显卡的结构和工作原理及发展历史与现状.docx

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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