显示卡和显示器

• nVIDIA系列显示芯片从诞生到现在共有TNT、TNT2系列、GeForce256、GeForce2系列、 GeForce3系列、GeForce4 MX系列、GeForce4 Ti系列、GeForce FX5200系列、GeForce FX5600系列和GeForce FX5800系列等。目前市场流行的有GeForce FX5200系列、GeForce FX5600系列和GeForce FX5800系列等。
1、显示器的分类
• 显示器可按显示颜色分为单色、黑白和彩色三类；也可按显示屏大小分为14英寸、15英寸、17英寸 和20英寸等；但通常显示器是按显示原理来分为阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD） 和等离子显示器（PDP）。
图6-15 CRT显示器和LCD显示器
2、理解显示器的工作原理
• （1）认识CRT显示器
• ①CRT显示器的构成及特点
• CRT是一种使用阴极射线管（Cathode Ray Tube）的显示器，阴极射线管主要有五部分组成：电 子枪（Electron Gun），偏转线圈（Defiection coils），荫罩(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor) 及玻璃外壳。
VGA输出口
S端子输出口
DVI输出口
图6-2 显示卡视频输出口
2、了解显示卡的工作原理和应用
• （1）显卡的工作原理是：由CPU向GPU（图形处理器）发出指令，当GPU处理完成后，将数据传 输至显存，显存进行数据读取并将数据传送到RAMDAC，由RAMDAC将数字信号转换成模拟信号 传送至显示器显示出来。
• ②CRT显示器的工作原理
• CRT(阴极射线管)显示器的核心部件是CRT显像管，其工作原理和电视机的显像管基本一样，可以 把它看作是一个图像更加精细的电视机。CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的 偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光，通过电压来调 节电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成图像。
• 要求如下： 1．了解显示器的类型。 2．理解显示器的工作原理。
• 显示器通常按工作原理可分为阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）和等离子显示器 （PDP）。CRT显示器的应用历史最长，应用面最广，但随着LCD显示器的生产成本下降，逐渐有 被LCD显示器取代的趋势，而PDP显示器作为新型的显示技术，能很好的满足大型显示面积的应用 要求。
• （5）显卡BIOS：用于存放显示芯片的型号、规格、生产日期和控制程序等，与主板BIOS的功能 相同。在计算机启动时，通常会显示出当前显卡的信息。
• （6）显卡接口：显卡的接口有PCI接口和AGP接口，因主机接口的不同，显卡被分为PCI显卡、 AGP显卡。
• AGP是加速图形接口，是专门用于提高图形显示速度而发展起来的总线形式，可把内存和显存直接 连接起来，其总线宽度为128位，工作频率达到133MHZ，数据传输率可高达1Gbit/s，是新一代图 形显示卡的标准接口方式，并发展了AGP 2X、AGP 4X直到目前的AGP 8X的AGP显卡。
图6-17 荫罩式彩色显像管显像原理
• 解决方法之二是荫栅式显像管，它不是把荧光涂料分布为点状，而是以竖直方向进行条状分布，并 在荧光涂料的前方加上相当细的金属线构成的荫栅来取代荫罩，荫栅用来阻隔散射的电子束，在这 一点上其原理和荫罩式相似，在竖直方向没有任何阻拦电子的通过，增加了电子束的通过率，因而 使得亮度和色彩饱和度较好，显示图像更精细，在专业级显示器中被广泛采用，如索尼“特丽珑” 系列和三菱“钻石珑”系列等。
• 要求如下： 1．认识显示卡的结构组成。 2．了解显示卡工作原理及应用。
1、认识显示卡的结构 • （1）显示卡的组成：显示卡由显示芯片、RAMDAC、显存、显卡BIOS和显卡接口组成。
图6-1 显示卡外形图
• （2）显示芯片：在显卡电路板中最明显的核心部件，它决定了显卡的性能高低，目前主流显卡芯 片的性能很高，其功耗也大，因而加装有散热片或散热风扇。拆下散热热风扇和散热片即可看到显 卡所使用的显示芯片，通常显示芯片上会标注出商标、型号、生产日期、编号和生产厂商等信息。 例如“ATI”、“nVIDIA”等显示芯片。
1、了解显示芯片的发展中两大产品系列
• （1）nVIDIA系列显示芯片
• nVIDIA创立于1993年，是一家主要从事绘图处理及媒体通讯设备研发和生产厂商。TNT系列和 Geforce系列是其代表产品。
• 1999年推出的TNT2系列显卡一举击败了当时在图形加速卡市场占居主导地位的3dfx的Voodoo3和 老牌显卡厂商S3的Savege4，成为市场主流，并一直占居市场主导地位至今。
提供更大的显存带宽，使其显卡的速度有一定的提升，同时也能带来超频的成功率。如果只是普通
的上网，处理文字及简单的图片与简单的游戏，64M显存的显卡就已经足够用。而如果想做一些大 尺寸的图片处理与3D设计，最好用128M以上的显存，这样有利于提高显卡在进行图像渲染的速度 及质量。
【案例6.3】了解显示器的类型和各类显示器的工作原理
图6-3 TNT系列显示芯片
图6-4 TNT2系列显示芯片
图6-5 GeForce256显示芯片
图6-7 GeForce3显示芯片
图6-8 GeForce 4显示芯片
图6-9 GeForce FX5500显示芯片
• （2）ATI系列显示芯片
• ATI的显示芯片也是当前市场主流产品，nVIDIA的显示芯片以速度取胜，ATI显示芯片是以画质出名。 自从ATI推出Radeon（镭）系列显示芯片后，即在显示芯片领域形成了两家竞争的局面，这种竞争 促进了显示芯片的快速发展。
【知识回顾与延伸】
• AGP的意思是图形加速接口，也称AGP总线。AGP是一种新型接口标准，可直接向图形分支系统 的存储器提供高速带宽。这种端口减轻了PCI总线传输速度慢的瓶颈状况，使图形加速卡计算速度 更快。相比之下，AGP 非常单一，只是图形加速卡使用的一个专用的图形连通线。
• 目前主流显卡大多为64M的显存，采用的显存有DDR与SDR之分，DDR比SDR好的原因在于能够
图6-13 Radeon9000显示芯片
图6-14 Radeon9600显示芯片
2、了解显示卡的技术指标
• （1）分辩率：显卡输出到显示器的视频信号，是由一系列的像素点构成的。分辨率就是指显示卡 能在显示器上描绘的点的数量，通常以“横向点数×纵向点数”表示。由于显示器呈长方形，所以 一般来说水平点数大于垂直点数。例如“1024×768”，就表示在显示器上横向有1024个点，纵向 有768个点。
【案例6.2】了解显卡芯片类型
• 要求如下： 1．了解显示芯片发展中的两大重要产品系列。 2．了解显示卡的技术指标。
• 显示芯片是显卡的CPU，是显卡上最核心的部件，在显卡的发展过程中，出现了许多专业从事显示 芯片开发和生产的厂商，但到目前为止，最主要的有两家厂商，一家是将其显示芯片称为GPU（图 形处理器）的nVIDIA，另一家是将其显示芯片称为VPU（视觉处理器）的ATI。两家都是专门从事 显示芯片开发及生产的厂商，它们推出的产品在市场中占有绝对的优势和市场份额。
• （2）显示卡按应用可分为普通显示卡和集成显示卡。主板集成显示卡，随着主板芯片组集成度和 功能的提高，为降低应用成本，许多主板将显示芯片集成在主板芯片组中，显示卡相关的其它电路 元件集成到主板上，并分配部分内存作为动态显存。在主板的外设接口中占用一个串口的位置作为 显示器接口。
【案例小结】
• 本案例讲述了显卡的结构，以及显卡的工作原理，从而知道计算机系统的显示性能由显卡的性能决 定，而显示卡的性能取决于显示芯片的性能强弱和显存的大小。能识别显卡的外部接口与对应的显 示输出设备。
• （3）显存：显示卡的主芯片在整个显示卡中的地位固然重要，但显存的速度以及带宽直接影响着 显示卡的性能高低。显存也存在速度的差别，显存的速度直接关系到显示卡的整体性能。使用相同 芯片的显示卡，显存越快，显示卡的速度也就越快。显存带宽决定着显示卡可以支持更高的分辨率、 更大的色深和更高的刷新率。
【案例小结】
• 解决方法之一是在显像管内，荧光涂料表面的前面加装荫罩(Shadow Mask)。如图6-17所示。荫罩 是一层有许多小孔的金属薄板，只有正确瞄准的电子束才能穿过每个荧光涂层光点相对应的屏蔽孔， 荫罩会拦下散乱的电子束以避免其打到错误的荧光涂层，这就是荫罩式显像管。荫罩有孔状和沟槽 状两种，三星“丹娜管”采用了孔状荫罩，而LG“未来窗”采用了沟槽状荫罩。
• Radeon7500系列采用了双头显示技术，内建两个RAMDAC，0.15微米工艺，芯片工作频率 290MHZ，显存频率230MHZ，分类标准版和简化版Radeon7500 LE。
• Radeon8500系列采用0.15微米工艺，集成6000万个晶体管。Radeon9000系列内核频率275MHZ， 显存128位，频率550MHZ。
显示卡和显示器
• 显示卡是CPU与显示器之间的接口电路，因此也叫显示适配器。显卡的作用是在CPU的控制下将显 示数据转换为视频和同步信号传输到显示器。
• 显示器（Monitor）则是微机系统中必不可少的输出设备，是人机交互的重要界面，通过显示器将计 算机处理后的信息显示出来。
【案例6.1】认识显示卡
• （2）刷新频率：图像在屏幕上更新的速度，即屏幕图像每秒出现的次数，它的单位是赫兹（Hz）。
• 刷新频率越高，屏幕上图像闪烁感就越小，稳定性就越高。一般情况下人的眼睛不容易察觉到 75Hz以上刷新频率带来的闪烁感，因此最好能将显示卡刷新频率调到75Hz以上。
• 并不是所有的显示卡都能够在最大分辨率下达到75Hz以上的刷新频率（这个性能取决于显示卡上 RAMDAC的速度），而且显示器也可能因为带宽不够而不能达到要求。
图6-16 CRT显示器的工作原理
• ③彩色显像管的工作原理
• 彩色显像管屏幕上的每一个像素点都由红、绿、蓝三种涂料组合而成，由三束电子束分别激活这三 种颜色的荧光涂料，以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度就可得到所需的颜色。如果电子 束瞄准不精确，就可能会打到邻近的荧光涂层，这样会产生不正确的颜色或轻微的重像，所以要对 电子束进行精确控制。
• （3）RAMDAC：随机存取数模转换器（RAM Digital Analog Converter）的功能是将显存中的数字 信号转换为模拟信号。它的工作频率高低决定着显卡的刷新率和最大分辨率。其寄存器的位数决定 着显卡能达到的颜色数。目前主流显卡RAMDAC的工作频率达到了350MHZ以上，寄存器位数达到 了128bit。通常RAMDAC被集成在显示显示芯片
图6-12 Radeon8500显示芯片
• Radeon9200系列主要针对低端市场，而Radeon9500针对中高端市场，并支持DirectX 9。 • Radeon9600系列是首款采用0.13微米工艺ATI产品，支持128MB 128位DDR II显存。
• 荫罩式和荫栅式两种技术各有利弊，通常情况下荫罩式显像管的图像和文字较锐利，但亮度较低一 些，荫栅式显像管的色彩较鲜艳，但会在屏幕的1/3和2/3处有水平的阻尼线（阻尼线是用来减少荫 栅震动的一条横向金属线）扫过。
• （4）显存：是用于存放显示芯片处理后的数据。主流显卡的显存分为帧缓存和纹理缓存。帧缓存 负责存储像素的明暗、Alpha比例、Z-Buffer数据等，纹理缓存负责与芯片中的纹理映射单元相连， 存储像素的纹理映射数据。显存芯片采用了SDRAM、SGRAM或DDR，其容量的大小决定了显卡 的最大分辨率。
• 显示芯片是显卡的中央处理器，是显卡上最核心的部件，它决定了显卡的性能高低。目前在主流市 场的桌面显示系统中nVIDIA和ATI的芯片占有绝对优势，显示芯片的集成度大幅提高，显示芯片承 担了显示数据的处理和输出，使CPU更多地用于执行应用程序，提高了计算机系统的性能。nVIDIA 的Geforce系列和ATI的Radeon系列成为市场主流。