電腦硬件入門(mén)知識(shí)全解之三--顯卡篇.doc

電腦硬件入門(mén)知識(shí)全解之三：顯卡篇！2010-02-10 18:19顯卡對(duì)于顯示性能有很大的影響，比如你用FX60，但是如果用在MX440上，那FX60就成了雞肋了，是說(shuō)在游戲方面成雞肋。顯卡的介紹順序顯卡容量,顯存的種類,顯存的數(shù)據(jù)位數(shù)與帶寬,顯存的速度,顯存時(shí)鐘周期,顯存封裝,圖形芯片,雙線過(guò)濾,加速圖形接口=顯卡容量：顯卡容量也叫顯示內(nèi)存容量，是指顯示卡上的顯示內(nèi)存的大小。顯示內(nèi)存的主要功能在將顯示芯片處理的資料暫時(shí)儲(chǔ)存在顯示內(nèi)存中，然后再將顯示資料映像到顯示屏幕上，顯示卡欲達(dá)到的分辨率越高，屏幕上顯示的像素點(diǎn)就越多，所需的顯示內(nèi)存也就越多。而每一片顯示卡至少需要具備512KB的內(nèi)存，顯示內(nèi)存可以說(shuō)是隨著3 D加速卡的演進(jìn)而不斷地跟進(jìn)。而顯示內(nèi)存的種類也由早期的DRAM到現(xiàn)在廣泛流行的DDR，DDR2/DDR3。 顯存與系統(tǒng)內(nèi)存一樣，也是多多益善。顯存越大，可以儲(chǔ)存的圖像數(shù)據(jù)就越多，支持的分辨率與顏色數(shù)也就越高。以下計(jì)算顯存容量與分辨率關(guān)系的公式： 所需顯存=圖形分辨率色彩精度/8 例如要上16bit真彩的1024768，則需要102476816/8=1.6M，即2M顯存。 對(duì)于三維圖形，由于需要同時(shí)對(duì)Front buffer、Back buffer和Z buffer進(jìn)行處理，因此公式為：所需顯存（幀存）=圖形分辨率3色彩精度/8 例如一幀16bit、1024768的三維場(chǎng)景，所需的幀緩存為1024768316bit/8=4.71M，即需要8M顯存。 =顯存的種類： 顯存的種類有EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM、DDR等許多種。EDO顯存曾用在Voodoo、Voodoo 2等顯卡上，但目前已消聲匿跡。SGRAM顯存支持塊寫(xiě)和掩碼，可以看作是SDRAM的加強(qiáng)版，曾流行一時(shí)，但由于價(jià)格較SDRAM稍高，現(xiàn)在也已甚少采用。目前顯卡上被廣泛使用的顯存就是SDRAM和DDR SDRAM了。SDRAM可以與CPU同步工作，無(wú)等待周期，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，在中低端顯卡上得到了廣泛的應(yīng)用。DDR是Double Data Rate是縮寫(xiě)，它是現(xiàn)有的SDRAM內(nèi)存的一種進(jìn)化。在設(shè)計(jì)和操作上，與SDRAM很相似，唯一不同的是DDR在時(shí)鐘周期的上升沿和下降沿都能傳輸數(shù)據(jù)，而SDRAM則只可在上升沿傳輸數(shù)據(jù)，所以DDR的帶寬是SDRAM的兩倍，而DDR比SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸率也快一倍。如果SDRAM內(nèi)存的頻率是133MHz，則DDR內(nèi)存的頻率是266MHz，因此在中高檔顯卡上應(yīng)用廣泛。=顯存的數(shù)據(jù)位數(shù)與帶寬： 數(shù)據(jù)位數(shù)指的是在一個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)能傳送的bit數(shù)，它是決定顯存帶寬的重要因素，與顯卡性能息息相關(guān)。當(dāng)顯存種類相同并且工作頻率相同時(shí)，數(shù)據(jù)位數(shù)越大，它的性能就越高。 顯存帶寬的計(jì)算方法是：運(yùn)行頻率數(shù)據(jù)帶寬/8。以目前的GeForce3顯卡為例，其顯存系統(tǒng)帶寬=230MHz2（因?yàn)槭褂昧薉DR顯存，所以乘以2）128/8=7.36GB。 數(shù)據(jù)位數(shù)是顯存也是顯卡的一個(gè)很重要的參數(shù)。在顯卡工作過(guò)程中，Z緩沖器、幀緩沖器和紋理緩沖器都會(huì)大幅占用顯存帶寬資源。帶寬是3D芯片與本地存儲(chǔ)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)候顯存的容量并不重要，也不會(huì)影響到帶寬，相同顯存帶寬的顯卡采用64MB和32MB顯存在性能上區(qū)別不大。因?yàn)檫@時(shí)候系統(tǒng)的瓶頸在顯存帶寬上，當(dāng)碰到大量像素渲染工作時(shí)，顯存帶寬不足會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸堵塞，導(dǎo)致顯示芯片等待而影響到速度。目前顯存主要分為64位和128位，在相同的工作頻率下，64位顯存的帶寬只有128位顯存的一半。這也就是為什么Geforce2 MX200（64位SDR）的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如Geforce2 MX400（128位SDR）的原因了。目前主流的顯示芯片基本都采用了256位的位寬，采用更大的位寬意味著在數(shù)據(jù)傳輸速度不變的情況，瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大。就好比是不同口徑的閥門(mén)，在水流速度一定的情況下，口徑大的能提供更大的出水量。顯示芯片位寬就是顯示芯片內(nèi)部總線的帶寬，帶寬越大，可以提供的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)吞吐能力也越快，是決定顯示芯片級(jí)別的重要數(shù)據(jù)之一。目前已推出最大顯示芯片位寬是512位，那是由Matrox（幻日）公司推出的Parhelia-512顯卡，這是世界上第一顆具有512位寬的顯示芯片。而目前市場(chǎng)中所有的主流顯示芯片，包括NVIDIA公司的GeForce系列顯卡，ATI公司的Radeon系列等，全部都采用256位的位寬。這兩家目前世界上最大的顯示芯片制造公司也將在未來(lái)幾年內(nèi)采用512位寬。顯示芯片位寬增加并不代表該芯片性能更強(qiáng)，因?yàn)轱@示芯片集成度相當(dāng)高，設(shè)計(jì)、制造都需要很高的技術(shù)能力，單純的強(qiáng)調(diào)顯示芯片位寬并沒(méi)有多大意義，只有在其它部件、芯片設(shè)計(jì)、制造工藝等方面都完全配合的情況下，顯示芯片位寬的作用才能得到體現(xiàn)。=顯存的速度： 顯存的速度一般以ns為單位。常見(jiàn)的顯存有2.5ns甚至更的顯存。額定工作頻率=1/顯存速度。當(dāng)然，對(duì)于一些質(zhì)量較好的顯存來(lái)說(shuō)，顯存的實(shí)際最大工作頻率是有一定的余量的。顯存的超頻就是基于這一原理，列如將額定頻率為6ns的顯存超至190MHz的運(yùn)行頻率。 這里還要說(shuō)一說(shuō)顯存的實(shí)際運(yùn)行頻率和等效工作頻率。DDR顯存因?yàn)槟茉跁r(shí)鐘的上升沿和下降沿都能傳送數(shù)據(jù)，因此，在相同的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)位寬度的情況下顯存帶寬是普通SDRAM的兩倍。換句話說(shuō)，在顯存速度相同的情況下，DDR顯存的實(shí)際工作頻率是普通SDRAM顯存的2倍。同樣，DDR顯存達(dá)到的帶寬也是普通SDRAM顯存的2倍。例如，5ns的SDRAM顯存的工作頻率為200MHZ，而5ns的DDR顯存的等效工作頻率就是400MHZ。=顯存時(shí)鐘周期：顯存時(shí)鐘周期就是顯存時(shí)鐘脈沖的重復(fù)周期，它是作為衡量顯存速度的重要指標(biāo)。顯存速度越快，單位時(shí)間交換的數(shù)據(jù)量也就越大，在同等情況下顯卡性能將會(huì)得到明顯提升。顯存的時(shí)鐘周期一般以ns（納秒）為單位，工作頻率以MHz為單位。顯存時(shí)鐘周期跟工作頻率一一對(duì)應(yīng)，它們之間的關(guān)系為:工作頻率1時(shí)鐘周期1000。那么顯存頻率為166MHz，那么它的時(shí)鐘周期為116610006ns。對(duì)于DDR SDRAM顯存來(lái)說(shuō)，描述其工作頻率時(shí)用的是等效輸出頻率。因?yàn)槟茉跁r(shí)鐘周期的上升沿和下降沿都能傳送數(shù)據(jù)，所以在工作頻率和數(shù)據(jù)位寬度相同的情況下，顯存帶寬是SDRAM的兩倍。換句話說(shuō)，在顯存時(shí)鐘周期相同的情況下，DDR SDRAM顯存的等效輸出頻率是SDRAM顯存的兩倍。例如，5ns的SDRAM顯存的工作頻率為200MHz，而5ns的DDR SDRAM顯存的等效工作頻率就是400MHz。常見(jiàn)顯存時(shí)鐘周期有7.5ns、7ns、6ns、5ns、4ns、3.8ns、3.6ns、3.3ns、2.8ns，甚至更低。=顯存封裝：顯存封裝是指顯存顆粒所采用的封裝技術(shù)類型，封裝就是將顯存芯片包裹起來(lái)，以避免芯片與外界接觸，防止外界對(duì)芯片的損害?？諝庵械碾s質(zhì)和不良?xì)怏w，乃至水蒸氣都會(huì)腐蝕芯片上的精密電路，進(jìn)而造成電學(xué)性能下降。不同的封裝技術(shù)在制造工序和工藝方面差異很大，封裝后對(duì)內(nèi)存芯片自身性能的發(fā)揮也起到至關(guān)重要的作用。顯存封裝形式主要有QFP、TSOP-II、MBGA等。QFP TSOP-II MBGA=DX：由微軟公司所制定的3D規(guī)格界面，與Windows 操作系統(tǒng)兼容性好，可繞過(guò)圖形顯示接口（GDI）直接進(jìn)行支持該API的各種硬件的底層操作，大大提高了游戲的運(yùn)行速度。 目前最近的有DX9.0C，今年推出新系統(tǒng)VISTA（YES？）會(huì)推出DX10.0，等吧。=圖形芯片：顯示主芯片自然是顯示卡的核心，如nVIDIA公司的Riva128，TNT/TNT2，GeForce256，3dfx公司的Voodoo系列，S3公司的GX系列等。它們的主要任務(wù)就是處理系統(tǒng)輸入的視頻信息并將其進(jìn)行構(gòu)建、渲染等工作。顯示主芯片的性能直接決定這顯示卡性能的高低，不同的顯示芯片，不論從內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是其性能，都存在著差異，而其價(jià)格差別也很大。 =雙線過(guò)濾：這是一種較好的材質(zhì)影像插補(bǔ)的處理方式，會(huì)先找出最接近像素的四個(gè)圖素，然后在它們之間做差補(bǔ)效果，最后產(chǎn)生的結(jié)果才會(huì)被貼到像素的位置上，這樣不會(huì)看到馬賽克現(xiàn)象。這種處理方式較適用于有一定景深的靜態(tài)影像，不過(guò)無(wú)法提供最佳品質(zhì)，也不適用于移動(dòng)中的物件。三線過(guò)濾：這是一種更復(fù)雜材質(zhì)影像插補(bǔ)處理方式，會(huì)用到相當(dāng)多的材質(zhì)影像，而每張的大小恰好會(huì)是另一張的四分之一。例如有一張材質(zhì)影像是512512個(gè)圖素，第二張就會(huì)是256256個(gè)圖素，第三張就會(huì)是128128個(gè)圖素等，總之，最小的一張是11。憑借這些多重解析度的材質(zhì)影像，當(dāng)遇到景深極大的場(chǎng)景時(shí)（如飛行模擬），就能提供高品質(zhì)的貼圖效果。一個(gè)雙線過(guò)濾需要三次混合，而三線過(guò)濾就得做七次混合處理，所以每個(gè)像素就需要多用21/3倍以上的計(jì)算時(shí)間。還需要兩倍大的存儲(chǔ)器時(shí)鐘帶寬。但是三線過(guò)濾可以提供最高的貼圖品質(zhì)，會(huì)去除材質(zhì)的閃爍效果。對(duì)于需要?jiǎng)討B(tài)物體或景深很大的場(chǎng)景應(yīng)用方面而言，只有三線過(guò)濾才能提供可接受的材質(zhì)品質(zhì)。 基本結(jié)構(gòu)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(shí)首先提出的概念。GPU使顯卡減少了對(duì)CPU的依賴，并進(jìn)行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時(shí)。GPU所采用的核心技術(shù)有硬件T&L（幾何轉(zhuǎn)換和光照處理）、立方環(huán)境材質(zhì)貼圖和頂點(diǎn)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(shù)可以說(shuō)是GPU的標(biāo)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(nèi)存）顯示內(nèi)存的簡(jiǎn)稱。顧名思義，其主要功能就是暫時(shí)將儲(chǔ)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(qiáng)，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(nèi)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(qū)動(dòng)程序之間的控制程序，另外還存有顯示卡的型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠家及出廠時(shí)間等信息。打開(kāi)計(jì)算機(jī)時(shí)，通過(guò)顯示BIOS 內(nèi)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Flash BIOS，可以通過(guò)專用的程序進(jìn)行改寫(xiě)或升級(jí)。4）顯卡PCB板（類似于主板的PCB板）就是顯卡的電路板，它把顯卡上的其它部件連接起來(lái)。功能類似主板。編輯本段產(chǎn)品分類獨(dú)立顯卡和集成顯卡的區(qū)分集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)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(dú)的，但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(dú)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(duì)較弱，不能對(duì)顯卡進(jìn)行硬件升級(jí)，但可以通過(guò)CMOS調(diào)節(jié)頻率或刷入新BIOS文件實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)來(lái)挖掘顯示芯片的潛能；集成顯卡的優(yōu)點(diǎn)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(mén)級(jí)的獨(dú)立顯卡，所以不用花費(fèi)額外的資金購(gòu)買顯卡。獨(dú)立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，它需占用主板的擴(kuò)展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E。獨(dú)立顯卡單獨(dú)安裝有顯存，一般不占用系統(tǒng)內(nèi)存，在技術(shù)上也較集成顯卡先進(jìn)得多，比集成顯卡能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進(jìn)行顯卡的硬件升級(jí)；其缺點(diǎn)是系統(tǒng)功耗有所加大，發(fā)熱量也較大，需額外花費(fèi)購(gòu)買顯卡的資金。 獨(dú)立顯卡成獨(dú)立的板卡存在，需要插在主板的相應(yīng)接口上，獨(dú)立顯卡具備單獨(dú)的顯存，不占用系統(tǒng)內(nèi)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(yùn)行性能。2 (1）PCI接口 由英特爾（Intel）公司1991年推出的用于定義局部總線的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)允許在計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝多達(dá)10個(gè)遵從PCI標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展卡。采用PCI接口的GeForce 6200A最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達(dá)到133MB/s(33MHz * 32bit/s)，基本上滿足了當(dāng)時(shí)處理器的發(fā)展需要。隨著對(duì)更高性能的要求，1993年又提出了64bit的PCI總線，后來(lái)又提出把PCI 總線的頻率提升到66MHz。PCI接口的速率最高只有266MB/S，1998年之后便被AGP接口代替。不過(guò)仍然有新的PCI接口的顯卡推出，因?yàn)橛行┓?wù)器主板并沒(méi)有提供AGP或者PCI-E接口，或者需要組建多屏輸出，選購(gòu)PCI顯卡仍然是最實(shí)惠的方式。(2）AGP接口 Accelerate Graphical Port是Intel公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)視頻接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 是為了解決PCI總線的低帶寬而開(kāi)發(fā)的接口技術(shù)。它通過(guò)將圖形卡與系統(tǒng)主內(nèi)存連接起來(lái)，在CPU和圖形處理器之間直接開(kāi)辟了更快的總線。其發(fā)展經(jīng)歷了AGP1.0(AGP1X/2X)、AGP2.0(AGP4X)、AGP3.0(AGP8X)。最新的AGP8X其理論帶寬為2.1Gbit/秒。到2009年，已經(jīng)被PCI-E接口基本取代（2006年大部分廠家已經(jīng)停止生產(chǎn)）。 （3）PCI Express接口 PCI Express是新一代的總線接口，而采用此類接口的顯卡產(chǎn)品，已經(jīng)在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特爾開(kāi)發(fā)者論壇”上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代PCI總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱之為第三代I/O總線技術(shù)。隨后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開(kāi)始起草新技術(shù)的規(guī)范，并在2002年完成，對(duì)其正式命名為PCI Express。（4）最熱的雙卡技術(shù)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(zhì)是差不多的.只是叫法不同 SLI Scan Line Interlace（掃描線交錯(cuò)）技術(shù)是3dfx公司應(yīng)用于Voodoo 上的技術(shù)，它通過(guò)把2塊Voodoo卡用SLI線物理連接起來(lái)