什麼是顯示卡？

　　顯示卡的工作非常複雜，但其原理和部件很容易理解。在本文中，我們先來了解顯示卡的基本部件和它們的作用。此外，我們還將考察那些共同發揮作用以使顯示卡能夠快速、高效工作的因素。

　　顯示卡(videocard)是系統必備的裝置，它負責將CPU送來的影像資料(data)處理成顯示器(monitor)可以瞭解的格式，再送到顯示屏(screen)上形成影像。它是我們從電腦獲取資訊最重要的管道。因此顯示卡及顯示器是電腦最重要的部份之一。我們在監視器上看到的影象是由很多個小點組成的，這些小點稱為“畫素”。在最常用的解析度設定下，螢幕顯示一百多萬個畫素，電腦必須決定如何處理每個畫素，以便生成影象。為此，它需要一位“翻譯”，負責從CPU獲得二進位制資料，然後將這些資料轉換成人眼可以看到的影象。除非電腦的主機板內建了圖形功能，否則這一轉換是在顯示卡上進行的。我們都知道，計算機是二進位制的，也就是0和1，但是總不見的直接在顯示器上輸出0和1，所以就有了顯示卡，將這些0和1轉換成影象顯示出來。

顯示卡的基本原理

　　顯示卡的主要部件是：主機板連線裝置、監視器連線裝置、處理器和記憶體。不同顯示卡的工作原理基本相同CPU與軟體應用程式協同工作，以便將有關影象的資訊傳送到顯示卡。顯示卡決定如何使用螢幕上的畫素來生成影象。之後，它通過線纜將這些資訊傳送到監視器。

　　顯示卡的演變自從IBM於1981年推出第一塊顯示卡以來，顯示卡已經有了很大改進。第一塊顯示卡稱為單色顯示介面卡（MDA），只能在黑色螢幕上顯示綠色或白色文字。而現在，新型顯示卡的最低標準是視訊圖形陣列（VGA），它能顯示256種顏色。通過像量子擴充套件圖矩陣（QuantumExtendedGraphicsArray，QXGA）這樣的高效能標準，顯示卡可以在最高達2040x1536畫素的解析度下顯示數百萬種顏色。

　　根據二進位制資料生成影象是一個很費力的過程。為了生成三維影象，顯示卡首先要用直線建立一個線框。然後，它對影象進行光柵化處理（填充剩餘的畫素）。此外，顯示卡還需新增明暗光線、紋理和顏色。對於快節奏的遊戲，電腦每秒鐘必須執行此過程約60次。如果沒有顯示卡來執行必要的計算，則電腦將無法承擔如此大的工作負荷。

顯示卡工作的四個主要部件

　　顯示卡在完成工作的時候主要靠四個部件協調來完成工作，主機板連線裝置，用於傳輸資料和供電，處理器用於決定如何處理螢幕上的每個畫素，記憶體用於存放有關每個畫素的資訊以及暫時儲存已完成的影象，監視器連線裝置便於我們檢視最終結果。

處理器和記憶體

　　像主機板一樣，顯示卡也是裝有處理器和RAM的印刷電路板。此外，它還具有輸入/輸出系統（BIOS）晶片，該晶片用於儲存顯示卡的設定以及在啟動時對記憶體、輸入和輸出執行診斷。顯示卡的處理器稱為圖形處理單元（GPU），它與電腦的CPU類似。但是，GPU是專為執行復雜的數學和幾何計算而設計的，這些計算是圖形渲染所必需的。某些最快速的GPU所具有的電晶體數甚至超過了普通CPU。GPU會產生大量熱量，所以它的上方通常安裝有散熱器或風扇。

　　除了其處理能力以外，GPU還使用特殊的程式設計來幫助自己分析和使用資料。市場上的絕大多數GPU都是AMD和NV生產的，並且這兩家公司都開發出了自己的GPU效能增強功能。為了提高影象質量，這些處理器使用全景抗鋸齒技術，它能讓三維物體的邊緣變得平滑，以及各向異性過濾，它能使影象看上去更加鮮明。

　　GPU在生成影象時，需要有個地方能存放資訊和已完成的影象。這正是顯示卡RAM用途所在，它用於儲存有關每個畫素的資料、每個畫素的顏色及其在螢幕上的位置。有一部分RAM還可以起到幀緩衝器的作用，這意味著它將儲存已完成的影象，直到顯示它們。通常，顯示卡RAM以非常高的速度執行，且採取雙埠設計，這意味著系統可以同時對其進行讀取和寫入操作。

　　RAM直接連線到數模轉換器，即DAC。這個轉換器也稱為RAMDAC，用於將影象轉換成監視器可以使用的模擬訊號。有些顯示卡具有多個RAMDAC，這可以提高效能及支援多臺監視器。

顯示卡輸入和輸出

　　ADC聯結器蘋果公司曾經制造過使用專利產品AppleDisplayConnector（ADC）的監視器。儘管這些監視器目前仍在使用，但蘋果公司新出的監視器已改為使用DVI連線裝置。顯示卡通過主機板連線到電腦主機板為顯示卡供電，並使其可以與CPU通訊。對於較高階的顯示卡，主機板所提供的電能往往不足，所以顯示卡還直接連線到電腦的電源。

　　顯示卡與主機板的連線通常是藉助外設部件互連（PCI）、高階圖形埠（AGP）、PCIExpress（PCIe）等三種介面介面來實現的，在這三種介面中，PCIExpress是最新型的介面，它能在顯示卡和主機板之間提供最快的傳輸速率。此外，PCIe還支援在一臺電腦中使用兩塊顯示卡。

　　大多數人僅使用他們具有的兩種監視器連線裝置中的一種。需要使用兩臺監視器的使用者可以購買具有雙頭輸出功能的顯示卡，它能將畫面分割並顯示到兩個螢幕上。理論上，如果電腦配有兩塊具有雙頭輸出功能且提供PCIe介面的顯示卡，則它能夠支援四臺監視器。除了用於主機板和監視器的連線裝置以外，有些顯示卡還具有用於以下用途的連線裝置：電視顯示：電視輸出或S-Video、模擬攝像機：ViVo（視訊輸入/視訊輸出、數碼相機：火線或USB有些顯示卡還自帶了電視調諧器。

影響顯示卡速度和效率的因素

　　DirectX和OpenGLDirectX和OpenGL都是應用程式程式設計介面，簡稱API。API提供用於複雜任務（例如三維渲染）的指令，以此幫助軟硬體更高效地通訊。開發人員針對特定的API來優化大量使用圖形的遊戲。這就是最新的遊戲通常需要DirectX或OpenGL的更新版才能正確執行的原因。

　　API不同於驅動程式。驅動程式是使硬體可以與電腦的作業系統進行通訊的程式。但如同更新版的API一樣，更新版的裝置驅動程式可以幫助程式正確執行。

如何衡量顯示卡好壞？

　　頂級顯示卡很容易辨認，它應該具有大量記憶體和速度很快的處理器。此外，與其他任何要安裝到電腦機箱中的部件相比，它通常是最令人關注的。很多高效能顯示卡都聲稱需要或直接配備了外形誇張的風扇或散熱器。

　　但高階顯示卡提供的功能超出了大多數人的真實需要。對於主要使用電腦來收發電子郵件、從事文書處理或上網衝浪的使用者來說，帶有整合顯示卡的主機板便能夠提供所有必要的圖形功能。對於大多數偶爾玩遊戲的使用者來說，中端顯示卡已經足以滿足需要。只有遊戲迷和那些需要完成大量三維圖形工作的使用者才需要高階顯示卡。

　　顯示卡效能的一個很好的整體衡量標準是它的幀速，它是以每秒的幀數（FPS）為單位加以衡量的。幀速說明了顯示卡每秒鐘能顯示多少幅完整的影象。人眼的處理能力約為每秒25幀，而動感快速的遊戲至少需要60FPS的幀速才能提供平滑的動畫和滾動。影響幀速的因素包括：每秒生成的三角形數或頂點數三維影象是由三角形或多邊形組成的。這項指標說明了GPU能夠以多快的速度計算整個多邊形或對該多邊形進行定義的頂點。一般而言，它說明了顯示卡能以多快的速度生成線框影象。

　　畫素填充速率：這項指標說明了GPU一秒鐘內能處理多少個畫素，從而也就說明了顯示卡能以多快的速度對影象進行光柵化處理。顯示卡的硬體對其速度具有直接影響。以下是對顯示卡速度影響最大的硬體效能指標及其衡量單位：GPU時鐘速度（MHz）、記憶體匯流排的容量（位）、可用記憶體的數量（MB）、記憶體時鐘速率（MHz）記憶體頻寬（GB/s）、RAMDAC速度（MHz）。

　　電腦的CPU和主機板也對顯示卡速度有一定影響，因為非常快速的顯示卡並不能彌補主機板在快速傳輸資料方面的能力的不足。同樣，顯示卡與主機板之間的連線以及它從CPU獲取指令的速度都會影響其效能。

　　超頻有些使用者選擇將自己顯示卡的時鐘速度手動設定為更高的速率，以此來提高顯示卡的效能，這稱為超頻。人們通常選擇對顯示卡的記憶體進行超頻，因為對GPU進行超頻可能會導致過熱。雖然超頻可以獲得更好的效能，但它也會使製造商的質保失效。

顯示卡主要引數術語解釋：

顯示晶片

　　又稱圖型處理器-GPU，它在顯示卡中的作用，就如同CPU在電腦中的作用一樣。更直接的比喻就是大腦在人身體裡的作用。GPU使顯示卡減少了對CPU的依賴，並進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所採用的核心技術有硬體T&L（幾何轉換和光照處理）、立方環境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸對映貼圖、雙重紋理四畫素256位渲染引擎等，而硬體T&L技術可以說是GPU的標誌。GPU的生產主要由nVidia與ATI兩家廠商生產。

開發代號

　　所謂開發代號就是顯示晶片製造商為了便於顯示晶片在設計、生產、銷售方面的管理和驅動架構的統一而對一個系列的顯示晶片給出的相應的基本的代號。開發代號作用是降低顯示晶片製造商的成本、豐富產品線以及實現驅動程式的統一。

　　一般來說，顯示晶片製造商可以利用一個基本開發代號再通過控制渲染管線數量、頂點著色單元數量、視訊記憶體型別、視訊記憶體位寬、核心和視訊記憶體頻率、所支援的技術特性等方面來衍生出一系列的顯示晶片來滿足不同的效能、價格、市場等不同的定位，還可以把製造過程中具有部分瑕疵的高階顯示晶片產品通過遮蔽管線等方法處理成為完全合格的相應低端的顯示晶片產品出售，從而大幅度降低設計和製造的難度和成本，豐富自己的產品線。同一種開發代號的顯示晶片可以使用相同的驅動程式，這為顯示晶片製造商編寫驅動程式以及消費者使用顯示卡都提供了方便。

製造工藝

　　製造工藝指得是在生產GPU過程中，要進行加工各種電路和電子元件，製造導線連線各個元器件。通常其生產的精度以nm(納米)來表示（1mm=1000000nm），精度越高，生產工藝越先進。在同樣的材料中可以製造更多的電子元件，連線線也越細，提高晶片的整合度，晶片的功耗也越小。

　　微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特徵尺寸不斷縮小，從而整合度不斷提高，功耗降低，器件效能得到提高。晶片製造工藝在1995年以後，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.09微米，再到主流的65納米、55納米、40納米。

核心頻率

　　顯示卡的核心頻率是指顯示核心的工作頻率，其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的效能，但顯示卡的效能是由核心頻率、流處理器單元、視訊記憶體頻率、視訊記憶體位寬等等多方面的情況所決定的，因此在顯示核心不同的情況下，核心頻率高並不代表此顯示卡效能強勁。比如GTS250的核心頻率達到了750MHz，要比GTX260+的576MHz高，但在效能上GTX260+絕對要強於GTS250。在同樣級別的晶片中，核心頻率高的則效能要強一些，提高核心頻率就是顯示卡超頻的方法之一。

顯示卡BIOS

　　顯示卡BIOS主要用於存放顯示晶片與驅動程式之間的控制程式，另外還存有顯示卡的型號、規格、生產廠家及出廠時間等資訊。開啟計算機時，通過顯示BIOS內的一段控制程式，將這些資訊反饋到螢幕上。早期顯示BIOS是固化在ROM中的，不可以修改，而多數顯示卡則採用了大容量的EPROM，即所謂的FlashBIOS，可以通過專用的程式進行改寫或升級。

視訊記憶體

　　顯示記憶體的簡稱。顧名思義，其主要功能就是暫時將儲存顯示晶片要處理的資料和處理完畢的資料。圖形核心的效能愈強，需要的視訊記憶體也就越多。以前的視訊記憶體主要是SDR的，容量也不大。市面上的顯示卡大部分採用的是GDDR3視訊記憶體，現在最新的顯示卡則採用了效能更為出色的GDDR4或GDDR5視訊記憶體。視訊記憶體主要由傳統的記憶體製造商提供，比如三星、現代、Kingston等。顯示卡上採用的視訊記憶體型別主要有SDRDDRSDRAM，DDRSGRAM、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5。

　　DDRSGRAM是顯示卡廠商特別針對繪圖者需求，為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動態隨機存取記憶體（SDRAM）所改良而得的產品。SGRAM允許以方塊(Blocks)為單位個別修改或者存取記憶體中的資料，它能夠與中央處理器(CPU)同步工作，可以減少記憶體讀取次數，增加繪圖控制器的效率，儘管它穩定性不錯，而且效能表現也很好，但是它的超頻效能很差。

視訊記憶體位寬

　　視訊記憶體位寬是視訊記憶體在一個時鐘週期內所能傳送資料的位數，位數越大則瞬間所能傳輸的資料量越大，這是視訊記憶體的重要引數之一。2009年市場上的視訊記憶體位寬有64位、128位、256位和512位幾種，人們習慣上叫的64位顯示卡、128位顯示卡和256位顯示卡就是指其相應的視訊記憶體位寬。視訊記憶體位寬越高，效能越好價格也就越高，因此512位寬的視訊記憶體更多應用於高階顯示卡，而主流顯示卡基本都採用128和256位視訊記憶體。

　　視訊記憶體頻寬＝視訊記憶體頻率X視訊記憶體位寬/8，在視訊記憶體頻率相當的情況下，視訊記憶體位寬將決定視訊記憶體頻寬的大小。顯示卡的視訊記憶體是由一塊塊的視訊記憶體晶片構成的，視訊記憶體總位寬同樣也是由視訊記憶體顆粒的位寬組成。視訊記憶體位寬＝視訊記憶體顆粒位寬×視訊記憶體顆粒數。視訊記憶體顆粒上都帶有相關廠家的記憶體編號，可以去網上查詢其編號，就能瞭解其位寬，再乘以視訊記憶體顆粒數，就能得到顯示卡的位寬。

視訊記憶體速度

　　視訊記憶體速度一般以ns（納秒）為單位。常見的視訊記憶體速度有1.2ns、1.0ns、0.8ns等，越小表示速度越快、越好。視訊記憶體的理論工作頻率計算公式是：等效工作頻率（MHz）＝1000/（視訊記憶體速度×n）（n因視訊記憶體型別不同而不同，如果是GDDR3視訊記憶體則n=2；GDDR5視訊記憶體則n=4）。

視訊記憶體頻率

　　視訊記憶體頻率一定程度上反應著該視訊記憶體的速度，以MHz（兆赫茲）為單位，視訊記憶體頻率隨著視訊記憶體的型別、效能的不同而不同；DDRSDRAM視訊記憶體則能提供較高的視訊記憶體頻率，因此是採用最為廣泛的視訊記憶體型別，無論中、低端顯示卡，還是高階顯示卡大部分都採用DDRSDRAM，其所能提供的視訊記憶體頻率也差異很大，主要有400MHz、500MHz、600MHz、650MHz等，高階產品中還有800MHz或900MHz，乃至更高。

流處理器單元

　　在DX10顯示卡出來以前，並沒有“流處理器”這個說法。GPU內部由“管線”構成，分為畫素管線和頂點管線，它們的數目是固定的。簡單來說，頂點管線主要負責3D建模，畫素管線負責3D渲染。由於它們的數量是固定的，這就出現了一個問題，當某個遊戲場景需要大量的3D建模而不需要太多的畫素處理，就會造成頂點管線資源緊張而畫素管線大量閒置，當然也有截然相反的另一種情況。

　　在這樣的情況下，人們在DX10時代首次提出了“統一渲染架構”，顯示卡取消了傳統的“畫素管線”和“頂點管線”，統一改為流處理器單元，它既可以進行頂點運算也可以進行畫素運算，這樣在不同的場景中，顯示卡就可以動態地分配進行定點運算和畫素運算的流處理器數量，達到資源的充分利用；現在，流處理器的數量的多少已經成為了決定顯示卡效能高低的一個很重要的指標，Nvidia和AMD-ATI也在不斷地增加顯示卡的流處理器數量使顯示卡的效能達到跳躍式增長，值得一提的是，N卡和A卡GPU架構並不一樣，對於流處理器數的分配也不一樣。

雙卡技術

　　SLI和CrossFire分別是Nvidia和ATI兩家的雙卡或多卡互連工作組模式.其本質是差不多的.只是叫法不同，SLIScanLineInterlace（掃描線交錯）技術是3dfx公司應用於Voodoo上的技術，它通過把2塊Voodoo卡用SLI線物理連線起來，工作的時候一塊Voodoo卡負責渲染螢幕奇數行掃描，另一塊負責渲染偶數行掃描，從而達到將兩塊顯示卡“連線”在一起獲得“雙倍”的效能。SLI中文名速力，到2009年SLI工作模式與早期Voodoo有所不同，改為螢幕分割槽渲染。

DirectX

　　DirectX並不是一個單純的圖形API，它是由微軟公司開發的用途廣泛的API，它包含有DirectGraphics(Direct3D+DirectDraw)、DirectInput、DirectPlay、DirectSound、DirectShow、DirectSetup、DirectMediaObjects等多個元件，它提供了一整套的多媒體介面方案。只是其在3D圖形方面的優秀表現，讓它的其它方面顯得暗淡無光。DirectX開發之初是為了彌補Windows3.1系統對圖形、聲音處理能力的不足，已發展成為對整個多媒體系統的各個方面都有決定性影響的介面，最新版本為DirectX11。