显卡的结构及工作原理

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1、显卡的结构及工作原理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，

2、很多厂家已经开始在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

3、“金手指”（显示卡接口），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 Geforce2GTS， Geforce2 MX， G

4、eforce3， ATI Radeon 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。它们的差别是一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

5、对显卡性能影响较大，故许多名牌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

6、 板 也影响着显卡的质量。目前显卡主要采用黄色和绿色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

7、显卡。显示芯片按照功能来说主要分为“2D”（如S3 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，

8、屏幕 上显示的像素点也越多，相应所需显存容量也较大。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

9、的读写和传输无法同时进行；顾名 思义，双端口显存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 BIOSVGA BIOS 存在于 Flash ROM 中，包含了显示芯片和驱动程序间

10、的控制程序、 产品标识等信息。我们常见的Flsah 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。VGA 功能插针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。VGA插座一般为15针RGB接口，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 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

11、，比如MGA G400DH和双头GeForce MX。另外，部分显卡还同时带有视频输入（Video in）、输出（Video out）端 子、S端子或数字DVI接口。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 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） 旦离开CPU，必须通过4个步骤，最后才会 到达显示屏:1

12、、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 （二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

13、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

14、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 pa th,也就是说CPU跟 显示卡之间是以一次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

15、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， RAMDAC 也必须不断地读取显存上的资料，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 videobus 的大小如 32bit,64

16、bit, 还有现在刚出现的 128bit。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 RAMDAC 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