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157第8章 显卡与显示器多媒体和网络设备第7章 计算机显示系统是由显示器、显卡和显示驱动程序组成。屏幕画面的形成过程大致为：主机通过系统I/O总线将图像数据发送给显卡；显卡将这些数据暂存于显示缓存中并加以处理，再转换成模拟视频信号，同时形成同步信号，经VGA插座输出到显示器；显示器对输入的视频和同步信号进行处理，最终形成屏幕画面。 7.1 显卡显卡是主机与显示器之间的接口电路，又称显示适配器，PC机显示系统性能的高低主要由选用的显卡性能决定。显卡的作用是：在CPU 的控制下，将主机送来的显示数据转换为视频和同步信号送到显示器，再由显示器形成屏幕画面。目前，显卡大多自带图形处理芯片、高速大容量显示存储器等，有很强的图形图像处理能力，能实现三维图像加速、纹理过滤、存储各种图形元素并直接送到显示器等功能，有的显卡还支持双屏输出。显卡有独立显卡和板载显卡两种。独立显卡应用于高端配置，通过AGP插槽（或PCI Express 插槽）安装在主板上。板载显卡应用于低端配置，在制造主板时将图形芯片整合到主板上，工作中需要占用主机内存。 6.1.1 显卡的组成 一块显卡由GPU、显示内存、BIOS、VGA插座、总线接口、数模转换器等关键部分和一些贴片电阻、电容、稳压MOS管、扼流线圈、视频输出、以及实现某些特殊功能的处理芯片等辅助部分组成。一块典型的AGP 显卡的结构如图6-1所示。图6-1 显卡结构 1GPU GPU（Graphic Processing Unit）即图形处理芯片，是显卡的“心脏”，相当于计算机中CPU的作用。它决定了该显卡的档次和大部分性能，同时也是2D显卡和3D显卡的区别依据。2D显示芯片在处理3D图像和特效时主要依赖CPU的处理能力，称为“软加速”。3D显示芯片是将三维图像和特效处理功能集成在显示芯片内，称为“硬件加速”。显示芯片通常是显卡上最大的芯片（也是引脚最多的）。目前，显卡大多采用nVIDIA和ATI两家公司的图形处理芯片。nVIDIA 的主流型号有GeForce FX 5700LE、GeForce FX 5700、 ATI 的主流型号有Radeon 9550、GeForce FX 59xx 和最近发布的标志性芯片GeForce 6800。Radeon 9600、Radeon 9800 和最近发布的标志芯片Radeon X800。它们分别用于低、中、高端显卡。主流GPU的核心频率，搭配显存的主要参数如表6-1所示。 表6-1 GPU、显存的主要参数 型 号GeForce FX 5700LERadeon9550GeForce FX5700Radeon9600GeForce FX 59XXRadeon9800核心频率250MHz250 MHz425 MHz325 MHz475 MHz412 MHz显存位宽128Bit128Bit128Bit128Bit128Bit128Bit显存频率400MHz400MHz550MHz500MHz950MHz730MHz显存带宽6.4GB/s6.4GB/s8.8GB/s8GB/s30.4GB/s23.4GB/s2显示内存显示内存简称显存，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表现。可以说显示芯片决定了显卡所能提供的功能和其基本性能，而显卡性能的发挥则很大程度上取决于显存。无论显示芯片的性能如何出众，最终其性能都要通过配套的显存来发挥。显存，也被叫做帧缓存，它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同计算机的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面是由一个个的像素点构成的，而每个像素点都以4至32甚至64位的数据来控制它的亮度和色彩，这些数据必须通过显存来保存，再交由显示芯片和CPU调配，最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。作为显示卡的重要组成部分，显存一直随着显示芯片的发展而逐步改变着。从早期的EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM等到今天广泛采用的DDR SDRAM显存经历了很多代的进步。目前市场中所采用的显存类型主要有SDRAM，DDR SDRAM，DDR SGRAM三种。SDRAM颗粒目前主要应用在低端显卡上，频率一般不超过200MHz，在价格和性能上它比DDR都没有什么优势，因此逐渐被DDR取代。DDR SDRAM是市场中的主流，一方面是工艺的成熟，批量的生产导致成本下跌，使得它的价格便宜；另一方面它能提供较高的工作频率，带来优异的数据处理性能。至于DDR SGRAM，它是显卡厂商特别针对绘图者需求，为了加强图形的存取处理以及绘图控制效率，从同步动态随机存取内存（SDRAM）所改良而得的产品。SGRAM允许以方块 (Blocks) 为单位个别修改或者存取内存中的资料，它能够与中央处理器(CPU)同步工作，可以减少内存读取次数，增加绘图控制器的效率，尽管它稳定性不错，而且性能表现也很好，但是它的超频性能很差劲。FPM显存 :FPM DRAM（Fast Page Mode RAM）：快速页面模式内存。是一种在486时期被普遍应用的内存（也曾应用为显存）。72线、5V电压、带宽32bit、基本速度60ns以上。它的读取周期是从DRAM阵列中某一行的触发开始，然后移至内存地址所指位置，即包含所需要的数据。第一条信息必须被证实有效后存至系统，才能为下一个周期作好准备。这样就引入了“等待状态”，因为CPU必须傻傻的等待内存完成一个周期。FPM之所以被广泛应用，一个重要原因就是它是种标准而且安全的产品，而且很便宜。但其性能上的缺陷导致其不久就被EDO DRAM所取代，此种显存的显卡已不存在了。EDO显存:EDO（Extended Data Out）DRAM，与FPM相比EDO DRAM的速度要快5%，这是因为EDO内设置了一个逻辑电路，借此EDO可以在上一个内存数据读取结束前将下一个数据读入内存。设计为系统内存的EDODRAM原本是非常昂贵的，只是因为PC市场急需一种替代FPM DRAM的产品，所以被广泛应用在第五代PC上。EDO显存可以工作在75MHz或更高，但是其标准工作频率为66 MHz，不过其速度还是无法满足显示芯片的需要，也早成为“古董级”产品上才有的显存。SGRAM显存:SGRAM是Synchronous Graphics DRAM的缩写，意思是同步图形RAM是种专为显卡设计的显存，是一种图形读写能力较强的显存，由SDRAM改良而成。它改进了过去低效能显存传输率较低的缺点，为显示卡性能的提高创造了条件。SGRAM读写数据时不是一一读取，而是以“块”（Block）为单位，从而减少了内存整体读写的次数，提高了图形控制器的效率。但其设计制造成本较高，更多的是应用于当时较为高端的显卡。目前此类显存也已基本不被厂商采用，被DDR显存所取代。SDRAM显存:SDRAM，即Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天SDRAM仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”，那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格，而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度，比如PC100，那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。与系统总线速度同步，也就是与系统时钟同步，这样就避免了不必要的等待周期，减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用，因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM采用3.3伏工作电压，168Pin的DIMM接口，带宽为64位。SDRAM不仅应用在内存上，在显存上也较为常见。SDRAM可以与CPU同步工作，无等待周期，减少数据传输延迟。优点：价格低廉，曾在中低端显卡上得到了广泛的应用。SDRAM在DDR SDRAM成为主流之后，就风光不再，目前则只能在最低端的产品或旧货市场才能看到此类显存的产品了。DDR显存:DDR显存非为两种，一种是大家习惯上的DDR内存，严格的说DDR应该叫DDR SDRAM。另外一种则是DDR SGRAM，此类显存应用较少、不多见。DDR SDRAM人们习惯称DDR SDRAM为DDR。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR SDRAM是在SDRAM基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进，即可实现DDR内存的生产，可有效的降低成本。SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。与SDRAM相比：DDR运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行，又保持与CPU完全同步；DDR使用了DLL(Delay Locked Loop，延时锁定回路提供一个数据滤波信号)技术，当数据有效时，存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16次输出一次，并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDL本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准SDRA的两倍。DDR SDRAM是目前应用最为广泛的显存类型，90%以上的显卡都采用此类显存。DDR SGRAMDDR SGRAM是从SGRAM发展而来，同样也是在一个时钟周期内传输两次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。可以在不增加频率的情况下把数据传输率提高一倍。DDR SGRAM在性能上要强于DDR SDRAM，但其仍旧在成本上要高于DDR SDRAM，只在较少的产品上得到应用。而且其超频能力较弱，因其结构问题超频容易损坏。显存的性能指标主要有数据位宽和显存带宽。数据位宽指在一个时钟周期内能传送的Bit数，它是决定显存带宽的重要因素，与显卡性能息息相关。当显存种类相同并且工作频率一致时，数据位宽度越大，它的性能就越高。显存带宽的计算方法与内存带宽计算方法一样，但显存的工作频率高，计算出的带宽要比内存的带宽宽。在显卡工作过程中，Z缓冲器、帧缓冲器和纹理缓冲器会大幅占用显存带宽。在3D处理时，显存容量的重要性并不突出，相同显存带宽的显卡采用64MB和32MB显存容量在性能上区别不大，因为这时在显存带宽上。当碰到大量像素渲染工作时，显存带宽不足会造成数据传输堵塞，导致显示芯片等待而影响速度。在相同的工作频率下，64位显存的带宽只有128位显存的一半，此时，尽管显卡的显存容量相同，性能也会相差很大。3VGA BIOSVGA BIOS，主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，另外还存有显卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。打开计算机时，通过显示BIOS内的一段控制程序，将这些信息反馈到屏幕上。早期显示BIOS是固化在ROM中的，不可以修改，而现在的多数显卡则采用了大容量的FlashBIOS，可以通过专用的程序进行改写或升级。4数模转换器数模转换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拟信号。数模转换器的转换速率以MHz表示，它决定了刷新频率的高低（与显示器的“带宽”意义近似）。其工作速度越高，频带越宽，高分辨率时的画面质量越好。该数值决定了在足够的显存下，显卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024768的分辨率下达到85Hz的分辨率，数模转换器的速率至少是1024768851.344（折算系数）10690MHz。5AGP接口AGP接口是一种专用的显示接口，具有独占总线的特点，只有图像数据才能通过AGP端口。AGP是在1997年的秋季，Intel为应付PC处理3D图形中潜在的数据流瓶颈而提出的解决方案。当时三维图形技术发展正方兴未艾，快速更新换代的图形处理器开始越来越多地需要多边形和纹理数据来填充它，然而问题是数据的流量最终受制于PCI总线的上限。AGP总线的出现一下子解决了所有问题，它提供一个独占通道与系统芯片组打交道，完全脱离了PCI总线的束缚。AGP接口和PCI接口很容易区分，前者的引线（俗称“金手指”）上下宽度错开，后者的引线上下一般齐。6VGA插座主机所处理的信息最终都要输出到显示器上，显卡的VGA插座就是主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和同步信号，常用的15针D型插座，如图6-2所示。插座各针脚的输出信号为：针1是红色模拟视频信号R，针2是绿色模拟视频信号G，针3是蓝色模拟视频信号B，针6是红色模拟视频信号的地线，针7是绿色模拟视频信号的地线，针8是蓝色模拟视频信号的地线，针10是同步信号的地线，针11是系统地线，针13是行同步信号，针14是场同步信号，其他针脚未用。随着液晶显示器（LCD）使用增多，显卡上增加了用于连接LCD的输出接口（如图1-34中的灰色长插座）；用于连接电视机的S端子输出接口（如图1-34中的黑圆孔插座）。有的显卡还加上了用于接电视机的视频输出（TV输出）接口插座。图6-2 15针D型插座 6.1.2 显卡的重要性能指标 1刷新频率显卡的刷新频率指数模转换器（RAMDAC）向显示器传送信号，使其每秒刷新屏幕的次数。影响刷新频率的因素有两个：显卡每秒可产生的像素数目和显示器每秒能接收并显示的像素数目。刷新频率可分为56Hz120Hz等许多档次，目前规定的无闪烁刷新频率为85Hz。2分辨率显卡的分辨率指显卡在显示器上所能描绘的像素数目，数垂直行点数，如1024768。常用的典型分辨率有640480、800600、1024768、12801024、16001200等。 3色彩深度 显卡的色彩深度指显卡在一定分辨率下可以同屏显示的最大颜色数，可以直接用颜色表示（如16色、256色等），也可用代表颜色数的二进制位数来表示（如4位色、8位色等）。目前，色彩深度通常设定为16位色或24位色。当色彩深度设为24位色时，称之为真彩色，此时可显示16M种颜色。色彩深度的位数越多，同屏显示的颜色数就越多，图像质量越好，但需要显存容量也越大。6.1.3 主流显卡简介 目前，显卡的品牌繁多，使用时主要考虑GPU和显存颗粒。独立显卡的GPU可选择nVIDIA和ATI，显存颗粒可选择钰创，现代，三星，产品有铭瑄、耕升等。整合显卡可选择SiS、Intel等图形处理芯片，产品有华硕、微星等整合主板。6.2 电话调制解调器调制解调器的作用是将电脑中的数字信号转成电话线上的模拟信号（这个过程称为调制），载入到电话线路中的连续的载波频率上。也可以将电话线上的模拟信号转换成电脑中的数字信号（这个过程称为解调）。调制解调器除了数据传输和接收功能之外，还具有传真和语音功能。1调制解调器的种类 （1）内置式调制解调器和外置式调制解调器（图6-3） 内置式调制解调器 外置式调制解调器 图6-3内置式调制解调器和外置式调制解调器（2）PCMCIA卡式Modem （3）USB接口的Modem （4）机架式调制解调器 除此之外，Modem根据硬件构架、芯片的功能分类可分为软Modem 和硬Modem 两种，通常也把这两种Modem 称为软“猫”和硬“猫”。其中软“猫”的出发点是利用系统处理器强劲的运算能力，替代Modem 中DSP，如果Modem 具有数据泵和控制器芯片，那么它就属于硬“猫”，这种性能最好。 2Modem的选购 （1）高速的联机速率 当前市场以56Kbps的产品为主（2）选择主流芯片 Rockwell、TI和ESS芯片（3）对V.90协议和其他协议的支持 V90协议的支持是衡量56K Modem产品的重要标准3结合实际情况决定调制解调器的类型 外置Modem有着连接简单，安装方便，不占用任何中断的优点，内置卡式不占空间且价格便宜，但安装设置要复杂一些 4良好的升级性 驱动程序的升级和Fireware（固件）的升级 5其他 工艺制差和元件、良好的售后服务、合理的保换保修期等，总之应考虑到：（1）结合实际情况决定调直接调器的类型，是选购外置式还是内置式。（2）在选择产品时，一般较理想的品牌有联想、实达、创新、3COM等。（3）了解解调ISP所能支持的协议，56K连接协议有V.90及 K56两种，挑选时要注意。（4）在看清楚是HSF还是HCF之后，才能购买。（5）是否有入网许可证，调制解调器一律都要有国家信息产业部的入网许可证。6.3 ADSL Modem1ADSL概述（1）ADSL的发展状况ADSL的全称是Asymmetric Digital Subscriber Line，即“非对称数字用户线路”。它以现有普通电话线为传输介质，能够在普通电话线，即铜双绞线上提供高达8Mbit/s的高速下行速率，而且上行速率有1Mbit/s，传输距离则达到 3000m5000m。 语音与调制信号分离，不影响通话。（2）ADSL原理与标准ADSL利用其特有的调制解调硬件在铜质电话线上创建了三个信道，该管道具有一个高速下传信道（到用户端），一个中速双工信道和一个POTS信道（4KHz），POTS信道用以保证即使ADSL连接失败了，标准语音通信仍能正常运转。高速和中速信道均可以复用以创建多个低速通道。（3）ADSL的调制解调技术目前被广泛应用的ADSL调制解调技术标准有两种：抑制载波幅度和相位技术（carrier-less amplitude and phase，CAP）和离散多音复用技术（discrete multimode，DMT），除此之外还有一项被宣传为“不分离(splitterless)”技术标准G.lite。（4）ADSL的接入方式 专线入网方式：用户拥有固定的静态IP地址，24小时在线。 虚拟拨号入网方式：并非是真正的电话拨号，而是用户输入账号、密码，通过身份验证，获得一个动态的IP地址，可以掌握上网的主动性。（5）ADSL的安装ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装。在局端方面，由服务商将用户原有的电话线中串接入ADSL局端设备，只需2、3分钟；一般用户只需安装用户端ADSL Modem。2ADSL Modem的选购（1）ADSL Modem的类型l 外置的ADSL Modem安装设置使用较为方便，但价格稍贵，需多加一张网卡。l 内置PCI接口的ADSL Modem具备价格便宜，不占外部空间等特点l USB接口的优点是安装使用方便，支持热插拔，接口速度较快等特点（2）ADSL Modem的选购 名牌的Modem做工肯定要好于假冒品或其它杂牌的Modem。 ADSL Modem的产品包装也是判别一款产品真伪的重要手段。 在交款前讲清并在购货单上注明产品的型号规格包换包修事宜。（3）ADSL Modem的主流产品 3Com U.S.Robotics ADSL调制解调器 3Com Home Connect ADSL Modem PCI 力宜PCI2000型ADSL Modem 力宜E2000型外置式ADSL Modem 联想ADSL Modem 阿尔卡特SPEED TOUCHTM HOME ADSL Modem 6.4 网卡1网卡概述（1）网卡的概念 网卡又称网络适配器或网络接口卡（NIC），英文名Network Interface Card。网卡是网上设备（如服务器、工作站）到网络传输介质（媒体）的通信枢纽，是完成网络数据传输的关键部件。（2）网卡的基本功能 网卡实现工作站与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，接收和执行工作站与服务器送来的各种控制命令，完成物理层的功能。 网卡实现局域网数据链路层的一部分功能，包括网络存取控制，信息帧的发送与接收，差错校验，串并代码转换等。 实现无盘工作站的复位及引导。 网卡提供数据缓存能力。 网卡还能实现某些接口功能。（3）网卡的组成 主控制编码芯片。 调控元件 BootROM插槽 指示灯（4）网卡的工作原理 与宿主(计算机)通讯 数据缓存 数据帧的格式化 并行数据串行数据转换 数据调制编码和解码 网线通讯 信号握手 数据传送和接收。（5）网卡的基本参数 网卡号 中断号（IRQ） 基本输入输出地址(I/O) DMA通道（6）网线简介网线的种类有双绞线、同轴电缆和光缆3 种l 双绞线由许多对线组成的数据传输线，双绞线有STP（Shielded Twisted Pair，屏蔽双绞线）和UTP（Unshielded Twisted Paired，非屏蔽双绞线）两种，常用的是UTP。 l 同轴电缆是由一层层的绝缘线包裹着中央铜导体的电缆线。它的特点是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用，如闭路电视线等。l 光缆是目前最先进的网线，电磁干扰能力强、保 密性好、传输速度快等优势，所以光纤一般用在主干网中，其造价比较昂贵。2网卡的分类 在这里只讨论以太网网卡 （1）按网卡的应用领域分类 服务器专用网卡 服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，它在网卡上采用了专用的控制芯片，大量的工作由这些芯片直接完成，从而减轻了服务器CPU的工作负荷。 普通工作站网卡 平时在市面上所买到的多为一些适合于普通计算机使用的网卡，这些网卡在PC机上是通用的，也称之为“兼容网卡”。 （2）按传输速率分类按其传输速率（即其支持的带宽）网卡可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡以及千兆网卡。（3）按主板上的总线类型分类按主板上的总线类型分类，网卡可划分为ELSA、ISA、PCI、专门应用于笔记本计算机的PCMCIA网卡和USB五种。（4）按端口的类型和数量分按与传输介质相连接的端口类型分，有RJ-45端口（图11.3，使用双绞线）网卡、AUI端口（粗缆）网卡、BNC端口（图11.4，使用细缆）网卡和光纤端口网卡。如下图所示。 图11.3 RJ-45端口 图11.4 BNC端口3无线网卡与WLAN （1）无线网卡 目前无线以太网的主要产品有802.11b、802.11b+和802.11a。802.11b工作在2.4G频段上，提供1M、2M、5.5M和11M的自适应速率，用户的实际最高速率可达5M。其无线传输距离可达50至100米。 无线网卡主要分为PCMCIA、PCI和USB无线网卡三种类型。 （2）无线网桥 无线网桥也称无线网关、无线接入点或无线AP（Access Point），其作用类似于以太网中的集线器，无线AP基本上都拥有一个以太网接口，用于实现无线与有线的连接。（3）无线天线 当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益。 4网卡的选购 （1）网卡的材质和制作工艺（2）选择恰当的品牌（3）根据网络类型选择网卡 端口类型 传输速率 支持全双工 总线接口 支持远程唤醒 支持远程引导（4）鉴别网卡的质量 优质网卡的电路板一般采用喷锡板，网卡板材为白色，而劣质网卡为黄色。 采用优质的主控制芯片。 大部分采用SMT贴片式元件。 镀钛金的金手指。6.5 集线器集线器（HUB）是对网络进行集中管理的重要设备。如同树的主干，它是各分枝的汇集点。集线器是一个共享设备，实质上是一个中继器，中继器的主要功能是，对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络中信号的传输距离。 1线器概述 （1）集线器的分类 按速度分类 目前市场上用于小型局域网的集线器可分为10M， 100M和10M100M自适应三个类型 按配置形式分类 集线器可分为独立型集线器、模块化集线器以及可堆叠式集线器3大类。 按管理方式分类 根据管理方式的不同，集线器可分为智能型和非智能型两类。 按端口数目分类 端口数目的多少一般可分为8端口、16端口和24端口等 （2）集线器的特点 集线器的功能是随机选出局域网中某一端口的设备，并让它独占局域网的全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行通信。 集线器只是一个多端口的信号放大设备。 集线器只与它的上联设备（如上层集线器、交换机或服务器）进行通信。 2集线器工作原理 集线器实质上是一个多口的中继器，工作在OSI参考模型的最低层物理层。其工作原理可以简单归结为：接收某个端口上发送过来的数据；将收到的数据信号放大，还原经过网线中“旅行”后衰减了的信号；把这个信号发送到所有其他端口。集线器不检测信号类型和正确与否，如同一个扩音器。 6.6 交