Aceleradoras de vídeo: 2D

As interfaces gráficas

E então vieram as interfaces gráficas. A primeira a ter alguma aceitação comercial foi a do Apple MacIntosh, lançado em 1984, mas restrita a um nicho de mercado. O sucesso veio em 1990 com Windows 3 (as versões anteriores, assim como outras tentativas de uso de interfaces gráficas não “vingaram”). E então as coisas mudaram. Pois todas as telas tornaram-se gráficas, inclusive a do sistema operacional.

Desculpe insistir, mas quem jamais usou uma tela de caracteres, como a maioria dos leitores desta coluna, talvez não consiga perceber a diferença. Então vou tentar explicar.

Enquanto uma tela de caracteres era uma matriz de retângulos nos quais cabia um caractere em cada, uma tela gráfica, mesmo nos tempos de antanho (entenda-se por antanho a era do IBM XT, primeira metade da década de oitenta do século passado) era constituída por uma matriz de pontos. E como os pontos formam a imagem, recebem o nome de “célula de imagem”, ou “Picture Cell“, em inglês, expressão contraída para “pixel”.

Quantos pixels e quantas cores cada tela gráfica pode exibir depende do padrão de vídeo. Uma das mais simples é a que se vê na Figura 2, mostrando o King´s Quest, um dos primeiros jogos para PC, usando o padrão CGA (Color Graphics Array) que exibia 200 linhas de 320 pixels cada, que podiam assumir uma entre dezesseis diferentes cores.

Sim, eu sei, comparada com as telas dos jogos modernos a da Figura 2 há de provocar gargalhadas. Mas não se iluda: para a época era um progresso e tanto (embora ainda não o suficiente para ser usada em uma interface gráfica). Mas comparada com uma tela de caracteres, era (literalmente) outra coisa…

Para começar, a tela gráfica é formada por pontos coloridos, não por retângulos contendo informações. E o número de pontos é muito maior. Assim como, dependendo do número de cores, também é maior o número de informações nela contidas. Complicou? Pois expliquemos.

Tomemos uma tela de caracteres 80×25. Ela é formada por 2.000 elementos (retângulos). Cada elemento contém um código de caractere (de acordo com a tabela ASCII então usada para caracteres, cada um deles ocupa um byte), que pode assumir uma entre dezesseis cores (e para exprimir 16 números diferentes bastam quatro bits, ou meio byte) e pode ter quatro atributos, cada um deles “ligado” ou “desligado” (mais quatro bits para armazenar o estado dos atributos). Portanto, cada elemento pode ser inteiramente caracterizado por dois bytes (um para o código de caractere, meio para a cor e meio para o atributo). Uma tela inteira pode ser armazenada em um total de 2.000 elementos x 2 bytes = 4.000 bytes

E como saber a posição do elemento na tela? Ora, basta lembrar que os elementos devem ser lidos da esquerda para a direita e de cima para baixo, de dois em dois bytes, linha após linha (ou seja: ao chegar ao final de uma linha, salta-se para a primeira posição da de baixo). Portanto a ordem do conjunto de bytes que constituem uma “tela” na memória de vídeo é suficiente para identificar a posição de cada elemento.

A tela gráfica obedece ao mesmo princípio. Imagine uma tela um pouco mais sofisticada que a da Figura 2, a tela CGA de 256 cores (na qual cada pixel pode assumir uma dentre 256 diferentes cores que, portanto, podem ser expressas por números de zero a 255 que ocupam um byte). Neste caso, para exprimir um pixel, basta sua cor (pois a posição, como vimos, é desnecessária já que, como os elementos da tela de caracteres, são “desenhados” na tela um a um, da esquerda para a direita e de cima para baixo, linha a linha).

Então, que espaço da memória de vídeo é ocupado por uma tela gráfica CGA 320×200 de 256 cores? Ora, 320 x 200 x 1 = 64.000 bytes (um para cada pixel).

Agora, pense. Para exibir a tela de caracteres, a UCP tem que montá-la na memória de vídeo sessenta vezes por segundo, ou seja, enviar 60 vezes 4.000 bytes = 240.000 bytes/s para a controladora de vídeo (que abriga a memória de vídeo).

Já para exibir uma tela gráfica é preciso enviar 60 x 64.000 = 3.840.000 bytes/s. E isto para a mais simples das telas.

Quando as interfaces gráficas começaram a se popularizar, o padrão de tela dominante era a VGA (Video Graphics Array) de 640 x 480 pixels e 65.536 cores (ou 64K cores, que exigia 16 bits ? ou 2 bytes ? para armazenar cada cor). Uma tela inteira ocupava então na memória de vídeo um total de 640 x 480 x 2 = 614.400 bytes. Que, para ser renovada 60 vezes por segundo, exigia que a UCP compusesse cada uma das telas e as enviasse para a controladora de vídeo em uma taxa de 60 x 614,400 = 36.864.000 bytes/s.