什么是顯卡? 　　顯卡的工作非常復(fù)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(fù)責(zé)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?cè)诒O(jiān)視器上看到的圖像是由很多個(gè)小點(diǎn)組成的，這些小點(diǎn)稱為“像素”。在最常用的分辨率設(shè)置下，屏幕顯示一百多萬個(gè)像素，電腦必須決定如何處理每個(gè)像素，以便生成圖像。為此，它需要一位“翻譯”，負(fù)責(zé)從CPU獲得二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人眼可以看到的圖像。除非電腦的主板內(nèi)置了圖形功能，否則這一轉(zhuǎn)換是在顯卡上進(jìn)行的。我們都知道，計(jì)算機(jī)是二進(jìn)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(zhuǎn)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(shè)備、監(jiān)視器連接設(shè)備、處理器和內(nèi)存。不同顯卡的工作原理基本相同CPU與軟件應(yīng)用程序協(xié)同工作，以便將有關(guān)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(jìn)。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(biāo)準(zhǔn)是視頻圖形陣列(VGA)，它能顯示256種顏色。通過像量子擴(kuò)展圖矩陣(QuantumExtendedGraphicsArray,QXGA)這樣的高性能標(biāo)準(zhǔn)，顯卡可以在最高達(dá)2040x1536像素的分辨率下顯示數(shù)百萬種顏色。 　　根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)生成圖像是一個(gè)很費(fèi)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(gè)線框。然后，它對(duì)圖像進(jìn)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(duì)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(jì)算，則電腦將無法承擔(dān)如此大的工作負(fù)荷。 　　顯卡工作的四個(gè)主要部件 　　顯卡在完成工作的時(shí)候主要靠四個(gè)部件協(xié)調(diào)來完成工作，主板連接設(shè)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(gè)像素，內(nèi)存用于存放有關(guān)每個(gè)像素的信息以及暫時(shí)存儲(chǔ)已完成的圖像，監(jiān)視器連接設(shè)備便于我們查看最終結(jié)果。 　　處理器和內(nèi)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(chǔ)顯卡的設(shè)置以及在啟動(dòng)時(shí)對(duì)內(nèi)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(fù)雜的數(shù)學(xué)和幾何計(jì)算而設(shè)計(jì)的，這些計(jì)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(huì)產(chǎn)生大量熱量，所以它的上方通常安裝有散熱器或風(fēng)扇。 　　 　　除了其處理能力以外，GPU還使用特殊的程序設(shè)計(jì)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(qiáng)功能。為了提高圖像質(zhì)量，這些處理器使用全景抗鋸齒技術(shù)，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(shí)，需要有個(gè)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(chǔ)有關(guān)每個(gè)像素的數(shù)據(jù)、每個(gè)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(yùn)行，且采取雙端口設(shè)計(jì)，這意味著系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)其進(jìn)行讀取和寫入操作。 　　RAM直接連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即DAC。這個(gè)轉(zhuǎn)換器也稱為RAMDAC，用于將圖像轉(zhuǎn)換成監(jiān)視器可以使用的模擬信號(hào)。有些顯卡具有多個(gè)RAMDAC，這可以提高性能及支持多臺(tái)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(shè)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(duì)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(shè)部件互連(PCI)、高級(jí)圖形端口(AGP)、PCIExpress(PCIe)等三種接口接口來實(shí)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(tái)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(shè)備中的一種。需要使用兩臺(tái)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(gè)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(tái)監(jiān)視器。除了用于主板和監(jiān)視器的連接設(shè)備以外，有些顯卡還具有用于以下用途的連接設(shè)備：電視顯示：電視輸出或S-Video、模擬攝像機(jī)：ViVo(視頻輸入/視頻輸出、數(shù)碼相機(jī)：火線或USB有些顯卡還自帶了電視調(diào)諧器。 　　影響顯卡速度和效率的因素 　　DirectX和OpenGLDirectX和OpenGL都是應(yīng)用程序編程接口，簡稱API。API提供用于復(fù)雜任務(wù)(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(duì)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(yùn)行的原因。 　　API不同于驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序是使硬件可以與電腦的操作系統(tǒng)進(jìn)行通信的程序。但如同更新版的API一樣，更新版的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以幫助程序正確運(yùn)行。 　　如何衡量顯卡好壞? 　　頂級(jí)顯卡很容易辨認(rèn)，它應(yīng)該具有大量內(nèi)存和速度很快的處理器。此外，與其他任何要安裝到電腦機(jī)箱中的部件相比，它通常是最令人關(guān)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(fēng)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(shí)需要。對(duì)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(duì)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(gè)很好的整體衡量標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)感快速的游戲至少需要60FPS的幀速才能提供平滑的動(dòng)畫和滾動(dòng)。影響幀速的因素包括：每秒生成的三角形數(shù)或頂點(diǎn)數(shù)三維圖像是由三角形或多邊形組成的。這項(xiàng)指標(biāo)說明了GPU能夠以多快的速度計(jì)算整個(gè)多邊形或?qū)υ摱噙呅芜M(jìn)行定義的頂點(diǎn)。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(xiàng)指標(biāo)說明了GPU一秒鐘內(nèi)能處理多少個(gè)像素，從而也就說明了顯卡能以多快的速度對(duì)圖像進(jìn)行光柵化處理。顯卡的硬件對(duì)其速度具有直接影響。以下是對(duì)顯卡速度影響最大的硬件性能指標(biāo)及其衡量單位：GPU時(shí)鐘速度(MHz)、內(nèi)存總線的容量(位)、可用內(nèi)存的數(shù)量(MB)、內(nèi)存時(shí)鐘速率(MHz)　　內(nèi)存帶寬(GB/s)、RAMDAC速度(MHz)。 　　電腦的CPU和主板也對(duì)顯卡速度有一定影響，因?yàn)榉浅？焖俚娘@卡并不能彌補(bǔ)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(huì)影響其性能。 　　超頻有些用戶選擇將自己顯卡的時(shí)鐘速度手動(dòng)設(shè)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(duì)顯卡的內(nèi)存進(jìn)行超頻，因?yàn)閷?duì)GPU進(jìn)行超頻可能會(huì)導(dǎo)致過熱。雖然超頻可以獲得更好的性能，但它也會(huì)使制造商的質(zhì)保失效。 　　顯卡主要參數(shù)術(shù)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(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)可以說是GPU的標(biāo)志。GPU的生產(chǎn)主要由nVidia與ATI兩家廠商生產(chǎn)。 　　 　　開發(fā)代號(hào) 　　所謂開發(fā)代號(hào)就是顯示芯片制造商為了便于顯示芯片在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售方面的管理和驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的統(tǒng)一而對(duì)一個(gè)系列的顯示芯片給出的相應(yīng)的基本的代號(hào)。開發(fā)代號(hào)作用是降低顯示芯片制造商的成本、豐富產(chǎn)品線以及實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的統(tǒng)一。 　　一般來說，顯示芯片制造商可以利用一個(gè)基本開發(fā)代號(hào)再通過控制渲染管線數(shù)量、頂點(diǎn)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(shù)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(jià)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(yīng)低端的顯示芯片產(chǎn)品出售，從而大幅度降低設(shè)計(jì)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(hào)的顯示芯片可以使用相同的驅(qū)動(dòng)程序，這為顯示芯片制造商編寫驅(qū)動(dòng)程序以及消費(fèi)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(jìn)行加工各種電路和電子元件，制造導(dǎo)線連接各個(gè)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(jìn)。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細(xì)，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。 　　微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，主要是靠工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，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(qiáng)勁。比如GTS250的核心頻率達(dá)到了750MHz，要比GTX260+的576MHz高，但在性能上GTX260+絕對(duì)要強(qiáng)于GTS250。在同樣級(jí)別的芯片中，核心頻率高的則性能要強(qiáng)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(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。打開計(jì)算機(jī)時(shí)，通過顯示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，可以通過專用的程序進(jìn)行改寫或升級(jí)。 　　顯存 　　顯示內(nèi)存的簡稱。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。顯卡上采用的顯存類型主要有SDR DDR SDRAM，DDR SGRAM、 DDR2 、DDR3 、DDR4 、DDR5。 　　 　　DDR SGRAM 是顯卡廠商特別針對(duì)繪圖者需求，為了加強(qiáng)圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SDRAM)所改良而得的產(chǎn)品。SGRAM允許以方塊 (Blocks) 為單位個(gè)別修改或者存取內(nèi)存中的資料，它能夠與中央處理器(CPU)同步工作，可以減少內(nèi)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(cuò)，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(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)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(xí)慣上叫的64位顯卡、128位顯卡和256位顯卡就是指其相應(yīng)的顯存位寬。顯存位寬越高，性能越好價(jià)格也就越高，因此512位寬的顯存更多應(yīng)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(dāng)?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(gòu)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(guān)廠家的內(nèi)存編號(hào)，可以去網(wǎng)上查找其編號(hào)，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(jì)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(yīng)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;DDR SDRAM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。 　　流處理器單元 　　在DX10顯卡出來以前，并沒有“流處理器”這個(gè)說法。GPU內(nèi)部由“管線”構(gòu)成，分為像素管線和頂點(diǎn)管線，它們的數(shù)目是固定的。簡單來說，頂點(diǎn)管線主要負(fù)責(zé)3D建模，像素管線負(fù)責(zé)3D渲染。由于它們的數(shù)量是固定的，這就出現(xiàn)了一個(gè)問題，當(dāng)某個(gè)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(huì)造成頂點(diǎn)管線資源緊張而像素管線大量閑置，當(dāng)然也有截然相反的另一種情況。 　　 　　在這樣的情況下，人們?cè)贒X10時(shí)代首次提出了“統(tǒng)一渲染架構(gòu)”，顯卡取消了傳統(tǒng)的“像素管線”和“頂點(diǎn)管線”，統(tǒng)一改為流處理器單元，它既可以進(jìn)行頂點(diǎn)運(yùn)算也可以進(jìn)行像素運(yùn)算，這樣在不同的場景中，顯卡就可以動(dòng)態(tài)地分配進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算和像素運(yùn)算的流處理器數(shù)量，達(dá)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(gè)很重要的指標(biāo)，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(dá)到跳躍式增長,值得一提的是，N卡和A卡GPU架構(gòu)并不一樣，對(duì)于流處理器數(shù)的分配也不一樣。 　　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)，它通過把2塊Voodoo卡用SLI線物理連接起來，工作的時(shí)候一塊Voodoo卡負(fù)責(zé)渲染屏幕奇數(shù)行掃描，另一塊負(fù)責(zé)渲染偶數(shù)行掃描，從而達(dá)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。 　　 　　DirectX 　　DirectX并不是一個(gè)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(gè)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(bǔ)Windows 3.1系統(tǒng)對(duì)圖形、聲音處理能力的不足，已發(fā)展成為對(duì)整個(gè)多媒體系統(tǒng)的各個(gè)方面都有決定性影響的接口,最新版本為DirectX 11。

總結(jié)

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