Come vengono create le immagini su schermo.

By Grafiche Passart,

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Le immagini che vediamo riprodotte sul monitor di un dispositivo informatico (indipendentemente che si tratti di un Pc desktop, di un laptop, di uno smartphone o di un tablet) sono composte da milioni di minuscoli puntini colorati e luminosi chiamati pixel.

I display moderni sono dotati di risoluzioni sempre più avanzate (come FullHD o 4K) con milioni di pixel capaci di assumere tonalità differenti per riprodurre le immagini al meglio sugli schermi.

L’operazione di traduzione dei segnali elettrici provenienti dal processore centrale diretti verso i pixel dello schermo è svolta dalla scheda grafica e della GPU (graphic processing unit).

La scheda video infatti genera le immagini a partire dalle informazioni passate dal processore che non sono altro che una serie di dati in binario, ossia una serie di “0” e “1”.

Va da sè che creare un’immagine partendo da dati binari non è facile, perciò questo richiederà un grande “sforzo” dalle parti hardware impiegate. Per creare un’immagine tridimensionale, ad esempio, la scheda grafica crea una matrice che rappresenta il reticolo di pixel presente sullo schermo. Questa prima bozza di immagine viene poi rasterizzata (ovvero trasformata da immagine vettoriale in immagine “piatta”), così che possa essere successivamente visualizzata a schermo o stampata.

Nei videogiochi più moderni questa operazione di traduzione viene ripetuta 30 o 60 volte al secondo a seconda del framerate del software che dipende anche dai limiti dell’hardware a disposizione. Ovviamente un gioco con un framerate di 60 risulterà molto più “fluido” all’occhio di uno a 30.

La scheda grafica compie questo processo facendo ricorso a quattro componenti principali:

  1. Un connettore sulla scheda madre, grazie al quale poter comunicare con le altre componenti e ricevere l’alimentazione elettrica necessaria al suo funzionamento
  2. Un’unità di calcolo grafica (o GPU – Graphic Processing Unit) che decide cosa fare con ogni pixel presente sullo schermo.
  3. Una memoria di lavoro che si occupa di immagazzinare le informazioni relative a ogni singola unità di rappresentazione grafica e conserva, quanto meno per alcuni istanti, le immagini complete già elaborate
  4. Infine un monitor per visualizzare il risultato.

Ovviamente, in questa lista, la GPU e la memoria di lavoro (analoga alla RAM) svolgano i ruoli principali e più laboriosi.

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La gpu e la scheda video

Molto simile a una scheda madre, anche se ridotta, la scheda video è una scheda di circuiti stampati dove trovano spazio della memoria volatile (come la RAM) e un’unità di calcolo che si occupa di processare dati e informazioni in arrivo dall’esterno. Il processore della scheda grafica, come già accennato, è chiamato GPU.

La GPU non va’ confusa con la CPU (Central Processing Unit) la quale esegue le istruzioni in arrivo dai programmi in modo sequenziale, ovvero una dopo l’altra. La GPU è invece composta da svariati core progettati per lavorare in parallelo  (quindi lavora contemporaneamente su più dati e istruzioni). Questo comporta che una GPU sia di gran lunga superiore a un processore centrale quanto a mera potenza di calcolo dato che può eseguire più operazioni contemporaneamente. Questo perchè alla GPU interessa riuscire a produrre più immagini possibili nel più breve tempo possibile, attività che rende preferibile un approccio di calcolo in parallelo.

Ogni core che compone una GPU è quindi dedicato all’esecuzione di una singola istruzione, così da poter effettuare il rendering (ovvero il calcolo e la “costruzione”) delle immagini in tempi brevissimi.

In aggiunta alla pura potenza di calcolo, la GPU fa uso di programmi, software e algoritmi ad hoc che le permettono di funzionare in maniera più efficiente e dare risposta a istruzioni anche molto differenti l’una dall’altra. Grazie ai driver, ad esempio, l’utente è in grado modificare le impostazioni di funzionamento della propria scheda video e adattarla alle proprie esigenze.

La memoria video

In questo processo per creare immagini, la GPU è affiancata e supportata dalla memoria video RAM. I poligoni elaborati partendo dai dati binari della CPU, infatti, devono essere archiviati su di un supporto, così da essere “composti” e successivamente inviati al monitor per la visualizzazione. Perciò, i moduli di memoria volatile montati sulle schede grafiche sono molto particolari: le loro celle di memoria riproducono esattamente la disposizione del reticolato di pixel dello schermo, così da poter ricomporre più facilmente ciò che deve essere poi visualizzato. All’interno di ogni cella è conservata l’informazione riguardante la tonalità di colore da mostrare, le “coordinate” sullo schermo dove verrà visualizzata e tutte le altre variabili di colore legate alla visualizzazione di ogni singolo pixel.

Come ultimo passaggio per la realizzazione a schermo di una immagine creata dal computer, la RAM video è direttamente collegata a un digital-to-analog converter(detto anche DAC o RAMDAC) che si occupa sostanzialmente di convertire il segnale digitale dei dati binari presenti all’interno della memoria video in un formato analogico visualizzabile su display grafico.