显卡

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显示卡,历史上也是视频适配器,控制计算机中的图形输出。当程序运行时,处理器计算数据,将其转发给显卡,显卡转换数据,以便监视器或投影仪(“投影仪”)可以将所有内容显示为图像。显卡要么作为PC扩展卡通过总线系统(PCIe,以前也称为AGP、PCI、VLB或ISA)连接到主板,要么包含在主板上的某个组件中,例如芯片组或主处理器(CPU)或作为SoC的一部分。 现代显卡最重要的组成部分是:GPU、图形内存...

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显卡

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显示卡,历史上也是视频适配器,控制计算机中的图形输出。 当程序运行时,处理器计算数据,将其转发给显卡,显卡转换数据,以便监 视器或投影仪(“投影仪”)可以将所有内容显示为图像。显卡要么作为 PC 扩展卡通过总线系统(PCIe,以前也称为 AGP、PCI、VLB 或 ISA)连接到主板,要么包含在主板上的某个组件中,例如芯片组或主处理器( CPU) 或作为 SoC 的一部分。

现代显卡最重要的组成部分是:GPU、图形内存、RAMDAC 和外部设备的连接(例如显示器图形输入板)。 为了能够区分独立显卡和集成显卡,它们也被称为专用的“dGPU”和集成图形单元的“iGPU”。 还有external显卡n,通常简称为“eGPU”(英文external GPU)。 但是,GPU 不应与显卡作为一个整体混淆,尽管“GPU”通常用于指代显卡。

历史

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显卡

显卡原理首先用于Apple II微型计算机的批量生产,其集成在主板上的图形功能可以通过额外的插卡来提高。

直到 PC/AT,IBM 制定了被不断发展的 IBM PC 兼容机行业所采用的行业标准。 VGA 模式(16 色 640 × 480 点)有时仍用作某些 PC 上的“紧急模式”,因为在此模式下,PC 显卡 的硬件可以由软件以统一的方式寻址。 但更新的标准也很普遍,例如视频电子标准协会 (VESA) 标准化的模式(作为 VESA BIOS 扩展实现)或 UEFI GOP(图形输出协议),它们通常支持更多颜色的更高分辨率模式,但通常继续包括支持 VGA 模式。

其他名称 SVGA、XGA 等不再是显卡标准,而是屏幕分辨率的缩写,例如 XGA 具有 1024 × 768 像素。

直到 1990 年左右,显卡才限于使用所谓的 RAMDAC 芯片将图形存储器的内容转换为显示器的输出信号。 程序员基本上只能使用文本模式,并在图形模式下将各个像素设置为特定颜色。

软件加速

从1991年开始,显卡进一步发展成为独立的小型计算单元,拥有自己的GPU(Graphics Processing Unit),即所谓的图形或像素引擎或dt.图形处理器,其中不仅可以设置单个像素,还可以收到绘制线条和填充区域的命令(Windows 加速器)。 最重要的是,这些功能加速了图形用户界面窗口 (Windows) 的移动。 随着时间的推移,附加功能的概念继续存在,例如,自 1995 年以来,还引入了用于加速视频播放(例如 AVI 格式)和解码压缩视频数据(例如 MPEG)的功能(视频加速)。 这些功能以前是在单独的插件卡上提供的。

硬件加速

程序可以在三维空间中向 3D 加速器指定多边形形式的几何图形和多边形表面要填充(渲染)的纹理。 在早期的 3D 游戏中,这个相当简单但计算量大的任务必须由 CPU 来执行; 现在它可以委托给显示卡,这导致 3D 游戏的性能大幅提高(更好的图像分辨率,更逼真的图像)。

虽然第 一代的 3D 加速器仍然安装在自己的插件卡上,系统中安装的 2D 显示卡的图形信号通过插件卡循环,但使用 2D 和 3D 无线电的解决方案很快就盛行起来ionity 统一在同一张卡上。

为了提供更多的 3D 性能,两个或更多的 3D 显示卡或处理器现在使用多 GPU 技术(另请参阅 NVIDIA SLI 和 AMD CrossFireX)并行切换,以便能够在每周期计算更多的图形元素时间。 然而,这种技术需要高成本和能源

结构和功能

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系统的硬件接口

显卡n常用的硬件接口是PCI Express,以前ISA、VESA Local Bus、PCI和AGP也很常见。 这些接口要么是总线系统,要么是将总线控制器连接到显卡的直接连接(AGP、PCI Express)。由于接口通常由控制器和显卡或图形芯片制造商都是成员的利益集团指定,因此所有兼容的显卡将(理想情况下)与所有兼容的控制器一起工作。然而,在过去,某些接口存在各种限制互操作性的问题,例如 AGP 的“AGP 快速写入”(在 Intel 平台上它可以提高性能,在 AMD 平台上它导致不稳定)或 PCI 的 IRQ 问题(可能崩溃,冻结或性能下降,主要是由于接口的错误或错误实现引起的)。

在 IBM 兼容计算机以外的平台上,Apple II 插槽有相应的插件系统显卡,后来在第 一台 Mac 上有 NuBus(后来的 PCI 及其后继者,类似于 PC),Amigas 有他们的 Zorro -Bus 以及基于后者的系统的 Eurocards。

外接显卡也可以通过Thunderbolt、USB-C等快速外接接口实现,通常简称为eGPU。

图形内存

图形存储器用于存储在图形处理器 (GPU) 中处理的数据,并用作图像存储器(“帧缓冲器”):这些是稍后显示在计算机屏幕或投影仪上的数字图像。

图形内存的大小决定了最 大颜色深度和图像分辨率。 用户可以轻松计算所需分辨率和色深所需的内存:例如,如果需要 1600 × 1200 的分辨率和 24 位色深(真彩色),则图像元素(像素)的数量)首先计算此分辨率(1600 水平 × 1200 垂直 = 1,920,000 总像素)。 颜色深度“24 位”意味着这些像素中的每一个都有 24 位颜色信息。因此,您将像素数乘以颜色深度(1,920,000 × 24 位 = 46,080,000 位)。现在只需要转换成字节。由于一个字节由 8 位组成,因此该数字除以 8(46,080,000 位 ÷ 8 = 5,760,000 字节)。 由于显卡过去通常随附 4 或 8 MB 显存,因此您需要具有至少 8 MB 显存的显卡才能进行所需设置。

显卡

今天,只有显卡的内存比纯图像存储所需的内存多得多。在渲染三维图形时,除了帧缓冲区外,物体的大小、形状和位置等数据,以及放置在物体表面的纹理,都保存在这里。尤其是分辨率越来越高的纹理导致当前显卡的内存大小急剧增加。当前显卡的内存大小已经在三到五位数兆字节范围内(512MB、1024MB、2048MB、3072MB、4096MB、6144MB、8192MB、12288MB),512MB及以下已成为稀有的。 游戏显卡方面,2019年初的上限是24GB,而专业显卡n已经可以配备最高48GB的显存。

对于板载解决方案,系统的主内存通常用作图形内存,称为共享内存。 访问是通过相应的总线系统进行的,因此比直接连接的内存慢。

图形处理单元(GPU)

图形处理器用于计算屏幕输出。第 一批 3D 加速器于 20 世纪 90 年代中期上市。这些 GPU 能够自行执行一些效果和基于三角形的算法(例如 z 缓冲、纹理映射等)和抗锯齿。特别是在计算机游戏领域,此类附加插件卡(例如 3dfx Voodoo Graphics)有助于促进发展。

如今,GPU 由于专门从事图形计算,在计算能力方面优于 CPU。Nvidia 的图形处理器(Geforce 8800GTS 512,7.54 亿)中的晶体管数量可与 Intel 的型号进行比较。

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词条目录
  1. 显卡
  2. 历史
  3. 显卡
  4. 软件加速
  5. 硬件加速
  6. 结构和功能
  7. 系统的硬件接口
  8. 图形内存
  9. 图形处理单元(GPU)

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