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計算機概論. 顯示卡 專題報告. 組員: T495A009 彭志明 T495A047 彭信理 劉錦州. 顯示卡的原理: 現在顯示卡主要有三大用途 : 1.2D 視窗繪圖 2.3D 遊戲的畫面 3. 影片播放的加速.
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計算機概論 顯示卡 專題報告 組員:T495A009 彭志明T495A047彭信理劉錦州
顯示卡的原理:現在顯示卡主要有三大用途:1.2D視窗繪圖2.3D遊戲的畫面3.影片播放的加速顯示卡的原理:現在顯示卡主要有三大用途:1.2D視窗繪圖2.3D遊戲的畫面3.影片播放的加速
現在都會透過標準的「應用程式介面」(API)為中介來處理,軟體以標準API的指令寫成,各家顯示晶片去支援該API便能達到很高的相容性。對於前述的三大用途,API就分別是GDI+、Direct3D與DXVA(DirectX Video Acceleration)。3D部分另一個熱門的API為OpenGL,至於NVIDIA與ATI大力宣傳的Shader Model 2.0/3.0等等,則是Direct3D裡指令集的新舊版本,現在兩大廠都已經全面支援SM3.0。
API之後還沒有到硬體,還得通過驅動程式的轉譯。就像CPU不會直接處理x86指令一樣,GPU也不會直接處理API的指令,因為各家晶片設計都有獨門的技巧與線路,一定會先轉譯成更低階的指令,重排指令的順序以進量達到最高效率。CPU沒有驅動程式只能靠內建的解碼器和「強力說服」各家軟體廠商使用最佳化的程式編譯器,GPU則靠著每個月更新一次的驅動程式來強化效能或修改問題。API之後還沒有到硬體,還得通過驅動程式的轉譯。就像CPU不會直接處理x86指令一樣,GPU也不會直接處理API的指令,因為各家晶片設計都有獨門的技巧與線路,一定會先轉譯成更低階的指令,重排指令的順序以進量達到最高效率。CPU沒有驅動程式只能靠內建的解碼器和「強力說服」各家軟體廠商使用最佳化的程式編譯器,GPU則靠著每個月更新一次的驅動程式來強化效能或修改問題。
1.顯示卡的插槽顯示卡的插槽分成兩類:AGP和PCI,AGP是現在的主流,由於它的傳輸速率較快,較適合大量的3D運算和貼圖,所以漸漸將PCI介面的顯示卡淘汰。1.顯示卡的插槽顯示卡的插槽分成兩類:AGP和PCI,AGP是現在的主流,由於它的傳輸速率較快,較適合大量的3D運算和貼圖,所以漸漸將PCI介面的顯示卡淘汰。
2.繪圖晶片繪圖晶片可以直接將處理軟體送來的繪圖指令,將運算結果直接寫入視訊記憶體中,節省CPU的運算資源。一片64bit的繪圖晶片,是以64bit的速度讀取視訊記憶體的資料。現在最熱門的3D顯示卡,就是加強了繪圖晶片的功能。2.繪圖晶片繪圖晶片可以直接將處理軟體送來的繪圖指令,將運算結果直接寫入視訊記憶體中,節省CPU的運算資源。一片64bit的繪圖晶片,是以64bit的速度讀取視訊記憶體的資料。現在最熱門的3D顯示卡,就是加強了繪圖晶片的功能。
3.視訊記憶體視訊記憶體(VRAM)記憶體這名詞也介紹過了,其實顯示卡上也要視訊記憶體來幫忙記憶資料,如果視訊記憶體越多,越快,則顯示卡的速度越快,提供的解析度將越高。例如解析度在600*800時,調成1677萬色時(True-Color Mode)時,就需要1.4MB的記憶體,一般顯示卡的視訊記憶體可分為EDO RAM,SDRAM和SGRAM(專門位高速的顯示卡用的,可以支援的頻率較高,因此較適合當顯示用的高速記憶體),其中SGRAM就是顯示卡專用的,因為它的速度較快,較適合顯示用,當然這也較貴。
4.RAMDACRAMDAC(RAM Digital to Analog Converter,記憶數位轉換器)的主要工作是將視訊轉換成顯示器認得的R.G.B.(紅,綠,藍)類比訊號,如32bit的RAMDAC就是一次能將32位元的資料轉成類比輸出。RAMDAC的轉換頻率越高,訊號輸出的更新頻率(Refresh Rate)就越高,畫面也越穩定。
5.VGA BIOSVGA BIOS是儲存繪圖晶片和驅動軟體之間的控制程式,VGA BIOS對顯示卡可是有很大的關係,因為BIOS可以決定顯示卡與不同作業系統的相容性。
這是顯示卡外接的部分,這叫DB15接頭。(藍色的)另外黑色的是S端子,接電視的。另外白色的是數位輸出,接到液晶螢幕。這是顯示卡外接的部分,這叫DB15接頭。(藍色的)另外黑色的是S端子,接電視的。另外白色的是數位輸出,接到液晶螢幕。
這是一張顯示卡。1.顯示晶片。(被散熱片擋住了)此為SAVAGE4。2.視訊記憶體。3.俗稱的金手指,這是插AGP的,注意,有兩層。4.防止插不好的裝置。5.從這裡輸出到螢幕。這是一張顯示卡。1.顯示晶片。(被散熱片擋住了)此為SAVAGE4。2.視訊記憶體。3.俗稱的金手指,這是插AGP的,注意,有兩層。4.防止插不好的裝置。5.從這裡輸出到螢幕。
顯示卡上面的BIOS。下面那張圖左邊的叫RAMDAC。顯示卡上面的BIOS。下面那張圖左邊的叫RAMDAC。
顯示卡的金手指。這兩張圖都是插AGP的,所以有兩層。顯示卡的金手指。這兩張圖都是插AGP的,所以有兩層。
顯示卡上的視訊記憶體,注意下面那張是在背面的。顯示卡上的視訊記憶體,注意下面那張是在背面的。
顯示卡的顯示晶片。有的上面還會有散熱片或風扇。顯示卡的顯示晶片。有的上面還會有散熱片或風扇。
顯示卡的演進顯示卡從早期的單色顯示,一直就在持續地進步,不過當時進步的目的,主要都集中在顯示顏色數、解析度、更新頻率等2D部分,但這樣的趨勢很快就結束了,隨著電腦及顯示相關硬體的進步,PC上的娛樂價值開始受到較多人的注意,也因此導致PC正式進入多采多姿的「多媒體娛樂」時代。顯示卡的演進顯示卡從早期的單色顯示,一直就在持續地進步,不過當時進步的目的,主要都集中在顯示顏色數、解析度、更新頻率等2D部分,但這樣的趨勢很快就結束了,隨著電腦及顯示相關硬體的進步,PC上的娛樂價值開始受到較多人的注意,也因此導致PC正式進入多采多姿的「多媒體娛樂」時代。
在「多媒體娛樂」時代當中,遊戲及各方面多媒體的應用,成了檢視顯示卡良莠的最佳平台,隨著顯示卡的進步,PC上的遊戲也跟著水漲船高,各遊戲紛紛支援最新的顯示卡或相關標準,以便讓遊戲的質感提升,儼然就成了遊戲為顯示卡能力指標的一種狀況。在「多媒體娛樂」時代當中,遊戲及各方面多媒體的應用,成了檢視顯示卡良莠的最佳平台,隨著顯示卡的進步,PC上的遊戲也跟著水漲船高,各遊戲紛紛支援最新的顯示卡或相關標準,以便讓遊戲的質感提升,儼然就成了遊戲為顯示卡能力指標的一種狀況。
所向披靡的巫毒時代「巫毒」這個名詞總是和遊戲相提並論,原因無他,在當初遊戲玩家殷切期盼之下,3Dfx公司的Voodoo顯示卡,提供了遊戲玩家與發展者最好的開發環境,藉由Voodoo卡的3D功能提升,遊戲變得好玩了,開發遊戲者也有了依循,在供需上獲得雙方面的平衡,成為該時遊戲、3D顯示卡的最佳組合,Voodoo這個名詞,正式成為遊戲玩家心中的最愛,也是顯示卡發展歷史中輝煌的一頁。所向披靡的巫毒時代「巫毒」這個名詞總是和遊戲相提並論,原因無他,在當初遊戲玩家殷切期盼之下,3Dfx公司的Voodoo顯示卡,提供了遊戲玩家與發展者最好的開發環境,藉由Voodoo卡的3D功能提升,遊戲變得好玩了,開發遊戲者也有了依循,在供需上獲得雙方面的平衡,成為該時遊戲、3D顯示卡的最佳組合,Voodoo這個名詞,正式成為遊戲玩家心中的最愛,也是顯示卡發展歷史中輝煌的一頁。
顯示卡標準問題 當然,這樣的「榮景」可不是平白出現的,因應3D顯示的需求,廠商們也聯合推出了相關的標準,這樣可以免除顯示卡製造廠各自為政的問題,讓大家都遵循一個共同認定的標準,這樣對硬體研發廠商、軟體研發廠商、甚至是使用者來說,都是絕對有好處的,因此以微軟為首,推出了DirectX及OpenGL相關的規範,從此之後,DirectX就成了與遊戲相關的重要協定了。 當然,比較高階一些的3D應用,則以OpenGL為準,這類軟體大多是動畫製作軟體。
傳奇的nVIDIA nVIDIA這家公司在這段不短的時間內,可說是搶盡了鋒頭,nVIDIA自從RIVA 128晶片推出後,使得許多人認識了這家公司,而與Voodoo的廝殺,更是將顯示卡大戰中最精彩的戲碼,在TNT卡在市場上破解了Voodoo的獨大態勢之後,後續的TNT2/TNT2 M64等顯示卡,更是讓Voodoo系列吃盡苦頭,這時Voodoo的獨大局勢已完全破解,情勢大概可以用「分庭抗禮」來形容,不過對於nVIDIA的支持者來說,
多半會認為是nVIDIA獲得了全勝,自此顯示卡的發展趨勢焦點,已經易主為nVIDIA了。 不可諱言地,nVIDIA公司以其領先的技術與研發速度,持續地衝擊著整個顯示卡市場,也讓對手感到壓力倍增,在繼nVIDIA的TNT/TNT2/TNT2 M64成功地受到市場的青睞後,nVIDIA又以類似的模式攻佔市場,如今的GeForce家族(包括GeForce/GeForce 2 GTS/GeForce 2 MX/ GeForce 2GTS Ultra等)又在市場上呼風喚雨,在效能上領先群雄,成為最受矚目的焦點。
Elsa Gladiac Geforce 2 GTS Ultra顯示卡當然,3Dfx公司也沒有放棄龐大的Voodoo擁護者,畢竟在遊戲市場的「佔有」時間上來說,3Dfx應該算是「前輩」了,後浪能不能推前浪,其實還難說的很,一塊顯示卡除了在效能上要出眾之外,價格也是很重要的,而且還得看遊戲支援,光就遊戲支援部分,
顯示卡製程的進步要讓顯示卡產品取得優勢,最終還是回歸到製做技術的部分,我們不妨回頭觀察一下nVIDIA公司的產品,就可從中得知一二。 當初GeForce 256以TNT2的雙倍效能攻佔市場,乃至於GeForce 2 GTS、或GeForce 2 GTS Ultra,光在製程上就由原先的0.22μm提升到目前的0.18μm,而晶片本身的核心頻率(工作時脈)也是一個重點,核心頻率的提升,也就代表著產品效能的提升,目前的GTS核心頻率為200MHz,
也比當初的120MHz提升不少,在新推出的顯示卡上,各位可以一再發現,核心頻率的提升,就是產品的效能提升(Voodoo5 5500並不以提高時脈為手段,反而以多加一顆VSA-100串聯使用來提升效能)。 當然,這中間也有一些衍生問題,如耗電量、熱能產生等,這些問題也關係著產品的表現,如果耗電量過高導致還得外接電源,或者是熱能產生過大,導致散熱問題等,最後甚至還關係著搭配的記憶體類型,都有可能是產品效能與價格上的決定因素,而效能與價格,不正是影響市場接受度的重要因素嗎?
顯示卡支援的標準既然提到遊戲的3D標準,當然就以DirectX為主,因此一塊顯示卡,要能表現出其高人一等的效能,可不是自己說說就算的了,強調自己的繪圖引擎多優良,或者三角形生成率高達多少,又或是推出某些「獨家」的特殊功能,如nVIDIA的T&L引擎(硬體的幾何形變及光源處理引擎)、NSR光影引擎(強調炫麗)或3Dfx FXT1(3Dfx自家規格)的FSAA(全場景反鋸齒功能)與T-Buffer(可營造出各種模糊特效)等,
推出的新技術固然很好,但使用者要享用這些功能,還是得等相關的軟體支援,否則一切都是空談,超強的功能放在顯示卡上,難道就「看」得出有何不同嗎? 在往後的發展上,除了自家的技術之外,最重要的得首推標準的符合,當然,也得「希望」軟體能夠搭配,畢竟標準不一與無人支援的標準,對於使用者來說,都是一樣沒有意義的,說穿了,現在的硬體日新月異,
電腦汰舊的頻率如此高,買了一塊「將來」可能發揮高效能的顯示卡,或者「將來」會被支援的標準,其實都只是「將來」而已,資訊界的「將來」是說不準的,回頭想想各位半年一年前買的硬體設備,以今日的眼光看來,有發揮到當初強調的那些「未來」功能嗎?當初所花的「代價」,如今又「值」多少?電腦汰舊的頻率如此高,買了一塊「將來」可能發揮高效能的顯示卡,或者「將來」會被支援的標準,其實都只是「將來」而已,資訊界的「將來」是說不準的,回頭想想各位半年一年前買的硬體設備,以今日的眼光看來,有發揮到當初強調的那些「未來」功能嗎?當初所花的「代價」,如今又「值」多少?
似乎是不怎麼划得來,因此顯示卡的附加功能,應該也是一項重要的選購參考因素才對。 在附加價值上,除了遊戲專用的部分,如3D眼鏡,2D部分其實不可偏廢,其中以解析度、是否支援平面顯示器、支援平面顯示器的解析度為何?可否支援HDTV(數位電視)、播放VCD、DVD時有沒有幫助等,應該都是蠻重要的參考依據。 此外既然是顯示,能不能將畫面輸出至一般電視(TV-Out功能)、能不能用雙螢幕顯示輔助排版等作業、雙螢幕顯示時,主、副螢幕的解析度為何?
(Matrox打從G400就開始強調雙顯示(DualHead)技術,如今Geforce MX也有這樣的功能)等,都是顯示卡是否能適用於其他狀況的重要因素,或許一塊「全能」的顯示卡不易獲得,但一塊多用途的顯示卡卻不難辦到,在追求高效能及新技術的同時,我們認為顯示卡的「附加」價值,可能還比較能「即刻」享用,關於「未來」的功能,還是讓時間來證明一切吧!
認識顯示卡在這資訊市場百家爭鳴的時代,電腦顯示卡自然也是每家廠商必爭之地。製作顯示卡晶片組的公司,知名的包括:S3、Tseng、Trident、Cirrus Logic、ATI、SiS、SGS Thomson、以及PowerVR、Voodoo等等,而雄心萬丈的Intel也加入競逐的行列,發表了i740晶片。想想,有這麼多的晶片設計公司,以及這麼多的晶片型號,真是會讓人有丈二金鋼摸不著頭腦的感覺,不過別擔心,看完本文的介紹,一般使用者大概也能掌握其中的奧妙之處了。
目前電腦主機板的插槽,從早期ISA Bus(8bit及16bit),衍生到VESA-LOCAL Bus,到今天的PCIBus(32bit/64bit),PCI儼然已經成為市場主流,介面傳輸速度也推昇到133 MB/s。但現在顯示卡廠商為了加速顯示卡的傳輸速度,又設計了AGP介面匯流排規格,因此比較舊型的主機板都不能支援。使用者若使用這種新的規格,就必須更新主機板。當你學會分辨顯示卡插槽,我們再來看看晶片組有哪些的特點!
不同的晶片組號碼是代表不同的功能,如一般顯示卡、視窗加速卡、2D加速卡、3D加速卡等,一般晶片組製造公司的名稱、型號、版本及製造日期都會印在晶片組上(如S3、VIRGE/DX、C375、9726、PHILIPPINES,其中,S3為晶片設計公司,RGE/DX、 C375為型號,9726為1997年第26週製造,PHILLIPPINES為產地)。目前台灣有很多電子公司向國外採購顯示晶片組,再自行設計生產顯示卡,根據筆者的瞭解,
最便宜的晶片組大概是S3-Trio64V2(775),這也是筆者在市面上看過流通最多的晶片組。理所當然,微軟的WIN 95也幫此晶片寫好了驅動程式(DRIVER),不過由於每一家生產顯示卡的廠商不同,電路板設計也不盡相同,為了得到更好的相容性,建議還是選擇安裝原廠隨顯示卡出貨所附的DRIVER,相信整個系統的相容性表現會比較好。
以S3-Trio64V2(775)晶片而言,其算是比較低階的產品,具有視窗加速的功能,也就是說不要求螢幕的顯示速度,只是拿來做做文書處理,或只是從事一般化的視窗作業,因而一塊顯示卡含1MB RAM,也是一般電腦公司低價促銷的電腦最常採用的配備。至於現今市面上常說的2D、3D加速顯示卡,一般在電腦繪圖上……等,
當然這些都要委託晶片組來輔助計算,以加快螢幕的顯示速度,使用得最多的,大概非最近坊間流行的電腦動畫及立體遊戲(如超任、Saturn大型電玩移植下來的電腦遊戲軟體等)莫屬!這些動態的遊戲軟體常需要這些3D晶片的支援,否則除了畫面顯示緩慢外,甚至可能還無法顯示。而在顯示卡RAM的選擇上,與畫面表現的色彩具有絕對的關係。當然這些都要委託晶片組來輔助計算,以加快螢幕的顯示速度,使用得最多的,大概非最近坊間流行的電腦動畫及立體遊戲(如超任、Saturn大型電玩移植下來的電腦遊戲軟體等)莫屬!這些動態的遊戲軟體常需要這些3D晶片的支援,否則除了畫面顯示緩慢外,甚至可能還無法顯示。而在顯示卡RAM的選擇上,與畫面表現的色彩具有絕對的關係。
最簡便的算法如下,例:640x 480 256色(8 bit)標準VGA MODE,至少就要佔掉640 X 480=307200 Bytes,所以顯示卡上面的RAM 1MB,640 X 480 X 3=921600 Bytes,最高能顯示640 X 480 True Color(24bit)效果。
如果使用者覺得畫質不佳,想再提高解析度,那就得再增加RAM了,因此在家裡想要看場VCD電影,解析度顯示1024 x 768 True Color全螢幕的效果,最好RAM能有4MB或更高。當然輸出的顯示頻率也是一個選擇的重點,頻率越高,能得到更好的效果,但這也要看看你的彩色顯示器能不能接受這麼高的輸出頻率,否則再精緻的畫面也一樣無法顯現出來。
結語:目前市面上的顯示卡可謂五花八門,除了最常見的VGA 15 pin標準D型接頭外,目前也有產品增加NTSC/PAL接頭,也就是俗稱的AV端子(NTSC為美洲電視規格,PAL為歐洲電視規格;台灣電視是依循NTSC規格,而中國大陸電視是使用PAL規格),可以直接讓電腦影像直接輸出到一般的電視機上!還有一種產品TV TUNER,可以直接在電腦螢幕上直接看有線電視(CABLE TV),以前尚有一種MPEG視訊解壓縮卡,後因CPU速度越來越快,
MPEG的功能就直接交給CPU去做軟體的解壓縮,視訊解壓縮卡就自然被市場淘汰了。顯示卡的規格越來越複雜,至於APM(Advanced Power Management)及DPMS(Display Power ManagementSignalling)功能,前者是Microsoft及Intel設計用BIOS、作業系統或應用程式,來管理個人電腦的能源使用;而後者是VESA
(Video ElectronicsStandards Association)協會定義顯示卡和螢幕之間硬體訊號的控制方法。以上簡單介紹至此,如果使用者仍有不明之處,歡迎主動與筆者相互切磋。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根據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。電腦平常顯示的Windows中的各種選單(包括執行的Word等Office軟體)和部分遊戲如《世紀帝國》或《天堂》等都是2D圖形顯示,而3D Studio MAX的圖形製作和遊戲《戰慄時空-CS》、《極速快感》等顯示的則都是3D畫面。
所以在3D圖形處理晶片出現前顯示卡還無法承擔3D圖形顯示數據的處理,因此為完成3D圖形顯示的數據計算和處理仍須由CPU完成。1997年美國S3公司開發出S3 Virge/DX晶片,開創了由顯示卡圖形處理晶片完成(部分)3D顯示數據的處理的先河,從此人們也開始將具有3D圖形顯示處理晶片的顯卡稱為3D圖形(加速)卡。
當然隨著圖形晶片技術的不斷發展,當今市場上幾乎所有顯示卡所使用的圖形晶片全部都算3D晶片了,特別是nVidia公司的GeForce晶片幾乎能完成所有的3D圖形處理(包括原來必須由電腦CPU所承擔的幾何轉換和光線渲染處理),因此被冠以GPU的桂冠。想當而知,一台電腦不管是多濫的顯卡都必須要有,不然怎會有畫面秀在螢幕給你看,影像播放(看電影)、遊戲(3D處理能力)、繪圖這些都是顯卡的主要目的,當然隨著圖形晶片技術的不斷發展,當今市場上幾乎所有顯示卡所使用的圖形晶片全部都算3D晶片了,特別是nVidia公司的GeForce晶片幾乎能完成所有的3D圖形處理(包括原來必須由電腦CPU所承擔的幾何轉換和光線渲染處理),因此被冠以GPU的桂冠。想當而知,一台電腦不管是多濫的顯卡都必須要有,不然怎會有畫面秀在螢幕給你看,影像播放(看電影)、遊戲(3D處理能力)、繪圖這些都是顯卡的主要目的,
而越會用到顯卡需求高的軟體才需要用到高階顯卡,顯示晶片做在主機板上的話,是跟CPU"共享"記憶體,同一條記憶體的通道上不但要傳輸CPU的資料,還要傳輸顯示卡的資料,跑跑WORD,EXCEL還無所謂,一但執行遊戲或繪畫程式,畫面會停頓是很正常的情形。而越會用到顯卡需求高的軟體才需要用到高階顯卡,顯示晶片做在主機板上的話,是跟CPU"共享"記憶體,同一條記憶體的通道上不但要傳輸CPU的資料,還要傳輸顯示卡的資料,跑跑WORD,EXCEL還無所謂,一但執行遊戲或繪畫程式,畫面會停頓是很正常的情形。