显卡的结构和工作原理

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1、显卡的结构和工作原理 显卡是目前大家最为关注的电脑配件之一了，他的性能好坏直接关系到显示性能的好坏及图像表现力的优劣等等。然而许多初学者对显卡这个东西并不是十分了解的，下面笔者搜集了一批资料并以图解的形式对显卡结构做一简单的介绍，希望你看后能对显卡有一定的了解。 显卡的基本结构 显卡的主要部件包括:显示芯片，显示内存，RAMDAC 等。 显示芯片:一般来说显卡上最大的芯片就是显示芯片，显示芯片的质量高低直接决定了显示卡的优劣，作为处理数据的核心部件，显示芯片可以说是显示卡上的 CPU，一般的显示卡大多采用单芯片设计，而专业显卡则往往采用多个显示芯片。由于 3D 浪潮席卷全球，很多厂家已经开始在

2、非专业显卡上采用多芯片的制造技术，以求全面提高显卡速度和档次。 显示内存:与系统主内存一样，显示内存同样也是用来进行数据存放的，不过储存的只是图像数据而已，我们都知道主内存容量越大，存储数据速度就越快，整机性能就越高。同样道理，显存的大小也直接决定了显卡的整体性能，显存容量越大，分辨率就越高。 一：结构-全面了解显示卡(一) 一.图解显示卡。 1.线路板。 显卡的线路板是显卡的母体，显卡上的所有元器件必须以此为生。目前显卡的线路板一般采用的是 6 层PCB 线路板或 4 层 PCB 线路板，如果再薄，那么这款显卡的性能及稳定性将大打折扣。另外，大家可看见显卡的下面有一组“金手指”（显示卡接口）

3、 ，它有 ISA/PCI/AGP 等规范，它是用来将显卡插入主板上的显卡插槽内的。当然，为了让显卡和主机更好的固定，显卡上需要有一块固定片；为了让显卡和显示器及电视等输入输出设备相连，各种信号输出输入接口也是必不可少的。 2.显卡上常见的元器件。 现在的显卡随着技术上的进步，其采用的元器件是越来越少越来越小巧。下面我们给大家介绍几种显卡上常见的元器件。 a.主芯片：主芯片是显示卡的灵魂。可以说采用何种主显示芯片便决定了这款显示卡性能上的高低。目前常见的显卡主芯片主要有 nVidia 系列及 ATI 系列等等，如 Geforce2 GTS，Geforce2 MX，Geforce3，ATI Rad

4、eon 等。此外，由于现在的显卡频率越来越高工作时发热量也越来越大，许多厂家在显卡出厂家已给其加上了一个散热风扇。 b.显存：显存也是必不可少的。现在的显卡一般采用的是 SDRAM，SGRAM，DDR 三种类别的显存，以前常见的 EDO 等类别的显存已趋淘汰。它们的差别是-SGRAM 显存芯片四面皆有焊脚，SDRAM 显存只有两边有焊脚，而 DDR 显存除了芯片表面标记和前两者不同外，那就是芯片厚度要比前两者明显薄。 c.电容电阻：电容电阻是组成显卡不能或缺的东西。显卡采用的常见的电容类型有电解电容，钽电容等等，前者发热量较大，特别是一些伪劣电解电容更是如此，它们对显卡性能影响较大，故许多名牌

5、显卡纷纷抛弃直立的电解电容，而采用小巧的钽电容来获得性能上的提升。电阻也是如此，以前常见的金属膜电阻碳膜电阻越来越多的让位于贴片电阻。 d.供电电路：供电电路是将来自主板的电流调整后供显卡更稳定的工作。由于显示芯片越造越精密，也给显卡的供电电路提出了更高的要求，在供电电路中各种优良的稳压电路元器件采用是少不了的。 e.FLASH ROM：存放显卡 BIOS 文件的地方。 f.其它：除此之外，显卡上还有向显卡内部提供数/模转换时钟频率的晶振等小元器件。 全面了解显示卡 PCB 板 PCB 板是一块显卡的基础，所有的元件都要集成在 PCB 板上，所以 PCB 板也影响着显卡的质量。目前显卡主要采用

6、黄色和绿色 PCB 板，而蓝色、黑色、红色等也有出现，虽然颜色并不影响性能，但它们在一定程度上会影响到显卡出厂检验时的误差率。另外，目前不少显卡采用 4 层板设计，而一些做工精良的大厂产品多采用了 6 层 PCB 板，抗干扰性能要好很多。PCB 板的好坏直接影响显示的稳定性。 显示芯片 我们在显示卡上见到的“个头”最大的芯片就是显示芯片，它们往往被散热片和风扇遮住本来面目，显示芯片专门负责图像处理。常见的家用型显卡一般都带有一枚显示芯片，但也有多芯片并行处理的显卡，比如ATI RAGE MAXX 和大名鼎鼎的 3dfx Voodoo5 系列显卡。 显示芯片按照功能来说主要分为“2D”（如 S3

7、 64v+） “3D”(如 3dfx Voodoo)和“2D+3D“（如 Geforce MX）几种，目前流行的主要是 2D+3D 的显示芯片。 位（bit 指的是显示芯片支持的显存数据宽度，较大的带宽可以使芯片在一个周期内传送更多的信息，从而提高显卡的性能。现在流行的显示芯片多位 128 位和 256 位，也有一小部分 64 位芯片显卡。 “位”是显示芯片性能的一项重要指标，但我们并不能按照数字倍数简单判定速度差异。 显示内存 显存也是显卡的重要组成部分，而且显存质量、速度、带宽等的重要性已经越来越明显。显存是用来存储等待处理的图形数据信息的，分辨率越高，屏幕上显示的像素点也越多，相应所需显

8、存容量也较大。而对于目前的 3D 加速卡来说，则需要更多的显存来存储 Z-Buffer 数据或材质数据等。 我们知道，在显卡工作中，显示芯片将所处理的图形数据信息传送到显存中，随后 RAMDAC 从显存中读取数据并将数字信号转化为模拟信号，输出到显示器上。所以，显存的速度及数据传输带宽直接影响了显卡的速度。数据传输带宽是指显存一个周期内可以读入的数据量影响显卡的速度。显存容量决定了显卡支持的分辨率、色深，而刷新率由 RAMDAC 决定。 显存可以分为两大类：单端口显存和双端口显存。前者从显示芯片读取数据及向 RAMDAC 传输数据经过同一端口，数据的读写和传输无法同时进行；顾名思义，双端口显存

9、则可以同时进行数据的读写与传输。目前主要流行的显存有 SDRAM、SGRAM、DDR RAM、VRAM、WRAM 等。 RAMDAC（数/模转换器） RAMDAC 作用是将显存中的数字信号转换成显示器能够识别的模拟信号，速度用“MHz”表示，速度越快，图像越稳定，它决定了显卡能够支持的最高刷新频率。我们通常在显卡上见不到 RAMDAC 模块，那是因为厂商将 RAMDAC 整合到显示芯片中以降低成本，不过仍有部分高档显卡采用了独立的 RAMDAC 芯片。VGA BIOS VGA BIOS 存在于 Flash ROM 中，包含了显示芯片和驱动程序间的控制程序、产品标识等信息。我们常见的 Flsah

10、 ROM 编号有 29、39（见图 1）和 49 开头的 3 种，这几种芯片都可以通过专用程序进行升级，改善显卡性能，甚至可以给显卡带来改头换面的效果。 图 1 VGA BIOS VGA 功能插针 VGA 功能插针（见图 2）是显卡与外部视频设备交换数据的通道，通常用于扩展显卡的视频功能，比如连接解压卡等，虽然它存在于很多显卡当中，但利用率非常低。 图 2 VGA 插针 VGA 插座（D-SUB） VGA 插座一般为 15 针 RGB 接口（见图 3） ，某些书籍及报刊称之为 D-SUB 接口。显卡与显示器之间的连接需要 VGA 插座来完成，它负责向显示器输出图像信号。在一般显卡上都带有一个

11、VGA 插座，但也有部分显卡同时带有两个 VGA 插座，使一块显示卡可以同时连接两台显示器，比如 MGA G400DH 和双头 GeForce MX。 图 3 VGA 插座 另外，部分显卡还同时带有视频输入（Video in） 、输出（Video out）端子（见图 4） 、S 端子（见图 5）或数字 DVI 接口（见图 6） 。视频输出端口和 S 端子的出现使得显卡可以将图像信号传输到大屏幕彩电中，获取更佳的视觉效果。数字 DVI 接口用于连接 LCD，这需要显示芯片的支持。具有这些接口的显卡通常也可以称为双头显卡，双头显卡一般需要单独的视频控制芯片。现在市场上有售的耕升的 GeForce2

12、 ULT显卡同时拥有 DVI 接口和 S-Video 接口，是少见的全能产品。 工作原理 我们必须了解，资料 (data) 一旦离开 CPU，必须通过 4 个 步骤，最后才会到达显示屏: 1、从总线 (bus) 进入显卡芯片 将 CPU 送来的资料送到显卡芯片里面进行处理。 (数位资料) 2、从 video chipset 进入 video RAM将芯片处理完的资料送到显存。 (数位资料) 3、从显存进入 Digital Analog Converter (= RAM DAC)，由显示显存读取出资料再送到 RAM DAC 进 行资料转换的工作(数位转类比)。 (数位资料) 4、从 DAC 进入

13、显示器 (Monitor)将转换完的类比资料送到显示屏 (类比资料) 如同你所看到的，除了最后一步，每一步都是关键，并且对整体的显示效能 (graphic performance) 关系十分重大。 注: 显示效能是系统效能的一部份，其效能的高低由以上四步所决定，它与显示卡的效能 (video performance) 不太一样，如要严格区分，显示卡的效能应该受中间两步所决定，因为这两步的资料传输都是在显示卡的内部。第一步是由 CPU 进入到显示卡里面，最后一步是由显示卡直接送资料到显示屏上，这点要了解。 最慢的步骤就是整体速度的决定步骤 (注: 例如四人一组参加 400 公尺接力，其中有一人跑

14、的特别慢，全组的成绩会因它个人而被拖垮，也许会殿后。但是如果他埋头苦练，或许全队可以得第一，所以跑的最慢的人是影响全队成绩的关键，而不是哪些已经跑的很快的人)。 现在让我们来看看每一步所代表的意义及实际所发生的事情: CPU 和显卡芯片之间的资料传输 这受总线的种类和总线的速度(也就是外频)，主机板和他的芯片组所决定。 目前最快的总线是 PCI bus，而 VL bus, ISA, EISA and NuBus (Macs 专用) 效能就比较低。 现在流行的 AGP 并不是一种总线，而只是一种接口方式(注: PCI bus 是 32 bit data path，也就是说 CPU 跟 显示卡之间

15、是以一次 4 byte 的资料在对传，其他的 bus 应该是 16 bit data path)。 PCI bus 的最快速度是 33 MHz 。 显卡芯片和显存之间的资料传输以及从显存到 RAM DAC 的资料传输 我把这两步放在一起是因为这里是影响显示卡效能的关键所在， 假如你不考虑显卡芯片的个别差异。 显示卡的最大的问题就是，可怜的显存夹在这两个非常忙碌的装置之间 (显卡芯片和 RAMDAC)，必须随时受它们两个差遣。 每一次当显示屏画面改变，芯片就必须更改显示显存里面的资料 (这动作是连续进行的，例如移动滑鼠游标，键盘游标.等等)。 同样的，RAM DAC 也必须不断地读取显存上的资料

16、，以维持画 面的刷新。 你可以看到，显存在他们之间被捉的牢牢的。 所以后来出现了一些聪明的做法，像是使用 VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, EDO RAM, 或增加 video bus 的大小如 32 bit, 64bit, 还有现在刚出现的 128 bit。 解析度越高，从芯片传到显存的资料就越多。 而 RAM DAC 从显存读取资料的速度就要更快才行。 你可以看到，芯片和和 RAM DAC 随时都在对显存 进行存取的工作。 一般 DRAM 的速度只能被存取到一个最大值(如 70ns 或 60ns)，所以 在芯片结束了存取 (read/write) 显存之后， 才能换 RAM DAC 去读取显存，如此一直反覆不断。 显卡的主要术语与参数 一.明白显卡的常见术语。 了解了显卡的外表，最后让我们再来了解一下显卡的流行术语，这样对你认识显卡更有由表及里的帮助作用。 1.AGP：（ACCELERATED GRAPHICS PORT 图形加速端口）AGP 实际上是 PCI 接口的超集，它做为一种新型接口将显示卡同主板芯片组进行了直接连接，从而大幅度提高了电