2010年8月8日 星期日

電腦硬體介紹之 顯示卡。││

一、 顯示卡簡介:
1. 顯示卡(Video Graphics Array 簡稱VGA)在電腦中的主要作用就是在程式運行時據CPU提供的指令和有關數據,將程式運行過程和結果進行相應的處理並轉換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信號後通過螢幕顯示出來,以便為使用者提供繼續或中止程式運行的判斷依據。簡單來說,就是把電腦計算出來的文字與圖形表現在顯示器上。

2. 顯示卡的作用在於將電腦中的資料轉換成視訊訊號,呈現於顯示器上。電腦呈像能力的好壞,除了上述顯示器規格的影響之外,顯示卡也扮演很重要的角色。對於早期的電腦來說,顯示卡的要求並不很高,因為那時的螢幕只有單色,而且只能顯示文字。然而,隨著電腦的功能與日俱增,不但能夠繪圖,也能夠顯示彩色畫面。

3. 親和性高的彩色圖形介面軟體問市後,大多數人的反應就是感覺電腦變慢了,其實電腦並沒有變慢,而是在彩色圖形介面下,CPU的工作量大幅增加,所以分配給每個程式的時間變少了。要讓電腦的工作速率提升,有兩種方法:一是使用運算速度較快的CPU,二是加更多的RAM,但要花一些銀兩才行。腦筋動的快的廠商於是發明了視窗加速卡,這種顯示卡本身有一些計算圖形的能力,可以分擔CPU的負擔,於是感覺上電腦變快了些。此外,主機板及430、440 晶片製造技術的提升,顯示卡的介面由ISA 演進成PCI,再由PCI演進成AGP,使得顯示器上的畫面甚至可達3D的水準。AGP介面每秒可傳送528MB 的資料,是PCI的四倍。此外,AGP 還有DIME(直接儲存主記憶體)的能力,而PCI只能使用顯示卡上記憶體。


二、 顯示卡匯流排、記憶體及解析度:
1. 有別於PCI 匯流排多點下傳(Multi-Drop)的平行架構,PCI Express 引進交換式(Switch)點對點(Peer-to-Peer)的序列傳輸技術。串列式匯流排比起平行匯流排的顯著優勢在於,串列式匯流排可以用更少的信號線來實現更高的頻寬。平行匯流排對各個接腳訊號的同步有嚴格的要求,為了使訊號同步將會損耗一部分性能,而串列式匯流排則沒有這方面的問題。再者,平行訊號線要考慮更多的抗干擾能力,在佈線上的要求更高,因此也限制了工作頻率的提高。反之,串列式匯流排的佈線單純,不但工作頻率可以提高,線長也可以更長,甚至可以延伸到機殼外部來連接外接式高速設備,因此,PCI Express的適用範圍比傳統匯流排更廣。

2. 在顯示卡上面也有記憶體喔!一般在主機板上裝的記憶體,和顯示卡上面的記憶體功用樣,都是用來做緩衝的功用,只不過名稱不一樣而已。在顯示卡上面的記憶體,我們叫它VRAM(Video RAM)AGP是Accelerated Draphics Port的意思,而AGP最大的好處,就是有較高的資料傳輸量為每秒533MB。電腦螢幕上有所謂的640*480 或是800*600 解析度的名詞!在螢幕的解析度上,是以像素(Pixel)來計算的。也就是說,640*480 的解析度你就要需要640*480=307200 個Pixel。每一個Pixel 依據你所要表現的顯示模式來換算記憶體。

3. 解析度的提高,顯示卡要處理的數據也相形增加,而硬體的需求就更不用說了。評估顯示卡處理器能否提供高頁框更新率有兩大重點。首先是每秒可以處理的像素數目(megapixel/秒),另外則是記憶體的頻寬,也就是顯示處理器本身的記憶體存取資料速度,無論是每秒像素處理數目或記憶體資料存取速度,均是愈多、愈快,就愈好。


三、 顯示卡性能指標:


1. 2D 和3D:
電腦中顯示的圖形實際上分為2D(2 維/Two Dimensional)和3D(3維)兩種,其中2D圖形只涉及所顯示景物的表面形態和其平面(水平和垂直)方向運行情況。如果將物體上任何一點引入直角坐標系,那麼只需「X、Y」兩個參數就能表示其在水平和上下的具體方位。3D 圖像景物的描述與2D 相比增加了「縱深」或「遠近」的描述。如果同樣引入直角坐標系來描述景物上某一點在空間的位置時,就必須使用「X、Y、Z」三個參數來表示,其中「Z」就是代表該點與圖像觀察者之間的「距離」或「遠近」。
 
2. 顯示卡BIOS晶片:

顯示卡BIOS晶片主要用於儲存VGA BIOS程式。VGA BIOS 是視頻圖形卡基本輸入、輸出系統(Video Graphics Adapter Basic Input and Output System),它的功能與主機板BIOS功能相似,主要用於顯示卡上各器件之間正常運行時的控制和管理,所以BIOS程式的技術必將影響顯示卡的產品技術特性。另外在顯示卡BIOS晶片中還保存了所在顯示卡的主要技術信息,如圖形處理晶片的型號規格、VGA BIOS版本和編製日期等。由於目前顯示卡上的圖形處理晶片表面都已被安裝的散熱片所遮蓋,用戶根本無法看到晶片的具體型號,但能通過VGA BIOS 顯示的相關信息來瞭解有關圖形處理晶片的技術規格或型號。

3. 圖形處理晶片:

圖形處理晶片是顯示卡的核心,顯示卡的主要技術規格和性能基本上取決於圖形處理晶片的技術類型和性能。衡量顯示處理晶片主要是看其所具有的2D/3D 圖形處理能力、晶片圖形處理引擎的數據頻率、與顯示記憶體之間的頻率和所支援的顯示記憶體類型容量、內部RAMDAC 的工作時脈、具備幾條像素渲染處理流水線、所支援的圖形應用程式介面(API)種類以及晶片生產製程技術等。由於表達顯示晶片技術性能涉及的一些具體內容較複雜,所以在許多媒體中所列出的顯示晶片技術參數中只強調了單位時間內每秒的像素填充率、生成三角形數量以及內核和顯示記憶體的工作時脈、最大圖像分辨率(水平點數×垂直點數)和更新率(幅/秒)等。總之以圖形晶片能獨立、全部、快速完成所有顯示2D/3D圖形時所需的訊息為最好。

4. RAMDAC:

由於目前大部分電腦所配置的顯示器仍然是傳統的模擬CRT(陰極射線管)顯示器,這種顯示器只能接受用信號電壓幅度來控制顯像管的發光亮暗程度,所以顯示卡中的RAMDAC 必須將顯示圖形晶片處理後並存儲在顯示記憶體中的數字顯示信號逐幅轉換為由三種彩色亮度和行、同步信號所共同組成的視頻信號,然後通過15針的D型插座輸出供顯示器使用。RAMDAC 的技術特性主要是工作時脈,只有足夠高的工作時脈RAMDAC 才能在單位時間內轉換更多幅的顯示信號,而顯示卡的更新率指標(幅/秒)的基本保證條件就是RAMDAC必須在單位時間內轉換足夠的顯示信號。

5. DVI:

目前顯示卡產生的均是模擬輸出,LCD等數字顯示設備為與之配合均採用VGA接口,這樣信號必須經過多次轉換,不可避免地造成了一些圖像細節的損失。1994 年4 月正式推出的數據顯示介面(Digital Visual Interface,DVI)標準,對介面的物理方式、電氣指標、時脈方式、編碼方式、傳輸方式、數據格式等進行了嚴格的定義和規範,保證了計算機生成圖像的完整再現。在DVI 介面標準中還增加了一個熱插拔監測信號,近而真正實現了即插即用。是未來發展的主流。

6. VGA功能擴展介面:

VGA 功能插座也叫特殊連接介面,是顯示卡生產廠家預留的,這個介面通常是為了使顯示卡能配合特製的子卡來完成MPEG 視頻圖像解壓或視訊圖像採集等特殊功能而預留的,但一般情況下極少有用戶真正能用上。

四、顯示卡挑選:


大家可能一開始都以為買一張顯示卡並不是什麼太複雜的事,因為從眾多的網路商店及3C賣場都可看到多不勝數、特色不同且價位不一的顯示卡,可是,就是因為可供選擇的顯示卡如此的多,要為自已選擇一張適合的顯示卡就變成一件不太容易的事了,為了要讓買回來的產品在使用後,能夠持續感到滿意,因此,在選購時,買家必須考慮的因素就變得非常多了。
無論你的電腦主要的用途是玩遊戲、工作、影像處理、影片編輯或是其他等等,你都一定要為電腦裝上顯示卡,不過,顯示卡的效能幾乎全都取決於應用的性質。目前最能作為分辨效能的主要項目是視訊、3D 效能及品質。挑選理想顯示卡的第一個重要因素,就是確認你的電腦最常使用的應用程式。如果你的電腦大部份時間都是使用辦公室應用程式(例如文字處理、報表等)或其他2D 軟體,那麼3D 顯示卡對你來說的意義就不大。不過,對像是微軟(Microsoft)「Longhorn」作業系統來說,因為使用介面運用了相當多的3D 處理功能,因此,就算買家不重視3D 的應用,3D 效能對這一類的使用者來說就變重要了。

舉例來說,就算你使用的是最簡單的「Longhorn」介面「Aero」,顯示卡也一樣要完全支援DirectX 9 並搭配64MB 的視訊記憶體!當然,距離「Longhorn」成為主流的時間還有好一陣子,就算它成為主流作業系統,介面也只會是2D;因此3D 的應用暫時還不需要。請點選此連結以查看更詳細資訊。
不同的顯示卡及不同世代的顯示晶片在2D 圖像的表現上也不盡相同,不過,因為現在的顯示卡在2D 表現上已達到一個相當高的水平,因此在日常如Windows XP等環境的應用下並沒有太顯著的差別。現在許多的遊戲全面使用3D 繪圖如毀滅戰士3(Doom3)等遊戲,對顯示卡的需求都相當高。使現今的顯示卡在3D效果表現與從前大不相同,因此這也成為選購相關產品時的重要考慮因素。不同世代、不同價位的顯示卡實在是太多了,因此,3D 效能差異及特色也多得不勝枚舉。就算你只是一個一般玩家,也不應該在不恰當的地方省下預算。無論如何,玩遊戲畢竟是大家閒暇時的娛樂,再怎樣也沒道理因為選擇了品質不好的顯示卡而糟蹋大家的娛樂時間吧?!一味削減你對顯示卡該有的要求,換來的可能只是一肚子火而已!顯示卡的3D 架構,就是顯示卡支援的3D 規格,對整個選購過程來說十分重要。基本上,3D 規格都是以微軟定期更新的應用程式介面(application programminginterface;API)DirectX 3D 作為參考基準。但不得不提的是,現在很多可以支援DirectX 8 的顯示卡已經足以應付目前遊戲所需,可是對那些最新的遊戲,例如是毀滅戰士3(Doom3)、浩劫戰場(Stalker)及戰慄時空2(Half-Life 2)等來說,卻顯然不足。如果你正打算更換你的主機板及顯示卡,內建的顯示卡解決方案的主機板一定是首選,不過,要注意的是,此類主機板內建的顯示卡只有在跟外置的最低速顯示卡相比時,效能才會顯得較好,因此,這一類的主機板對PC 遊戲玩家而言,功能性是十分有限。如果你的重點只是在日常的應用或影像的編輯處理,那麼主機板內建顯示卡則足以應付所需。最近有一些廠商都積極把PC 的領域開拓至居家生活的層面上。PC 最大的賣點當然是它適合影音播放的屬性。當然,最後的焦點也是再一次的落在顯示卡上,理論上,顯示卡可以播放任何格式的視訊檔案,不過,不同的顯示卡對PC 構成的負載不一樣,繼而會影響最後的影像品質。如果PC 在播放像是HDTV等影片時,CPU負載太高,你就可以明顯的看到錄放影片的過程中會出現斷斷續續的情況。不同的顯示晶片在顏色精準度的表現,也各有差異,例如在倍頻循序掃描及縮放影片時的表現。
系統的CPU 對顯示卡的表現也有一定的影響。雖然現在的顯示卡都不需要CPU 來運算,需要處理的資料需要由CPU 先準備好,然後再傳輸至顯示卡上即可,而且CPU也要同時處理computer player AI、物理計算及音效,要把顯示卡的速度推至極限,你同時也需要一顆強而有力的CPU。反過來說,如果顯示卡的頁框更新率有限,再好的CPU 也不太幫得上忙,對系統記憶體來說,情形也是一樣,如果它的運作速度太慢或記憶體不足,整個系統的運作速度也會被拖慢,總之,每個獨立元件的表現要平衡,才不會破壞整個系統的表現。幸好,沒有什麼關於顯示卡介面的不好評語。目前顯示卡的介面未來將會被PCIExpress取代的AGP 8x匯流排,不過,在目前可不要寄望升級至新的介面可為帶來任何的效能提升。



參考來源
1. http://mag.udn.com/mag/dc/storypage.jsp?f_ART_ID=8008
2. http://www.khjh.kh.edu.tw/1223/b3.htm
3. http://www.libertytimes.com.tw/2003/new/jan/22/today-i1.htm
4.http://www.synnex.com.tw/asp/main_frame.asptopic=IF&group=01790&parent=01843&classifyid=01872

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