1. VISUALIZZAZIONE SUL MONITOR DEL PC

Il microprocessore periodicamente dovrebbe compiere un rinfresco dei dati sul monitor distogliendo il suo impegno da altre applicazioni.
Il refresh è affidato ad un controllore di CRT che trasferisce al monitor i dati siti nella memoria RAM video.

Qualche anno fa la memoria RAM video era una porzione della memoria centrale.

Oggi, grazie alle tecnologie avanzate, la scheda video presenta una sua memoria RAM che, per la VGA standard (Video Graphics Adapter), è di 256Kbyte; con l’avvento della SVGA tale memoria è aumentata fino a 128Mbyte.

Processori dedicati veloci e potenti, a bordo della scheda grafica, consentono l’elaborazione delle immagini a due e tre dimensioni. La risoluzione grafica dipende dalla quantità della memoria video a bordo della scheda grafica. La risoluzione grafica si può classificare in:

• risoluzione spaziale
• risoluzione cromatica

2. RISOLUZIONE SPAZIALE

La risoluzione spaziale rappresenta il numero di punti che una immagine può contenere. Una immagine ha una struttura a matrice di punti ed è organizzata in righe e colonne. Normalmente il rapporto tra il numero di colonne e il numero delle righe è 4/3.

Le risoluzioni grafiche tipiche sono: 640x480 (480 righe e 640 colonne; ovvero, ogni riga è costituita da 640 punti detti pixel), 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200.

Osserviamo che il passaggio da una risoluzione a quella più elevata si ottiene moltiplicando ciascuna dimensione per 1.25, cioè aumentando la dimensione del 25%.

Fig.1 Rappresentazione semplificata dei pixel sullo schermo di un monitor.

3. RISOLUZIONE CROMATICA

La risoluzione cromatica rappresenta la quantità di informazione associata al pixel.

Il pixel rappresentato con un solo bit può assumere due soli valori: 0 o 1 ed il punto sullo schermo potrà essere solamente acceso o spento.

Se ad ogni pixel si associano 8 bit, ogni punto potrà assumere uno dei 2⁸ = 256 livelli di grigio compresi tra il bianco e il nero. Se si utilizza un monitor a colori i 256 livelli possono essere rappresentati da altrettanti colori.

Con 16 bit un pixel può assumere uno tra 2¹⁶ = 65.536 colori. In tal modo l’immagine avrà una colorazione più definita e quindi più reale rispetto al caso di soli 256 colori.

Con 24 bit, infine, sono possibili oltre 16 milioni di colori (2²⁴) e, considerando che i colori fondamentali sono il rosso (red R), verde (green G) e blu (blue B), i 24 bit si possono pensare organizzati in 3 byte, uno per ciascun canale di colore.

Ogni colore fondamentale, quindi, possiede 256 livelli: dall’assenza di colore al colore saturo. La composizione dei 3 colori fondamentali, in opportuni valori percentuali, fornisce uno dei 16 milioni di colori.

Evidentemente l’elevata risoluzione spaziale e cromatica richiedono ingenti quantità di memoria e impegnano notevolmente il sistema poiché si devono "movimentare" grandi quantità di dati.

Si riporta, nella seguente tabella 1, la quantità di memoria, in byte, necessaria per la rappresentazione di immagini nelle varie risoluzioni spaziali e cromatiche.

Tabella 1 - Dimensionamento delle varie risoluzioni grafiche

4. MONITOR

I monitor utilizzati come terminale di output di un personal computer sono qualitativamente migliori dei comuni monitor televisivi (fig.2).

La misura in pollici è riferita alla lunghezza utile della diagonale di un monitor. Poiché un pollice equivale a 2.54cm, un monitor di 17 pollici ha le seguenti dimensioni:

diagonale = 17 x 2.54 = 43.18 cm

base = diagonale x 4/5 = 34.54 cm

altezza = diagonale x 3/5 = 25.91 cm

Per un monitor a 17 pollici la risoluzione spaziale ottimale è  800x600,  quella a 1024x768  è ritenuta da molti ai limiti della leggibilità. All’aumentare della risoluzione spaziale diminuiscono le dimensioni di ciascun carattere sullo schermo. Molti software, in tal caso, consentono di intervenire aumentando il fattore di zoom di visualizzazione dello schermo.

La risoluzione del monitor si misura in dot pitch, ovvero la dimensione di un pixel sullo schermo. Valori tipici sono 0.28mm ma sono in commercio monitor di ottima qualità con dot pitch di 0.26mm e 0.25mm.

La bontà di un monitor si può valutare considerando i seguenti quattro parametri:

1. Qualità: Comprende la luminosità, la nitidezza, la convergenza e la correzione delle distorsioni geometriche;
2. Ergonomia: Immagine piacevole e che non affatica la vista;
3. Facilità d'uso: Regolazioni alla portata di mano e da non ripetere troppo spesso;
4. Costruzione: Comprende le caratteristiche meccaniche, l'ingombro e la stabilità del supporto basculante.

Si riportano nella seguente tabella le caratteristiche principali di alcuni monitor da 17 pollici. I consumi si aggirano sui 100W. I prezzi oscillano tra €150 e €300.

Tabella 2 - Caratteristiche di alcuni monitor da 17 pollici

Legenda: ++ ottimo; + buono; * discreto; - sufficiente.

5. SCHEDE GRAFICHE

Il controllo del video è realizzato da una apposita scheda che, nel tempo, ha assunto denominazioni diverse: scheda grafica, scheda video, adattatore video, acceleratore grafico, ecc.

Anche la potenza ha subito di volta in volta delle variazioni, ovviamente in aumento.

Si pensi che la prima scheda grafica a colori, la CGA (Color Graphic Adapter) supportava una risoluzione grafica di 300x200 pixel a 4 colori e quindi un'occupazione di memoria video di soli 16Kbyte.

La scheda grafica VGA (Video Graphics Adapter) gestisce una risoluzione grafica di 640x480 pixel a 16 colori per cui sono necessari 256Kbyte a bordo della scheda.

Con l'avvento della SVGA (Super VGA) si possono gestire risoluzioni grafiche spaziali e cromatiche notevolmente superiori, come si può evincere dalla precedente tabella 1, per cui la memoria a bordo della scheda grafica deve essere superiore a 1Mbyte. Attualmente sono disponibili schede grafiche a 8, 16, 32 e 64Mbyte che montano potentissimi processori grafici che consentono una visione fluida dei filmati e di immagini 3D.
Per ottenere ciò non basta soltanto disporre di elevata memoria a bordo della scheda grafica: è necessario che i dati transitino dal microprocessore al monitor, via scheda grafica, ad elevatissima velocità. 

Un tempo l'adattatore video si innestava in uno slot d'espansione ISA a 16 bit (connettori neri all'interno del PC). Successivamente, per accelerare il trasferimento dei dati dalla scheda madre al monitor, sono stati introdotti connettori PCI distinguibili per il colore bianco capaci di far transitare dati a 32 bit con velocità di 33MHz corrispondente ad un throughput massimo pari a 133Mbyte/s; Infatti: 

32 * 33.3 / 8 = 133

Sui personal computer di questi ultimi anni è stato introdotto un nuovo connettore di colore marroncino indicato con la sigla AGP (Advanced Graphic Port) che lavora a partire dalla frequenza di 66MHz  su dati a 64bit.

In tal modo il suo throughput è quattro volte più elevato rispetto a quello della PCI perché risulta raddoppiata sia la velocità che la capacità di trasferimento. Si mostra, in fig.3, il montaggio di una scheda video AGP sul relativo connettore.

Fig.3 - Montaggio di una scheda grafica AGP sul relativo connettore

Acronimo di Accelerated Graphics Port, è un bus che collega direttamente scheda video, processore e memoria, e permette di accelerare lo scambio di dati fra tali componenti.

L'AGP è stato creato da Intel nel 1997 e consente di utilizzare la memoria di sistema quando quella della scheda grafica si esaurisce.
Tale possibilità viene però utilizzata solo nelle schede video economiche, a causa della maggiore lentezza di questa soluzione.

Il vero vantaggio dell'AGP sta nella maggiore banda passante (266 MByte/s. nella versione 1X, oltre un gigabyte al secondo nella versione 4x) rispetto al bus PCI e nel fatto che quest'ultimo viene liberato dal traffico dati della scheda video.

La velocità dipende sia dalla frequenza di funzionamento che dalla lunghezza della parola da trasferire. Nata per funzionare a 66.6MHz per parole a 32bit (4 byte) la velocità di trasferimento, in tal caso, vale: 66.6MHz x 4Byte = 266Mbyte/s.

La versione 2X, per ogni ciclo di clock, sfrutta sia il fronte di salita che quello di discesa consentendo, così, il raddoppio della massima velocità: 532Mbyte/s. Nella versione 4X la velocità supera il Gbyte/s poiché il bus prevede il trasferimento di dati a 64bit. La velocità può ulteriormente aumentare aumentando la frequenza della CPU a bordo delle scheda grafica e passando a 128 il numero di bit trasferiti localmente sulla scheda.

Poiché il bus AGP prevede attualmente la presenza di un solo dispositivo, non possono essere presenti più slot AGP sulla motherboard.

5.2. Le moderne schede grafiche

Una moderna scheda video presenta al suo interno un processore grafico (GPU= Graphics Processor Unit), funzionante ad una frequenza di clock compresa tra 100 e 200MHz che svolge i calcoli matematici che consentono la generazione dell’immagine. La GPU contiene la RAMDAC che converte l’immagine digitale in formato analogico per il monitor. 
Alcune GPU, come la Matrox G450, contiene al suo interno due RAMDAC. La seconda serve per gestire un secondo monitor collegato alla scheda video.

Alcune sigle di recenti GPU: Nvidia Ge Force 5200 a 128Mbyte, ST Kyro, Matrox G550.

Le GPU sopra menzionate sono acceleratori grafici 3D che consentono l’accelerazione del processo di elaborazione delle immagini tridimensionali mediante l’implementazione di particolari funzioni geometriche che eliminano pixel ridondanti o invisibili all’occhio umano, tecniche che velocizzano il trasferimento dei dati e che forniscono rese più brillanti e quindi immagini che si susseguono in modo fluido.

La scheda contiene anche la RAM video di tipo SDRAM (RAM Dinamica Sincrona), SGRAM (RAM Grafica Sincrona), più adatta per le operazione di memorizzazioni grafiche, o le più moderne DDR (Double Data Rate). Le SDRAM hanno tempo d’accesso di 7ns o meno e possono funzionare con la stessa frequenza del processore grafico e cioè con un valore compreso tra 100 e 200MHz. Normalmente sono installate con capacità di 32Mbyte attraverso 4 schedine da 8Mbyte ciascuna.

Le DDR tipiche hanno tempo d’accesso di 3.8ns e possono funzionare a 400MHz poiché sfruttano i due fronti del segnale di clock. Normalmente sono installate con capacità di 64Mbyte attraverso 8 schedine da 8Mbyte ciascuna. Data l’elevata velocità di funzionamento, le schede grafiche con memorie DDR devono essere utilizzate su computer che implementano connettori AGP a 4X.

Anche la potenza dissipata è notevole per cui quasi tutte le schede grafiche montano uno o più dissipatori termici per facilitare lo smaltimento di calore prodotto per effetto Joule.

La modalità di rappresentazione dell’immagine sul monitor è la seguente:

1) Il software chiede la rappresentazione di una data immagine sul monitor;

2) I driver video controllano se tale immagine può essere accelerata dalla GPU; in caso affermativo l'immagine intera viene processata dalla GPU, viceversa tale funzione viene eseguita dalla CPU, comunque più lenta. l'immagine viene calcolata e memorizzata nella memoria della scheda video (frame buffer);

3) l'immagine viene prelevata dal frame buffer e convertita nella RAMDAC da formato digitale in quello analogico per essere così inviata al monitor; il monitor riceve il segnale analogico e l'immagine appare sullo schermo.

Molte schede grafiche, oltre al tipico connettore verso il monitor del PC, presentano l’uscita TV per un monitor televisivo; alcune presentano anche un ingresso TV a videofrequenza e/o radiofrequenza. 
In questo ultimo caso sono dotati di un sintonizzatore interno.

ultima modifica: sabato 31 gennaio 2004