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DIGITAL
FRAME BUFFER
La risoluzione di un display è definita da tre elementi:
Numero di linee di scansione
Numero di pixel per linea
Numero di bit per pixel
Se si considera un’immagine a 24 bit e una risoluzione
di 1024x760 pixel, quella più diffusa nel mondo PC, la
capacità minima del frame buffer richiesta per sup-
portare questo tipo di display è pari a: 1024x768x24
= 18,9Mb
La disponibilità di una memoria di queste dimensioni
da sola non è sufficiente nel caso di un display dina-
mico con funzionalità video. Per questo motivo è ne-
cessario prendere in considerazione il throughput dei
frame buffer.
Per un video a 30 fps (frame per second) con riso-
luzione pari a quella indicate in precedenza, il throu-
ghput massimo sarà pari a 18,9x30 = 566 Mbps.
Ogni cella di memoria in un frame buffer corrisponde
a un singolo pixel. Nel caso di un display a colori di
n bit, ciascuno di questi n bit è un bit plane (piano di
bit) separato: un colore a 24 bit avrà 24 bit plane (Fig.
2). Quindi saranno necessarie n celle per memorizza-
re lo stato di ciascun pixel. I valori binari di ciascuno
degli n piani di bit sono caricati nelle posizioni corri-
spondenti in un registro. Il numero binario risultante
è interpretato come un livello di intensità compreso
tra 0 e 2n-1. Esso è quindi convertito in una tensione
analogica di valore compreso tra 0 e il valore massimo
mediante un convertitore D/A: i livelli di intensità sono
dunque pari a 2n.
Criteri di scelta
Sono due gli elementi che concorrono a determina-
re il tipo di frame buffer utilizzato per un display: di-
mensione e throughput. L’aumento della risoluzione di
un’immagine richiede più memoria mentre l’incremen-
to della frequenza di acquisizione e/o riproduzione dei
fotogrammi (fps) richiede un throughput più alto. Per
soddisfare questi requisiti esistono due alternative: mi-
nimizzare le dimensioni del frame buffer e ottimizzare
il throughput oppure aumentare al massimo le dimen-
sioni del frame buffer per minimizzare il throughput (in
pratica un parametro raddoppia mentre l’altro viene di-
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mezzato). Con l’aumento delle dimensioni del
frame buffer (che in pratica significa integrare
più frame buffer in un singolo chip) è possibile
ridurre il throughput grazie alla riduzione del
numero dei cicli di ingresso-uscita.
Raddoppiando le dimensioni, ad esempio, è
possibile memorizzare due fotogrammi simul-
taneamente in un singolo buffer, in modo da
dimezzare il numero di chiamate/riferimenti
al buffer in un certo intervallo di tempo, ot-
tenendo in tal modo una riduzione del throu-
ghput. Esistono quindi due tipi di opzioni di memoria:
quelle ad alta densità e quelle a elevato throughput.
Un’analisi più dettagliata delle specifiche delle GPU
(Graphic Processing Unit) delle più recenti gene-
razioni di Nvidia e AMD evidenza la disponibilità di
memorie di ampie dimensioni, spesso dell’ordine dei
Gigabyte. Ciò è dovuto al fatto che molte di queste
GPU sono destinate ad applicazioni quali videogio-
chi e rendering ad alta definizione, e prevedono una
serie di funzionalità aggiuntive che occupano parec-
chio spazio in memoria – MSSA (Multi-Sampled Anti-
Aliasing), pre-fetching, shadow buffers (che permette
di presentare ombre in tempo reale e più realistiche),
rendering differito ed effetti speciali. Anche le fun-
zionalità più comuni, come ad esempio lo scrolling in
modalità “windowed” richiedono spazio aggiuntivo del
buffer. Parecchi buffer utilizzati nell’ambito dei video-
giochi utilizzano la bufferizzazione tripla (ovvero tre
buffer per ogni fotogramma) e la tecnica HDR, ovvero
Fig. 1–Architetturadi un sistemagrafico (Fonte: University of Illinois at Chicago, USA )