培训体系显卡基础知识培训.docx

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培训体系显卡基础知识培训

（培训体系）显卡基础知识培训

显卡基本知识

壹显卡的基本组成

PCB：

印刷电路板。

板子本身的基板是由绝缘隔热、且不易弯曲的材质所制作成。

于表面能够见到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖于整个板子上的，而于制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。

这些线路被称作导线或称布线，且用来提供PCB上零件的电路连接。

PCB分为2层、4层、6层、8层、10层等，层数越多线路越精细制造成本越高。

目前显卡使用的PCB板多为4层或6层

GPU（VPU）:

GPU（GraphicsProcessingUnit）是相对于CPU的壹个概念，由于于现代的计算机中（特别是家用系统，游戏的发烧友）图形的处理变得越来越重要，需要壹个专门的图形的核心处理器。

于是有了GPU，专门的图形处理器的意思。

普通和专业

普通显卡就是普通台式机内所采用的显卡产品，也就是DIY市场内最为常见的显卡产品。

之所以叫它普通显卡是相对于应用于图形工作站上的专业显卡产品而言的，。

普通显卡更多注重于民用级应用，更强调的是于用户能接受的价位下提供更强大的娱乐、办公、游戏、多媒体等方面的性能；

而专业显卡则强调的是强大的性能、稳定性、绘图的精确等方面。

目前设计制造普通显卡显示芯片的厂家主要有NVIDIA、ATI、SIS等，但主流的产品均是采用NVIDIA、ATI的显示芯片。

显示芯片位宽

显示芯片位宽是指显示芯片内部数据总线的位宽，也就是显示芯片内部所采用的数据传输位数，（注意区别显示芯片位宽和显存位宽）目前主流的显示芯片基本均采用了256位的位宽，采用更大的位宽意味着于数据传输速度不变的情况，瞬间所能传输的数据量越大。

显示芯片位宽就是显示芯片内部总线的带宽，带宽越大，能够提供的计算能力和数据吞吐能力也越快，是决定显示芯片级别的重要数据之壹。

目前已推出最大显示芯片位宽是512位，那是由Matrox（幻日）公司推出的Parhelia-512显卡，这是世界上第壹颗具有512位宽的显示芯片。

而目前市场中所有的主流显示芯片，包括NVIDIA公司的GeForce系列显卡，ATI公司的Radeon系列等，全部均采用256位的位宽。

这俩家目前世界上最大的显示芯片制造公司也将于未来几年内采用512位宽。

显示芯片位宽增加且不代表该芯片性能更强，因为显示芯片集成度相当高，设计、制造均需要很高的技术能力，单纯的强调显示芯片位宽且没有多大意义，只有于其它部件、芯片设计、制造工艺等方面均完全配合的情况下，显示芯片位宽的作用才能得到体现。

核心频率：

显示芯片的工作频率

其工作频率于壹定程度上能够反映出显示核心的性能，但显卡的性能是由核心频率、显存、像素管线、像素填充率等等多方面的情况所决定的，因此于显示核心不同的情况下，核心频率高且不代表此显卡性能强劲。

于同样级别的芯片中，核心频率高的则性能要强壹些，提高核心频率就是显卡超频的方法之壹。

显示芯片的主要厂商

1.INTEL

2.NVIDIA（GeForce）

3.ATI（Radeon）

显存：

显示存储器，简称显存，其作用是以数字形式储存图形图像资料。

显存的品牌

目前名牌显存主要有:

欧美的Micron（美光）、Infineon（原西门子）

韩国的SEC（三星）、HYHynix（现代）

日本的NEC（日本电气）、Hitachi（日立）、Mitsubishi（三菱）、Toshiba（东芝）

台湾的EilteMT、ESMT（晶豪）、EtronTech（钰创）、Winbond（华邦）

Mosel（茂矽）、Nanya（南亚）

能够说之上品牌的显存质量控制是严格的。

这些显存厂商的技术水平均很高，相比之上这些巨头而言，市面上壹些小厂商的产品性能不敢恭维，它们的颗粒来源五花八门:

要么是壹些大厂未经测试的，自己命名包装而成；要么是壹些被大厂初检不合格的晶圆，被拿来重新切割、包装、测试，以新的品牌流入市场，所以这些不知名厂商的显存质量良莠不齐。

显存的封装：

显存封装是指显存颗粒所采用的封装技术类型，封装就是将显存芯片包裹起来，以避免芯片和外界接触，防止外界对芯片的损害。

空气中的杂质和不良气体，乃至水蒸气均会腐蚀芯片上的精密电路，进而造成电学性能下降。

不同的封装技术于制造工序和工艺方面差异很大，封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。

显存封装形式主要有TQFP、TSOP、MBGA等。

TQFP

TQFP是QuadFlatPackage的缩写，是“小型方块平面封装”的意思。

TQFP封装于早期的显卡上使用的比较频繁，但少有速度于4ns之上的TQFP封装显存，因为工艺和性能的问题，目前已经逐渐被TSOP和BGA所取代。

TQFP封装于颗粒四周均带有针脚，识别起来相当明显。

TSOP

TSOP（ThinSmallOut－LinePackage，薄型小尺寸封装）。

TSOP封装是于芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着于PCB板的表面。

TSOP封装外形尺寸时，寄生参数（电流大幅度变化时，引起输出电压扰动）减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。

同时TSOP封装具有成品率高，价格便宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。

TSOP封装是目前应用广泛的显存封装类型。

TSOP封装针脚于显存的俩侧。

MBGA

MBGA是指微型球栅阵列封装，英文全称为MicroBallGridArrayPackage。

它和TSOP内存芯片不同，MBGA的引脚且非裸露于外，而是以微小锡球的形式寄生于芯片的底部，所以这种显存均见不到引脚。

MBGA的优点有杂讯少、散热性好、电气性能佳、可接脚数多，且可提高良率。

最突出是由于内部元件的间隔更小，信号传输延迟小，能够使频率有较大的提高。

显存容量

显存容量是显卡上显存的容量数，这是选择显卡的关键参数之壹。

显存容量决定着显存临时存储数据的多少。

显卡的显存用于存放图像数据，显存的容量和存取速度决定了显示卡的整体性能，且且直接影响显示的分辨率及和色彩位数，显存容量越大，能显示的分辨率和色彩位数越高。

（色彩位数决定显示颜色数的总量。

颜色数由2的N次方来确定的，N代表为位数，如位数为16位，则显示的颜色数为2的16次方等于65536种。

）

这里显示内存同分辨率及其色彩位数的关系为：

显示内存≥分辨率×色彩位数/8的乘积

例如，分辨率为1024×768，色彩位数为32位，

那么需要的显示内存为：

1024×768×32/8=3.1MB

显存时钟周期

显存时钟周期就是显存时钟脉冲的重复周期，它是作为衡量显存速度的重要指标。

显存速度越快，单位时间交换的数据量也就越大，于同等情况下显卡性能将会得到明显提升。

显存的时钟周期壹般以ns（纳秒）为单位。

显存频率

显存默认情况下的工作频率

该显存于显卡上工作时的频率，以MHz（兆赫兹）为单位。

显存频率壹定程度上反应着该显存的速度。

显存频率随着显存的类型、性能的不同而不同。

显存频率和显存时钟周期是关联的，二者成倒数关系，也就是显存频率＝1/显存时钟周期。

如果是SDRAM显存，其时钟周期为6ns，那么它的显存频率就为1/6ns=166MHz；而对于DDRSDRAM，其时钟周期为6ns，那么它的显存频率就为1/6ns=166MHz，但要了解的是这是DDRSDRAM的实际频率，而不是我们平时所说的DDR显存频率。

因为DDR于时钟上升期和下降期均进行数据传输，其壹个周期传输俩次数据，相当于SDRAM频率的二倍。

习惯上称呼的DDR频率是其等效频率，是于其实际工作频率上乘以2，就得到了等效频率。

因此6ns的DDR显存，其显存频率为1/6ns*2=333MHz。

显存位宽

显存位宽是显存于壹个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大，这是显存的重要参数之壹。

目前市场上的显存位宽有64位、128位和256位三种，人们习惯上叫的64位显卡、128位显卡和256位显卡就是指其相应的显存位宽。

显存位宽越高，性能越好价格也就越高，因此256位宽的显存更多应用于高端显卡，而主流显卡基本均采用128位显存。

显卡的显存是由壹块块的显存芯片构成的，显存总位宽同样也是由显存颗粒的位宽组成，。

显存位宽＝显存颗粒位宽×显存颗粒数。

显存颗粒上均带有关联厂家的内存编号，能够去网上查找其编号，就能了解其位宽，再乘以显存颗粒数，就能得到显卡的位宽。

这是最为准确的方法。

显存带宽（系统带宽）

显存带宽是指显示芯片和显存之间的数据传输速率，它以字节/秒为单位。

（注意不要把显存带宽和显存位宽混淆）

显存带宽是决定显卡性能和速度最重要的因素之壹。

要得到精细（高分辨率）、色彩逼真（32位真彩）、流畅（高刷新速度）的3D画面，就必须要求显卡具有大显存带宽。

目前显示芯片的性能已达到很高的程度，其处理能力是很强的，只有大显存带宽才能保障其足够的数据输入和输出。

随着多媒体、3D游戏对硬件的要求越来越高，于高分辨率、32位真彩和高刷新率的3D画面面前，相对于GPU，较低的显存带宽已经成为制约显卡性能的瓶颈。

显存带宽是目前决定显卡图形性能和速度的重要因素之壹。

显存带宽的计算公式为：

显存带宽＝工作频率×显存位宽/8。

目前大多中低端的显卡均能提供6.4GB/s、8.0GB/s的显存带宽，而对于高端的显卡产品则提供超过20GB/s的显存带宽。

于条件允许的情况下，尽可能购买显存带宽大的显卡，这是壹个选择的关键。

显存规格常识

于讲显存规格之前,要先明确俩个单位的意义:

bit,字位,表示壹个二进制数字所占的位

Byte,字节,壹般的壹个字节有8个自位

注意不要混淆这俩个单位:

bit用来表示宽度,即同壹周期内传递数据的位数,而Byte用来表示数据的容量

显存的规格,壹般标注为XMBxYbit,例如4MBx16bit,8MBx32bit等,或者直接写成4X16,8X32.

前面的数字代表寻址地址（注意不是单颗显存的容量）,后面的数字代表单颗显存位宽

单颗显存的容量计算公式是:

单颗显存容量＝寻址地址×单颗数据位宽/8bit

以4×16规格显存为例:

壹颗4X16的显存的容量就是4MBx16bit/8bit=8MB

壹块显卡的显存规格就分别是采用显存颗粒的容量和带宽的总和.

比如壹块采用8颗8X16规格TSOP封装显存的显卡,它的单颗显存容量就是8X16/8=16MB,单颗显存位宽是16bit,那显卡的显存容量就是8X16=128,显卡的显存位宽就是8X16=128bit.这是壹块128M/128bit的显卡.

不同封装的显存采用的常用规格:

1TQFP封装:

2×32

2TOSP封装:

4×16/8×16/16×16

3MBGA封装:

4×32/8×32

视频接口规范

1.CRT（VGA）：

模拟输出接口

2.DVI：

数字输出接口

3.TVOUT：

视频输出接口

4.VIVO：

视频输入/输出接口

VGA

显卡所处理的信息最终均要输出到显示器上，显卡的输出接口就是电脑和显示器之间的桥梁，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）接口，也叫D-Sub接口。

虽然液晶显示器能够直接接收数字信号，但很多低端产品为了和VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。

VGA接口是壹种D型接口，上面共有15针空，分成三排，每排五个。

VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的显卡均带有此种接口。

DVI（DigitalVisualInterface）

数字视觉界面输出接口，目前的DVI接口分为俩种，壹种是DVI-D纯数字接口，接口上有3排8列共24个针脚，其中右上角壹个针脚为空，不兼容模拟信号。

另外壹种则是DVI-I接口，可同时兼容模拟和数字信号。

兼容模拟信号且不意味着模拟信号的接口D-Sub接口能够连接于DVI-I接口上，而是必须通过壹个转换接头才能使用，壹般采用这种接口的显卡均会带有关联的转换接头。

显示设备采用DVI接口具有号要有以下俩大优点：

一、速度快

二、DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，因此减少了数字→模拟→数字繁琐的转换过程，大大节省了时间，因此它的速度更快，有效消除拖影现象，而且使用DVI进行数据传输，信号没有衰减，色彩更纯净，更逼真。

三、画面清晰

计算机内部传输的是二进制的数字信号，使用VGA接口连接液晶显示器的话就需要先把信号通过显卡中的D/A（数字/模拟）转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，这些信号通过模拟信号线传输到液晶内部仍需要相应的A/D（模拟/数字）转换器将模拟信号再壹次转变成数字信号才能于液晶上显示出图像来。

于上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免会出现信号的损失和受到干扰，导致图像出现失真甚至显示错误，而DVI接口无需进行这些转换，避免了信号的损失，使图像的清晰度和细节表现力均得到了大大提高。

TV-Out

TV-Out是指显卡具备输出信号到电视的关联接口。

输出到电视的接口目前主要应用的有三种。

壹种是采用VGA接口

VGA接口是绝大多数显卡均具备的接口类型，但这需要电视上具备VGA接口才能实现，而带有此接口的电视相对仍较少，同时多是壹些价格较贵的产品，普及程度不高。

此种方法壹般不多采用，也不是人们习惯意义上说的视频输出。

另外壹种则是复合视频接口

复合视频接口采用RCA接口，RCA接口是目前电视设备上应用最广泛的接口，几乎每台电视上均提供了此类接口，用于视频输入。

虽然AV接口实现了音频和视频的分离传输，这就避免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降，但由于AV接口传输的仍然是壹种亮度/色度（Y/C）混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰，从而影响最终输出的图像质量。

最后壹种则是目前应用最广泛、输出效果更好的S端子接口。

S端子也就是SeparateVideo，而“Separate”的中文意思就是“分离”。

它是于AV接口的基础上将色度信号C和亮度信号Y进行分离，再分别以不同的通道进行传输，减少影像传输过程中的“分离”、“合成”的过程，减少转化过程中的损失，以得到最佳的显示效果。

Video-in

Video-in是指显卡上具备用于视频输入的接口，且能把外部视频源的信号输入到系统内。

这样就能够把电视机、录像机、影碟机、摄像机等视频信号源输入到电脑中。

显卡上支持视频输入的接口有RF射频端子、复合视频接口、S端子和VIVO接口等。

散热系统

1.散热片散热片成本低,无噪音,基本无故障,散热效果壹般

2.风扇

含油风扇：

成本低，，噪音低，转速低，寿命短

磁旋浮风扇：

成本中等，转速高，寿命壹般

滚珠风扇：

成本高，转速高，寿命长

3.热管

热管于1964年发明于美国洛斯-阿洛莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）

20世纪80年代开始,热管应用到计算机系统的关键元器件散热系统中.

热管的工作原理

热导管且不是普通的实心管，里面填充了特制的液态导热介质。

具体的工作原理是这样的：

热管俩端产生温差的时候，蒸发端的液体就会迅速气化，将热量带向冷凝端，速度非常快。

俩端温差越大，蒸发速度越大。

于极端的情况下，蒸发速度可能能够接近音速。

液体于冷凝端凝结液化以后，通过毛细作用，流回蒸发端。

如此循环往复，不断地将热量带向温度低的壹端。

液--气之间的相变反应，使热管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍，甚至上百倍。

应用这种方式能够用极快的速度将热量从热管的底部导到热管的顶部。

这种极佳的导热性能，能够使热量不会于发热部位堆积，而是均匀地散发到了散热器的各个散热翅片上，极大的提高了散热片的导热性能

热管的工作原理图

热管散热效果好，噪音低，使用寿命长。

目前唯壹要解决的就是价格问题.

显卡上的其他重要元器件

BIOS

基本输入输出系统，于系统的启动过程中，首先运行BIOS，进行系统自检。

1.可擦写2.不可擦写

RAMDAC

RAMDAC：

RAMDAC数模转换芯片

RAMDAC作用是将显存中的数字信号转换为显示器能够显示出来的模拟信号，其转换速率以MHz表示。

当下市面上很多显示卡支持350Mhz和400Mhz工作速率。

显卡电源

1.开关电源

特点：

发热量小，成本高。

特征为卡上有线圈电杆。

2.线性电源

特点：

发热量大，成本低。

二关联名词

3DAPI

API是应用程序接口的缩写,是许多程序的大集合。

壹个3DAPI能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序，从而让API自动和硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，从而大幅度地提高了3D程序的设计效率。

目前普遍应用的3DAPI有DirectX、OpenGL等。

DirectX

微软公司专为PC游戏开发的API，和Windows操作系统兼容性好，可绕过图形显示接口（GDI）直接进行支持该API的各种硬件的底层操作，大大提高了游戏的运行速度，而且目前是免费使用的。

OpenGL（开放式图形接口）

由SiliconGraphicsImage（SGI）公司开发，能够于Windows、Macos、以及Unix上应用的API。

由于OpenGL起步较早，壹直用于高档图形工作站，其3D图形功能很强，能最大限度地发挥3D芯片的巨大潜力。

目前有被DirectX超越的迹象。

VertexShader（顶点着色器）

Vertex（顶点）是图形学中的最基本元素，三个顶点能够连接成壹个三角形，于三维空间中，每个顶点均拥有自己的坐标（xyzw）和颜色值等资料，VertexShader（顶点着色器）于软件上来说就是壹系列对顶点资料进行操作的指令程序，于硬件上就是执行这些VertexShader程序的处理单元。

PixelShader（像素着色器）

于Vertex（顶点）被vertexshader处理完后，就会交给setup（设置）引擎转换为屏幕上的二维坐标点（称作fragment或者pixel，即像素），像素包含的信息类似于顶点，也是有色彩、深度坐标等资料。

PixelShader（像素着色器）于软件上来说就是对像素资料进行操作的指令程序，于硬件上就是执行PixelShader（像素着色器）的像素单元。

显示的渲染管线（RenderPipelines）

渲染管线数目是用来作为显卡性能的主要参考标准。

渲染管线壹词其实很容易理解的，比如我们能够使用汽车装配工厂的工序来进行类推；和其生产车间同时装配壹辆汽车，为了提高效率，处理的工序将被分为几个部分完成（流水线）。

框架的焊接于焊接车间完成，然后会被送到装配产品线，接着下个车间是安装车门，再下个车间则安装引擎等等。

装配线的优点是，你于进行下壹步工序之前，不需要等待这部汽车完全组装完毕就能够接着工作了，也就是说你只需要完成壹个工序就能够开始装配其它汽车。

装配线的概念和管线的概念类似，为了同时能够运行多个指令，管线的处理也被分为5个步骤来完成，他们包括指令获取、指令解码、获取数据/操作数、执行以及回复。

NvidiaSLI特性

NVIDIA显卡的GPU是以线组（Quad）为单位处理像素。

线组能够理解为屏幕上壹个2×2的像素块，所以壹个GPU至少负责渲染相邻的俩行像素。

壹般来说，当下显卡GPU的流水线的数量均比较多，壹般为4的整数倍，例如4、8、12、16。

这些流水线壹般以4条形成壹组，成为壹个线组流水线。

NVIDIA的SLI技术目前主要面向PCI-Express版本的GeForce6800系列显卡。

比如，GeForce6800GT显卡上方就有壹组特别的金手指接口，它就是SLI接口。

通过壹个特殊的SLI连接器将俩块PCI-Express版本的GeForce6800系列显卡（俩块卡必须完全壹样）连接于壹起，且将它们插入配备有俩个PCI-Express×16接口的主板上，这样SLI连接器将使得俩块GeForce6800系列显卡以且行的方式进行工作。