[我们为什么要显卡？]

如果要问当今的硬件市场最火热的是什么？发展最快的是什么？答案既不是飞速前进的中央处理器，也不是日新月异的主板——这项桂冠非显示卡莫属。

说到显示卡，它属于计算机的输出设备，是承担人机交流的必要载体，是微型计算机必不可缺的核心部件。但是，最初当电脑诞生之初，是没有显示卡这个部件的，当时的计算机操作者，可不像我们现在拥有惬意的图形操作界面，那时人机之间的交流是通过打孔机来进行的。打孔机以在纸带上打与不打来代表二进制的一与零，所有的信息都是通过那枯燥且数量成山般的纸带传递的，想到那时的这种情景一定会让现在许多自诩电脑爱好者的同志们不寒而栗。这种二进制的人机交流实在不符合人们日常的语言习惯而因而很难适应，所以当键盘和显示卡，显示器这些更加亲和的输入输出方式出现后，打孔机也渐渐地被人们遗忘了。而现在有了显示卡的默默支持，我们终于可以在图形界面的操作系统中幸福的徜徉。而且随着图形操作系统例如Windows, MAC OS X等更加华丽的系统界面的应用，还有已经雄霸天下的三维游戏的需要，显示卡已经称为独立的图形处理器，而在整个系统中的责任也是越来越重要。

话说“喝水不忘掘井人”，对于显示卡这个大功臣，很多朋友却只是粗浅的知道它的名称或者仅限于有多大显存而已，而对于它的其余种种特性，却很是不了解。那么希望通过本文，能够使您对于现有的图形技术能够有一次亲密接触。

显示卡的构造

显示卡是什么？“就是电脑中负责显示图形的零件”，“就是那个能让我打CS的东西么！”朋友们的回答多种多样，虽不够严谨，但是却也说得出一二。那么显卡是什么样？“…………”这次看来很多朋友可能就语塞了。虽然天天都在和它打交道，但是兴许你还的确不知道显示卡的模样或者除了仅仅购买时的那一次邂逅而印象不深？那没关系，这就让我们从机箱中把它请出来，给各位好好端详一番：

这图中的主人公就是当今的显卡，基于nVidia NV30核心的Geforce FX5800Ultra（上）和Quadro FX2000（下）。怎么样，没想到终日默默无闻工作显示卡看起来竟如此气派吧？那么就有请它们代劳，让我们通过此章来好好看看一块显示卡的里里外外。

看了这两幅照片，我想给大家印象最深的可能是那拥有巨大风扇的散热器系统。风扇下面到底是何方神圣，要如此的大动干戈？让我们揭掉风扇看个明白：

    [显卡要核心]

nVidia的NV30和ATI的R300核心新面目，这是目前显卡界的双雄。

这就是显示卡的核心芯片，如同电脑的核心中央处理器CPU一样，它现在也已经被芯片设计者叫做图形处理器，其运算能力和芯片负载程度比中央处理器已经不遑多让。显卡的核心芯片是一块显卡的心脏，您所用的显卡的效能如何大半都是由它决定的，而我们平时选购显示卡时所说的型号，通常也是以核心的名称来命名的。目前市场主流的显卡芯片主要是以下几个系列：nVidia公司出品的面向家庭的Geforce系列和面向专业图形工作站市场Quadro系列，以及与nVidia针锋相对的对手ATI的Radeon(镭)系列和同样面向专业市场的FireGL系列。除此之外，还有SIS的Xabre系列，Matrox的G系列等等。

目前的所有主流显示卡一般拥有256位的内部运算带宽，现在无论三维还是二维运算所需要的数据量都是巨大的，256Bit的带宽可以有效的缓解运算时数据的瓶颈。也许有的朋友看到这里后，就像打开机箱看一看自己的显示卡的芳容，结果却发现找不到显卡的所在，定会纳闷那我的电脑没有显示卡又是如何出现图像的呢？恭喜你，你的显示卡属于整合显卡，它是你的主板提供给你的功能之一，所以你找不到独立存在的显卡。目前整合显卡也是市场的主力军之一和独立显卡分庭抗争，由于成本低廉、稳定性甚佳等原因特别受到OEM厂商的青睐，主流的产品有Intel整合在845、865家族中的Extreme、Extreme2显卡，VIA整合的Savage显卡以及SiS整合的SiS315显卡。这些整合显卡的性能虽然比不上主流的独立显卡，但是对于一般用户，上上网办办公玩玩简单的三维游戏却也是足够。

小知识：主流显卡芯片的制程工艺

和中央处理器一样，显示卡的核心芯片，也是用硅片上制成的，那么积极的提升制程工艺，对于频率和显示卡集成度的提高都是必不可少的，而且很重要的是制程工艺的提高可以有效的降低显卡芯片的生产成本。所以在最新的Geforce FX系列上，nVidia已经采用了和中央处理器媲美的0.13微米制程，集成了高达一亿两千五百万个晶体管并且拥有高达500兆赫的核心频率！采用0.13微米制程的好处显而易见，一方面可以提升晶体管的转换速度，另外一方面，和普遍采用的0.15微米制程相比，0.13微米制程可以有效的降低图形芯片的功耗和发热量。而且0.13微米制程也使得可以在更小的芯片面积当中封装更多数目的晶体管。但因为制程工艺转换难度巨大，所以ATI即使在刚刚发布的R350核心，也依旧坚守0.15微米制程。

现在的显示卡既然被称为图形处理器，先得益于其所拥有的强大几何运算能力，而且不像繁忙的中央处理器，显示卡的所有单元都是用来进行图形运算的。如今的显示卡拥有自己的完整的图形函数加速器，用来应对各种日益加重的图形处理任务。本来三维运算的T&L（几何转换和光影处理）是由中央处理器来完成的，但是自从nVidia开发除了划时代的Geforce256以后，现在连T&L也尽数被显示卡接管了，这个时候图形处理器在名至实归。从上图我们可以看到一个显卡芯片的复杂的核心运算流水线。

当我们的显示画面变化万千的时候，其流程都是由中央处理器把各种相应的指令下达给显卡，而由显示卡调用各种运算函数瞬间完成后呈现给我们的，这种运算过程本身是基本是不需要中央处理器辅助的，而这种图形函数的加速运算就是平时DIYer们所说的硬件加速。无论二维还是三维，现在的显卡都有一套相应的完整的运算函数相对应，具体的介绍我们放在后文，我们现在还来接着看显卡的构成。

    [显卡要显存]

这个东西叫做显存，也被叫做帧缓存，是显示卡的重要组成部分。如同计算机的内存一样，显示卡的内存也是用来储存要处理的图形信息的必要场所。我们在显示屏上看到的每一点像素都以4至32甚至64位的数据来控制它的亮度和色彩，这些必须通过显存来保存，再交由显示芯片和中央处理器控制调配，最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。而对于现在的显示卡来说，显存是承担大量的三维运算所需的多边形顶点数据以及作为海量三维函数的运算的主要载体，这时显存的交换量的大小，速度的快慢对于显卡核心的效能发挥都是至关重要的，而如何有效地提高显存的效能也就成了提高整个显示卡效能的关键！

打个比方说明，要说显示芯片是一辆快车的话，那么显存就是它的奔驰的马路，再快的高级跑车在泥泞小道（比喻显存的吞吐量不足）也施展不开，只有在长安街般的宽敞大道才能尽情驰骋。显存伴着显卡一路走来，历经DRAM再到SDRAM以及现在主流的DDRSDRAM，虽然速度是越来越快，但是在日前的三维应用中还是有点无法满足显卡的如饥似渴。结果NVIDIA公司采用了速度高达1GHZ的DDRII显存（就是您在图中看到的这种），而ATI则是另辟蹊径，使用了高达256位的显存带宽，这两种方式孰优孰劣我们后文说现存技术时自有分解。因为显存对于整体效能的巨大影响，开发商们便利用同样的显卡核心搭配不同速度或者带宽的显存来区分显卡产品的高中低端。例如ATi的镭9700和镭9500PRO，核心一样是R300，运行频率也一样，只是因为9700搭配了256Bit的显存，而9500PRO却仅仅只有128bit,这就铸成了平时图形运算中的巨大差距！仅仅小小的显存，竟成了产品高低的分水岭，其重要性可见一斑。

对于采用整合显卡朋友们，你们的显存是从系统内存中划拨的，这也是为什么很多人纳闷：我的256M内存为什么系统只显示了255兆甚至224兆或更少？答案是：它们被划拨过去做显存了！相对于对独立显卡来说，整合显卡调用系统内存就争抢了本来就捉襟见肘的带宽，使得系统整体性能下降，即便是采用DDR400的系统内存，因为只有仅仅是64位的可怜带宽，其同时间内所能提供给显卡的数据量比较独立显卡是遥遥落后的，而这两点都是目前制约整合显卡性能的致命伤。目前， nForce2为整合显卡带来了一股新风，籍着双通道DDR高带宽的支持，整合图形部分与系统抢带宽的问题得到了相当的缓解，相信这将成为今后的趋势。

    [显卡要接口]

数据传输接口

这张照片带出了我们的新主角，就是底下那排金手指，那是显示卡的与主板的连接接口。你可不要小看这接口，他不但是显卡和整个系统的连接界面，同时也是显示子系统和整个系统之间的唯一联系通道，巨大的数据交换都是通过这个结构完成的。而且这个接口同时也负责显示卡的供电工作。

目前看到的这个接口的架构叫做AGP架构，这是目前的图形界面和主系统的主流接口。以前，它们之间的交换是通过标准的PCI甚至ISA局部总线来进行的，不过随着图形处理的数据量的日益暴增，这些局部总线却已经无法满足需求，就诞生了AGP这个廉价的解决标准。现在的AGP架构的速度已经达到了8x，理论速度已经是AGP标准诞生时的八倍高达2.13GB/s,只可惜即使如此，在三维运算动辄需要的数十GB的流量面前，也是杯水车薪。为了解决AGP结构相对低下的效能，一来显卡设计厂商将三维运算数据尽可能的只在显卡的本地显存完成，不通过AGP这个瓶颈；二来尽快迁徙到英特尔所倡导的更快的PCI Express总线，也是未来显示卡的必经之路。再说整合，虽然很多整合显卡所在的主板是没有AGP插槽的，但是整合的显示卡和主系统之间的数据交换也是通过AGP总线，只是您看不到罢了。

各种显卡所用接口性能比较

信号输出接口

这幅图中的接口是显示卡用来输出信号到不同设备的，从左到右分别是标准D-Sub接口，这个是界我们最常用的显示器的；中间的小圆口是视频输出端子，这个是用来把信号传给传统的电视机的，对于那些支持视频输入的显卡也被用来接收模拟视频信号；最右侧的这个接口叫做DVI，中文名是数字输出接口，配合DVI接口的显示器使用，可以获得不失真的数字图像。所以DVI对于图形工作者来说是福音，也是未来的标准佩备。依靠多接口现在的显卡都可以使实现多头功能，使您的桌面可以同时在两个甚至多个显示器上显示，这样可以大大方便您的日常使用。例如一个显示器用来上网，另一个用来同时播放DVD，岂不是两全其美！

更大的桌面的需求是无穷的，所以Matrox在最新的Parhelia芯片（幻日）中对DualHead技术进行升级推出的TripleHead三头显示技术，由第二个输出接口再分为两个VGA接口，使得系统可以通过一块Parhelia显卡支持总分辨率达3840x1024的超大桌面，令专业用户和游戏玩家可以拥有更大的视觉空间体验。

高达3072x768的巨大视野，无论是Quake3还是PohtoShop都是全新的体验！

DVI

虽然DVI接口已经在主流显卡上遍地开花，但是很多朋友对它的理解仅限于“我那个从来没有机会使用的白色接口”。其实DVI作为一个重要的接口标准是由数字显示工作组（DDWG）制定，名头响当当的英特尔和Silicon Image都是它的成员。

这是nVidia Quadro FX1000,双DVI输出

目前在主流市场，显示卡与显示器之间是通过模拟信号传递的，我们和数字信号作一个对比，可以发现数字信号仅仅包含“0”和“1”两个状态，高电平就是“1”，低电平就是“0”，细微的电压变化并不会干扰信号的正确性；再看模拟信号，如果遭受某种外界因素干扰，例如电压波动，信号就可能变成1.0xxx或者0.0xxx，这样细微的误差反馈到我们看到的画面就产生了些许失真。所以为了获得完美的画面，我们要尽量避免把数字信号转换为模拟信号再转回去这样的数模转换过程，而DDWG小组制定的DVI标准就是把这一理论转化为现实的指导标准。

经过几年的发展完善，DVI系统的规格目前已经基本成熟：显卡运算所产生的数字信号（包括控制信息和数据信息）都交由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道（其中要求至少要包含四条数据流：RGB三种色彩信号以及时钟信号）传递给接收器，然后解码送给数字显示设备。TMDS协议是由Silicon Image定制的算法，所以包含Silicon Image制造的发送器和接收器自然拥有最佳的兼容性。

主导DVI工作的TMDS流程图

DVI标准规定：一条TMDS通道可以达到最高165MHz的工作频率和10-bit接口，可以提供1.65Gbps的带宽，这样就能够支持1920*1080/60Hz的显示要求。但是对于图形工作来说，这个分辨率在很多场合是不能满足要求的，所以，DVI还允许同时使用第二条，第三条最高达六条的TMDS通道（见流程图），不过所有数据通道的工作频率必须和另一条同步——比如说我们需要3Gbps的带宽，那么所使用的两条数据通道（假设只使用两条数据通道）都必须同步工作在150MHz。（150MHzx2x10bits=3Gbps）

由于有了这么高的带宽优势，且拥有优秀的输出质量，DVI逐渐成为了业界最具前途的规范，且已经成为现在专业显卡唯一采用的标准接口。

    [显卡要散热]

形形色色的散射系统也不得不提，以前的显卡工作时发热量很小，所以就是芯片裸露或者紧紧加一个散热片。但是现在不同了，动不动就是几千万晶体管集成在那个方寸的核心上，电路极其复杂；而工作频率也已夸张的高达500MHz，这些几可媲美中央处理器。为了保证整个显卡的稳定工作，昔日中央处理器所用的各种散热方式也是目前显示卡芯片亟待的，而且因为显卡的工作空间没有处理器那么充裕，所以对于其散热系统，特别适用于高端产品的散热系统的要求也越来越高。上图的两个散热系统都是目前显示卡中的代表者。不过后遗症也有，一是散热系统风扇所产生的噪音虽然不是很大却也和现在的环保观念向冲，二来更有甚者，就要征用邻近的一个PCI插槽（见下图），对于某些朋友来说这是件苦恼的事情。

邻近的插槽就这样被无情的占用了！为了缓解散热的危机，连笔记本电脑常用的热导管技术也被nVidia拿来用在了最新的Geforce FX上。

    [显卡要供电]

这张照片所展示的是显示卡的供电电路。随着显示芯片功能的日益强大，虽然我们看到的最终画面越来越精美，但是整个显卡对于能源的供给要求也越来越高。为了稳定工作，优秀的供电电路必不可少。而且对于最新的一代显卡例如Radeon 9x00系列和Geforce FX系列，仅凭主板单薄的AGP插槽已经无法满足显示芯片的贪婪的电力需求，虽然一些大厂都在主板上使用AGP PRO插糟来辅助供电，但一般来说只有面向专业市场的显示卡才会采用这个接口。所以，我们就在这些新一代的面向家用的显卡上重新看到了熟悉的硬盘或者软驱所用的供电接口。通过这些接口，显示卡直接从主电源取电。其实，在家用显卡市场开此先河的正是昔日大名鼎鼎的3dfx，当时大家都认为这是不得已而为之的事情，而现在……

在使用时，显卡外接电源一般是必须接插的，如果忘记，兴许您买来的最新显卡根本就无法开机（ATI系列显卡忘接电后的选择）或者是虽可使用但是变得很慢（nVidia系列卡的忘接电后的表现）。好的显卡在供电部分一般都是不惜工本，力求稳定，而此处也是为降低成本而减料的好所在，芯片不能动手脚，就在电路上下下功夫吧——能省则省。不过，您面对这类产品的时候，可一定不能马虎哦！

本章，我们通过图片和文字向您展现了一直默默无闻在后台工作的显卡的外表与方方面面，希望能帮助您对显示卡有一个感性上的新认识，下一章，我们将从显卡的技术层面开始，让您彻底掌握显卡的里里外外，敬请期待，下回分解！