显卡相关知识介绍

据统计,人们接触的信息 80%以上是视觉信息,一幕幕动人的场景,一幅幅 美丽的画面,勾画出了趣味横生的生活百态,描绘出了绚丽多姿的七彩世界。 也许您没注意，小小的电脑荧光屏,能够展现出阳光明媚风和日丽的春天、 骄阳似火绿树成荫的盛夏、天高气爽硕果累累的金秋和天寒地冻白雪皑皑的 隆冬。更有高科技的电脑制作，把我们带到了神奇美妙三维世界。 在一台电脑里,显示器是电脑和用户交互的一个关键的图文界面,五颜六 色的画面要怎么精彩就可以怎么精彩,要多么动人就可以多么动人。不过这都 需要显示卡给显示器发送显示信号、并控制显示器显示出绚丽的色彩,所以显 示卡和显示器都是电脑显示不可缺少的部件。 显示卡在多媒体技术和图形处理技术中越来越重要，一块好的显示卡可 以比主板还贵就说明了它的比重。目前“一板一卡”的流行配套方法也表明了 电脑设计者们对显示卡的重视。显示技术也不断在更新。 有关图形显示技术的术语 对图形专业术语了解得多一些,可以帮助我们更好地选择适合自己的图形 显示卡,下面是一些在谈及显示技术时常用到的名词术语。 图形加速卡中的述语 ◇颜色深度:用来描述图形卡一次能够显示多少种颜色。8 位颜色深度可 以显示 256 种颜色;16 位颜色深度可以显示 65536 种颜色;24 位颜色深度可以 显示 16M 种颜色。 ◇双口存储器:是一种带有两个端口的 RAM，图形数据可以直接从一个 端口进入而从另一个端口输出，从而从速度上获得额外的提升。 VRAM 和 WRAM 都是双口存储器。 ◇EDO VRAM:是一种更快速的 VRAM ◇RAMDAC:数模变换器,它是用来将 PC 能够处理的数字信息转变成显示 器可以用于显示的模拟信号。它的变换速度越快,你就可以得到更高的屏幕刷 新率。 ◇刷新率:屏幕每秒钟重绘的次数。屏幕刷新频率低于 55Hz 将会有闪烁 感,容易使人的眼睛产生疲劳。 ◇SGRAM:一种同步存储器,理论上可以使图形卡处理速度加倍。SDRAM 和 SGRAM,它们基本上是一样的,只是 SGRAM 具有一些图形增强方面的特性。 ◇视频插值：当你要放大一个视窗口时,除非你的图形卡使用了插值处理, 否则图象边缘会变成锯齿状。一般都希望在 X 轴和 Y 轴两个方向都能进行插 值。 3D 软件术语 ◇API：(应用程序编程接口)API 是用来使 3D 程序与 3D 图形加速卡进行 通讯的软件接口。为了使 3D 图形卡能用来加速 3D 游戏的执行,游戏的开发 应使用图形卡能够支持的 API。 ◇Direct3D:Microsoft 的 Direct3D 原希望成为一种所有的 3D 软件和 3D 图形卡都支持的标准。然而,由于 Direct3D 在性能方面不是尽如人意,所以游 戏开发商也经常使用那些针对特定 3D 图形卡的 API。 ◇OpenGL:它是一种专业的 API,在高端 CAD 软件中被广泛使用。软件开 发商正在考虑使用 OpenGL,而不是 Direct3D 来作为软件开发的 API。 3D 图像技术术语 ◇Alpha 混合:是一种颜色混合方法,它可以将两个重叠的纹理图像进行混 合,使其中的一个看起来是透明的。例如在一面绿色墙面上映出的激光束光焰 。 激光束的图像被一个黑盒子所包围,为了使激光束看起来更真实,黑色需要去 掉,墙面的绿色应该与光束的颜色进行混合。 ◇滤波:消除 3D 图像中的色块感,使图像看起来更平滑。 ◇雾化:当 3D 对象移动时,将 3D 对象与固定的颜色进行混合,使它看起来 像正在逐渐消失,或者正在从雾里,或黑暗中出现。 ◇MIP 映射:以几种不同的尺寸大小来保存一幅纹理图形,以适合对象的 不同尺寸。这一点对显示正在移动的纹理贴图对象很有帮助。若没有 MIP 映 射,当 3D 芯片压缩或者扩大纹理图形来适应对象尺寸大小的变化时,会在纹理 贴图对象的边缘有闪烁不定的感觉。有了 MIP 映射,就用不着太多的压缩处 理。图形加速芯片将根据对象的大小来快速地选择采用更大或更小的纹理图 形。 ◇透视校正:在不同角度和距离的情况下都能使纹理贴图 3D 对象看起来 更真实。 ◇纹理映射:将一个位图贴在 3D 对象表面上可以使对象看起来更真实,例 如在 Microsoft 的 Monster Truck Madness 游戏中,当你在场景中移动时,图形 卡会不断地将沙地位图贴在沙丘上,以使沙丘看起来更真实。 AGP(Accelerated Graphics Port)图形加速接口标准 AGP 是新一代显示卡接口技术，可大幅提高 3D 图形的显示能力。目前， 各大显示卡厂家已有大量 AGP 显示卡产品推出，带 AGP 接口的主板也已面 市。AGP 3D 显示卡正大量涌入显示卡市场。 虽然现在 PC 的图形处理能力越来越强，但要完成细致的大型 3D 图形描 绘，PC 平台的性能仍然有限，为了让 PC 的 3D 应用能力能同图形工作站一 较高低，Intel 公司开发了 AGP。推出 AGP 的主要目的就是要大幅提高主流 PC 的图形尤其是 3D 图形的显示能力。配合 Pentium II 的 DIB(双重独立总 线)技术以及 MMX 技术，AGP 将会成为新一代的商用电脑标准。 什么是 AGP 1.PCI 总线在 3D 应用中的局限 AGP 主要针对现在的 PCI 显示卡在处理动画和 3D 绘图时出现的数据传 输瓶颈情况，随着处理器速度越来越快，瓶颈情况还会更加严重，特别是在 3D 图像的情况下更明显。 在 3D 图形描绘中，储存在 PCI 显示卡上显示内存中的不仅有影像数据， 还有 Z 轴的距离数据，TextureData(纹理数据)及 Alpha 变换数据等。储存纹 理数据的显示内存容量越多越好。从整个系统来看，增加显示内存还不如增 加主内存划算，而且把纹理数据储存在主内存比储存在显示内存更可有效利 用内存。也就是说，当应用程序结束后，它所占用的主内存空间又可恢复， 纹理数据并不永远占用主内存的空间。 遗憾的是，当纹理数据从显示内存移到主内存时，数据传输的瓶颈也从 显示卡上的内存总线转移到了 PCI 总线上，而纹理数据传输量就将超过 100MB/sec，现有的 PCI 总线远远不能满足要求，因而就需像 AGP 这样可连 结主内存与显示卡的新接口。 2.AGP 的结构 AGP 的目的是以相对低价格来达到高性能 3D 图形的描绘功能，为此 Intel 对 PCI 再扩充了三项主要的规格而定义了 AGP： (1)数据读写操作的管道处理; (2)133MHz 的数据传输周期; (3)地址信号与数据信号分离。 AGP 的原理是把显示芯片独立设置在系统总线上面，把显示芯片直接同 芯片组的内存控制器电路相连。在这种“点对点”的连接中，还利用了时钟信 号的两边沿(即上升沿和下降沿)作数据传输，所以速度成倍提高。也由于采 用点对点连接方式，一个系统只能有一个 AGP，所以，AGP 不会取代 PCI 总 线。第一代 AGP 以 66MHz 的速度传送数据，是 PCI 总线的一倍;第二代 AGP 将可达 133MHz，足以满足用软件播放 DVD 光盘的要求。数据传输速度最高 可达 533MB/sec，约为目前 PCI 的 4 倍。PCI 同 AGP 比较如下表所示： PCI 同 AGP 的比较 PCI 总线 AGP 传输方式 同步 同步 内存优先存取 不支持 支持 数据线位宽 32 位 32 位 总线时钟 33MHz 66MHz 最高数据传输速度 133MB/sec 533MB/sec 可连接扩展卡数 最多有 5 个 1个 信号线数 49 65 3D 图形的成图处理需高显示芯片与显示内存间的数据传输速度。目前 ， 大多数显示卡都采用较快速的显示内存，但这样会提高显示卡的成本，折衷 的方法之一就是将纹理数据从显示内存移到主内存，因此可减少显示内存的 容量，从而降低显示卡的成本。 AGP 不 只 用 于 3D 图 形 ， 对 2D 图 形 也 同 样 有 效 。 由 于 显 示 卡 通 过 AGP、芯片组与主内存相连，提高了显示芯片与主内存间的数据传输速度， 让原需存入显示内存的纹理数据，现可直接存入主内存，这样可提高主内存 的内存总线使用效率，也提高了画面的更新速度及 ZBuffering(Z 缓冲)等数据 的传输速度，而且还减轻了 PCI 总线的负载，有利于其它 PCI 设备充分发挥 性能。要知道，在 PC98 规格中，ISA 总线已被取消，ISA 设备终将被淘汰， 所以，把占用了 PCI 总线大量带宽的显示卡移到 AGP 上是非常必要的步骤。 AGP 在影像数据的传输效果方面也有不错的表现。当 MPEG2 影像数据 经 CPU 解压时，需通过总线将影像数据写入显示内存，已解码全画面的 MPG2 影像数据，需以 15～20MB/sec 的速度传输。虽然 PCI 总线的实际数 据传输速度为 27～33MB/sec，但数据的传输如果搭配不当，则画面恐怕将 很不流畅。 目前，AGP 尚留有两项限制其发展的因素，其一是主内存的数据传输速 度。支持 AGP 的显示芯片在作 3D 图形描绘时需对主内存进行存取操作，因 此将增加主内存的内存总线流量，一般需要有 800MB/sec 以上的速度。但 目前主内存的数据传输速度大多在 200～300MB/sec，以这样的速度，即使 利用了 AGP 也无法作细致的 3D 图形描绘。为了达到 800MB/sec 的数据传输 速度就需有高速的 DRAM，如 100MHz 以上的 SDRAM、RDRAM 或其它如 SGRAM、VRAM 等。AGP 的另一个问题是显示卡的兼容性。 前景展望 AGP 是 开 放 的 规 格 ， 厂 家 不 需 付 出 专 利 费 。 目 前 ， 如 3Dfx、3Dlabs、ATI、CirrusLogic、Rendition、S3、Trident 等 3D 显示卡厂 商都已表明支持 AGP，而且已有部分原型产品推出。Intel 不仅已与微软签约， 还鼓励多家显示卡制造厂家采用 AGP。目前一些高性能的 PC 已率先采用。 因此，AGP 可在很短的时间内普及，Intel 公司认为，到 2000 年，90%的 PC 将配置 AGP 显示卡。 为发挥 AGP 的优点，微软已在其新版 Windows 98 及 Windows NT 5.0 中支持 AGP 功能，并且通过 DirectDraw API 为软件厂商提供编程接口。 配有 AGP 接口的主板已经面市，如精英、华硕、中凌等公司的最新主板， 采用支持 Pentium II 的 Intel 440LX、440BX 芯片组，而 VIA 等其它芯片组厂 商也推出了支持 AGP 的用于 Pentium 级 MMX CPU 的 Socket 7 主板的芯片 组。 AGP 接口的显示卡一律都是 3D 显示卡，采用 SDRAM 或者 RDRAM 等高 速显示内存，Trident 的 3D Image 985 和 875 都支持 AGP 并具有 TVOut 功 能。 从原型产品所看，采用 AGP 并不会大幅增加显示卡的成本，但功能却强 大 得 多 ， 例 如 Trident 的 3D Image 985 ， 除 了 芯 片 本 身 外 ， 还 有 一 颗 MPEG2 解压芯片用以播放 DVD 光盘，完全符合未来的多媒体电脑需要。 关于 AGP 技术的讨论 1.AGP 是提高图形/视频处理速度的“特效药” 上面已经谈到，在三维图形显示中,高速化的瓶颈是“图形纹理(Texture) 处 理 ” ， 它 需 要 以 100Mbps( 分 辨 率 为 640×480 点 ) ～ 150Mbps( 分 辨 率 为 800×600 点)的传输速率传送大量的位图(Bitmap)数据,而目前所有的 PCI 总线 的传输速率太低,不能满足传输速度的要求。 在 PC 机中,三维图形处理大体可分为“几何变换”和“绘制着色”处理。这两 种处理都由 CPU 承担,CPU 的负荷过重。为此,采用三维图形芯片代替 CPU 来 处理处理量很大的“绘制着色“。为了降低图形卡的成本,必须设法减小图形存 储器的容量,于是,把纹理数据存储在主存上。但在目前的系统中,主存和图形 存 储 器 间 是 用 PCI 总 线 连 接 的 , 它 的 最 大 传 输 速 率 为 133Mbps, 而 HDD、LAN、声卡等送往主存的数据都要通过 PCI 总线,而实际的传送速率远 低于 133Mbps。为此,推出了图形数据专用接口 AGP。 我们已经看到，AGP 把主存和图形存储器直接连结起来。AGP 总线宽为 32 位 , 时 钟 频 率 66MHz, 能 以 133MHz 工 作 , 最 高 传 输 速 率 可 高 达 533MBps。AGP 的首要目的是将纹理数据置于主存,以减少图形存储器的容 量,从而可以生产廉价、高性能的图形卡。AGP 不仅用于三维图像处理,而且 用于动画的再生处理。MPEG2 动画数据的解压处理需要约 30Mbps 的传输 速率,PCI 总线难以胜任,而 APG 则游刃有余。 在数据传输中采用 AGP 具有非凡的意义。现在的 PCI 总线是传输视频和 3D 图形数据的一个瓶颈。AGP 的传输速率为 533Mbps,是 PCI 的 4 倍。它很 有希望成为消除这一瓶颈的新一代总线。 PC 机 CPU 芯片的霸主 Intel 公司在“Graphics Controller’97”中宣称, 从 1997 年后将作为标准配置在 PC 中开始装备以下三种装置:与街头游戏机 旗鼓相当的 3D 图形绘图装置;用软件再生收录在 DVD-ROM 中的 MPEG2 视 频装置;符合 H.320/H.324 技术标准(ITU-T:国际电气联合会的电气通信标准化 部门)的电视会议装置,并主张用 AGP 和 MMX 来实现上述三种装置。与此相 应,与 X86 兼容的芯片生产厂商纷纷表示支持 MMX,图形控制芯片生产厂商也 都表示要适应 AGP。 MMX 是处理器内部的问题,而 AGP 会改变 PC 的体系结构。为了适应 AGP,必须重新设计图形控制芯片和内存/PCI 控制芯片组。 的确,AGP 是提高 3D 图形性能的“灵丹妙药”。但是,它必须设法在提高性 能的同时降低成本,以便能配置到普及价位的 PC 中。 遗憾的是,AGP 牺牲了通用性和扩展性。原因是在 AGP 上只能连接 3D 图 形控制芯片。PC 机虽然配置了 3D 装置所附带的图形、MPEG2 解压和视频 捕获等多媒体插板,但 AGP 的“受益者”却只有图形插板。因此,还不敢断言 AGP“是新一代总线的上佳选择”。 2.SGI“独辟蹊径”” SGI 公司提出了取代 AGP 的另一种方案。它于 1996 年 11 月推出了采用 先进的 UMA(Unified Memory Architecture,统一内存结构)的 O2 图形工作站。 O2 图形工作站是业界第一个采用统一内存结构的系统,它依*其 64 位 MIPS RISC 微处理器,将三维图形图像处理、视频、音频和压缩能力集成在一起,从 而在低价位上得到了超级性能。它冲破了传统的基于总线的数据传输障碍 ,使 得 CPU 图形图像处理和 I/O 之间均能以 2.1Gbps 的速度直接访问内存,并快 速的传递信息。 O2 图形工作站的着眼点是尽可能降低成本,提高性能。采用 UMA 技术, 使图形控制器、视频处理器等 4 种外围芯片及主处理器，可以共用主内存 (SDRAM)。一般情况下,若采用 UMA 装置,当多个外设的访问申请都集中于主 存时,则会导致性能下降。因此,在 O2 中,用宽 256 位、时钟频率为 66MHz 的 超高速总线(最大传输速度达 2.1Gbps)连接主内存,以抑制性能下降。 UMA 在 3D 图形绘制、视频再生、视频捕获等所有多媒体数据操作方面, 发挥着积极的作用。例如,3D 图形的性能很大程度上取决于内存容量和内存 存取性能,原因是处理图形要频繁地存取 Z 缓冲器和纹理数据区。据 Microsoft 测算,在 640×480 像素的流行的彩色表示模式中,使用采用二进制滤 波方式的纹理影射和 24 位的 Z 缓冲器绘制 3D 目标时,需要大约 30Mbps 的内