显卡知识培训ppt课件

显卡知识培训 坤成科技 显卡知识培训 概念术语种类其他附一附二 1 0 计算机的组成 原理和构成 硬件 软件 1 1 硬件 计算机系统中所使用的电子线路和物理设备 是看得见 摸得着的实体 如中央处理器 CPU 存储器 外部设备 I O设备 总线等 1 存储器 主要功能是存放程序和数据 2 中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序 逐条地执行程序所指定的操作 3 外部设备是用户与机器之间的桥梁 2 0 显示卡的概念 显示接口卡 Videocard Graphicscard 又称为显示适配器 videoadapter 个人电脑最基本组成部分之一 显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动显示器 并向显示器提供行扫描信号 控制显示器的正确显示 是连接显示器和个人电脑主板的重要元件 是 人机对话 的重要设备之一 2 0 显示卡的概念 显卡是插在主板上的扩展槽里的 现在一般是PCI E或AGP插槽 它主要负责把主机向显示器发出的显示信号转化为一般电信号 使得显示器能明白个人电脑在让它干什么 显卡的主要芯片叫 显示芯片 Videochipset 也叫GPU或VPU 图形处理器或视觉处理器 是显卡的主要处理单元 显卡上也有和电脑内存相似的存储器 称为 显示内存 简称显存 2 0 显示卡的概念 早期的显卡只是单纯意义的显卡 只起到信号转换的作用 目前我们一般使用的显卡都带有3D画面运算和图形加速功能 所以也叫做 图形加速卡 或 3D加速卡 2 1 显示卡的构成 显卡通常由总线接口 PCB板 显示芯片 GPU 显存 RAMDAC VGABIOS VGA功能插针 VGA插座及其他外围元件构成 现在的显卡大多还具有DVI显示器插头及S video端子插头 2 1 显卡的主要构成和参数 显示芯片 型号 版本级别 开发代号 制造工艺 核心频率 显存 类型 位宽 容量 封装类型 速度 频率 技术 象素渲染管线 顶点着色引擎数 3DAPI RAMDAC频率及支持MAX分辨率 PCB板 PCB层数 显卡接口 输出接口 散热装置 3 0 显示芯片 厂商型号版本级别开发代号制造工艺核心频率 3 0 显示芯片 显示芯片 GPU 全称是GraphicProcessingUnit 中文翻译为 图形处理器 NVIDIA公司在发布GeForce256图形处理芯片时首先提出的概念 GPU使显卡减少了对CPU的依赖 并进行部分原本CPU的工作 尤其是在3D图形处理时 GPU所采用的核心技术有硬件T l 立方环境材质贴图和顶点混合 纹理压缩和凹凸映射贴图 双重纹理四像素256位渲染引擎等 而硬件T l技术可以说是GPU的标志 3 0 显示芯片 GPU 显卡处理器 就相当于显卡的心脏 就像CPU是计算机的头脑一样 因为GPU是安装在散热器后 所以你不太能看到它 一般来说 显处理器是显卡上体积最大 温度最高的零件 GPU是显卡最重要的部分 显处理器所拥有的硬设备是整个计算机系统设备的缩影 如它拥有像素着色单元 pixelshaders 顶点着色单元 vertexshaders 管线和时脉速率零组件等 唯一一个值得我们注意的地方就是显卡内存 它是个必须与GPU携手合作 来协助传送高频宽讯号 如3D 的装置 3 1 芯片厂商 先简要介绍一下常见的生产显示芯片的厂商 Intel ATI nVidia VIA S3 SIS Matrox 3DLabs Intel VIA S3 SIS主要生产集成芯片 ATI nVidia以独立芯片为主 是目前市场上的主流 但由于ATi现在已经被AMD收购 以后是否会继续出独立显示芯片很难说了 Matrox 3DLabs则主要面向专业图形市场 由于ATI和nVidia基本占据了主流显卡市场 下面主要将主要针对这两家公司的产品做介绍 3dfx nVIDIA ATI MGA S3各自风格 3dfx nVIDIA ATI MGA S3的各自风格 3dfx 贡献 电脑游戏3D技术的发源地作风 够用就好 适当的价钱给于平均的性能 设计 画质和填充率为先 三角形生成其次 新技术最後 驱动 很不错 更新速度一般 表现 不去考虑种种限制 你会发觉他能在绝大多数游戏上给你出色的表现 优势 3dfx独有的api和清淡的3d风格给你舒坦的享受 兼容性良好 劣势 对3d新技术的支持总是迟人一步 评价 不会让你后悔 相信3dfx没错的 结果 被nVIDIA收购 等待东山再起 3dfx nVIDIA ATI MGA S3的各自风格 nVIDIA 贡献 让别人知道什么叫把握时机 然後 我踩我踩我踩踩踩 把别人踩在脚下爬上去 作风 你的就是我的 MGA 3dfx主设计师都给挖走 设计 速度高于一切 别的靠边站 硬件部没设计的有驱动部门给补上 驱动 非常不错 更新速度胜过Winamp 表现 最好你的显示器刷新速度够快 带宽够大 否则你怎么能看到nVIDIA的优势 优势 快 快 快 兼容性良好 劣势 除了快别的并不出挑 千万别用nVIDIA的芯片回放VCD DVD 不听者通知我一声 我到你家窗下时打电话给你 评价 有人欢喜有人愁 作风不敢苟同 结果 天上地下唯nVIDIA独尊 你以为你是intel 小心下台 3dfx nVIDIA ATI MGA S3的各自风格 ATI 贡献 默默无闻贡献的老一辈显卡厂商作风 与世无争 老虎不发威你当我是病猫 设计 在速度和画质中取一个平衡点 加上所能研发的新技术 驱动 不错 更新速度较慢 表现 没有兴奋也没有失望 等新的游戏来支持还未支持的效果把 优势 该有的都有 32bit三维渲染异常出色 VCD DVD回放异常出色 板卡做工 用料一流 劣势 欠缺速度 驱动更新稍快更好 评价 多用点时间体会 别太早给ATI下定论 售后服务一流 最大的显卡OEM厂商 不愁没有销路 结果 最後两个能和nVIDIA这个暴发户叫板的老牌公司之一 3dfx nVIDIA ATI MGA S3的各自风格 MGA 贡献 MGA的2d技术有口皆碑 作风 曾经辉煌过 不鸣则已 一鸣惊人 设计 画质重于一切 你还找不到更好的 驱动 反复无常 出了OpenGLICD以后表现良好 更新速度较慢 表现 不管2d还是3d MGA的画面就是样板 优势 完美的2d表现加上完美的3d 加上出色的作工和用料 劣势 3d稍慢 销售环节稍弱 研发稍慢 评价 如果你不在乎速度 那么你还等什么 结果 最後两个能和nVIDIA这个暴发户叫板的老牌公司之一 3dfx nVIDIA ATI MGA S3的各自风格 S3 贡献 我们穷人的S3 曾经辉煌一时 作风 给你最廉价的显示系统解决方案 设计 技术重于一切 速度和画质只能尽力而为 驱动 差 更新速度较快 Diamond出色的驱动部门也帮不上忙 表现 在S3的价钱来看 他的表现还不算无法忍受 优势 新技术 出色的VCD DVD回放以及便宜的价格 劣势 3d慢 3d兼容性差 OpenGLICD不敢恭维 评价 如果你有钱 就不用试了 指现在的S3 结果 效仿intel砍掉最擅长的部门 依靠Diamond的多媒体寻找出路 3 1 芯片型号 ATi公司的主要品牌Radeon 镭 系列 其型号由早其的RadeonXpress200到Radeon X300 X550 X600 X700 X800 X850 到近期的Radeon X1300 X1600 X1800 X1900 X1950 性能依次由低到高 nVIDIA公司的主要品牌GeForce系列 其型号由早其的GeForce256 GeForce2 100 200 400 GeForce3 200 500 GeForce4 420 440 460 4000 4200 4400 4600 4800 到GeForceFX 5200 5500 5600 5700 5800 5900 5950 GeForce 6100 6150 6200 6400 6500 6600 6800 再到近其的GeForce 7300 7600 7800 7900 7950 性能依次由低到高 3 2 芯片版本 ATi SE SimplifyEdition简化版 通常只有64bit内存界面 或者是像素流水线数量减少 Pro ProfessionalEdition专业版 高频版 一般比标版在管线数量 顶点数量还有频率这些方面都要稍微高一点 XT eXTreme高端版 是ATi系列中高端的 而nVIDIA用作低端型号 XTPE eXTremePremiumEditionXT白金版 高端的型号 XL eXtremeLimited高端系列中的较低端型号 ATI最新推出的R430中的高频版XTX XTeXtreme高端版 X1000系列发布之后的新的命名规则 CE CrossfireEdition交叉火力版 交叉火力 VIVO VIDEOINandVIDEOOUT 指显卡同时具备视频输入与视频捕捉两大功能 HM HyperMemory 可以占用内存的显卡 3 2 芯片版本 nVIDIA ZT在XT基础上再次降频以降低价格 XT降频版 而在ATi中表示最高端 LE LowerEdition低端版 和XT基本一样 ATi也用过 MX平价版 大众类 GTS GS低频版 GE比GS稍强点 其实就是超了频的GS GT高频版 比GS高一个档次因为GT没有缩减管线和顶点单元 GTO比GT稍强点 有点汽车中GTO的味道 Ultra在GF7系列之前代表着最高端 但7系列最高端的命名就改为GTX GTX GTeXtreme 加强版 降频或者缩减流水管道后成为GT 再继续缩水成为GS版本 GT2双GPU显卡 TI Titanium钛 一般就是代表了nVidia的高端版本 Go多用于移动平台 TC TurboCache 可以占用内存的显卡 等效 3 3 开发代号 开发代号就是显示芯片制造商为了便于显示芯片在设计 生产 销售方面的管理和驱动架构的统一而对一个系列的显示芯片给出的相应的基本的代号 开发代号作用是降低显示芯片制造商的成本 丰富产品线以及实现驱动程序的统一 3 3 开发代号 一般来说 显示芯片制造商可以利用一个基本开发代号再通过控制渲染管线数量 顶点着色单元数量 显存类型 显存位宽 核心和显存频率 所支持的技术特性等方面来衍生出一系列的显示芯片来满足不同的性能 价格 市场等不同的定位 还可以把制造过程中具有部分瑕疵的高端显示芯片产品通过屏蔽管线等方法处理成为完全合格的相应低端的显示芯片产品出售 从而大幅度降低设计和制造的难度和成本 丰富自己的产品线 同一种开发代号的显示芯片可以使用相同的驱动程序 这为显示芯片制造商编写驱动程序以及消费者使用显卡都提供了方便 3 3 开发代号 同一种开发代号的显示芯片的渲染架构以及所支持的技术特性是基本上相同的 而且所采用的制程也相同 所以开发代号是判断显卡性能和档次的重要参数 同一类型号的不同版本可以是一个代号 例如 GeForce X700 X700Pro X700XT 代号都是RV410 而Radeon X1900 X1900XT X1900XTX 代号都是R580等 但也有其他的情况 如 GeForce 7300LE 7300GS 代号是G72 而GeForce 7300GT 7600GS 7600GT 代号都是G73等 3 4 制造工艺 制造工艺指得是在生产GPU过程中 要进行加工各种电路和电子元件 制造导线连接各个元器件 通常其生产的精度以um 微米 来表示 未来有向nm 纳米 发展的趋势 1mm 1000um1um 1000nm 精度越高 生产工艺越先进 在同样的材料中可以制造更多的电子元件 连接线也越细 提高芯片的集成度 芯片的功耗也越小 扩展 制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离 制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展 密度愈高的IC电路设计 意味着在同样大小面积的IC中 可以拥有密度更高 功能更复杂的电路设计 微电子技术的发展与进步 主要是靠工艺技术的不断改进 使得器件的特征尺寸不断缩小 从而集成度不断提高 功耗降低 器件性能得到提高 芯片制造工艺在1995年以后 从0 5微米 0 35微米 0 25微米 0 18微米 0 15微米 0 13微米 再到目前主流的90纳米 0 09纳米 65纳米等 3 5 核心频率 显卡的核心频率是指显示核心的工作频率 其工作频率在一定程度上可以反映出显示核心的性能 但显卡的性能是由核心频率 显存 像素管线 像素填充率等等多方面的情况所决定的 因此在显示核心不同的情况下 核心频率高并不代表此显卡性能强劲 比如9600PRO的核心频率达到了400MHz 要比9800PRO的380MHz高 但在性能上9800PRO绝对要强于9600PRO 在同样级别的芯片中 核心频率高的则性能要强一些 提高核心频率就是显卡超频的方法之一 显示芯片主流的只有ATI和NVIDIA两家 两家都提供显示核心给第三方的厂商 在同样的显示核心下 部分厂商会适当提高其产品的显示核心频率 使其工作在高于显示核心固定的频率上以达到更高的性能 4 0 显存 类型位宽容量封装类型速度频率 4 1 类型 目前市场中所采用的显存类型主要有SDRAM DDRSDRAM DDRSGRAM三种 目前市场上的主流是DDR2和DDR3 4 1 类型 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 DDRSDRAM是DoubleDataRateSDRAM的缩写 双倍数据速率 它能提供较高的工作频率 带来优异的数据处理性能 4 1 类型 DDRSGRAM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 4 2 显存位宽 显存位宽是显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数 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 目前市场上的显存位宽有64位 128位 256位和512位几种 人们习惯上叫的64位显卡 128位显卡和256位显卡就是指其相应的显存位宽 显存位宽越高 性能越好价格也就越高 因此512位宽的显存更多应用于高端显卡 而主流显卡基本都采用128和256位显存 4 2 显存位宽 显存带宽 显存频率X显存位宽 8 在显存频率相当的情况下 显存位宽将决定显存带宽的大小 例如 同样显存频率为500MHz的128位和256位显存 那么它俩的显存带宽将分别为 128位 500MHz 128 8 8GB s 而256位 500MHz 256 8 16GB s 是128位的2倍 可见显存位宽在显存数据中的重要性 显卡的显存是由一块块的显存芯片构成的 显存总位宽同样也是由显存颗粒的位宽组成 显存位宽 显存颗粒位宽 显存颗粒数 显存颗粒上都带有相关厂家的内存编号 可以去网上查找其编号 就能了解其位宽 再乘以显存颗粒数 就能得到显卡的位宽 4 3 显存容量 容量越大 存的东西就越多 也就越好 目前主流的显存容量 64MB 128MB 256MB 512MB等 4 4 显存封装类型 TSOP ThinSmallOut LinePackage 薄型小尺寸封装QFP QuadFlatPackage 小型方块平面封装MicroBGA MicroBallGridArray 微型球闸阵列封装 又称FBGA Fine pitchBallGridArray 目前的主流显卡基本上是用TSOP和MBGA封装 其中又以TSOP封装居多 4 5 显存速度 显存速度一般以ns 纳秒 为单位 常见的显存速度有7ns 6ns 5 5ns 5ns 4ns 3 6ns 2 8ns 2 2ns 1 1ns等 越小表示速度越快 越好 显存的理论工作频率计算公式是 额定工作频率 MHz 1000 显存速度 n 因显存类型不同而不同 如果是SDRAM显存 则n 1 DDR显存则n 2 DDRII显存则n 4 4 6 显存频率 显存频率一定程度上反应着该显存的速度 以MHz 兆赫兹 为单位 显存频率随着显存的类型 性能的不同而不同 SDRAM显存一般都工作在较低的频率上 一般就是133MHz和166MHz 此种频率早已无法满足现在显卡的需求 DDRSDRAM显存则能提供较高的显存频率 因此是目前采用最为广泛的显存类型 目前无论中 低端显卡 还是高端显卡大部分都采用DDRSDRAM 其所能提供的显存频率也差异很大 主要有400MHz 500MHz 600MHz 650MHz等 高端产品中还有800MHz或900MHz 乃至更高 显存频率与显存时钟周期是相关的 二者成倒数关系 也就是显存频率 1 显存时钟周期 如果是SDRAM显存 其时钟周期为6ns 那么它的显存频率就为1 6ns 166MHz 而对于DDRSDRAM 其时钟周期为6ns 那么它的显存频率就为1 6ns 166MHz 但要了解的是这是DDRSDRAM的实际频率 而不是我们平时所说的DDR显存频率 因为DDR在时钟上升期和下降期都进行数据传输 其一个周期传输两次数据 相当于SDRAM频率的二倍 习惯上称呼的DDR频率是其等效频率 是在其实际工作频率上乘以2 就得到了等效频率 因此6ns的DDR显存 其显存频率为1 6ns 2 333MHz 但要明白的是显卡制造时 厂商设定了显存实际工作频率 而实际工作频率不一定等于显存最大频率 此类情况现在较为常见 如显存最大能工作在650MHz 而制造时显卡工作频率被设定为550MHz 此时显存就存在一定的超频空间 这也就是目前厂商惯用的方法 显卡以超频为卖点 5 0 显卡技术 象素渲染管线顶点着色引擎数3DAPIRAMDAC频率及支持MAX分辨率 5 1 象素渲染管线 渲染管线也称为渲染流水线 是显示芯片内部处理图形信号相互独立的的并行处理单元 渲染管线是为了提高显卡的工作能力和效率 渲染管线的数量一般是以 像素渲染流水线的数量 每管线的纹理单元数量 来表示 例子 GeForce6800Ultra的渲染管线是16 1 就表示其具有16条像素渲染流水线 每管线具有1个纹理单元 GeForce4MX440的渲染管线是2 2 就表示其具有2条像素渲染流水线 每管线具有2个纹理单元等等 其余表示方式以此类推 返回 5 1 象素渲染管线 渲染管线的数量是决定显示芯片性能和档次的最重要的参数之一 在相同的显卡核心频率下 更多的渲染管线也就意味着更大的像素填充率和纹理填充率 从显卡的渲染管线数量上可以大致判断出显卡的性能高低档次 但显卡性能并不仅仅只是取决于渲染管线的数量 同时还取决于显示核心架构 渲染管线的的执行效率 顶点着色单元的数量以及显卡的核心频率和显存频率等等方面 一般来说在相同的显示核心架构下 渲染管线越多也就意味着性能越高 例 例如16 1架构的GeForce6800GT其性能要强于12 1架构的GeForce6800 就象工厂里的采用相同技术的2条生产流水线的生产能力和效率要强于1条生产流水线那样 而在不同的显示核心架构下 渲染管线的数量多就并不意味着性能更好 例如4 2架构的GeForce2GTS其性能就不如2 2架构的GeForce4MX440 就象工厂里的采用了先进技术的1条流水线的生产能力和效率反而还要强于只采用了老技术的2条生产流水线那样 返回 5 2 顶点着色引擎数 顶点着色引擎 VertexShader 也称为顶点遮蔽器 根据官方规格 顶点着色引擎是一种增加各式特效在3D场影中的处理单元 顶点着色引擎的可程式化特性允许开发者靠加载新的软件指令来调整各式的特效 每一个顶点将被各种的数据变素清楚地定义 至少包括每一顶点的x y z坐标 每一点顶点可能包函的数据有颜色 最初的径路 材质 光线特征等 顶点着色引擎数越多速度越快 5 3 3DAPI API是ApplicationProgrammingInterface的缩写 是应用程序接口的意思 而3DAPI则是指显卡与应用程序直接的接口 5 3 3DAPI 3DAPI能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序 从而让API自动和硬件的驱动程序沟通 启动3D芯片内强大的3D图形处理功能 从而大幅度地提高了3D程序的设计效率 如果没有3DAPI在开发程序时 程序员必须要了解全部的显卡特性 才能编写出与显卡完全匹配的程序 发挥出全部的显卡性能 而有了3DAPI这个显卡与软件直接的接口 程序员只需要编写符合接口的程序代码 就可以充分发挥显卡的不必再去了解硬件的具体性能和参数 这样就大大简化了程序开发的效率 同样 显示芯片厂商根据标准来设计自己的硬件产品 以达到在API调用硬件资源时最优化 获得更好的性能 有了3DAPI 便可实现不同厂家的硬件 软件最大范围兼容 比如在最能体现3DAPI的游戏方面 游戏设计人员设计时 不必去考虑具体某款显卡的特性 而只是按照3DAPI的接口标准来开发游戏 当游戏运行时则直接通过3DAPI来调用显卡的硬件资源 5 3 3DAPI 目前个人电脑中主要应用的3DAPI有 DirectX和OpenGL OpenGL OpenGL是个专业的3D程序接口 是一个功能强大 调用方便的底层3D图形库 OpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站开发的IRISGL IRISGL是一个工业标准的3D图形软件接口 功能虽然强大但是移植性不好 于是SGI公司便在IRISGL的基础上开发了OpenGL OpenGL的英文全称是 OpenGraphicsLibrary 顾名思义 OpenGL便是 开放的图形程序接口 虽然DirectX在家用市场全面领先 但在专业高端绘图领域 OpenGL是不能被取代的主角 OpenGL OpenGL是个与 硬件无关的软件接口 可以在不同的平台如Windows95 WindowsNT Unix Linux MacOS OS 2之间进行移植 因此 支持OpenGL的软件具有很好的移植性 可以获得非常广泛的应用 由于OpenGL是3D图形的底层图形库 没有提供几何实体图元 不能直接用以描述场景 但是 通过一些转换程序 可以很方便地将AutoCAD 3DS等3D图形设计软件制作的DFX和3DS模型文件转换成OpenGL的顶点数组 OpenGL 在OpenGL的基础上还有OpenInventor Cosmo3D Optimizer等多种高级图形库 适应不同应用 其中 OpenInventor应用最为广泛 该软件是基于OpenGL面向对象的工具包 提供创建交互式3D图形应用程序的对象和方法 提供了预定义的对象和用于交互的事件处理模块 创建和编辑3D场景的高级应用程序单元 有打印对象和用其它图形格式交换数据的能力 OpenGL OpenGL的发展一直处于一种较为迟缓的态势 每次版本的提高新增的技术很少 大多只是对其中部分做出修改和完善 1992年7月 SGI公司发布了OpenGL的1 0版本 随后又与微软公司共同开发了WindowsNT版本的OpenGL 从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型3D图形处理软件也可以在微机上运用 1995年OpenGL的1 1版本面市 该版本比1 0的性能有许多提高 并加入了一些新的功能 其中包括改进打印机支持 在增强元文件中包含OpenGL的调用 顶点数组的新特性 提高顶点位置 法线 颜色 色彩指数 纹理坐标 多边形边缘标识的传输速度 引入了新的纹理特性等等 OpenGL1 5又新增了 OpenGLShadingLanguage 该语言是 OpenGL2 0 的底核 用于着色对象 顶点着色以及片断着色技术的扩展功能 OpenGL OpenGL2 0标准的主要制订者并非原来的SGI 而是逐渐在ARB中占据主动地位的3Dlabs 2 0版本首先要做的是与旧版本之间的完整兼容性 同时在顶点与像素及内存管理上与DirectX共同合作以维持均势 OpenGL2 0将由OpenGL1 3的现有功能加上与之完全兼容的新功能所组成 如图一 借此可以对在ARB停滞不前时代各家推出的各种纠缠不清的扩展指令集做一次彻底的精简 此外 硬件可编程能力的实现也提供了一个更好的方法以整合现有的扩展指令 OpenGL 目前 随着DirectX的不断发展和完善 OpenGL的优势逐渐丧失 至今虽然已有3Dlabs提倡开发的2 0版本面世 在其中加入了很多类似于DirectX中可编程单元的设计 但厂商的用户的认知程度并不高 未来的OpenGL发展前景迷茫 返回 DirectX DirectX并不是一个单纯的图形API 它是由微软公司开发的用途广泛的API 它包含有DirectGraphics Direct3D DirectDraw DirectInput DirectPlay DirectSound DirectShow DirectSetup DirectMediaObjects等多个组件 它提供了一整套的多媒体接口方案 只是其在3D图形方面的优秀表现 让它的其它方面显得暗淡无光 DirectX开发之初是为了弥补Windows3 1系统对图形 声音处理能力的不足 而今已发展成为对整个多媒体系统的各个方面都有决定性影响的接口 DirectX DirectX5 0微软公司并没有推出DirectX4 0 而是直接推出了DirectX5 0 此版本对Direct3D做出了很大的改动 加入了雾化效果 Alpha混合等3D特效 使3D游戏中的空间感和真实感得以增强 还加入了S3的纹理压缩技术 同时 DirectX5 0在其它各组件方面也有加强 在声卡 游戏控制器方面均做了改进 支持了更多的设备 因此 DirectX发展到DirectX5 0才真正走向了成熟 此时的DirectX性能完全不逊色于其它3DAPI 而且大有后来居上之势 DirectX DirectX6 0DirectX6 0推出时 其最大的竞争对手之一Glide 已逐步走向了没落 而DirectX则得到了大多数厂商的认可 DirectX6 0中加入了双线性过滤 三线性过滤等优化3D图像质量的技术 游戏中的3D技术逐渐走入成熟阶段 DirectX DirectX7 0DirectX7 0最大的特色就是支持T L 中文名称是 坐标转换和光源 3D游戏中的任何一个物体都有一个坐标 当此物体运动时 它的坐标发生变化 这指的就是坐标转换 3D游戏中除了场景 物体还需要灯光 没有灯光就没有3D物体的表现 无论是实时3D游戏还是3D影像渲染 加上灯光的3D渲染是最消耗资源的 虽然OpenGL中已有相关技术 但此前从未在民用级硬件中出现 在T L问世之前 位置转换和灯光都需要CPU来计算 CPU速度越快 游戏表现越流畅 使用了T L功能后 这两种效果的计算用显示卡的GPU来计算 这样就可以把CPU从繁忙的劳动中解脱出来 换句话说 拥有T L显示卡 使用DirectX7 0 即使没有高速的CPU 同样能流畅的跑3D游戏 DirectX DirectX8 0DirectX8 0的推出引发了一场显卡革命 它首次引入了 像素渲染 概念 同时具备像素渲染引擎 PixelShader 与顶点渲染引擎 VertexShader 反映在特效上就是动态光影效果 同硬件T L仅仅实现的固定光影转换相比 VS和PS单元的灵活性更大 它使GPU真正成为了可编程的处理器 这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低 通过VS和PS的渲染 可以很容易的宁造出真实的水面动态波纹光影效果 此时DirectX的权威地位终于建成 DirectX DirectX9 02002年底 微软发布DirectX9 0 DirectX9中PS单元的渲染精度已达到浮点精度 传统的硬件T L单元也被取消 全新的VertexShader 顶点着色引擎 编程将比以前复杂得多 新的VertexShader标准增加了流程控制 更多的常量 每个程序的着色指令增加到了1024条 PS2 0具备完全可编程的架构 能对纹理效果即时演算 动态纹理贴图 还不占用显存 理论上对材质贴图的分辨率的精度提高无限多 另外PS1 4只能支持28个硬件指令 同时操作6个材质 而PS2 0却可以支持160个硬件指令 同时操作16个材质数量 新的高精度浮点数据规格可以使用多重纹理贴图 可操作的指令数可以任意长 电影级别的显示效果轻而易举的实现 VS2 0通过增加Vertex程序的灵活性 显著的提高了老版本 DirectX8 的VS性能 新的控制指令 可以用通用的程序代替以前专用的单独着色程序 效率提高许多倍 增加循环操作指令 减少工作时间 提高处理效率 扩展着色指令个数 从128个提升到256个 增加对浮点数据的处理功能 以前只能对整数进行处理 这样提高渲染精度 使最终处理的色彩格式达到电影级别 突破了以前限制PC图形图象质量在数学上的精度障碍 它的每条渲染流水线都升级为128位浮点颜色 让游戏程序设计师们更容易更轻松的创造出更漂亮的效果 让程序员编程更容易 DirectX DirectX9 0c与过去的DirectX9 0b和ShaderModel2 0相比较 DirectX9 0c最大的改进 便是引入了对ShaderModel3 0 包括PixelShader3 0和VertexShader3 0两个着色语言规范 的全面支持 举例来说 DirectX9 0b的ShaderModel2 0所支持的VertexShader最大指令数仅为256个 PixelShader最大指令数更是只有96个 而在最新的ShaderModel3 0中 VertexShader和PixelShader的最大指令数都大幅上升至65535个 全新的动态程序流控制 位移贴图 多渲染目标 MRT 次表面散射Subsurfacescattering 柔和阴影Softshadows 环境和地面阴影Environmentalandgroundshadows 全局照明 Globalillumination 等新技术特性 使得GeForce6 GeForce7系列以及RadeonX1000系列立刻为新一代游戏以及具备无比真实感 幻想般的复杂的数字世界和逼真的角色在影视品质的环境中活动提供强大动力 因此DirectX9 0c和ShaderModel3 0标准的推出 可以说是DirectX发展历程中的重要转折点 在DirectX9 0c中 ShaderModel3 0除了取消指令数限制和加入位移贴图等新特性之外 更多的特性都是在解决游戏的执行效率和品质上下功夫 ShaderModel3 0诞生之后 人们对待游戏的态度也开始从过去单纯地追求速度 转变到游戏画质和运行速度两者兼顾 因此ShaderModel3 0对游戏产业的影响可谓深远 返回 5 4 RAMDAC RAMDAC是RandomAccessMemoryDigital AnalogConvertor的缩写 即随机存取内存数字 模拟转换器 RAMDAC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 其转换速率以MHz表示 计算机中处理数据的过程其实就是将事物数字化的过程 所有的事物将被处理成0和1两个数 而后不断进行累加计算 图形加速卡也是靠这些0和1对每一个象素进行颜色 深度 亮度等各种处理 显卡生成的都是信号都是以数字来表示的 但是所有的CRT显示器都是以模拟方式进行工作的 数字信号无法被识别 这就必须有相应的设备将数字信号转换为模拟信号 而RAMDAC就是显卡中将数字信号转换为模拟信号的设备 RAMDAC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1024 768的分辨率下达到85Hz的分辨率 RAMDAC的速率至少是1024 768 85 1 344 折算系数 106 90MHz 目前主流的显卡RAMDAC都能达到350MHz和400MHz 已足以满足和超过目前大多数显示器所能提供的分辨率和刷新率 5 5 最大分辨率 显卡的最大分辨率是指显卡在显示器上所能描绘的像素点的数量 显示器上显示的画面是一个个的像素点构成的 而这些像素点的所有数据都是由显卡提供的 最大分辨率就是表示显卡输出给显示器 并能在显示器上描绘像素点的数量 分辨率越大 所能显示的图像的像素点就越多 并且能显示更多的细节 当然也就越清晰 最大分辨率在一定程度上跟显存有着直接关系 因为这些像素点的数据最初都要存储于显存内 因此显存容量会影响到最大分辨率 在早期显卡的显存容量只具有512KB 1MB 2MB等极小容量时 显存容量确实是最大分媛实囊桓銎烤保坏 壳爸髁飨钥 南源嫒萘浚 土 4MB也已经被淘汰 主流的娱乐级显卡已经是128MB 256MB或512MB 某些专业显卡甚至已经具有1GB的显存 在这样的情况下 显存容量早已经不再是影响最大分辨率的因素 之所以需要这么大容量的显存 不过就是因为现在的大型3D游戏和专业渲染需要临时存储更多的数据罢了 现在决定最大分辨率的其实是显卡的RAMDAC频率 目前所有主流显卡的RAMDAC都达到了400MHz 至少都能达到2048x1536的最大分辨率 而最新一代显卡的最大分辨率更是高达2560 x1600了 另外 显卡能输出的最大显示分辨率并不代表自己的电脑就能达到这么高的分辨率 还必须有足够强大的显示器配套才可以实现 也就是说 还需要显示器的最大分辨率与显卡的最大分辨率相匹配才能实现 例如要实现2048x1536的分辨率 除了显卡要支持之外 还需要显示器也要支持 而CRT显示器的最大分辨率主要是由其带宽所决定 而液晶显示器的最大分辨率则主要由其面板所决定 目前主流的显示器 17英寸的CRT其最大分辨率一般只有1600 x1200 17英寸和19英寸的液晶则只有1280 x1024 所以目前在普通电脑系统上最大分辨率的瓶颈不是显卡而是显示器 要实现2048x1536甚至2560 x1600的最大分辨率 只有借助于专业级的大屏幕高档显示器才能实现 例如DELL的30英寸液晶显示器就能实现2560 x1600的超高分辨率 6 0 PCB板 PCB层数显卡接口输出接口散热装置 PCB是PrintedCircuitBlock的缩写 也称为印制电路板 就是显卡的躯体 绿色的板子 显卡一切元器件都是放在PCB板上的 因此PCB板的好坏 直接决定着显卡电气性能的好坏和稳定 6 1 PCB层数 目前的PCB板一般都是采用4层 6层 或8层 理论上来说层数多的比少的好 但前提是在设计合理的基础上 PCB的各个层一般可分为信号层 Signal 电源层 Power 或是地线层 Ground 每一层PCB版上的电路是相互独立的 在4层PCB的主板中 信号层一般分布在PCB的最上面一层和最下面一层 而中间两层则是电源与地线层 相对来说6层PCB就复杂了 其信号层一般分布在1 3 5层 而电源层则有2层 至于判断PCB的优劣 主要是观察其印刷电路部分是否清晰明了 PCB是否平整无变形等等 6 2 显卡接口 常见的有PCI AGP2X 4X 8X 目前已经淘汰 最新的是PCI ExpressX16接口 是目前的主流 ISA VESA PCI早已经淘汰 PCIExpress接口 PCIExpress 以下简称PCI E 采用了目前业内流行的点对点串行连接 比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构 每个设备都有自己的专用连接 不需要向整个总线请求带宽 而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率 达到PCI所不能提供的高带宽 相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输 PCI E的双单工连接能提供更高的传输速率和质量 它们之间的差异跟半双工和全双工类似 PCI E的接口根据总线位宽不同而有所差异 包括X1 X4 X8以及X16 而X2模式将用于内部接口而非插槽模式 PCI E规格从1条通道连接到32条通道连接 有非常强的伸缩性 以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求 此外 较短的PCI E卡可以插入较长的PCI E插槽中使用 PCI E接口还能够支持热拔插 这也是个不小的飞跃 PCI EX1的250MB 秒传输速度已经可以满足主流声效芯片 网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求 但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求 因此 用于取代AGP接口的PCI E接口位宽为X16 能够提供5GB s的带宽 即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB s左右的实际带宽 远远超过AGP8X的2 1GB s的带宽 尽管PCI E技术规格允许实现X1 250MB 秒 X2 X4 X8 X12 X16和X32通道规格 但是依目前形式来看 PCI EX1和PCI EX16已成为PCI E主流规格 同时很多芯片组厂商在南桥芯片当中添加对PCI EX1的支持 在北桥芯片当中添加对PCI EX16的支持 除去提供极高数据传输带宽之外 PCI E因为采用串行数据包方式传递数据 所以PCI E接口每个针脚可以获得比传统I O标准更多的带宽 这样就可以降低PCI E设备生产成本和体积 另外 PCI E也支持高阶电源管理 支持热插拔 支持数据同步传输 为优先传输数据进行带宽优化 在兼容性方面 PCI E在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备 支持PCI设备和内存模组的初始化 也就是说过去的驱动程序 操作系统无需推倒重来 就可以支持PCI E设备 目前PCI E已经成为显卡的接口的主流 不过早期有些芯片组虽然提供了PCI E作为显卡接口 但是其速度是4X的 而不是16X的 例如VIAPT880Pro和VIAPT880Ultra 当然这种情况极为罕见 6 3 输出接口 现在最常见的输出接口主要有 VGA VideoGraphicsArray 视频图形阵列接口 作用是将转换好的模拟信号输出到CRT或者LCD显示器中 DVI DigitalVisualInterface 数字视频接口接口 视频信号无需转换 信号无衰减或失真 未来VGA接口的替代者 S Video SeparateVideo S端子 也叫二分量视频接口 一般采用五线接头 它是用来将亮度和色度分离输出的设备 主要功能是为了克服视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰 图 数字和模拟 计算机是一种可以处理二进制制的数字器 因此 从显卡所传送出来的影像自然而然会以数字化的形式出现 现在的影像显示器是由阴极射线管 cathoderaytube CRTs 所制成的 它负责将影像作一长串的排列 CRT显示器在运作时 会利用电子枪在瞬间发射出三种不同的物质 这三种物质会在同时放射出红 绿 蓝光 早期的影像输出是以模拟的方式来呈现图像 后来则研发出数字模拟转换器 digitaltoanalogconverter DAC 将数字信号转换成模拟信号 并负责图像 影像的输出 随着数字显示器 如液晶显示器 LiquidCrystalDisplays LCD 的出现 人们对数字模拟转换器 digitaltoanalogconverter DAC 的需求骤降 但它仍然可以与其它装置一同支持模拟信号输出 返回 6 4 散热装置 散热装置的好坏也能影响到显卡的运行稳定性 常见的散热装置有 被动散热 既只安装了铝合金或铜等金属的散热片 风冷散热 在散热片上加装了风扇 目前多数采用这种方法 水冷散热 通过热管液体把GPU和水泵相连 一般在高端顶级显卡中采用 6 5 颜色 很多人认为红色显卡的比绿色的好 绿色的比黄色的好 显卡的好坏和其颜色并没有什么关系 有的厂家喜用红色 有的喜用绿色 这是完全由生产商决定的 一些名牌大厂 那是早就形成了一定的风格的 因此 其PCB的颜色一般也不会有太大的变动 7 0 其他 帧率 FramesperSecond 深度复杂性 DepthComplexity 纹理贴图 TextureMapping 填充率 FillRate T bufferZ bufferFSAABumpMappingTextureMapping 帧率 FramesperSecond 每秒的帧数 fps 或者说帧率表示图形处理器场景时每秒钟能够更新几次 高的帧率可以得到更流畅 更逼真的动画 一般来说30fps就是可以接受的 但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感 但是一般来说超过75fps就不容易察觉到有明显的流畅度提升了 如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力 因为显示器不能以这么快的速度更新 这样超过刷新率的帧率就浪费掉了 深度复杂性 DepthComplexity 深度复杂性是用来度量场景复杂程度的指标 它指每个显示帧处理过程中像素需要渲染的次数 举例来说 在场景中仅有一面墙的情况下 深度复杂性为1 如果墙的前面站有一个人则深度复杂性为2 如果有一只狗在人和墙的中间则深度复杂性为3 以此类推 深度复杂性的存在需要更强的渲染能力以及带宽以对像素进行渲染 当前图形应用程序中平均浓度复杂性大约在2到3之间 这意味着你看见的每一个像素实际上被图形处理器渲染了两到三次 纹理贴图 TextureMapping 纹理贴图是将2D图形 通常是位图 蚋射到3D物体上的一种技术 当纹理较小时 物体的表面会显得模糊或呈马赛克状 较大的纹理可以让物体表面表现出更多细节 纹理压缩也可以让更多的纹理贴图同时使用 使场景更加丰富多彩 这样纹理贴图可以在不增加多边形数量的情况下大大提升真实视觉效果 因为它可以大大增强真实感觉同时只需要不高的计算能力的开销就可以得到 因此它是最常用来表现真实感3D物体的技术方法 为了渲染带有纹理贴图的像素 这个像素的纹理数据会读进图形处理器中 从而导致存储带宽的消耗 填充率 FillRate 填充率是指像素写入显示帧缓冲区的速率 填充率是用来度量当前3D图形处理器的像素处理性能的最常用指标 填充率通常采用每秒百万像素的方式表达 Mpixels sec 较高的填充率渲染像素同样需要消耗大量的存储带宽来支持 T buffer T buffer在硬件上完全支持全屏幕抗锯齿 即使在640 480这种相对较低的分辨率下也能得到最佳的显示效果 T buffer是显卡用来提高图像质量的重要措施 而配合强劲的显示芯片和高频率CPU 这些特效可以全部打开 并获得更精细的画面 T buffer由四个部分组成 一是 景深处理 这个特效可以加强3D画面的层次感 比如说视线由清晰到模糊的过程及与之相反的变化 二是 全屏幕抗锯齿 三是 动态模糊效果 四是 反射与柔和阴影 其实质是光影效果的处理 Z buffer Z buffer Z 缓冲 的作用是用来确定3D物体间前后位置关系 对一个含有很多物体连接的较复杂的3D模型 能拥有较多的位数来表现深度感是相当重要的 有了Z buffer3D物体的纵深才会有层次感 FSAA 全称是FullScreenAntiAliasing 中文名称叫做全屏幕抗失真 它的最主要的作用就是能够通过芯片内部的特别处理电路或者软件的转换 使游戏画面中的3D物体和场景中失真的像素尽