《计算机组装与维护》教案第6章显示卡.docx
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《计算机组装与维护》教案第6章显示卡
第6章显示卡
[教学目标]
1．了解显示卡的基本结构、性能指标和接口的分类。
2．能够区分显示卡上各种不同输入输出端口。
3．掌握识别显示卡质量优劣的标准。
[教学重点]
1．掌握根据用户的需求，选配相适应种类的显示卡。
2．识别NVIDIA和ATI显示芯片。
[教学难点]
1．能够区分不同种类接口的显示卡。
2．掌握根据用户的需求选购显示卡的方法。
[教学内容]
6.1基础知识：
认识显卡………………………………………………………………………2
6.1.1独立显示卡………………………………………………………………………………2
1、显示主芯片……………………………………………………………………………………2
2、显存……………………………………………………………………………………………6
3、供电模块………………………………………………………………………………………6
4、信号输出接口…………………………………………………………………………………7
5、总线接口………………………………………………………………………………………10
6、VGABIOS……………………………………………………………………………………13
6.1.2主板集成式显示卡…………………………………………………………………………13
6.1.3显示卡的技术指标…………………………………………………………………………13
1、显存的速度与频率……………………………………………………………………………13
2、位宽……………………………………………………………………………………………14
3、分辨率…………………………………………………………………………………………15
4、色深……………………………………………………………………………………………16
5、刷新率…………………………………………………………………………………………17
API、DirectX和OpenGL…………………………………………………………………………17
6.2制定选购方案：
选购显示卡前的分析……………………………………………………18
1、集成显卡与独立显卡的选择…………………………………………………………………18
2、NVIDIA与ATI…………………………………………………………………………………20
3、功能与性能……………………………………………………………………………………22
4、选名牌还是普通品牌…………………………………………………………………………22
6.3实战：
选购显示卡…………………………………………………………………………23
导入新课
显卡的称呼
显卡的作用
板载与独立
6.1.1
显卡的组成
1、显卡芯片
单卡多芯片
②单核心与多核心
插播新闻
③2D与3D
④软/硬加速
⑤芯片厂商
显卡厂商
⑥显卡散热器
主动式和被动式
补充：
（1）
①定义
②作用
补充：
（2）
①制造工艺提高的作用
②跟随CPU制造技术进步
③意义
2、显存
①显存的作用
②显存的类型
③显存的容量
3、供电模块
①作用
②电容与电阻
补充：
（1）
补充：
（2）
4、信号输出接口
分类
（1）D-SUB
数/模转换器
RAMDAC作用
显卡的工作原理
VGA接液晶显示器的弊端
（2）DVI接口
DVI的优点
DVI的分类
DVI的优点
补充：
HDMI
（3）S端子
工作原理
补充：
5、总线接口
（1）AGP
（2）PCI-E×16
（3）SLI
①工作原理
②SLI桥接器
③不同主板的SLI
（4）
CrossFire
①工作原理
②技术特点
6、VGABIOS
①包含……
②刷新BIOS的危险性
6.1.2
①分类
②接口方式
③应用范围
④集成显卡的优势
6.1.3
1、显存的速度与频率
①定义
②计算方法
SDRAM
DDR
DDR2
DDR3
③应用范围
④超频能力
⑤命名规则
2、位宽
（1）显存位宽①定义
②分类
③显存带宽的计算方法
④显存位宽的计算方法
（2）显示芯片位宽
①定义
②
③
3、分辨率
（1）显示分辨率
（2）显卡分辨率①定义
②分辨率越大，图像越清晰
③高分辨率需要显卡和显示器相配合
④最佳分辨率
CRT：
LCD：
4、色深
①定义
②种类
5、刷新率
①定义
用手机摄像头看显示器的状况
②由RAMDAC决定
知识补充：
API
（1）定义
（2）API的优点：
①使程序员开发程序更便捷
②方便芯片厂商根据标准来设计硬件产品
（3）API的分类
DirectX：
应用于游戏的开发
OpenGL：
应用于专业的图形工作站
6.2
1、集成与独立
（1）优势
①低价格
②兼容性好
③满足需求
④可升级
（2）劣势
①在3D应用方面的性能比不上独立显卡
②占用内存
2、NVIDIA与ATI
（1）选择NVIDIA：
3D游戏需要良好的图形加速能力
（2）选择ATI：
图形设计或多媒体应用
补充：
（1）nVidia
（2）ATI
3、功能与性能
（1）显卡的输出接口：
在需要的情况下购买相应接口的显卡
（2）基本性能和规格的了解
（3）其它特别技术
4、名牌与普通
名牌在做工和用料上不惜血本，但价格较高
二、三线品牌的产品性能比名牌相差无几，但风险较高
补充：
（1）搭配原则：
（2）明确应用范围再选择
（3）不同平台的选择
6.3
1、显存的大小
（1）显存一般有64M，128M，256M，原则上越大越好
（2）显存容量大小的区别与应用
（3）不同的显示核心有不同的显存需求
（4）显存位宽的重要性
（5）
2、PCB和做工
（1）PCB板的层数
层数越多越好，同样层数的越厚越好
焊点应饱满
3、供电电路和电容的质量
（1）核心供电电路
（2）电容
①分类
介质材料
安装形式
②各种电容的优缺点
DIP铝电解电容成本低
钽电容温度系数小、电量精确
（3）集成块
（4）其它
6.1基础知识：
认识显卡
计算机系统将各种需要显示的数据通过显示卡再送到显示器。
对于一些需要大量处理图形运算、图形高速变换的工作，如CAD辅助设计、各种三维游戏、多媒体编辑等工作来说，显示卡质量的优劣是至关重要的。
而且，不同厂商的显示芯片在性能上也是有所区别。
掌握这些知识有助于我们选购一款合适的显示卡。
显卡又称为视频卡、图形卡、视频适配器、图形适配器和显示适配器。
显卡的作用是控制电脑的图形输出，负责将CPU送来的的图形数据处理成显示器认识的格式（模拟信号或数字信号），再送到显示器形成图象。
它是主机与显示器连接的桥梁。
显卡根据结构的不同分为独立显卡和板载显卡。
独立显卡即指通过相应的接口插到主板的显卡插槽上的显示卡；而板载显卡则指主板上的北桥芯片所整合显示核心的显卡，而在主板背面接口上提供相应的显卡接口。
6.1.1独立显示卡
显卡的组成部件：
显示主芯片，（GPU：
GraphicProcessingUnit，图形处理芯片）显示缓存（简称显存）、VGABIOS、供电模块、显卡-显示器输出接口、总线接口（与主板上显卡插槽连接）、数字/模拟信号转换器（RAMDAC）。
多功能显卡还配备了视频输出以及输入，供特殊需要。
随着技术的发展，目前大多数显卡都将RAMDAC集成到了主芯片了。
1、显示主芯片
显示主芯片也称为图形处理芯片（GPU：
GraphicProcessingUnit）是显卡上最大的芯片，显示主芯片自然是显示卡的核心，它相当于显卡的“大脑”，GPU负责处理由电脑发来的数据，最终将产生的结果显示在显示器上。
普通的家用娱乐性显卡都采用了单芯片，而高档的专业显卡则通常采用单卡多芯片组合的方式。
由于3D浪潮席卷全球，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。
单卡多芯片：
将多个芯片安装到一张显卡上。
单芯片多核心：
①单一芯片设计：
普通的显卡芯片都是一块大的芯片，内部则是有序地互联到一起的各种常规单元。
②复合式多芯片设计：
采用类似于Pentium D双核处理器和Athlon64双核处理器的方法，在一个显卡芯片的核心内部放置多个小的GPU。
这样做的好处是显而易见的。
新的小芯片将是现有芯片的四分之一乃至更小，然后只需在PCB上放置不同数量的小芯片即可得到不同规格的显卡，比如低端的用一个两个、中端的用四个、高端的用八个。
事实上，一旦发布了一款新产品，整个产品线都能随时拿出，无需重新设计。
英特尔目前正在秘密研发新的游戏显卡芯片以期同ATI和Nvidia在主流显卡上进行竞争。
英特尔还透露了其显卡产品上市的大概日期，它的首款游戏显卡芯片最有可能在2008或者2009上市，这种显卡的性能将是令人震惊的，因为英特尔计划将16个显示核心集成在一款芯片上，也就是说未来的显卡也将走多核心战略。
目前只知道INTEL多核心显卡芯片的开发代号为Larrabee（与众不同的集合型芯片）。
显卡所支持的各种3D特效由GPU的性能决定，GPU也就相当于CPU在电脑中的作用，一块显卡采用何种显示芯片便大致决定了该显卡的档次和基本性能，它同时也是2D显示卡和3D显示卡区分的依据。
“软加速”功能：
2D显示芯片在处理3D图像和特效时主要依赖于CPU的处理能力。
它自己对3D计算无能为力。
“硬件加速”功能：
3D显示芯片是将三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内，不用依赖CPU。
这两种显卡芯片的区别即在于：
在一台使用2D显卡的计算机上运行大型3D游戏时，这台计算机将变得很卡、反应速度慢。
这是因为3D的计算由CPU完成，CPU占用率过高。
而3D显卡则不会出现这种状况。
目前绝大多数独立显卡都能很有效地支持3D运算。
显卡芯片市场，经过多年的竞争，形成了ATI和nVIDIA两个芯片巨人。
这两大厂商的技术实力及市场份额，已经抛离了其他对手，现在市场上各种品牌的显卡大多采用nVIDIA和ATI两家公司的图形处理芯片，诸如：
nVIDIAFX5200、FX5700、RADEON9800等等就是显卡图形处理芯片的名称。
市场上的显卡产品的品牌、型号、规格复杂多样，比如华硕、双敏、七彩虹、小影霸等等都是显卡的生产厂家，他们所生产的显卡在性能和价格上的可比性，主要集中在显示芯片上，区分显卡最关键的方法就是认清显卡的显示芯片。
显示主芯片的性能直接决定这显示卡性能的高低，不同的显示芯片，不论从内部结构还是其性能，都存在着差异，而其价格差别也很大。
一般来说，价格越高的显卡，性能自然越好。
由于显卡核心工作频率与显存工作频率的不断攀升，显卡芯片的发热量也在迅速提升。
显示芯片的晶体管数量已经达到，甚至超过了CPU内的数量，如此高的集成度必然带来了发热量的增加，随之而来的重大问题就是节节攀升的功耗、难以抑制的发热量和不堪忍受的风扇散热噪音。
为了解决这些问题，显卡都会采用必要的散热方式。
尤其对于超频爱好者和需要长时间工作的用户，优秀的散热方式是选择显卡的必选项目。
目前常见的散热方式有被动式和主动式。
显卡的散热方式分为散热片和散热片配合风扇的形式，也叫作被动式散热和主动式散热方式。
一般一些工作频率较低的显卡采用的都是被动式散热，这种散热方式就是在显示芯片上安装一个散热片即可，并不需要散热风扇。
因为较低工作频率的显卡散热量并不是很大，没有必要使用散热风扇，这样在保障显卡稳定工作的同时，不仅可以降低成本，而且还能减少使用中的噪音。
主动式散热除了在显示芯片上安装散热片之外，还安装了散热风扇，工作频率较高的显卡都需要这种主动式散热。
因为较高的工作频率就会带来更高的热量，仅安装一个散热片的话很难满足散热的需要，所以就需要风扇的帮助，而且对于那些超频使用的用户和需要长时间使用的用户来说就更重要了。
为了保证显卡性能的稳定发挥和营造一个适宜的工作环境，那么自然少不了优秀显卡散热器的应用。
一些高端显卡的散热器往往因芯片发热量太大而设计得非常大，而且奇形怪状，更有甚者将散热器的形状当作显卡的档次标志，也成为厂家宣传显卡做工精致独特的一个手段。
低端显卡的散热器设计简单也比较小，而中高端显卡的散热器设计独特且散热性能卓越不凡。
（1）显卡的核心代号
核心代号就是指显卡的显示核心（GPU）的开发代号。
而所谓开发代号就是显示芯片制造商为了便于显示芯片在设计、生产、销售方面的管理和驱动程序的统一而对一个系列的显示芯片给出的相应的基本的代号。
不同的显示芯片都有相应的开发代号。
开发代号最突出的作用是降低显示芯片制造商的成本、丰富产品线以及实现驱动程序的统一。
一般来说，显示芯片制造商可以利用一个基本开发代号再通过控制渲染管线数量、顶点着色单元数量、显存类型、显存位宽、核心和显存频率、所支持的技术特性等方面来衍生出一系列的显示芯片来满足不同的性能、价格、市场等不同的定位，还可以把制造过程中具有部分瑕疵的高端显示芯片产品通过屏蔽管线等方法处理成为完全合格的相应低端的显示芯片产品出售，从而大幅度降低设计和制造的难度和成本，丰富自己的产品线。
例如，NVIDIA从NV40就先后衍生出了面向零售市场的Geforce6800、Geforce6800GT、Geforce6800Ultra、Geforce6800LE、Geforce6800XT以及面向OEM市场的Geforce6800GTO等显示芯片产品；而ATI也从R300衍生出了Radeon9700、Radeon9700Pro、Radeon9500、Radeon9500Pro等显示芯片产品。
在驱动程序方面，同一种开发代号的显示芯片可以使用相同的驱动程序，这为显示芯片制造商编写驱动程序以及消费者使用显卡都提供了方便。
同一种开发代号的显示芯片的架构以及所支持的技术特性是基本上相同的，而且所采用的制程也相同，所以开发代号是判断显卡性能和档次的重要参数。
（2）显示芯片的制造工艺
显示芯片的与CPU一样，也是用微米来衡量其加工精度的。
制造工艺的提高，意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高，可以容纳更多的晶体管，性能会更加强大，功耗也会降低。
和中央处理器一样，显示卡的核心芯片，也是在硅晶片上制成的。
采用更高的制造工艺，对于显示核心频率和显示卡集成度的提高都是至关重要的。
而且重要的是制程工艺的提高可以有效的降低显卡芯片的生产成本。
目前的显示芯片制造商中，NVIDIA公司已全面采用了0.13微米的制造工艺，就是其FX5900显示核心之所以能集成一亿两千五百万个晶体管的根本原因。
而ATI公司主要还是在使用0.15微米的制造工艺，比如其高端的镭9800XT和镭9800Pro显卡，部分产品采用更先进的0.13微米制造工艺，比如其镭9600显卡。
微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。
显示芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米一直发展到目前最新的90纳米，而未来则会以80纳米作为一个过渡，然后进一步发展到65纳米。
总的说来，显示芯片在制造工艺方面基本上总是要落后于CPU的制造工艺一个时代，例如CPU采用0.13微米工艺时显示芯片还在采用0.18微米工艺和0.15微米工艺，CPU采用90纳米工艺时显示芯片则还在使用0.13微米工艺和0.11微米工艺，而现在CPU已经采用65纳米工艺了而显示芯片则刚进入90纳米工艺。
提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实现更高的性能、支持更多的特效；更先进的制造工艺会使显示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得利；更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍……显示芯片自身的发展历史也充分的说明了这一点，先进的制造工艺使显卡的性能和支持的特效不断增强，而价格则不断下滑，
2、显存
作用：
来存储显示芯片（组）所处理的图形数据信息。
这些数据包括：
显示器上所显示出的每一个像素点及进行3D函数运算的各种数据。
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信息而已，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，显卡芯片在单位时间内能进行计算的数据储存量越充足，所能达到的分辨率也就越高。
虽然显示芯片决定了显卡的档次和基本性能，但只有配备合适的显存才能使显卡性能完全发挥出来，显存的大小与好坏也直接关系着显示卡的性能高低。
目前的显存主要是有这么几种：
DDR、DDR2、DDR3。
各种类型的显存一般与内存的类型是一样的，同样有DDR、DDR2、DDR3，以前也有SDRAM，各种显存与GPU的配合和主内存与CPU的配合是一样的，显存也像主内存为CPU提供数据一样，为GPU提供必要的运算数据。
频率越高的显存越能适应高频率GPU的运算要求。
目前以DDR2显存的应用最为广泛，而DDR3主要应用在中高端显卡上，DDR3显存的工作频率更高，兼容性更好，发热量和功耗反而降低。
显卡在玩大型3D游戏时发挥着不可替代的作用，显卡越高端，玩3D的效果就越好。
如果没有独立显卡，或显卡较低级，则玩3D游戏时，画面切换缓慢，动作失真幅度大，感官得不到充分的刺激，娱乐效果将大打折扣。
描述显卡性能的主要参数是显存，目前家用电脑玩3D游戏的推荐显卡配置：
显存在128MB就差不多了，如果要求特别高，也可以配置拥有256MB或512MB显存的显卡。
3、供电模块
供电模块的作用：
将来自主板的电流调整后提供给显卡，以使显卡更稳定的工作。
由于显示芯片越造越精密，也给显卡的供电模块提出了更高的要求，在供电模块中各种优良的稳压电路元器件采用是少不了的，像显卡边缘的电容、电阻、电感、场效应管等元器件共同组成了显卡的供电模块。
电容电阻都是组成显卡不可或缺的东西。
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，故许多名牌显卡纷纷抛弃直立的电解电容，而采用小巧的固态钽电容来获得性能上的提升。
目前有些用料比较好的显卡都采用了“三洋”固态电容。
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被贴片电阻取代。
（1）PWM供电芯片
供电模块可以分为主动元器件和被动元器件，像前面提到的电容，以及显卡上经常见到的场效应管、电感等都属于被动元器件。
而整个供电的核心部分——PWM供电芯片就是整个供电电路的主动核心部分。
一块显卡的稳定电流以及超频时所需的瞬间超强电流其源头都是来自于这个PWM供电芯片，而其中以INTERSIL、APM、NEXTOR等公司的产品最为优秀。
PWM供电模块一般放在比较不显眼的地方，比较不受大家关注，它不像固态电容那样处在显眼位置，而且其品质辨别也有一定难度，所以厂家很少有用这个来宣传自己产品。
（2）显卡的功耗
目前的PCI-Expressx16插槽能够提供75W的功耗，也就是说没有外接电源的显卡功耗肯定低于75W，高于75W的高端图形处理器需要一个PCI-E（6针插座）的专用电源接口，这个接口能够提供75W的功耗，也就是说搭配一个PCI-E专用接口的图形处理器功耗不会超过150W，那么搭配了两个PCI-E专用电源接口的显卡，其峰值功耗不会超过225W。
目前高端显卡的最高功耗一般集中在140W左右，从表面判断一张显卡的功耗量可以从它的外接电源接口的数量大致地看出来。
当显卡的功耗越高，就越需要一个更优秀的散热器来为GPU散热。
以目前中高端显卡的功耗来看，显卡的工作温度在50°~70°之间都属正常现象。
但显卡散热风扇一旦“停车”，显卡芯片也就可以拿来煎蛋了。
4、信号输出接口
信号输出接口指显卡与显示器、电视机等图像输出设备连接的接口。
常见的接口有D-SUB（也称为VGA）、DVI、S-Video接口三种。
（1）D-SUB接口
显卡所处理的信息最终都要输出到显示器上，显卡的输出接口就是电脑与显示器之间的桥梁，它负责向显示器输出相应的图像信号。
CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接受模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。
VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，VGA（VideoGraphicsArray，模拟信号接口）接口，也叫D-Sub接口。
VGA接口是一种D型接口，上面共有15个针孔，分成三排，每排五个，所以也叫15针D型接口。
VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。
RAMDAC是RandomAccessMemoryDigital/AnalogConvertor的缩写，即随机存取内存数字/模拟转换器。
计算机中处理数据的过程其实就是将事物数字化的过程，所有的事物将被处理成0和1两个数，而后不断进行累加计算。
图形加速卡也是靠这些0和1对每一个象素进行颜色、深度、亮度等各种处理。
显卡生成的信号都是以数字来表示的，但是所有的CRT显示器都是以模拟方式进行工作的，数字信号无法被识别，这就必须有相应的设备将数字信号转换为模拟信号。
而RAMDAC就是显卡中将数字信号转换为模拟信号的设备。
它的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。
早期显卡的RAMDAC一般为300MHz，很快发展到350MHz，目前主流的显卡RAMDAC都能达到400MHz，已足以满足和超过目前大多数显示器所能提供的分辨率和刷新率。
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。
目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器（RAMDAC）转变为R、G、Ｂ三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。
对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。
虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。
这种液晶显示器中需配置相应的Ａ/Ｄ（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。
在经过Ｄ/Ａ和Ａ/Ｄ2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。
VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。
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