Como funcionam as placas de vídeo

Introdução

As imagens que você vê em seu monitor são formadas por pequenos pontos chamados pixels. Mesmo nas resoluções mais baixas, a tela exibe mais de um milhão de pixels e o computador tem que decidir o que fazer com cada um deles para criar uma imagem. Nesse processo, ele precisa da ajuda de um tradutor. Algo que possa transformar os dados binários da CPU em imagens que você possa ver. A menos que o computador tenha capacidade de processamento gráfico embutido na placa-mãe, a tradução acontece na placa de vídeo. O trabalho de uma placa de vídeo é complexo, mas seus componentes e princípios são fáceis de entender. Neste artigo, vamos examinar os componentes básicos de uma placa de vídeo e saber qual é a função de cada um deles. Também vamos analisar o que possibilita uma placa de vídeo rápida e eficiente.

A placa de vídeo cria as bordas de uma imagem e depois as preenche com texturas e sombras

Informações básicas sobre as placas de vídeo
Pense em um computador como se ele fosse uma empresa com seu próprio departamento de arte. Quando alguém na empresa precisa de alguma peça de arte, pede ajuda a esse departamento. Esse departamento decide como criar a imagem e coloca a idéia no papel. O resultado final é a idéia materializada em uma figura visível e real.

Foto cedida por HowStuffWorks Shopper Os quatro componentes principais de uma placa de vídeo são as conexões para a placa-mãe e para o monitor, um processador e a memória

Uma placa de vídeo funciona da mesma maneira. A CPU trabalha em conjunto com os aplicativos e envia informações sobre a imagem para a placa de vídeo. Então a placa decide como usar os pixels na tela para criar a imagem, enviando depois essa informação para o monitor através de um cabo.

A evolução das placas de vídeoAs placas de vídeo evoluíram bastante desde que a IBM criou o primeiro modelo, em 1981. Ele se chamava adaptador de visor monocromático (Monochrome Display Adapter - MDA) e só exibia textos em verde ou branco numa tela preta. Hoje o padrão mínimo das novas placas de vídeo é a matriz de gráficos e vídeo (Video Graphics Array - VGA), que exibe 256 cores. Os padrões de alta perfomance como a matriz quântica gráfica extendida (Quantum Extended Graphics Array - QXGA) podem exibir milhões de cores em resoluções que chegam a 2040 x 1536 pixels.

Criar imagens a partir de dados binários é um processo trabalhoso. Para criar uma imagem 3-D, a placa de vídeo desenha primeiro as bordas da imagem com linhas simples. Depois, ela preenche a imagem, criando os pixels restantes. No fim, ela também adiciona efeitos de luz, texturas e cores. Nos jogos modernos, o computador faz esse processo cerca de sessenta vezes por segundo. Sem uma placa de vídeo para executar os cálculos necessários, o trabalho poderia sobrecarregar o computador.
As placas de vídeo cumprem essa tarefa utilizando quatro componentes principais:

• uma conexão com a placa-mãe para trocar dados e alimentação de energia;
• um processador para decidir o que fazer com cada pixel na tela;
• memória para armazenar informação sobre cada pixel e para salvar temporariamente imagens completas;
• uma conexão com o monitor para você poder ver o resultado final.

Processador e memória
Semelhante a uma placa-mãe, a placa de vídeo é uma placa com circuito impresso que abriga um processador e memória RAM. Ela também tem um chip com sistema de entrada/saída, chamado BIOS, que armazena as configurações da placa, diagnósticos da memória e dados de entrada e saída durante a inicialização.
O processador de placa de vídeo, chamado de unidade de processamento gráfico (graphics processing unit - GPU), é semelhante a uma CPU. A diferença é que a GPU foi criada especificamente para executar complexos cálculos matemáticos e geométricos necessários para a renderização gráfica. Algumas GPUs têm mais transistores do que uma CPU comum. Esses processadores gráficos geram muito calor, por isso são posicionados debaixo de um ventilador (cooler) ou dissipador de calor.

Foto cedida por HowStuffWorks Shopper Um dissipador de calor previne o superaquecimento da placa de vídeo

Além de seu poder de processamento, a GPU usa uma programação especial para ajudá-la a analisar e utilizar os dados. As empresas ATI e nVidia produzem a grande maioria das placas de vídeo disponíveis no mercado e cada uma desenvolveu um projeto visando melhorar o desempenho das placas. Para melhorar a qualidade da imagem, os processadores usam:

• suavização de cena completa (full scene anti aliasing - FSAA), que suaviza as bordas de objetos 3D;
• filtro anisotrópico (anisotropic filtering - AF), que torna as imagens mais nítidas.

Gráficos integrados (on-board)Muitas placas-mãe têm capacidade gráfica integrada (on-board) e funcionam sem uma placa de vídeo independente. Essas placas-mãe podem facilmente criar imagens 2D e são indicadas para aplicações de Internet e trabalhos mais comuns, como edição de textos. Ao conectar uma placa de vídeo na placa-mãe, você cancela suas capacidades gráficas nativas.

Cada empresa também desenvolveu técnicas específicas para ajudar a GPU a utilizar cores, sombras, texturas e padrões.
Enquanto a placa cria novas imagens, também precisa armazenar em algum lugar as informações sobre as figuras já criadas. Essa informação é armazenada na memória RAM. São guardados dados sobre cada pixel, sua cor e localização na tela. Uma parte da memória RAM também funciona como memória temporária, que armazena imagens completas até o momento de exibi-las. Geralmente, a memória RAM de vídeo opera em altíssima velocidade e o sistema pode ler e escrever informações ao mesmo tempo.
A memória RAM está conectada diretamente ao conversor digital-analógico, conhecido como DAC (digital-to-analog converter). Esse conversor, também chamado RAMDAC, traduz a imagem para um sinal analógico que o monitor pode utilizar. Algumas placas possuem múltiplos RAMDAC que podem melhorar o desempenho e suportam mais de um monitor.

Como funciona a arquitetura de microprocessador Nehalem

Introdução à microarquitetura Nehalem

Intel/Divulgação O co-fundador da Intel Gordon Moore, inventor da famosa Lei de Moore

Pegue o número 2 e multiplique por 2 e você tem o 4. Multiplique o resultado por 2 e você tem 8. Continue dobrando o resultado da multiplicação e depois de dez rodadas você está em 1024. Depois de vinte rodadas você atinge 1.048.576. Isto é chamado de crescimento exponencial. E esse é o princípio por trás de um dos mais importantes conceitos na evolução dos eletrônicos.Em 1965, o co-fundador da Intel Gordon Moore fez uma observação que desde então vem ditando a direção da indústria de semicondutores. Moore observou que a densidade de transistores em um chip dobraria a cada ano. Isso significava que a cada doze meses, os fabricantes de chips encontrariam formas de encolher o tamanho dos transistores de modo que o dobro ou mais poderia caber em uma bolacha de silício (substrato de chip).
Moore mostrou que a densidade de transistores em um chip e o custo de produção de chips estavam amarrados. Mas a mídia - e quase todo mundo - estava com a idéia fixa de que a indústria de microchip estava desenvolvendo a uma taxa exponencial. As observações e previsões de Moore transformaram-se em um conceito que nós chamamos de Lei de Moore.
Com o passar dos anos, as pessoas  ajustaram a Lei de Moore ao desenvolvimento do chip. A um dado momento, o período de tempo em que o número de transistores em um chip dobrava aumentou para 18 meses. Hoje, está mais para dois anos. Isso é ainda um feito impressionante, considerando que os microprocessadores top de linha de hoje contêm mais de 1 bilhão de transistores em um único chip.
Outra forma de olhar para a Lei de Moore é dizer que o poder de processamento de um microchip dobra em capacidade a cada dois anos. É quase a mesma coisa que dizer que o número de transistores dobra - microprocessadores extraem poder de processamento dos transistores. Mas outra forma de incrementar o poder do processador é encontrar novos meios de estruturar o chip de modo que eles sejam mais eficientes.
Isso nos traz de volta à Intel. A filosofia da Intel é seguir uma estratégia "tiquetaque". O tique se refere à criação de novos métodos de construir transistores menores. O taque, à maximização do poder e velocidade do microprocessador. O mais recente chip tique a chegar ao mercado é o Penryn, que tem transistores na escala de 45 nanômetros. Um nanômetro tem 1 bilionézimo do tamanho de um metro. Para colocar isso numa perspectiva apropriada, o diâmetro de um cabelo humano é de 100 mil nanômetros.

Então, o que é o taque? Poderia ser o novo Corei7 da Intel. Ele tem transistores do mesmo tamanho que os do Penryn, mas usa a nova microarquitetura Nehalem para aumentar o poder e a velocidade de processamento. Ao seguir essa filosofia tiquetaque, a Intel espera manter-se dentro das expectativas da Lei de Moore por mais vários anos.

Intel/Divulgação Paul Otellini, presidente e CEO da Intel, mostra uma bolacha de silício de processadores Penryn, de 45 nm

 Como o microprocessador Nehalem usa transistores do mesmo tamanho que os do Penryn e ainda consegue resultados melhores? Vamos dar uma olhada mais de perto no microprocessador.

Como funciona a Internet

© ktsimage / iStockphoto A Internet é um sistema composto por dois componentes principais: hardware e protocolos. Sem eles, o mundo não estaria tão conectado

A Internet existe há poucas décadas, e é difícil imaginar a vida sem ela agora. Para as gerações de antes, que buscavam informação da maneira tradicional - pesquisando em bibliotecas, entrevistando pessoas ou indo, literalmente, atrás dos fatos -, é até possível viver uma vida sem e-mails, sem mecanismos de buscas, sem web sites. Para a geração pós-internet, isso é mesmo inimaginável. A cada ano, engenheiros criam mais dispositivos para integrar com a Internet - telefones celulares, tocadores de música, leitores de livros eletrônicos, laptops, consoles de videogames, brinquedos, eletrodomésticos (a lista é bem longa). E por quê? Essa rede dá voltas no globo e se estende até o espaço. Mas o que a faz funcionar? Em poucas palavras, dois componentes principais:

• Hardware - inclui tudo, dos cabos que carregam terabits de informação por segundo ao dispositivo que você está usando para ler este artigo.
• Protocolos - conjunto de regras que as máquinas seguem para completar tarefas.

Vamos dar uma olhada no hardware da Internet.  O hardware também inclui roteadores, servidores, torres de telefonia celular, satélites, rádios, smartphones e outros dispositivos. Todos esses dispositivos juntos criam a rede das redes. A Internet é um sistema maleável, que muda de pequenas formas à medida que elementos se juntam e deixam as redes em torno do mundo. Alguns desses elementos podem ficar aparentemente estáticos e formar o backbone da Internet. Outros são mais periféricos. Esses elementos são conexões. Alguns são as pontas finais - o computador, o smartphone ou outro dispositivo que você esteja usando para ler este artigo pode contar como um. Nós chamamos todos esses pontos finais clientes. As máquinas que armazenam a informação que buscamos na internet são servidores. Outros elementos são nós que servem como ponto de conexão ao longo de uma rota de tráfego. E então há as linhas transmissoras que podem ser físicas, como no caso dos cabos e fibras óticas, ou sinais de satélites sem uso, telefones celulares ou torres 4G, ou rádios.
Isso nos leva ao segundo componente principal da Internet, os protocolos. Sem um conjunto comum de protocolos que todas as máquinas conectadas à Internet devem seguir, a comunicação entre dispositivos não aconteceria. As várias máquinas seriam incapazes de entender umas às outras ou mesmo enviar informação de forma inteligível. Os protocolos fornecem o método e a língua comum que as máquinas usam para transmitir dados.
Vamos dar uma olhada nos protocolos e em como a informação viaja pela Internet na próxima página.

A Internet e a inteligência humana

iStockphoto A Internet pode mudar a maneira como pensamos?

Nicholas Carr escreveu um artigo entitulado "O Google está nos deixando burros?". Nele, Carr diz ter notado que à medida em que a sua confiança na Internet para pesquisa e entretenimento aumentava, outras faculdades pareciam ficar atrofiadas. Uma delas era sua concentração ou foco. Ele criou a teoria que, por causa da maneira como você navega na Internet em geral - e na WWW em particular -, você está sempre pulando de um pedaço de informação para outro. A Internet poderia afetar a maneira como os humanos pensam? Por um lado, nós temos acesso sem precedentes a uma enorme biblioteca de informação. Respostas a questões que variam de "O que é a teoria do Big Bang?" a "Quanto tempo devemos deixar a massa de pão crescer?" estão a apenas dois cliques de distância. Mas essa informação chega ao custo da nossa capacidade de pensar?
Parece não haver uma correlação à maneira como as pessoas gravam e acessam informação e a forma como pensamos. À medida que desenvolvemos sistemas que nos possibilitam salvar nosso conhecimento para a posteridade, nós nos livramos do fardo em um objeto inanimado. Isso necessariamente não quer dizer que nos tornamos menos inteligentes.
Nem todo mundo concorda com a hipótese de Carr. O Pew Research Center realiza uma pesquisa anual sobre o futuro da Internet. O grupo de pesquisa entrevista um grupo de especialistas e analistas da indústria sobre uma série de questões. Para o relatório de 2010, uma das perguntas era se eles pensavam que Carr estava certo sobre o Google - e a internet em geral - nos tornar burros. Oitenta e um por cento dos especialistas discordou.
Mas é verdade que o acesso à informação não se equipara à inteligência. Você deve ser capaz procurar um fato, mas isso não significa que você entendeu o que esse fato significa ou o seu contexto. A Internet é uma ferramenta que podemos usar para nos ajudar a aprender - ela não substitui o aprendizado em si.
Otimistas esperam que a Internet nos ensine sobre nós mesmos. O alcance da Internet está se infiltrando em países e culturas que estavam segregadas do resto do mundo. Alguns esperam que a Internet fornecerá o denominador comum que permite aos vários povos entenderem uns aos outros, possivelmente produzindo uma era de paz e cooperação.
No final das contas, a Internet poderia começar a apagar as fronteiras tradicionais entre países e culturas. Mas esse tipo de mudança global não é trivial. Pode levar décadas antes de vermos uma diferença notável na forma como pensamos uns sobre os outros. Os cínicos podem pensar que mesmo uma ferramenta tão útil e onipresente quanto a Internet não vão ultrapassar os obstáculos que enfrentaremos para nos tornarmos um mundo unido.

Qual é o futuro da Internet?

©2010 HowStuffWorks O que nossa bola de cristal nos diz sobre o futuro da Internet?

A Internet tem apenas algumas décadas de idade, mas nesse tempo ela passou por mudanças significativas. Ela cresceu fora da confusão das redes independentes dentro de uma entidade global. Ela serve como uma plataforma para negócios, comunicação, entretenimento e educação. E você pode se conectar a essa enorme rede por meio de dúzias de serviços diferentes. O que acontece agora? Onde mais você pode ir, quando acessa trívias rápidas sobre o assunto mais obscuro que possa imaginar com uns poucos toques na tela de um smartphone? A resposta não está totalmente clara, mas as possibilidades são excitantes.
Uma coisa que parece certa é que as velocidades de transmissão de dados vão aumentar globalmente. De acordo com a Akamai Technologies, que publica trimestralmente um relatório sobre a Internet, a média mundial de velocidade de transmissão de dados no final de 2009 era de 1,7 mbps (megabits por segundo). Compare isso ao recorde para velocidade de transmissão de dados estabelecido pela Bell Labs: 100 petabits por segundo. Isso é equivalente a 100 bilhões de megabits por segundo. A essa velocidade, você poderia transmitir 400 DVDs de dados por segundo.
Isso é um abismo enorme entre o que é atualmente possível e o que está comercialmente disponível. Mas à medida que o tempo passa, os custos para produzir redes ultrarrápidas caem. Em algum momento no futuro, o consumidor médio será capaz de baixar um filme de alta definição em um segundo ou jogar videogames baseados em nuvens (leia o artigo Como funciona a computação em nuvem) sem atrasos. Mesmo com as conexões cabeadas alcançando velocidades sem precedentes, a tecnologia sem fio continua evoluindo. Tecnologias como LTE e WiMAX nos dão a capacidade de acessar a Internet sem fio a velocidades comparáveis às conexões de banda larga. Isso abre portas para que dispositivos portáteis como smartphones, laptops e tablets pluguem na Internet sem a necessidade de fios.
Acreditamos que a Internet será mais rápida e mais predominante. O que mais pode o futuro esperar?