第05章 显示卡

nullnull本章要点  显卡的分类、结构、工作原理和性能指标  主流显卡的新技术和结构  显卡的安装和拆卸、显卡驱动程序的安装方法null5.1 显卡简介 5.2 显卡分类 5.3 显卡的基本结构、工作原理和性能指标 5.3.1 显卡的基本结构 5.3.2 显卡的工作原理 5.3.3 显卡的三项重要指标 5.4 主流显示芯片简介 5.4.1 ATI显示芯片 5.4.2 nVIDIA 显示芯片 5.4.3 SIS显示芯片 5.5 显卡的选购 5.5.1 用户的分类 5.5.2 选购显卡时注意的事项null5.6 显示卡中的新技术介绍 5.6.1 DirectX图形接口程序 5.6.2 Direct 10 5.6.3 PCI Express图形接口 5.6.4 双显卡技术 5.7 显卡常见故障与处理 5.8 实验及实训 5.8.1 实验及实训1-显卡的安装和拆卸 5.8.2 实验及实训2-显卡驱动程序的安装 5.8.3 实验及实训3-网上查询 5.9 本章小结 5.10 习 5.11 习题参考答案null5.1 显卡简介 显示卡简称显卡，是一块独立的电路板，安装在主板的扩展槽上，有的显卡被直接集成在主板上。显卡的主要作用就是在程序运行时根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行过程和结果进行相应的处理，并转换成显示器能够接受的文字或图形显示信号后，通过屏幕显示出来。null5.2 显卡的分类 显卡的种类繁多，划分显卡的方法也很多。目前，常用的分类方法有以下几种。 1．按接口类型分类 （1）AGP显卡 现在主流的AGP 8×显卡的数据宽度为32位，其理论频率为66.6MHz/s×8=533MHz/s，最大传输速率可达533MHz/s×32bit=2.1GB/s。 null图5-1 AGP显卡null（2）PCI-E显卡 PCI-E显卡如图5-2所示，PCI-E显卡的数据传输速率可以达到4G/s,而逐渐普及的PCI-E 16×显卡可以以8GB/s的双通道传输速率与CPU交换数据。 nullnullnull2．按图形功能分类 （1）纯二维（2D）显卡 （2）纯三维（3D）显卡 （3）二维+三维（2D+3D）显卡 null3．按显示芯片分类 显示芯片如图5-4所示，它是显卡的心脏，基本决定了显卡的性能和档次。目前，显卡市场可以说是nVIDIA和Ati(已经被AMD公司兼并)两大芯片厂商争霸的局面，各自分别推出了高端、中端和低端产品以满足不同消费者的需求。 nullnull4．按是否集成在主板上分类 （1）集成显卡 （2）独立显卡null5.3 显卡的基本结构、工作原理和性能指标 5.3.1 显卡的基本结构 null5.3.2 显卡的工作原理 显卡的工作原理比较复杂，其一般工作流程为：CPU处理完的数据通过AGP总线输入到显卡图形处理芯片（GPU），GPU对数据进行处理之后，将数据输出到显存，在GPU的控制下将显存中的数据输出到RAMDAC，由它将数字信号转变为模拟信号，然后输出到VGA接口，最后显示器将信号放大、整形、转换并显示到屏幕上。工作流程如图5-8所示。其中，细箭头上传递的是数字信号，粗箭头上传递的是模拟信号。nullnull5.3.3 显卡的三项重要指标 衡量显卡的指标很多，但是最重要的指标是下面三项。null1．刷新频率 刷新频率是指图像在屏幕上更新的速度，即屏幕上的图像每秒出现的次数，它的单位是MHz。影响刷新频率的因素有两个，一是显卡每秒可以产生的图像数目，二是显示器每秒可以接受并显示的图像数目。刷新频率在56～120MHz范围内可以分为许多档次，过低的刷新频率会使用户感到屏幕闪烁，容易导致眼睛疲劳。刷新频率越高，屏幕的闪烁也就越弱，图像也就越稳定，即使长时间使用也不容易感到眼睛疲劳（建议使用85MHz以上的刷新频率）。null2．最大分辨率 分辨率指的是显卡在显示器上所能描绘的像素数目，分为水平行点数和垂直行点数。比方说，如果分辨率为1024×768，即水平方向由1024个点组成，垂直方向由768各点组成。典型的分辨率为1024×768、1280×1024、1600×1200或更高。最大分辨率是指显卡能在显示器上描绘点数的最大值，通常以“横向点数×纵向点数”表示。null3．色深 色深也叫颜色数，是指在每个像素上能够表现出的颜色总数，一般以多少色或多少位色表示，颜色数与颜色位数的关系如下： 颜色数=2颜色位数 颜色位数=log2颜色数null 当颜色位数为4bit时，其颜色数为16色；颜色数256色颜色位数为8bit。色深位数越高，同时显示的颜色也就越多，相应的在屏幕上显示的图像质量也就越好。由于色深增加将导致显卡所要处理的数据量剧增，从而使显示速度或屏幕刷新频率降低。null 显卡达到的分辨率越高，屏幕上显示的像素点越多，所需的显存也就越多。显存与分辨率、色深的关系是：如果要在1024×768分辨率下达到16位色深，显存必须存储1024×768×16=1.5MB，因此，要实现上述要求显存至少为2MB。null5.4 主流显示芯片简介 现在主流的显示芯片主要来自ATi、nVIDIA和SiS，显卡厂商通常把同一个显示芯片搭配不同的显存，便分化出多种品牌的显卡。null5.4.1 ATI显示芯片 加拿大的ATi公司创建于1985年，是全球著名的3D图形及多媒体供应商，专门、制造和销售适用于个人电脑的多媒体解决和图形芯片，现已被AMD公司兼并。RADEON系列显示芯片是ATi的代表作，此系列产品对DVD播放和3D游戏专门做了优化，深得3D游戏玩家的喜爱。null5.4.2 nVIDIA显示芯片 nVIDIA公司创立于1993年1月，总部位于美国加州，该公司主要生产图形处理器及媒体通信装置。它在2D、3D、视频和多媒体等领域的技术实力较强，自从显卡全面进入3D时代以来，nVIDIA公司就一直主导着显卡的发展。null5.4.3 SiS显示芯片 SiS科技公司成立于1987年，总部设在我国台湾新竹科技园区，该公司致力于主板集成显示芯片的开发，并取得了不错的业绩。null5.5 显卡的选购 5.5.1 用户的分类 1．家庭用户 对于家庭用户而言，应用是很多元化的：既能打字，又能上网、玩游戏和多媒体娱乐。从性能的角度来说nVIDIA GeForce4 MX系列、ATi Radeon 9200系列完全能够满足打字、上网和偶尔玩玩游戏的需要。家庭用户用电脑欣赏DVD，ATi有着得天独厚的优势，不仅有视频回放功能，而且在Radeon系列还集成了DVD硬件解压功能，使得CPU的占用率大大降低，并且这些显卡价格也比较适宜。null2．普通商业用户 对于一般商业用户来说，主要是做文字处理和上网，对显卡的要求比较低。因此，GF2 MX400、GF4 MX440SE、RADEON7500和RADEON7200等低端显卡就足够了。null3．游戏发烧友和3D动画/图形设计、制作用户 游戏发烧友和3D动画/图形设计、制作用户对显卡性能的要求比较高。比如Matrox的G550图形芯片就是主要针对平面设计的，对于平面设计工作者是首选，但是却不能满足3D游戏玩家的需求。而在这方面，ATi的Radeon9700系列和nVIDIA的GeForce FX5800的图形芯片，它们超强的性能，流畅地运行深得3D游戏玩家的喜爱。null5.5.2 选购时注意的事项 1．确定品牌 显卡芯片和档次确定后，要选择它的品牌和型号。生产显卡的厂商很多，这使得用户无从下手，最好选择比较知名的品牌，如华硕、爱尔莎、微星和技嘉等，而讲究性价比的用户，可选择中小品牌，如七彩虹、太阳花和小影霸等。null2．看产品的做工 （1）看显卡的PCB基板 比较好的基板为墨绿色，次点的是黄颜色，最差的是那种颜色怪异的PCB基板。PCB基板的板层一般有4~6层，层数越多抗电磁干扰能力越强，而且布线也方便。 （2）看PCB板上的元器件 PCB基板上布满了电容、电感和电阻，品质好的显卡通常采用多种贴片式电容，很少采用插件式电容，品质较差的产品恰恰相反。 （3）看显卡的散热设计 一般高端显卡和可超频的显卡都配有风扇，中低端显卡也有较好的散热装置。null5.6 显卡的新技术介绍 5.6.1 DirectX图形接口程序 这是微软公司推出的Windows9x/NT/200x/XP下的一种图形应用程序接口标准，它是一个提高系统性能的加速辅助软件。Direct是“直接”的意思，微软定义它为“硬件设备无关性”，也就是说，DirectX是一系列的DLL（动态链接库），通过这些DLL，开发者可以在不关心硬件设备差异的情况下访问底层的硬件。null DirectX提供给软件程序员在Windows下直接操作硬件的标准方式，而不是通过Windows的GDI（图形设备接口）。DirectX确保了游戏软件的图形、声音、动画、3D和网络表现能力的提高，但前提是所使用的计算机支持DirectX标准。DirectX由显示、声音、输入和网络四大部分组成。null5.6.2 DirectX 10 DirectX 10的主要优势便是最大程度地降低了CPU的负载，通过三个途径来达到这个目的：第一，修改API核心，使得绘制物体和切换材质特效时的消耗降低，提高绘图效率；第二，引入新的机制，降低图形运算操作对CPU的依赖性，使更多的运算在GPU中完成；第三，使大量的物体可以通过调用单条DirectX绘制命令进行批量绘制。null5.6.3 PCI Express图形接口标准 PCI Express是一种新的总线接口标准，根据总线位宽的不同可分为×1、×4、×8以及×16。PCI Express图形接口直接使用×16的模式，它将取代目前的AGP图形接口，这是因为它可以提供显卡更高的性能和更快的速度。PCI Express×16接口单向传输带宽可以达到4GB/s，而双向传输带宽可达到8GB/s。nullnull5.6.4 双显卡技术 简单地说，双显卡技术就是在同一块主板上同时插入两块完全一样的显卡，让他们同时协调工作，以满足高端用户的需求。null nVIDIA公司的SLI:(Scalable Link Interface，交错互连) 一种多GPU并行运作获得翻倍性能提升的技术,SLI技术让渲染工作被平均分担，每块显卡只需完成1/2的工作量。最早由3DFX提出,但并未推广,后来nVIDIA收购3DFX后被nVIDIA普及。SLI能让多块nVIDIA GeForce6系列/7系列或者nVIDIA Quadro显卡工作在一台个人计算机或工作站上，从而极大地提升图形性能。SLI连接方式可以用nVIDIA SLI专用的U型PCB电路板连接卡连接，也可以不采用连接卡而用驱动来进行支持。null ATI公司的Crossfire(交叉火力) 是ATI(现在的AMD)公司双显卡互联技术.实现后可大大提升显示性能，CrossFire技术的最大一个亮点就是支持不同类型的ATI显卡同时工作，但是必须要买两块显卡和支持CROSSFIRE技术的主板才行，为了让CrossFire系统运作，用户将需要采用一块RADEON X800或X850显卡和一RADEON X800或X850 CrossFire版本显卡来组建CrossFire合成引擎。不过，CrossFire系统中的两款显卡并不是通过PCI-E总线进行数据交互，而是通过显卡配备的DMS接口利用一条电缆线进行连接，ATI公司的双显卡如图5-10所示。nullnull5.7 显卡常见故障分析与处理 1．显卡氧化导致屏幕抖动 故障现象：电脑启动正常，工作一会后频繁出现屏幕画面抖动现象，严重影响使用。null 分析处理：先检查显示器是否正常，安装到其他电脑上使用，工作正常。重新插拔显卡，故障依旧，排除安装问题。仔细检查显卡，发现“金手指”上有灰白色锈迹，推断为金属氧化物导致接触不良。使用橡皮或软布仔细清理，安装好后开机，故障排除。null2．显卡接触不良导致显示不正常 故障现象：因其他原因需要拆除硬盘，安装好后开机，自检正常，但系统自动进入安全模式，并提示显卡驱动程序不正确。重新安装驱动程序，重启电脑，显示依然不正确，分辨率只能为640×480像素，色彩数只能为16色。null 分析处理：进入设备管理器，查看显卡，显示黄色“!”号标记，再次重现安装驱动程序，故障依然，推断为硬件问题。打开机箱仔细检查，发现显卡没有完全插到位。重新插好显卡，开机正常。 温馨提示：一般情况下，显卡没有安装好系统不能启动，会有声音警报。但特殊情况下，显卡接触不良也能通过自检，但屏幕显示不正常。null3．显卡风扇问题导致“非法操作” 故障现象：电脑一直工作正常，一日在使用时系统多次提示“非法操作”，异常退出程序。进行病毒扫描也没有发现病毒，于是重装操作系统。在复制文件过程中，安装程序报错，提示找不到文件。操作系统安装程序在其他电脑上却使用正常。反复安装，总是报错找不到文件，但每次找不到的文件又有所不同。null 分析处理：根据现象分析可以断定是硬件故障。打开机箱仔细检查，发现电脑工作时，显卡的散热风扇转速过慢，推断可能是显卡温度过高导致故障出现，更换显卡风扇后故障排除。null4．显卡驱动问题导致进系统黑屏 故障现象：重新安装操作系统，安装完显卡驱动后重启电脑，进入Windows操作时黑屏。null 分析处理：能够正常通过自检，而且启动过程正常，只是Windows启动过程黑屏，说明硬件没有问题，可能的故障原因包括病毒、系统故障、启动时加载的程序问题或硬件驱动程序有问题。经过反复检查，排除了其他原因，确定为显卡驱动问题。重启进入操作系统的安全模式，重新安装驱动程序，排除故障。null 温馨提示：如果显卡驱动程序不合适，或者出现了其他问题，经常会导致黑屏、花屏、不能调整显示分辨率和刷新频率等现象，出现了此类现象，可以尝试重新安装显卡驱动程序。null5.8 实验及实训 5.8.1 实验及实训1-显卡的安装与拆卸 1．显卡的安装 安装显卡前要注意检查主板上显卡插槽的类型是否与当前显卡兼容，否则可能烧毁显卡。null 释放机箱和手上的静电，打开机箱，从机箱后壳上移除对应显卡插槽上的挡板及螺丝，再将显卡对准显卡插槽后垂直插入插槽中，如图5-11所示，务必确认显卡上金手指的金属触点与插槽中的簧片接触良好。nullnull 最后用螺丝刀将显卡固定在机箱壳上，确认无误后，重新开启电源，完成显卡的硬件安装。null2．显卡的拆卸 显卡的拆卸很简单，释放机箱和手上的静电，打开机箱，去掉显卡固定在机箱上的螺丝后，将显卡从插槽中取出即可。但是值得注意的是有些插槽上有防脱挂钩，在取显卡前应先按下插槽末端的防脱挂钩。null 在安装和拆卸显卡时应避免用手直接接触显卡的金手指和电路部分，以避免手上的汗液侵蚀金手指，同时避免显卡的电路部分受到手上静电的损害。null5.8.2 实验及实训2-显卡驱动程序的安装 在安装显卡驱动程序之前，必须先了解显卡的品牌和显示芯片的型号等信息，并且还需要知道显卡驱动程序在驱动光盘或者在其他存储介质中的具体位置。 安装显卡驱动程序的方法有很多，这里只介绍其中一种，具体过程如下：null1．用鼠标右键单击“我的电脑”，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，在打开的“系统属性”对话框中选择“硬件”选项卡，如图5-12所示。nullnull2．单击“设备管理器(D)”按钮，打开“设备管理器”对话框，如图5-13所示。null3．双击“显示卡”中的相关项目(显卡不同，其名称也不同)，打开显卡属性对话框，然后单击“驱动程序”选项卡，如图5-14所示。null4．单击“更新驱动程序(P)”按钮，这时会出现一个“硬件更新向导”对话框，如图5-15所示。null5．选择“否，暂时不(T)”选项，然后单击“下一步”按钮，如图5-16所示，在打开的对话框中选择“从列表或指定位置安装（高级）(S)”选项。nullnull6．单击“下一步”按钮，如图5-17所示，在打开的对话框中选择“不要搜索。我要自己选择要安装的驱动程序(D)”选项。nullnull7．再单击“下一步”按钮，如图5-18所示，在打开的对话框中，单击从“从磁盘安装(H)”按钮。null8．如图5-19所示，在打开的“从磁盘安装”对话框中单击“浏览”按钮，然后在打开的“查找文件”对话框中找到显卡驱动程序所在的文件夹，直接单击“打开”按钮，返回到“从磁盘安装”对话框，最后单击“确定”按钮。nullnull9．返回到“硬件更新向导”对话框后，如图5-20所示，在“型号”列表框中选定自己的显卡型号，然后单击“下一步”按钮，系统开始自动安装其驱动程序，安装完成后单击“完成”按钮，然后重启计算机，显卡驱动程序安装完毕。nullnull5.8.3 实验及实训3-网上查询 1．上网查询 （1）上网查询主流品牌显卡的型号和价格等商情信息。 （2）上网查询显卡的最新发展动态null2．上网下载 上网下载3Dmark和QuakeⅢ测试程序，并且测试自己微机显卡的性能。null5.9 本章小结 本章主要介绍了计算机显卡的内部结构、工作原理、外部接口、性能指标和一些主流品牌，并对显卡的一些常见故障进行了分析和处理。最后指出了选购显卡时应注意的事项，并且对显卡的新技术做了简单的介绍。null5.10 习题 一.选择题 1．显卡主要由以下哪几重要部件所组成。（ ） A．显示芯片 B．显示内存 C．RAMDAC、VGA、显卡BIOS D．以上都不对 2．显卡的几个主要性能指标有（ ）。 A．刷新频率 B．最大分辨率 C．色深 D．以上都正确 3．显卡上用于存放显示数据的模块叫（ ）。 A．显存 B．显示芯片 C．显卡BIOS D．RAMDAC 4．下面显示芯片中不属于nVIDIA公司的显示芯片的是（ ） A．RADEON 9800系列 B．GeForce FX5900系列 C．SiS315系列 D．Xabre系列null二.判断题 1．AGP显卡的传输速率低于PCI-E显卡。（ ） 2．集成显卡不需要占用系统内存。（ ） 3．最大分辨率是指显卡能在显示器上描绘点数的最大值。（ ） 4．色深为24位，此时可以显示的颜色为24种。（ ）null三.简答题 1．显卡是如何分类的？ 2．显卡的作用是什么？ 3．显卡“软加速”与“硬加速”的区别。null四.分析题 1．分析现象：电脑开机后黑屏，但能听见自检和硬盘启动声音。 2．分析现象：赛场2.0GHz CPU ,256MB内存,Radeon700032MB显卡,玩一些游戏时画面显示缓慢,有时发生延时。null5.11 习题参考答案 一.选择题 1. ABC； 2. D； 3. A； 4. A 二.判断题 1.√； 2.×； 3.√； 4.×null三.简答题 1.答：按接口类型分类：AGP显卡和PCI-E显卡。按图形功能分类：纯二维（2D）显卡、纯三维（3D）显卡和二维+三维（2D+3D）显卡。按显示芯片分类：nVIDIA、ATi和SiS显卡。按是否集成在主板上分类：集成显卡、独立显卡。 2.答：显卡的作用就是在程序运行时根据CPU提供的指令和相关数据，将程序运行过程和结果进行相应的处理，并转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号后，通过屏幕显示出来。null3.答：2D显卡芯片在处理3D图像和特效时主要依赖CPU的处理能力，称为“软加速”。3D显卡则将三维图形和特效处理功能集中在显示芯片内，在进行3D图形处理时，显示芯片能承担许多原来由CPU处理的3D图形处理任务，减轻了CPU的负担，加快了3D图形的处理速度，也就是所谓的“硬加速”功能。null四.分析题： 1.分析处理：首先检查显示器的电源和数据线的连接是否正常，然后将显示器安装到其他电脑上使用。排除这些问题后，打开机箱检查显卡，发现显卡没有完全插入主板插槽，可能是搬用时的振动所致。将显卡重新安装后开机，故障排除。null2.分析处理：通过现象大致可以确定是显卡、内存等配置不够所致。由于极品飞车等大型3D游戏对系统硬件（特别是显卡）的要求很高，即使勉强够游戏所要求的基本配置，通常也无法流畅地进行游戏。解决此问题的最佳方案就是升级硬件。