顯示適配器又叫顯示卡、圖形加速卡，它工作在CPU和顯示器之間，基本作用就是控制計(jì)算機(jī)的圖形輸出。顯示適配器有兩種安裝形式，一種是獨(dú)立的顯示適配器，其外觀如圖2.2所示。另一種是把顯示適配器集成在主機(jī)板上的“二合一”產(chǎn)品，目的是為了降低成本、縮小體積、簡化安裝。

圖2.2 顯示適配器外觀

1. 顯示適配器的基本原理

顯示適配器的主要作用是對(duì)圖形函數(shù)進(jìn)行加速。在早期的計(jì)算機(jī)中，CPU和標(biāo)準(zhǔn)的EGA或VGA顯示適配器以及幀緩存（用于存儲(chǔ)圖像）可以對(duì)大多數(shù)圖像進(jìn)行處理，但它們只起到一種傳遞作用，用戶所看到的內(nèi)容是由CPU提供的。這對(duì)早期操作系統(tǒng)環(huán)境（如DOS），以及文本文件的顯示是足夠的，但是這種組合對(duì)復(fù)雜的圖形和高質(zhì)量的圖像進(jìn)行處理就顯得不夠了，特別是在Windows操作環(huán)境下，CPU已經(jīng)無法對(duì)眾多的圖形函數(shù)進(jìn)行處理，而最根本的解決方法就是采用圖形加速卡。圖形加速卡擁有自己的圖形函數(shù)加速器和顯存，專門用來執(zhí)行圖形加速任務(wù)，因此可以大大減少CPU所必須處理的圖形函數(shù)。這樣CPU就可以執(zhí)行其他更多的任務(wù)，從而提高了計(jì)算機(jī)的整體性能，多媒體功能也就更容易實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際上現(xiàn)在的顯示適配器都已經(jīng)是圖形加速卡，它們都可以執(zhí)行一些圖形函數(shù)。通常所說的加速卡的性能，是指加速卡上的芯片集能夠提供的圖形函數(shù)計(jì)算能力，這個(gè)芯片集通常也稱為加速器或圖形處理器。芯片集可以通過它們的數(shù)據(jù)傳輸帶寬來劃分，最近的芯片多為64位或128位，而早期的顯示適配器芯片為32位或16位。更多的帶寬可以使芯片在一個(gè)時(shí)鐘周期中處理更多的信息。但是128位芯片不一定就比64位芯片快兩倍，更大的帶寬帶來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顯存類型以及驅(qū)動(dòng)程序的影響。

2. 顯示適配器的作用

顯示適配器的基本作用就是將系統(tǒng)中輸出的顯示信息加以處理、轉(zhuǎn)換和控制，并將輸出信息發(fā)送到顯示器上，呈現(xiàn)能被視覺感知的文字、數(shù)據(jù)、圖形界面、彩色照片、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和視頻畫面等可視信息。同樣，主處理器也可從顯示適配器讀回所需要的顯示狀態(tài)等信息。

顯示適配器進(jìn)行信息模式的轉(zhuǎn)換包括兩個(gè)方面：并行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

顯示適配器發(fā)送到顯示器的輸出信號(hào)除含有模擬視頻信號(hào)外，還含有許多控制信號(hào)。例如，在顯示器中為使傳入的視頻信號(hào)按時(shí)序從左到右、從上到下進(jìn)行逐行或隔行掃描，顯示適配器發(fā)送的信號(hào)除需要包含視頻信號(hào)、亮度信號(hào)外，還要包括垂直和水平同步控制信號(hào)，通過顯示器接口電路，將這些信號(hào)送到顯示器內(nèi)不同的電路中去完成各自不同的功能，從而實(shí)現(xiàn)同步掃描和控制圖像掃描頻率或屏幕刷新頻率的目的。

此外，諸如顯示模式的控制，調(diào)色板的選擇，光標(biāo)的設(shè)置以及狀態(tài)的讀取等其他控制功能，都可以在軟件的配合下由顯示適配器來完成。

3. 顯示適配器的組成

顯示適配器主要由圖形加速芯片、顯示存儲(chǔ)器、BIOS芯片、RAMDAC等組成。它們集成在一塊插件板上，通過主板上的I/O接口與系統(tǒng)總線相連，并通過電纜將輸出信號(hào)傳輸?shù)斤@示器上。

（1）圖形加速芯片。圖形加速芯片又稱為圖形處理芯片或顯示芯片，它是顯示適配器的核心部件，擁有圖形加速器，決定了顯示適配器的類型、檔次和大部分性能。

在顯示適配器中體積最大、插腳最多的芯片就是圖形加速芯片，比較高檔的芯片一般都會(huì)有較大的散熱片或散熱風(fēng)扇。一般來說，在芯片的內(nèi)部會(huì)有一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和圖形函數(shù)硬件加速電路，有的芯片還將RAMDAC集成在內(nèi)部。它們的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，目前一般多為64bit以上。較大的帶寬可以使芯片在一個(gè)時(shí)鐘周期中處理更多的信息。

圖形加速芯片提供了圖形函數(shù)的計(jì)算能力，是專門來執(zhí)行圖形加速任務(wù)的，可以大大減少CPU的負(fù)擔(dān)，現(xiàn)在所有的芯片都能加速處理三維圖像，提供實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的三維圖形應(yīng)用支持，所以顯示芯片也可稱為3D加速芯片，可以加速處理的3D效果包括混合、燈光、紋理貼圖、透視矯正、過濾和抗失真等。為了處理和構(gòu)造復(fù)雜的三維圖像，這類芯片可以處理X軸、Y軸的像素，還以Z緩存（Z-Buffer）來存儲(chǔ)圖像的深度信息。Z緩存位數(shù)表征了顯示芯片所提供的景物縱深感的精確度，目前一般顯示適配器可提供32位以上的Z緩存。

生產(chǎn)顯示芯片的廠家很多，例如，NVidia、S3、Matrox、Trident、TsengLabsET等。

（2）顯示存儲(chǔ)器。顯示存儲(chǔ)器簡稱顯存，根據(jù)顯示存儲(chǔ)器的功能，它也被稱為幀緩沖器（Frame Buffer）、視頻存儲(chǔ)器（Video RAM）或位圖存儲(chǔ)器（Bitmap Memory）等。顯存是圖形加速卡的重要組成部分，通常用來存儲(chǔ)顯示芯片（組）所處理的數(shù)據(jù)信息，主要存儲(chǔ)圖形加速芯片處理后的一幀顯示圖形的數(shù)據(jù)，這是與顯示屏幕上一幀圖形上各像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的像素值，這些數(shù)據(jù)可以直接映射到屏幕上從而在屏幕上形成一幀與顯示存儲(chǔ)器中所存位圖數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的可見畫面。

有一些高級(jí)加速卡不僅將圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在顯存中，而且還利用顯存進(jìn)行計(jì)算，特別是具有3D加速功能的顯示適配器更是需要顯存進(jìn)行3D函數(shù)的運(yùn)算。進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，只有當(dāng)芯片集完成對(duì)顯存的寫操作后，RAMDAC［見下面內(nèi)容（3）］才能從顯存中得到數(shù)據(jù)。在高解析度和色深的環(huán)境下，這會(huì)影響加速卡的速度，因?yàn)榇藭r(shí)的數(shù)據(jù)量越大，所要等待的時(shí)間就越多。目前的加速卡通過提高顯存的帶寬來增大數(shù)據(jù)交換速度以便減少等待時(shí)間。

（3）隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（RAMDAC）。RAMDAC即Random Access Memory Digital to Analog Converter的縮寫，也就是隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。它主要用于將顯示存儲(chǔ)器中輸出的串行圖形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為顯示器所能接收的模擬信號(hào)，并發(fā)送到顯示器且顯示出來。RAMDAC的轉(zhuǎn)換速率單位是MHz，它決定了顯示刷新頻率的高低，該數(shù)值決定了在足夠的顯存下，顯示適配器最高支持的分辨率和刷新率。目前顯示適配器的RAMDAC芯片工作頻率至少是170 MHz，大多數(shù)則在230 MHz以上，高檔顯示適配器的RAMDAC的芯片頻率可達(dá)300 MHz以上，已徹底解決了顯示刷新頻率的“瓶頸”問題。為了降低成本，有些廠商將RAMDAC集成到了圖形加速芯片內(nèi)，成為內(nèi)置的RAMDAC，在這些顯示適配器上找不到單獨(dú)的RAMDAC芯片。但是一些專業(yè)的圖形顯示適配器仍使用外置的RAMDAC。

（4）基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS ROM）。顯示適配器中的BIOS是一種特殊的只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片，稱為基本輸入/輸出系統(tǒng)，主要存放生產(chǎn)廠家提供的硬件圖形加速芯片與驅(qū)動(dòng)軟件之間的輸入/輸出邏輯控制程序，此外，還存放顯示適配器的名稱、型號(hào)以及顯示內(nèi)存的信息等。BIOS的性能決定了顯示適配器硬件與操作系統(tǒng)之間的配合程度，以及能否充分利用圖形加速芯片的功能。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，顯示適配器BIOS中的信息數(shù)據(jù)就被映射到內(nèi)存里，并出現(xiàn)在顯示屏上，固化在BIOS ROM中的控制程序就會(huì)對(duì)顯示控制器進(jìn)行初始化設(shè)置，控制整個(gè)顯示適配器的正常工作。只有顯示適配器正常工作，顯示器才有可能顯示其他內(nèi)容。

（5）總線接口。大部分顯示適配器是一種板卡總線式結(jié)構(gòu)。對(duì)外部而言，顯示適配器要通過總線接口與計(jì)算機(jī)主板連接進(jìn)行相互間的數(shù)據(jù)交換。對(duì)內(nèi)部而言，它將板卡總線作為圖形加速芯片、顯示存儲(chǔ)器、顯示控制器等卡內(nèi)部件的數(shù)據(jù)傳輸通道，因此，板卡總線或總線接口的傳輸速率是決定顯示適配器總體效能的重要因素。

總線接口的類型有很多種，但一般采用的總線接口只有PCI總線接口和AGP高級(jí)圖形接口兩種。

PCI（Peripheral Component Interconnect）即周邊總線接口，這種接口方式的顯示適配器使用32 bit或64 bit的數(shù)據(jù)傳送方式，它的工作頻率為33 MHz，最高設(shè)計(jì)傳輸速率可達(dá)到132MB/s和264 MB/s。PCI總線支持一次傳送多批數(shù)據(jù)，可有效提升顯示適配器讀和寫的效率，可使顯示適配器獲得系統(tǒng)總線的主控權(quán)，支持CPU和內(nèi)存的同時(shí)工作。這些特點(diǎn)一度使PCI總線結(jié)構(gòu)成為主流類型。但是隨著三維圖像設(shè)計(jì)的發(fā)展，PCI總線的瓶頸現(xiàn)象逐漸明顯。如果要在處理三維圖像設(shè)計(jì)的同時(shí)處理其他工作，則PCI總線上的全部工作就必須分步處理，這樣在大數(shù)據(jù)量的三維圖像設(shè)計(jì)面前，PCI總線就顯得力不從心。目前市場上使用PCI總線的顯示適配器已經(jīng)比較少了。

AGP（Accelerated Graphics Port）稱為加速圖形總線接口，是建立在PCI總線基礎(chǔ)上，專門針對(duì)3D圖形處理而開發(fā)的高效能總線。與通用系統(tǒng)總線PCI不同，AGP是專用的總線接口，僅用于圖形，AGP插槽上也只能插AGP顯示適配器，而不能插其他任何板卡。它不會(huì)與其他外設(shè)共享時(shí)間（而在PCI下是可以的），從而大大提高了處理圖像數(shù)據(jù)的能力。目前市場上的多數(shù)顯示適配器都是采用AGP總線。

（6）顯示適配器插口。在顯示適配器上還包括幾個(gè)插口：VGA插口、VGA Feature插口和視頻S端子插口。

VGA插座是顯示適配器的輸出接口，與顯示器的相連，用于模擬信號(hào)的輸出。它是一個(gè)15孔插座，分3排，每排5個(gè)孔。有些高檔顯示適配器還有兩個(gè)VGA插頭，稱為雙頭顯示適配器，可以在2個(gè)插頭上輸出不同的圖像。

VGA Feature插口通常用于擴(kuò)展顯示適配器的視頻功能，是顯示適配器與視頻設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通道，早期用于連接MPEG硬解壓卡或VGA-TV轉(zhuǎn)換卡等，現(xiàn)在并不常用。

視頻S端子插口用于向電視機(jī)（或監(jiān)視器）輸出視頻。