GPU (Unidad de Proceso Gráfica)

Equivalente a la CPU, pero su juego de instrucciones está hecho para gráficos.

Windows: Las librerías de DirectX son independientes del procesador; la gráfica es una librería para que los fabricantes de gráficas se pongan de acuerdo. Linux: las librerías son OpenCL (multiplataforma).

La GPU tiene GRAM, conversores DAC y está conectada con el PCIe, que tiene unos estándares (slot). La memoria dedicada GRAM la controla la GPU.

El DAC es el conversor de datos de digital a analógico (x3 cables de colores).

Tanto el HDMI como el DisplayPort incluyen sonido digital. Las primeras versiones no enviaban sonido, pero ahora sí. Le envían el sonido de una tarjeta de sonido que tiene integrada en la tarjeta gráfica.

Tipos de Conector

  • VGA: video analógico con 15 pines.
  • DVI-A: señal analógica con 17 pines.
  • DVI-D: señal digital con 25 pines en doble canal y 19 pines en un único canal.
  • DVI-I: señal mixta de 29 pines en doble canal y 23 en un único canal.

El conector DVI normalmente posee pines para transmitir las señales digitales nativas de DVI. En doble enlace, tiene pines adicionales.

HDMI: con 19 pines. Sus evoluciones (1.0-1.1-1.2-1.3(a, b, c, d)-1.4(a, b)). No estaban diseñados para ordenadores, fueron creados para suplir las comunicaciones de los electrodomésticos de línea marrón (videos, reproductores…).

La información que envía se envía encriptada en formato HDCP (acrónimo de High-Bandwidth Digital Content Protection en inglés, que significa protección de contenido digital de elevado ancho de banda).

La evolución se debe a la mejora de la imagen, y a mayor imagen, mayor ancho de banda.

DisplayPort: tiene mayor ancho de banda que el HDMI (20 pines). Lo utiliza para obtener mejor calidad de imagen o poder conectar varios monitores (primeras versiones: 8 monitores conectados). Se conecta de la salida de DisplayPort al primer monitor, del primer monitor al segundo monitor…

Su competidor es Thunderbolt: antes conocido por su nombre clave Light Peak, es el nombre utilizado por Intel para designar a un nuevo tipo de conector de alta velocidad que hace uso de tecnología óptica.

Tiene capacidad para ofrecer un gran ancho de banda, hasta 10 Gigabits/segundo (1280 megabytes/segundo), pero podría desarrollarse en la próxima década hasta llegar a los 100 Gb/s.

A 10 Gb/s, un Blu-ray puede ser transferido en menos de 30 segundos, aunque actualmente ningún dispositivo de almacenamiento alcanza dicha velocidad de escritura.

Ha sido concebido para reemplazar a los buses actuales, tales como USB, FireWire y HDMI. Con la tecnología Light Peak, un único cable de fibra óptica podría sustituir a 50 cables de cobre utilizados para la transmisión de una única escena en 3 dimensiones. La primera versión está fabricada enteramente de cobre en vez de fibra óptica.

Características de Thunderbolt:

  • 10 Gb/s sobre cable de cobre a distancias de hasta 3 m (Light Peak, el prototipo, usaba cables de fibra óptica que funcionaban a distancias de incluso 100 metros).
  • Conexión simultánea a múltiples dispositivos.
  • Múltiples protocolos.
  • Transferencia bidireccional.
  • Implementación de la calidad de servicio.
  • Sustitución en caliente.

Cómo Fabricar una Pantalla Gráfica por una Tarjeta Gráfica

La estructura base se llama Bitmap: que consiste en tener un sistema de filas y columnas con 0 y 1, que significa pixel encendido o apagado (2 colores).

El refresco lo hace la frecuencia vertical. A partir de 18-20 refrescos por segundo, no se ve el parpadeo.

Si ampliamos la resolución, aumenta la frecuencia.

Si juntamos dos Bitmaps, obtenemos 4 colores (22=4) y así sucesivamente (24=16, 25=32, 26=64, 27=128, 28=256).

Hoy en día se trabaja con 16 millones de colores, que equivale a 24 planos (8 para rojo (256 tonos rojos), 8 para verde (256 tonos verdes), 8 para azul (256 tonos azules)).

A nivel profesional se trabaja con 48 bits de profundidad (48 planos) – 2,8114.

Hay dos tipos de gráfico:

  • Vectorial: se le manda la información de los píxeles que se quieren unir y la GPU (gráfica) dibuja la imagen. Cuando la imagen se amplía, se vuelven a dar las coordenadas de los píxeles.
  • Bitmap: lo que hace es dibujar la imagen y cuando se agranda, se agranda el pixel. Al ampliar la imagen, se pierde calidad.

Los aspectos clave son: Resolución, velocidad de refrescos y profundidad de color, todo esto produce un ancho de banda (tasa de transferencia).

Imagen estereoscópica: consiste en montar 2 imágenes, con el efecto del parpadeo (60 Hz para cada ojo – 120 Hz en total). Se pone una rejita para producir el color de colores rojo, verde y azul. Para dirigir la dirección del electrón se crea un campo magnético.

Para mover las bobinas que hay dentro de los monitores, se necesitan 20.000 voltios. Las de plasma necesitan entre 2.000 y 8.000 voltios.

La gráfica tiene que estar equilibrada con el monitor, ya que se establecen las características más bajas. Al igual, el cable tiene que ser de buena calidad, para aguantar una tasa de transferencia elevada. Un buen cable es el de libre de oxígeno.

Al principio, los monitores eran de tubo de rayos catódicos, y ahora las tecnologías que han sustituido a estos han sido:

  • LCD: propiedades piezoeléctricas que contiene el cuarto, pensado para relojes de cuarzo tipo Casio.
  • Plasma: se basaba en la tecnología de tubo de rayos catódicos: hay 10 generaciones. El plasma se desgasta de dos formas, el gas que utiliza para cambiar electrones en fotones, y la capa que cambia de fotones a electrones.

En las primeras generaciones, el plasma dura hasta 8.000 horas. A las 1.000 horas se quedaba una imagen fantasma. A partir de la tercera generación, los plasmas duraban cerca de las 12.000 horas y bajó el precio (persistencia 4.000 horas).

A partir de la sexta generación, duraban cerca de 100.000 horas, pero la persistencia sigue como defecto.

Tiene válvula de vacío, se calienta un extremo, los electrones empiezan a ir hacia el otro extremo por la diferencia de potencial, y poniendo unas láminas que, cuando choquen, produzcan fotones para que se vea la imagen.

Un pixel está formado por 3 subpíxeles (RGB).

Si el cristal de cuarzo está polarizado, pasa la luz; si no se polariza, no pasa la luz. Sin embargo, en LCD no consigue bloquear la luz al 100%, siempre pasa algo, hasta un 20%. En el plasma se apaga el pixel y no hay luz.

El contraste es la diferencia entre el rango dinámico del negro y el blanco; cuanto más contraste haya, mejor calidad de imagen habrá.

Esto se ha mejorado cambiando los neones por tiras de LED, así que cuando el LED está en negro, se apaga.

El sistema OLED de Kodak se basaba en poner 3 LED por pixel – 6.220.800 de LED. AMOLED – Samsung.

Inconveniente de OLED: el pixel azul se acaba y se ve descolorido.

Hay televisores hechos de láser – Jumbo Tron – de Sony, en pantallas grandes.

Sistema Holográfico: es un sistema que te permite ver las imágenes en 3D.

La Relación de Aspecto en Pantalla:

Todo se copia del cine. Se basa en el 4:3 que luego se copió en las televisiones. Como nuestros ojos ven casi 180º, se hace el nuevo formato 16:9. Es posible que dentro de unos años se saque el formato 21:9.

A veces, las gráficas se ven afectadas si la relación de aspecto se cambia y el fabricante de gráficas no lo ha tenido en cuenta.

1920×1080 = 1K; 2048×1080 = 2K; 4096×2160 = 4K.

Tipos de Almacenamiento Masivo:

  • Magnético: disquete, discos duros…
  • Ópticos: CD, DVD, Blu-ray…
  • Estado sólido: tecnología sustitutiva de lo anterior.

Ventajas e Inconvenientes entre Magnético y Óptico:

A la hora de leer información, es mucho más rápido el disco duro magnético que un disco óptico. La ventaja antiguamente era la diferencia de precio, pero ahora han evolucionado mucho en el magnético y la diferencia de precio es menor. Casi todos los sistemas ópticos fueron creados para sustituir a otros formatos de videos, datos… pero nosotros los usamos para almacenar los datos del ordenador.

CD – audio digital; DVD – video estándar; Blu-ray – video en alta definición.

Disco Duro Magnético

Lo primero que salió fueron los carretes de bobina abierta, pero los primeros disquetes de 8”, luego los de 5 ¼ (160 KB), luego los de 3 ½ (2,88 MB).

Al ser los disquetes de plástico, era difícil acceder a la lectura y escritura de datos, por eso se decidió utilizar aluminio.

En los discos duros se hacen un mínimo de almacenaje:

  • sector 512 bytes
  • 1 pista = 63 sectores
  • cabezales: mínimo 1 plato con 2 cabezales, hasta 8 platos con 16 cabezales.
  • cilindros: cuando se apilan varios platos a la vez en un mismo sector, se considera un mismo cilindro, era hasta 1024.

Capacidad = sector x pista x número de pistas x cabezales x cilindros.

(512) x (63) x 80 x 16 x 1024 = 420 MB.

Se subieron los cabezales y los cilindros para obtener mayor capacidad.

LBA (Direccionamiento de Bloques Lógicos)

Ahora la forma de organizarse es por bloques para que quepa más capacidad.

Se cambian esos 5 elementos de la fórmula por número de bloques y la capacidad de cada bloque.

Un bloque sigue teniendo 512 bytes. Se organizan en espiral. En principio se hicieron bloques de hasta 2 TB, ahora han ampliado eso. En los discos duros nuevos no hay número de pistas, solo crece la espiral acorde crece la capacidad del disco.

De esos 512 bytes, 12 bytes desaparecen que se usan para la identificación de los bloques, para ver cuál es su matriz…

También entra en juego en software el sistema de archivos de Windows, empezaron con el FAT12, FAT16, FAT32, NTFS (incompatible en sistemas operativos antiguos).

Los discos duros tienen una base de ficheros, donde guardan la información (nombre…) de los archivos que contiene. Se organizan en clúster, que tienen 2 KB como mínimo en cada clúster, pero lo normal es 4 KB.

Según con qué sistema operativo formatees el disco duro, la capacidad varía.

Problemas a la Hora de Copiar Datos sobre un Disco Óptico

Magnetizar una capa metálica en una superficie, y para la lectura cojo los datos creando un campo magnético sobre el disco.

Los fabricantes de discos duros antiguos físicamente no podían superar 128 GB por plato, y ahora se ha conseguido meter en un solo plato 500 GB.

Comenzaron a grabarse la información en casetes y discos duros linealmente, pero había un límite, así que lo solucionaron poniendo las partículas perpendicularmente, pero se vuelve a llegar al límite de capacidad.

La vida sin errores de un estado sólido es aproximadamente de 50.000 horas y de un disco magnético doméstico 200.000 horas (servidores 500.000 horas).

Disco Duro Óptico

CD-Audio: Philips y Sony para sustituir a los discos de vinilo. Se graban datos digitales y con su propia ordenación de datos. Tiene un sistema Red-Solomon (checksum) que consiste en una comprobación de datos por si hubiera posibles errores.

Se rayan, como los vinilos. Si el rayado es circular, se produce un espacio en blanco durante unos segundos, mientras que el rayado es perpendicular a la pista, se pueden rellenar los datos.

El checksum es un sistema de comprobación de errores. La memoria ECC es una memoria que puede automáticamente detectar y corregir errores de un bit sin parar el sistema. También puede parar el sistema cuando más de un error es detectado.

La primera grabadora costaba 1200€ a velocidad de x1 y para grabar datos en discos se necesitaban discos duros sin recalibración térmica, ya que el láser grabador, si en algún momento se paraba, daba por finalizado el disco y no reanudaba la marcha.

Las especificaciones de los discos venían en libros:

  • libro rojo (CD-A)
  • naranja (CD-R/CD-RW – multisesión)
  • azul (CD+)
  • verde (CD-I)
  • blanco (Video-CD)
  • amarillo (CD-ROM)

Fujitsu intentó crear un disco duro magnético con parte óptica, pero no salió adelante.

Un CD son dos capas de policarbonato y papel de aluminio en medio.

El CD-R: tiene tinta dentro, mientras que el CD-ROM tiene metal y el CD-RW se puede grabar la información, borrar y volver a grabar datos.

Un CD tiene una sola cara de datos hasta 700 MB.

Con el DVD (Digital Versatile Disc): DVD5: 1 capa – 1 cara (5 GB -> 4,7 GB reales); DVD9: 2 capas – 1 cara (9 GB -> 8,5 GB reales); DVD10: 1 capa – 2 caras (10 GB -> 9,4 GB reales); DVD18: 2 capas – 2 caras (18 GB -> 17 GB reales).

Los MB “perdidos” se reservan para checksum. La capa interna es de menor capacidad que la externa, las capas se solapan entre sí. Pasan 10 años desde que sale el primer ordenador con lectora de CD hasta el primer ordenador con lectora grabadora. En el caso del DVD solo pasa 1 año y algunos meses y con el Blu-ray apenas llega al año.

Tipos de DVD

  • DVD – R: Pioneer, una sola grabación de datos.
  • DVD – RW: Sony y Philips, disco multisesión (regrabable).
  • DVD + R: Sony y Philips, misma función que DVD – R.
  • DVD – RW: Pioneer, regrabable.

Había incompatibilidad entre +R y –R, así que ‘LG’ saca una lectora grabadora de CD multiformato. Los CD son iguales, excepto en la pista 0, que guarda la información en 2 KB, sobre qué tipo de disco es.

Blu-ray: Sony saca Blu-ray y sus reproductores solo leen formato Blu-ray.

Toshiba saca HD-DVD y sus reproductores leen DVD y alta definición. Reserva 1 capa para el DVD y otra para la alta definición o las dos capas para la alta definición.

Al final, en el mercado se queda Blu-ray. Ha sacado discos de 2 capas con 25 GB hasta 8 capas, pero en el mercado hay 4 capas con 125 GB.

Estado Sólido

La capacidad supera con creces a los de estado óptico. La velocidad de lectura del estado sólido es x25 veces más rápida que la del estado magnético.

Hoy en día, la diferencia de precio entre magnético y sólido es alta. También hay diferencia de tamaño.

  • + Bajo consumo
  • + Alta velocidad
  • + Baja temperatura
  • + Densidad de datos
  • – Poca capacidad
  • – Alto precio

Usan tecnología NAND y NOR.

Los NAND son mejores, más rápidos, pero más caros, mientras que los NOR son más baratos, grandes y más lentos. Los datos en NAND se graban y borran de 4 en 4, mientras que en NOR de 1 en 1.

Es muy importante elegir un buen controlador de memoria, ya que realiza la función principal y si es malo, no rinde al máximo. Intel tiene los mejores controladores.

El Sistema de Interconexión

Antiguamente era (P)ATA: se envían datos en paralelo, pero esto ha desaparecido (40 pines).

Ahora se usa SATA, donde se envían datos en serie. Para cada dispositivo se usa 1 canal (10 canales – 10 dispositivos) y tienen 7 pines.

Seguridad en Sistemas de Almacenamiento

El sistema Host: es un servidor principal donde guarda mucha información en línea, sobre páginas web, usuarios…

Para asegurar que los datos no se pierden, tienen niveles de seguridad:

  • Los más usados son (0, 1, 5, 10).
  • El 0: para velocidad.
  • El 1: para máxima seguridad.
  • El 5: para mucha seguridad y velocidad. (Mínimo 3 discos duros).
  • El 10: para mucha velocidad y seguridad. (Mínimo 4 discos duros).

Los datos se envían a doble canal. Una línea envía los datos sin fraccionar y otra una copia de esos datos, o si se busca velocidad, cada línea manda una mitad del archivo. El nivel 7 da capacidad. Se pueden unir discos duros de diferentes marcas, capacidades… El resto de niveles (2, 3, 4, 6) se tienen que conectar dispositivos de similares características.