最新计算机组装与维护教程2013第5章.ppt

1、第5章 显卡和显示器,5.1 显 卡 5.2 显 示 器 习题五,第5章 显卡和显示器,5.1 显 卡 5.2 显 示 器 习题五,显卡（见图5.1.1）是计算机处理和传输图像信号的设备，提供了计算机同显示设备之间交换数据的接口，它是一块电路板，主要功能是将CPU处理后的数字信号转换成显示器所能显示的模拟信号。如今的显卡除了上述功能外还具备了3D图形处理能力，使计算机对图形图像的处理能力大大加强，尤其是一些游戏软件。要想充分地展示其功能，一块性能良好的显卡是必需的。,5.1 显 卡,5.1.1 显卡的基本组成部分显卡又称为显示适配器，主要由显示芯片、显示内存、显卡BIOS、总线接口以及显卡插座

2、等组成。1显示芯片显示芯片是决定显卡性能最重要的部分之一，一般显卡命名都是以此为标准的。目前的显示芯片多为64位或128位，可分为2D显示芯片和3D显示芯片。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显示芯片将三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内，即所谓的“硬件加速”功能。如图5.1.2所示为nVIDIA公司的GeForce 6600芯片。,图5.1.1 显卡 图5.1.2 GeForce 6600芯片,2显示内存显示内存又叫显存（Video RAM），是用来暂时存储经过显示芯片处理后的图形数据，显存越大，显卡支持的最大分辨率越大，3D应用时的贴图精度就

3、越高。显示内存的种类主要有SDRAM，SGRAM，DDR SDRAM等几种。显存的处理速度通常用纳秒数来表示，这个数字越小，说明显存的速度越快。,3显卡BIOS显卡BIOS主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，另外还有显卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。开机时，通过显示BIOS内的一段控制程序，将这些信息反馈到屏幕上。早期的显卡BIOS都用掩膜ROM，用户无法修改升级，现在显卡BIOS都采用EEPROM芯片，可通过专用程序进行升级。 4总线接口显卡总线接口是显卡与计算机总线连接的桥梁，可分为PCI，VGA及PCI-E等几种。其中PCI-E是如今最为热门的显卡总线接口，以其高速的

4、传输速率赢得了广大用户的青睐。,5显卡输出端口显卡所处理的信息最终都要输出到显示器上，显卡插座的作用是连接显卡与显示器。CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接收模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。VGA（Video Graphics Array）接口就是显卡上输出模拟信号的接口，又叫D-Sub接口，是一种D型接口，上面共有15个针孔，分成3排，每排5个，如图5.1.3所示。,图5.1.3 VGA接口,虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，也采用了VGA接口。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的显卡都带有此种接口。有些显卡为了能连接

5、LCD显示器，同时拥有D-Sub和DVI两种接口，用户既可以连接CRT显示器又可以连接LCD显示器，如图5.1.4所示。,图5.1.4 双接头的显卡,5.1.2 衡量显卡的指标显卡的性能指标作为衡量一款显卡好坏的标准，主要有以下几点：1显存容量显存在CPU和图形芯片的数据交换过程中有着重要的作用，同时显存可以作为图形显示芯片3D运算的数据缓存。显存容量决定了显示芯片能处理的数据量，其单位为MB，如128 MB，256 MB。理论上讲，显存越大，显卡性能越好，实际显卡的性能要受到很多因素的制约。,2显存位宽显存位宽是指单位时钟周期内所能传送数据的位数，单位为bit，位数越大则瞬间所能传输的数据量

6、就越大，目前市场上的显存位宽有64 bit，128 bit和256 bit。3显存带宽显存带宽也是显卡的一个重要参数，是指显示芯片与显存之间的数据交换速度，单位为GB/s。显存带宽的计算公式是：显存带宽=工作频率位宽8。要得到高分辨率、高色深、高刷新率的3D画面，就必须要求显卡具有较大的显存带宽。,4核心频率核心频率是指图形显示芯片的工作频率。工作频率的高低在一定程度上可以反映出图形芯片的性能。不过显卡的性能是由核心频率、显存、像素管线、像素填充率等多方面共同决定的，因此核心频率并不一定真正代表显卡性能的强弱。5像素填充率像素填充率是指每秒钟图形芯片能在显示器上画出的点的数量。如屏幕分辨率为8

7、00600 dpi，刷新率为60，则所需的最小像素率为60800600=2 880万像素/秒。像素填充率越高，显卡的性能就越好。,6色深色深是指在某一分辨率下，每个像素可显示的颜色数，它的单位是bit。每个像素可显示的颜色数取决于显卡上给它分配的DAC位数，位数越高，每个像素可显示出的颜色数目就愈多。如32位色，是指用32位二进制数来表示一个像素，共能够表示2的32次方种颜色。颜色数越多，显示画面颜色就越逼真。色深通常用来表示显卡的2D性能。而显卡的3D性能主要由Vertex Shader（顶点着色引擎）和Pixel Shader（像素着色引擎）技术来决定。Vertex Shader用来描述3

8、D物体的几何形状、控制光亮和阴影；而有了Pixel Shader，图像就能实现照片级别的效果。,5.1.3 显卡的分类显卡按工作原理分为二维显卡和三维显卡；按总线类型分为PCI总线显卡、AGP总线显卡和最新的PCI Express总线显卡。1PCI总线的显卡PCI总线属于并行总线，总线频率为33 MHz，总线带宽达到133 MB/s，连接在PCI总线上所有设备共享该总线的133 MB/s带宽。这种总线状态应付原先的声卡、网卡以及USB 1.1还不成问题，但是随着人们对传输速率要求的提高，PCI总线已经成为系统的性能“瓶颈”。,2AGP总线的显卡AGP即“加速图形端口”，实际上也是由PCI总线发

9、展而来，使用比PCI总线更高的总线频率66 MHz，133 MHz甚至更高。虽然目前已经达到8接口，总线带宽也提升至较高的2.1 GB/s，但实际它依然无法满足顶级3D核心的带宽需求，不可避免地成为下一代高性能3D核心的性能“瓶颈”。,3PCI Express总线的显卡PCI Express总线属于串行总线，点对点传输，每个传输通道独享带宽。特别值得一提的是，PCI Express总线还支持双向传输模式和数据分路传输模式。其中数据分路传输模式即PCI Express总线的1，2，4，8，12，16和32多通道连接，1单向传输带宽即可达到250 MB/s，双向传输带宽更可实现夸张的500 MB/

10、s，绝非PCI总线可比。,5.1.4 显卡选购指南显卡的性能直接影响到人们的视觉感受，选择一款适合自己的显卡对计算机用户来说尤为重要，下面就对显卡的选购做以简单介绍，以供用户参考。1确定需求在购买显卡时，用户一定要明白自己究竟有什么需求，不同的用途可按不同的档次进行选择，以免造成浪费。对于一般普通家庭的打字、上网、游戏、多媒体等需求，主流显卡都能满足，而对于游戏发烧友来说，拥有一款高档次的显卡，才能发挥3D游戏的强大功效，经济条件允许的用户可选择nVIDIA和ATi的高端产品。,2合理选择品牌显卡是目前计算机中最为复杂的部件，市场上的显卡厂家、产品型号令用户目不暇接，往往不同品牌的产品，即使产

11、品规格、型号、图形显示芯片以及功能完全相同，它们的价格也都各不相同。用户选购时应尽量选择一些知名品牌的产品，如丽台、华硕等，也可以考虑一些中小品牌产品，如太阳花、七彩虹等，至于杂牌甚至无品牌产品，尽管便宜，但从用料、做工及产品稳定性等多种因素考虑，不建议用户购买。,3认清显卡的显存显存是显卡上的关键部件，它的品质会直接关系显卡的最终性能表现。显示芯片决定了显卡所能够具备的基本功能，但是显卡最终的性能还是由显存来决定。显存位宽越大，显存的带宽也就越大。目前市场上的显存位宽一般为64位和128位，也有高档次的256位，如Radeon 9700Pro，但是主流的显卡一般都是64位和128位。用户选购

12、时一定要认真查询显卡的公版标准，配置确定的显存基本规格和鉴定显存的位宽。,显示器又叫监视器（Monitor），是计算机的主要输出设备，也是用户与计算机沟通的主要桥梁。在计算机显示系统中，显卡的质量固然重要，但是没有同样好质量的显示器与之匹配，也不可能实现高质量的图像显示画面。通常，显卡的分辨率指标高于显示器所能达到的分辨率指标，所以，只有高技术指标的显示器与显卡指标匹配，才能有高性能的显示系统。,5.2 显 示 器,显示器按工作原理主要有CRT（Cathode Ray Tube Display，阴极射线管）显示器、LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）显示器、LDD

13、发光二极管显示器、等离子显示器等，市场上最多的为CRT显示器和LCD显示器。,5.2.1 CRT显示器CRT显示器即阴极射线管显示器，有17英寸、19英寸等，是使用最早的显示器。它技术成熟，价格便宜，寿命较长，可靠性高，可显示各种灰度和色彩，是计算机中最常用的显示设备，如图5.2.1所示。,图5.2.1 CRT显示器,1CRT显示器的工作原理CRT是一种真空器件，它的外形像个漏斗，其内部结构主要由荧光屏、电子枪、偏转系统三部分组成。,光栅扫描式CRT主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五大部分组成。其工作原理是：在电子枪和荧光粉层之间有一个电势差为10 00030 000 V的直流

14、加速电场。当电子枪射出的电子束经过聚焦和加速之后，会在偏转线圈产生的磁场作用下，向需要的方向偏转。然后，电子束通过加速电场继续加速，通过荫罩上的小孔击打在荧光层上，其所携带的动能一部分便转化为光能释放出来。而电子束在极短的时间内以一定的顺序击打荧光粉层上的光点，由于荧光粉的余辉和人眼的视觉残留，就在屏幕上形成了一幅幅的图案或文字。,2CRT显示器的性能指标（1）行频和场频：为了能正确地使图像显示在荧光屏上，显示器扫描图像时需要与显卡同步工作。因此，显卡需输出两个频率稳定的脉冲周期信号，一个是行同步信号（Hsync），一个是场同步信号（Vsync）。当显卡输出不同模式的视频信号时，它输出的对应同

15、步脉冲信号的频率也不同。,行频是指电子束每秒钟在屏幕上水平扫描过的次数，单位为kHz，一般的显示器行频为3082 kHz，较高档的显示器行频可高达100 kHz甚至更高，它的高低反映了屏幕图像的稳定程度。场频也称刷新频率或帧频率，是指显示器每秒钟从上到下所能完成的刷新次数，单位为Hz。场频一般变化不大，基本为60 Hz，最高可达160 Hz甚至更高。,（2）点距：点距是指显像管水平方向上相邻像素间的距离。点距越小意味着单位显示区内显示像素点越多，显示的图像就越清晰，常听到的“点25显示器”指的就是该显示器采用的显像管的点距为0.25 mm。（3）分辨率：分辨率是指屏幕上水平和垂直方向上容纳像素

16、点的总和，它描述的概念是：不管屏幕上显示的两个点靠近到多小的距离还能分辨出是两个点，而不是一个点。CRT显示器的分辨率通常由显像管的点距所决定，点距越小，分辨率就越高。,（4）视频带宽：视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像数，即所谓的点频。理论上，视频带宽=水平分辨率垂直分辨率场频，单位为MHz。在实际应用中，为了避免图像边缘的信号衰减，电子枪的扫描能力需要大于分辨率尺寸，所以应再乘以一个估算数，这个数可取在1.21.5之间。（5）屏幕刷新率：屏幕刷新率是指每秒钟更新画面的帧数，对于逐行扫描来说，也就是场频。场频太低，屏幕就有闪烁感，眼睛容易疲劳。1997年，VESA组织规定逐行扫描场频以85

17、Hz为标准场频。,（6）逐行与隔行显示：显示器电子枪扫描方式可分为逐行扫描和隔行扫描。逐行是按顺序显示每一行，而隔行是指每隔一行显示一行，到底部再返回显示刚才未显示的行。逐行扫描比隔行扫描有更稳定的显示效果，在相同的分辨率下，隔行显示会比逐行显示闪烁和抖动得明显。,（7）显像管的CRT涂层：电子束撞击荧光屏和外界光源照射均会使显示器屏幕产生静电、反光、闪烁等现象，不仅干扰图像清晰度，还会危害用户的视力健康。因此许多CRT显示器都附有表面涂层，以降低不良影响。目前主要的CRT涂层有表面蚀刻涂层；AGAS（防眩光/防静电）涂层；防强光涂层；防静电涂层；ARAS（防反射/防静电）涂层及超清晰涂层。,

18、（8）聚焦：聚焦（Focus）主要是指电子枪发射的RGB三原色电子束能否准确地聚焦在屏幕上。一般来说要聚焦是否精确，只要打开文档文件，看字体是否清晰，特别是在屏幕的四个角上，看是否有模糊现象即可。这种现象是由于电子枪在扫描屏幕时，电子束在屏幕中心和四角上聚焦存在着一定的差异。有些显示器为了能够达到很高的聚焦效果，采用动态聚焦,（Dynamic Focus）的新技术。这种技术是指电子枪扫描屏幕时，对电子束在屏幕中心和四角聚焦上的差异进行自动补偿，使得在屏幕上的任何扫描点清晰一致。动态聚焦的原理是采用一个能够控制电压的调节器，使之能够产生一种聚焦电压，这种电压具有周期性的特殊波形，使到达屏幕中心的

19、电子束的电压最低，而到达边角电子束的电压会因为焦距的增大而逐渐提高，从而实现动态补偿聚焦的变化，以获得较完美的图像。,（9）TCO标准：由于人们对显示器的辐射、环保等方面的要求越来越苛刻，因此产生了各种安全认证标准。显示器的认证主要有两个：一个是MPRII，一个是TCO（瑞典专业雇员联盟）。MPRII是由瑞典国家测量测试局所特定的标准，主要对电子设备的电磁辐射程度等指标实行标准限制，包括电场、磁场和静电场强度3个参数。,TCO标准是用于规范显示器的电子和静电辐射对环境的污染，常用的有TCO95和TCO99。TCO99对显示器提出了更严格、更全面的环保指标，其中涉及到了环境、电磁辐射等方面，并对

20、显示器画质也作出了较高的要求。,3CRT显示器的选购要点（1）带宽：显示器的视频带宽定义为每秒钟电子枪扫描点数的总和。它与刷新率之间有如下关系：带宽=水平分辨率垂直分辨率最大刷新率损耗系数，一般来说损耗系数为1.5。（2）显示器的热稳定性：由于显示器是一种大功率、高发热量的设备，因此选购时一定要注意显示器的热稳定性。如果屏幕骤然加亮时几乎没有任何扩张和收缩的感觉，就说明显示器的高压稳定性很出色，反之则说明其稳定性不佳。,（3）防反射能力：防反射是指显示器屏幕出现眩光和反光。显示器屏幕反射现象不仅会破坏屏幕图像的完整性，而且还会因反射周围光源的光线而造成屏幕亮度不均。目前大多数显示器厂商都通过在

21、屏幕表面覆盖一层特殊的防反射薄膜来解决显示器的反光问题。（4）消磁能力：显示器很容易被一些磁性物体所磁化，因此目前大多数显示器都具有消磁功能。有些显示器将此功能设计在显示器内部，并在每次开机时自动完成消磁功能，而更多的显示器将消磁功能和OSD菜单结合起来，使用户可以随时对显示器手动消磁。,5.2.2 液晶显示器从1971年的第一代TN液晶显示设备诞生到现在第三代TFT显示器，液晶显示技术一直在高速发展。由于TN液晶技术无法显示出细腻的字符，因此它通常应用在电子和计算器上。而STN液晶技术由于其制作工艺简单，字符显示比TN液晶技术细腻，同时也支持彩色显示，所以它多用于液晶电视、摄像机、掌上游戏机

22、等。而随后的DSTN和TFT液晶显示器则被广泛应用在电脑设备中，如液晶显示设备、数码设备显示屏等。,1液晶显示器的工作原理液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）是目前的主流显示器，如图5.2.2所示。液晶是一种介于固态和液态之间的物质，当它被加热时，会呈现透明的液态，冷却时则会结晶成混乱的固态，是具有规则性分子排列的有机化合物。当向液晶通电时，液晶分子排列得井然有序，可以使光线容易通过；而不通电时，液晶分子排列混乱，阻止光线通过。这种可以控制光线的两种状态是液晶显示器形成图像的先决条件。,图5.2.2 液晶显示器,液晶显示器按工作方式来划分可分成多种类型，其中结构最简

23、单的就是TN-LCD（扭曲向列LCD）技术。下面就以TN-LCD技术为例来说明液晶显示器的工作原理。 TN模式的晶体盒结构是在印刷有透明电极的两片玻璃薄片之间（电极面向内）夹有一层向列性液晶，最外侧为两片偏振片。液晶分子的长轴与玻璃的平面基本平行，而方向从一个平面到另一个平面逐渐扭转90，也就是说，液晶层两个表面的液晶分子相位差为90。偏振片的光轴与入射光一侧的液晶,分子取向一致。当没有外加电场时，液晶分子使入射的偏振光旋转90，且与下侧的偏振片正交，呈现出不透明状态；当在两个透明电极上加上电场之后，液晶分子便会按照电场方向排列，偏振光经过液晶时偏振方向不变，此时液晶层就变得透明起来。对每一个

24、像素施加不同的电场，有透明和不透明的状态，就形成了在屏幕上看到的图像或文字。,2液晶显示器的性能指标（1）显示尺寸：显示尺寸是指LCD显示屏对角线的长度，以英寸为单位。目前市场上液晶显示器尺寸主要有13英寸、15英寸和17英寸，尺寸在很大程度上决定了价格。,（2）亮度与对比度：亮度是反映液晶显示器性能的重要指标之一，单位为cd/m2（坎德拉/米2）或nits。普通LCD显示器亮度一般在150210 cd/ m2之间。有些低档的LCD显示器有亮度不均匀的现象，其中心的亮度和边框部分区域的亮度差别较大。对比度是屏幕上同一亮点最亮时（白色）与最暗时（黑色）亮度的比值，对比度越高，图像越清晰，但对比度

25、高于某一程度后，就会影响颜色的纯度。,（3）可视角度：所谓可视角度是指站在始于屏幕边线的某个角度的位置时，观察者仍可清晰看见屏幕显示的图像，由此构成的最大角度。常用的有CR 10和CR 15两种标准，其中CR 10较为严格，配合左右上下视角与对比度来确定LCD的性能。,（4）响应时间：响应时间是指LCD显示器对于输入信号的反应时间。它反应了液晶显示器各像素点对输入信号的反应速度，即pixel由暗转亮或由亮转暗的速度。组成液晶显示板的最基本的像素单元是“液晶盒”，在接到驱动信号后从最亮到最暗的转换需要一段时间，而且LCD显示器从接收到显卡输出信号后，处理信号也需要一定的时间，所以液晶显示器在还原

26、动态画面时有比较明显的拖尾现象。,（5）坏像素：LCD屏幕上有成千上万的晶体管，很难保证在那么多的晶体管中没有损坏的，虽然损坏的像素是可以修复的，但是，各厂商都有自己的标准，一般来说有35个坏像素都属于正常现象。,3液晶显示器的选购要点（1）坏点：液晶显示器是通过物理特性来显示图像的。即通电时，液晶排列有序，光线容易通过；不通电时，液晶排列混乱，光线很难通过。由于组成液晶显示器的玻璃与液晶很容易造成个别像素坏掉，形成坏点，因此用户在购买LCD显示器时，把系统的桌面调成全白就可观察出有无坏点。如果坏点过多，说明此显示器质量不是很好。,（2）可视角度：传统的CRT显示器的可视角度可达180，而LCD显示器普遍存在可视角度偏小的问题。因此用户在选购LCD显示器时，应注意其最大可视角度是否与标