顯卡結構及工作原理詳細解讀.doc

什么是顯卡？顯卡的工作非常復雜，但其原理和部件很容易理解。在本文中，我們先來了解顯卡的基本部件和它們的作用。此外，我們還將考察那些共同發(fā)揮作用以使顯卡能夠快速、高效工作的因素。顯示卡(videocard)是系統(tǒng)必備的裝置，它負責將CPU送來的影像資料(data)處理成顯示器(monitor)可以了解的格式，再送到顯示屏(screen)上形成影像。它是我們從電腦獲取資訊最重要的管道。因此顯示卡及顯示器是電腦最重要的部份之一。我們在監(jiān)視器上看到的圖像是由很多個小點組成的，這些小點稱為“像素”。在最常用的分辨率設置下，屏幕顯示一百多萬個像素，電腦必須決定如何處理每個像素，以便生成圖像。為此，它需要一位“翻譯”，負責從CPU獲得二進制數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)轉換成人眼可以看到的圖像。除非電腦的主板內置了圖形功能，否則這一轉換是在顯卡上進行的。我們都知道，計算機是二進制的，也就是0和1，但是總不見的直接在顯示器上輸出0和1，所以就有了顯卡，將這些0和1轉換成圖像顯示出來。顯卡的基本原理顯卡的主要部件是：主板連接設備、監(jiān)視器連接設備、處理器和內存。不同顯卡的工作原理基本相同CPU與軟件應用程序協(xié)同工作，以便將有關圖像的信息發(fā)送到顯卡。顯卡決定如何使用屏幕上的像素來生成圖像。之后，它通過線纜將這些信息發(fā)送到監(jiān)視器。顯卡的演變自從IBM于1981年推出第一塊顯卡以來，顯卡已經(jīng)有了很大改進。第一塊顯卡稱為單色顯示適配器（MDA），只能在黑色屏幕上顯示綠色或白色文本。而現(xiàn)在，新型顯卡的最低標準是視頻圖形陣列（VGA），它能顯示256種顏色。通過像量子擴展圖矩陣（QuantumExtendedGraphicsArray，QXGA）這樣的高性能標準，顯卡可以在最高達2040x1536像素的分辨率下顯示數(shù)百萬種顏色。根據(jù)二進制數(shù)據(jù)生成圖像是一個很費力的過程。為了生成三維圖像，顯卡首先要用直線創(chuàng)建一個線框。然后，它對圖像進行光柵化處理（填充剩余的像素）。此外，顯卡還需添加明暗光線、紋理和顏色。對于快節(jié)奏的游戲，電腦每秒鐘必須執(zhí)行此過程約60次。如果沒有顯卡來執(zhí)行必要的計算，則電腦將無法承擔如此大的工作負荷。顯卡工作的四個主要部件顯卡在完成工作的時候主要靠四個部件協(xié)調來完成工作，主板連接設備，用于傳輸數(shù)據(jù)和供電，處理器用于決定如何處理屏幕上的每個像素，內存用于存放有關每個像素的信息以及暫時存儲已完成的圖像，監(jiān)視器連接設備便于我們查看最終結果。處理器和內存像主板一樣，顯卡也是裝有處理器和RAM的印刷電路板。此外，它還具有輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS）芯片，該芯片用于存儲顯卡的設置以及在啟動時對內存、輸入和輸出執(zhí)行診斷。顯卡的處理器稱為圖形處理單元（GPU），它與電腦的CPU類似。但是，GPU是專為執(zhí)行復雜的數(shù)學和幾何計算而設計的，這些計算是圖形渲染所必需的。某些最快速的GPU所具有的晶體管數(shù)甚至超過了普通CPU。GPU會產(chǎn)生大量熱量，所以它的上方通常安裝有散熱器或風扇。除了其處理能力以外，GPU還使用特殊的程序設計來幫助自己分析和使用數(shù)據(jù)。市場上的絕大多數(shù)GPU都是AMD和NV生產(chǎn)的，并且這兩家公司都開發(fā)出了自己的GPU性能增強功能。為了提高圖像質量，這些處理器使用全景抗鋸齒技術，它能讓三維物體的邊緣變得平滑，以及各向異性過濾，它能使圖像看上去更加鮮明。GPU在生成圖像時，需要有個地方能存放信息和已完成的圖像。這正是顯卡RAM用途所在，它用于存儲有關每個像素的數(shù)據(jù)、每個像素的顏色及其在屏幕上的位置。有一部分RAM還可以起到幀緩沖器的作用，這意味著它將保存已完成的圖像，直到顯示它們。通常，顯卡RAM以非常高的速度運行，且采取雙端口設計，這意味著系統(tǒng)可以同時對其進行讀取和寫入操作。RAM直接連接到數(shù)模轉換器，即DAC。這個轉換器也稱為RAMDAC，用于將圖像轉換成監(jiān)視器可以使用的模擬信號。有些顯卡具有多個RAMDAC，這可以提高性能及支持多臺監(jiān)視器。顯卡輸入和輸出ADC連接器蘋果公司曾經(jīng)制造過使用專利產(chǎn)品AppleDisplayConnector（ADC）的監(jiān)視器。盡管這些監(jiān)視器目前仍在使用，但蘋果公司新出的監(jiān)視器已改為使用DVI連接設備。顯卡通過主板連接到電腦主板為顯卡供電，并使其可以與CPU通信。對于較高端的顯卡，主板所提供的電能往往不足，所以顯卡還直接連接到電腦的電源。顯卡與主板的連接通常是借助外設部件互連（PCI）、高級圖形端口（AGP）、PCIExpress（PCIe）等三種接口接口來實現(xiàn)的，在這三種接口中，PCIExpress是最新型的接口，它能在顯卡和主板之間提供最快的傳輸速率。此外，PCIe還支持在一臺電腦中使用兩塊顯卡。大多數(shù)人僅使用他們具有的兩種監(jiān)視器連接設備中的一種。需要使用兩臺監(jiān)視器的用戶可以購買具有雙頭輸出功能的顯卡，它能將畫面分割并顯示到兩個屏幕上。理論上，如果電腦配有兩塊具有雙頭輸出功能且提供PCIe接口的顯卡，則它能夠支持四臺監(jiān)視器。除了用于主板和監(jiān)視器的連接設備以外，有些顯卡還具有用于以下用途的連接設備：電視顯示：電視輸出或S-Video、模擬攝像機：ViVo（視頻輸入/視頻輸出、數(shù)碼相機：火線或USB有些顯卡還自帶了電視調諧器。影響顯卡速度和效率的因素DirectX和OpenGLDirectX和OpenGL都是應用程序編程接口，簡稱API。API提供用于復雜任務（例如三維渲染）的指令，以此幫助軟硬件更高效地通信。開發(fā)人員針對特定的API來優(yōu)化大量使用圖形的游戲。這就是最新的游戲通常需要DirectX或OpenGL的更新版才能正確運行的原因。API不同于驅動程序。驅動程序是使硬件可以與電腦的操作系統(tǒng)進行通信的程序。但如同更新版的API一樣，更新版的設備驅動程序可以幫助程序正確運行。如何衡量顯卡好壞？頂級顯卡很容易辨認，它應該具有大量內存和速度很快的處理器。此外，與其他任何要安裝到電腦機箱中的部件相比，它通常是最令人關注的。很多高性能顯卡都聲稱需要或直接配備了外形夸張的風扇或散熱器。但高端顯卡提供的功能超出了大多數(shù)人的真實需要。對于主要使用電腦來收發(fā)電子郵件、從事文字處理或上網(wǎng)沖浪的用戶來說，帶有集成顯卡的主板便能夠提供所有必要的圖形功能。對于大多數(shù)偶爾玩游戲的用戶來說，中端顯卡已經(jīng)足以滿足需要。只有游戲迷和那些需要完成大量三維圖形工作的用戶才需要高端顯卡。顯卡性能的一個很好的整體衡量標準是它的幀速，它是以每秒的幀數(shù)（FPS）為單位加以衡量的。幀速說明了顯卡每秒鐘能顯示多少幅完整的圖像。人眼的處理能力約為每秒25幀，而動感快速的游戲至少需要60FPS的幀速才能提供平滑的動畫和滾動。影響幀速的因素包括：每秒生成的三角形數(shù)或頂點數(shù)三維圖像是由三角形或多邊形組成的。這項指標說明了GPU能夠以多快的速度計算整個多邊形或對該多邊形進行定義的頂點。一般而言，它說明了顯卡能以多快的速度生成線框圖像。像素填充速率：這項指標說明了GPU一秒鐘內能處理多少個像素，從而也就說明了顯卡能以多快的速度對圖像進行光柵化處理。顯卡的硬件對其速度具有直接影響。以下是對顯卡速度影響最大的硬件性能指標及其衡量單位：GPU時鐘速度（MHz）、內存總線的容量（位）、可用內存的數(shù)量（MB）、內存時鐘速率（MHz）內存帶寬（GB/s）、RAMDAC速度（MHz）。電腦的CPU和主板也對顯卡速度有一定影響，因為非?？焖俚娘@卡并不能彌補主板在快速傳輸數(shù)據(jù)方面的能力的不足。同樣，顯卡與主板之間的連接以及它從CPU獲取指令的速度都會影響其性能。超頻有些用戶選擇將自己顯卡的時鐘速度手動設置為更高的速率，以此來提高顯卡的性能，這稱為超頻。人們通常選擇對顯卡的內存進行超頻，因為對GPU進行超頻可能會導致過熱。雖然超頻可以獲得更好的性能，但它也會使制造商的質保失效。顯卡主要參數(shù)術語解釋：顯示芯片又稱圖型處理器-GPU，它在顯卡中的作用，就如同CPU在電腦中的作用一樣。更直接的比喻就是大腦在人身體里的作用。GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，并進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所采用的核心技術有硬件T&L（幾何轉換和光照處理）、立方環(huán)境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬件T&L技術可以說是GPU的標志。GPU的生產(chǎn)主要由nVidia與ATI兩家廠商生產(chǎn)。開發(fā)代號所謂開發(fā)代號就是顯示芯片制造商為了便于顯示芯片在設計、生產(chǎn)、銷售方面的管理和驅動架構的統(tǒng)一而對一個系列的顯示芯片給出的相應的基本的代號。開發(fā)代號作用是降低顯示芯片制造商的成本、豐富產(chǎn)品線以及實現(xiàn)驅動程序的統(tǒng)一。一般來說，顯示芯片制造商可以利用一個基本開發(fā)代號再通過控制渲染管線數(shù)量、頂點著色單元數(shù)量、顯存類型、顯存位寬、核心和顯存頻率、所支持的技術特性等方面來衍生出一系列的顯示芯片來滿足不同的性能、價格、市場等不同的定位，還可以把制造過程中具有部分瑕疵的高端顯示芯片產(chǎn)品通過屏蔽管線等方法處理成為完全合格的相應低端的顯示芯片產(chǎn)品出售，從而大幅度降低設計和制造的難度和成本，豐富自己的產(chǎn)品線。同一種開發(fā)代號的顯示芯片可以使用相同的驅動程序，這為顯示芯片制造商編寫驅動程序以及消費者使用顯卡都提供了方便。制造工藝制造工藝指得是在生產(chǎn)GPU過程中，要進行加工各種電路和電子元件，制造導線連接各個元器件。通常其生產(chǎn)的精度以nm(納米)來表示（1mm=1000000nm），精度越高，生產(chǎn)工藝越先進。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。微電子技術的發(fā)展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以后，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.09微米，再到主流的65納米、55納米、40納米。核心頻率顯卡的核心頻率是指顯示核心的工作頻率，其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能，但顯卡的性能是由核心頻率、流處理器單元、顯存頻率、顯存位寬等等多方面的情況所決定的，因此在顯示核心不同的情況下，核心頻率高并不代表此顯卡性能強勁。比如GTS250的核心頻率達到了750MHz，要比GTX260+的576MHz高，但在性能上GTX260+絕對要強于GTS250。在同樣級別的芯片中，核心頻率高的則性能要強一些，提高核心頻率就是顯卡超頻的方法之一。顯卡BIOS顯卡BIOS主要用于存放顯示芯片與驅動程序之間的控制程序，另外還存有顯示卡的型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家及出廠時間等信息。打開計算機時，通過顯示BIOS內的一段控制程序，將這些信息反饋到屏幕上。早期顯示BIOS是固化在ROM中的，不可以修改，而多數(shù)顯示卡則采用了大容量的EPROM，即所謂的FlashBIOS，可以通過專用的程序進行改寫或升級。顯存顯示內存的簡稱。顧名思義，其主要功能就是暫時將儲存顯示芯片要處理的數(shù)據(jù)和處理完畢的數(shù)據(jù)。圖形核心的性能愈強，需要的顯存也就越多。以前的顯存主要是SDR的，容量也不大。市面上的顯卡大部分采用的是GDDR3顯存，現(xiàn)在最新的顯卡則采用了性能更為出色的GDDR4或GDDR5顯存。顯存主要由傳統(tǒng)的內存制造商提供，比如三星、現(xiàn)代、Kingston等。顯卡上采用的顯存類型主要有SDRAM ,DDRSDRAM，DDRSGRAM、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5。DDRSGRAM是顯卡廠商特別針對繪圖者需求，為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動態(tài)隨機存取內存（SDRAM）所改良而得的產(chǎn)品。SGRAM允許以方塊(Blocks)為單位個別修改或者存取內存中的資料，它能夠與中央處理器(CPU)同步工作，可以減少內存讀取次數(shù)，增加繪圖控制器的效率，盡管它穩(wěn)定性不錯，而且性能表現(xiàn)也很好，但是它的超頻性能很差。顯存位寬顯存位寬是顯存在一個時鐘周期內所能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，位數(shù)越大則瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，這是顯存的重要參數(shù)之一。2009年市場上的顯存位寬有64位、128位、256位和512位幾種，人們習慣上叫的64位顯卡、128位顯卡和256位顯卡就是指其相應的顯存位寬。顯存位寬越高，性能越好價格也就越高，因此512位寬的顯存更多應用于高端顯卡，而主流顯卡基本都采用128和256位顯存。顯存帶寬顯存頻率X顯存位寬/8，在顯存頻率相當?shù)那闆r下，顯存位寬將決定顯存帶寬的大小。顯卡的顯存是由一塊塊的顯存芯片構成的，顯存總位寬同樣也是由顯存顆粒的位寬組成。顯存位寬顯存顆粒位寬顯存顆粒數(shù)。顯存顆粒上都帶有相關廠家的內存編號，可以去網(wǎng)上查找其編號，就能了解其位寬，再乘以顯存顆粒數(shù)，就能得到顯卡的位寬。顯存速度顯存速度一般以ns（納秒）為單位。常見的顯存速度有1.2ns、1.0ns、0.8ns等，越小表示速度越快、越好。顯存的理論工作頻率計算公式是：等效工作頻率（MHz）1000/（顯存速度n）（n因顯存類型不同而不同，如果是GDDR3顯存則n=2；GDDR5顯存則n=4）。顯存頻率顯存頻率一定程度上反應著該顯存的速度，以MHz（兆赫茲）為單位，顯存頻率隨著顯存的類型、性能的不同而不同；DDRSDRAM顯存則能提供較高的顯存頻率，因此是采用最為廣泛的顯存類型，無論中、低端顯卡，還是高端顯卡大部分都采用DDRSDRAM，其所能提供的顯存頻率也差異很大，主要有400MHz、500MHz、600MHz、650MHz等，高端產(chǎn)品中還有800MHz或900MHz，乃至更高。流處理器單元在DX10顯卡出來以前，并沒有“流處理器”這個說法。GPU內部由“管線”構成，分為像素管線和頂點管線，它們的數(shù)目是固定的。簡單來說，頂點管線主要負責3D建模，像素管線負責3D渲染。由于它們的數(shù)量是固定的，這就出現(xiàn)了一個問題，當某個游戲場景需要大量的3D建模而不需要太多的像素處理，就會造成頂點管線資源緊張而像素管線大量閑置，當然也有截然相反的另一種情況。在這樣的情況下，人們在DX10時代首次提出了“統(tǒng)一渲染架構”，顯卡取消了傳統(tǒng)的“像素管線”和“頂點管線”，統(tǒng)一改為流處理器單元，它既可以進行頂點運算也可以進行像素運算，這樣在不同的場景中，顯卡就可以動態(tài)地分配進行定點運算和像素運算的流處理器數(shù)量，達到資源的充分利用；現(xiàn)在，流處理器的數(shù)量的多少已經(jīng)成為了決定顯卡性能高低的一個很重要的指標，Nvidia和AMD-ATI也在不斷地增加顯卡的流處理器數(shù)量使顯卡的性能達到跳躍式增長，值得一提的是，N卡和A卡GPU架構并不一樣，對于流處理器數(shù)的分配也不一樣。雙卡技術SLI和CrossFire分別是Nvidia和ATI兩家的雙卡或多卡互連工作組模式.其本質是差不多的.只是叫法不同，SLIScanLineInterlace（掃描線交錯）技術是3dfx公司應用于Voodoo上的技術，它通過把2塊Voodoo卡用SLI線物理連接起來，工作的時候一塊Voodoo卡負責渲染屏幕奇數(shù)行掃描，另一塊負責渲染偶數(shù)行掃描，從而達到將兩塊顯卡“連接”在一起獲得“雙倍”的性能。SLI中文名速力，到2009年SLI工作模式與早期Voodoo有所不同，改為屏幕分區(qū)渲染。DirectXDirectX并不是一個單純的圖形API，它是由微軟公司開發(fā)的用途廣泛的API，它包含有DirectGraphics(Direct3D+DirectDraw)、DirectInput、DirectPlay、DirectSound、DirectShow、DirectSetup、DirectMediaObjects等多個組件，它提供了一整套的多媒體接口方案。只是其在3D圖形方面的優(yōu)秀表現(xiàn)，讓它的其它方面顯得暗淡無光。DirectX開發(fā)之初是為了彌補Windows3.1系統(tǒng)對圖形、聲音處理能力的不足，已發(fā)展成為對整個多媒體系統(tǒng)的各個方面都有決定性影響的接口，最新版本為DirectX11。目錄1工作原理2基本結構3接口分類4分類5軟件配置6參數(shù)介紹工作原理數(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 （圖形處理器）將 CPU 送來的數(shù)據(jù)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)，由顯示顯存讀取出數(shù)據(jù)再送到 RAM DAC 進 行數(shù)據(jù)轉換的工作(數(shù)碼信號轉模擬信號)。4、從 DAC 進入顯示器 (Monitor)將轉換完的模擬信號送到顯示屏。顯示效能是系統(tǒng)效能的一部份，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部。第一步是由 CPU(運算器和控制器一起組成了計算機的核心,成為微處理器或中央處理器,即CPU) 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?；窘Y構1 GPU（類似于主板的CPU）全稱是Graphic Processing Unit，中文翻譯為圖形處理器。NVIDIA公司在發(fā)布GeForce 256圖形處理芯片時首先提出的概念。GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，并進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所采用的核心技術有硬件T&L(幾何轉換和光照處理)、立方環(huán)境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬件T&L技術可以說是GPU的標志。GPU的生產(chǎn)主要由nVidia與ATI兩家廠商生產(chǎn)。2 顯存（類似于主板的內存）顯示內存的簡稱。顧名思義，其主要功能就是暫時將儲存顯示芯片要處理的數(shù)據(jù)和處理完畢的數(shù)據(jù)。圖形核心的性能愈強，需要的顯存也就越多。以前的顯存主要是SDR的，容量也不大。而現(xiàn)在市面上基本采用的都是DDR3規(guī)格的，在某些高端卡上更是采用了性能更為出色的DDR4或DDR5代內存。顯存主要由傳統(tǒng)的內存制造商提供，比如三星、現(xiàn)代、Kingston等。3 顯卡bios（類似于主板的bios）顯卡BIOS 主要用于存放顯示芯片與驅動程序之間的控制程序，另外還存有顯示卡的型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家及出廠時間等信息。打開計算機時，通過顯示BIOS 內的一段控制程序，將這些信息反饋到屏幕上。早期顯示BIOS 是固化在ROM 中的，不可以修改，而現(xiàn)在的多數(shù)顯示卡則采用了大容量的EPROM，即所謂的Flash BIOS，可以通過專用的程序進行改寫或升級。4 顯卡PCB板（類似于主板）就是顯卡的電路板，它把顯卡上的部件連接起來。功能類似主板。5比如GPU風扇等等。接口分類數(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 （圖形處理器）將 CPU 送來的數(shù)據(jù)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)，由顯示顯存讀取出數(shù)據(jù)再送到 RAM DAC 進 行數(shù)據(jù)轉換的工作(數(shù)碼信號轉模擬信號)。4、從 DAC 進入顯示器 (Monitor)將轉換完的模擬信號送到顯示屏。顯示效能是系統(tǒng)效能的一部份，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部。第一步是由 CPU(運算器和控制器一起組成了計算機的核心,成為微處理器或中央處理器,即CPU) 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。分類集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關電路都做在主板上，與主板融為一體；集成顯卡的顯示芯片有單獨的，但現(xiàn)在大部分都集成在主板的北橋芯片中；一些主板集成的顯卡也在主板上單獨安裝了顯存，但其容量較小，集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱，不能對顯卡進行硬件升級，但可以通過CMOS調節(jié)頻率或刷入新BIOS文件實現(xiàn)軟件升級來挖掘顯示芯片的潛能；集成顯卡的優(yōu)點是功耗低、發(fā)熱量小、部分集成顯卡的性能已經(jīng)可以媲美入門級的獨立顯卡，所以不用花費額外的資金購買顯卡。獨立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨立的板卡存在，它需占用主板的擴展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E。獨立顯卡單獨安裝有顯存，一般不占用系統(tǒng)內存，在技術上也較集成顯卡先進得多，比集成顯卡能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進行顯卡的硬件升級；其缺點是系統(tǒng)功耗有所加大，發(fā)熱量也較大，需額外花費購買顯卡的資金。 獨立顯卡成獨立的板卡存在，需要插在主板的相應接口上，獨立顯卡具備單獨的顯存，不占用系統(tǒng)內存，而且技術上領先于集成顯卡，能夠提供更好的顯示效果和運行性能。軟件配置1）DirectXDirectX并不是一個單純的圖形API，它是由微軟公司開發(fā)的用途廣泛的API，它包含有Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多個組件，它提供了一整套的多媒體接口方案。只是其在3D圖形方面的優(yōu)秀表現(xiàn)，讓它的方面顯得暗淡無光。DirectX開發(fā)之初是為了彌補Windows 3.1系統(tǒng)對圖形、聲音處理能力的不足，而今已發(fā)展成為對整個多媒體系統(tǒng)的各個方面都有決定性影響的接口。最新版本為DirectX 11。Direct3D（簡稱D3D）DirectX是微軟開發(fā)并發(fā)布的多媒體開發(fā)軟件包，其中有一部分叫做Direct3D。大概因為是微軟的手筆，有的人就說它將成為3D圖形的標準。2）OpenGL OpenGL是OpenGraphicsLib的縮寫，是一套三維圖形處理庫，也是該領域的工業(yè)標準。計算機三維圖形是指將用數(shù)據(jù)描述的三維空間通過計算轉換成二維圖像并顯示或打印出來的技術。OpenGL就是支持這種轉換的程序庫，它源于SGI公司為其圖形工作站開發(fā)的IRIS GL，在跨平臺移植過程中發(fā)展成為OpenGL。SGI在1992年7月發(fā)布1.0版，后成為工業(yè)標準，由成立于1992年的獨立財團OpenGL Architecture Review Board (ARB)控制。SGI等ARB成員以投票方式產(chǎn)生標準，并制成規(guī)范文檔(Specification)公布，各軟硬件廠商據(jù)此開發(fā)自己系統(tǒng)上的實現(xiàn)。只有通過了ARB規(guī)范全部測試的實現(xiàn)才能稱為OpenGL。1995年12月ARB批準了1.1版本，最新版規(guī)范是在SIGGRAPH2007公布的OpenGL 3.0。參數(shù)介紹 1.顯示芯片（型號、版本級別、開發(fā)代號、制造工藝、核心頻率）2.顯存（類型、位寬、容量、封裝類型、速度、頻率） 3.技術（像素渲染管線、頂點著色引擎數(shù)、3D API、RAMDAC頻率及支持MAX分辨率） 4.PCB板（PCB層數(shù)、顯示接口、輸出接口、散熱裝置）1）顯示芯片顯示芯片: 又稱圖型處理器 -GPU，它在顯卡中的作用，就如同CPU在電腦中的作用一樣。更直接的比喻就是大腦在人身體里的作用。 先簡要介紹一下常見的生產(chǎn)顯示芯片的廠商：Intel、ATI、nVidia、VIA（S3）、SIS、Matrox、3D Labs。 Intel、VIA（S3）、SIS 主要生產(chǎn)集成芯片； ATI、nVidia 以獨立芯片為主，是目前市場上的主流。 Matrox、3D Labs 則主要面向專業(yè)圖形市場。 由于ATI和nVidia基本占據(jù)了主流顯卡市場，下面主要將主要針對這兩家公司的產(chǎn)品做介紹。版本型號ATi公司的主要品牌 Radeon(鐳龍) 系列，其型號由早其的 Radeon Xpress 200到Radeon (X300、X550、X600、X700、X800、X850)到近期的Radeon (4670,4850,4870,4850X2,4870X2) 性能依次由低到高。nVIDIA公司的主要品牌 GeForce（精視）系列，其型號由早其的 GeForce 256、GeForce2 (100/200/400)、GeForce3(200/500)、GeForce4 (420/440/460/4000/4200/4400/4600/4800)到GeForce (5200/5500/5600/5700/5800/5900/5950)、GeForce (6100/6150/6200/6400/6500/6600/6800/) 、GeForce (8400/8500/8600/8700/8800)再到近期的GeForce (9800GTX+/9800GX2/GTX260/GTX260+/GTX280/GTX275/GTX285/GTX295)由低到高。版本級別: 除了上述標準版本之外，還有些特殊版，特殊版一般會在標準版的型號后面加個后綴，常見的有：ATi: SE(Simplify Edition 簡化版)通常只有64bit內存界面,或者是像素流水線數(shù)量減少。 Pro(Professional Edition 專業(yè)版) 高頻版，一般比標版在管線數(shù)量/頂點數(shù)量還有頻率這些方面都要稍微高一點。 XT (eXTreme 高端版)是ATi系列中高端的，而nVIDIA用作低端型號。XT PE (eXTreme Premium Edition XT白金版)高端的型號。 XL (eXtreme Limited 高端系列中的較低端型號)ATI最新推出的R430中的高頻版 XTX (XT eXtreme 高端版)X1000系列發(fā)布之后的新的命名規(guī)則。CE (Crossfire Edition 交叉火力版)交叉火力。 VIVO (VIDEO IN and VIDEO OUT)指顯卡同時具備視頻輸入與視頻捕捉兩大功能。HM (Hyper Memory)可以占用內存的顯卡nVIDIA:ZT在XT基礎上再次降頻以降低價格。 XT降頻版，而在ATi中表示最高端。LE (Lower Edition 低端版)和XT基本一樣，ATi也用過。 SE和LE相似基本是GS的簡化版最低端的幾個型號MX平價版，大眾類。GS普通版或GT的簡化版。GE也是簡化版不過略微強于GS一點點 /影馳顯卡用來表示骨灰玩家版的東東 GT常見的游戲芯片。比GS高一個檔次 因為GT沒有縮減管線和頂點單元。GTS介于GT和GTX之間的版本 GT的加強版 GTX (GT eXtreme)現(xiàn)在代表著最強的版本 簡化后成為成為GT Ultra在GF8系列之前代表著最高端，但9系列最高端的命名就改為GTX 。GT2 eXtreme雙GPU顯卡。TI (Titanium 鈦)以前的用法 一般就是代表了nVidia的高端版本。 Go用于移動平臺。 TC (Turbo Cache)可以占用內存的顯卡GX2（GT eXtreme）指兩塊顯卡以SLI并組的方式整合為一塊顯卡 不同于SLI的是只有一個接口如9800GX2 7950GX2自G100系列之后，NVIDIA重新命名顯卡后綴版本，使產(chǎn)品線更加整齊 GTX高端/性能級顯卡 GTX295 GTX275 GTX285 GTX280 GTX260GT代表主流產(chǎn)品線 GT120 GT130 GT140GTS250(9500GT 9600GT 9800GT 9800GTX+ )G低端入門產(chǎn)品 G100 G110 (9300GS 9400GT )開發(fā)代號： 所謂開發(fā)代號就是顯示芯片制造商為了便于顯示芯片在設計、生產(chǎn)、銷售方面的管理和驅動架構的統(tǒng)一而對一個系列的顯示芯片給出的相應的基本的代號。開發(fā)代號作用是降低顯示芯片制造商的成本、豐富產(chǎn)品線以及實現(xiàn)驅動程序的統(tǒng)一。一般來說，顯示芯片制造商可以利用一個基本開發(fā)代號再通過控制渲染管線數(shù)量、頂點著色單元數(shù)量、顯存類型、顯存位寬、核心和顯存頻率、所支持的技術特性等方面來衍生出一系列的顯示芯片來滿足不同的性能、價格、市場等不同的定位，還可以把制造過程中具有部分瑕疵的高端顯示芯片產(chǎn)品通過屏蔽管線等方法處理成為完全合格的相應低端的顯示芯片產(chǎn)品出售，從而大幅度降低設計和制造的難度和成本，豐富自己的產(chǎn)品線。同一種開發(fā)代號的顯示芯片可以使用相同的驅動程序，這為顯示芯片制造商編寫驅動程序以及消費者使用顯卡都提供了方便。 同一種開發(fā)代號的顯示芯片的渲染架構以及所支持的技術特性是基本上相同的，而且所采用的制程也相同，所以開發(fā)代號是判斷顯卡性能和檔次的重要參數(shù)。同一類型號的不同版本可以是一個代號，例如：GeForce (X700、X700 Pro、X700 XT) 代號都是 RV410；而Radeon (X1900、X1900XT、X1900XTX) 代號都是 R580 等，但也有其他的情況，如：GeForce (7300 LE、7300 GS) 代號是 G72 ；而 GeForce (7300 GT、7600 GS、7600 GT) 代號都是 G73 等。制造工藝： 制造工藝指得是在生產(chǎn)GPU過程中，要進行加工各種電路和電子元件，制造導線連接各個元器件。通常其生產(chǎn)的精度以um(微米)來表示，未來有向nm(納米)發(fā)展的趨勢（1mm=1000um 1um=1000nm），精度越高，生產(chǎn)工藝越先進。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。 制造工藝的微米是指IC(integratedcircuit 集成電路)內電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。微電子技術的發(fā)展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以后，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米，再到目前主流的 90 納米(0.09微米) 、65 納米、55nm等。核心頻率：顯卡的核心頻率是指顯示核心的工作頻率，其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能，但顯卡的性能是由核心頻率、顯存頻率、顯存位寬、像素管線顯存容量、像素填充率等等多方面的情況所決定的，因此在顯示核心不同的情況下，核心頻率高并不代表此顯卡性能強勁。比如9600PRO的核心頻率達到了400MHz，要比9800PRO的380MHz高，但在性能上9800PRO絕對要強于9600PRO。在同樣級別的芯片中，核心頻率高的則性能要強一些，提高核心頻率就是顯卡超頻的方法之一。顯示芯片主流的只有ATI和NVIDIA兩家，兩家都提供顯示核心給第三方的廠商，在同樣的顯示核心下，部分廠商會適當提高其產(chǎn)品的顯示核心頻率，使其工作在高于顯示核心固定的頻率上以達到更高的性能。2）顯存類型： 顯卡上采用的顯存類型主要有SDRDDRSDRAM，DDRSGRAM、DDR2、DDR3、DDR4 、DDR5。DDRSDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫(雙倍數(shù)據(jù)速率) ，它能提供較高的工作頻率，帶來優(yōu)異的數(shù)據(jù)處理性能。DDR SGRAM是顯卡廠商特別針對繪圖者需求，為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動態(tài)隨機存取內存（SDRAM）所改良而得的產(chǎn)品。SGRAM允許以方塊 (Blocks) 為單位個別修改或者存取內存中的資料，它能夠與中央處理器(CPU)同步工作，可以減少內存讀取次數(shù)，增加繪圖控制器的效率，盡管它穩(wěn)定性不錯，而且性能表現(xiàn)也很好，但是它的超頻性能很差。 目前市場上的主流是DDR2、DDR3 。(ATi則有部分顯卡是GDDR4，GDDR5)帶寬： 顯存位寬是顯存在一個時鐘周期內所能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，位數(shù)越大則瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，這是顯存的重要參數(shù)之一。目前市場上的顯存位寬有64位、128位、256位和512位幾種，人們習慣上叫的64位顯卡、128位顯卡和256位顯卡就是指其相應的顯存位寬。顯存位寬越高，性能越好價格也就越高，因此512位寬的顯存更多應用于高端顯卡，而主流顯卡基本都采用128和256位顯存。 顯存帶寬顯存頻率X顯存位寬/8，在顯存頻率相當?shù)那闆r下，顯存位寬將決定顯存帶寬的大小。例如：同樣顯存頻率為500MHz的128位和256位顯存，那么它倆的顯存帶寬將分別為：128位500MHz*1288=8GB/s，而256位500MHz*2568=16GB/s，是128位的2倍，可見顯存位寬在顯存數(shù)據(jù)中的重要性。顯卡的顯存是由一塊塊的顯存芯片構成的，顯存總位寬同樣也是由顯存顆粒的位寬組成。顯存位寬顯存顆粒位寬顯存顆粒數(shù)。顯存顆粒上都帶有相關廠家的內存編號，可以去網(wǎng)上查找其編號，就能了解其位寬，再乘以顯存顆粒數(shù)，就能得到顯卡的位寬。容量： 雖然說在其他參數(shù)相同的情況下容量是越大越好，但對顯卡這方面并不是很精通的朋友注意不要被大容量顯存吸引了，比如說384M的9600GSO就遠強于512M的9600GSO，原因有很多，這里就不一一列出了。只需要注意選擇顯卡時顯存只不過是參考之一，重要的還是其他的數(shù)據(jù)，比如核心、位寬、頻率等，這些決定顯卡的性能優(yōu)先于顯存容量。主流容量包括64M 128M 256M 384M 512M 768M 896M 1G 1792M 2G等封裝類型 顯存封裝形式主要有: TSOP (Thin Small OutLine Package) 薄型小尺寸封裝QFP(Quad Flat Package)小型方塊平面封裝MicroBGA (Micro Ball Grid Array)微型球閘陣列封裝，又稱FBGA(Fine-pitch Ball Grid Array) 2004年前的主流顯卡基本上是用TSOP和MBGA封裝，TSOP封裝居多. 但是由于nvidia的gf3、4系的出現(xiàn)，MBGA成為主流，mpga封裝可以達到更快的顯存速度，遠超TSOP的極限400MHZ。速度： 顯存速度一般以ns（納秒）為單位。常見的顯存速度有7ns、6ns、5.5ns、5ns、4ns，3.6ns、2.8ns、2.2ns、1.1ns 等，越小表示速度越快越好。 顯存的理論工作頻率計算公式是：額定工作頻率（MHz）1000/顯存速度n得到（n因顯存類型不同而不同，如果是SDRAM顯存，則n=1；DDR顯存則n=2；DDRII顯存則n=4）。頻率：顯存頻率一定程度上反應著該顯存的速度，以MHz（兆赫茲）為單位。顯存頻率隨著顯存的類型、性能的不同而不同： SDRAM顯存一般都工作在較低的頻率上，一般就是133MHz和166MHz，此種頻率早已無法滿足現(xiàn)在顯卡的需求。DDR SDRAM顯存則能提供較高的顯存頻率，因此是目前采用最為廣泛的顯存類型，目前無論中、低端顯卡，還是高端顯卡大部分都采用DDR SDRAM，其所能提供的顯存頻率也差異很大，主要有400MHz、500MHz、600MHz、650MHz等，高端產(chǎn)品中還有800MHz或900MHz，乃至更高。顯存頻率與顯存時鐘周期是相關的，二者成倒數(shù)關系，也就是顯存頻率1/顯存時鐘周期。如果是SDRAM顯存，其時鐘周期為6ns，那么它的顯存頻率就為1/6ns=166 MHz；而對于DDR SDRAM，其時鐘周期為6ns，那么它的顯存頻率就為1/6ns=166 MHz，但要了解的是這是DDR SDRAM的實際頻率，而不是我們平時所說的DDR顯存頻率。因為DDR在時鐘上升期和下降期都進行數(shù)據(jù)傳輸，其一個周期傳輸兩次數(shù)據(jù)，相當于SDRAM頻率的二倍。習慣上稱呼的DDR頻率是其等效頻率，是在其實際工作頻率上乘以2，就得到了等效頻率。因此6ns的DDR顯存，其顯存頻率為1/6ns*2=333 MHz。但要明白的是顯卡制造時，廠商設定了顯存實際工作頻率，而實際工作頻率不一定等于顯存最大頻率。此類情況現(xiàn)在較為常見，如顯存最大能工作在650 MHz，而制造時顯卡工作頻率被設定為550 MHz，此時顯存就存在一定的超頻空間。這也就是目前廠商慣用的方法，顯卡以超頻為賣點。3）技術象素渲染管線：顯卡梯形圖 渲染管線也稱為渲染流水線，是顯示芯片內部處理圖形信號相互獨立的的并行處理單元。 在某種程度上可以把渲染管線比喻為工廠里面常見的各種生產(chǎn)流水線，工廠里的生產(chǎn)流水線是為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和效率，而渲染管線則是提高顯卡的工作能力和效率。 渲染管線的數(shù)量一般是以 像素渲染流水線的數(shù)量每管線的紋理單元數(shù)量 來表示。渲染管線的數(shù)量是決定顯示芯片性能和檔次的最重要的參數(shù)之一，在相同的顯卡核心頻率下，更多的渲染管線也就意味著更大的像素填充率和紋理填充率，從顯卡的渲染管線數(shù)量上可以大致判斷出顯卡的性能高低檔次。但顯卡性能并不僅僅只是取決于渲染管線的數(shù)量，同時還取決于顯示核心架構、渲染管線的的執(zhí)行效率、頂點著色單元的數(shù)量以及顯卡的核心頻率和顯存頻率等等方面。 一般來說在相同的顯示核心架構下，渲染管線越多也就意味著性能越高，但是在不同的顯示核心架構下，渲染管線的數(shù)量多就并不意味著性能更好，例如42架構的GeForce2 GTS其性能就不如22架構的GeForce4 MX440。頂點著色引擎數(shù)： 頂點著色引擎(Vertex Shader)，也稱為頂點遮蔽器，根據(jù)官方規(guī)格，頂點著色引擎是一種增加各式特效在3D場影中的處理單元，頂點著色引擎的可程式化特性允許開發(fā)者靠加載新的軟件指令來調整各式的特效，每一個頂點將被各種的數(shù)據(jù)變素清楚地定義，至少包括每一頂點的x、y、z坐標，每一點頂點可能包函的數(shù)據(jù)有顏色、最初的徑路、材質、光線特征等。頂點著色引擎數(shù)越多速度越快。3D API：API是Application Programming Interface的縮寫，是應用程序接口的意思，而3D API則是指顯卡與應用程序直接的接口。 3D API能讓編程人員所設計的3D軟件只要調用其API內的程序，從而讓API自動和硬件的驅動程序溝通，啟動3D芯片內強大的3D圖形處理功能，從而大幅度地提高了3D程序的設計效率。如果沒有3D API，在開發(fā)程序時程序員必須要了解全部的顯卡特性，才能編寫出與顯卡完全匹配的程序，發(fā)揮出全部的顯卡性能。而有了3D API這個顯卡與軟件直接的接口，程序員只需要編寫符合接口的程序代碼，就可以充分發(fā)揮顯卡的性能，不必再去了解硬件的具體性能和參數(shù)，這樣就大大簡化了程序開發(fā)的效率。同樣，顯示芯片廠商根據(jù)標準來設計自己的硬件產(chǎn)品，以達到在API調用硬件資源時最優(yōu)化，獲得更好的性能。有了3D API，便可實現(xiàn)不同廠家的硬件、軟件最大范圍兼容。比如在最能體現(xiàn)3D API的游戲方面，游戲設計人員設計時，不必去考慮具體某款顯卡的特性，而只是按照3D API的接口標準來開發(fā)游戲，當游戲運行時則直接通過3D API來調用顯卡的硬件資源。 目前個人電腦中主要應用的3D API有：DirectX和OpenGL。RAMDAC頻率和支持最大分辨率： RAMDAC是Random Access Memory Digital/Analog Convertor的縮寫，即隨機存取內存數(shù)字模擬轉換器。 RAMDAC作用是將顯存中的數(shù)字信號轉換為顯示器能夠顯示出來的模擬信號，其轉換速率以MHz表示。計算機中處理數(shù)據(jù)的過程其實就是將事物數(shù)字化的過程，所有的事物將被處理成0和1兩個數(shù)，而后不斷進行累加計算。圖形加速卡也是靠這些0和1對每一個象素進行顏色、深度、亮度等各種處理。顯卡生成的都是信號都是以數(shù)字來表示的，但是所有的CRT顯示器都是以模擬方式進行工作的，數(shù)字信號無法被識別，這就必須有相應的設備將數(shù)字信號轉換為模擬信號。而RAMDAC就是顯卡中將數(shù)字信號轉換為模擬信號的設備。RAMDAC的轉換速率以MHz表示，它決定了刷新頻率的高低（與顯示器的“帶寬”意義近似）。其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時的畫面質量越好.該數(shù)值決定了在足夠的顯存下，顯卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024768的分辨率下達到85Hz的分辨率，RAMDAC的速率至少是102476885Hz1.344（折算系數(shù)）90MHz。目前主流的顯卡RAMDAC都能達到350MHz和400MHz，已足以滿足和超過目前大多數(shù)顯示器所能提供的分辨率和刷新率。常見品牌目前顯卡業(yè)的競爭也是日趨激烈。各類品牌名目繁多，以下是一些常見的牌子，僅供參考：藍寶石 、華碩、迪蘭恒進、麗臺、XFX訊景、技嘉、映眾 、微星、艾爾莎、富士康、捷波、磐正 、映泰 、耕升、旌宇、影馳 、銘瑄、翔升、盈通 、祺祥、七彩虹、斯巴達克、索泰、雙敏、精英、昂達其中藍寶石 、華碩是在自主研發(fā)方面做的不錯的品牌，藍寶只做A卡，華碩的A卡和N卡都是核心合作伙伴，相對于七彩虹