第5章 显示卡

null第5章 显示卡 第5章 显示卡 显示设备是微机系统中重要的图形图像输出设备，包括显示卡和显示器。 显示设备作用是接收由主机发出的控制显示系统工作的指令和显示内容，经过CPU进行相应的处理运行后，把运行过程和结果通过显示屏呈现给用户，使用户直观了解计算机的运行状态和处理结果。5.1 显示设备简介 5.2 显示卡 显示卡简称显卡，又称视频卡、视频适配器、图形卡、图形适配器或显示适配器等。 显卡工作在主板与显示器之间，作用是控制图像输出，负责把CPU送来的图像数据处理成显示器接收的格式，再送到显示器形成图像。 显卡是继CPU之后发展最快的一个部件，已经成为决定微机整体性能的一个重要因素。1）显卡简介第5章 显示卡第5章 显示卡2）显卡的分类、结构、工作原理和主要参数 微机里有各种各样的扩展卡，其中必不可少的是显卡，显卡是显示器和主机通信的控制电路和接口。 显示器必须依靠显卡提供的显示信号才能显示各种字符和图像。 （1）显卡的分类 （I）按显卡的应用领域分类 一类是普通用户、游戏发烧友、商业用户；另一类是专业图形工作者。 因此显卡也分成普通显卡和专业显卡。 普通显卡注重于民用级应用，在用户能接受的价格范围内提供更强大的娱乐、办公、游戏、多媒体等方面的性能。 专业显卡指应用于图形工作站上的显卡，在图形工作站中，它的重要性甚至超过CPU。第5章 显示卡第5章 显示卡 （II）按显卡的总线接口类型分类 总线接口类型指显卡与主板连接所采用的总线接口种类，接口的变化，会给显卡性能带来革命性的改变。 显卡发展至今主要经历了ISA、EISA、VESA、PCI、AGP、PCI Express等几种接口。如今最常见的如下：PCI接口显卡AGP接口显卡PCI-E X16接口显卡第5章 显示卡第5章 显示卡 （III）按显卡的分类 显卡的标准经历4代：MDA、CGA、EGA、VGA/SVGA。目前所有显卡均满足SVGA接口标准。 MDA是IBM PC时代的单色显示器。MDA、CGA、EGAVGA/SVGA CGA是IBM PC时代的彩色显示器。 EGA是IBM PC时代的增强型彩色显示器的接口标准。 VGA是在EGA的基础上的标准彩色显示器接口的标准。 SVGA是VGA的代替品。 每一代的改变，都会伴随着最大分辨率和色彩数的改变。第5章 显示卡第5章 显示卡 图形分2D图形、3D图形、2D+3D图形，对应显卡就是2D显卡、3D显卡、2D+3D显卡。 （V）按显示芯片分类 如同主板芯片组一样，显示芯片决定显卡的性能和档次。目前主要的生产厂家是NVIDIA和ATI，习惯上称“N卡”和“A卡”。 （VI）按是否是整合芯片分类 根据显卡的独立性，分集成显卡和独立显卡。前者是把显示芯片整合在主板芯片组中，后者是完全独立的一块板卡。 （IV）按显卡的2D/3D加速功能分类 （2）显卡的结构 显卡的主要部件有显示芯片、RAMDAC、显示内存、显卡BIOS、VGA插座等。第5章 显示卡第5章 显示卡 （I）显示芯片 又称GPU（图形处理器），是显卡的核心芯片，直接决定显卡的性能，负责把各种从总线（AGP、PCI-E等）传输过来的数据在GPU内进行构建、渲染等工作，最后通过显卡传输接口显示在屏幕上。 （II）RAMDAC RAM DAC（随机存储器-数模转换器），作用是将显存中的数字信号转换成能用于显示的模拟信号，转换越快，图像越稳定，刷新频率越高（只针对VGA接口）。 第5章 显示卡第5章 显示卡 （III）显示内存 与主板内存功能一样，用于显卡的内存，存放显示芯片或CPU处理后的显示数据。 （IV）显卡BIOS 主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，以及显卡的基本信息（型号、规格、生产厂家、出场时间等信息），开机首先看到的就是显卡BIOS内容。早期的显卡BIOS现在的显卡BIOS第5章 显示卡第5章 显示卡 （V）总线接口 目前显卡总线接口主要有PCI、AGP和PCI-E X16接口。 （VI）输出接口 显卡把处理好的图像数据通过输出接口与显示设备连接。 最常见的输出接口是VGA和DVI （a）VGA（视频图形阵列）接口，是一个有15个插孔的D形插座（称为D-SUB模拟接口），分3排，每排5个孔，与显示器的D形插头相连。第5章 显示卡第5章 显示卡 （b）DVI（数字视频）接口，分3行8列共24个引脚，用于连接LCD等数字显示器。 目前常见的DVI接口有两种，分别是DVI-D与DVI-I，前者支持数字信号，后者数字、模拟信号均可支持。 第5章 显示卡第5章 显示卡 目前市场上的DVI线有18+1和24+1以及18+5和24+5这4种规格。24+124+518+518+1 18针属于单通道DVI，传输速率只有24针的一半，为165MHz。 在画质上区别：分辨率一样，但刷新率却只有双通道的一半左右，会造成显示质量的下降。第5章 显示卡第5章 显示卡 情况一：VGA显卡对VGA显示器 疑问一：显卡和显示器接口配对是否会有信号失真？ 显卡处理数据均为数字信号，传给VGA（失真），信号质量下降； 情况二：VGA显卡对DVI显示器 显卡处理数据均为数字信号，传给VGA（失真），再转到DVI（失真），信号有下降； DVI显卡对VGA显示器原理同上（同上） 情况三：DVI显卡对DVI显示器 全程数字传输，无失真，画质最好。第5章 显示卡第5章 显示卡 （VII）S-Video端子，简称S端子，用于向电视机输出显示信号，也叫TV-OUT。 （VIII）HDMI（高清晰多媒体）接口，属于DVI的强化接口，DVI接口和音频的整合体。传送无压缩的音频信号和高分辨率的视频信号。S端子HDMI第5章 显示卡第5章 显示卡 （3）显卡的工作原理 （I）CPU送来的数据信息通过总线由显卡的接口进入显示芯片（GPU），进行处理。 （II）GPU将过程数据或处理结果数据，放于显存。 （III）最后再通过GPU或RAMDAC数模转换处理后，输出到显示器。第5章 显示卡第5章 显示卡 （4）显卡的性能指标 （I）显示芯片 又称GPU，主要负责处理视频信号和3D渲染。决定显卡的性能。 （a）芯片厂商 目前生产显卡芯片厂商主要有NVIDIA和ATI （b）核心代号 核心代号是芯片厂商在设计显示芯片时，为方便生产、销售、管理及驱动的统一，对一个系列的显示芯片给出的代号。 （c）芯片型号 相同核心代号的GPU也会不同的芯片型号。 例如：NVIDIA的GeForce 7300GT和7600GT，采用相同显示核心代号G73，但型号不同，这是因为内部的渲染管线、着色器等不同。第5章 显示卡第5章 显示卡 （d）核心频率 指显示核心的工作频率，在一定程度上反映显示核心的性能。 显卡的性能是由核心频率、显存频率、显存位宽等因素决定。 （f）显示核心位宽 相同显示核心，核心频率越大，性能越强；否则无可比性。 （e）制造工艺 与CPU一样，以纳米衡量其加工精度。 （g）刷新频率 指显示芯片内部数据总线的宽度，即传输的位数。位宽越大，瞬间所能传输的数据量越大。 是GPU向显示器传送信号，使其每秒刷新屏幕的次数。 刷新频率越高，屏幕闪烁越小，图像越稳定。 影响刷新频率的因素：1）显卡每秒能产生图像数目；2）显示器每秒能接收并显示图像数目。第5章 显示卡第5章 显示卡 （h）最大分辨率 指显卡输给显示器并在显示器上所描绘像素点的最大数量，分为水平行点数和垂直行点数。 例如：分辨率1024 X 768，即水平由1024个点组成，垂直由768个点组成。 （i）颜色数或颜色位数 指在每个像素上能够表现出的颜色种类，而颜色位数指图象数据在每个像素上用于表示颜色的位数（又称颜色深度）。 两者关系：颜色数=2的颜色位数次方 常见颜色数或颜色位数有： 1）16色（4bit色） 2）256色（8bit色） 3）64K-65536色（16bit色，增强色） 4）16M色（24bit色，真彩色） 5）4G色（32bit色，扩展真彩色）第5章 显示卡第5章 显示卡不同分辨率对显存的要求所需显存的位数=像素数（分辨率）X颜色位数=列数X行数X log2 颜色数 所需显存的大小（字节）=列数X行数X log2 颜色数 /8例如1： 显示模式 640 X 480 X 256色 显存=640 X 480 X log2 256 /8/1024=300K例如2： 1024 X 768 X 64K色 显存=1024 X 768 X log2 65536=1536K例如3：1600 X 1200 X 16M色 log2 16M=24 显存=1600 X 1200 X 24 /8 /1024=5628K第5章 显示卡第5章 显示卡 （II）显存颗粒 显卡上的显示缓存对发挥GPU的性能起决定性的作用。 指默认情况下该显存在显卡上工作时的频率，一定程度上反映了显存的速度。 （a）显存位宽 是显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大。显存位宽越高、性能越好，价格越贵。 （b）显存频率 （c）显存带宽 显存带宽=显存频率*显存位宽/8。 （d）显存类型 显存是显卡上的关键部件之一，它的优劣和容量直接关系到显卡的最终性能。SDRAM、DDR、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5，原理和内存相似。第5章 显示卡第5章 显示卡 （e）显存容量 是显卡上显存的容量，决定显存临时存储数据的多少。 （f）显存封装 指显存颗粒采用的封装技术类型。 有TSOP、BGA等TSOPBGA第5章 显示卡第5章 显示卡 （a）PCB层数 （III）接口等部件 一般分为：信号层、电源层或接地层，层数越多（4层、6层、8层等），电气性越佳，性能越好。 （b）显卡供电 显卡频率越高，供电要求越高，高端显卡需要额外电源供电。 （c）显卡接口类型 显卡的总线接口决定显卡与系统之间数据传输的最大带宽，不同的接口能为显卡带来不同的性能。 发展至今有ISA、PCI、AGP、PCI Express等。第5章 显示卡第5章 显示卡风扇式散热片、热管涡轮式风冷 （d）显卡散热装置 显卡散热装置的散热性能直接影响显卡的运行稳定性。 常见的散热装置为风冷散热、被动式散热。 风冷是在散热片商加装风扇。 被动式是在显卡核心上安装铝合金或铜合金散热片。第5章 显示卡第5章 显示卡一块显卡作为主卡，其他作为副卡，副卡协同主卡进行分担工作。SLICorssFire （5）多显卡技术 NVIDIA的多显卡技术称SLI（双卡并联），AMD-ATI的多显卡技术称CorssFire（交叉火力）。 通过两块或多块PCI Express显卡的协同工作来提升整个系统的显示效能的技术。