第6章 输出设备

第6章输出设备6.1显示卡显示适配器简称显示卡或显卡，它是显示器与主机通信的控制电路和接口。显示卡是一块独立的电路板，安装在主板的扩展槽中。在Allinone结构的主板上，显示卡直接集成在主板上。显示卡的主要作用就是在程序运行时根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行的过程和结果进行相应的处理，转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号，并通过屏幕显示出来，也就是说显示器必须依靠显卡提供的信号才能显示出各种字符和图像。6.1.1显示卡的结构显卡通常由显示芯片、显示内存、RAMDAC、VGABIOS、VGA插头和总线接口构成。1．显示芯片在每一块显示卡上都会有一个大散热片或一个散热风扇，它的下面就是显示芯片。通常，家用娱乐型显示卡上的显示芯片均采用单芯片设计，而专业型显示卡则通常采用多个显示芯片。通常所说的显示芯片的“位”(bit)指的是显示芯片支持的显示内存数据宽度，较大的数据宽度可以使芯片在一个时钟周期内处理更多的信息。新型的显示芯片多为64位、128位、甚至256位，而早期的显卡芯片多为32位或16位。但是，128位芯片并不一定就会比64位芯片快两倍，因为显示卡的速度在很大程度上受所使用的显存类型以及驱动程序影响。2．显示内存显示内存（显存）也是显示卡的重要组成部分。它的用途主要是用来保存由显示芯片处理好的图形数据信息，然后由数模转换器读取并逐帧转换为模拟视频信号再提供给传统的显示器使用，所以显存也被称为“帧缓存”。显卡使用的分辨率越高，在屏幕上显示的像素点也就越多，相应的所需显存容量也就越大。显卡中衡量显存的性能指标有工作频率、显存位宽、显存带宽，和显存容量等。（1）工作频率：显存的工作频率直接影响到显存的速度和带宽。显存的频率是很容易分辨的，显存尾数的-5、-6、-7代表的就是显存的频率，-5为200MHz，-6为166MHz，而-7则只有143MHz，即显存运行频率为后缀数字的倒数。现在越来越常用的显存开始以两位数标注结尾，例如-33、-36，这样结尾的显存并非33ns和36ns，而是3.3ns和3.6ns，一些2.8ns的显存一般以-2A的标识方式进行标注。（2）显存位宽：显存位宽是指内存条的数据位宽，而不是单个内存颗粒的位宽。对于显存而言，位宽对显卡性能影响非常大。目前大部分显卡都是128位的显存位宽，ATI的部分高档显示芯片则需要搭配256位的显存。一块显卡显存的位宽是由显存颗粒决定的，其计算方法是“单颗显存的位宽×显存颗粒的数量”。比如一块显卡采用了4颗32Bit的显存，那么显卡的显存位数总和就是128Bit，（3）显存带宽：显示芯片与显存之间的数据交换速度就是显存的带宽。单颗芯片有强大的处理能力，但显存带宽不高的话，显存将制约着这块芯片无法达到其设计处理能力。目前显存主要是128Bit和256Bit，部分低端产品是64Bit，在相同的工作频率下，64Bit显存的宽带只有128Bit显存的一半（显存带宽的计算方法是：带宽=工作频率×数据位宽/8）。3．RAMDAC目前大部分电脑所配置的显示器仍然是传统的CRT显示器，这种显示器只能接受用信号电压幅度来控制显像管的发光亮暗程度，所以显卡中的RAMDAC必须将芯片处理后并存储在显存中的数字显示信号逐帧转换为由三种彩色亮度和行、帧同步信号所共同组成的视频信号，然后通过15针的D型插座输出供显示器使用。RAMDAC的技术特性主要是工作时钟频率。只有足够高的工作频率RAMDAC才能在单位时间内转换更多帧的显示信号，而显示卡的帧刷新率指标（帧/秒）的基本保证条件就是RAMDAC必须在单位时间内转换足够的帧显示信号。目前大多数显示卡上并不存在独立安装的RAMDAC芯片，这是因为厂家在生产显示芯片时已经将RAMDAC集成在其中了，这样可以降低成本，不过部分高档显示卡还是使用较高品质的独立RAMDAC芯片。4．显示BIOS芯片显示BIOS芯片主要用于保存VGABIOS程序。VGABIOS是视频图形卡基本输入、输出系统（VideoGraphicsAdapterBasicInputandOutputSystem）的缩写，它的功能与主板BIOS功能相似，主要用于显示卡上各器件之间正常运行时的控制和管理，所以BIOS程序的技术质量（合理性和功能）必将影响显卡最终的产品技术特性。显卡BIOS芯片在大多数显卡上比较容易区分，因为这类芯片上通常都贴有标签，但在个别显卡如Matrox公司的MGAG200上就看不见，原因是它与图形处理芯片集成在一起了。另外在显卡BIOS芯片中还保存了显卡的主要技术信息，如图形处理芯片的型号规格、VGABIOS版本和编制日期等。由于目前显示卡上的显示芯片表面都已被安装的散热片和散热风扇所遮盖，用户根本无法看到芯片的具体型号，但通过VGABIOS显示的相关信息却可以了解有关显示芯片的技术规格或型号。通常电脑在开机后首先显示显卡BIOS中所保存的相关信息，然后显示主板BIOS版本信息以及主板BIOS对硬件系统配置进行检测的结果等，由于显示BIOS信息的时间很短，所以必须注意观察才能看清显示的内容。显卡BIOS与主板BIOS一样具有版本，一般情况下版本高的BIOS功能强于低版本，也解决了版本升级前所存在的某些具体问题。显卡BIOS目前基本上都使用EEPROM芯片保存，因此可以由用户根据需要使用特定工具软件进行版本升级，就像升级主板BIOS程序一样。5．VGA插座电脑所处理的信息最终都要输出到显示器屏幕上才能被人们看见。显卡的VGA插座就是电脑主机与显示器之间的桥梁，负责向显示器输出相应的图像信号。6．总线接口显卡需要与主板进行数据交换才能正常工作，所以就必须有与之对应的总线接口。早期的显卡总线接口为PCI，而目前最流行的显卡总线接口是AGP了，而且还可以进一步地细分为AGP1×、AGP2×、AGP4×和AGP8×等。6.1.2显示卡的工作原理1．首先是由CPU向图形处理器发布指令。2．当图形处理器处理完成后，将数据传输至显示缓存。3．显示缓存进行数据读取后将数据传送至RAMDAC。（由于现在一般图形芯片都内置了RAMDAC，所以在显示卡的板上就无法看到RAMDAC）。4．RAMDAC将数字信号转换为模拟信号输出显示。6.1.3显示卡的技术指标1．刷新频率：显示器每秒刷新屏幕的次数，单位为Hz。刷新频率可以分为56~120Hz等许多档次。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。刷新频率越高，屏幕的闪烁就越小，图像也就越稳定，即使长时间使用也不容易感觉眼睛疲劳（建议使用85Hz以上的刷新率）。2．最大分辨率：是显卡在显示器上所能描绘的像素点的数量，分为水平行像素点数和垂直行像素点数。如果分辨率为1024×768pix，就是说这幅图像由1024个水平像素点和768个垂直像素点组成。典型的分辨率常有640×480pix、800×600pix、1024×768pix、1280×1024pix、1600×1200pix或更高。现在流行的显卡的最大分辨率都能达到2048×1920pix。3．色深：也叫颜色数，是指显卡在一定分辨率下可以显示的色彩数量。一般以多少色或多少bit色来表示，比如标准VAG显示卡在640×480分辨率下的颜色数为16色或4bit色。通常色深可以设定为16位、24位，当色深为24位时，称之为真彩色，此时可以显示出16777216种颜色。现在流行的显卡的色深大多数达到了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的图像质量就越好。由于色深增加导致了显卡所要处理的数据量剧增，则引起显示速度或是屏幕刷新频率的降低。4．像素填充率和三角形生成速度：屏幕中的一个三维物体其实是由计算机运算生成的。当一个屏幕上的三维物体运动时，要及时地显示原来被遮的部分，抹去现在被遮的部分，还要针对光线角度的不同来应用不同的色彩填充多边形。人的眼睛具有一种“视觉暂留”特性，就是当一副图像很快地被多幅连续的只有微小差别的图像代替时，给人的感觉并不是多副图像的替换，而是一个连续的动作，所以当三维图像也进行快速的生成、消失和填充像素时，给人的感觉就是三维物体的运动了。“像素填充率”以每秒钟填充的像素点为单位，“三角形（多边形）生成速度”表示每秒钟三角形（多边形）生成个数。现在的3D显卡的性能也主要看这两项指标，这两项指标的数值越大，显卡三维图像的处理能力就越强，显卡的档次也就越高。6.1.4显示芯片组介绍显示芯片与CPU一样，其技术含量相当高，因此nVIDIA也将其生产的显示芯片称之为“GPU”，而ATI也对其最新推出的显示芯片称为“VPU”(VisualProcessorUnites，视觉处理器)。目前在显卡市场上主要有nVIDIA、ATI两家厂商。nVIDIAGeForce系列显示芯片主要有GeForce256，GeForce2，GeForce3和GeForce4MX等系列。GeForce3系列主要包括GeForce3，GeForce3Ti200和GeForce3Ti500等。GeForce4系列主要包括GeForce4Ti，GeForce4MX和GeForceGo等3个系列。型号GeForce3GeForce3Ti200GeForce3Ti500制造工艺（um）0.150.150.15像数填充率（Pixel/Sec）8亿7亿9.6亿显存带宽（Gb/s）7.366.48.0支持最大显存（MB）646464RAMDAC（MHz）350350350核心频率（MHz）200175240GeForce3系列芯片性能比较型号GeForce4MX420GeForce4MX440GeForce4MX460填充率（Pixels/s）10亿11亿12亿三角形/秒3100万3400万3800万显存宽带（Gb/s）2.76.48.8最大支持显存（MB）646464GeForce4MX系列芯片性能比较ATI（ArrayTechnologyIndustry）创立于1985年，是全球最大的3D图形及多媒体技术供应商，专门设计、制造和销售适用于个人计算机的多媒体解决方案和图形元件。3DRage系列、Radeon系列等显示芯片为代表作。ATI产品的优势在于3D游戏的画质和DVD回放时的硬件补偿，这两项恰恰都是nVIDIA等产品所欠缺的。ATI生产的显示芯片除了卖给第三方厂商外，同时也自己组装生产成品显卡。除了nVIDIA和ATI这两家主要为板卡式显卡提供显示芯片的厂商外，Intel、VIA、SiS等主板芯片组厂商则在集成式显卡市场呼风唤雨。比如Intel845系列主板所集成的显示芯片“ExtremeGraphic”凭借其良好的兼容性和等同于GeForce2MX200的性能，就得到了不少行业用户和学生的认可；而VIA在收购S3这家当年非常有名的显示芯片厂商后，也在其多款主板芯片组中集成了“Savage”系列显示芯片。6.1.5选购显示卡选购显示卡除了考虑技术指标外，还要注意以下问题：1．制造工艺2．显存3．显卡风扇6.2显示器显示器又叫监视器（Monitor）。显示器是个人电脑的必备设备，是用户和计算机交互的信息平台。常见的显示器是阴极射线（CRT）显示器和液晶显示器（LCD）。6.2.1显示器的工作原理1．CRT显示器CRT显示器即阴极射线管显示器。CRT显示器的显示系统和电视机类似，主要部件是显像管（电子枪），在彩色显示器中，通常是3个电子枪。显像管的屏幕上涂有一层荧光粉。当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉时，荧光粉被激活，即可发出光来。彩色显示器由三支电子枪分别发射不同强度的电子束，并打在荧光层上对应的红（R）、绿（G）、兰（B）色点上，三点发出的光线叠加后，就会产生各种色彩。当一个图像被显示在屏幕上时，它是由无数小点所组成的，它们被称为Pixel（pictureelement的缩写），像素描绘的是屏幕上的极小的一个点，它们可以被设置为不同的颜