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跟我看显卡
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EDODRAM中比较多。
当EDODRAM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(FastPageMode)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5-3-3-366MHz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EDODRAM所代替。
EDO(ExtendedDataOut)DRAM
同FPM相比,EDODRAM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(SynchronousGraphicsRAM)
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(SynchronousDRAM)
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。
VideoRAM(VRAM)
作为解决显示数据进出矛盾的第一方案,VideoRAM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VideoRAM的。
原因很简单,VideoRAM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VideoRAM的合成需要更多的硅,这也导致了它成本的提高。
VideoRAM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。
WRAMWindowRAM
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(BasicInputOutputSystem),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(PeriphiccomponentInterface)以及AGP(AcceleratedGraphicsPort)作为接口的。
AGP是AcceleratedGraphicsPort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266MB/秒),而PCI总线运作时钟速度为33MHz(带宽133MB/秒)。
自从2×AGP开始,AGP总线就支持了DIME方式。
DIME是DirectMemoryExecute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。
从“芯”介绍显卡
显示卡的“心”
一.3dfx(VoodooBanshee,Voodoo3)
1.VoodooBanshee(加入BANSHEE芯片的特写和微星4427的照片)
3dfx公司曾经凭借Voodoo2一举成为了家用3D加速卡的霸主,但由于Voodoo2和Voodoo一样,仍然是一块3D子卡,不能单独使用,所以在1998年第四季度,VoodooBanshee诞生了。
这是3dfx公司的第一块2D/3D显示卡,而且其2D速度非常之快,已经达到了理论的极限。
但人们关心的仍然是它的3D性能。
在Banshee刚刚推出的时候各大杂志,报刊纷纷炒作,宣称Banshee是3dfx的新一代产品,性能超过Voodoo2。
但事实上,Banshee只能算是Voodoo2的简化产品:
Voodoo2采用了两块渲染芯片,支持单周期多重纹理映射,而Banshee却仅有一个渲染单元,在Quake2等支持单周期双重纹理映射的游戏中,其速度远远要落后于Voodoo2。
不过在一些普通的游戏中,由于Banshee芯片的运行频率要高于Voodoo2(Banshee为100MHz或更高,Voodoo2为90MHz),所以还为3dfx挽回了一些面子。
不幸的是,Voodoo2的一些“优良传统”也一个不落地被Banshee继承了:
芯片内部采用真彩色渲染,但输出到画面只能为16Bit;虽然Banshee使用AGP接口,但不支持DIME功能,且不支持大于256×256像素的纹理等等。
但由于Voodoo2的成功,Banshee并没有受到过多的指责,况且性能与当时的TNT不相上下。
但随着nVIDIA在去年春季发布了“雷管”驱动后,TNT的性能瞬间增长30%,一下子超越了Banshee。
在显示技术飞速发展的今天,Banshee已经沦为了中低档芯片。
如果您要选购这个档次的显示卡,我向您推荐TNT系列,因为它比Banshee有更优越的游戏性能,但如果您对Glide游戏情有独钟的话,我还是建议您购买Voodoo2。
2.Voodoo3(加入Voodoo3芯片特写和STB原厂Voodoo3-3000的照片)
随着nVIDIA的TNT的发布,芯片巨人3dfx第一次感到了威胁。
为了稳固自己的霸主地位,3dfx先是收购了STB,接着便发布了其新一代产品:
Voodoo3。
Voodoo3共分为三个型号:
2000,3000和3500型。
它们使用的是相同的芯片,制造工艺为0.25微米,只是工作的频率不同而已。
2000,3000和3500型的工作频率分别为:
143MHz,166MHz和183MHz。
Voodoo3也是一块2D/3D芯片,它继承了Banshee的2D引擎和Voodoo2的3D部分。
但3dfx对当时游戏发展形式的错误认识,继续犯下了严重的错误:
Voodoo3依旧不支持32Bit真彩色,没有完整的OpenGL驱动,且只支持16MB显存。
这最后一条看似并不算什么,但要是和下面的一条结合起来就要了3dfx的命了:
采用AGP接口但不支持DIME功能!
这也就是说,Voodoo3将不支持大于256×256像素的纹理。
随着1998下半年ID推出了Quake3的DEMO后,问题就更加严重了。
由于上面所说的种种原因,Voodoo3在Quake3中的性能以及画面质量都要远远落后于同类的显示卡,这其中最主要的原因就是Quake3中采用了大量512×512像素的纹理,使Voodoo3不可避免地产生了画面细节的损失。
而更具讽刺意味的是当年的Quake2的引擎曾经是为Voodoo2量身定做的。
在大家使用一段时间以后发现,Voodoo3可以用这样一个式子来表示:
Voodoo2SLI+Banshee的2D内核,似乎Voodoo3并没有给我们带来什么新的东西。
但值得欣慰的是Voodoo3的芯片价格在当时是最低的,且Voodoo32000型的超频能力很好,能够超频到Voodoo33000甚至Voodoo33500的频率,所以还是受到了玩家的欢迎。
但如果您现在想购买一块基于Voodoo3芯片的显示卡,我向您推荐3dfx在国内代理联想的Voodoo3-3000型。
其原因就是:
目前3dfx为了降低成本,在2000型上大量使用LGS的劣质显存芯片,而LGS显存芯片无论是质量还是超频能力,都远不如原来SEC和HY的。
但3000型的显存并没有缩水。
二.nVIDIA(TNT,TNT2,TNT2Model64,TNT2Vanta,GeForce256)
nVIDIA公司成立于1993年,但大多数人是在其Riva128获得成功后才了解到它的。
实际上,nVIDIA早在还没有出现3D加速卡的时候,就推出了NV1芯片。
NV1芯片的技术在当时是很超前的(现在也是如此),它支持曲面多边形技术,这项技术在现在看来仍然非常有用,它可以直接避免物体的锯齿问题。
也许正是因为NV1的超前,其显示API没有能够得到推广。
但nVIDIA没有因此而放弃,而是继续潜心研究,终于凭借Riva128一鸣惊人。
1.RivaTNT(加入TNT芯片特写以及ELSAErazorII照片)
Riva128获得成功以后,nVIDIA一方面推出其增强版本Riva128ZX,一方面开始研发其新一代芯片:
RivaTNT。
1998年8月TNT正式发布,由于其具有与Voodoo2相同的单周期双重纹理映射,所以引起了轰动。
3dfx还为此将nVIDIA推上了法庭,可见这项技术的重要。
TNT芯片采用了多项在当时非常先进的技术,如:
单周期凹凸贴图(emboss),32Bit精度的Z轴缓冲等等,这使TNT的画面与Voodoo2不相上下。
nVIDIA曾经许诺让TNT成为Voodoo2SLI的杀手,但由于TNT的0.25微米芯片生产线尚未建成,如果不及早发布产品就会错过市场,所以TNT只好采用了0.35微米技术,时钟频率也从原来的125MHz降到90MHz。
这也使得TNT没有能够最终击败Voodoo2SLI,但它的性能足以将单块Voodoo2拉下马。
随着1999年春天nVIDIA发布了其“雷管”驱动后,TNT的性能飚升30%之多,新驱动使TNT芯片具备了在一个时钟周期内渲染两个单纹理像素的功能。
此时TNT的速度已经超过了Banshee和ATI的Rage128。
当时的价格也降到了700元。
这使得TNT再次成为了市场的热点产品。
2.RivaTNT2(加入TNT2芯片特写以及启亨TNT2照片)
TNT的热潮还未褪去,nVIDIA就将TNT2芯片推向了市场。
由于第一代TNT芯片组匆忙宣布上市的举动曾经产生过一些的不良影响,所以nVIDIA对TNT2持谨慎态度。
TNT2把芯片的工艺变成了0.25微米技术,这为产品在散热方面和高频状态下工作带来了极大的好处。
如今超频和散热是人们关心的大问题,第一块基于TNT芯片为代表的第三代图形卡出现不久,人们就开始感受到了TNT芯片超频过高、热量过高而导致死机和不稳定的问题,但这次的TNT2在热量方面做得很好。
帝盟、Hercules(以上两家现均已被兼并)等厂商竟然能够将TNT2芯片的工作频率提高到200MHz/220MHz!
可见TNT2芯片优良的超频性能。
另外,TNT2在显存容量和显存类型上也力求走“精装版”的道路,如显存提高到32MB,显存速度升至5.5纳秒,真是让人叹为观止。
同时华硕V3800卡居然首先在TNT2上使用了SGRAM。
RivaTNT2有两种版本:
125MHz/150MHz的TNT2和150MHz/183MHz的TNT2Ultra。
它们分别面对不同的市场。
目前,nVIDIA为了更好地推广TNT2芯片,又推出了一款采用0.22微米技术的TNT2A芯片。
TNT2A芯片的超频性能优秀,能稳定工作在Ultra的频率上。
目前,TNT2A芯片的价格已经降到千元左右,将它超频到Ultra的频率工作,性能优良,足以应付2000年内的游戏。
3,TNT2M64,TNTVanta(加入ELSAM64和微星TNTVanta照片)
为了抢占低端市场,nVIDIA推出了这两款TNT2的简化版本。
M64和Vanta均采用TNT2的技术,并将总线降为64位(TNT2为128位),并取消了LCD液晶显示器接口以及视频输出功能。
此外,M64支持最大32MB显存,而Vanta仅支持8MB。
在实际应用中,Vanta明显力不从心,效果不十分理想。
而M64芯片虽然采用了32MB显存,但由于其只有64位的总线,在游戏的高分辨率中,性能下降非常明显。
不过这两款芯片的价格也十分低廉,适合低端市场的需求。
但目前有些不法商贩,以M64充当标准版的TNT2,以Vanta假冒TNT来蒙骗用户,请您在选购的时候严加注意。
4,GeForce256
GeForce256,原始开发代号为NV10,在先前也被人习惯性地称为TNT3,nVIDIA之所以把其最终名称叫做GeForce256是由NV10芯片本身的技术特点决定的。
首先,Ge是英文单词“几何”的缩写,Force是“非常强劲”的意思,256则是指它是一枚256BIT的图形加速芯片。
在API(应用程序界面)方面,微软不久前推出的DirectX7.0(以下简称DX7)中已经添加了对T&L的支持,便于游戏开发人员使用。
Geforce是第一个将GPU引进家用显卡中的。
GeForce256有SDRAM和DDR两种版本。
SDRAM版本平均比DDR版本要便宜500元,但DDR版本所带来的更高的带宽以及速度不会让你失望的。
目前,采用SDRAM的ELSAErazorX的价格为2200元。
而采用DDR显存的则要2700元。
笔者认为,购买GeForce256一定要买DDR版本的。
因为在高分辨率下,SDRAM的带宽限制了GeForce256芯片的速度,而DDR拥有双倍于SDRAM的带宽,对于发挥显卡的性能有好处。
三.S3(Savage3D,Savage4,Savage2000)
在2D时代,S3似乎是显示领域的老大,它生产的显示卡可以在世界上的任何一个地方找到。
但随着3D技术的发展,S3开始走下坡路,被3dfx、nVIDIA以及其他后起之秀所赶超。
毕竟S3也是世界上赫赫有名的大厂,它开始研制自己的3D加速卡Savage3D以及其后续产品Savage4和Savage2000。
1999年7月,一则消息震惊了整个IT界:
S3公司以1.75亿美圆的价格收购了有名的多媒体制造商:
帝盟(Diamond
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