《第6章 显卡和显示器课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章 显卡和显示器课件.pptx（148页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章 显卡和显示器1第6章 显卡和显示器21认识显卡2主流显卡3核芯显卡4显卡的选购5认识显示器6显示器的选购7显卡和显示器常见故障及处理第6章 显卡和显示器认识显卡显卡（Video card，Graphics card）全称显示接口卡，又称显示适配器，是计算机最基本配置、最重要的配件之一。显卡作为计算机主机里的一个重要组成部分，是计算机进行数模信号转换的设备，承担输出显示图形的任务。显卡接在计算机主板上，它将计算机的数字信号转换成模拟信号让显示器显示出来，同时显卡还是有图像处理能力，可协助CPU工作，提高整体的运行速度。学习目标 通过对本章内容的学习，学生应该能够掌握显卡的分类、结构、工作
2、原理、性能指标，熟悉主流的显卡以及核芯显卡，能够根据注意事项选购显卡。熟悉液晶显示器的分类和液晶面板的类型，掌握液晶显示器的主要参数。能够根据注意事项选购显示器，同时对显卡和显示器常见故障进行处理。31第6章 显卡和显示器认识显卡 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显示器，并向显示器提供逐行或隔行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人计算机主板的重要组件，是“人机”的重要设备之一，其内置的并行计算能力现阶段也用于深度学习等运算。对于喜欢玩游戏和从事专业图形设计的人来说，显卡非常重要。41第6章 显卡和显示器显卡的分类显卡有很多分类方法。1.按显卡的接口标准分类 根
3、据显卡的接口标准分类，PC的显卡一共经历了5代：MDA、CGA、EGA、VGA和SVGA，其中前4代都已被淘汰。由于VGA与显示器接口为模拟方式，扩展余地很大，因此VESA协会提出了VGA的扩展接口标准SVGA，目前所有显卡都满足SVGA接口标准。51.1第6章 显卡和显示器6显卡的分类2.按显卡与PC的总线接口分类 总线接口类型是指显卡与主板连接所采用的总线接口种类。不同的接口能为显卡带来不同的性能，而且也决定着主板是否能够使用此显卡。显卡发展至今主要经历了ISA、EISA、VESA、PCI、AGP、PCI-E等几种接口。目前新出的显卡几乎都是PCI-E16接口。61.1第6章 显卡和显示器
4、显卡的分类3.按显卡的图形功能分类 按显卡的图形功能分类，可以分为3类：第1类是纯二维（2D），第2类是纯三维（3D），第3类是二维+三维（2D+3D）显卡。影响此3类显卡的硬件因素主要是显示芯片和显示存储器，目前新出的显卡都是2D+3D的。 2D图形加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，并且都是专门用来执行图形加速任务的，因此大大减少了CPU必须处理的图形函数。由于它们只能处理二维图形，因此又叫2D显示卡或2D图形加速卡。 3D显示卡具备一些3D处理能力，它大大解放了CPU，为提高图形质量提供了条件。新一代3D加速芯片采用了新技术，它强大的浮点运算能力承担起了以前由CPU完成的几何转换和光源
5、计算。71.1第6章 显卡和显示器8显卡的分类4.按显卡的显示芯片分类 显示芯片是显卡的核心芯片，负责系统内视频数据的处理，是显卡的核心部件，它决定了显卡的级别和性能。不同的显示芯片，无论从内部结构设计，还是性能表现上都有着较大的差异。目前显示芯片厂商只有NVIDIA和AMD两家。81.1第6章 显卡和显示器显卡的分类5.集成显卡集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上，与其融为一体的元件。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理性能相对较弱，不能对显卡进行硬件升级，但可以通过C
6、MOS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，所以很多喜欢自己动手组装计算机的人不用花费额外的资金来购买独立显卡，便能得到自己满意的性能。集成显卡的缺点是性能相对略低，且固化在主板或CPU上，本身无法更换，如果必须换，就只能换主板。集成显卡如今已被淘汰，已被核芯显卡所取代。91.1第6章 显卡和显示器显卡的分类6.核芯显卡 核芯显卡是Intel产品新一代图形处理核心，和以往的显卡设计不同，Intel凭借其在处理器制程上的先进工艺以及新的架构设计，将图形核心与处理核心整合在同一块基板上，构成一
7、个完整的处理器。智能处理器架构这种设计上的整合大大缩减了处理核心、图形核心、内存及内存控制器间的数据周转时间，有效提升处理效能并大幅降低芯片组整体功耗，有助于缩小核心组件的尺寸，为笔记本、一体机等产品的设计提供了更大选择空间。 需要注意的是，核芯显卡和传统意义上的集成显卡并不相同。相对于前两者，核芯显卡则将图形核心整合在处理器当中，进一步加强了图形处理的效率，并把集成显卡中的“处理器+南桥+北桥（图形核心+内存控制+显示输出）”三芯片解决方案精简为“处理器（处理核心+图形核心十内存控制）十主板芯片（显示输出）”的双芯片模式，有效降低了核心组件的整体功耗，更利于延长笔记本的续航时间。101.1第
8、6章 显卡和显示器11显卡的分类低功耗是核芯显卡的最主要优势，由于新的精简架构及整合设计，核芯显卡对整体能耗的控制更加优异，高效的处理性能大幅缩短了运算时间，进一步缩减了系统平台的能耗。高性能也是它的主要优势：核芯显卡拥有诸多优势技术，可以带来充足的图形处理能力，相较前一代产品其性能的进步十分明显。 111.1第6章 显卡和显示器显卡的分类7.独立显卡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，如图6-1所示。它需占用主板的扩展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E）。独立显卡的优点是单独安装有显存，一般不占用系统内存，在技术上也较集成显卡先进
9、得多，拥有强大的图像处理能力，性能也优于集成显卡，容易进行显卡的硬件升级。独立显卡的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，同时（特别是对笔记本电脑）占用更多空间。由于显卡性能的不同对于显卡要求也不一样，独立显卡实际分为两类，一类专门为游戏设计的娱乐显卡，一类则是用于绘图和3D渲染的专业显卡。121.1第6章 显卡和显示器显卡的分类131.1图6-1 独立显卡8.按显卡的应用领域分类 显卡的应用领域可分为两大类：一类是普通家庭用户，游戏发烧友和商业用户，另一类是专业图形工作者，需要较高的图形性能。因此，显卡也就分为普通显卡和专业显卡。第6章 显卡和显示器显卡的结构显卡结
10、构如图6-2所示（已经去掉散热器），显卡是由显示芯片、显示内存、PCB、显卡的接口、散热器、供电单元、BIOS、RAMDAC及卡上的电容、电阻等组成。由于显卡运算速度快、发热量大，所以主芯片上一般会有一个用导热性能较好的硅胶粘上的散热风扇（有的是散热片）。141.2图6-2 显卡的结构第6章 显卡和显示器显卡的结构1.显示芯片显示芯片是显卡的主要处理单元，因此又称为图形处理器GPU（Graphic Processing Unit）。显示芯片是显卡的核心芯片，它的性能好坏直接决定了显卡性能的好坏，它的主要任务就是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲染等工作。最后通过显卡的输出接口显示在显示器
11、上。显示主芯片的性能直接决定了显卡性能的高低。不同的显示芯片，不论从内部结构还是其性能，都存在着差异，而其价格差别也很大。目前显示芯片只有两个品牌：NVIDIA和AMD。显示芯片上有商标、生产日期、编号和厂商名称等，每个厂商都有不同档次的芯片，不能只看商标决定芯片档次，而要结合型号来判别。显示芯片如图6-3所示。151.2图6-3 显示芯片第6章 显卡和显示器显卡的结构2.显示内存显示内存简称显存，其主要功能就是暂时储存显示芯片处理过或即将提取的渲染数据，类似于主板的内存，是衡量显卡的主要性能指标之一。显存与系统内存一样，其容量也是越多越好，图形核心的性能越强，需要的显存也就越大，因为显存越大
12、，可以存储的图像数据就越多，支持的分辨率与颜色数也就越高，游戏运行起来就更加流畅。而显存频率则反映显卡的工作速率，显存容量越大、频率越高，显卡性能就越强。显存芯片常用类型有：GDDR6、GDDR5X、GDDR5、GDDR3。显存生产厂家有三星、海士力、尔必达、镁光、奇梦达等。显存外观如图6-4所示。161.2图6-4 显存第6章 显卡和显示器显卡的结构3.显卡BIOS 显卡BIOS固化在显卡上的一个专用存储器里，储存了显示芯片与驱动程序之间的控制程序以及显示卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息，是显卡的“基本输入输出系统”。其作用和主板BIOS相同，计算机正常启动后首先出现在显示器上的就是
13、显卡BIOS的信息提示，开机后显卡BIOS中的数据被映射到内存里并控制整个显卡的工作。只有显卡正常工作，显示器才可能显示其他内容。显卡BIOS是单独一块芯片，但有时显卡上看不到，那是集成到显示芯片中，集成显卡的BIOS集成到主板的BIOS芯片中。目前显卡BIOS芯片为8个引脚的一个小集成块，如图6-5所示。171.2图6-5 显卡BIOS芯片第6章 显卡和显示器显卡的结构4.供电单元显卡的频率越高，供电要求也越高，因此常采用显示核心芯片与显存独立供电的设计。有些高端或运行频率较高的显卡，核心更是采用了两相或多相供电的设计，每相供电分别由电容、MOS管、电感组成。由于PCI-E16接口目前所能提
14、供的最大功率为71W左右，因此不少高端显卡还需要外接4针或6针电源插座，从机箱电源直接供电。5.PCB显卡的PCB板，就是显卡的电路板，又叫PCB线路板，承载显卡各元件的组装在一起的载体，和计算机主板的功效相近。显卡的PCB板上有各种排线和元件，是显卡的重要组成部分。显卡所采用的PCB厚度主要有6层、8层几种，显卡的PCB厚度对显卡内部走线、电子芯片的焊接、显卡的牢固程度有着重要影响。PCB板的好坏一般用层来计数的，一般来说，层数越多，就越好。另外需要注意的是，显卡品质的好坏同PCB的颜色无关， PCB的颜色只不过是染料剂作用的结果。181.2第6章 显卡和显示器显卡的结构6.显卡的散热装置由
15、于显卡核心工作频率与显存工作频率的不断攀升，显卡芯片的发热量也在迅速提升。显示芯片的晶体管数量已经达到，甚至超过了CPU内的数量，如此高的集成度必然带来了发热量的增加，为了解决这些问题，显卡都会采用必要的散热方式。显卡上都会带有散热器，散热装置的散热性能直接影响系统运行的稳定性。常见的显卡散热器有散热片、风扇、热管、涡轮式风冷、风扇+热管等散热方式。191.2第6章 显卡和显示器显卡的结构7.RAMDAC RAMDAC（Random Access Memory Digital/Analog Convertor，随机存取内存数字/模拟转换器）的作用是将显存中的数字信号转换为显示器能够显示出来的模
16、拟信号。计算机中处理数据都是将所有的事物处理成0和1两个数，然后不断的进行累加而计算，图形加速卡也是靠这些0和1对每一个象素进行颜色、深度、亮度等各种处理。显卡生成的信号都是以数字来表示的，但是所有的CRT显示器都是以模拟方式进行工作的，数字信号无法被识别，这就必须有相应的设备将数字信号转换为模拟信号。而RAMDAC就是显卡中将数字信号转换为模拟信号的设备。为了降低成本，多数低档显卡都将RAMDAC集成到了显示芯片内，所以在这些显卡上找不到单独的RAMDAC芯片。201.2第6章 显卡和显示器显卡的结构8.显卡接口显卡上的接口主要有供电接口、桥接接口、总线接口、输出接口等。（1）供电接口供电接
17、口为显卡提供电力支持，常见的有6PIN、8PIN、8+6PIN，一般高端的显卡提供的供电接口多。（2）桥接接口显卡的桥接接口用于显卡交火，即让两块或多块显卡协同工作，大幅提高显卡的图形处理性能。（3）总线接口显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽。不同的接口决定着主板是否能够使用此显卡，只有在主板上有相应接口的情况下，显卡才能使用，并且不同的接口能为显卡带来不同的性能。显卡发展至今主要出现过ISA、PCI、AGP、PCI Express等几种接口，所能提供的数据带宽依次增加。其中PCI Express接口已经成为主流，而ISA、PCI、AGP接口的显卡已经被淘汰。211.2第6章 显
18、卡和显示器显卡的结构PCI Express（以下简称PCI-E）采用串行数据包方式传递数据，比起PCI及更早期的计算机总线的共享并行架构，PCI-E每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。另外，在兼容性方面，PCI-E在软件层面上兼容PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化，也就是说过去的驱动程序、操作系统无须推倒重来，就可以支持PCI-E设备。PCI-E的接口根据总线位宽的不同而有所差异，包括1、2、4、8、12、16和32规格。PCI-E的多种通道规格，具有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数
19、据传输带宽的需求。此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口还支持热插拔。PCI-E16能够提供5GBps的带宽。221.2第6章 显卡和显示器显卡的结构（4）输出接口显卡处理好的图像要在显示设备上面显示，就离不开显卡的输出接口，显卡的输出接口就是计算机与显示器之间的桥梁，它负责向显示器输出相应的图像信号。目前最常见的显卡输出接口主要有VGA接口、DVI接口、HDMI接口、DisplayPort接口这几种。显卡的视频输出能力与提供的输出接口类型、数量有关。视频图形阵列（Video Graphics Array，VGA）接口CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接
20、受模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的输出接口，VGA接口也叫D-Sub接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针，分成三排，每排五个。并且VGA接口扩展性比较强，有些不带VGA接口而带有DVI接口的显卡，也可以通过一个简单的转接头将DVI接口转换成VGA接口。VGA插座的外观如图6-6所示。231.2第6章 显卡和显示器显卡的结构241.2图6-6 DisplayPort、HDMI、D-Sub、DVI插座第6章 显卡和显示器显卡的结构数字视频接口（Digital Video Interface，DVI）DVI有3行8列共24个引脚，用于连接LCD等
21、数字显示器。通过DVI，视频信号无须转换，信号无衰减或失真，显示效果比VGA好，因此DVI将会取代VGA接口。这是因为显卡处理的都是数字信息，在把帧缓存数据传给显示器之前必须先把数字信号转换为模拟信号再传送出去，而在这个过程中就产生了信号的失真。模拟信号产生以后，要经由VGA电缆线（又一个信号失真源）传给显示器。如果显示器是数字设备（比如LCD等）而不是传统的CRT显示器，那么失真会更加严重，因为模拟信号还要再一次被转换为数字信号，因此引入了DVI。DVI是目前主流的输出接口。DVI在支持数字平板显示器的同时也向下兼容CRT显示器。DVI通常有两种：仅支持数字信号的DVI-D和同时支持数字信号
22、与模拟信号的DVI-I。DVI插座的外观如图6-7所示。251.2第6章 显卡和显示器显卡的结构261.2图6-7 DVI-D和DVI-I第6章 显卡和显示器显卡的结构高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）HDMI接口是一种数字化视频/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。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。与DVI相比HDMI接口的体积更小，
23、DVI的线缆长度不能超过8米，否则将影响画面质量，而HDMI最远可传输15米。只要一条HDMI缆线，就可以取代最多13条模拟传输线，能有效解决家庭娱乐系统背后连线杂乱纠结的问题。HDMI接口插座如图6-6所示。271.2第6章 显卡和显示器显卡的结构DisplayPort接口DisplayPort端口是视频电子标准协会公布的显示接口标准。DisplayPort输出端口如图6-6所示。作为DVI的继任者，DisplayPort将在传输视频信号的同时支持传输高清音频信号，同时支持更高的分辨率和刷新率。DisplayPort接口将会是未来显示设备的主要接口标准，将完全取代现今的DVI与VGA，甚至H
24、DMI。相对于目前最先进的HDMI来说，DisplayPort有着更多的优势和更大的传输带宽，并且在可扩展性和外围设备兼容方面要远远强于HDMI接口。成本方面，DisplayPort不仅可以直接驱动面板，节省大量的电路费用和空间，并且该标准完全开放，不需要支付如HDMI接口所涉及的版权费用。目前DisplayPort接口发展到1.4版本，DP1.4兼容USB Type-C接口，这就意味着，用户可以使用DP1.4协议，在USB 3.1传输数据的同时，同步传输高清视频。281.2第6章 显卡和显示器显卡的工作原理显卡是负责计算机图像最终输出的重要部件。它从CPU接收显示数据和控制命令，然后将处理过
25、的图像信号发给显示器。显卡本身是一个智能的嵌入式系统，其核心是图形处理芯片（GPU），负责完成大量的图像运算和内部控制工作，显示所需的相关数据存放在显存中。显卡处理图像数据的过程如下。1.CPU到显卡CPU将有关图像的指令和数据通过总线传输给显卡。由于图像数据量大，因而对显卡的接口数据传输率要求高，最新的PCI-E 3.016接口速率达到惊人的32GB/s。 291.3第6章 显卡和显示器显卡的工作原理2.显卡内部图像处理GPU按照CPU的要求，完成图像处理过程，并将最终图像数据保存在显存中。 GPU的性能越强，需要的显存容量也就越大。3.图像输出对于具有数字输出接口的显卡，则直接将数据传递给
26、数字显示器。对于VGA接口的显卡，显卡芯片中的数模转换器（RAMDAC）从显存中读取图像数据，转换成模拟信号传送给显示器。RAMDAC的转换速度越快，频带越宽，高分辨率时图像显示就会越快，图像质量越好越稳定。301.3第6章 显卡和显示器显卡的性能指标1.开发代号 所谓开发代号就是显示芯片制造商为了便于显示芯片在设计、生产、销售方面的管理和驱动架构的统一而对一个系列的显示芯片给出的相应的基本的代号。开发代号作用是降低显示芯片制造商的成本、丰富产品线以及实现驱动程序的统一。 一般来说，显示芯片制造商可以利用一个基本开发代号再通过控制渲染管线数量、顶点着色单元数量、显存类型、显存位宽、核心和显存频
27、率、所支持的技术特性等方面来衍生出一系列的显示芯片来满足不同的性能、价格、市场等不同的定位，还可以把制造过程中具有部分瑕疵的高端显示芯片产品通过屏蔽管线等方法处理成为完全合格的相应低端的显示芯片产品出售，从而大幅度降低设计和制造的难度和成本，丰富自己的产品线。同一种开发代号的显示芯片可以使用相同的驱动程序，这为显示芯片制造商编写驱动程序以及消费者使用显卡都提供了方便。311.4第6章 显卡和显示器32显卡的性能指标同一种开发代号的显示芯片的渲染架构以及所支持的技术特性基本相同，而且所采用的制程也相同，所以开发代号是判断显卡性能和档次的重要参数。同一类型号的不同版本可以是一个代号。321.4第6
28、章 显卡和显示器显卡的性能指标2.制作工艺制造工艺指得是在生产GPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产的精度以微米来表示，精度越高，生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高芯片的集成度，性能更加强大，芯片的功耗也越小。提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实现更高的性能、支持更多的特效。更先进的制造工艺会使显示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得
29、利。更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍。当前主流的制造工艺是12nm，采用更低制造工艺的显示芯片也不是一定代表有更高的性能，因为显示芯片设计思路也各不同相同，并不能单纯以制造工艺来衡量其性能。331.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标3.核心频率显卡的核心频率是指显示核心的工作频率，其工作频率在一定程度上可以反映出显示核心的性能，但显卡的性能是由核心频率、流处理器单元、显存频率、显存位宽等等多方面的情况所决定的，因此在显示核心不同的情况下，核心频率高并不代表此显卡性能强劲。但在同样级别的芯片中，核心频率高的则性能要强一些，提高核心频率也是
30、显卡超频的方法之一。341.4第6章 显卡和显示器35显卡的性能指标4.显存类型显存芯片与内存芯片在SDRAM、DDR SDRAM时期是一样的，后来由于GPU需要比CPU更高的带宽、位宽、频率等特殊的需要，显存芯片与内存芯片开始分别发展。内存厂商推出了专门为图形系统设计的高速DDR显存，称为GDDR（Graphics Double Data Rate DRAM），又分为GDDR1、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDRR5、GDRR5X、GDRR6。显存主要由传统的内存制造商提供，目前主要的显存生产厂商有美国的镁光、德国的英飞凌、韩国的三星和现代等。常见的显存颗粒如图6-8所示。351.4
31、第6章 显卡和显示器显卡的性能指标361.4图6-8 常见的显存颗粒第6章 显卡和显示器显卡的性能指标5.显存容量显存容量是显卡上显存的容量数，这是选择显卡的关键参数之一。显存容量决定着显存临时存储数据的多少，显卡显存容量有128MB、256MB、512MB、1024MB、2GB、4GB等，主流的是4GB、8GB的产品。有些高端显卡显存已达到24GB。显存容量越大并不一定意味着显卡的性能就越高，因为决定显卡性能的三要素首先是其所采用的显示芯片，其次是显存带宽（这取决于显存位宽和显存频率），最后才是显存容量。一款显卡究竟应该配备多大的显存容量才合适是由其所采用的显示芯片所决定的，也就是说显存容量
32、应该与显示核心的性能相匹配才合理，显示芯片性能越高由于其处理能力越高所配备的显存容量相应也应该越大，而低性能的显示芯片配备大容量显存对其性能是没有任何帮助的。371.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标6.显存位宽显存位宽是显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大，这是显存的重要参数之一。常见的显存位宽有64位、128位、256位和512位几种，人们习惯上叫的64位显卡、128位显卡和256位显卡就是指其相应的显存位宽。显存位宽越高，性能越好价格也就越高，因此512位宽的显存更多应用于高端显卡，而主流显卡基本都采用128和256位显存。显卡的显存是由一块块的显
33、存芯片构成的，显存总位宽同样也是由显存颗粒的位宽组成。即显存位宽=显存颗粒位宽显存颗粒数。显存颗粒上都带有相关厂家的内存编号，可以去网上查找其编号，就能了解其位宽，再乘以显存颗粒数，就能得到显卡的位宽。381.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标7.显存带宽显存带宽是指显示芯片与显存之间的数据传输速率，带宽越大，数据传输越快，显卡在进行高分辨率、高画质渲染时表现越好。带宽并不是显存的固定指标，而是通过计算得来的，其计算方式如下：显存位宽=（显存位宽显存工作频率）/8391.4第6章 显卡和显示器40显卡的性能指标8.显存频率显存频率是指默认情况下该显存在显卡上工作时的频率，以MHz为单位。显存
34、频率在一定程度上反应着该显存的速度。显存频率随着显存的类型、性能的不同而不同，SDRAM显存一般都工作在较低的频率上，一般就是133MHz和166MHz，此种频率早已无法满足显卡的需求。GDDR5显存是目前中高端显卡采用最为广泛的显存类型。不同显存能提供的显存频率也差异很大，中高端显卡显存频率主要有1800MHz、3800MHz、4000MHz、5000MHz、8000MHz等，甚至更高。显存频率与显存时钟周期是相关的，二者成倒数关系，计算公式：显存频率（MHz）=1000/（显存速度n）n因显存类型不同而不同，如果是GDDR3显存，则n=2，如果是GDDR5显存，则n=4。401.4第6章
35、显卡和显示器显卡的性能指标9.刷新频率刷新频率是指图像在屏幕上更新的速度，即屏幕上每秒钟显示全画面的次数，以Hz为单位。刷新频率可以分为56120Hz等许多档，过低的刷新频率会使用户感到屏幕闪烁，容易导致眼睛疲劳，刷新频率在75Hz以上时，闪烁感一般人不易察觉。刷新频率越高，屏幕闪烁就越小，图像就越稳定，图像显示就越自然清晰，长时间使用也不容易感觉眼睛疲劳，对眼睛的影响也越小，显然刷新率越高越好。并非所有的显卡都能够在最大分辨率下达到75Hz以上的刷新频率（取决于显卡上RAMDAC的速度），而且显示器也可能因为带宽不够而不能达到要求。411.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标10.显示分辨率
36、显示分辨率也称为像素分辨率，简称为分辨率，它是指可以使显示器显示的像素个数，通常用每行像素数列乘每列像素数列，显示分辨率越高，屏幕上显示的图像像素越多，则图像显示也就越清晰。显示分辨率和显示器、显卡有密切的关系。显示分辨率通常以“横向点数纵向点数”表示，如12801024，就是说这幅图像由1280个水平像素点和1024个垂直像素点组成。现在流行的显卡最大分辨率能达到51203200。显示分辨率越大，所需要的显存容量就越大。最大分辨率指显卡或显示器能显示的最高分辨率，在最高分辨率下，显示器的一个发光点对应一个像素。如果设置的显示分辨率低于显示器的最高分辨率，则一个像素可能由多个发光点组成。421
37、.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标11.色彩位数（色深）色彩位数也叫颜色数，图形中每一个像素的颜色是用一组二进制来描述的，这组描述颜色信息的二进制位数就称为色彩位数。一般以多少色或多少位来表示，如标准VGA显卡在640480分辨率下的颜色数为16bit色或4位色。通常色深可以设定为16位、24位，增强色（16位）能显示216种颜色，也称64K色，真彩色（24位）可以显示出224中颜色，也称16M色。现在流行的显卡色深大多数达到了32位。色深的位数越高，所能显示的颜色数就越多，相应的屏幕上所显示图形的色彩越丰富，图像质量就越好。由于色深增加导致了显卡所要处理的数据量剧增，会引起显示速度或屏幕
38、刷新频率的降低。431.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标12.流处理器（渲染器，着色器）单元DX10之前的显卡有两个最重要的运算单元顶点单元和像素单元，三维图形都是由一个一个三角形组成的，顶点渲染就是计算顶点位置，并为后期像素渲染做准备，像素渲染就是以像素为单位，计算光照、颜色的一系列算法。DX10中微软引入了统一渲染（Unified Shader）概念，流处理器就是这个统一的渲染单元，负责了3D渲染中的顶点和像素渲染。流处理器也叫做流处理器单元，简称SP单元，流处理器数量的多少会直接影响着显卡的性能。441.4第6章 显卡和显示器显卡的性能指标业界之所以放弃之前的顶点+像素单元而使用流处
39、理器架构，是因为传统顶点和像素分离渲染架构存在着资源分配不均匀的问题，两种单元的渲染任务量不同，效率低下，而流处理器是统一架构的，不再区分顶点或者像素渲染，进行不同渲染任务都能保证效率，动态地分配顶点运算和像素运算的流处理器数量，达到资源的充分利用，因此流处理器是一种非常高效的3D渲染架构。流处理器数量的多少直接决定着显卡的性能等级，但这是在统一架构设计下才成立的，不同厂商的流处理器架构设计或许有所不同，它们的流处理器不能直接对比。NVIDIA和AMD都在不断地增加显卡的流处理器数量，使显卡的性能达到跳跃式增长。例如：GTX1080Ti有3584个流处理器单元，Radeon RX5700有23
40、04个流处理器单元。451.4第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡英伟达（NVIDIA）公司创立于1993年，是全球第一家能够提供适用于工作和娱乐应用并且同时支持众多操作系统的全套影院级着色三维图形解决方案的半导体公司。其GeForce系列图形芯片（GPU）能够为娱乐和游戏应用提供最出色的三维、二维和高清晰度电视性能，并可满足企业用户所要求的高速性能、鲜锐视觉效果以及水晶般清晰度。GeForce已成为全球领先PC厂商及显卡生产商的首选品牌。NVIDIA游戏显卡系列叫做“GeForce”，中文译名是“精视”，“GeForce”其实是“Geometry-Force”的缩写，直译过来就是“几何强”，
41、有些显卡带有一个Ti尾缀，定位为旗舰级别。462.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡1.核心的命名NVIDIA的GPU核心的命名，采用以下方式方法（以GP104核心为例）G ：首字母G代表GPU产品，即Graphics Technology。P ：次字母是代号，从2008年的Tesla开始，NVIDIA一直延续物理学家的代号。如Kepler（开普勒）是GK，Maxwell（麦克斯韦）是GM，最新的一代是Turing（图灵）Tu。 2：接下来首个数字代表架构的代数。 0：第二个数字意义比较多，比如代表refresh，一般忽略。 4：最后一个数字很重要，它体现的是性能，数字越小，性能就越强悍。
42、例如GP102就是Pascal的旗舰型号，GP108则是入门型号。GeForce系列显卡从8000系、9000系、100900系、10系、20系，目前最新的就是20系列。472.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡2.Pascal架构产品2016年NVIDIA终于正式发布了旗下最新一代的旗舰级显卡GTX 1080，而这也是表示着NVIDIA帕斯卡架构（Pascal）正式亮相，在经历了四年基于28nm 制造工艺的核心架构以后，NVIDIA终于将工艺进化到了16nm，在同样的面积上可以集成更多数量的晶体管，这无疑可以给显卡效能表现带来明显的提升。Pascal架构有多个不同版本的核心代号，包括GP
43、100、GP104、GP106、GP107等（定位从高到低依次排列）。GP100是功能最齐全的版本，其他都是缩进版本。GPC（Graphics Processing Cluster，图形处理集群）属于GPU的次级单位，是具备高度独立性的GPU单元，拥有自己的渲染前端和后端。一个GPU包含有几组GPC，GPU的架构和代号不同，GPC相应的数量也不同。GP100有6个GPC，GP104有4个GPC，GP106有2个GPC，GP107有1个GPC，如图6-9所示。482.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡492.1图6-9 GPU的GPC示意图每个GPC内包含几组SM（Streaming Mul
44、tiprocessor，流式多处理器）单元，虽然都是Pascal架构，不同核心代号的GPC中的SM组数是不同的，例如GP100每个GPC内包含10组SM，而GP104每个GPC内包含5组SM。每组SM单元中有若干个CUDA核心，不同核心代号的SM单元中包含的CUDA核心数量也不相同。第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡（1）GP100核心代号GP100核心是帕斯卡家族的旗舰核心，定位服务器的旗舰专业图形显卡会使用它，集成了153亿个晶体管，比麦克斯韦GM200多了超过90%，核心面积达610平方毫米，只比28nm工艺的GM200大了区区9平方毫米。完整的GP100核心拥有60个SM单元，每个S
45、M单元内有64个FP32单精度CUDA核心，总计3840个，GP100核心的每个SM单元内还有32个FP64双精度CUDA核心，总计1920个。2016年4月，NVIDIA正式发布了采用Pascal架构的GP100顶级核心的显卡产品Tesla P100计算卡，也是迄今唯一基于GP100大核心的产品，如图6-10所示，Tesla P100的GPU采用的是“阉割版”的GP100，内建3584个流处理器核心，224个文理单元，16GB HBM2显存，最大带宽720GB/s，Tesla P100的TDP高达300W。502.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡512.1图6-10 Tesla P10
46、0显卡GP100的并行运算特性很适合深度学习，可用于无人驾驶车辆的人工智能、预测气候变化、全新药物的研制等。NVIDIA在Tesla P100之外还推出了基于P100核心的DGX-1深度学习超级计算机。第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡（2）GP104核心代号GTX1080采用的GP104核心则定位游戏图形，它内建4组GPC和8个显存控制器，每个GPC包含5个SM，1个SM中集成了128个CUDA单元、8个纹理单元、256KB的二级缓存、96KB的共享储存空间以及48KB的一级缓存。SM流式多处理器能够高度协调其中的CUDA核心以及其他功能元件的工作，这20个SM会参与到几乎所有GPU执行的
47、所有命令中。GeForce GTX 1080的GP104核心共有2560个CUDA单元、256bit显存位宽、160个纹理单元。采用GP104核心的显卡型号为NVIDIA GeForce GTX 1080，如图6-11所示。522.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡532.1图6-11 NVIDIA GeForce GTX 1080显卡NVIDIA将GPU开发工作的重点放在了设计Pascal核心架构的每一个细节中。Pascal之所有能够成为有史以来能效最高的GPU，原因不仅仅是16nm FinFET带来的制造工艺精进，更得益于持续提高的核心效率。经过NVIDIA工程团队在这一领域的不断钻研
48、，GeForce GTX 1080的核心运行频率要比GTX 980高出40%之多。第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡与前代显卡相比，帕斯卡架构的显存由GDDR5升级为GDDR5X、甚至HBM2，这将带来显存带宽的巨大提升。HBM 2显存现在已经被JEDEC吸纳为标准。相比第一代HBM显存，HBM 2显存I/O位宽不变，但核心容量从2Gb提升到了8Gb，频率从1Gbps提升到了2Gbps，带宽从512GB/s提升到了1024GB/s，支持HBM显存对NVIDIA来说还有个好处，那就是ECC校验。HBM 2显存原生支持ECC校验，不需要额外的内存占用，这不仅提高了显存利用率，带宽也不会受影响。不
49、过受限于HBM 2显存的成本太高，不太可能立刻大规模使用在所有高端显卡上，所以GTX1080使用的GP104核心使用的是GDDR5X显存，它可以简单理解为在GDDR5技术基础上的一个拓展，其选择采用双管齐下的方式来提升显存带宽，同时，GDDR5X还简单粗暴的将数据预取位宽从8Bit提升到了16Bit。542.1第6章 显卡和显示器NVIDIA显卡3.GeForce 10系列显卡产品GeForce 10系列显卡产品的参数见表6-1所示。552.1显卡型号显卡型号核心代号核心代号制造工艺制造工艺/nm流处理器流处理器/ 个个核心频率核心频率/MHz显存位宽显存位宽/bit显存容量显存容量显存频率显
50、存频率/MHzTitan VGV100-40012nm FinFET51201200307212GB HBM21700Titan XpGP102-45016nm FinFET3840140538412GB GDDR5X11408Titan XGP102-40016nm FinFET3584147138412GB GDDR5X10008GTX 1080 TiGP102-35016nm FinFET3584148035211GB GDDR5X11008GTX 1080GP104-40016nm FinFET256016072568GB GDDR5X10008/11008GTX 1070 TiGP1