任务六 输入输出设备的介绍与安装

1、任务六 显卡 w 本章要点 w 具体要求 w 本章导读 本任务要点 w 显卡的结构 w 显卡的接口 w 显卡的性能指标 w 主流显示芯片 具体要求 w 了解显卡的结构 w 掌握显卡的接口 w 掌握显卡的性能指标 w 了解主流显示芯片 w 了解显卡的选购 本任务导读 w 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。 6.1 显 卡 概 述 显卡是计算机

2、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。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。显卡的用途是将计算机 系统所需要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，是连接显示器和 个人电脑主板的重要元件，是“人机对话”的重要设备 之一。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，对于从事专业图形设计的人来说 显卡非常重要。 现在显卡图形芯片供应商主要包括 AMD（ATI）和Nvidi

3、a(英伟达)两家。下面将讲解显卡的 相关知识。 6.1 显 卡 概 述 w 6.1.1 显卡的作用 w 6.1.2 显卡的结构 w 6.1.3 显卡的接口 w 6.1.4 显卡的性能指标 6.1.1 显卡的作用 w 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。 w 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

4、显示 器。 6.1.2 显卡的结构 w 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。 显卡的结构 显存 显示芯片 VGA接口 DVI 接口 显卡 BIOS 金手指 6.1.2 显卡的结构 n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。 6.1.2 显卡的结构 n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

5、，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。现在显存容量 通常有512MB，1G, 2G等几种。 显示芯片和显存 6.1.2 显卡的结构 nVGA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。 nDVI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。 nHDMI接口： 高清晰度多媒体接口（英文：High Definition Multimedia I

6、nterface，HDMI）是一种数字 化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数 字化接口，其可同时传送音频和影音信号，最高数据 传输速度为5Gbps。 VGA,DVI,HDMI接口 显卡的结构 w GPU（类似于主板的（类似于主板的CPU） w 全称是Graphic Processing Unit，中文翻译为“图 形处理器”。NVIDIA公司在发布GeForce 256图形处理 芯片时首先提出的概念。GPU使显卡减少了对CPU的依 赖，并进行部分原本CPU的工作，尤其是在3D图形处理 时。GPU所采用的核心技术有硬件T&L（几何转换和光 照处理）立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹

7、 凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等，而硬 件T&L技术可以说是GPU的标志。GPU的生产主要由 nVidia与AMD(ATI)两家厂商生产 显卡的结构 w 显存（类似于主板的内存）显存（类似于主板的内存） w 显示内存的简称。顾名思义，其主要功能就是暂时 将储存显示芯片要处理的数据和处理完毕的数据。图形 核心的性能愈强，需要的显存也就越多。以前的显存主 要是SDR的，容量也不大。市面上的显卡大部分采用的 是GDDR3显存，现在最新的显卡则采用了性能更为出色 的GDDR4或GDDR5显存。显存主要由传统的内存制造 商提供，比如三星、现代、Kingston等。 6.1.2 显卡的结构

8、n金手指：是显卡用来连接到主板的通道。 n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。 w 显卡显卡PCB板（类似于主板的板（类似于主板的PCB板）板） w 就是显卡的电路板，它把显卡上的其它部件 连接起来。功能类似主板。 产品分类产品分类 w 集成显卡集成显卡 w 集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都做在主 板上，与主板融为一体；集成显卡的显示芯片有单独的， 但大部分都集成在主板的北桥芯片中；一些主板集成的 显卡也在主板上单独安装了显存，但其容量较小，集成 显卡的显示效果与处

9、理性能相对较弱，不能对显卡进行 硬件升级，但可以通过CMOS调节频率或刷入新BIOS文 件实现软件升级来挖掘显示芯片的潜能；集成显卡的优 点是功耗低、发热量小、部分集成显卡的性能已经可以 媲美入门级的独立显卡，所以不用花费额外的资金购买 显卡。 产品分类产品分类 w 独立显卡独立显卡 w 独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独 做在一块电路板上，自成一体而作为一块独立的板卡存 在，它需占用主板的扩展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI- E)。独立显卡单独安装有显存，一般不占用系统内存， 在技术上也较集成显卡先进得多，比集成显卡能够得到 更好的显示效果和性能，容易进行显卡的硬件升级；其

10、缺点是系统功耗有所加大，发热量也较大，需额外花费 购买显卡的资金。 6.1.3 显卡的接口 w 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。 6.1.3 显卡的接口 w 1ISA接口 w 2PCI接口 w 3AGP接口 w 4PCI Express x16接口 1ISA接口 w 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。 w ISA接口的主要性能指标有：可直接寻址的容量 为1

11、6MB、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。 2PCI接口 w 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，因此后来被AGP显卡所替代。现 在的AGP显卡已经基本被PCI-E显卡取代 （2006年大部分厂家已经停止生产AGP显 卡）。 ISA接口的显卡和PCI接

12、口的显卡 3AGP接口 w 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。 w 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。 AGP接口的显卡 1）AG

13、P 1.0 w 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。 2）AGP 2.0 w 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。 3）AGP Pro w AGP Pro接口与AGP 2.0同时推出，这是一种为

14、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（25W110W）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。 4）AGP 3.0 w 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 4

15、X，但不兼容AGP 1X和 AGP 2X。 4PCI Express x16接口 w PCI Express是现在的总线接口，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。 w 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A

16、GP 8X的2.1GB/s的带宽。 PCI Express x16显卡 双卡技术双卡技术 w SLI和CrossFire分别是Nvidia和ATI两家的双卡或多卡互连工 作组模式.其本质是差不多的.只是叫法不同 SLI Scan Line Interlace（扫描线交错）技术是3dfx公司应用于Voodoo 上的 技术，它通过把2块Voodoo卡用SLI线物理连接起来，工作的 时候一块Voodoo卡负责渲染屏幕奇数行扫描，另一块负责渲 染偶数行扫描，从而达到将两块显卡“连接”在一起获得 “双倍”的性能。 SLI中文名速力，到2009年SLI工作模式与 早期Voodoo有所不同，改为屏幕分区渲染

17、。 w CrossFire，中文名交叉火力，简称交火，是ATI的一款多 重GPU技术，可让多张显示卡同时在一部电脑上并排使用， 增加运算效能，与NVIDIA的SLI技术竞争。CrossFire技术于 2005年6月1日，在Computex Taipei 2005正式发布，比SLI迟 一年。从首度公开截至2009年，CrossFire经过了一次修订。 并行工作并行工作 w 并行工作并行工作 w 无论是Nvidia还是ATI，均可用自己最新的集成显卡和独 立显卡进行混合并行使用，但是由于驱动原因，Nvidia的 MCP78只能和低端的8400GS,8500GT混合SLI，ATi的 780G,790

18、GX只能和低端的2400PRO/XT，3450进行混合 Crossfire。 w 5）不同型号显卡之间进行Crossfire w ATI部分新产品支持不同型号显卡之间进行交火， 比如 HD3870X2 与HD3870组建交火系统， 或者HD4870与HD4850 之间组建交火系统。这种交火需要硬件以及驱动的支持，并 不是所有型号之间都可以。HD4870与HD4850交火已取得不 错的成绩。 6.1.4 显卡的性能指标 w 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。 6.1.4 显卡的性能指

19、标 w 1显存速度 w 2显存位宽 w 3显存容量 1显存速度 w 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。 w 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。 2显存位宽 w 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

20、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。 3显存容量 w 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。 6.2 主流显示芯片 w 显示芯片的生产厂家主要有Intel、nVIDIA 和AMD(Ati

21、)，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 AMD(Ati)则开发独立的显示芯片。 6.2 主流显示芯片 w 6.2.1 Intel显示芯片 w 6.2.2 nVIDIA显示芯片 w 6.2.3 AMD(Ati)显示芯片 6.2.1 Intel显示芯片 w 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，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。 6.2.1 Intel显示芯片 w 1Intel Extreme Graphics w

22、2Intel Extreme Graphics 2 1Intel Extreme Graphics w 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。 w Intel Extreme Graphics支持的最大分辨率为 20481536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。 2Intel Extreme Graphics 2 w I

23、ntel 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DDR3系统内存的高带宽，从而 使图形性能得到了大幅度提高。 6.2.2 nVIDIA显示芯片 w nVIDIA自AGP显卡普及以来，一直是显卡市场的王者。 nVIDIA公公 司司的主要品牌 GeForce（精视）系列，其型号由早期的 GeForce 256、 GeForce2 （100/200/400）、GeFo

24、rce3（200/500）、GeForce4 （420/440/460/4000/4200/4400/4600/4800） 到GeForce FX （5200/5500/5600/5700/5800/5900/5950）、 GeForce （6100/6150/6200/6400/6500/6600/6800/）、GeForce （8400/8500/8600/8700/8800） w 再到近期的GeForce （ 9400GT/9500GT/9600GSO/9600GT/9800GT/9800GTX+/9800GX2/GT X260/GTX260+/GTX280/GTX275/GTX285/

25、GTX295/GTX460/GTX47 0/GTX480/GTX490。 典型系列GTX 460 w 新一代性能级显卡GeForce GTX 460。GTX 460不和GTX 480/470一样基于GF100内核，而是使用了新设计的 GF104核心，各方面规格都有所精简：流处理器336个 （因屏蔽了一组SM，只剩7组。未屏蔽时8组是384个）、 纹理单元48个、ROP单元32个、GDDR5显存位宽256-bit、 显存容量1GB，相比GTX 480分别删减了144个、12个、 16个、128-bit、512MB。GTX 460的造型设计延续了 NVIDIA高端显卡近来的一贯风格，但是长度上要比

26、 GTX 480/470/465短了不少，辅助供电接口为双六针，输 出接口应该是两个DVI和一个mini HDMI。 6.2.3 ATi显示芯片 w 在显示芯片市场，ATi是惟一一家有实力与nVIDIA进行抗衡 的显示芯片研发公司。ATi公司发布了多款显示芯片产品， ATI公司公司的主要品牌 Radeon（镭龙） 系列，其型号由早期的 7000/7200/7500/8500/9000/9200/9550/9600/9700/9800/X300/X6 00/X700/X800/X1300/X1600/X1800/X1900/X1950/HD 2400/HD 2600/HD 2900) w 到近期

27、的 w Radeon (HD3400/HD 3600/HD 3800/HD 4350/HD 4550/HD 4600/HD 4650/HD 4670/HD 4770/HD 4800/HD 4850 X2/HD 4890/HD 4870 X2/HD5750/HD5770/HD5850/HD5870/HD5970) 。 典型系列HD5770 w 千元级市场一直以来就是厂商们竞争的重点，在这个市 场区间内几乎大部分产品的性价比都相当之高，之前一 段时间最为抢手就是HD4870和GTX260。而目前随着新 一代HD5000系列产品推出，玩家们又开始有了新的选 择，关注度最高的产品就要说是HD5770。

28、HD5770是首 批支持DX11的显卡，采用了目前较为先进的台积电 40nm工艺制程，理论上可以降低显卡的功耗以及发热量。 从而可以进一步提升显卡的超频能力，使玩家能够更多 的挖掘显卡的潜能。不仅如此，在技术上还支持ATI的 特有技术Eyefinity，最大可同时输出三个2560 x1600 的分辨率，以实现超大屏幕的环幕技术。 6.3 显卡选购指南 w 显卡厂家在高中低端都拥有丰富的产品线， 不同档次的用户都有多种显卡产品可以选 择。下面将介绍选购显卡时需要注意的地 方。 6.3 显卡选购指南 w 6.3.1 知识讲解 w 6.3.2 典型案例 6.3.1 知识讲解 w 显卡一般需要根据自己

29、的需求来进行选择， 然后多比较几款不同品牌同类型的显卡， 通过观察显卡的做工来选择显卡，还有重 要的一点是显存的容量一定要看清楚。 1显卡档次的定位 w 不同的用户对显卡的需求不一样，需要根 据自己的经济实力和使用情况来选择合适 的显卡，下面将根据对显卡不同需求的用 户推荐购买的显卡类型。 n办公应用类：这类用户不需要显卡具有强劲 的图像处理能力，只需要显卡能处理简单的 文本和图像即可。 1显卡档次的定位 n普通用户类：这类用户平时娱乐多为上网、看电影、 玩一些小游戏，对显卡有一定的要求，并且也不愿在 显卡上面多投入资金，显卡价格在300500元，投入 不多，但是完全可以满足需求。 n游戏玩家

30、类：这类用户对显卡的要求较高，需要显卡 具有较强的3D处理能力和游戏性能，这类用户一般 都会考虑市场上性能强劲的显卡. 1显卡档次的定位 n图形设计类：图形设计类的用户对显卡的要 求非常高，特别是3D动画制作人员。这类 用户一般选择市场上顶级的显卡. 2显卡的做工 w 市面上各种品牌的显卡多如牛毛，质量也 良莠不齐。名牌显卡做工精良，用料扎实， 看上去大气；而劣质显卡做工粗糙，用料 伪劣，在实际使用中也容易出现各种各样 的问题。 w 因此在选购显卡时需要看清显卡所使用的 PCB板层数（最好在4层以上）以及显卡 所采用的元件等。 3显存的选择 w 显存是最容易被忽视的地方，很多用户购买显 卡时只注意显卡的价格和使用的显卡芯片，却 没有注意对显卡性能起决定影响的显存。有的 厂家使用256MB的显存来吸引顾客，但是显存 的位宽只有64bit，这样的显卡性能非常低，性 能只有128bit 128MB显存的60左右，购买这种 显存的显卡是非常不划算的。 w 显存的位宽可以通过观察显存的封装方式来计 算，一般来说，BGA封装和QFP封装的显存颗 粒是32bit/颗的，而TSOP封装的显存颗粒是 16bit/颗的。 w 最后，说几