Tarjeta Gráfica

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Tarjeta de gráfico o tarjeta gráfica

La tarjeta gráfica calcula los datos visuales y los envía a través de una interfaz a la que está conectada una pantalla. La interfaz de usuario del sistema operativo y los programas de aplicación se muestra en la pantalla.
Las tarjetas gráficas y sus funciones determinan en gran medida el rendimiento del sistema y las propiedades de una computadora. El rendimiento de la tarjeta gráfica es principalmente relevante para juegos de computadora y pantallas gráficas extensas. En escenas de juegos complejas, la tarjeta gráfica calcula los objetos detallados y la iluminación adecuada. Mientras que el procesador principal hace cálculos generales y, por ejemplo, calcula el comportamiento de los personajes del juego, la tarjeta gráfica se encarga del cálculo de fenómenos físicos, explosiones y derrumbes de edificios, por ejemplo. Si la pantalla se sacude con estos movimientos o cambios, entonces la tarjeta gráfica, especialmente el procesador de gráficos (GPU), no es lo suficientemente potente con la resolución y el nivel de detalle seleccionados actualmente.

El procesamiento de gráficos se está trasladando cada vez más de la tarjeta gráfica al procesador principal. Sin embargo, eso no significa que los días de las tarjetas gráficas hayan terminado. Es más el caso de que las funciones gráficas, que ya están integradas "a bordo" en el chipset, tienen que integrarse en el procesador de inmediato. En consecuencia, los gráficos también deben salir del procesador.

Al contrario de lo que podría pensar, los programas de edición de imágenes se benefician sobre todo de una CPU rápida y mucha RAM. La tarjeta gráfica o el procesador de gráficos mejoran principalmente la velocidad de visualización de la pantalla. Por ejemplo, al mover ventanas y elementos de imagen, hacer zoom y girar continuamente el área de dibujo. La tarjeta gráfica solo es compatible con el sistema informático directamente en el procesamiento de datos de imagen y video en ciertos casos. Por ejemplo, al reproducir y transcodificar videos.

Estructura de una tarjeta gráfica

Una tarjeta gráfica consta de las siguientes partes mecánicas y electrónicas:estructura-de-una-tarjeta-grafica

La tarea más importante de una tarjeta gráfica es generar una señal de imagen para pantallas. Para hacer esto, el procesador principal transfiere los datos a la tarjeta gráfica.
Debido al alto volumen de datos entre el procesador y la tarjeta gráfica, las tarjetas gráficas están equipadas con su propio procesador. Se supone que alivia al procesador principal con operaciones aritméticas que se ejecutan en paralelo. El corazón de la tarjeta gráfica es el procesador de gráficos (GPU), que determina las características de rendimiento esenciales de una tarjeta gráfica. También hay tarjetas gráficas que tienen dos GPU y que deben enfriarse con un disipador de calor o incluso un ventilador debido a la alta disipación de energía.
Para poder procesar la enorme cantidad de datos, las tarjetas gráficas tienen su propia memoria principal y una conexión de memoria especial con altas velocidades de reloj. La memoria de gráficos puede ser tan grande como la RAM normal. Un controlador de memoria controla el acceso a la memoria gráfica.
El RAM-DAC es la etapa de salida que convierte la información digital de la memoria de imagen en una señal analógica para la conexión VGA. El rendimiento del RAM-DAC está indicado por su velocidad en MHz. Cuanto mayor sea este valor, mayores resoluciones y profundidades de color (número de colores) son posibles. Dado que las señales digitales se envían generalmente a las pantallas hoy en día, el RAM-DAC ha perdido su importancia. Si la tarjeta gráfica tiene una conexión VGA o emite señales VGA a través de DVI, el RAM-DAC todavía existe.
Una interfaz de bus asegura que la tarjeta gráfica esté conectada al sistema informático. La interfaz de bus utiliza PEG (PCIe) para transferir los datos con el chipset o el procesador. Las tarjetas gráficas más antiguas usan AGP o PCI.

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GPU - Unidad de procesamiento gráfico

La GPU no es más que un coprocesador diseñado para cálculos 3D. La representación realista y espacial de objetos con sombras y escenas en movimiento es el trabajo principal de una tarjeta gráfica. Los motores de física especiales simulan las leyes físicas de la mecánica en juegos o aplicaciones 3D. Por ejemplo, es posible que los automóviles sufran daños reales después de una colisión. Una CPU normal es demasiado lenta para tales cálculos.
El rendimiento 3D de una GPU se logra principalmente mediante la paralelización y el hecho de que las funciones típicas de procesamiento de gráficos se implementan en el hardware. Para tareas especiales, las GPU son mucho más rápidas que los procesadores más costosos. Esto incluye, por ejemplo, la transcodificación de video HD, que puede hacer que un procesador normal sude bastante.
La GPU se encuentra en el chipset, en el procesador o en una tarjeta gráfica.

Shader o Sombreador

Un shader es un pequeño procesador dentro de la GPU. Una GPU tiene varios cientos de shaders Los shader están optimizados para diferentes funciones o para cálculos específicos. En las GPU más antiguas, era común distinguir entre unidades de procesamiento especiales para cálculos de vértices y píxeles. Sin embargo, las unidades se utilizaron de forma bastante desigual. Desde DirectX-10 solo ha habido shaders unificados que actúan como shader de vértices o píxeles según sea necesario.
El sombreador o shader de vértices calcula la posición de un objeto y también se encarga de la iluminación correcta. Una vez que los sombreadores de vértices han realizado sus cálculos, el objeto se cubre con color o estructuras. Los sombreadores de píxeles son responsables de esto.
Las estructuras también se conocen como texturas. Una textura es un mosaico digital que se pega a un objeto. Se utiliza varias veces en una imagen o en una secuencia de imágenes. Estas texturas deben cargarse en la memoria gráfica antes del cálculo. La mayor parte de la memoria gráfica está ocupada por texturas. Si no hay suficiente memoria, la tarjeta gráfica tiene que recargar texturas del disco duro una y otra vez. Esto puede provocar sacudidas en la imagen. Cuanto mayor sea la memoria, más texturas se pueden precargar.

Procesador Gráfico

Los procesadores gráficos tienen funciones adicionales para hacer que las representaciones 3D parezcan más realistas. El filtrado anisotrópico agudiza las texturas de las superficies. Parecen más claros y las protuberancias parecen destacar.
El contenido de la imagen siempre lo calcula la GPU con una resolución más alta y luego se reduce a la resolución del monitor. Esto crea escalones feos en los bordes. Con el antialiasing (suavizado de bordes), la imagen parece más suave y las escaleras casi han desaparecido.
La teselación aumenta el nivel de detalle en las imágenes porque la tarjeta gráfica agrega puntos adicionales en la imagen y modela estructuras aún más finas.

HDR: alto rango dinámico

Alto rango dinámico, o HDR para abreviar, describe imágenes con un alto rango de contraste. Concretamente, esto significa que las imágenes tienen mucho más contraste y colores más fuertes. Por ejemplo, un negro muy oscuro y un blanco muy claro.
Este HDR real no debe confundirse con el efecto 3D del mismo nombre. Simplemente simula esta impresión.

 

Aceleración 3D

Para que todos los fabricantes de juegos no tengan que reprogramar las funciones 3D de los fabricantes de tarjetas gráficas individuales, se han desarrollado interfaces gráficas, las llamadas interfaces de programas de aplicación (API). Estas API hacen que el software sea en gran medida independiente de la tarjeta gráfica. Proporcionan funciones para calcular y construir la imagen. Hay dos de estas interfaces. Uno es DirectX de Microsoft y el otro es OpenGL. OpenGL es un estándar abierto que se incluye en casi todos los sistemas operativos.

Vulkan

Interfaz 3D con una API de bajo nivel que permite a los desarrolladores programar cerca del hardware para aprovechar mejor los procesadores y chips gráficos modernos. Mejor que DirectX u OpenGL.
Además, Vulkan se ejecuta tanto en hardware de escritorio como en móvil y en cualquier sistema operativo.

VR - Realidad virtual

La realidad virtual en sí misma no es nada nuevo. En el pasado, esta palabra de moda zumbaba en todo el país de vez en cuando. La realidad virtual fue principalmente un truco. La potencia informática no era lo suficientemente grande para la realidad virtual real, por lo que las aplicaciones tampoco cumplieron con las expectativas. Además, la presentación en un monitor convencional fue todo menos realidad virtual.
Eso ha cambiado con las gafas de realidad virtual. Sin embargo, aquí tampoco es seguro que la realidad virtual llegue a una gran masa de usuarios de esta forma. Porque los obstáculos para la realidad virtual son altos. Las gafas son caras, requieren una computadora rápida, las aplicaciones convincentes son escasas y la aplicabilidad en la vida real es limitada. En principio, la aplicación se reduce a juegos y quizás entrenamiento sobre objetos virtuales. Toda la industria de la realidad virtual está esperando desesperadamente que la aplicación asesina justifique la inversión y el alto precio. La realidad virtual es ahora muy impresionante, pero también más entretenimiento y juegos que beneficios prácticos.

  • Realidad virtual / Realidad aumentada / Realidad mixta: La Realidad Virtual (VR), la Realidad Aumentada (AR), la Realidad Mixta (MR) y los videos de 360 ​​grados son técnicas con las que se intenta combinar realidad y virtualidad para crear espacios virtualmente enriquecidos.

¿Cómo produce una imagen una tarjeta gráfica?

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La visualización o el cálculo de una imagen comienza en el software. Por ejemplo, en un juego o software de edición de imágenes. Los comandos para mostrar información de la imagen también se procesan dentro del código del programa. Estos comandos se pasan al sistema operativo. Por ejemplo, DirectX u OpenGL están disponibles para su posterior procesamiento. Luego, un controlador de tarjeta gráfica traduce los comandos de DirectX, que luego son ejecutados por la tarjeta gráfica. Cada tarjeta gráfica necesita su propio controlador para cada sistema operativo a fin de funcionar de manera óptima. Los sistemas operativos también proporcionan controladores estándar. Pero solo admiten funciones rudimentarias.

Un controlador sirve como interfaz entre el hardware y el software.
Los píxeles se procesan uno tras otro en canalizaciones. En el mejor de los casos, hay varias canalizaciones disponibles. Luego, se pueden ejecutar varios pasos de procesamiento en paralelo y la estructura de la imagen se puede calcular más rápidamente. Dentro de la canalización hay sombreadores que pueden dar colores o formas geométricas a las áreas de píxeles. Los sombreadores entran en acción principalmente cuando se requieren efectos gráficos.
Cuando se completa una imagen, la tarjeta gráfica olvida todos los cálculos y comienza los cálculos de nuevo con la siguiente imagen. Solo los búferes de vértices cargados, las texturas y los programas de sombreado se conservan cuando la GPU los necesita nuevamente en la siguiente imagen. Luego, solo se agregan datos nuevos. Por ejemplo, cuando aparecen nuevos objetos o detalles en la imagen.

Elegir una tarjeta gráfica

Se hace una distinción entre las tarjetas gráficas con respecto a su idoneidad 3D o para juegos, su rendimiento y variedad de funciones. La tarjeta gráfica debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos de la aplicación. Se hace una distinción entre tarjetas gráficas según su precio en modelos de nivel de entrada, clase media, rendimiento y alta gama. Dependiendo del precio, las tarjetas gráficas difieren en su rendimiento y características 3D. Las características de rendimiento típicas son la frecuencia de reloj, el número de sombreadores, el reloj de memoria y el ancho de banda de la memoria.

Con una tarjeta gráfica de nivel de entrada, la idoneidad para juegos es limitada, el rendimiento es deficiente y la gama de funciones es limitada. Las aplicaciones sencillas de oficina e Internet funcionan con una tarjeta gráfica o una solución integrada de bajo costo. Con una tarjeta gráfica de alta gama, la idoneidad para juegos es inmejorable, el rendimiento es enorme y la variedad de funciones no deja nada que desear. Los juegos (de acción) en particular, inevitablemente, requieren una tarjeta gráfica potente.

Hasta hace unos años, siempre tenías que instalar la tarjeta gráfica más rápida y, por lo tanto, la más cara en tu PC si querías jugar a los últimos juegos de computadora. Pero dado que Microsoft también ha desarrollado muchos juegos de computadora para XBox y Sony Playstation, los requisitos han ido disminuyendo. Esto se debe a que las consolas de juegos permanecen en funcionamiento durante más tiempo y no se pueden actualizar posteriormente. Por tanto, los desarrolladores se orientan a las especificaciones de hardware de las videoconsolas y adaptan estos juegos como juegos multiplataforma a la PC. Como resultado, incluso las tarjetas gráficas de nivel de entrada para PC son muchas veces más poderosas que la función gráfica de una consola de juegos.

Por 120 a 150 euros puedes hacerte con una tarjeta gráfica que funciona muy silenciosamente bajo Windows y cuyo rendimiento es suficiente para jugar la mayoría de juegos multiplataforma sin problemas en resolución Full HD y jugarlos sin problemas. Además, estas tarjetas gráficas también son adecuadas para reproducir películas desde Blu-ray Disc.

Principiantes Clase media rendimiento Gama alta
precio hasta 75 EUR hasta 150 EUR hasta 300 EUR hasta 1000 EUR
Número de sombreadores hasta 160 hasta 800 hasta 2000 hasta 4000
Tamaño de la memoria 512 MB 1 GB 2 GB 4 GB
Tipo de almacenamiento DDR2, DDR3, GDDR5 DDR3, GDDR5 GDDR5 GDDR5
consumo de energía típico en 3D hasta 50 vatios hasta 90 vatios hasta 170 vatios hasta 300 vatios
o más
adaptador de corriente min.300 vatios min.350 vatios min.450 vatios min.500 vatios
o más

Gráficos de procesador / gráficos de chipset / gráficos integrados

Además de la tarjeta gráfica para instalar en una computadora, también existen versiones integradas. Ya sea como un chip independiente en la placa base o integrado en el chipset o procesador. Para mantener bajos el consumo de energía, la complejidad y los costos del conjunto de chips, el rendimiento del chip gráfico en particular está severamente restringido. Además, parte de la memoria principal es utilizada por los gráficos integrados (memoria compartida). Por tanto, la memoria de trabajo completa ya no está disponible. Como regla general, los chips gráficos integrados van a la zaga de las tarjetas gráficas en términos de rendimiento.
Las placas base con procesadores gráficos integrados se caracterizan por la muy mala calidad de las señales en la interfaz VGA. En principio, es recomendable elegir la interfaz DVI digital para gráficos integrados.

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Una unidad gráfica integrada es completamente suficiente para trabajar con Office, navegar por Internet y leer el correo electrónico. El rendimiento de los gráficos tampoco influye en la edición de imágenes y videos. Aquí se requiere un procesador principal rápido y mucha RAM. Solo unos pocos programas de procesamiento de imágenes usan la GPU para sus cálculos.
La unidad gráfica interna es adecuada para acelerar la creación de imágenes. Sin embargo, esto no requiere una unidad gráfica particularmente rápida. Todas las GPU integradas compatibles con DirectX pueden hacer esto. La decodificación de video HD también es parte de las tareas estándar de una unidad gráfica integrada. Aquí hay diferencias en calidad y eficiencia. Estos dependen de la configuración del software del reproductor y del controlador de la tarjeta gráfica.

Tarjetas gráficas de nivel de entrada (de gama baja / de bajo costo)

Las tarjetas gráficas de nivel de entrada a menudo incluyen tarjetas gráficas que antes eran modernas y que ahora han sido reemplazadas por modelos más nuevos. Estas son tarjetas gráficas que funcionan sin problemas. El precio es inferior a 50 euros. Se encuentra en el extremo inferior del segmento de precio y rendimiento. Impresionan menos con un buen rendimiento, sino más bien con el valor agregado del controlador y el equipo de software en comparación con los gráficos integrados del chipset. En comparación con las tarjetas gráficas de gama media o alta, tienen menos unidades de procesamiento, velocidades de reloj de memoria y chip más bajas y una conexión de memoria más lenta. Son demasiado lentos para muchos juegos 3D. Algunos juegos se pueden jugar con resolución reducida y detalles más bajos. Sin embargo, la diversión del juego sufre como resultado.
Debido al bajo consumo de energía, se las arreglan con refrigeración pasiva (disipador de calor).

Tarjetas gráficas de gama media

Las tarjetas gráficas de rango medio pueden mostrar la mayoría de los juegos de computadora sin problemas. Sin embargo, en el caso de juegos muy complejos, la profundidad máxima de detalle no debería ser ajustable. Esto significa que debe aceptar ciertos compromisos en la representación de luces y sombras. Pero los juegos solo se vuelven interesantes con tarjetas gráficas de rango medio. Incluso se puede persuadir a los juegos más exigentes para que muestren fluidez ajustando las opciones de gráficos.

Tarjetas gráficas de alto rendimiento

Las tarjetas gráficas de alto rendimiento no dejan nada que desear. Pero solo valen la pena para los jugadores de computadora que también pueden aceptar un mayor consumo de energía y, por lo tanto, un mayor consumo de energía.

Tarjetas gráficas de gama alta

Las tarjetas gráficas de alta gama solo valen la pena para los jugadores exigentes. Se trata de tarjetas gráficas que tienen funciones que difícilmente son compatibles con ningún juego de computadora actual. La mayoría de las veces, los juegos deben programarse para funciones especiales.
Con el enorme rendimiento 3D, el consumo de energía también aumenta. Debido a que una ranura PCIe no entrega más de 75 vatios, las tarjetas gráficas de gama alta deben recibir alimentación a través de una o dos conexiones de alimentación adicionales (6 pines, 75 vatios cada una). Se requiere una fuente de alimentación de 450 vatios para cada conexión de alimentación externa. Hay que tener en cuenta que todo el sistema también consume electricidad. Para disipar el calor residual de estas tarjetas gráficas, se adjuntan estructuras de enfriamiento a las tarjetas gráficas que ocupan dos ranuras de carcasa.
Los modelos con dos procesadores (GPU) no duplican el rendimiento. En el mejor de los casos, se puede lograr un aumento del 50 al 70 por ciento. Esto también se aplica al funcionamiento AMD Crossfire o Nvidia SLI de dos tarjetas gráficas. Además, no todos los juegos se benefician de dos o más GPU. Por lo tanto, su uso solo es útil hasta cierto punto.

Arquitectura multi-GPU

Las arquitecturas multi-GPU se utilizan para aumentar el rendimiento gráfico de una PC. Es popular instalar dos o más tarjetas gráficas en una PC. Esto requiere un chipset especial y una o más fuentes de alimentación con un total de 800 a 1000 vatios. La interfaz SLI o Crossfire se utiliza para conectar dos tarjetas gráficas.

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Compare el rendimiento de las tarjetas gráficas

Las tarjetas gráficas a menudo se comparan en función de sus características de equipamiento y rendimiento. Se comparan las frecuencias de reloj, el número de sombreadores, el reloj de la memoria, el ancho de banda de la memoria y la memoria gráfica. Desafortunadamente, tal comparación dice poco sobre el rendimiento de una tarjeta gráfica. Sería bueno si estas características de rendimiento estuvieran coordinadas de tal manera que de ellas saliera el mejor rendimiento posible. Pero no lo sabe exactamente de antemano.
En relación con las tarjetas gráficas, a menudo se encuentra la indicación FPS, que significa fotogramas por segundo. FPS indica cuántas visualizaciones de pantalla puede producir una tarjeta gráfica por segundo. También se habla de la velocidad de fotogramas. Eso significa la frecuencia con la que se vuelve a calcular y reconstruir la imagen. Los valores de FPS demasiado bajos dan como resultado una imagen entrecortada. En general, se puede decir que se muestra una imagen fluida a partir de una velocidad de fotogramas de 30 fps. Para algunos juegos debería ser un poco más.

En principio, la velocidad de fotogramas dice de lo que es capaz una tarjeta gráfica. Para que la velocidad de fotogramas sea significativa, normalmente debe especificar la resolución a la que se aplica una determinada velocidad de fotogramas. Porque cuanto mayor es la resolución, más memoria y potencia de cálculo consume una pantalla. Solo la combinación de resolución y velocidad de fotogramas permite realizar comparaciones entre tarjetas gráficas.
Por lo general, la velocidad de fotogramas solo interesa a los jugadores de computadora. Para ellos, por ejemplo, es importante que la representación realista en los shooters en primera persona se desarrolle sin problemas.

Adaptive-Sync / G-Sync

Adaptive-Sync es un estándar de la VESA (Video Electronics Standards Association) y parte de DisplayPort a partir de la versión 1.2a, con el que las pantallas adaptan su frecuencia de actualización de forma dinámica a la salida de imagen de la tarjeta gráfica. La idea detrás de esto es cambiar la visualización de la imagen solo cuando la tarjeta gráfica haya entregado una nueva imagen. No importa qué tan rápido sea la velocidad de fotogramas en fotogramas por segundo (fotogramas por segundo, fps).

Adaptive-Sync es necesario porque la velocidad de fotogramas se colapsa con el aumento de la velocidad y los detalles de la imagen, lo que hace que la visualización de la imagen se mueva bruscamente. Los jugadores en particular conocen el problema. Adaptive-Sync se basa en FreeSync de AMD. Para ello, tanto la tarjeta gráfica como la pantalla deben ser compatibles entre sí.
Además de Adaptive-Sync, también existe una solución de nVidia con el propietario G-Sync, que en principio hace lo mismo.

Overclocking de una tarjeta gráfica

El overclocking de tarjetas gráficas no es un problema con unos pocos clics con la ayuda del controlador y las herramientas adecuadas del fabricante. Sin embargo, se requiere extrema precaución al realizar overclocking. La carga de los convertidores de voltaje y la temperatura de los chips gráficos aumentan a frecuencias de reloj más altas. En el peor de los casos, la tarjeta gráfica se rompe.
El overclocking de las tarjetas gráficas trae como mucho una ganancia de rendimiento de un pequeño porcentaje, pero también muchas desventajas. Una PC overclockeada puede volverse inestable rápidamente. Se producen errores de imagen, errores de cálculo y fallos del sistema.
Una alternativa son las tarjetas gráficas que el fabricante ha overclockeado por defecto. Funcionan de forma estable y también son rápidos.

Interfaces para tarjetas gráficas

Al principio, las tarjetas gráficas se operaban a través del bus del sistema interno. Con el aumento de la resolución, la demanda de representación multimedia y 3D, aumentó la cantidad de datos que debían transportarse a la tarjeta gráfica. Para poder hacer frente a las crecientes cantidades de datos entre el procesador, la memoria principal y la tarjeta gráfica, Intel introdujo la ranura AGP para tarjetas gráficas. Esta ranura solo fue diseñada para tarjetas gráficas. Unos años más tarde, el AGP fue reemplazado por el PCI por el PCI Express (PCIe). Las tarjetas gráficas de hoy son tarjetas gráficas PEG (PCIe).

  • PCI-X / PCI
  • AGP: puerto de gráficos acelerado
  • PCI Express / PCIe
  • PEG: PCI Express para gráficos

Conexiones para pantalla / monitor

Si la pantalla es deficiente, la pantalla casi siempre es la responsable. Si la pantalla está conectada a la tarjeta gráfica analógica, es decir, a través del VGA, entonces la calidad de la señal del VGA puede ser responsable de la mala imagen. Aunque se podría suponer que esto no debería ser un problema hoy en día, algunas tarjetas gráficas tienen una calidad de señal deficiente. Las conexiones VGA en particular tienen estos problemas. Es preferible que utilice la conexión DVI o DisplayPort.

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VGA DVI DisplayPort

Aunque DVI es una interfaz digital para señales de imagen y video de alta calidad, la introducción de nuevas interfaces tiene mucho sentido. Porque DVI no es adecuado para altas resoluciones. El DisplayPort está diseñado para reemplazar DVI (Interfaz visual digital) en PC y HDMI (Interfaz multimedia de alta definición) en electrónica de entretenimiento.
El DisplayPort es eléctricamente compatible con las entradas digitales DVI y HDMI existentes. También es compatible con el mecanismo de protección de copia HDCP y también tiene su propio protocolo llamado DPCP (Display Port Content Protection).

  • DVI para pantallas digitales y analógicas
    • Con hasta 1.920 x 1.600 píxeles (con una conexión de enlace único).
    • Con hasta 2.560 x 1.600 píxeles (con dos conexiones de doble enlace).
  • salida de TV analógica (a menudo presentada como una toma de combinación de siete pines)
    • El cable de S-video se puede conectar directamente
    • Adaptador para dispositivos HD en la entrada YUV
  • DisplayPort para pantallas digitales
    • Con hasta 3840 x 2160 píxeles.
  • HDMI para pantallas digitales
  • VGA para pantallas analógicas
    • Con un cable de alta calidad de hasta 1.280 x 1.024 píxeles o más posibles.
  • UDI: interfaz de pantalla unificada

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