显卡对于电脑的重要性不言而喻,很多大厂因此在积极探索显卡的升级之道。为增进大家对显卡的认识,本文将对显卡的基本结构以及显卡的主要器件进行解读。


几乎所有的显卡都是由图形处理芯片、RAMDAC(数模转换器 /Random Access Memory Digital-to-Analog Converter)芯片、显卡 BIOS 芯片、显存、主板安装接口、显示信号和功能扩展接口(也叫特性连接端口)所组成。

 

一、显卡 BIOS 芯片

显卡 BIOS 芯片主要用于保存 VGA BIOS 程序。VGA BIOS 是视频图形卡基本输入、输出系统(Video Graphics Adapter Basic Input and Output System),它的功能与主板 BIOS 功能相似,主要用于显卡上各器件之间正常运行时的控制和管理,所以 BIOS 程序的技术质量(合理性和功能)必将影响显卡最终的产品技术特性。显卡 BIOS 芯片在大多数显卡上比较容易区分,因为这类芯片上通常都贴有标签,但在个别显卡如 Matrox 公司的 MGA G200 上就看不见,原因是它与图形处理芯片集成在一起了。另外在显卡 BIOS 芯片中还保存了所在显卡的主要技术信息,如图形处理芯片的型号规格、VGA BIOS 版本和编制日期等。由于目前显卡上的图形处理芯片表面都已被安装的散热片所遮盖,用户根本无法看到芯片的具体型号,但能通过 VGA BIOS 显示的相关信息来了解有关图形处理芯片的技术规格或型号。

 

通常电脑在加电后首先显示显卡 BIOS 中所保存的相关信息,然后显示主板 BIOS 版本信息以及主板 BIOS 对硬件系统配置进行检测的结果等,由于显示 BIOS 信息的时间很短,所以必须注意观察才能看清显示的内容。VGA BIOS 与主板 BIOS 一样具有版本,一般情况下版本高的 BIOS 功能强于低版本,也解决了版本升级前所存在的某些具体问题(BUG)。VGA BIOS 目前基本上都使用快闪 ROM 保存,因此可以由用户根据需要使用特定工具软件进行版本升级,就像升级主板 BIOS 程序一样。升级显卡 BIOS 的原则与升级主板 BIOS 的相同,就是如果没有使用上的需要,就不必进行 BIOS 版本升级。即使确实须要升级 VGA BIOS,也一定要使用原显卡生产厂家所提供或指定的升级工具软件和 BIOS 文件,这类资料一般由显卡生产厂家通过其在互联网上的主页提供。尽管有媒体曾报道个别发烧友采用不同厂家显卡 BIOS 文件升级获得成功,但我们最好不要尝试这样做,因为使用型号不同的显卡 BIOS 文件来升级自己的显卡 BIOS 版本风险很大,极有可能出现升级后显卡反而无法运行的严重后果。


二、图形处理芯片

图形处理芯片是显卡的核心,显卡的主要技术规格和性能基本上取决于图形处理芯片的技术类型和性能。

 

衡量显示处理芯片的技术先进性主要是看其所具有的 2D/3D 图形处理能力、芯片图形处理引擎的数据位宽度、与显存之间数据总线宽度和所支持的显存类型容量、内部 RAMDAC 的工作时钟频率、具备几条像素渲染处理流水线、所支持的图形应用程序接口(API)种类以及芯片生产工艺技术水平等。

 

由于表达显示芯片技术性能涉及的一些具体内容较复杂,所以在许多媒体中所列出的显示芯片技术参数中只强调了单位时间内每秒的像素填充率、生成三角形数量以及内核和显存的工作时钟频率、最大图像分辨率(水平点数×垂直点数)和刷新率(帧 / 秒)等。总之以图形芯片能独立、全部、快速完成所有显示 2D/3D 图形时所需的信息为最好。

 

根据以上标准,目前通用型和娱乐型图形芯片比较有代表性的应该算 nVidia 公司的 GeForce 256(厂家代号 NV10)和 TNT2 系列、Matrox 公司的 MGA G400 系列和 3dfx 公司的 Voodoo 系列。其中目前最先进的图形芯片是 GeForce 256,它在芯片中增加了以往各类图形芯片都不具备的 T&L 引擎((几何)转换和光照处理 /Transform & Lightning),因此它基本上可以脱离 CPU 的帮助独立处理所有 2D/3D 图形显示数据,所以成为第一块 GPU(英语“图形处理器”的缩写)。nVidia 公司的 TNT2 芯片中按性能分为 4 个等级,能适合不同的用户需求;Matorx 公司的 G400 芯片,由于其特有的凹凸纹理贴图和双屏显示技术在重现图形精美的同时可联接两个显示器(或一个显示器和一个电视机)来分屏幕显示不同内容。相比之下 3dfx 公司的 Voodoo 系列则历来以流畅的 3D 游戏速度和还算精美的画面而为广大喜爱 3D 游戏的用户所拥戴。当然另外还有不少在性能上与 TNT2 等相差无几的图形芯片,如 S3 公司的 Savage4 和 3Dlabs 公司的 Permedia3 等。

 

三、显存

显卡中显存的用途主要是用来保存由图形芯片处理好的各帧图形显示数据,然后由数模转换器读取并逐帧(可以理解为一幅完整的图像)转换为模拟视频信号再提供给传统的显示器使用,所以显存也被称为“帧缓存”。衡量显存的技术性能有数据存取速度(可通过工作时钟频率体现)和显存容量。存取速度通常用纳秒(ns)表示,数值越小越快。显存容量使用 MB 表示,数值则是越大越好。

 

2D 显卡中一般安装 EDO DRAM 显存,其数据存取速度在 40~60ns 之间,容量一般在 1~4MB,部分 2D 显卡上预留有显存扩容插座可供用户对显存自行扩容;虽然不少速度更快的显存也能应用于显卡,如个别高档显卡中开始使用的 DDR(双倍速率 SDRAM)和 RDRAM(由 Rambus 公司开发的一种新型高速 DRAM),但由于其成本问题(如 RDRAM 的售价是普通 SDRAM 的 8~10 倍)一时难为多数用户所接受。所以除制图等专业性显卡外,一般通用 3D 显卡中广泛使用的显存仍然以 SDRAM 和 SGRAM 为主,这两种显存的数据存取速度在 5~15ns 之间,显存容量理论上越大越好,但由于显卡生产成本和图形芯片支持能力所限,一般显卡上显存配置容量为 4~32MB,极个别显卡配置容量高达 64MB。由于 SGRAM 的存取速度高于 SDRAM,所以使用 SGRAM 显存的显卡在技术性能上比使用同等容量的 SDRAM 显存的显卡略有提高,但由于 SGRAM 芯片的生产成本高于 SDRAM,所以售价也高于使用 SDRAM 的显卡。

 

EDO RAM、SDRAM 和 SGRAM 这三种常用显存可以根据它们的外观区别,EDO RAM 和 SDRAM 安装在显卡电路板上时只是芯片两边有引脚须要焊接,而 SGRAM 则在芯片四边都有引脚须要焊接在电路板上。


四、RAMDAC

由于目前大部分电脑所配置的显示器仍然是传统的模拟 CRT(阴极射线管)显示器,这种显示器只能接受用信号电压幅度来控制显像管的发光亮暗程度,所以显卡中的 RAMDAC 必须将显示图形芯片处理后并存储在显存中的数字显示信号逐帧转换为由三种彩色亮度和行、帧同步信号所共同组成的视频信号,然后通过 15 针的 D 型插座输出供显示器使用。

 

RAMDAC 的技术特性主要是工作时钟频率,只有足够高的工作频率 RAMDAC 才能在单位时间内转换更多帧的显示信号,而显卡的帧刷新率指标(帧 / 秒)的基本保证条件就是 RAMDAC 必须在单位时间内转换足够的帧显示信号。

 

目前有些主流显卡上并不存在独立安装的 RAMDAC 芯片,这是因为厂家在生产图形处理芯片时已经将 RAMDAC 集成在其中了。