(新)计算机硬件实训报告

计算机硬件实训报告

计算机硬件中有关显卡的知识与探索

显卡全称显示接口卡(Video card，Graphics card)，又称为显示适配器(Video adapter)，显示器配置卡简称为显卡，是个人电脑最基本组成部分之一。显卡的作用是用计算机系统所就得的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形的任务。民用显卡图形芯片供应商主要包括AMD(ATI)和Nvidia(英伟达)两家。下面我么就来一起学习下显卡的工作原理和显卡的分类。

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“金手指”（显示卡接口），它可以插入主板上的显卡插槽，有ISA/PCI/AGP等规范。为了让显卡更好的固定，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ATI RAGE MAXX和大名鼎鼎的3dfx Voodoo5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Geforce2 GTS，Geforce2 MX，Geforce3，ATI Radeon等。显示芯片按照功能来说主要分为“2D”（如S3 64v+）“3D”(如3dfx Voodoo)和"2D+3D"（如Geforce MX）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位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、DDR RAM、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，他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。 6.FLASH ROM： VGA BIOS VGA BIOS存在于Flash ROM中，包含了显示芯片和驱动程序间的控制程序、产品标识等信息。我们常见的Flsah ROM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. 信号的输入输出接口 VGA功能插针VGA功能插针（见图2）是显卡与外部视频设备交换数据的通道，通常用于扩展显卡的视频功能，比如连接解压卡等，虽然它存在于很多显卡当中，但利用率非常低。 VGA 插座（D-SUB） VGA插座一般为15针RGB接口（见图3），某些书籍及报刊称之为D-SUB接口。显卡与显示器之间的连接需要VGA插座来完成，它负责向显示器输出图像信号。在一般显卡上都带有一个VGA插座，但也有部分显卡同时带有两个VGA插座，使一块显示卡可以同时连接两台显示器，比如MGA G400DH和双头GeForce MX。8. 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数据送到显存。 (数字信号)

3、从显存进入RAMDAC (数/模转换器)——从显存读取出数据送到 RAM DAC 进行数据转换（将数字信号转换为模拟信号）的工作。(数字信号—>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数据到显示屏上。最慢的步骤就是整体速度的决定步骤。现在让我们来看看每一步所代表的意义及实际所发生的事情: CPU 和显卡芯片之间的数据传输这受总线的种类和总线的速度(也就是外频)，主机板和他的芯片组所决定。目前最快的总线是 PCI bus，而 VL bus, ISA, EISA and NuBus (Macs 专用) 效能就比较低。现在流行的AGP并不是一种总线，而只是一种接口方式(注: PCI bus 是 32 bit data path，也就是说 CPU 跟显示卡之间是以一次 4 byte 的数据在对传，其他的 bus 应该是 16 bit data path)。 PCI bus 的最快速度是 33 MHz 。显卡芯片和显存之间的数据传输以及从显存到 RAM DAC 的数据传输我把这两步放在一起是因为这里是影响显示卡效能的关键所在，假如你不考虑显卡芯片的个别差异。每一次当显示屏画面改变，芯片就必须更改显示显存里面的数据(这动作是连续进行的，例如移动滑鼠游标，键盘游标等等)。同样的，RAM DAC 也必须不断地读取显存上的数据，以维持画面的刷新。