第7章 电脑的显示系统之显卡篇

郑州长城电脑学校2006-9-30第7章电脑的显示系统之显卡篇本章导读学习目标本章要点习题郑州长城电脑学校2006-9-30本章导读了解显卡的分类认识显卡的结构掌握显卡的性能指标掌握显卡的总线接口了解显卡的显示芯片掌握显卡的选购课时安排：3学时郑州长城电脑学校2006-9-30学习目标显卡是电脑的重要组成部分，没有显卡电脑将不能正常工作，显卡的基本作用是控制电脑图形的输出。本章将介绍显卡的基本常识、显卡的总线接口、显示芯片和显卡的选购等知识，让用户对当今的主流显卡有一定的了解。郑州长城电脑学校2006-9-30本章要点7.1显卡的基本常识7.2显卡总线接口7.3显示芯片7.4显卡的选购郑州长城电脑学校2006-9-30显卡的基本常识第一台电脑是采用纸带打点的方法来显示电脑的工作情况。随着电脑的不断发展，多媒体技术不断改进，那些由0和1组成的枯燥数字信息变成了丰富多彩的图文展现在显示屏幕上，然而这一切都离不开显卡。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡的基本常识7.1.1显卡概述7.1.2显卡的分类7.1.3显卡结构图解7.1.4显存的性能指标郑州长城电脑学校2006-9-30显卡概述显卡又称为显示适配器，它是显示器与主机通信的控制电路和接口。主要由显示芯片、显示存储器、BIOS芯片、控制电路和接口等部分组成。显卡一般是一块独立的电路板，插在主机板上。显卡接收由主机发出的控制显示系统工作的指令和显示内容，然后通过输出信号控制显示器显示各种字符和图形。根据显卡的类型，可以分为MDA显卡、CGA显卡、EGA显卡和VGA显卡等；根据显卡的总线类型，可以分为ISA显卡、EISA显卡、VESA显卡、PCI显卡和AGP显卡等。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡概述现在的显卡拥有独立的显示芯片和显示存储器，专门用于图形函数的处理，减少了CPU处理图形函数的时间。例如要画一个三角形，如果让CPU去运算，它就要计算需要多少个像素来实现，用什么颜色等。如果显示芯片存储有画圆函数，CPU只需要发出让显卡画三角形的指令，剩下的工作就由显卡的显示芯片（GPU）来进行，这样CPU即可执行其他的任务，由此可以大大提高电脑的整体性能。显卡的显示芯片可以通过它们的数据传输宽度来划分，目前主流显卡分为64bit、128bit和256bit，拥有更大的带宽可以使芯片在一个时钟周期内处理更多的数据，带来更高的解析度和色深。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡的分类1.纯二维（2D）产品2.纯三维（3D）产品3.二维＋三维（2D+3D）产品郑州长城电脑学校2006-9-30显卡的分类从宏观的角度看，显卡大致可以分为3大类：纯二维（2D）产品、纯三维（3D）产品、二维+三维（2D+3D）产品。而区别3类产品的硬件因素主要有两个：核心加速芯片和显示存储器。郑州长城电脑学校2006-9-301.纯二维（2D）产品用于使用一块0计算X轴和Y轴像素的处理芯片，并且配合低速显示存储器，因此在处理高分辨率的图形资料时，就会出现严重的闪烁现象，对人的眼睛伤害极大，且处理数据速度减慢，这是比较老式的产品，目前市场上很少能看到这类产品。郑州长城电脑学校2006-9-302.纯三维（3D）产品在专业3D领域中有极强的优势。这类产品也是我们常说的专业显卡，它与相应的专业3D软件配合使用时，可以实时处理表现力复杂的3D模型。但弱点也比较突出：一是必须使用与硬件相配合的专用3D软件，否则硬件优势无法发挥；二是在2D方面的表现不尽理想，处理微软Office系列、Photoshop（广告设计专用）、Premiere（影视特效专用）等图形软件的速度相对较慢。郑州长城电脑学校2006-9-303.二维＋三维（2D+3D）产品这是目前的主流产品。在2D技术表现方面，这种产品的性能已经非常完善。在处理文字表格等文件时速度较快，表现广告、动画、影视等效果时也逼真。在3D技术方面，容纳了最新3D技术，如OpenGL、DirectDRAW、Driect3D的专业游戏接口等，使普通家庭和商业用户在PC机上就可以领略到3D技术的精妙。硬件三维技术和32位操作系统的巧妙配合以及在多媒体中表现的增强，已经实现了视频会议、电视、解压、PC转TV和DVD等多种功能。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡结构图解1.显卡总线接口2.显示存储器3.显示芯片4.显卡BIOS5.显卡输出端口郑州长城电脑学校2006-9-30显卡结构图解显卡的基本结构，显卡各部分的功能介绍如下。郑州长城电脑学校2006-9-30显示芯片显示存储器显卡总线接口显卡BIOS显示输出端口郑州长城电脑学校2006-9-30显卡总线接口显卡总线大致有ISA、PCI、AGP、AGPPro和PCIExpressX16等几种接口类型。ISA显卡和PCI显卡已经淘汰；AGP显卡是现在的主流显卡，技术从AGP1X发展到了AGP8X；PCIExpressX16是最新的显卡总线结构，其双向数据带宽是AGP8X的4倍，PCIExpressX16接口是未来显卡的发展方向。郑州长城电脑学校2006-9-30显示存储器显示存储器简称显存，是显卡上的关键核心部件之一，它的速度、位宽和容量大小会直接关系到显卡的最终性能表现。可以说显示芯片决定了显卡所能提供的功能和其基本性能，而显卡性能的发挥则很大程度上取决于显存。无论显示芯片的性能如何出众，显卡的最终性能都要通过配套的显存来发挥。郑州长城电脑学校2006-9-30显示存储器显存，也被叫做帧缓存，它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同电脑的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面是由一个个的像素点构成的，而每个像素点都以4至32甚至64位的数据来控制它的亮度和色彩，这些数据必须通过显存来保存，然后由显示芯片和CPU进行调配，最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。郑州长城电脑学校2006-9-30显示存储器显存一直随着显示芯片的发展而逐步前进。从早期的EDORAM、MDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM、SDRAM等到今天广泛采用的DDRSDRAM，显存经历了很多代的变革，现代显卡上的显存。目前市场中所采用的显存类型主要有SDRAM，DDRSDRAM，DDRSGRAM3种。SDRAMDDRSDRAMDDRSGRAM郑州长城电脑学校2006-9-30显示芯片显示芯片是显卡上的一个重要部分，用来处理软件指令，让显卡能完成某些特定的绘图功能。如今显卡功能越来越强劲，发热量也增多，因此市场上显卡的显示芯片上都有散热片和散热风扇，这样使显卡能够更加稳定地工作。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡BIOS显卡的BIOS同主板的BIOS相似，显卡的BIOS记录了显示芯片与驱动程序间的控制程序和产品标识等。早期的显卡BIOS使用的都是ROM，用户无法修改升级，现在显卡BIOS都采用EEPROM芯片，可以在特定的条件下进行修改升级。郑州长城电脑学校2006-9-30显卡输出端口显卡输出端口有标准VGA、D-Sub和TV-OUT等几种类型，VGA+TV-OUT+DVI的显卡，只带VGA输出的显卡。郑州长城电脑学校2006-9-30DVITV-OUTVGA郑州长城电脑学校2006-9-30VGA郑州长城电脑学校2006-9-30显存的性能指标1.显存容量2.显存速度3.显存位宽郑州长城电脑学校2006-9-30显存的性能指标显存的性能指标主要有显存容量、显存速度以及显存位宽。郑州长城电脑学校2006-9-30显存容量显存担负着系统与显卡之间数据交换以及显示芯片运算3D图形时的数据缓存，因此显存容量的大小决定了显示芯片处理的数据量。理论上讲，显存容量越大，显卡性能就越好。而实际上，同一块显卡显存为64M和显存为128M的性能差异不大，而显存速度和显存位宽才是影响显卡性能的关键指标。郑州长城电脑学校2006-9-30显存速度显存速度是显存非常重要的一个性能指标，显存速度决定于显存的时钟周期和运行频率，它们影响显存每次处理数据需要的时间。显存芯片速度越快，单位时间交换的数据量也就越大，在同等条件下，显卡性能也将会得到明显的提升。显存的时钟周期以ns（纳秒）为单位，运行频率则以MHz为单位。它们之间的关系为：运行频率＝1/时钟周期×1000。郑州长城电脑学校2006-9-30显存位宽显存位宽是显存也是显卡一个重要的性能指标。显存位宽可理解为数据进出通道的大小，在运行频率和显存容量相同的情况下，显存位宽越大，数据的吞吐量就越大，性能也就越好。现在常见的显存位宽有64bit、128bit和256bit，在运行频率相同的情况下，128bit显存位宽的数据吞吐量是64bit显存位宽的两倍，256bit显存位宽的数据吞吐量是128bit显存位宽的两倍。郑州长城电脑学校2006-9-307.2显卡总线接口7.2.1ISA总线接口7.2.2PCI总线接口7.2.3AGP总线接口7.2.4PCI-Express总线接口郑州长城电脑学校2006-9-30显卡总线接口显卡总线接口主要有ISA总线接口、PCI总线接口、AGP总线接口、AGPPro总线接口和PCI-Express等，下面分别进行介绍。郑州长城电脑学校2006-9-30ISA总线接口ISA（IndustryStandardArchitecture，工业标准结构）总线接口是由Intel公司、IEEE协会和EISA集团为了能够更合理地开发外插接口而联合开发的一种总线接口。ISA总线接口的主要性能指标如下：I/O地址空间“0100H~03FFH24”位地址线可直接寻址的容量为16MB，8/16位数据线，62/36引脚，最大位宽16bit，最高时钟频率8MHz，最大稳定传输率16MB/s，DMA通道功能开放式总线结构，允许多个物理设备共享系统资源ISA插槽，可以插入符合该规范的ISA插卡。郑州长城电脑学校2006-9-30PCI总线接口随着图形处理技术和多媒体技术的广泛应用，以Windows为代表的图形用户接口（GUI）进入PC机之后，要求有高速的图形描绘能力和I/O处理能力。这不仅要求图形适配卡要改善其性能，也对总线接口的速度提出了挑战。PCI总线接口的工作频率为33MHz，最大数据传输速率可达133MB/s，同时具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力。PCI总线在进行3D图形描绘时，显卡的显存中不仅有影像数据，还有纹理数据（TextureData）、Z轴的距离数据及Alpha变换数据等，特别是纹理数据的信息量相当大。如果要描绘细致的3D图形，就要求显存容量很大，再加之必须采用较快速的显存，从而使价格居高不下。郑州长城电脑学校2006-9-307.2.3AGP总线接口1.AGP1.0（AGP1X、AGP2X）2.AGP2.0（AGP4X）3.AGPPro4.AGP3.0（AGP8X）郑州长城电脑学校2006-9-30AGP总线接口AGP（AcceleratedGraphicsPort）加速图形端口，是一种为了提高视频带宽而设计的总线标准。AGP标准在使用32位总线时，其工作频率为66MHz，最高数据传输率为533MB/s，而PCI总线理论上的最大传输率仅为133MB/s。目前最高规格的AGP8X模式下，数据传输速度达到了2.1GB/s。AGP接口的发展经历了AGP1.0（AGP1X、AGP2X）、AGP2.0（AGPPro、AGP4X）和AGP3.0（AGP8X）等阶段，其传输速度也从最早的AGP1X的266MB/s的带宽发展到了AGP8X的2.1GB/s。郑州长城电脑学校2006-9-30AGP1.0（AGP1X、AGP2X）1996年7月AGP1.0图形标准问世，分为1X和2X两种模式，数据传输带宽分别达到了266MB/s和533MB/s。AGP1.0图形接口标准是在66MHzPCI2.1标准基础上经