显卡的工作原理与作用

显卡的工作原理与作用

1.显卡在电脑系统中的作用

显卡在电脑中的主要作用就是在程序运行时根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行过程和结果进行相应的处理并转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号后通过屏幕显示出来，以便为用户提供继续或中止程序运行的判断依据。换句话说，显示器必须依靠显卡提供的显示信号才能显示出各种字符和图像。

2.什么是2D和3D图形卡

电脑中显示的图形实际上分为2D（2维/Two Dimensional）和3D（3维）两种，其中2D图形只涉及所显示景物的表面形态和其平面（水平和垂直）方向运行情况。如果将物体上任何一点引入直角坐标系，那么只需“X、Y”两个参数就能表示其在水平和上下的具体方位。3D图像景物的描述与2D相比增加了“纵深”或“远近”的描述。如果同样引入直角坐标系来描述景物上某一点在空间的位置时，就必须使用“X、Y、Z”三个参数来表示，其中“Z”就是代表该点与图像观察者之间的“距离”或“远近”。

电脑平常显示的Windows窗口中各种菜单（包括运行的Word等Ofiice软件）和部分游戏如《仙剑奇侠》或《帝国时代》等都是2D图形显示，而3D Studio MAX的图形制作和游戏《雷神之槌》、《极品飞车》等显示的则都是3D画面。由于早期显示芯片技术性能的限制，电脑显示2D/3D图形时所须处理的数据全部由CPU承担，所以对CPU规格要求较高，图形显示速度也很慢。随着图形芯片技术的逐步发展，显卡开始承担了所有2D图形的显示处理，因此大大减轻了CPU的负担，自然也提高了图形显示速度，也因此有了2D图形加速卡一说。但由于显示3D图形时所须处理的数据量和各种计算远远超过2D图形显示，所以在3D图形处理芯片出现前显卡还无法承担3D图形显示数据的处理，因此为完成3D图形显示的数据计算和处理仍须由CPU完成。1997年美国S3公司开发出S3 Virge/DX芯片，开创了由显卡图形处理芯片完成（部分）3D显示数据的处理的先河，从此人们也开始将具有3D图形显示处理芯片的显卡称为3D图形（加速）卡。当然随着图形芯片技术的不断发展，当今市场上几乎所有显卡所使用的图形芯片全部都算3D芯片了，特别是nVidia公司的GeForce芯片几乎能完成所有的3D图形处理（包括原来必须由电脑CPU所承担的几何转换和光线渲染处理），因此被冠以GPU的桂冠。

3.常用显卡分类

虽然目前各种品牌的通用3D显卡规格、型号较多，但按其主要应用范围则基本上可分为三类:一类是以nVidia公司的TNT2和Matrox公司的G400为代表的通用型，主要用于办公处理和一般娱乐（游戏）;第二类侧重娱乐，其代表芯片当仁不让的是3dfx公司的Voodoo 系列;第三类侧重专业应用，主要用于2D或3D图形的CAD（电脑辅助设计）或图片专业处理等，这类显卡中使用较多的是3Dlabs公司生产的Permedia系列芯片。

4.显示“子卡”

在3D显卡发展初期，3dfx公司生产了使用Voodoo 和Voodoo2图形芯片的3D显卡，这

类显卡以其专用的3D图形接口获得了比较优秀的3D画面和流畅的游戏速度，至今仍然被爱好电脑游戏的用户们所喜爱，但这类显卡却没有2D显示功能，即不能显示电脑运行时所必须的各种字符和程序菜单等，因此这类3D显卡在使用时必须用一根专用连接线与普通的2D显卡配合使用。在电脑显示一般画面时，显示信号通过3D卡（不作任何处理）直接提供给显示器，当显示的图形需要3D处理时，子卡将自动接替2D显卡来完成所需要的3D 图形显示处理工作。由于这类3D显卡只能在2D显示卡的配合下来进行3D图形显示，所以它们被称为“子卡”。

二、显卡的基本结构和主要器件

几乎所有的显卡都是由图形处理芯片、RAMDAC（数模转换器/Random Access Memory Digital-to-Analog Converter）芯片、显卡BIOS芯片、显存、主板安装接口、显示信号和功能扩展接口（也叫特性连接端口）所组成。

1.显卡BIOS芯片

显卡BIOS芯片主要用于保存VGA BIOS程序。VGA BIOS是视频图形卡基本输入、输出系统（Video Graphics Adapter Basic Input and Output System），它的功能与主板BIOS功能相似，主要用于显卡上各器件之间正常运行时的控制和管理，所以BIOS程序的技术质量（合理性和功能）必将影响显卡最终的产品技术特性。显卡BIOS芯片在大多数显卡上比较容易区分，因为这类芯片上通常都贴有标签，但在个别显卡如Matrox公司的MGA G200上就看不见，原因是它与图形处理芯片集成在一起了。另外在显卡BIOS芯片中还保存了所在显卡的主要技术信息，如图形处理芯片的型号规格、VGA BIOS版本和编制日期等。由于目前显卡上的图形处理芯片表面都已被安装的散热片所遮盖，用户根本无法看到芯片的具体型号，但能通过VGA BIOS显示的相关信息来了解有关图形处理芯片的技术规格或型号。

通常电脑在加电后首先显示显卡BIOS中所保存的相关信息，然后显示主板BIOS版本信息以及主板BIOS对硬件系统配置进行检测的结果等，由于显示BIOS信息的时间很短，所以必须注意观察才能看清显示的内容。VGA BIOS与主板BIOS一样具有版本，一般情况下版本高的BIOS功能强于低版本，也解决了版本升级前所存在的某些具体问题（BUG）。VGA BIOS目前基本上都使用快闪ROM保存，因此可以由用户根据需要使用特定工具软件进行版本升级，就像升级主板BIOS程序一样。升级显卡BIOS的原则与升级主板BIOS的相同，就是如果没有使用上的需要，就不必进行BIOS版本升级。即使确实须要升级VGA BIOS，也一定要使用原显卡生产厂家所提供或指定的升级工具软件和BIOS文件，这类资料一般由显卡生产厂家通过其在互联网上的主页提供。尽管有媒体曾报道个别发烧友采用不同厂家显卡BIOS文件升级获得成功，但我们最好不要尝试这样做，因为使用型号不同的显卡BIOS文件来升级自己的显卡BIOS版本风险很大，极有可能出现升级后显卡反而无法运行的严重后果。

2.图形处理芯片

图形处理芯片是显卡的核心，显卡的主要技术规格和性能基本上取决于图形处理芯片