显卡工作原理

我们在监视器上看到的图像是由很多个小点组成的，这些小点称为“像素”。在最常用的分辨率设置下，屏幕显示一百多万个像素，电脑必须决定如何处理每个像素，以便生成图像。为此，它需要一位“翻译”，负责从CPU获得二进制数据，然后将这些数据转换成人眼可以看到的图像。除非电脑的主板内置了图形功能，否则这一转换是在显卡上进行的。

显卡的工作非常复杂，但其原理和部件很容易理解。在本文中，我们将了解显卡的基本部件和它们的作用。此外，我们还将考察那些共同发挥作用以使显卡能够快速、高效工作的因素。

显卡生成一幅线框图像，然后进行填充并添加纹理和阴影。

显卡的基本原理
我们可以把电脑想像成一家拥有独立美工部门的公司。当公司员工需要一件美术品时，便向美工部门提出申请。美工部门决定如何创作图像，然后在图纸上绘制出来。最终结果是，某人的想法变成真实而可见的图像。

HowStuffWorks Shopper 供图 显卡的主要部件是:主板连接设备、监视器连接设备、处理器和内存。

不同显卡的工作原理基本相同。CPU与软件应用程序协同工作，以便将有关图像的信息发送到显卡。显卡决定如何使用屏幕上的像素来生成图像。之后，它通过线缆将这些信息发送到监视器。

显卡的演变 自从IBM于1981年推出第一块显卡以来，显卡已经有了很大改进。第一块显卡称为单色显示适配器（MDA），只能在黑色屏幕上显示绿色或白色文本。而现在，新型显卡的最低标准是视频图形阵列（VGA），它能显示256种颜色。通过像量子扩展图矩阵 （Quantum Extended Graphics Array, QXGA）这样的高性能标准，显卡可以在最高达2040x1536像素的分辨率下显示数百万种颜色。

根据二进制数据生成图像是一个很费力的过程。为了生成三维图像，显卡首先要用直线创建一个线框。然后，它对图像进行光栅化处理（填充剩余的像素）。此外，显卡还需添加明暗光线、纹理和颜色。对于快节奏的游戏，电脑每秒钟必须执行此过程约60次。如果没有显卡来执行必要的计算，则电脑将无法承担如此大的工作负荷。

显卡使用四个主要部件来完成此任务：

• 主板连接设备，用于传输数据和供电
• 处理器，用于决定如何处理屏幕上的每个像素
• 内存，用于存放有关每个像素的信息以及暂时存储已完成的图像
• 监视器连接设备，便于我们查看最终结果

处理器和内存
像主板一样，显卡也是装有处理器和RAM的印刷电路板。此外，它还具有输入/输出系统（BIOS）芯片，该芯片用于存储显卡的设置以及在启动时对内存、输入和输出执行诊断。显卡的处理器称为图形处理单元（GPU），它与电脑的CPU类似。但是，GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的，这些计算是图形渲染所必需的。某些最快速的GPU所具有的晶体管数甚至超过了普通CPU。GPU会产生大量热量，所以它的上方通常安装有散热器或风扇。

HowStuffWorks Shopper 供图 散热器或风扇可以防止显卡的处理器过热。

除了其处理能力以外，GPU还使用特殊的程序设计来帮助自己分析和使用数据。市场上的绝大多数GPU都是冶天和英伟达生产的，并且这两家公司都开发出了自己的GPU性能增强功能。为了提高图像质量，这些处理器使用以下技术：

• 全景抗锯齿（FSAA），它能让三维物体的边缘变得平滑
• 各向异性过滤（AF），它能使图像看上去更加鲜明

集成显卡许多主板都具有集成图形功能，而无需独立的显卡。这些主板能轻松地处理二维图像，因而能够提高工作效率，并且非常适合于互联网应用环境。如果在一块这样的主板上插入独立的显卡，则会覆盖板载图形功能。

上述每家公司还都另行开发出特定的技术，以帮助GPU应用颜色、阴影、纹理和图案。

GPU在生成图像时，需要有个地方能存放信息和已完成的图像。这正是显卡RAM的用途所在，它用于存储有关每个像素的数据、每个像素的颜色及其在屏幕上的位置。有一部分RAM还可以起到帧缓冲器的作用，这意味着它将保存已完成的图像，直到显示它们。通常，显卡RAM以非常高的速度运行，且采取双端口设计，这意味着系统可以同时对其进行读取和写入操作。

RAM直接连接到数模转换器，即DAC。这个转换器也称为RAMDAC，用于将图像转换成监视器可以使用的模拟信号。有些显卡具有多个RAMDAC，这可以提高性能及支持多台监视器。

RAMDAC通过线缆将最终图像发送到监视器。在下一节中，我们将考察该连接设备和其他接口。