显卡的结构和工作原理及发展历史与现状

 

显卡的结构和工作原理及发展历史与现状

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。显卡的下端有一组“金手指”（显卡接口），它可以插入主板上的显卡插槽，有ISA/PCI/AGP等规范。为了让显卡更好地固定，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为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，它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. 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资料送到显存。 (数字信号)

3、从显存进入RAMDAC (数/模转换器)——从显存读取出资料送到 RAM DAC 进行数据转换。（将数字信号转换为模拟信号）

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资料到显示屏上。最慢的步骤就是整体速度的决定步骤。

三，显卡的发展历史与现状

CGA显卡
     民用显卡的起源可以追溯到上个世纪的八十年代了。在1981年， IBM推出了个人电脑时，它提供了两种显卡，一种是"单色显卡(简称 MDA)，一种是“彩色绘图卡” (简称 CGA)， 从名字上就可以看出，MDA是与单色显示器配合使用的，它可以显示80行x25列的字符， CGA则可以用在RGB的显示屏上, 它可以绘制的图形和字符。

MGA/MCGA显卡
     1982年，IBM又推出了MGA， 又称大力士卡， 除了能显示图形外，还保留了原来 MDA 的功能。当年不少游戏都需要这款卡才能显示动画效果。而当时风行市场的还有Genoa 公司做的EGA，即加强型绘图卡, 可以模拟MDA和CGA，而且可以在单色屏幕上一点一点画成的图形。

 VGA,即显示绘图阵列，它是IBM在其 PS/2 的Model 50, 60和80内建的影像系统。它的数字模式可以达到720x400色， 绘图模式则可以达到640x480x16色， 以及320x200x256色， 这是显卡首次可以同时最高显示256种色彩。而这些模式更成为其后所有显卡的共同标准。VGA显卡的盛行把电脑带进了2D显卡显示的辉煌时代。而后其推出的Trident 9685更是第一代3D显卡的代表。不过真正称得上开启3D显卡大门的却应该是GLINT 300SX，虽然其3D功能极其简单，但却具有里程碑的意义。
   3D AGP接口显卡时代
     1995年，对于显卡来说，绝对是里程碑的一年，3D图形加速卡正式走入玩家的视野。1995年，3Dfx推出了业界的第一块真正意义的3D图形加速卡：Voodoo。3Dfx的专利技术Glide引擎接口一度称霸了整个3D世界，直至D3D和OpenGL的出现才改变了这种局面。Voodoo标配为4Mb显存，能够提供在640×480分辨率下3D显示速度和最华丽的画面，当然，Voodoo也有硬伤，它只是一块具有3D加速功能的子卡，使用时需搭配一块具有2D功能的显卡。    

     1997年是3D显卡初露头角的一年，而1998年则是3D显卡如雨后春笋激烈竞争的一年。    在Voodoo带来的巨大荣誉和耀眼的光环下，3Dfx以高屋建瓴之势推出了又一划时代的产品：Voodoo2。Voodoo2自带8Mb/12Mb EDO显存，PCI接口，卡上有双芯片，可以做单周期到多纹理运算。但是Voodoo2依然作为一块3D加速子卡，需要一块2D显卡的支持。Voodoo2的推出已经使得3D加速又到达了一个新的里程碑，凭借Voodoo2的效果、画面和速度，征服了不少当时盛行一时的3D游戏。2009年最为流行的SLI技术也是当时Voodoo2的一个新技术，Voodoo2第一次支持双显卡技术，让两块Voodoo2并联协同工作获得双倍的性能。 

PCI Express显卡接口
     2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express，是取代PCI总线的第三代I/O技术，也称为3GIO。该总线的规范由Intel支持的AWG（Arapahoe Working Group）负责制定。2002 年4月17日，AWG正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕，并移交PCI-SIG进行审核。最后被正式命名为PCI Express。2006年正式推出Spec2.0（2.0规范）。        2009年，PCI-E 3.0规范已经确定，其编码数据速率，比同等情况下的PCI-E 2.0规范提高了一倍，X32端口的双向速率高达320Gbps。

 

 

七彩虹逸彩9800GT-GD3 冰封骑士3F 512M M10

·         芯片厂商：NVIDIA GeForce 9800

·         显存容量：512MB GDDR3

·         显存位宽：256bit

·         核心频率：600MHz

·         显存频率：1800MHz

·         显存速度：1.0ns

·         散热方式：散热风扇+散热片（静

·         I/O接口：HDMI

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：112个

 

七彩虹iGame260+ GD3 UP烈焰战神 896M

·         芯片厂商：NVIDIA Geforce GTX

·         显存容量：896MB GDDR3

·         显存位宽：448bit

·         核心频率：Normal：576MHz Tur

·         显存频率：Normal：2000MHz Tur

·         显存速度：0.8ns

·         散热方式：巨型涡轮散热器

·         I/O接口：HDMI

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：216个

 

影驰GT240中将版

·         芯片厂商：NVIDIA GeForce GT24

·         显存容量：512MB GDDR5

·         显存位宽：128bit

·         核心频率：550MHz

·         显存频率：3400MHz

·         显存速度：0.5ns

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI接口/DVI接口/VGA

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：96个

 

影驰GTX260+上将版

·         芯片厂商：NVIDIA GeForce GTX

·         显存容量：896MB GDDR3

·         显存位宽：448bit

·         核心频率：625MHz

·         显存频率：1050MHz

·         显存速度：0.8ns

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI/S-video接口(TV-

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：216个

 

双敏无极2 HD5750 DDR5 V1024小牛版

·         芯片厂商：ATI Radeon HD 5750

·         显存容量：512MB GDDR5

·         显存位宽：128bit

·         核心频率：700MHz

·         显存频率：4600MHz

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI接口/DVI接口/VGA

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：720个

·         3D API：DirectX 11

 

七彩虹IGAME250-GD3 冰封骑士5F 512M R08

·         芯片厂商：NVIDIA Geforce GTS

·         显存容量：512MB GDDR3

·         显存位宽：256bit

·         核心频率：740MHz

·         显存频率：2200MHz

·         显存速度：0.8ns

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI接口/双DVI接口

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：128个

 

耕昇 GTS250黄忠版

·         芯片厂商：NVIDIA Geforce GTS

·         显存容量：512MB GDDR3

·         显存位宽：256bit

·         核心频率：745MHz

·         显存频率：2200MHz

·         显存速度：0.8ns

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：128个

 

铭瑄极光GTS250终结者1024M

·         芯片厂商：NVIDIA Geforce GTS

·         显存容量：1024MB GDDR3

·         显存位宽：256bit

·         核心频率：675MHz

·         显存频率：2000MHz

·         显存速度：1.0ns

·         散热方式：散热风扇

·         I/O接口：HDMI接口/DVI接口/VGA

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：128个

 

 

索泰GTX260-896D3 S192

·         芯片厂商：NVIDIA Geforce GTX

·         显存容量：896MB GDDR3

·         显存位宽：448bit

·         核心频率：576MHz

·         显存频率：1998MHz

·         显存速度：1.0ns

·         散热方式：涡轮风扇

·         I/O接口：S-video接口(TV-Out)

·         总线接口：PCI Express 2.0 16X

·         流处理器：192个