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4-1 跟我看显卡
显卡时代
50年来计算机技术不断发展，显示子系统的性能在整个PC机中越来越重要。1997年底，3D图形加速卡在一夜之间风行世界，中关村柜台的最显眼的地方，摆着的都是Voodoo卡。而在短短的两年时间里，3D图形加速卡已经更新了4代。从最早的Voodoo到Voodoo2，在1998年底才出现的Banshee和TNT等第三代，如今已经成为了低档的显卡。如今，随着GeForce256、Savage2000等新一代显卡的推出，TNT2、Voodoo3等刚刚被用户和市场接受的第四代显卡又面临着淘汰。NV15，Voodoo4/5等显卡也出现了雏形。总之，如今的图形卡市场正在进行着一场前所未有的世界大战，而nVIDIA、3dfx、S3等图形卡生产厂商之间的竞争愈演愈烈。
在这场战争中，用户自然是最大的收益者，不管谁是这场战争的胜利者，他们都可以不断以更低的价格享受更好的性能。而在这场战争还没有结束之时，显示卡的选购已经令广大的DIYer们伤透了脑筋。面对市场上繁多的显示卡和厂商漫天的广告轰炸，那些一时失去理智或受到误导的消费者大呼“上当”，而这样的人还不在少数。的确，如今的显示卡市场非常混乱，我们无法像判断CPU的好坏一样来判断显示卡。采用同一种显示芯片的显示卡就不下十种，随着Matrox、ATI、爱尔莎（ELSA）等国际厂商进入国内市场，这一情况就更加恶化：像丽台、微星、华硕、耕宇等这样的台湾大厂不下五六个，再加上文松、小影霸、则灵、高品等小有名气的厂商，起码不下二十多个。在这样的情况下，谁又能在迷茫的3D世界中把握住自己的方向呢？也难怪许多用户在攒机的时候对于显卡的选购十分头疼。
但是，挑选显卡也并不是什么天大的难题，只要您掌握了一定的相关知识，就能够在广告面前认清方向，买到您称心的显卡，虽然我们无法像挑选CPU一样，用其品牌和频率来辨别好坏，但显卡的性能主要决定于其上面的主芯片，就好像计算机的性能决定于CPU的速度一样。只要您能够准确地辨别芯片的种类，在采购的时候就决不会迷失方向。其次，显卡的做工也在一定程度上决定了显示卡的性能。关于这方面的内容，我们在下文中将详细介绍。本着这个宗旨，我们将在下文中，循序渐进，向您依次介绍显卡结构、技术、做工、主流的显示芯片等内容。力求让您在读完本文后也能成为一个“显卡专家”。
显示卡的结构以及分类
显示卡主要分为专业和家用两类。专业显示卡主要的应用是CAD平面设计3DS作图等专业领域，其显卡的价格也非常高昂：入门级显卡的价格通常也在万元左右，因此，它们并不是本文介绍的主要对象。另一类，就是我们经常说的家用显示卡，它们在作图软件上的性能不及专业显卡的十分之一，但它们的价格很低廉，能够满足家用的需要。我们通常所说的显卡就是指这类。下面，笔者将对家用显示卡的各部分结构进行介绍。
显示卡的主要作用是对图形函数进行加速。早期的电脑，CPU和标准的EGA或VGA显示卡以及帧缓存(用于存储图像)，可以对大多数图像进行处理，但是它们只是起一种传递作用，我们所看到的就是CPU所提供的。这对老的操作系统（如DOS）以及文本文件的显示是足够的，但是这种组合对复杂的图形和高质量的图像的处理就显得力不从心了，特别是当用户使用Windows操作系统后，CPU已经无法对众多的图形函数进行处理，而最根本的解决方法就是图形加速卡。图形加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，这些都是专门用来执行图形加速任务，因此就可以大大减少CPU所必须处理的图形函数。比如我们想画个圆圈，如果单单让CPU作这个工作，它就要考虑需要多少个像素来实现，还要想想用什么颜色，但是如果图形加速卡芯片具有画圈这个函数，CPU只需要告诉它“给我画个圈”剩下的工作就由加速卡来进行，这样CPU就可以执行其他更多的任务，这样就提高了计算机的整体性能。
实际上现在的显示卡都已经是图形加速卡，它们多多少少都可以执行一些图形函数。通常所说的加速卡的性能，是指加速卡上的芯片集能够提供的图形函数计算能力，这个芯片集通常也称为加速器或图形处理器。一般来说，在芯片集的内部会有一个时钟发生器、VGA核心和硬件加速函数，很多新的芯片集在内部还集成了RAMDAC(后面会介绍)。芯片集可以通过它们的数据传输带宽来划分，最近的芯片多为64位或128位，而早期的显卡芯片为32位或16位。更多的带宽可以使芯片在一个时钟周期中处理更多的信息。但是大家不要以为128位芯片就会比64位芯片快两倍，更大的带宽为我们带来的是更高的解析度和色深，加速卡的速度很大程度上受所使用的显存类型以及驱动程序的影响。现在生产加速卡的厂商可以分为两类。一类是自己生产芯片，自己设计卡板并生产，例如MGA所生产的加速卡多为此类(m3d除外)，因为从设计到生产都是自己进行，所以对BIOS和驱动程序的设计会做的较好。另外一类就是使用别人设计的芯片，自己设计卡板线路并生产，像Diamond就是这一类中比较著名的厂家。
每一块显示卡基本上都是由“显示主芯片”，“显示缓存”（简称显存），“BIOS”，数字模拟转换器（RAMDAC），“显卡的接口”以及卡上的电容、电阻等组成。多功能显卡还配备了视频输出以及输入，供特殊需要。随着技术的发展，目前大多数显卡都将RAMDAC集成到了主芯片了。（加入显示卡的图解）
显示主芯片
顾名思义，显示主芯片自然是显示卡的核心，如nVIDIA公司的Riva128，TNT/TNT2，GeForce256，3dfx公司的Voodoo系列，S3公司的GX系列等。它们的主要任务就是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲染等工作。显示主芯片的性能直接决定这显示卡性能的高低，不同的显示芯片，不论从内部结构还是其性能，都存在着差异，而其价格差别也很大。一般来说，越贵的显卡，性能自然越好。关于显示主芯片的介绍，我们将在第三节中详细介绍。
显存
显示卡的主芯片在整个显示卡中的地位固然重要，但显存的大小与好坏也直接关系着显示卡的性能高低。
我们都知道，在购买系统内存是总要买速度快的，同样显存也存在速度的差别，不同类型(甚至不同品牌)的显示卡采用的显存也不尽相同，这种现象在老式的FPM和EDO DRAM中比较多。当EDO DRAM广泛采用后，显存的速度达到了25ns，更高的速度带来的往往是更大的数据传输带宽，这对整个显示系统性能的影响是很大的。但是在同种类型显存中，显存速度的提高对显卡性能的影响就不十分显著。下面，笔者就对一些显存进行简略的介绍。
FPM(Fast Page Mode) DRAM
这是我们过去曾经经常见到的快页内存，在过去，它常常被当做系统内存使用。虽然它的名字是“快”页内存，但是在现在看来它的速度还是太慢了，它一般只工作在5-3-3-3 66 MHz下。FPM之所以被广泛应用，一个重要原因就是它是种标准而且安全的产品，而且很便宜。但是由于它的性能实在太次，所以不久便被EDO DRAM所代替。
EDO (Extended Data Out) DRAM
同FPM相比，EDO DRAM的速度要快大约5%，其原因就是EDO内设置了一个逻辑电路，凭借此，EDO可以在上一个内存数据读取结束前将下一个数据读入内存。EDO显存的标准频率是66MHz，现在看来还是比较低的。
SGRAM (Synchronous Graphics RAM )
SGRAM是一种较新的显存，且它是专门为显示卡设计的，它改进了过去显存的传输率低的缺点，使显示卡性能的提高成为可能。但由于其设计制造成本昂贵，在原先的普通显卡种较少见，不过今年来，随着制作工艺的成熟，其制造成本已经降低了许多，如今的显示卡有许多都采用了SGRAM作为显存。SGRAM的最大优势在于其支持显存的块操作，在支持块操作的软件或游戏中，其性能优势较SDRAM很明显，但在普通的应用中，其性能由可能还不如价格较它低许多的SDRAM。不过SGRAM的超频能力很好，适合超频需要的显示卡。这方面问题，在下文将提到。
SDRAM (Synchronous DRAM)
SDRAM是现在应用最广的显存，几乎市场上的显卡使用的都是SDRAM显存。SDRAM与早期产品的设计思路完全不同，它可以在一个时钟周期内进行数据的读写，从而节省了等待时间。SDRAM现在已经成为显存市场上的主导产品，这主要是因为其低廉的价格和较佳的性能，最新的SDRAM显存带宽可以达到200MHz，这当然是速度的一个飞跃。
Video RAM (VRAM)
作为解决显示数据进出矛盾的第一方案，Video RAM 为我们带来了一个光明的前景，但是大家可能发现，如今市面上常见的3D加速卡没有运用Video RAM的。原因很简单，Video RAM是为显示卡所量身定作的，除了运用在显示卡上别无它处，而且Video RAM的合成需要更多的硅，这也导致了它成本的提高。Video RAM的双端口较好的解决了单端口时影响显卡速度的这一难题，大多数时间内，数据从显示芯片通过一个端口传送到显存中，而与此同时另一个端口又可以将显存中已有的数据传送到RAMDAC中，这样就避免了数据进出时所浪费的等待时间。
WRAM Window RAM
WRAM是VRAM的一个改进产品，与VRAM相比WRAM的带宽要高出25%，而且当运用例如块填充时WRAM可以达到更高的效能，此外很重要的一项是WRAM的制造工艺要比VRAM简单，其价格自然要比VRAM低(相对而言)。
RAMDAC
RAMDAC的中文名称是：视频存储数字模拟转换器。RAMDAC是显示卡中比较重要的芯片。在视频处理中，它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号。现在家用显示卡市场上使用速度最快的RAMDAC的显卡是Matrox公司的G400MAX显卡。其RAMDAC高达360MHz。大功率的RAMDAC是显示卡发展的趋势，更大的RAMDAC为显卡提供更高的带宽，可以满足更高的刷新率和分辨率的要求。
BIOS
BIOS( Basic Input Output System )，即基本输入输出系统，它是专门用于存放系统所需要执行的基本指令信息的。
显示卡的BIOS和主板上的BIOS的作用基本上是一样的，而BIOS升级也是一件很常见的事。实际上，BIOS升级的作用主要是提高系统的性能以及修正BUG，兼容更多的硬件等等。总之，显示卡的BIOS作用很重要，如同主板的BIOS一样，一但被破坏，系统将无法启动。所以在升级BIOS的时候要格外小心。
视频输出/输入接口
这类视频接口并不是必须的，它的主要作用就是将显示信号输出到外部设备上，或收集外部采集的视频信号。带有视频输出的显卡通常造价要稍高一些，而您如果根本就不需要它，那在购买的时候还是挑选不带视频输出的型号，他能够省下不少钱。
显示卡的接口
最早的显示卡采用的是VISA接口，其传输速度以及带宽非常之低，随后便出现了ISA接口的显卡，但VISA和ISA显卡已经基本上绝迹，这里不做过多的介绍。
如今市场上主流的显示卡主要是以PCI（Periphic component Interface）以及AGP（Accelerated Graphics Port）作为接口的。AGP是Accelerated Graphics Port缩写，意思是图形加速接口，也称AGP总线。AGP是一种新型接口标准，可直接向图形分支系统的存储器提供高速带宽。这种端口减轻了PCI总线传输速度慢的瓶颈状况，使图形加速卡计算速度更快。PCI总线的优势是：带宽为所有外围设备部件共用，包括从SCSI接口卡到声卡和图形加速卡。相比之下，AGP 非常单一，只是图形加速卡使用的一个专用的图形连通线。AGP带宽比PCI更加高。确切地说，AGP总线运作时钟速度为66MHz （相当带宽266 MB/秒），而PCI总线运作时钟速度为33MHz （带宽133 MB/秒）。
自从2×AGP开始，AGP总线就支持了DIME方式。DIME是Direct Memory Execute缩写，意思是直接进行存储。DMA只是将系统存储器当作特殊的纹理储存空间，而DIME在纹理影射到帧缓存器前，就能做到直接从系统存储器里完成纹理转换，根本不需要把纹理储存在图形存储器里。未来的3D游戏将用DIME就是例子，因为对这些游戏来说，存储更多的纹理是不成问题的。然而当前的游戏一般采用较小存储器储存纹理素材，这样，储存像3D图表，VRML（虚拟现实模型语言）物体所用的3D图像纹理数量，一般是不会超过存储量。如今的游戏都采用了较大的纹理，使游戏的画面变的更加精致。采用大纹理直接导致的问题就是显示卡的显存容量不够。如果还是以原来PCI总线的DMA方式，将大量的纹理素材或不常用的纹理素材存放在帧缓存器，然后再显示，纹理是根据要求在系统存储器和帧缓存器之间调进调出的话，那游戏的速度将受到极大的限制，只有采用更快的DIME方式，才能解决这个问题。因此，现在市场上所售的AGP显卡，除Voodoo3外基本上都支持DIME功能。因此，DIME功能将是今后显示卡发展的趋势。
说到这里，您对显示卡的结构应该有了一定的了解。下面，笔者将带您进入“软”的世界，对当今主流显示卡所支持的3D图形技术进行讲解，相信您在读完下面部分后将会有很大的收获。
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