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1、第第5章章 显示卡显示卡掌握显示卡的分类、显示卡的基本结构、工作原理和性能指标;了解主流显示芯片、显示卡中的新技术，熟练掌握显示卡的安装和拆卸、显示卡驱动程序的安装。本章内容和要求5.1 显示卡的分类、结构、工作原理和主要参数 又称为：视频卡、视频适配器、图形卡、图形适配器和显示适配器等等。它是主机与显示器之间连接的“桥梁”，作用是控制电脑的图形输出，负责将CPU送来的的影象数据处理成显示器认识的格式，再送到显示器形成图象。5.1.1 显示卡的分类1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。因此，显卡也就分为普通显卡和专
2、业显卡。2 按显卡的接口标准分类按显示卡的标准分类：根据显示卡的标准，PC机的显卡一共经历了4代：MDA、CGA、EGA、VGASVGA。目前几乎所有AGP、PCI-E显示卡都 满足SVGA接口标准。3 按显示卡与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、PCIExpress等几种接口。现在常见的是PCI接口(图51)、AGP接口(图5-2)和PCIExpress X16接口(图53)。PCI-E X16显示卡4 按显示卡的2D3D
3、加速功能分类 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计算，因此显示芯片被称为GPU（Graphics Processing Unit)。5 按显示芯片分 就像主板控制芯片组代表主板的档次和性能一样，显示芯片决定了显示卡的性能和档次。目前，主 流芯片主要有：nVlDIA、ATi、X
4、GI、SiS、S3(VIA)等。其中，nVlDIA和ATi最具实力。6按是否是整合芯片分 主板带有显示卡功能，也称集成显卡。主板上未带显卡功能，需要另配的显卡也称为独立显卡。5.1.2 显示卡的结构图5-4是一块PCI Express X16显示卡的结 构图(已经去掉散热器)。1 显示芯片显示芯片又称显示芯片又称 GPU(Graphic Processing Unit，图形处理单元或图形处理器)，是显卡的核心是显卡的核心芯片。显示芯片的性能直接决定了显卡性能的芯片。显示芯片的性能直接决定了显卡性能的高低和档次。高低和档次。部分显示芯片外观如图55所示。2 RAMDACRAMDAC（RAM Di
5、gital to Analog Converter，随机存储器数模转换器）的作用是将显示卡上的缓冲存储器（简称显存）中的数字信号转换为能够用于显示的模拟信号。1024768分辨率下85Hz刷新，要求RAMDAC的速率至少是90MHz。目前主流显卡的RAMDAC都能达到350MHz和400MHz，高端显卡达650MHz。普通显卡都将RAMDAC做在显示芯片内，在这些显示卡上没有单独的RAMDAC芯片。3 显示内存(显存）显示内存（显示内存（Video RAM）或称显示卡缓或称显示卡缓冲存储器。冲存储器。它的容量大小直接关系到显它的容量大小直接关系到显示的分辨率和色彩。示的分辨率和色彩。现代DDR
6、 有2.5ns、4.0ns的显存颗粒，三星有3.6ns、4.0 ns的显存颗粒。4 显卡BIOS显卡BIOS又称VGABIOS，主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，还存放显卡型号、规格、生产厂家、出厂时间等信息。前几年生产的显卡其BIOS芯片大小与主板BIOS一样(图5-6)，现在显卡的BIOS很小，与内存条上的SPD相同，多数显卡BIOS可以通过专用的程序改写升级，如图5-7所示。5 总线接口（与主板连接）目前显卡总线接口主要是PCI、AGP、PCI Express X16 6 输出接口(与显示器连接）(1)VGA(VideoGraphicsArray，视频图形阵列)接口 VGA插
7、座的外观，如图5-8所示。(2)DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)接口 DVI接口通常有两种：仅支持数字信号的DVID和同时支持数字与模拟信号的DVI-I.DVI插座的外观，如图5-8所示。(3)S-Video(Separate Video，S端子)端子 显示卡通过S-Video端子(简称S端子)向电视机(或监视器)输出显示信号。S端子的5个插孔呈半圆分布，与电视机上的S端子完全相同，其外观，如图5-8所示。5.1.3 显示卡的工作原理显示卡的工作原理比较复杂，图5-9所示的是显示卡进行工作处理的全过程。CPU总线接口GPU显存RAMDACVGA接口显示器
8、。图5-9 显示卡的工作过程5.1.3 显示卡的主要参数1.刷新频率 刷新频率是指图像在屏幕上更新的速度，也即屏幕上的图像每秒出现的次数，它的单位是赫兹（Hz）。2.最大分辨率最大分辨率 分辨率指的是显示卡在显示器上所能描绘的像素数目，分辨率指的是显示卡在显示器上所能描绘的像素数目，分为水平行点数和垂直行点数。如分为水平行点数和垂直行点数。如1024X7683.色深 色深也叫颜色数，是指显示卡在一定分辨率下可以同屏显示的色彩数量。4.接口类型 (1)AGP(Accelerate GraphicaI Port，加速图形卡)显卡 (2)PCI Express接口显示卡5显示芯片制造工艺 衡量显示芯
9、片制造精度，如0.3um,0.11um.6显示芯片位宽 显示芯片位宽是指显示芯片内部数据总线的位宽，也就是显示芯片内部所采用的数据传输位数，如256位，512位。7核心频率 显卡的核心频率是指显示核心的工作频率，如400MHz,同样级别芯片中，频率高性能强。8管线 管线在显卡中分为两种，一种是顶点管线 一种是像素渲染管线。它们处于生成3D图形的过程中的两个阶段。9像素填充率 即每秒钟显示芯片(卡)能在显示器上画出 的点的数量。10显存时钟周期 显存时钟周期就是显存时钟脉冲的重复周期，是衡量显存速度的重要指标。显存颗粒上的标注如图510所示。11显存位宽 显存位宽是显存在一个时钟周期内所能传送数
10、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，如128b,256b。12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。显存容量决定着显卡临时存储数据的多少，如128MB,256MB。13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(兆赫兹)为单位。显存频率一定程度上反应着该显卡的速度,如600MHz。14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，它以字节秒为单位，如6.4GB/S。15显存类型:显存是显卡上的关键核心部件之一，它的优劣 和容量大小会直接关系到显卡的最终性能。目前 市场中所采用的显存类型主要有S
11、DRAM、DDR SDRAM，DDR2和DDR3。16显卡散热器:常见的显卡散热器有散热片、风扇和热管等几种，如图5-11所示。173D APl 在计算机中，所有软件的程序接口，包括 3D图形程序接口在内，统称为APl(Application Program Interface，应用程序接口)。(1)DirectX图形接口程序(微软)(2)OpenGL (美国SGI公司)(3)Heidi (美国autodisk公司)18 SLI技术 (1)nVIDIA SLI 2004年9月，nVIDIA推出了SLI(Scalable Link Interface，可升级连接界面)技术，SLI就是通过两块PC
12、I Express显卡的协同工作来提升整个系统的显示效能的技术。如图512所示，是nVIDIA SLI的连接形式。(2)ATi Crossfire(交叉火力)在nVIDIA推出双卡并联工作的SLI(Scalable LinkInterface)平台后，2005年8月，ATi也推出 了双卡方案Crossfire(交叉火力)。ATi CrossFire相比nForce4SLI系统的明显优势：支持目前和以往的所有DirectX和OpenGL游戏，两 块互联的显卡无需完全一样，不同类型、不同厂 商的产品也可以，支持多达5个显示器的环视输出 如图5-13所示，是ATi Crossfire的连接形式。5.
13、1.4 显卡传输速率的计算显卡传输速率的计算1 AGP显卡的理论传输速率=（标准工作频率X倍频数X接口位宽）/8位AGP接口位宽32位（32根数据线）、AGP1X 频率66.6MHz、传输速率(66.6MHz X 1 X 32b)/8b=264MB/s 对AGP 8X显卡 理论传输速率=(66.6MHzX8X32b)/8b=2.1GB/S2 PCI-E X16显卡显卡理论传输速率理论传输速率=312.5MB/S X 16=5GB/SPCI-E X16显显卡卡比比AGP显显卡卡传传输输速速度度快快，两两种种显卡的显卡的与与PC的总线的总线接口不同。接口不同。5.2 主流显示芯片 现在主流的显示芯
14、片主要来自ATi和nVIDIA。显示卡厂商把同一个显示芯片，搭配不同的显示内存（速度和容量），便分化出多个版本。所以在选购显示卡时，要从显示芯片和显示内存两个方面考虑。5.2.1 nVIDIA显示芯片1.nVIDIA 55nm制程的GF9系列显示芯片有最新的GF9800GTX+、核心频率738MHz、显存容量512MB，显存位宽256b，拥有128个流处理单元；支持Direct 10,GF9系列还有 GF9600、GF9500等。2 nVIDIA 65nm制程的GF8系列显示芯片有最新的GF8800GT、核心频率600MHz、显存512MB,显存位宽256b，拥有112个流处理单元，支持Dir
15、ect 10；GF8系列还有 GF8600、GF8500等。3.nVIDIA 90nm制程的GF7系列显示芯片有最新的GF7900、核心频率650MHz、拥有24条渲染管线和8个顶点着色单元；搭配512MB-1.2ns 高速显存，组成512MB/256bit规格，默认频率高达650/1600MHz，支持Direct 9.0；GF7系列还有 GF7800、GF7300等。4GeForce6800系列 基于NV40显示核心的6800都是高端产品，采用0.1um或0.13um制造工艺，6个顶点着色引擎，12条渲染管线，256bit显存位宽，完全支持Direct9.0C。核心频率为300MHz、325
16、MHz、350MHz、400MHz450MHz，显存频率为350MHz、500MHz550MHz。采用PCI-E接口。图5-14所示。GeForce6600系列分为GeForce6600GT和GeForce6600标准版两种。GeForce 6600系列均使用nVIDIA最新的NV43图形核心，011um工艺，采用了8条流水线超伸缩设计显存位宽均为128bit，完全支持DirectX 9.0。其外观如图515所示。GF6500图形芯片的核心代号为NV44，0.11um制造工艺，支持原生PCIExpressX16接口。GF6500同样拥有4条渲染管线、3个顶点着色引擎，支持DirectX9.0c
17、，与NV43芯片的GF6600LE、GF6600相比，NV44由于是原生4管线，芯片面积也缩小许多。核心显存频率为450800MHz。GeForce6200系列是针对PCIE的版本，于2004年8月发布。GeForce6200采用的是与GeForce6600系列相同的NV43核心，采用0.11um工艺，核心频率300MHz，配备DDR显存，频率550MHz，完全支持DirectX 9.0。GeForce6200定位在低端市场。5GeForceFX5900系列GeForceFX5900系列显示芯片是内核代号为NV35，于 2003年5月发布。该芯片采用013um制造工艺，效能上大 幅超越FX58
18、00及ATI RADEON 9800Pro。FX5900GPU 核心位宽为256b，显存为128MB DDR，显存位宽为256b，GPU核心频率为400MHz，显存频率为850MHz，显存带 宽为27 2GBs;支持nView多头显示技术，集成 NTSCPAL电视解码器，支持微软的VMR(VideoMixing Render，视频混合渲染)技术。FX5900系列分为三个版 本：FX5900Ultra(加强版)、FX5900(标准版)和 FX5900Value(廉价版)。其外观如图517示。GeForceFX5800系列显示芯片采用代号为NV30的内核，于2002年11月发布。NV30是第一款使
19、用被收购的3Dfx和 Gigapixel技术的nVIDIA，芯片。采用013um工艺与铜导线 制造技术，集成1.25亿个晶体管，FCBGA封装。该系列 包括GeForce FX5800 Ultra、GeForce FX5800两款型号，配置128MB或256MB容量高速DDR2显存，支持AGP 8X。GeForce FX5600系列采用NV31内核，它是基于NV30技 术所研发的产品，采用013um制造工艺(晶体管数4500 万个)，集成了TV输出编码器，以及两个400MHz的 RAMDAC。GeForceFX5600 Ultra的内核和显存工作频率 也比GeForce4 Ti4600要高一些
20、，将会全面取代GeForce4 Ti系列的地位。GeForceFX5200系列采用NV34内核，它 也同样是基于NV30内核的，属于入门级别 的DirectX 90显示卡。其价格低廉，以便全 面取代GeForce4 MX系列。GeForce FX5200的晶体管数为4500万个，采用 0.15um制造工艺。在3D功能方面，它基本上和NV3031相同。其外观如图518所示。6GeForce4Ti系列 GeForce4下系列比较复杂，包括采用NV25内核的GeForce4 Ti4200、GeForce4 Ti4400和GeForce4 Ti4600，以及采用NV28内核的GeForce4 Ti42
21、008X、GeForce4 Ti4800SE和GeForce4 Ti4800。GeForce4MX系列 与GeForce4 Ti 一样，GeForce4 MX系列后 期也出现了改良的AGP 8X版本，显示芯片 内核代号为NVl8。5.2.2 ATI显示芯片1.HD 4000系列HD4850，采用55nm制程，核心频率是650MHz，显存位宽是256bit，显存容量是512MB，显存类型是GDDR3颗粒，支持Direct 10，800个流处理单元。HD4000系列还有HD4870、HD4650等。2.HD 3000系列HD3850，采用55nm制程，核心频率是700MHz，显存是位宽256bit
22、，容量256MB的GDDR3颗粒，320个流处理单元,支持Direct 10。HD3000系列还有HD3650、HD3450等。3.HD 2000系列HD2600，采用65nm制程，核心频率是600MHz，显存是位宽256bit 的GDDR2颗粒，采用65nm工艺生产，完全支持Direct X10，采用统一架构设计，内部集成120个流处理器。HD2000系列还有HD2400等。4.X1000系列X1950PRO，采用80nm制程，拥有12条渲染管线和36个像素着色引擎，8个顶点着色引擎，核心频率是587MHz，显存是位宽256bit 的GDDR3颗粒，频率为1.4GHz。内置ATI的Compo
23、siting CrossFire Engine显示芯片。而X1950XTX还是90nm的工艺核心频率保持在650MHz，显存通过搭载0.9ns颗粒使频率拉升到全球最快的2000MHz。拥有高达48个像素渲染单元，8个顶点着色引擎。X1000系列还有X1600、X1300。ATi RADEON X800系列包括X800SE、X800、X800XL、X800Pro、X800XT、X800XT PE、X850Pro、X850XT、X850XTPE、X800GT、X800GTO等产品。X800系列的显示核心会有 R423、R430及R480，有AGP接口和PCI-E接口 0.11um或0.13um制造
24、工艺，8条图形渲染管线，6个顶点着色引擎，256bit显存位宽，完全支持 Direct9.0。核心频率为400MHz、450MHz、475MHz、500MHz或520MHz，显存频率为 350MHz、400MHz、475MHz、500MHz或 560MHz。X800的外观，如图5-19所示。5RADEON X800系列6.RADEON X700系列 ATI于2004年9月发布了RADEON X700系列显卡芯片。它是X600 PCI Express系列的继承者，X600则是基于RADEON 9600AGP。X700的直接竞争对手是nVIDIA的GeForce 6600系列显卡，针对中端显卡市场
25、。X700是ATi X800的简化版芯片，内核代号为RV410，采用原生PCI-E接口，0.11um制造工艺，8条图形渲染管线，6个顶点着色引擎，128bit显存位宽，完全支持Direct 9.0 X700系列分为三个版本：X700XT、X700Pro、X700。XT700的核心显存频率分别为4751050MHz，支持128MB显存；X700Pro的核心显存频率分别为420864MHz，支持256MB显存；X700的核心显存频率分别为400700MHz，支持128MB显存。X700的外观，如图5-20所示。7RADEON 9800系列 RADEON9800系列显示芯片采用代号为R350的图形处
26、理内核，于2003年F2月正式发布。该系列 显示芯片共有三款，分别是RADEON9800、RADEON9800Pro和RADEON9800Pro 258MB (这一款在2003F4月推出)。它们的主要区别在于内核频率和显存频率的差异。R350采用0.15um制造工艺，完全支持AGP8X，向下兼容AGP4X，也提供了完整的DirectX9.0支持。RADEON9800系列显示芯片采用DDR SDRAM显存(258MB版本是DDR2显存)。RADEON9800Pro的内核工作频率为380MHz，显存工作频率为680MHz。RADEON 9800显示芯片的外观，如图5-21所示。RADEON9700
27、系列显示芯片采用R300内核于2002年7月17日正式发布。R300也是采用0.15um制造工艺。R300提供了对DirectX 9.0和AGP 8X的完全支持。RADEON9700系列显示芯片包括RADEON9700Pro和RADEON9700，两者同样都采用R300内核，只是内核频率和显存频率有所区别。RADEON9700显示芯片的外观，如图5-22所示。RADEON 9600系列显示芯片是ATI发布的中高档 产品，用于取代RADEON 9500系列。RADEON 9600系列采用RV350内核，完全支持DirectX90，实际上它大部分是基于R300内核的，可以说是 R300和R350的
28、混合产品，只不过删掉了一些功 能，是R300和R350的简化版本。RADEON 9500系列显示芯片是和RADEON9700 同时发布的，目的是占领中高端市场。它采用 R300内核，因此它也完全支持AGP 8X，并且提 供了完整DirectX90的支持。此系列包括 RADEON9500Pro和RADEON9500两种版本。RADEON9200系列 这是ATi 的新款入门级产品，其内核为 RV280。才目对RADEON9100而言，这款产品算是真正意义上的RADEON9000(RV250)系列的后继产品，毕竟RADEON9100只是改头换面的RADEON8500LE而已，不支持AGP 8X，只支
29、持到Direct X 81规格。此系列有三种版本：RADEON9200Pro 128MB、RADEON9200 128MB和RADEON9200 64MB。RADEON9100系列 RADEON9100显示芯片基于R200内 核，支持Direct X81和AGP4X总线。内核显存工作频率和 RADEON8500LE相同，为 250500MHz RADEON9000系列 RADEON9000系列显示芯片采用RV250内核，是ATI在RADEON8500系列的基础上改良而来的。RADEON9000Pro内核频率为275MHz，显存频率为550MHz。RADEON9000内核频率为 250MHz，显
30、存频率为400MHz。它们都采用 128b的显存位宽，可以直接硬件支持DirectX81。RADEON9000系列的发布使得ATI的 RADEON7500系列可以降低价格，填补低端市场空缺，其外观如图5-23所示。8 RADEON8500系列 RADEON8500系列显示芯片采用R200内 核，0.15um制造工艺，集成了6000万个晶 体管，对Pentium 4的SSE和Athlon的 3Dnow!指令集做了优化，同时集成了电视 输出。RADEON8500采用128b显存，主要有两款产品：RADEON8500标准版和 RADEON8500LE版。它们的内核一样，只是内核和显存工作频率有所区别
31、。Ati 与nVIDIA典型显示芯片比较5.2.3 SiS显示芯片1SIS315系列 2001年，SiS发布SIS315。SIS31采用0.15um 制造工艺，内核频率为166MHz，完全支持AGP 4X和DDR显存，最高可以支持到128MB显存，显存频率为166MHz，内建DVD、VCD、HDTV(包括所有ATSC模式)MPEG硬件逻辑解压器：支持DirectX7。其外观如图5-24所示。2Xabre系列2002年中期SIS推出Xabre80、200、400和 600四款显示卡，是业界首先支持AGP8X的显示卡，Xabre系列图形芯片采用0.15um(Xabre 600为O13um)制造工艺
32、，内核频率为300MHz，显存频率为600MHz，支持DirectX 8.1。XABRE600芯片的外观如图5-25所示。5.2.4 XGI显示芯片SiS下的图形部门于2003年5月26日正式独立，成立了XabreGraphicsTechnelegy，nc(图诚科技股份有限公司，简称为XGl)。这是一家专业的绘图芯片设计公司，其成员来自SiS和Trident的图形部门。公司在成立不到一年的时间内，已经设计出Vola系列GPU。Vola目前有三种形式：V3、V5以及V8，支持DDR2与DirectX9。VolaV8Ultra的内核频率为350MHz，DDR显存频率为750MHz，也支持1GHz的
33、DDR2显存。VolaV8Ultra图形芯片的外观如图5-26所示。5.2.5 Matrox显示芯片1.Matrox Parhelia系列 Parhelia-512显示芯片是第一款512bit的GPU。2.G550系列 G550系列图形芯片是业界第一款集成了两个TMDS（Transmission-Minimized Differential Signaling）的单一芯片，它也是当时惟一的单芯片支持两台数字（DVI）液晶显示器输出的显示卡。3.G450系列 G450仍然采用G400内核，拥有最全的驱动支持，除Windows 9x/Me/2000外，Matrox还推出了Linux、BeOS、OS
34、/2等平台的驱动，而Linux版的驱动还提供了对双头显示器的支持，这是当时Linux下惟一具备此功能的产品。典型显卡基本参数型号镭风X300SE CF黄金版芯片厂方ATI芯片代号RV370芯片型号ATi RADEON X300SE显存容量128M接口标准支持PCI Express输出接口1*VGA接口,TV-OUT接口,1*DVI-I接口性能参数：制造工艺0.11um核心位宽256bit显存类型DDR显存位宽128bit显存速度5ns核心频率325MHz显存频率400MHz3D API支持DirectX 9.05.3 显示卡的选购显示卡的品牌非常多，如华硕、丽台、爱尔莎、耕异、启亨、昂达、捷锐
35、、小影霸七彩虹、镭丽、大白鲨等品牌。显示卡的价格从几十元到几千元，面对如此众多的品牌和产品，用户在选购时要根据自己的需要来选购显示卡，一方面要注意显示芯片和显存，另一方面品牌也是选购显卡时需要考虑的因素。5.4 实习5.4.1 实习1显示卡的安装和拆卸1.显示卡的安装如图5-27所示。2.显示卡的拆卸方法 显示卡的拆卸很容易，去掉显示卡固定在机箱上的螺丝，然后将显示卡从AGP插槽取出。但要注意，有些AGP 8插槽上有防脱挂钩，在取显示卡时应先将其脱钩。5.4.2 实习2显示卡驱动程序的安装 现在的显示卡都是即插即用设备，启动Windows后，系统会自动检测即插即用设备，一旦检测到新设备，Windows会自动安装驱动程序。运行随卡光盘安装驱动程序。