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显卡的结构和工作原理及发展历史与现状
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显卡的结构和工作原理及发展历史与现状
显卡的结构和工作原理及发展历史与现状
一、显卡的基本结构
1.线路板。
目前显卡的线路板一般采用的是6层或4层PCB线路板。
显卡的线路板是显卡载体,显卡上的所有元器件都是集成在这上面的,所以PCB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。
显卡的下端有一组“金手指”(显卡接口),它可以插入主板上的显卡插槽,有ISA/PCI/AGP等规范。
为了让显卡更好地固定,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.显示芯片:
一般来说显卡上最大的芯片就是显示芯片,它往往被散热片和风扇遮住本来面目。
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,比如ATIRAGEMAXX和大名鼎鼎的3dfxVoodoo5系列显卡。
目前常见的显卡显示芯片主要有nVidia系列及ATI系列等等,如Geforce2GTS,Geforce2MX,Geforce3,ATIRadeon等。
显示芯片按照功能来说主要分为“2D”(如S364v+)“3D”(如3dfxVoodoo)和"2D+3D"(如GeforceMX)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为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。
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。
为了降低成本,大多数厂商都将RAMDAC整合到显示芯片中,不过仍有部分高档显卡采用了独立的RAMDAC芯片。
3.显存:
显存是用来存储等待处理的图形数据信息的,显存容量决定了显卡支持的分辨率、色深。
屏幕分辨率越高,屏幕上显示的像素点也越多,相应所需显存容量也较大。
对于目前的3D加速卡来说,需要更多的显存来存储Z-Buffer数据或材质数据等。
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;后者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、DDRRAM、VRAM、WRAM等。
4.电容电阻:
显卡采用的常见的电容类型有电解电容,钽电容等,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。
5.供电电路:
供电电路的作用是调整来自主板的电流以供显卡更稳定地工作。
由于显示芯片越造越精密,对显卡的供电电路的要求也越来越高,在供电电路中各种优良的稳压电路元器件是少不了的。
ROM:
VGABIOS
VGABIOS存在于FlashROM中,包含了显示芯片和驱动程序的控制程序、产品标识等信息。
我们常见的FlsahROM编号有29、39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。
7.其它:
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。
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,显卡上都会有一个散热风扇。
二、显卡的工作原理
我们看到的图像都是模拟信号,而计算机所处理的都是0101类的数字信号。
数据一旦离开CPU,必须通过4个步骤,最后才会到达显示屏成为图像:
1、经过总线(bus)进入显卡芯片——将CPU送来的数据送到显卡芯片里面进行处理。
(数字信号)
2、从显示芯片进入显存——将显示芯片处理完的资料送到显存。
(数字信号)
3、从显存进入RAMDAC(数/模转换器)——从显存读取出资料送到RAMDAC进行数据转换。
(将数字信号转换为模拟信号)
4、从RAMDAC进入显示器——将转换完的模拟信号送到显示屏(模拟信号)
我们所看到的显示效果最后处理的结果,系统效能的高低由以上四步共同决定,它与显示卡的效能不同,如要严格区分,显示卡的效能只决定了中间两步。
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。
最慢的步骤就是整体速度的决定步骤。
三,显卡的发展历史与现状
CGA显卡
民用显卡的起源可以追溯到上个世纪的八十年代了。
在1981年,IBM推出了个人电脑时,它提供了两种显卡,一种是"单色显卡(简称MDA),一种是“彩色绘图卡”(简称CGA),从名字上就可以看出,MDA是与单色显示器配合使用的,它可以显示80行x25列的字符,CGA则可以用在RGB的显示屏上,它可以绘制的图形和字符。
MGA/MCGA显卡
1982年,IBM又推出了MGA,又称大力士卡,除了能显示图形外,还保留了原来MDA的功能。
当年不少游戏都需要这款卡才能显示动画效果。
而当时风行市场的还有Genoa公司做的EGA,即加强型绘图卡,可以模拟MDA和CGA,而且可以在单色屏幕上一点一点画成的图形。
VGA,即显示绘图阵列,它是IBM在其PS/2的Model50,60和80内建的影像系统。
它的数字模式可以达到720x400色,绘图模式则可以达到640x480x16色,以及320x200x256色,这是显卡首次可以同时最高显示256种色彩。
而这些模式更成为其后所有显卡的共同标准。
VGA显卡的盛行把电脑带进了2D显卡显示的辉煌时代。
而后其推出的Trident9685更是第一代3D显卡的代表。
不过真正称得上开启3D显卡大门的却应该是GLINT300SX,虽然其3D功能极其简单,但却具有里程碑的意义。
3DAGP接口显卡时代
1995年,对于显卡来说,绝对是里程碑的一年,3D图形加速卡正式走入玩家的视野。
1995年,3Dfx推出了业界的第一块真正意义的3D图形加速卡:
Voodoo。
3Dfx的专利技术Glide引擎接口一度称霸了整个3D世界,直至D3D和OpenGL的出现才改变了这种局面。
Voodoo标配为4Mb显存,能够提供在640×480分辨率下3D显示速度和最华丽的画面,当然,Voodoo也有硬伤,它只是一块具有3D加速功能的子卡,使用时需搭配一块具有2D功能的显卡。
1997年是3D显卡初露头角的一年,而1998年则是3D显卡如雨后春笋激烈竞争的一年。
在Voodoo带来的巨大荣誉和耀眼的光环下,3Dfx以高屋建瓴之势推出了又一划时代的产品:
Voodoo2。
Voodoo2自带8Mb/12MbEDO显存,PCI接口,卡上有双芯片,可以做单周期到多纹理运算。
但是Voodoo2依然作为一块3D加速子卡,需要一块2D显卡的支持。
Voodoo2的推出已经使得3D加速又到达了一个新的里程碑,凭借Voodoo2的效果、画面和速度,征服了不少当时盛行一时的3D游戏。
2009年最为流行的SLI技术也是当时Voodoo2的一个新技术,Voodoo2第一次支持双显卡技术,让两块Voodoo2并联协同工作获得双倍的性能。
PCIExpress显卡接口
2001年春季的IDF上Intel正式公布PCIExpress,是取代PCI总线的第三代I/O技术,也称为3GIO。
该总线的规范由Intel支持的AWG(ArapahoeWorkingGroup)负责制定。
2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG进行审核。
最后被正式命名为PCIExpress。
2006年正式推出(规范)。
2009年,PCI-E规范已经确定,其编码数据速率,比同等情况下的PCI-E规范提高了一倍,X32端口的双向速率高达320Gbps。
七彩虹逸彩9800GT-GD3冰封骑士3F512MM10
∙芯片厂商:
NVIDIAGeForce9800
∙显存容量:
512MBGDDR3
∙显存位宽:
256bit
∙核心频率:
600MHz
∙显存频率:
1800MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇+散热片(静
∙I/O接口:
HDMI
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
112个
七彩虹iGame260+GD3UP烈焰战神896M
∙芯片厂商:
NVIDIAGeforceGTX
∙显存容量:
896MBGDDR3
∙显存位宽:
448bit
∙核心频率:
Normal:
576MHzTur
∙显存频率:
Normal:
2000MHzTur
∙显存速度:
∙散热方式:
巨型涡轮散热器
∙I/O接口:
HDMI
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
216个
影驰GT240中将版
∙芯片厂商:
NVIDIAGeForceGT24
∙显存容量:
512MBGDDR5
∙显存位宽:
128bit
∙核心频率:
550MHz
∙显存频率:
3400MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI接口/DVI接口/VGA
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
96个
影驰GTX260+上将版
∙芯片厂商:
NVIDIAGeForceGTX
∙显存容量:
896MBGDDR3
∙显存位宽:
448bit
∙核心频率:
625MHz
∙显存频率:
1050MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI/S-video接口(TV-
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
216个
双敏无极2HD5750DDR5V1024小牛版
∙芯片厂商:
ATIRadeonHD5750
∙显存容量:
512MBGDDR5
∙显存位宽:
128bit
∙核心频率:
700MHz
∙显存频率:
4600MHz
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI接口/DVI接口/VGA
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
720个
∙3DAPI:
DirectX11
七彩虹IGAME250-GD3冰封骑士5F512MR08
∙芯片厂商:
NVIDIAGeforceGTS
∙显存容量:
512MBGDDR3
∙显存位宽:
256bit
∙核心频率:
740MHz
∙显存频率:
2200MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI接口/双DVI接口
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
128个
耕昇GTS250黄忠版
∙芯片厂商:
NVIDIAGeforceGTS
∙显存容量:
512MBGDDR3
∙显存位宽:
256bit
∙核心频率:
745MHz
∙显存频率:
2200MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
128个
铭瑄极光GTS250终结者1024M
∙芯片厂商:
NVIDIAGeforceGTS
∙显存容量:
1024MBGDDR3
∙显存位宽:
256bit
∙核心频率:
675MHz
∙显存频率:
2000MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
散热风扇
∙I/O接口:
HDMI接口/DVI接口/VGA
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
128个
索泰GTX260-896D3S192
∙芯片厂商:
NVIDIAGeforceGTX
∙显存容量:
896MBGDDR3
∙显存位宽:
448bit
∙核心频率:
576MHz
∙显存频率:
1998MHz
∙显存速度:
∙散热方式:
涡轮风扇
∙I/O接口:
S-video接口(TV-Out)
∙总线接口:
PCIExpress16X
∙流处理器:
192个