顯卡概述

　　顯卡（Video card，Graphics card）全稱顯示接口卡，又稱顯示適配器，是計算機最基本配置、最重要的配件之一。顯卡作為電腦主機里的一個重要組成部分，是電腦進行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備，承擔輸出顯示圖形的任務(wù)。顯卡接在電腦主板上，它將電腦的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號讓顯示器顯示出來，同時顯卡還是有圖像處理能力，可協(xié)助CPU工作，提高整體的運行速度。對于從事專業(yè)圖形設(shè)計的人來說顯卡非常重要。 民用和軍用顯卡圖形芯片供應商主要包括AMD（超微半導體）和Nvidia（英偉達）2家。現(xiàn)在的top500計算機，都包含顯卡計算核心。在科學計算中，顯卡被稱為顯示加速卡。

　　顯卡分類

　　1、集成顯卡

　　一種是指主板芯片組集成了顯示芯片，使用這種芯片組的主板就可以不需要獨顯就實現(xiàn)顯示功能，滿足一般的家庭影音娛樂和辦公應用，節(jié)省購買獨顯的開支。集成顯卡的主板一般不帶有顯存，使用系統(tǒng)的一部分內(nèi)存作為顯存，一般可以在主板的BIOS里面調(diào)整，具體常見最大不超過256MB。

　　一種是指處理器內(nèi)部集成了顯示芯片，即“核顯”。一般分為AMD現(xiàn)在的“APU”和英特爾的“核芯顯卡”。顯存同樣從內(nèi)存分享而來，APU對內(nèi)存的性能需求相對較大，所以一般在配置選購APU的時候我們都建議使用頻率大于等于1600MHz的雙通道內(nèi)存。

　　2、獨立顯卡

　　獨立顯卡，簡稱獨顯，是指成獨立的板卡存在，需要插在主板的相應接口上的顯卡。獨立顯卡具備單獨的顯存，不占用系統(tǒng)內(nèi)存（但當獨立顯存不夠用時可以共享內(nèi)存作為顯存），而且技術(shù)上領(lǐng)先于集成顯卡，能夠提供更好的顯示效果和運行性能。

　　3、核芯顯卡

　　核心顯卡是一個小主機的縮影，并不像CPU那樣高度集成，而是在主板上預制了很多組件。

　　顯卡的基本結(jié)構(gòu)和主要器件

　　幾乎所有的顯卡都是由圖形處理芯片、RAMDAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器/Random Access Memory Digital-to-Analog Converter）芯片、顯卡BIOS芯片、顯存、主板安裝接口、顯示信號和功能擴展接口（也叫特性連接端口）所組成。

　　1.顯卡BIOS芯片

　　顯卡BIOS芯片主要用于保存VGA BIOS程序。VGA BIOS是視頻圖形卡基本輸入、輸出系統(tǒng)（Video Graphics Adapter Basic Input and Output System），它的功能與主板BIOS功能相似，主要用于顯卡上各器件之間正常運行時的控制和管理，所以BIOS程序的技術(shù)質(zhì)量（合理性和功能）必將影響顯卡最終的產(chǎn)品技術(shù)特性。顯卡BIOS芯片在大多數(shù)顯卡上比較容易區(qū)分，因為這類芯片上通常都貼有標簽，但在個別顯卡如Matrox公司的MGA G200上就看不見，原因是它與圖形處理芯片集成在一起了。另外在顯卡BIOS芯片中還保存了所在顯卡的主要技術(shù)信息，如圖形處理芯片的型號規(guī)格、VGA BIOS版本和編制日期等。由于目前顯卡上的圖形處理芯片表面都已被安裝的散熱片所遮蓋，用戶根本無法看到芯片的具體型號，但能通過VGA BIOS顯示的相關(guān)信息來了解有關(guān)圖形處理芯片的技術(shù)規(guī)格或型號。

　　通常電腦在加電后首先顯示顯卡BIOS中所保存的相關(guān)信息，然后顯示主板BIOS版本信息以及主板BIOS對硬件系統(tǒng)配置進行檢測的結(jié)果等，由于顯示BIOS信息的時間很短，所以必須注意觀察才能看清顯示的內(nèi)容。VGA BIOS與主板BIOS一樣具有版本，一般情況下版本高的BIOS功能強于低版本，也解決了版本升級前所存在的某些具體問題（BUG）。VGA BIOS目前基本上都使用快閃ROM保存，因此可以由用戶根據(jù)需要使用特定工具軟件進行版本升級，就像升級主板BIOS程序一樣。升級顯卡BIOS的原則與升級主板BIOS的相同，就是如果沒有使用上的需要，就不必進行BIOS版本升級。即使確實須要升級VGA BIOS，也一定要使用原顯卡生產(chǎn)廠家所提供或指定的升級工具軟件和BIOS文件，這類資料一般由顯卡生產(chǎn)廠家通過其在互聯(lián)網(wǎng)上的主頁提供。盡管有媒體曾報道個別發(fā)燒友采用不同廠家顯卡BIOS文件升級獲得成功，但我們最好不要嘗試這樣做，因為使用型號不同的顯卡BIOS文件來升級自己的顯卡BIOS版本風險很大，極有可能出現(xiàn)升級后顯卡反而無法運行的嚴重后果。

　　2.圖形處理芯片

　　圖形處理芯片是顯卡的核心，顯卡的主要技術(shù)規(guī)格和性能基本上取決于圖形處理芯片的技術(shù)類型和性能。

　　衡量顯示處理芯片的技術(shù)先進性主要是看其所具有的2D/3D圖形處理能力、芯片圖形處理引擎的數(shù)據(jù)位寬度、與顯存之間數(shù)據(jù)總線寬度和所支持的顯存類型容量、內(nèi)部RAMDAC的工作時鐘頻率、具備幾條像素渲染處理流水線、所支持的圖形應用程序接口（API）種類以及芯片生產(chǎn)工藝技術(shù)水平等。

　　由于表達顯示芯片技術(shù)性能涉及的一些具體內(nèi)容較復雜，所以在許多媒體中所列出的顯示芯片技術(shù)參數(shù)中只強調(diào)了單位時間內(nèi)每秒的像素填充率、生成三角形數(shù)量以及內(nèi)核和顯存的工作時鐘頻率、最大圖像分辨率（水平點數(shù)×垂直點數(shù)）和刷新率（幀/秒）等。總之以圖形芯片能獨立、全部、快速完成所有顯示2D/3D圖形時所需的信息為最好。

　　根據(jù)以上標準，目前通用型和娛樂型圖形芯片比較有代表性的應該算nVidia公司的GeForce 256（廠家代號NV10）和TNT2系列、Matrox公司的MGA G400系列和3dfx公司的Voodoo系列。其中目前最先進的圖形芯片是GeForce 256，它在芯片中增加了以往各類圖形芯片都不具備的T&L引擎（（幾何）轉(zhuǎn)換和光照處理/Transform & Lightning），因此它基本上可以脫離CPU的幫助獨立處理所有2D/3D圖形顯示數(shù)據(jù)，所以成為第一塊GPU（英語“圖形處理器”的縮寫）。nVidia公司的TNT2芯片中按性能分為4個等級，能適合不同的用戶需求;Matorx公司的G400芯片，由于其特有的凹凸紋理貼圖和雙屏顯示技術(shù)在重現(xiàn)圖形精美的同時可聯(lián)接兩個顯示器（或一個顯示器和一個電視機）來分屏幕顯示不同內(nèi)容。相比之下3dfx公司的Voodoo系列則歷來以流暢的3D游戲速度和還算精美的畫面而為廣大喜愛3D游戲的用戶所擁戴。當然另外還有不少在性能上與TNT2等相差無幾的圖形芯片，如S3公司的Savage4和3Dlabs公司的Permedia3等。

　　3.顯存

　　顯卡中顯存的用途主要是用來保存由圖形芯片處理好的各幀圖形顯示數(shù)據(jù)，然后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器讀取并逐幀（可以理解為一幅完整的圖像）轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號再提供給傳統(tǒng)的顯示器使用，所以顯存也被稱為“幀緩存”。衡量顯存的技術(shù)性能有數(shù)據(jù)存取速度（可通過工作時鐘頻率體現(xiàn)）和顯存容量。存取速度通常用納秒（ns）表示，數(shù)值越小越快。顯存容量使用MB表示，數(shù)值則是越大越好。

　　2D顯卡中一般安裝EDO DRAM顯存，其數(shù)據(jù)存取速度在40～60ns之間，容量一般在1~4MB，部分2D顯卡上預留有顯存擴容插座可供用戶對顯存自行擴容;雖然不少速度更快的顯存也能應用于顯卡，如個別高檔顯卡中開始使用的DDR（雙倍速率SDRAM）和RDRAM（由Rambus公司開發(fā)的一種新型高速DRAM），但由于其成本問題（如RDRAM的售價是普通SDRAM的8～10倍）一時難為多數(shù)用戶所接受。所以除制圖等專業(yè)性顯卡外，一般通用3D顯卡中廣泛使用的顯存仍然以SDRAM和SGRAM為主，這兩種顯存的數(shù)據(jù)存取速度在5～15ns之間，顯存容量理論上越大越好，但由于顯卡生產(chǎn)成本和圖形芯片支持能力所限，一般顯卡上顯存配置容量為4～32MB，極個別顯卡配置容量高達64MB。由于SGRAM的存取速度高于SDRAM，所以使用SGRAM顯存的顯卡在技術(shù)性能上比使用同等容量的SDRAM顯存的顯卡略有提高，但由于SGRAM芯片的生產(chǎn)成本高于SDRAM，所以售價也高于使用SDRAM的顯卡。

　　EDO RAM、SDRAM和SGRAM這三種常用顯存可以根據(jù)它們的外觀區(qū)別，EDO RAM和SDRAM安裝在顯卡電路板上時只是芯片兩邊有引腳須要焊接，而SGRAM則在芯片四邊都有引腳須要焊接在電路板上（具體參考圖2）。

　　4.RAMDAC

　　由于目前大部分電腦所配置的顯示器仍然是傳統(tǒng)的模擬CRT（陰極射線管）顯示器，這種顯示器只能接受用信號電壓幅度來控制顯像管的發(fā)光亮暗程度，所以顯卡中的RAMDAC必須將顯示圖形芯片處理后并存儲在顯存中的數(shù)字顯示信號逐幀轉(zhuǎn)換為由三種彩色亮度和行、幀同步信號所共同組成的視頻信號，然后通過15針的D型插座輸出供顯示器使用。

　　RAMDAC的技術(shù)特性主要是工作時鐘頻率，只有足夠高的工作頻率RAMDAC才能在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)換更多幀的顯示信號，而顯卡的幀刷新率指標（幀/秒）的基本保證條件就是RAMDAC必須在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)換足夠的幀顯示信號。

　　目前有些主流顯卡上并不存在獨立安裝的RAMDAC芯片，這是因為廠家在生產(chǎn)圖形處理芯片時已經(jīng)將RAMDAC集成在其中了。

　　顯卡工作原理

　　數(shù)據(jù)（data）一旦離開CPU，必須通過4個步驟，最后才會到達顯示屏：

　　1．從總線（Bus）進入GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）：將CPU送來的數(shù)據(jù)送到北橋（主橋）再送到GPU（圖形處理器）里面進行處理。

　　2．從 Video Chipset（顯卡芯片組）進入 Video RAM（顯存）：將芯片處理完的數(shù)據(jù)送到顯存。

　　3．從顯存進入Digital Analog Converter （= RAM DAC，隨機讀寫存儲數(shù)—模轉(zhuǎn)換器）：從顯存讀取出數(shù)據(jù)再送到RAM DAC進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作（數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號）。但是如果是DVI接口類型的顯卡，則不需要經(jīng)過數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號。而直接輸出數(shù)字信號。

　　4．從DAC進入顯示器（Monitor）：將轉(zhuǎn)換完的模擬信號送到顯示屏。

　　顯示效能是系統(tǒng)效能的一部分，其效能的高低由以上四步所決定，它與顯示卡的效能（Video Performance）不太一樣，如要嚴格區(qū)分，顯示卡的效能應該受中間兩步所決定，因為這兩步的資料傳輸都是在顯示卡的內(nèi)部。第一步是由CPU（運算器和控制器一起組成的計算機的核心，稱為微處理器或中央處理器）進入到顯示卡里面，最后一步是由顯示卡直接送資料到顯示屏上。

　　電腦顯卡的四種接口類型

　　1、VGA接口

　　VGA接口是最常見，也就是我們通常的電腦顯示器連接主機的那種，VGA接口是一種D型接口，上面共有15針，分成三排，每排五個。并且VGA接口擴展性比較強，可以輕松與DVI接口進行轉(zhuǎn)換，VGA接口介紹如下圖：

　　2、DVI接口

　　LCD顯示器應運而生接口，DVI（Digital Video Interface），即數(shù)字視頻接口。它是1999年由Silicon Image、Intel（英特爾）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu（富士通）等公司共同組成DDWG（Digital Display Working Group，數(shù)字顯示工作組）推出的接口標準。

　　DVI接口有3種類型5種規(guī)格，端子接口尺寸為39.5mm×15.13mm。三種類型包括DVI-A、DVI-D和DVI-I的接口形式。DVI-D只有數(shù)字接口，DVI-I有數(shù)字和模擬接口，目前應用主要以DVI-D為主，同時DVI-D和DVI-I又有單通道（Single Link）和雙通道（Dual Link）之分，我們平時見到的都是單通道版的，雙通道版的成本很高，因此只有部分專業(yè)設(shè)備才具備，普通消費者很難見到。DVI-A是一種模擬傳輸標準，往往在大屏幕專業(yè)CRT中能看見，不過由于和VGA沒有本質(zhì)區(qū)別，性能也不高，因此DVI-A事實上已經(jīng)被廢棄了。

　　3、HDMI接口

　　HDMI不僅可以滿足1080P的分辨率，還能支持DVD Audio等數(shù)字音頻格式，支持八聲道96kHz或立體聲192kHz數(shù)碼音頻傳送。　　HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。　　與DVI相比HDMI接口的體積更小，DVI的線纜長度不能超過8米，否則將影響畫面質(zhì)量，而HDMI最遠可傳輸15米。只要一條HDMI纜線，就可以取代最多13條模擬傳輸線，能有效解決家庭娛樂系統(tǒng)背后連線雜亂糾結(jié)的問題。

　　4、DP接口

　　Dp接口即DisplayPort 接口，一種高清晰音視頻流的傳輸接口。DisplayPort的外接型接頭有兩種：一種是標準型，類似USB、HDMI等接頭;另一種是低矮型，主要針對連接面積有限的應用，比如超薄筆記型電腦。兩種接頭的最長外接距離都可以達到15米，雖然這個距離比HDMI要遜色一些，不過接頭和接線的相關(guān)規(guī)格已為日后升級做好了準備，即便未來DisplayPort采用新的2X速率標準（21.6Gbps），接頭和接線也不必重新進行設(shè)計。除實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的連接外，DisplayPort還可用作設(shè)備內(nèi)部的接口，甚至是芯片與芯片之間的數(shù)據(jù)接口。

　　總結(jié):

　　四種常用的顯卡接口就介紹完成了，現(xiàn)在對于顯卡顯示輸入接口的幾條選擇要點如下：

　　1、VGA接口由于是模擬信號，不可避免地造成了一些圖像細節(jié)的損失，只適用于20吋以下的顯示器使用；

　　2、若顯示器采用1920*1200以下分辨率，DVI-I，DVI-D，HDMI，DP接口均可，屏幕尺寸影響較小；

　　3、若顯示器采用超高分辨率，比如2560*1600或搭建多屏顯示輸出系統(tǒng)情況下，雙通道DVI-D，HDMI，DP可以勝任；

　　4、若采用的是3D顯示器，1920*1080分辨率下，DVI-D、HDMI和DP沒太大問題，若是2560*1600以上最好選用HDMI和DP輸出接口。

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