显卡的工作原理与作用1.显卡在电脑系统中的作用显卡在电脑中的主要作用就是在程序运行时根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行过程和结果进行相应的处理并转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号后通过屏幕显示出来，以便为用户提供继续或中止程序运行的判断依据。

换句话说，显示器必须依靠显卡提供的显示信号才能显示出各种字符和图像。

2.什么是2D和3D图形卡电脑中显示的图形实际上分为2D（2维/Two Dimensional）和3D（3维）两种，其中2D图形只涉及所显示景物的表面形态和其平面（水平和垂直）方向运行情况。

如果将物体上任何一点引入直角坐标系，那么只需“X、Y”两个参数就能表示其在水平和上下的具体方位。

3D图像景物的描述与2D相比增加了“纵深”或“远近”的描述。

如果同样引入直角坐标系来描述景物上某一点在空间的位置时，就必须使用“X、Y、Z”三个参数来表示，其中“Z”就是代表该点与图像观察者之间的“距离”或“远近”。

电脑平常显示的Windows窗口中各种菜单（包括运行的Word等Ofiice软件）和部分游戏如《仙剑奇侠》或《帝国时代》等都是2D图形显示，而3D Studio MAX的图形制作和游戏《雷神之槌》、《极品飞车》等显示的则都是3D画面。

由于早期显示芯片技术性能的限制，电脑显示2D/3D图形时所须处理的数据全部由CPU承担，所以对CPU规格要求较高，图形显示速度也很慢。

随着图形芯片技术的逐步发展，显卡开始承担了所有2D图形的显示处理，因此大大减轻了CPU的负担，自然也提高了图形显示速度，也因此有了2D图形加速卡一说。

但由于显示3D图形时所须处理的数据量和各种计算远远超过2D图形显示，所以在3D图形处理芯片出现前显卡还无法承担3D图形显示数据的处理，因此为完成3D图形显示的数据计算和处理仍须由CPU完成。

1997年美国S3公司开发出S3 Virge/DX芯片，开创了由显卡图形处理芯片完成（部分）3D显示数据的处理的先河，从此人们也开始将具有3D图形显示处理芯片的显卡称为3D图形（加速）卡。

当然随着图形芯片技术的不断发展，当今市场上几乎所有显卡所使用的图形芯片全部都算3D芯片了，特别是nVidia公司的GeForce芯片几乎能完成所有的3D图形处理（包括原来必须由电脑CPU所承担的几何转换和光线渲染处理），因此被冠以GPU的桂冠。

3.常用显卡分类虽然目前各种品牌的通用3D显卡规格、型号较多，但按其主要应用范围则基本上可分为三类:一类是以nVidia公司的TNT2和Matrox公司的G400为代表的通用型，主要用于办公处理和一般娱乐（游戏）;第二类侧重娱乐，其代表芯片当仁不让的是3dfx公司的Voodoo 系列;第三类侧重专业应用，主要用于2D或3D图形的CAD（电脑辅助设计）或图片专业处理等，这类显卡中使用较多的是3Dlabs公司生产的Permedia系列芯片。

4.显示“子卡”在3D显卡发展初期，3dfx公司生产了使用Voodoo 和Voodoo2图形芯片的3D显卡，这类显卡以其专用的3D图形接口获得了比较优秀的3D画面和流畅的游戏速度，至今仍然被爱好电脑游戏的用户们所喜爱，但这类显卡却没有2D显示功能，即不能显示电脑运行时所必须的各种字符和程序菜单等，因此这类3D显卡在使用时必须用一根专用连接线与普通的2D显卡配合使用。

在电脑显示一般画面时，显示信号通过3D卡（不作任何处理）直接提供给显示器，当显示的图形需要3D处理时，子卡将自动接替2D显卡来完成所需要的3D 图形显示处理工作。

由于这类3D显卡只能在2D显示卡的配合下来进行3D图形显示，所以它们被称为“子卡”。

二、显卡的基本结构和主要器件几乎所有的显卡都是由图形处理芯片、RAMDAC（数模转换器/Random Access Memory Digital-to-Analog Converter）芯片、显卡BIOS芯片、显存、主板安装接口、显示信号和功能扩展接口（也叫特性连接端口）所组成。

1.显卡BIOS芯片显卡BIOS芯片主要用于保存VGA BIOS程序。

VGA BIOS是视频图形卡基本输入、输出系统（Video Graphics Adapter Basic Input and Output System），它的功能与主板BIOS功能相似，主要用于显卡上各器件之间正常运行时的控制和管理，所以BIOS程序的技术质量（合理性和功能）必将影响显卡最终的产品技术特性。

显卡BIOS芯片在大多数显卡上比较容易区分，因为这类芯片上通常都贴有标签，但在个别显卡如Matrox公司的MGA G200上就看不见，原因是它与图形处理芯片集成在一起了。

另外在显卡BIOS芯片中还保存了所在显卡的主要技术信息，如图形处理芯片的型号规格、VGA BIOS版本和编制日期等。

由于目前显卡上的图形处理芯片表面都已被安装的散热片所遮盖，用户根本无法看到芯片的具体型号，但能通过VGA BIOS显示的相关信息来了解有关图形处理芯片的技术规格或型号。

通常电脑在加电后首先显示显卡BIOS中所保存的相关信息，然后显示主板BIOS版本信息以及主板BIOS对硬件系统配置进行检测的结果等，由于显示BIOS信息的时间很短，所以必须注意观察才能看清显示的内容。

VGA BIOS与主板BIOS一样具有版本，一般情况下版本高的BIOS功能强于低版本，也解决了版本升级前所存在的某些具体问题（BUG）。

VGA BIOS目前基本上都使用快闪ROM保存，因此可以由用户根据需要使用特定工具软件进行版本升级，就像升级主板BIOS程序一样。

升级显卡BIOS的原则与升级主板BIOS的相同，就是如果没有使用上的需要，就不必进行BIOS版本升级。

即使确实须要升级VGA BIOS，也一定要使用原显卡生产厂家所提供或指定的升级工具软件和BIOS文件，这类资料一般由显卡生产厂家通过其在互联网上的主页提供。

尽管有媒体曾报道个别发烧友采用不同厂家显卡BIOS文件升级获得成功，但我们最好不要尝试这样做，因为使用型号不同的显卡BIOS文件来升级自己的显卡BIOS版本风险很大，极有可能出现升级后显卡反而无法运行的严重后果。

2.图形处理芯片图形处理芯片是显卡的核心，显卡的主要技术规格和性能基本上取决于图形处理芯片的技术类型和性能。

衡量显示处理芯片的技术先进性主要是看其所具有的2D/3D图形处理能力、芯片图形处理引擎的数据位宽度、与显存之间数据总线宽度和所支持的显存类型容量、内部RAMDAC的工作时钟频率、具备几条像素渲染处理流水线、所支持的图形应用程序接口（API）种类以及芯片生产工艺技术水平等。

由于表达显示芯片技术性能涉及的一些具体内容较复杂，所以在许多媒体中所列出的显示芯片技术参数中只强调了单位时间内每秒的像素填充率、生成三角形数量以及内核和显存的工作时钟频率、最大图像分辨率（水平点数×垂直点数）和刷新率（帧/秒）等。

总之以图形芯片能独立、全部、快速完成所有显示2D/3D图形时所需的信息为最好。

根据以上标准，目前通用型和娱乐型图形芯片比较有代表性的应该算nVidia公司的GeForce 256（厂家代号NV10）和TNT2系列、Matrox公司的MGA G400系列和3dfx公司的Voodoo系列。

其中目前最先进的图形芯片是GeForce 256，它在芯片中增加了以往各类图形芯片都不具备的T&L引擎（（几何）转换和光照处理/Transform & Lightning），因此它基本上可以脱离CPU的帮助独立处理所有2D/3D图形显示数据，所以成为第一块GPU（英语“图形处理器”的缩写）。

nVidia公司的TNT2芯片中按性能分为4个等级，能适合不同的用户需求;Matorx公司的G400芯片，由于其特有的凹凸纹理贴图和双屏显示技术在重现图形精美的同时可联接两个显示器（或一个显示器和一个电视机）来分屏幕显示不同内容。

相比之下3dfx公司的V oodoo系列则历来以流畅的3D游戏速度和还算精美的画面而为广大喜爱3D游戏的用户所拥戴。

当然另外还有不少在性能上与TNT2等相差无几的图形芯片，如S3公司的Savage4和3Dlabs公司的Permedia3等。

3.显存显卡中显存的用途主要是用来保存由图形芯片处理好的各帧图形显示数据，然后由数模转换器读取并逐帧（可以理解为一幅完整的图像）转换为模拟视频信号再提供给传统的显示器使用，所以显存也被称为“帧缓存”。

衡量显存的技术性能有数据存取速度（可通过工作时钟频率体现）和显存容量。

存取速度通常用纳秒（ns）表示，数值越小越快。

显存容量使用MB表示，数值则是越大越好。

2D显卡中一般安装EDO DRAM显存，其数据存取速度在40～60ns之间，容量一般在1~4MB，部分2D显卡上预留有显存扩容插座可供用户对显存自行扩容;虽然不少速度更快的显存也能应用于显卡，如个别高档显卡中开始使用的DDR（双倍速率SDRAM）和RDRAM（由Rambus公司开发的一种新型高速DRAM），但由于其成本问题（如RDRAM 的售价是普通SDRAM的8～10倍）一时难为多数用户所接受。

所以除制图等专业性显卡外，一般通用3D显卡中广泛使用的显存仍然以SDRAM和SGRAM为主，这两种显存的数据存取速度在5～15ns之间，显存容量理论上越大越好，但由于显卡生产成本和图形芯片支持能力所限，一般显卡上显存配置容量为4～32MB，极个别显卡配置容量高达64MB。

由于SGRAM的存取速度高于SDRAM，所以使用SGRAM显存的显卡在技术性能上比使用同等容量的SDRAM显存的显卡略有提高，但由于SGRAM芯片的生产成本高于SDRAM，所以售价也高于使用SDRAM的显卡。

EDO RAM、SDRAM和SGRAM这三种常用显存可以根据它们的外观区别，EDO RAM 和SDRAM安装在显卡电路板上时只是芯片两边有引脚须要焊接，而SGRAM则在芯片四边都有引脚须要焊接在电路板上（具体参考图2）。

4.RAMDAC由于目前大部分电脑所配置的显示器仍然是传统的模拟CRT（阴极射线管）显示器，这种显示器只能接受用信号电压幅度来控制显像管的发光亮暗程度，所以显卡中的RAMDAC 必须将显示图形芯片处理后并存储在显存中的数字显示信号逐帧转换为由三种彩色亮度和行、帧同步信号所共同组成的视频信号，然后通过15针的D型插座输出供显示器使用。

RAMDAC的技术特性主要是工作时钟频率，只有足够高的工作频率RAMDAC才能在单位时间内转换更多帧的显示信号，而显卡的帧刷新率指标（帧/秒）的基本保证条件就是RAMDAC必须在单位时间内转换足够的帧显示信号。

目前有些主流显卡上并不存在独立安装的RAMDAC芯片，这是因为厂家在生产图形处理芯片时已经将RAMDAC集成在其中了。