第5章 显卡

1. 第5章 显卡 • 本章要点 • 具体要求 • 本章导读

2. 本章要点 • 显卡的结构 • 显卡的接口 • 显卡的性能指标 • 主流显示芯片

3. 具体要求 • 了解显卡的结构 • 掌握显卡的接口 • 掌握显卡的性能指标 • 了解主流显示芯片 • 了解显卡的选购

4. 本章导读 • 显卡是计算机中处理图像的设备，显卡负责将计算机系统中所有的图像信息进行处理，然后从显示器输出。如今显卡的性能越来越强劲，显示效果也越来越逼真。本课将介绍显卡的相关知识，包括显卡的结构、显卡接口的作用、影响显卡性能的指标以及市场上主流显示芯片的不同特点，另外还将介绍如何选购显卡。

5. 5.1 显 卡 概 述 • 显卡是计算机运行的必备部件之一，主要负责图像的处理，并把处理的结果通过显示器输出。下面将讲解显卡的相关知识。

6. 5.1 显 卡 概 述 • 5.1.1 显卡的作用 • 5.1.2 显卡的结构 • 5.1.3 显卡的接口 • 5.1.4 显卡的性能指标

7. 5.1.1 显卡的作用 • 显卡拥有独立的图形处理芯片（GPU）和显存，专门用来执行图像加速和处理任务，因此就可以大大减少CPU所必须处理的图形函数的数量，从而提高了计算机的整体性能。 • 显卡工作的步骤为：CPU将数据通过总线传送到显示芯片，显示芯片对数据进行处理，并将处理的结果存放在显存中，显存将数据传送到数/模转换器（RAMDAC）并进行数/模转换，RAMDAC将模拟信号通过专用接口输送到显示器。

8. 5.1.2 显卡的结构 • 显卡主要由显示芯片、显存和显示输出接口（VGA接口，DVI接口）等几部分组成。

9. 显卡的结构

10. 5.1.2 显卡的结构 • 显示芯片：显示芯片又称图形处理芯片（GPU），它是显卡中最重要的部分，它直接决定了显卡的性能好坏。显示芯片的主要作用是处理软件指令，让显卡能完成某些特定的绘图功能。由于显示芯片发热量巨大，因此往往在其上都会覆盖散热片并通过散热风扇进行散热。

11. 5.1.2 显卡的结构 • 显存：是显卡中用来临时存储显示数据的地方，其位宽与存取速度对显卡的整体性能有着非常大的影响，而且还将直接影响显示的分辨率及色彩位数，其容量越大，所能显示的分辨率及色彩位数就越高。显存容量通常有64MB，128MB，256MB等几种。

12. 显示芯片和显存

13. 5.1.2 显卡的结构 • VGA接口：大部分显卡都采用这种信号的输出接口，其外形为15针D型结构，它与CRT显示器直接相连。 • DVI接口：DVI（Digital Visual Interface）接口的名字为数字视频接口。通过DVI接口，显卡中的数字信号直接到达LCD，不会出现失真的现象，从而使显示出来的画面更加真实、自然。

14. VGA接口和DVI接口

15. 5.1.2 显卡的结构 • 金手指：是显卡用来连接到主板的通道。 • 显卡BIOS：在显卡的BIOS芯片内存储了显卡的一些相关信息，如显卡采用的显示芯片参数、显存的默认工作频率等。显卡BIOS和主板BIOS具有类似的作用。

16. 5.1.3 显卡的接口 • 显卡的接口主要有ISA接口、PCI接口、AGP接口和PCI Express x16接口等，下面将分别进行介绍。

17. 5.1.3 显卡的接口 • 1．ISA接口 • 2．PCI接口 • 3．AGP接口 • 4．PCI Express x16接口

18. 1．ISA接口 • ISA（Industry Standard Architecture，工业标准结构）接口是由Intel公司、IEEE协会和EISA集团为了能够更合理地开发外插接口而联合开发的一种总线接口。 • ISA接口的主要性能指标有：可直接寻址的容量为16MB、8/16位数据线、62/36引脚、最大位宽为16bit、最高时钟频率为8MHz、最大稳定传输速率为16MB/s、允许多个物理设备共享系统资源ISA插槽，但是ISA接口传输速率过低、CPU占用率高，所以采用ISA接口的显卡已经被淘汰了。

19. 2．PCI接口 • PCI接口的工作频率为33MHz，最大数据传输速率可达133MB/s，同时具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力。由于PCI显卡不能适应显卡高速带宽的传输需求，因此逐渐被AGP显卡所替代。

20. ISA接口的显卡和PCI接口的显卡

21. 3．AGP接口 • AGP（Accelerated Graphics Port）为加速图形端口，是一种为了提高视频带宽而设计的总线标准。AGP标准在使用32位总线时，其工作频率为66MHz，最高数据传输率为533MB/s，而PCI总线理论上的最大传输率仅为133MB/s。目前在最高规格的AGP 8X模式下，数据传输速度达到了2.1GB/s。 • AGP接口的发展经历了AGP 1.0标准、AGP 2.0标准、AGP Pro标准和AGP 3.0标准等阶段，其传输速度也从最早的AGP 1X的266MB/s带宽发展到了AGP 8X的2.1GB/s。

22. AGP接口的显卡

23. 1）AGP 1.0 • AGP 1.0标准于1996年7月问世，分为1X和2X两种模式，数据传输带宽分别为266MB/s和533MB/s。AGP 1.0标准是在66MHz PCI 2.1标准的基础上经过扩充而形成的，其工作频率为66MHz，工作电压为3.3V，基本满足显示设备与系统交换数据的需要。

24. 2）AGP 2.0 • AGP 2.0标准于1998年5月正式发布，工作频率依然是66MHz，增加了4X模式，并将工作电压降低到了1.5V，这样它的数据传输带宽达到了1066MB/s，数据传输能力大大增强。

25. 3）AGP Pro • AGP Pro接口与AGP 2.0同时推出，这是一种为了满足显示设备功耗日益加大的现实而研发的图形接口标准，应用该技术的图形接口的主要特点是比AGP 4X略长一些，其加长部分可容纳更多的电源引脚，使得这种接口可以驱动功耗更大（25W～110W）或者处理能力更强大的AGP显卡。这种标准其实是专为高端图形工作站而设计的，不过AGP 4X的显卡也可以插在这种插槽中正常使用。

26. 4）AGP 3.0 • 2000年8月Intel推出AGP 3.0标准，增加了8X模式，并将工作电压降到0.8V，这样它的数据传输带宽达到了2.1GB/s，数据传输能力相对于AGP 4X成倍增长，能较好地满足当前显示设备的带宽需求。AGP 8X向下兼容AGP 4X，但不兼容AGP 1X和AGP 2X。

27. 4．PCI Express x16接口 • PCI Express是下一代的总线接口，点对点串行连接，不需向整个总线请求带宽，就可把数据传输率提高到一个很高的级别，达到PCI不能提供的高带宽。与传统PCI总线相比，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。 • PCI Express接口中的PCI Express x16接口用来取代AGP接口作为下一代显卡接口，PCI Express x16接口能够提供5GB/s的带宽，即使编码上有损耗仍能提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

28. PCI Express x16显卡

29. 5.1.4 显卡的性能指标 • 显卡的性能高低取决于显示芯片和显存，显示芯片将在5.2节进行介绍，这里将介绍显存的性能指标，显存的性能指标主要有显存速度、显存位宽和显存容量。

30. 5.1.4 显卡的性能指标 • 1．显存速度 • 2．显存位宽 • 3．显存容量

31. 1．显存速度 • 显存速度是显存非常重要的一个性能指标，显存速度决定于显存的时钟周期和运行频率，它们影响显存每次处理数据需要的时间。显存芯片速度越快，单位时间交换的数据量也就越大，在同等条件下，显卡性能也将会得到明显的提升。 • 显存的时钟周期以ns（纳秒）为单位，运行频率则以MHz为单位。它们之间的关系为：运行频率＝1/时钟周期×1000。

32. 2．显存位宽 • 显存位宽是显存也是显卡的一个重要性能指标。显存位宽可理解为数据进出通道的大小，在运行频率和显存容量相同的情况下，显存位宽越大，数据的吞吐量就越大，性能也就越好。现在常见的显存位宽有64bit，128bit和256bit，在运行频率相同的情况下，128bit显存位宽的数据吞吐量是64bit显存位宽的两倍；256bit显存位宽的数据吞吐量是128bit显存位宽的两倍。

33. 3．显存容量 • 显存担负着系统与显卡之间数据交换以及显示芯片运算3D图形时的数据缓存，因此显存容量的大小决定了显示芯片处理的数据量。理论上讲，显存容量越大，显卡性能就越好。而实际上，在普通应用中，显存容量大小并不是显卡性能高低的决定因素，而显存速度和显存位宽才是影响显卡性能的关键指标。

34. 5.2 主流显示芯片 • 显示芯片的生产厂家主要有Intel、nVIDIA和ATi，另外还有其他一些厂家的产品占有少量的市场份额。Intel主要是在芯片组中开发集成显示芯片，而nVIDIA和ATi则开发独立的显示芯片。

35. 5.2 主流显示芯片 • 5.2.1 Intel显示芯片 • 5.2.2 nVIDIA显示芯片 • 5.2.3 ATi显示芯片

36. 5.2.1 Intel显示芯片 • Intel是最大的CPU制造商和主板芯片组研发商，同时也是显示芯片的生产厂家。从早期的i810芯片组开始，到目前的i925芯片组，Intel在每个类型的芯片组中都会有一款集成显示芯片的芯片组产品。

37. 5.2.1 Intel显示芯片 • 1．Intel Extreme Graphics • 2．Intel Extreme Graphics 2

38. 1．Intel Extreme Graphics • Intel Extreme Graphics是在i845G芯片组上集成的显示芯片，它采用动态分配共享显存技术（DVMT），其图形核心为256位，支持32位色深。 • Intel Extreme Graphics支持的最大分辨率为2048×1536像素，完全支持AGP 2X/4X模式，核心频率达到200MHz，支持多种3D特效，完全支持OpenGL 1.3（含压缩纹理，纹理DOT3环境模式及多纹理），并支持24位Z轴缓冲。

39. 2．Intel Extreme Graphics 2 • Intel Extreme Graphics 2是从Intel Extreme Graphics升级而来的，它适当地提升了核心的频率，并且对内部设计进行了全面改进，采用了更为先进的像素材质引擎、区域渲染二代引擎、动态视频存储二代技术以及更具效率的智能内存管理技术，再加上双通道DDR 400系统内存的高带宽，从而使图形性能得到了大幅度提高。

40. 5.2.2 nVIDIA显示芯片 • nVIDIA自AGP显卡普及以来，一直是显卡市场的王者。现在nVIDIA在市场上的显示芯片主要有Geforce FX系列、Geforce 6系列和Geforce 7系列，下面将分别进行介绍。

41. 5.2.2 nVIDIA显示芯片 • 1．Geforce FX系列 • 2．Geforce 6系列 • 3．Geforce 7系列

42. 1．Geforce FX系列 • Geforce FX系列的成员有Geforce FX 5200，Geforce FX 5500，Geforce FX 5600，Geforce FX 5700和Geforce FX 5900。

43. 1）Geforce FX 5200 • GeForce FX 5200（NV34）采用0.15µm制作工艺，具有4条渲染流水线、4个TMU单元，纹理填充率为13亿/秒，多边形生成率为0.81亿/秒。GeForce FX 5200分为Ultra版和标准版，5200 Ultra版的核心/显存频率为325/650MHz；5200标准版的核心/显存频率为250/400MHz。NV34硬件支持DirectX 9.0。

44. 2）Geforce FX 5500 • GeForce FX 5500（NV34）的核心频率为270MHz，晶体管数为4500万个，采用0.15µm工艺生产，具有128bit的显存位宽，标准显存带宽为10.4GB/s，最高支持显存容量为128MB，像素流水线是4条，支持DirectX 9.0。

45. 显示芯片

46. 3）Geforce FX 5600 • GeForce FX 5600（NV31）采用0.13µm工艺生产，晶体管数为8000万个，配备128bit的DDR显存位宽，显存带宽为11.2GB/s，支持最大显存为256MB。FX 5600具有4条像素流水线，支持DirectX 9.0和IntelliSample技术所内含的各种优化功能。

47. 4）Geforce FX 5700 • GeForce FX 5700（NV36）具有Ultra（核心/工作频率分别为475/900MHz）和LE（核心/工作频率分别为250/400MHz）等版本，使用的是改良版的着色器CineFX 2.0，它的晶体管数目为8200万个，128Bit的显存位宽。

48. 显示芯片

49. 5）Geforce FX 5900 • GeForce FX 5900（NV38）可看做是GeForce FX 5700的升级版本，GeForce FX 5900采用0.13µm制造工艺，核心频率为400MHz，显存位宽为256bit，显存频率为800MHz，显存带宽达到了25.4GB/s。

50. 2．Geforce 6系列 • Geforce 6系列显示芯片分为6800系列、6600系列和6200系列，下面将介绍这三个系列中经典的显示芯片。