第6章输出设备

第六章输出设备6.1显卡显示适配器简称显示卡或显卡，它是显示器与主机通信的控制电路和接口。显卡的主要作用是在程序运行时，根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行的过程和结果进行相应的处理，转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号，并通过屏幕显示出来，也就是说显示器必须依靠显卡提供的信号才能显示出各种字符和图像。目前显卡已经成为仅次于CPU，发展变化最快的计算机部件。6.1.1显卡的分类1.集成显卡集成显卡是将显示芯片及其相关电路都集成在主板上，与主板融为一体。集成显卡的显示效果与处理性能相对较弱，不能进行硬件升级。但其具有功耗低、发热量小、成本低等优势。2.独立显卡独立显卡是将显示芯片及其相关电路单独做在一块电路板上，需要占用主板的扩展插槽，拥有较好的显示效果和性能，容易进行硬件升级。但是独立显卡需要花费额外的资金去购买，并且功耗和热量都比较大。6.1.2显卡的结构显卡通常由显示芯片、显示内存、显示BIOS芯片、总线接口和I/O接口构成。1．显示芯片显示芯片，GPU，全称是GraphicProcessingUnit，即“图形处理器”。GPU是相对于CPU的一个概念，GPU相当于专用于图像处理的CPU。每一块显卡上都会有一个大散热片或一个散热风扇，它的下面就是显示芯片。显卡的核心频率是指显示芯片的工作频率，在一定程度上可以反映出显示核心的性能，但显卡的性能是由多方面因素所决定的，因此在显示核心不同的情况下，核心频率高并不代表此显卡性能强劲。显示芯片的制造工艺是指在生产GPU过程中，连接各个元器件的导线宽度，以nm（纳米）为单位，数值越小，制造工艺越先进。目前主流显示芯片的制造工艺为40nm。2．显示内存显示内存，简称显存，也是显卡的重要组成部分。它的主要功能是暂时存储显示芯片将要处理的数据和已经处理好的数据。显示芯片的档次越高，分辨率越高，在屏幕上显示的像素点也就越多，所需的显存容量也就越大。显存的类型有GDDR2、GDDR3、GDDR4和GDDR5，目前主流的是GDDR3和GDDR5。显卡中衡量显示内存性能指标的有工作频率、显存位宽、显存带宽和显存容量等。（1）工作频率：显存的工作频率直接影响显存的速度。显存的工作频率以MHz（兆赫兹）为单位，工作频率的高低和显存类型有非常大的关系。GDDR5的工作频率最高已经达到4800MHz，而且提高的潜力还很大。（2）显存位宽：显存位宽是显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则相同频率下所能传输的数据量越大。目前大部分显卡的显存位宽是128bit、192bit、256bit和384bit，部分高档显卡的显存位宽可达到512bit和768bit。（3）显存带宽：显示芯片与显示内存之间的数据交换速度就是显存带宽。在显存工作频率相同的情况下，显存位宽将决定显存带宽的大小。显卡的显存是由一块块的显存芯片构成的，显存总位宽同样也是由所有显存颗粒的位宽组成。显存位宽=显存颗粒位宽×显存颗粒数。在其他规格相同的情况下，位宽越大性能越好。（4）显存容量：显存容量是显卡上本地显存的容量大小，显存容量决定着显存临时存储数据的能力，直接影响显卡的性能。目前主流的显存容量有128MB、256MB、512MB和1GB，而高档显卡的显存容量为1.25GB、1.5GB、2GB、3GB和4GB。3．显示BIOS芯片显示BIOS芯片主要用于存放显示芯片的控制程序，还有显示卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。打开计算机时，显示BIOS芯片通过内部的控制程序，将这些信息显示在屏幕上。早期的显示BIOS固化在芯片中，不可以修改，而现在多数显示卡都采用了大容量的EPROM，即所谓的FlashBIOS，可以通过专用的程序进行改写或升级。4．总线接口显卡需要与主板进行数据交换才能正常工作，所以就必须有与之对应的总线接口。早期的显卡总线接口为AGP，而目前最流行的显卡总线接口是PCI-E×16。5．I/O接口计算机所处理的信息最终都要输出到显示器上才能被人们看见。显卡的I/O接口就是显示器与显卡之间的桥梁，它负责向显示器输出图像信号。目前主要的显卡I/O接口有VGA接口、DVI接口、HDMI接口和DisplayPort接口。6.1.3显卡的工作原理显卡的功能是将CPU送来的影像资料处理成显示器可以理解的格式，再送到屏幕上形成影像。我们在显示器上看到的图像是由很多像素点组成的，是一种模拟信号，而计算机处理的都是0和1这样的数字信号。为此，图形显示过程需要一位“翻译”。二进制数据离开CPU后，通过总线进入显卡的显示芯片进行处理，处理完的数据被送入显存暂存起来。6.1.4显卡的技术指标1．刷新频率：显示器每秒刷新屏幕的次数，单位为Hz。刷新频率越高，屏幕的闪烁就越小，图像也就越稳定，即使长时间使用也不容易感觉眼睛疲劳（建议使用85Hz以上的刷新率）。2．最大分辨率：最大分辨率是显卡在显示器上所能描绘的像素点的数量，分为水平行像素点数和垂直行像素点数。比方说，如果分辨率为1024×768像素，那就是说这幅图像由1024个水平像素点和768个垂直像素点相乘组成。现在流行的显卡的最大分辨率都能达到2560x1600。3．色深：也叫颜色数，是指显卡在一定分辨率下可以显示的色彩数量。一般以多少色或多少bit色来表示，比如标准VAG显示卡在640×480分辨率下的颜色数为16色或4bit色。通常色深可以设定为16位、24位，当色深为24位时，称之为真彩色，此时可以显示出16777216种颜色。现在流行的显卡的色深大多数达到了32位。色深的位数越高，所能显示的颜色数就越多，相应的屏幕上所显示的图像质量就越好。由于色深增加导致了显卡所要处理的数据量剧增，则引起显示速度或是屏幕刷新频率的降低。4．像素填充率和三角形生成速度：屏幕中的一个三维物体其实是由计算机运算生成的。当一个屏幕上的三维物体运动时，要及时地显示原来被遮的部分，抹去现在被遮的部分，还要针对光线角度的不同来应用不同的色彩填充多边形。人的眼睛具有一种“视觉暂留”特性，就是当一副图像很快地被多幅连续的只有微小差别的图像代替时，给人的感觉并不是多副图像的替换，而是一个连续的动作，所以当三维图像也进行快速的生成、消失和填充像素时，给人的感觉就是三维物体的运动了。像素填充率就是显卡在一个时钟周期内所能渲染的图形像素的数量，它直接影响显卡的显示速度，是衡量3D显卡性能的主要指标之一。4．像素填充率和三角形生成速度：三角形（多边形）生成速度是指显卡在一秒钟内所生成的三角形（多边形）数量。电脑显示3D图形的过程，首先是用多边形（三角形是最简单的多边形）建立3维模型，然后再进行着色等其它处理，物体模型中三角形数量的多少将直接影响重现后物体外观的真实性。在保障图形显示速度的前提下，显卡在一秒钟内生成的三角形数量越多，物体建模就能使用更多的三角形，以提高3D模型的分辨率。5．流处理器单元：在DirectX10显卡出现之前，并没有“流处理器”这个说法。显示芯片内部由“管线”构成，分为顶点管线和像素管线，顶点管线负责3D建模，像素管线负责3D渲染。由于两种管线的数量是固定的，会出现一些问题。在DirectX10时代首次提出了“统一渲染架构”，取消了传统的像素管线和顶点管线，统一改为流处理器单元，它既可以进行顶点运算也可以进行像素运算，这样在不同的场景中，显卡就可以动态分配进行顶点运算和像素运算的流处理器数量，达到资源的充分利用。6．3DAPI：API是ApplicationProgrammingInterface的缩写，即应用程序接口，而3DAPI则是指显卡与应用程序的直接接口。3DAPI能让编程人员所设计的3D软件通过API自动和显卡的驱动程序进行沟通，启动显示芯片内强大的3D图形处理功能。个人电脑中主要的3DAPI有DirectX和OpenGL。6.1.5主流显示芯片显示芯片与CPU一样，其技术含量相当高，目前市场上主要有Intel、NVIDIA和AMD三家厂商。这三家公司只设计、生产显示芯片，自己并不生产显卡，它们将显示芯片卖给第三方厂商，并告诉这些厂商如何去组装、生产，也就是提供一个“样板”给别人，这种“样板”就是常说的“公版设计”，对于小的显卡厂商而言，在买回显示芯片后，只要按照“公版设计”模型，即可进行显卡生产。1．Intel公司的显示芯片Intel不但是世界上最大的CPU生产商，也是世界最大的集成显卡显示芯片生产商。目前Intel的显示芯片全部用于集成显卡，与装载了Intel芯片组的主板搭配使用。如果只按发售数量计算，Intel随其主板芯片组发售的显示芯片占据整个集成显卡显示芯片市场的60%以上。2．NVDIA公司的显示芯片NVIDIA公司最出名的产品是为游戏而设计的GeForce系列和为专业工作站而设计的Quadro系列显示芯片。GeForce系列显示芯片共经历了GeForce、GeForce2、GeForce3、GeForce4、GeForce5、GeForce6、GeForce7、GeForce8、GeForce9和第十代产品，目前主流产品是GeForce第十代。3．AMD公司的显示芯片AMD公司最出名的显示芯片产品是为游戏而设计的Radeon系列和为专业工作站而设计的FireGL系列。Radeon系列显示芯片共经历了RadeonHD2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列和7000系列。目前主流显示芯片是5000系列（第五代）、6000系列（第六代）和7000系列（第七代）。6.1.6选购显卡选购显卡除了考虑技术指标外，还要注意以下问题：1．品牌2．外观3．显存4.显卡风扇6.2显示器显示器又叫监视器（Monitor）。显示器是个人电脑的必备设备，是用户和计算机交互的信息平台。常见的显示器是阴极射线（CRT）显示器和液晶显示器（LCD）。6.2.1液晶显示器的工作原理液晶显示器就是使用了“液晶”（LIQUIDCRYSTAL）作为显示材料的显示器。其实，液晶是一种介于固态和液态之间的有机化合物，当被加热时，它会呈现透明的液态，冷却时则会结晶成混浊的固态。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，中间夹着一层液晶。当向液晶通电时，液晶体分子排列得井然有序，可以使光线容易通过；而不通电时，液晶分子排列混乱，阻止光线通过。通电与不通电就可以让液晶像闸门般地阻隔或让光线穿过。这种可以控制光线的两种状态是液晶显示器形成图像的前提条件。当然，液晶本身是不发光的，必须借助背光模组来达到显示的功能。背光模组可以供应充足的亮度与分布均匀的光源，使显示器能正常显示影像。6.2.2液晶显示器的技术指标1．分辨率分辨率通常用一个乘积来表示。它标明了水平方向上的像素点数（水平分辨率）与垂直方向上的像素点数（垂直分辨率）。分辨率越高，意味着屏幕上可以显示的信息越多，画质也越细致。2．屏幕尺寸液晶显示器的屏幕尺寸是指液晶面板的对角线尺寸，以英寸单位。目前市场上常见显示器有19英寸、20英寸、21.5英寸、22英寸、23英寸、23.6英寸和24英寸等。3．可视角度液晶显示器发出的光由液晶模块背后的背光灯提供，这必然导致液晶显示器有一个最佳的欣赏角度：正视。当从其他角度观看时，由于背光可以穿透旁边的像素而进入人眼，就会造成颜色的失真。液晶显示器的可视角度就是指能观看到不失真图像的视线与屏幕法线的角度，这是评估液晶显示器的重要指标之一，数值当然是越大越好。4．响应时间响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间，通常是以毫秒（ms）为单位。此值当然是越小越好。一般的液晶显示器的响应时间在2ms~5ms之间。5．色彩度液晶显示器的面板上每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝三种基本色来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色都能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256×256×256=16777216种色彩了。6．屏幕坏点液晶显示器是靠液晶材料在电信号控制下改变光的折射效应来成像的。如果液晶显示