiente (por ejemplo, para dar la sensación de movimiento) Pueden seleccionarse colores dentro de una gama mayor, como ser de 262.144 colores = 26 rojos x 26 verdes x 26 azules.
Cada salida de 6 bits por color de la RAM pasa a un conversor digital analógico (DAC) para proveer los 26 -64 niveles de tensión que puede tener cada una de las 3 señales analógicas (roja, verde, azul) que viajan por tres cables al cañón, para determinar el color del pixel que será impactado por el haz del cañón.
En definitiva, el registro RAM-DAC seleccionado determina el color que tendrá un pixel, y las tres señales analógicas correspondientes a ese color lo determinarán en un pixel de la pantalla.
Los 256 registros de 18 bits citados sé inicializan con colores predeterminados, por "defecto"("default"), dando lugar a 256 colores. Por defecto el color 0 es el negro, el 1 es el azul, el 2 es el verde, existiendo 32 tonos de rojo, 32 de verde, 32 de azul, grisados (éstos se logran con igual valor para RGB), etc.
Si se necesita visualizar un parque, harán falta más que los 32 tonos de verde existentes por defecto, pudiéndose variar el contenido los registros de 18 bits de forma que los ¡28 primeros colores sean tonos de verde, y los siguientes 128 sean tonos de marrón para los hojas caldas, por ejemplo.
Para cambiar la combinación de 18 bits de un registro que forman la proporción de los tres colores básicos que determinan un color de salida de la RAM DAC, se debe direccionar primero el port de dirección 03C8, y escribir en el mismo la dirección (0 a 255) de dicho registro. Luego, mediante tres instrucciones OUT sucesivas, se direcciona y escribe tres veces el port de 8 bits de dirección 03C7, para registrar sucesivamente los 6 bits de cada color básico a modificar.
Se ejemplificará un modo que usa directamente la RAM DAC a partir de la Video RAM.
El denominado "modo 13" es el de organización más simple de los modos VGA, y es muy usado en video juegos. Este modo, de resolución 320x200, y hasta 256 colores por vez, se selecciona cargando el 'registro AX con el número 0013, y luego ejecutando INT xx. En la Video RAM (figura 2.66) cada pixel es representado por un byte (que es su "atributo"), cuyo valor (0 a 255) permite seleccionar una de las 256 posiciones (registros) RAM-DAC que contiene la indicación del color del pixel en cuestión.
De esta forma, los 320 pixeles de cada una de las 200 líneas visualizables de la pantalla, se corresponden con 320 posiciones consecutivas de la Video RAM. El total de los 320x200 64.000 pixeles de la pantalla requerirán 64 KB consecutivos de Video RAM. Esta es la manera más sencilla de organizar dicha memoria.
Las gamas de colores se pueden cambiar de la forma vista más arriba, variando registros de la RAM-DAC.
El siguiente ejemplo se relaciona con la visualización de caracteres en la pantalla (modo ~ a tratar en detalle más adelante). Cada letra o número a visualizar aparece codifica do en un byte en ASCII en la video RAM, seguido de otro byte. Este constituye el "atributo" del carácter: 4 bits para el color de la figura del mismo, y 4 para su color de fondo. En la formación del color, además de la RAM DAC intervienen 16 registros denominados "de paleta" que forman parte de los 22 registros direccionables del controlador de atributos. Mediante 4 bits de atributos se selecciona uno de los 16 registros de paleta, cuyo contenido de 8 bits a su vez permite elegir uno de los 256 registros RAM-DAC, determinante del color a visualizar en la pantalla. Resulta así, que el controlador de atributos traduce información relativa a atributos de color en combinaciones de colores RAM-DAC.
Obsérvese que cuando el atributo es de 8 bits, como en el "modo 13", dicho atributo selecciona el registro R~ M DAC determinante del color del pixel. En cambio, en modos con menos de 8 bits indicadores de atributo, interviene el controlador de atributos para compatibilizar con los 256 registros RAM DAC, lo cual también implica compatibilizar modos de video, corno el EGA, con el VGA.
¿ Cómo se relaciona la capacidad del buffer de video con la resolución y la gama de colores desplegable?
Suponiendo que cada pixel, pueda tener hasta 256 = 28 colores distintos, para especificar cada color hacen falta 8 bits 1 byte. Con una resolución de 1024x768 786.432 pixeles son necesarias 786.432 posiciones de memoria de un byte para especificar el color de todos los pixeles en cada barrido vertical de la pantalla. O sea, que la capacidad del buffer de video que forma parte de la plaqueta de video debe ser casi 1 MB. Con 24 bits = 3 bytes para especificar el color de cada pixel, éste puede tener 224 17 millones de colores distintos, para formar color "verdadero" ("true color"). Si la resolución es 1024x768 la capacidad del buffer de video debe ser el triple del ejemplo anterior.
Se deduce que la capacidad que debe tener el buffer de video depende de la cantidad de pixeles de la pantalla (resolución), y de la cantidad de colores (o tonos de gris) que pueden tener dichos pixeles. Asimismo, la capacidad de un buffer puede limitar la resolución o la gama de colores visualizables.
¿ Qué es una memoria VRAM?
Como se describió anteriormente, dada la velocidad con que se desea trabajar en video, al mismo tiempo que la ejecución de la rutina driver ordena escribir la porción de memoria principal que está en la plaqueta, este buffer de video debe ser leído por el circuito que genera las señales de control del monitor para refrescar la pantalla. Una forma de solucionar esto es mediante las denominadas Video - RAM o VRAM, que es una memoria RAM rápida con dos puertas (o sea con dos caminos de datos) que pueden ser accedidas simultáneamente. Una puerta está dedicada a la CPU para que escriba cada posición de esta memoria de la forma convencional, conforme lo ordenan las instrucciones del programa driver cuando éste se ejecuta. Para no interferir con la CPU en el manejo de la memoria principal, la otra puerta es usada por los circuitos de la plaqueta para leer cada posición del buffer de video.
El acceso por dos puertas se manifiesta en la existencia de dos buses independientes uno para la CPU, y otro para los circuitos de la plaqueta que llegan a la memoria con líneas de direcciones y datos. Por tal motivo los chips VRAM tienen el doble de patas que las RAM, siendo bastante más caros que éstos.
¿De que forma operan las plaquetas aceleradoras y los procesadores de video? ¿ Cómo manejan un "bitblt" ?
Suponiendo un buen monitor, la velocidad de video depende de la plaqueta de video, y de la velocidad de la CPU para ejecutar el programa driver de la plaqueta.
El buffer de video de una plaqueta debe ser leído por los circuitos de la plaqueta adaptadora, unas 70 veces por segundo, pues deben refrescar o actualizar el tono de cada uno de los pixeles de la pantalla en cada barrido horizontal. Al mismo tiempo que es leído, el buffer es escrito (cada vez que deban cambiar pixeles). Las plaquetas aceleradoras de video' agilizan (con distintas técnicas) esta escritura, a fin de evitar que el programa driver deba escribir totalmente el buffer en cada barrido vertical, para indicar la tonalidad de cada uno de los pixeles. Estas plaquetas se insertan en lugar de las de video comunes.
El contenido del buffer puede cambiar de un barrido vertical al otro. A veces, la imagen no cambia durante un tiempo en la pantalla, y en el otro extremo puede darse que todos los pixeles deben cambiar, como en el "SCROLL" hacia arriba (o abajo), cuando el texto se desplaza ("rueda") en esa dirección para dar lugar a nuevos caracteres o dibujos. Esto trae aparejado una menor velocidad en la respuesta de video, que puede ser apreciable.
También suelen repetirse - en Windows- ciertos marcos y patrones, como las barras de herramientas; y se dan casos intermedios, cuando sólo cambian pocos pixeles.
Microsoft Windows hace un uso intensivo del video, a través de las rutinas GUI (Graphic User Interface), que grafican todas sus salidas, sean botones con iconos, ventanas o texto. Por ejemplo, una ventana cada vez que se abre, ocupa 300 pixeles por 200 pixeles = 60.000 pixeles. Esto requiere casi 60 KB de memoria, si la tonalidad de cada pixel se indica con un solo byte.
Si dicha ventana es desplazada con el mouse a otro lugar de la pantalla, se deben cambiar los 60.000 pixeles donde estaba y otros tantos donde irá, en total 120.000. Estos manejos, además de tener ocupados a los circuitos de la plaqueta, imponen un exceso de trabajo hasta a un Pentium.
Por otra parte, la respuesta de video resulta más lenta si se usa mayor resolución y muchos colores, pues aumenta el movimiento de datos a realizar, dado que se deben escribir y leer más posiciones en el buffer, pues como se trató, hay más pixeles para representar, y además cada pixel necesita mas bytes para definir su tonalidad. La plaqueta adaptadora común, con buffer para cuadro completo, antes descripta, para dibujar una línea elemental, requiere que el programa driver al ser ejecutado por la CPU indique en el buffer de video el color o tono cada pixel de la pantalla que formará dicha línea. Lo mismo debe hacer el driver para que se visualicen fondos que se repiten en Windows, como las barras y otros. Esto ocupa tiempo del microprocesador para ejecutar el programa driver, a fin de crear toda la imagen, restándole tiempo para ejecutar programas que no son de índole gráfica.
Un dibujo en gran medida puede llevarse a cabo a partir de ciertas operaciones básicas, siendo la más común la de relleno, para formar líneas y áreas. Así, una plaqueta aceleradora de video para dibujar la misma línea sólo necesita que el driver le indique (en un buffer de entrada de la plaqueta), los pixeles donde la línea comienza y termina, así como su grosor y color.
Igualmente a partir de unos pocos datos puede dibujar círculos, rellenar áreas, manejar el cursor y hacer "bitblt" ("bitmap block transfer", o sea transferencia de mapas de bits en bloques). Esta operación (típica de Windows) ordena mover una ventana de un lugar de pantalla a otro, y luego copiar los pixeles de una a otra. Asimismo, cuando llega un comando bitblt para dibujar una letra en pantalla, se copia la matriz de pixeles de esa letra, que existe en una zona del buffer no usada para pantalla.
En definitiva, merced a las plaquetas aceleradoras de video disminuye la cantidad de información que hay que enviar a ellas. El programa driver en lugar de escribir todas las posiciones del buffer de video- deja en un buffer de entrada de la plaqueta una serie de comandos y datos, lo cual lleva menos tiempo que crear toda la imagen completa. El hardware inteligente de la plaqueta se encarga de interpretarlos, para luego escribir todo el buffer de video con la tonalidad que debe tener cada pixel antes de cada barrido vertical.
De esta forma, el driver se ejecuta en lapsos cortos para enviar rápidamente comandos a la plaqueta, y no se sobrecarga de trabajo la CPU, amen de quedar más despejado el bus que conecta la plaqueta a la CPU.
Asimismo, al no tener que formar la CPU todos los pixeles que conforman cada cuadro de imagen, con plaqueta aceleradora son menores los requerimientos de memoria. Esto es, antes se calculó que para una resolución de 1024x768 y 256 colores, cada cuadro de pantalla completo necesita casi 1 MB de memoria. Si se usa una plaqueta estándar, éste es el requerimiento permanente de memoria. Y si con esa capacidad se aumenta la resolución, o el número de colores en dicha plaqueta, se toma lenta la formación de imágenes. Por operar una aceleradora de la forma vista, para la resolución citada hace falta en promedio mucho menos memoria, y prácticamente no se notaría en velocidad un aumento en la resolución o número de colores.
Otra forma de acelerar video consiste en reducir el número de ciclos de bus que la CPU debe efectuar, para lo cual en un solo ciclo se escribe, se lee y se modifica la memoria de la plaqueta, en lugar de emplear dos ciclos.
Existen aceleradores optimizados para Windows, con los comandos más usados en este software, por lo que resultan especialmente veloces para el mismo (por lo menos 5 ó 10 veces más que una tarjeta estándar).
Los aceleradores más eficaces reemplazan el hardware inteligente por un microprocesador dedicado, denominado coprocesador de video o "coprocesador gráfico" (que no debe confundirse con el coprocesador matemático que auxilia a la CPU).
Conforme a lo tratado, se deduce que la velocidad de video depende de:
· La efectividad del driver que ejecuta la CPU para manejar la plaqueta de video.
· La existencia de una plaqueta aceleradora, con preferencia un procesador de video.
· Una rápida comunicación entre CPU y plaqueta (a través del bus local, por ejemplo).
· Un monitor apto para la aplicación que se trate.
¿ Qué ventajas tiene el video de bus local?
Conectando la plaqueta al bus del sistema1, la CPU sólo le puede enviar de a 16 bits 2 bytes, hasta diez millones de veces por segundo (l0 MHz), o sea 2x 10 = 20 Mbytes por segundo.
En cambio, conectando una plaqueta de video compatible con un bus PCI, si la CPU es un Pentium, podrá enviarle de a 64 bits = 8 bytes a gran velocidad. De esta forma resulta una conexión más rápida entre la plaqueta y la CPU.
¿En qué difiere una descripción de imágenes por mapa de bits, de la realizada en base a objetos (vectorial)?
Cuando se guarda en un disco el archivo de una figura, su descripción puede hacerse de dos formas:
a. Por mapa de bits ("bits map")
b. Basada en objetos (forma vectorial).
Ambas formas de descripción de figuras almacenadas, cuando son procesadas por programas (para que las figura que hacen mención aparezcan visibles en pantalla) dan lugar a combinaciones binarias que determinan la tonalidad de cada pixel.
En la descripción por mapa de bits los pixeles de una figura están determinados directamente por un conjunto ordenado de valores numéricos (mapa), siendo que cualquier punto de la pantalla puede tratarse individualmente. Las extensiones BMP (Bit Map), GIF, PCX y TIF (de Tagged Information File Format -TWF) son de uso general para archivos en formato de mapa de bits.
La descripción basada en objetos requiere una formalización matemática extra para definir los mismos. Las figuras se forman a partir de líneas, polígonos, círculos, y otros elementos geométricos básicos, definidos por los puntos o vértices que los determinan.
Se denomina vectorial la forma de representar elementos mediante una secuencia ordenada de números. Cada número constituye una "dimensión". Por ejemplo, dos coordenadas dadas por dos números (34, 125) permiten determinar un punto en un plano bidimensional. Un circulo puede determinarse mediante la secuencia de números (244 280 20 2 15 3), si 244 y 280 son las coordenadas de su centro, 20 su radio, 2 el espesor de su circunferencia, 15 el color de ésta, y 3 el color del área de dicho círculo. Este círculo estaría determinado por un vector de 6 dimensiones. Figuras más complejas se describen mediante secuencias de instrucciones que ordenan operaciones de matemática vectorial. Los programas que generan gráficos determinan qué objetos corresponden a las distintas dimensiones del vector que lo representa.
Si se usa un byte por dimensión, la descripción vectorial ocuparía sólo 6 bytes. Suponiendo que el círculo ocupe 523 puntos, en una descripción por mapa de bits harían falta 523 bytes de memoria para describir 523 pixeles (usando un byte por pixel), contra 6 bytes de la descripción vectorial. De duplicarse el radio, en la vectorial se siguen usando 6 bytes y sólo cambia la dimensión 20 al valor 40. Pero con mapa de bits, dado que el área crece con el cuadrado del radio, en igual proporción crecerá la necesidad de memoria para almacenar la descripción de los pixeles del círculo.
Otra cualidad de los gráficos vectoriales es su "portabilidad", dado que se requiere un solo archivo para visualizarlos en diferentes dispositivos, aunque éstos tengan diferente resolución, como ser la pantalla y la impresora. En cada caso se podrá visualizar con la mejor calidad deseada, si se elige mayor resolución.
A diferencia, un gráfico en mapa de bits que está con una resolución dada, si se intenta imprimirlo a mayor resolución que la originaria, no ganará en calidad de imagen.
Los gráficos vectoriales si bien tienen una serie de ventajas frente a los de mapas de bits, en aplicaciones como el almacenamiento de imágenes fotográficas no son eficaces, dada la complejidad de las mismas.
La extensión, CGM (Computer Graphics Metafile) es un formato de archivos de gráficos vectoriales de uso frecuente en PageMaker, CorelDraw y Ventura Publisher.
Metafile ("Meta archivo") implica almacenar en forma compacta una secuencia de llamadas a subrutinas para efectuar operaciones gráficas usadas con el fin de generar una figura. Por ejemplo, en vez de guardar la descripción de la ecuación de formación de una figura, se guarda un llamado a subrutina para formarla, Otra extensión para archivos con formatos vectoriales, usada en Auto CAD es DXF (Data Exchange Format). La extensión, PIC hace referencia a un archivo vectorial PICT de para PC.
¿Que es Modo Texto?
Hasta ahora se describió una forma de llevar imagen o texto a pantalla: el modo gráfico. Este requiere que en el buffer de video se escriba (por un driver o por el hardware de una plaqueta aceleradora) la tonalidad de cada pixel que la constituirá. Vale decir, que por software se puede regular, controlar, cada pixel de la pantalla. Por tal motivo IBM designa "all points addressable" (APA) a los modos gráficos.
En modo gráfico también se visualiza texto.
El modo texto fue el primero en aparecer en video, pues en los comienzos los monitores sólo se usaron para intercambio de mensajes con operadores, y más tarde para procesamiento de textos. Esto se debió principalmente a las limitaciones que existían en cuanto a la capacidad de memoria principal, dado el tamaño que ocupan los gráficos. Usando este modo, en el buffer de video se escriben los caracteres alfanuméricos que se desea visualizar en pantalla, codificados en ASCII. La pantalla, por ejemplo, permite escribir 80 caracteres por línea, en 30 líneas, o sea un total de 80x30 = 2400 caracteres. Puesto que cada carácter ocupa un byte, y se necesita otro para especificar cómo aparecerá en pantalla, para memorizar el texto a visualizar en pantalla, el buffer de video sólo debe ser 2400x2 bytes (casi 4 KB), siendo por lo menos 1 MB en modo gráfico.
La pantalla está dividida, pues, en igual número de zonas que el número de caracteres visualizables; que en nuestro ejemplo forman una cuadrícula de 80x30=2400 zonas de igual tamaño (figura 2.68). Dado que la pantalla del monitor siempre se escribe barriendo líneas de pixeles, independientemente. si es modo gráfico o texto, cada zona comprende un número fijo de pixeles, que forman una matriz de puntos. Así, para un tamaño de carácter de 9 pixeles de ancho por 16 de alto, cada carácter o espacio ocupará en cualquier zona, una matriz de 9x16=144 pixeles (figura 2.69). Una ROM de video, guarda la matriz de cada carácter, con los pixeles que deben estar brillantes o apagados (o con dos colores distintos) para formar la figura del carácter, siendo que el mismo se forma mediante un número determinado de líneas de pantalla.
En la figura 2.69 se indicó, para una matriz arbitraria, cómo se forman letras. Obsérvese, que si cada carácter tiene 16 pixeles de alto, se necesitan 1 6 barridos horizontales para formarlo, siendo que no se dibuja primero un carácter completo, y luego el siguiente; si no que en cada barrido horizontal se encienden aquellos pixeles que forman parte de las matrices (de igual número de fila) en cada uno de los 80 caracteres de cada renglón. Esto es, en cada barrido horizontal, el haz puede impactar 80x9 = 720 pixeles, que son los de cada línea completa. Luego de 16 barridos completos se habrán formado los 80 caracteres de cada renglón.
La ROM de video interviene en cada barrido horizontal, para que en función de los 80 caracteres de (cada renglón que están codificados en código ASCII en el buffer de video) esta ROM indique cómo deben estar encendidos cada uno de los 9 pixeles de la matriz de cada carácter, correspondientes a la línea de la pantalla que se está barriendo. Si hay 30 renglones de caracteres, y cada uno es de 16 pixeles de alto, en total habrá que barrer 30x16 = 480 líneas (de 720 pixeles cada una), o sea la resolución debe ser 720x480.
Por requerir el modo texto menor cantidad de movimientos de datos hacia el buffer de video, permite que la CPU esté menos ocupada en ejecutar subrutinas para video.
El modo texto se usa toda vez que en pantalla se opera con el DOS, mientras que el Windows por sus características intrínsecas emplea modo gráfico. Si en éste hay que visualizar caracteres, no se usa la ROM de video: la información existente en el buffer de video directamente sirve para tal fin.
¿ Qué son los estándares de vídeo, como el VGA?
Según se estableció, la pantalla de un monitor puede ser usada con distintas resoluciones y gamas de colores o grises. Esto no puede ser fijado en forma arbitraria, Sino que depende de las posibilidades de los elementos de un subsistema de video: monitor, tipo de plaqueta de video (con su capacidad de memoria determinada) y driver que la maneja. A medida que se perfeccionaron éstos, y a la par que crecieron las exigencias de visualización, se establecieron una serie estándares, cada uno con varios modos de video, que para ser usados con sus máximas posibilidades en general requirieron cambio de plaqueta y monitor.
Los modos de video difieren entre sí por la máxima resolución, y cantidad de colores distintos que permiten visualizar simultáneamente, así como por las alternativas que dan para combinar distintos valores de resolución, con distintos números máximos de colores visualizables por pixel. Ambos parámetros mejoran en los nuevos modos, que así desplazan a los anteriores. Estos, en gran medida, están incluidos en los nuevos estándares, para compatibilizar con el software creado para las normas pasadas.
Así, el estándar VGA (Video Graphics Array) establecido por IBM TM en 1987, requiere plaquetas con 256 KB de memoria de video y monitor analógico. Engloba y mejora 7 modos del estándar CGA, uno del MGA, 4 modos EGA y define 3 nuevos modos gráficos (640x480 con 2 colores por pixel, 640x480 con 16 colores por pixel, y 320x200 con 256 colores por pixel).
Resulta, pues, que por razones de compatibilidad con estándares pasados, en VGA hay más modos de los que efectivamente se usan, para que una plaqueta VGA y su drivers permitan que el monitor visualice salidas de programas para EGA o anteriores. Asimismo, el monitor debe ser multifrecuencia, para poder trabajar con distintos modos, puesto que cada modo puede diferir de otro en las frecuencias de barrido horizontal y vertical.
¿ En qué consiste el Super VGA o VGA extendido?
Dado que el VGA no significaba un salto sustancial respecto al EGA anterior, la Video Electronics Standards Association (VESA) generó en 1989 la norma SuperVGA (SVGA) con 800x600 de resolución y 16 colores por pixel, que luego llegó a 1024x768y 1280x1024 En el presente SVGA abarca a cualquier subsistema de video que opere el VGA, por lo que debe hablarse de VGA extendido, sin que exista un estándar SVGA. Esto ocasiona problemas de compatibilidad entre productos de distintos fabricantes.
Siendo que VGA tiene asignadas un conjunto fijo de direcciones de memoria, SVGA debió respetarlas, y como requiere más memoria de video (16,8 MB para 1280x1024 y 224 16,8 millones de colores por pixel), hay que operar con memoria extendida para video.
¿Cómo funcionan las pantallas monocromáticas planas de LCD (cristal líquido?
Los monitores basados en tubos de rayos catódicos (TRC), por su peso, tamaño y gasto de energía, no son aptos para ser usados en las notebooks y otras computadoras pequeñas. Otro inconveniente grave que poseen es la emisión de radiación. El advenimiento de las notebooks hizo necesario el desarrollo de pantallas planas livianas de buena resolución, las cuales en la actualidad son de color, siendo probable que pronto reemplacen a los TRC que se usan en las PCs.
Existen tres clases de pantallas LCD: ,monocromáticas, con tonalidades grises y de color. En cada clase, se tiene que la opacidad que presenta a la luz el cristal líquido se puede gobernar de dos formas. Una simple, de "matriz pasiva", y otra más compleja y cara, de "matriz activa". En este ultimo tipo de pantallas la nitidez y el contraste, son mayores, los grises o colores son más puros, y no requieren ser vistas totalmente de frente, Una pantalla LCD monocromática pasiva está compuesta por varias capas de materiales, que le dan un espesor algo mayor de 1 cm. Estas capas en la figura 2.70 se indican para la pantalla de una notebook para describir la generación de dos puntos elementales ("pixeles") que son rectangulares, según se los puede observar (en un TRC tienden a ser redondos). Si bien cada capa es del tamaño de la pantalla, se indican "porciones" de las mismas del tamaño de un pixel. Se supone que el pixel indicado arbitrariamente con el número 940 se ve blanco, y el otro (con el 729) negro, habiéndose dibujado ex profeso ambos muy grandes en relación con el tamaño de la pantalla.
La capa 1, más interna, es un panel luminoso que ilumina desde atrás hacia la pantalla' generando luz blanca como la de un tubo fluorescente, consistente como cualquier luz- en ondas electromagnéticas que vibran en diferentes planos en relación con la dirección de propagación. De las innumerables ondas generadas por las porciones de capa 1 indicadas, se han dibujado para cada una dos ó tres ondas.
Del conjunto de estas ondas emitidas, sólo pasan por la capa cristalina 2 las ondas que vibran en un sentido (vertical en el dibujo). El fenómeno de permitir solamente el paso de ondas de luz que vibren en una cierto plano del espacio, filtrando las ondas que no vibren de esa forma, se conoce corno polarización". Por lo tanto, cualquier porción de la capa cristalina 2 es un "filtro polarizador". La luz que emerge de éste se dice que es luz "polarizada".
También es un filtro polarizador cualquier porción de la capa cristalina 4, pero ésta sólo deja pasar las ondas de luz que vibran en un plano (horizontal en el dibujo), que en el espacio está a 900 del plano de luz que deja pasar la capa 2. Este efecto se usa en anteojos de sol para filtrar y así disminuir el efecto de los rayos solares. Para que los rayos de luz blanca polarizada que emergieron de la porción de la capa 2 filtrante puedan iluminar un pixel como el numerado 940 es necesario rotarlos 90º. Así podrán atravesar la porción de la capa 4 filtrante y llegar a dicho pixel en la capa 5 de vidrio transparente, la cual es visible para el usuario.
Tal rotación se consigue aplicando una tensión eléctrica a la porción de capa 3 de cristal h'quido3, que está entre las dos capas filtrantes polarizadoras 2 y 4. Esto implica que la luz que llega a cada pixel de la pantalla (capa 5) puede ser "iluminada u oscurecida" mediante la capa 3. Para tal fin, debe de ser posible dividir eléctricamente la capa 3 en tantas porciones rectangulares independientes como pixeles tenga la pantalla, y acceder a cada porción en forma individual para darle (o no) tensión eléctrica, a fin de rotar (O no), los rayos que llegan de la capa 2, según se necesite iluminar (u oscurecer) el pixel vinculado a una porción de capa 3.
La tensión eléctrica (generada por los circuitos de video) llega a cada porción de cristal líquido (una por cada pixel) a través de conductores eléctricos, y se aplica a ella merced a dos placas conductoras transparentes - como ser de oxido de estaño- según se indica en la figura 2.70 (ver también figura 2.72 con transistores).
Así, en una pantalla de LCD con una resolución de 640x480 307.200 pixel es - o sea que forma cada imagen con 640 filas de 480 pixeles- deben poderse gobernar eléctricamente en forma individual 307.200 porciones de su capa 3 (una por cada pixel). Si bien físicamente la capa 3 es homogénea (sin divisiones) y del tamaño de la pantalla, eléctricamente está dividida, pues, en 307.200 porciones o "celdas", dispuestas en una matriz de 640 filas y 480 columnas (la figura 2.72 para pantalla color es orientativa de esta matriz).
Un circuito electrónico se encarga de dar o no dar tensión eléctrica a cada porción de la capa 3 (a través del par de conductores que en la matriz llegan a cada celda), según se necesite iluminar O no el pixel correspondiente. Esto se hace a gran velocidad, barriendo repetidamente -a semejanza de un haz de un TRC - fila por fila de la matriz, de forma que la vista vea los pixeles conformando una imagen estable.
¿ Cómo funcionan las pantallas color planas de L CD?
Una pantalla LCD color es más compleja que la descripta para blanco y negro. En principio, cada pixel color debe formarse mediante tres rectángulos muy próximos, de color rojo, verde y azul (figura 2.71), de modo que su mezcla aparezca a la vista como un color determinado, según la intensidad de dichos colores básicos.
Dichos tres rectángulos próximos requieren ser iluminados por tres haces de luz que deben llegar hasta el panel frontal de vidrio de la pantalla para formar cada pixel visible. Esto se logra en parte con una técnica en gran medida semejante a la ilustrada en la figura 2.70, con el aditamento de filtros color para formar los 3 colores básicos, y un transistor en cada celda de cristal líquido para graduar la tensión que se le aplica.
En la pantalla LCD para B y N sólo se requiere iluminar o no cada pixel. Según se vio al tratar los monitores con TRC color, cada pixel resulta en un momento dado de un color merced a la mezcla de los tres colores citados en una proporción determinada, que se conseguía graduando la intensidad de esos colores mediante la cantidad de luz de cada color básico emitida. En LCD color se usa la misma técnica, para lo cual a cada celda eléctrica en que se ha dividido la capa de cristal líquido se le debe aplicar una tensión eléctrica variable (señal analógica), graduable en cada instante mediante un transistor que entrega tensión a una de las placas conductoras de cada celda (figura 2.72).
De esta forma, cada celda, según la tensión aplicada, puede hacer rotar las ondas de luz que le llegan (luego de pasar por el filtro polarizador de la capa 2) valores intermedios entre O y 900. Esto es así, por que en cada celda las moléculas del cristal se reorienten en espiral un cierto ángulo según la tensión aplicada. Entonces, como en la figura 2.70, si se aplica tensión (máxima) a la celda, el haz de luz será rotado 90º, y emergerá totalmente por el segundo filtro polarizador, por lo que el rectángulo correspondiente - suponiendo que sea el verde de los tres que forman un pixel - resultará verde intenso para la formación del color del pixel; si el transistor no aplica tensión, las ondas no serán rotadas, y no emergerán del segundo filtro, con lo cual dicho rectángulo resultará casi negro para dosificar el color del pixel. Cuando el transistor provee a esa celda una tensión eléctrica de valor intermedio, proporcionalmente el haz de luz incidente será rotado un ángulo menor de 900, por lo que emergerá parcialmente del segundo filtro polarizador, y en consecuencia el verde en cuestión será menos intenso para formar el color del pixel, por generarse menos luz.
La existencia de transistores hace que la matriz de celdas se denomine "matriz activa". Dado que cada uno de los tres colores básicos que genera el color de cada pixel está vinculado a una de estas celdas, se requiere tres de ellas por pixel, y por lo tanto, tres transistores por pixel.
Hasta acá se describió cómo se gradúa la intensidad de cada haz de luz que atraviesa la pantalla, siendo la forma de lograr LCD con tonos de gris. Resta aclarar la formación de los tres colores básicos de cada pixel. La luz blanca emitida por el plano posterior contiene todos los colores del espectro. Para obtener cada uno de los tres colores básicos, luego que cada haz de luz blanca es rotado en la celda que atraviesa, pasa por una capa (adicional en relación con la figura 2.70) que conforma un filtro color. Este (figura 2.71) deja pasar el color deseado (como ser el rojo), filtrando todos los otros que componen la luz blanca.
Luego el haz de luz, con un color básico, pasa por el segundo filtro polarizador, en su camino hacia el rectángulo que forma parte de un pixel en la parte visible de la pantalla.
Otra complejidad importante que hace a la calidad de la imagen, radica en que en una matriz activa todas las celdas reciben simultáneamente - por parte de la electrónica de video- la tensión que cada una debe tener. Por lo tanto, cada imagen se forma con todos sus pixeles con el color que deben tener a un mismo tiempo. En la matriz pasiva de la figura 2.70 las celdas actualizaban su voltaje merced a un barrido sucesivo de las filas, con lo cual los pixeles de una imagen móvil no alcanzaban al unísono la luminosidad requerida.
¿ Cómo serán las próximas pantallas planas de campos de emisión (FED)
Las pantallas de campos de emisión ("Field Emission Display" FED) se perfilan como una tecnología que provee imágenes de calidad, con muy buena definición, a precio económico, y con bajo consumo energético. Los monitores FED, por su perfil plano y escasos centímetros de profundidad, se asemejarán más a los cuadros planos que se cuelgan de las paredes.
El principio de funcionamiento de un EED (figura 2.73) tiene analogías con un TRC: electrones que son emitidos hacia la pantalla si chocan con moléculas de una capa de partículas de fósforo próximo a la pantalla convierten su energía de movimiento en energía luminosa visible. En un FED en lugar de tenerse un filamento incandescente (cátodo emisor), se tiene una matriz de cátodos fríos (centenares por cada pixel de pantalla, y ubicados atrás del mismo), a los cuales una capa conductora les comunica un potencial negativo. Los electrones emitidos por cada "microcátodo" son atraídos y acelerados hacia la capa de fósforo por un relativo alto potencial positivo de un conductor transparente que forma parte de la pantalla, a través de una distancia de unos pocos cm., Pequeña en comparación con la que deben recorrer los electrones en un TRC.
La cantidad de electrones que desde cada microcátodo pueden llegar hasta el fósforo -y por ende la luminosidad que genera- es controlada en forma individual por un "micrograduador". La tensión positiva de cada micrograduador es a su vez controlable, mediante un conductor que llega al mismo, por la electrónica que gobierna el monitor. El conjunto de todos los micrograduadores constituye otra matriz, siendo que cada uno es identificable mediante una dirección, o sea es "direccionable". Por tal motivo, un FED también se denomina "matriz de rayos direccionables". Esto hace que en una pantalla de FED no existe barrido, pues en cada instante todos los pixeles se forman simultáneamente, aunque que cada pixel se ilumina por la acción de centenares de minúsculos TRC de cátodo frío, cada uno también sin barrido del haz que emite.
FIGURAS
