第5章顯示卡備課講稿

第5章顯示卡

顯示設(shè)備是微機系統(tǒng)中重要的圖形圖像輸出設(shè)備，包括顯示卡和顯示器。顯示設(shè)備作用是接收由主機發(fā)出的控制顯示系統(tǒng)工作的指令和顯示內(nèi)容，經(jīng)過CPU進行相應(yīng)的處理運行后，把運行過程和結(jié)果通過顯示屏呈現(xiàn)給用戶，使用戶直觀了解計算機的運行狀態(tài)和處理結(jié)果。5.1顯示設(shè)備簡介

5.2顯示卡顯示卡簡稱顯卡，又稱視頻卡、視頻適配器、圖形卡、圖形適配器或顯示適配器等。顯卡工作在主板與顯示器之間，作用是控制圖像輸出，負責(zé)把CPU送來的圖像數(shù)據(jù)處理成顯示器接收的格式，再送到顯示器形成圖像。顯卡是繼CPU之后發(fā)展最快的一個部件，已經(jīng)成為決定微機整體性能的一個重要因素。1）顯卡簡介第5章顯示卡2）顯卡的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)

微機里有各種各樣的擴展卡，其中必不可少的是顯卡，顯卡是顯示器和主機通信的控制電路和接口。顯示器必須依靠顯卡提供的顯示信號才能顯示各種字符和圖像。（1）顯卡的分類（I）按顯卡的應(yīng)用領(lǐng)域分類

一類是普通用戶、游戲發(fā)燒友、商業(yè)用戶；另一類是專業(yè)圖形工作者。因此顯卡也分成普通顯卡和專業(yè)顯卡。普通顯卡注重于民用級應(yīng)用，在用戶能接受的價格范圍內(nèi)提供更強大的娛樂、辦公、游戲、多媒體等方面的性能。專業(yè)顯卡指應(yīng)用于圖形工作站上的顯卡，在圖形工作站中，它的重要性甚至超過CPU。第5章顯示卡（II）按顯卡的總線接口類型分類

總線接口類型指顯卡與主板連接所采用的總線接口種類，接口的變化，會給顯卡性能帶來革命性的改變。顯卡發(fā)展至今主要經(jīng)歷了ISA、EISA、VESA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口。如今最常見的如下：PCI接口顯卡AGP接口顯卡PCI-EX16接口顯卡第5章顯示卡（III）按顯卡的標(biāo)準(zhǔn)分類顯卡的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷4代：MDA、CGA、EGA、VGA/SVGA。目前所有顯卡均滿足SVGA接口標(biāo)準(zhǔn)。MDA是IBMPC時代的單色顯示器。MDA、CGA、EGAVGA/SVGACGA是IBMPC時代的彩色顯示器。EGA是IBMPC時代的增強型彩色顯示器的接口標(biāo)準(zhǔn)。VGA是在EGA的基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)彩色顯示器接口的標(biāo)準(zhǔn)。SVGA是VGA的代替品。

每一代的改變，都會伴隨著最大分辨率和色彩數(shù)的改變。第5章顯示卡（I）顯示芯片

又稱GPU（圖形處理器），是顯卡的核心芯片，直接決定顯卡的性能，負責(zé)把各種從總線（AGP、PCI-E等）傳輸過來的數(shù)據(jù)在GPU內(nèi)進行構(gòu)建、渲染等工作，最后通過顯卡傳輸接口顯示在屏幕上。（II）RAMDACRAMDAC（隨機存儲器-數(shù)模轉(zhuǎn)換器），作用是將顯存中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能用于顯示的模擬信號，轉(zhuǎn)換越快，圖像越穩(wěn)定，刷新頻率越高（只針對VGA接口）。第5章顯示卡

（III）顯示內(nèi)存

與主板內(nèi)存功能一樣，用于顯卡的內(nèi)存，存放顯示芯片或CPU處理后的顯示數(shù)據(jù)。（IV）顯卡BIOS

主要用于存放顯示芯片與驅(qū)動程序之間的控制程序，以及顯卡的基本信息（型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家、出場時間等信息），開機首先看到的就是顯卡BIOS內(nèi)容。早期的顯卡BIOS現(xiàn)在的顯卡BIOS第5章顯示卡（V）總線接口

目前顯卡總線接口主要有PCI、AGP和PCI-EX16接口。

（VI）輸出接口

顯卡把處理好的圖像數(shù)據(jù)通過輸出接口與顯示設(shè)備連接。最常見的輸出接口是VGA和DVI（a）VGA（視頻圖形陣列）接口，是一個有15個插孔的D形插座（稱為D-SUB模擬接口），分3排，每排5個孔，與顯示器的D形插頭相連。第5章顯示卡（b）DVI（數(shù)字視頻）接口，分3行8列共24個引腳，用于連接LCD等數(shù)字顯示器。目前常見的DVI接口有兩種，分別是DVI-D與DVI-I，前者支持?jǐn)?shù)字信號，后者數(shù)字、模擬信號均可支持。第5章顯示卡目前市場上的DVI線有18+1和24+1以及18+5和24+5這4種規(guī)格。24+124+518+518+118針屬于單通道DVI，傳輸速率只有24針的一半，為165MHz。

在畫質(zhì)上區(qū)別：分辨率一樣，但刷新率卻只有雙通道的一半左右，會造成顯示質(zhì)量的下降。第5章顯示卡

情況一：VGA顯卡對VGA顯示器疑問一：顯卡和顯示器接口配對是否會有信號失真？顯卡處理數(shù)據(jù)均為數(shù)字信號，傳給VGA（失真），信號質(zhì)量下降；

情況二：VGA顯卡對DVI顯示器顯卡處理數(shù)據(jù)均為數(shù)字信號，傳給VGA（失真），再轉(zhuǎn)到DVI（失真），信號有下降；DVI顯卡對VGA顯示器原理同上（同上）情況三：DVI顯卡對DVI顯示器全程數(shù)字傳輸，無失真，畫質(zhì)最好。第5章顯示卡（VII）S-Video端子，簡稱S端子，用于向電視機輸出顯示信號，也叫TV-OUT。（VIII）HDMI（高清晰多媒體）接口，屬于DVI的強化接口，DVI接口和音頻的整合體。傳送無壓縮的音頻信號和高分辨率的視頻信號。S端子HDMI第5章顯示卡

（3）顯卡的工作原理（I）CPU送來的數(shù)據(jù)信息通過總線由顯卡的接口進入顯示芯片（GPU），進行處理。（II）GPU將過程數(shù)據(jù)或處理結(jié)果數(shù)據(jù)，放于顯存。（III）最后再通過GPU或RAMDAC數(shù)模轉(zhuǎn)換處理后，輸出到顯示器。第5章顯示卡（4）顯卡的性能指標(biāo)（I）顯示芯片又稱GPU，主要負責(zé)處理視頻信號和3D渲染。決定顯卡的性能。（a）芯片廠商目前生產(chǎn)顯卡芯片廠商主要有NVIDIA和ATI（b）核心代號核心代號是芯片廠商在設(shè)計顯示芯片時，為方便生產(chǎn)、銷售、管理及驅(qū)動的統(tǒng)一，對一個系列的顯示芯片給出的代號。（c）芯片型號相同核心代號的GPU也會不同的芯片型號。例如：NVIDIA的GeForce7300GT和7600GT，采用相同顯示核心代號G73，但型號不同，這是因為內(nèi)部的渲染管線、著色器等不同。第5章顯示卡（d）核心頻率指顯示核心的工作頻率，在一定程度上反映顯示核心的性能。顯卡的性能是由核心頻率、顯存頻率、顯存位寬等因素決定。（f）顯示核心位寬

相同顯示核心，核心頻率越大，性能越強；否則無可比性。（e）制造工藝

與CPU一樣，以納米衡量其加工精度。

（g）刷新頻率指顯示芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度，即傳輸?shù)奈粩?shù)。位寬越大，瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大。

是GPU向顯示器傳送信號，使其每秒刷新屏幕的次數(shù)。刷新頻率越高，屏幕閃爍越小，圖像越穩(wěn)定。影響刷新頻率的因素：1）顯卡每秒能產(chǎn)生圖像數(shù)目；2）顯示器每秒能接收并顯示圖像數(shù)目。第5章顯示卡（h）最大分辨率

指顯卡輸給顯示器并在顯示器上所描繪像素點的最大數(shù)量，分為水平行點數(shù)和垂直行點數(shù)。例如：分辨率1024X768，即水平由1024個點組成，垂直由768個點組成。（i）顏色數(shù)或顏色位數(shù)指在每個像素上能夠表現(xiàn)出的顏色種類，而顏色位數(shù)指圖象數(shù)據(jù)在每個像素上用于表示顏色的位數(shù)（又稱顏色深度）。兩者關(guān)系：顏色數(shù)=2的顏色位數(shù)次方常見顏色數(shù)或顏色位數(shù)有：1）16色（4bit色）2）256色（8bit色）3）64K-65536色（16bit色，增強色）4）16M色（24bit色，真彩色）5）4G色（32bit色，擴展真彩色）第5章顯示卡不同分辨率對顯存的要求所需顯存的位數(shù)=像素數(shù)（分辨率）X顏色位數(shù)=列數(shù)X行數(shù)Xlog2顏色數(shù)所需顯存的大?。ㄗ止?jié)）=列數(shù)X行數(shù)Xlog2顏色數(shù)/8例如1：顯示模式640X480X256色顯存=640X480Xlog2256/8/1024=300K例如2：1024X768X64K色顯存=1024X768Xlog265536=1536K例如3：1600X1200X16M色log216M=24顯存=1600X1200X24/8/1024=5628K第5章顯示卡

（II）顯存顆粒顯卡上的顯示緩存對發(fā)揮GPU的性能起決定性的作用。

指默認情況下該顯存在顯卡上工作時的頻率，一定程度上反映了顯存的速度。

（a）顯存位寬是顯存在一個時鐘周期內(nèi)所能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，位數(shù)越大則瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大。顯存位寬越高、性能越好，價格越貴。

（b）顯存頻率

（c）顯存帶寬

顯存帶寬=顯存頻率*顯存位寬/8。

（d）顯存類型顯存是顯卡上的關(guān)鍵部件之一，它的優(yōu)劣和容量直接關(guān)系到顯卡的最終性能。SDRAM、DDR、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5，原理和內(nèi)存相似。第5章顯示卡

（e）顯存容量

是顯卡上顯存的容量，決定顯存臨時存儲數(shù)據(jù)的多少。

（f）顯存封裝

指顯存顆粒采用的封裝技術(shù)類型。

有TSOP、BGA等TSOPBGA第5章顯示卡（a）PCB層數(shù)（III）接口等部件一般分為：信號層、電源層或接地層，層數(shù)越多（4層、6層、8層等），電氣性越佳，性能越好。（b）顯卡供電顯卡頻率越高，供電要求越高，高端顯卡需要額外電源供電。（c）顯卡接口類型顯卡的總線接口決定顯卡與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱?，不同的接口能為顯卡帶來不同的性能。發(fā)展至今有ISA、PCI、AGP、PCIExpress等。第5章顯示卡風(fēng)扇式散熱片、熱管渦輪式風(fēng)冷（d）顯卡散熱裝置顯卡散熱裝置的散熱性能直接影響顯卡的運行穩(wěn)定性。