计算机显卡、显存工作原理

概述

如同计算机的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。下面为大家详细的介绍关于显存是什么。

作用

• 如同计算机的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面是由一个个的像素点构成的，而每个像素点都以4至32甚至64位的数据来控制它的亮度和色彩，这些数据必须通过显存来保存，再交由显示芯片和CPU调配，最后把运算结果转化为图形输出到 显示器 上。显存和主板内存一样，执行存贮的功能，但它存贮的对像是显卡输出到显示器上的每个像素的信息。
• 显存是显卡非常重要的组成部分，显示芯片处理完数据后会将数据保存到显存中，然后由RAMDAC(数模转换器)从显存中读取出数据并将数字信号转换为模拟信号，最后由屏幕显示出来。在高级的图形加速卡中，显存不仅用来存储图形数据，而且还被显示芯片用来进行3D函数运算。在nVIDIA等高级显示芯片中，已发展出和CPU平行的“GPU”(图形处理单元)。“T&L”(变形和照明)等高密度运算由GPU在显卡上完成，由此更加重了对显存的依赖。由于显存在显卡上所起的作用，显然显存的速度和带宽直接影响到显卡的整体速度。
• 显存作为存贮器也和主板内存一样经历了多个发展阶段，甚至可以说显存的发展比主板内存更为活跃，并有着更多的品种和类型。被广泛使用的显存类型是SDRAM和SGRAM，性能更加优异的DDR内存首先被应用到显卡上，促进了显卡整体性能的提高。DDR以在显卡上的成功为先导，全面发展到了主板系统，一个DDR“独领风骚三两年”的时代即将呈现在世人面前。

工作原理

显卡的工作原理是：在显卡开始工作(图形渲染建模)前，通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面。开始工作时候(进行建模渲染)，这些数据通过AGP总线进行传输，显示芯片将通过AGP总线提取存储在显存里面的数据，除了建模渲染数据外还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换，这些数据通过RAMDAC转换为模拟信号输出到显示端，最终就是我们看见的图像。显示芯片性能的日益提高，其数据处理能力越来越强，使得显存数据传输量和传输率也要求越来越高，显卡对显存的要求也更高。载体，这时显存的交换量的大小，速度的快慢对于显卡核心的效能发挥都是至关重要的，而如何有效地提高显存的效能也就成了提高整个显示卡效能的关键。

主要生产商

显卡是主板上一个BGA封装的chipset，类似于CPU(Central Processing Unit)，业内叫GPU(Graphics Processing Unit)，市场上主要有nVIDIA和AMD两个厂商!。图形芯片相当于电脑的CPU，不过它的主要任务是处理显示信息，在处理信息的过程中，它会产生大量的临时数据(未处理的、正在处理的、已经处理完成的)，这就需要一个专 门 的地方来存放这些临时数据，那就是显存了，它也可能是一个芯片，也可能只是芯片的一部分，这要看硬件的设计(独立显卡和集成显卡)。至于察看显存大小。

视频显示流程图

显卡工作流程

图像或者视频数据一旦离开CPU，必须通过4个步骤，才会到达显示器：
1、从总线进入GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)：将CPU送来的数据总线，再从总线送到GPU里面进行处理。
2、从GPU进入帧缓冲存储器（或称显存)：将GPU芯片处理完的数据送到显存。
3、从显存进入视频控制器：视频控制器有可能是DAC(Digital Analog Converter，随机读写存储数—模转换器)，从显存读取出数据再送到RAM DAC进行数据转换的工作(数字信号转模拟信号)；但是如果是DVI接口类型的显卡，则不需要经过数字信号转模拟信号。而直接输出数字信号。
4、从视频控制器进入显示器：将转换完的模拟信号送到显示屏。

显卡的类型

1、集成显卡
集成的显卡一般不带有显存，而是使用系统的一部分主内存作为显存，具体的数量一般是系统根据需要自动动态调整的。显然如果使用集成显卡运行需要大量占用内存的空间，对整个系统的影响会比较明显，此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多，因此集成显卡的性能比独立显卡要逊色一些。
2、独立显卡
独立显卡，简称独显，港澳台地区称独立显示卡，是指成独立的板卡，需要插在主板的相应接口上的显卡。独立显卡分为内置独立显卡和外置显卡。独立显卡是指以独立板卡形式存在，可在具备显卡接口的主板上自由插拔的显卡。独立显卡具备单独的显存，不占用系统内存，而且技术上领先于集成显卡，能够提供更好的显示效果和运行性能。
3、核心显卡
英文原名Core graphics card，核心图形卡，意思是集成在核心中的显卡。核心显卡是新一代的智能图形核心，它整合在智能处理器当中，依托处理器强大的运算能力和智能能效调节设计，在更低功耗下实现同样出色的图形处理性能和流畅的应用体验。需要注意的是，核心显卡虽然与传统意义上的集成显卡并不相同，工作方式的不同决定了它的性能比早期的集成显卡有所提升，但是它仍然是一种集成显卡，集成在核心中的显卡。

关于显存

用来存储屏幕上像素的颜色值，简称帧缓冲器，俗称显存。帧缓冲器中的单元数目与显示器上的像素数目相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应的像素的颜色。

关于GPU

GPU(graphics processing unit,图形处理器)，又称显示核心、视觉处理器、显示芯片或绘图芯片，是一种专门在个人计算机、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上运行绘图运算工作的微处理器。换句话说，就是把CPU的数据翻译成显示器能读懂的数据。
CPU与GPU的结构对比如下图：

CPU是一个有多种功能的优秀领导者。它的优点在于调度、管理、协调能力强，计算能力则位于其次。而GPU相当于一个接受CPU调度的“拥有大量计算能力”的员工。换言之，CPU擅长统领全局等复杂操作，GPU擅长对大数据进行简单重复操作。CPU是从事复杂脑力劳动的教授，而GPU是进行大量并行计算的体力劳动者。

GPU加速

GPU加速计算是指同时利用图形处理器(GPU)和CPU，加快科学、分析、工程、消费和企业应用程序的运行速度。
GPU加速计算可以提供非凡的应用程序性能，能将应用程序计算密集部分的工作负载转移到GPU，同时仍由CPU运行其余程序代码。从用户的角度来看，应用程序的运行速度明显加快。

理解GPU和CPU之间区别的一种简单方式是比较它们如何处理任务。CPU由专为顺序串行处理而优化的几个核心组成，而GPU则拥有一个由数以千计的更小、更高效的核心(专为同时处理多重任务而设计)组成的大规模并行计算架构。

参考

显卡工作原理