显卡内存是什么

小嘿 QA 2020-04-14 14:07:58 阅读(...)

显存也被叫做帧缓存,它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同计算机的内存一样,显存是用来存储要处理的图形信息的部件。

显存,也被叫做帧缓存,它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同计算机的内存一样,显存是用来存储要处理的图形信息的部件。

显卡内存是什么

作用

如同计算机的内存一样,显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面是由一个个的像素点构成的,而每个像素点都以 4 至 32 甚至 64 位的数据来控制它的亮度和色彩,这些数据必须通过显存来保存,再交由显示芯片和 CPU 调配,最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。显存和主板内存一样,执行存贮的功能,但它存贮的对像是显卡输出到显示器上的每个像素的信息。显存是显卡非常重要的组成部分,显示芯片处理完数据后会将数据保存到显存中,然后由 RAMDAC(数模转换器)从显存中读取出数据并将数字信号转换为模拟信号,最后由屏幕显示出来。在高级的图形加速卡中,显存不仅用来存储图形数据,而且还被显示芯片用来进行 3D 函数运算。在 nVIDIA 等高级显示芯片中,已发展出和 CPU 平行的“GPU”(图形处理单元)。“T&L”(变形和照明)等高密度运算由 GPU 在显卡上完成,由此更加重了对显存的依赖。由于显存在显卡上所起的作用,显然显存的速度和带宽直接影响到显卡的整体速度。显存作为存贮器也和主板内存一样经历了多个发展阶段,甚至可以说显存的发展比主板内存更为活跃,并有着更多的品种和类型。被广泛使用的显存类型是 SDRAM 和 SGRAM,性能更加优异的 DDR 内存首先被应用到显卡上,促进了显卡整体性能的提高。DDR 以在显卡上的成功为先导,全面发展到了主板系统,一个 DDR“独领风骚三两年”的时代即将呈现在世人面前。

主要产生

显卡是主板上一个 BGA 封装的 chipset,类似于 CPU(Central Processing Unit),业内叫 GPU(Graphics Processing Unit),市场上主要有 nVIDIA 和 AMD 两个厂商。图形芯片相当于显卡的 CPU,不过它的主要任务是处理显示信息,在处理信息的过程中,它会产生大量的临时数据(未处理的、正在处理的、已经处理完成的),这就需要一个专门的地方来存放这些临时数据,那就是显存了,它也可能是一个芯片,也可能只是芯片的一部分,这要看硬件的设计(独立显卡和集成显卡)。至于察看显存大小。在开机时候一般都有显示,也可以在桌面上点击属性–设置–高级–适配器–查看“内存大小”(XP 系统);或在桌面上右键–屏幕分辨率–高级设置–适配器,查看适配器信息即可(Win7 系统)。

PCB:就是印刷电路板(Printed circuit board,PCB)。它几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件,它们都是镶在大小各异的 PCB 上的。除了固定各种小零件外,PCB 的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂,需要的零件自然越来越多,PCB 上头的线路与零件也越来越密集了。裸板(上头没有零件)也常被称为“印刷线路板 Printed Wiring Board(PWB)”。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来提供 PCB 上零件的电路连接。通常 PCB 的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊漆(solder mask)的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)。通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。

工作原理

显卡的工作原理是:在显卡开始工作(图形渲染建模)前,通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面。开始工作时候(进行建模渲染),这些数据通过 AGP 总线进行传输,显示芯片将通过 AGP 总线提取存储在显存里面的数据,除了建模渲染数据外还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换,这些数据通过 RAMDAC 转换为模拟信号输出到显示端,最终就是我们看见的图像。显示芯片性能的日益提高,其数据处理能力越来越强,使得显存数据传输量和传输率也要求越来越高,显卡对显存的要求也更高。载体,这时显存的交换量的大小,速度的快慢对于显卡核心的效能发挥都是至关重要的,而如何有效地提高显存的效能也就成了提高整个显示卡效能的关键。

区别种类

综述

作为显示卡的重要组成部分,显存一直随着显示芯片的发展而逐步改变着。从早期的 EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM 等到今天广泛采用的 DDR SDRAM 显存经历了很多代的进步。市场中所采用的显存类型主要有 SDRAM,DDR SDRAM,DDR SGRAM 三种。SDRAM 颗粒主要应用在低端显卡上,频率一般不超过 200MHz,在价格和性能上它比 DDR 都没有什么优势,因此逐渐被 DDR 取代。DDR SDRAM 是市场中的主流(包括 DDR2 和 DDR3),一方面是工艺的成熟,批量的生产导致成本下跌,使得它的价格便宜;另一方面它能提供较高的工作频率,带来优异的数据处理性能。至于 DDR SGRAM,它是显卡厂商特别针对绘图者需求,为了加强图形的存取处理以及绘图控制效率,从同步动态随机存取内存(SDRAM)所改良而得的产品。SGRAM 允许以方块(Blocks) 为单位个别修改或者存取内存中的资料,它能够与中央处理器(CPU)同步工作,可以减少内存读取次数,增加绘图控制器的效率,尽管它稳定性不错,而且性能表现也很好,但是它的超频性能很差劲,目前也极少使用。

FPM DRAM

FPM DRAM(Fast Page Mode RAM): 快速页面模式内存。是一种在 486 时期被普遍应用的内存(也曾应用为显存)。72 线、5V 电压、带宽 32bit、基本速度 60ns 以上。它的读取周期是从 DRAM 阵列中某一行的触发开始,然后移至内存地址所指位置,即包含所需要的数据。第一条信息必须被证实有效后存至系统,才能为下一个周期作好准备。这样就引入了“等待状态”,因为 CPU 必须傻傻的等待内存完成一个周期。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。但其性能上的缺陷导致其不久就被 EDO DRAM 所取代,此种显存的显卡已不存在了。

EDO

EDO (Extended Data Out) DRAM,与 FPM 相比 EDO DRAM 的速度要快 5%,这是因为 EDO 内设置了一个逻辑电路,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。设计为系统内存的 EDO DRAM 原本是非常昂贵的,只是因为 PC 市场急需一种替代 FPM DRAM 的产品,所以被广泛应用在第五代 PC 上。EDO 显存可以工作在 75MHz 或更高,但是其标准工作频率为 66 MHz,不过其速度还是无法满足显示芯片的需要,也早成为“古董级”产品上才有的显存。

SGRAM

SGRAM 是 Synchronous Graphics DRAM 的缩写,意思是同步图形 RAM 是种专为显卡设计的显存,是一种图形读写能力较强的显存,由 SDRAM 改良而成。它改进了过去低效能显存传输率较低的缺点,为显示卡性能的提高创造了条件。SGRAM 读写数据时不是一一读取,而是以”块”(Block)为单位,从而减少了内存整体读写的次数,提高了图形控制器的效率。但其设计制造成本较高,更多的是应用于当时较为高端的显卡。目前此类显存也已基本不被厂商采用,被 DDR 显存所取代。SDRAM,即 Synchronous DRAM(同步动态随机存储器),曾经是 PC 电脑上最为广泛应用的一种内存类型,即便在今天 SDRAM 仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”,那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM 内存又分为 PC66、PC100、PC133 等不同规格,而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度,比如 PC100,那就说明此内存可以在系统总线为 100MHz 的电脑中同步工作。与系统总线速度同步,也就是与系统时钟同步,这样就避免了不必要的等待周期,减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用,因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM 采用 3.3 伏工作电压,168Pin 的 DIMM 接口,带宽为 64 位。SDRAM 不仅应用在内存上,在显存上也较为常见。SDRAM 可以与 CPU 同步工作,无等待周期,减少数据传输延迟。优点:价格低廉,曾在中低端显卡上得到了广泛的应用。SDRAM 在 DDR SDRAM 成为主流之后,就风光不再,目前则只能在最低端的产品或旧货市场才能看到此类显存的产品了。

DDR 显存分为两种,一种是大家习惯上的 DDR 内存,严格的说 DDR 应该叫 DDR SDRAM。另外一种则是 DDR SGRAM,此类显存应用较少、不多见。

性能容量

显存容量是显卡上本地显存的容量数,这是选择显卡的关键参数之一。显存容量的大小决定着显存临时存储数据的能力,在一定程度上也会影响显卡的性能。显存容量也是随着显卡的发展而逐步增大的,并且有越来越增大的趋势。显存容量从早期的 512KB、1MB、2MB 等极小容量,发展到 64MB、128MB、256MB、512MB、768MB,一直到目前主流的 2GB、4GB、6GB 和高档显卡的 8GB、16GB、32GB 某些专业显卡甚至已经具有 48GB 的显存了。在显卡最大分辨率方面,最大分辨率在一定程度上跟显存有着直接关系,因为这些像素点的数据最初都要存储于显存内,因此显存容量会影响到最大分辨率。在早期显卡的显存容量只具有 512KB、1MB、2MB 等极小容量时,显存容量确实是最大分辨率的一个瓶颈;但目前主流显卡的显存容量,就连 64MB 也已经被淘汰,主流的娱乐级显卡已经是 512MB 或 1GB,某些专业显卡甚至已经具有 4GB 的显存,在这样的情况下,显存容量早已经不再是影响最大分辨率的因素。在显卡性能方面,随着显示芯片的处理能力越来越强大,特别是现在的大型 3D 游戏和专业渲染需要临时存储的数据也越来越多,所需要的显存容量也是越来越大,显存容量在一定程度上也会影响到显卡的性能。例如在显示核心足够强劲而显存容量比较小的情况下,却有大量的大纹理贴图数据需要存放,如果显存的容量不足以存放这些数据,那么显示核心在某些时间就只有闲置以等待这些数据处理完毕,这就影响了显示核心性能的发挥从而也就影响到了显卡的性能。值得注意的是,显存容量越大并不一定意味着显卡的性能就越高,因为决定显卡性能的三要素首先是其所采用的显示芯片,其次是显存带宽(这取决于显存位宽和显存频率),最后才是显存容量。一款显卡究竟应该配备多大的显存容量才合适是由其所采用的显示芯片所决定的,也就是说显存容量应该与显示核心的性能相匹配才合理,显示芯片性能越高由于其处理能力越高所配备的显存容量相应也应该越大,而低性能的显示芯片配备大容量显存对其性能是没有任何帮助的。例如市售的某些配备了 512MB 大容量显存的 Radeon 9550 显卡在显卡性能方面与 128MB 显存的 Radeon 9550 显卡在核心频率和显存频率等参数都相同时是完全一样的,因为 Radeon 9550 显示核心相对低下的处理能力决定了其配备大容量显存其实是没有任何意义的,而大容量的显存反而还带来了购买成本提高的问题。

数据

数据位数指的是在一个时钟周期之内能传送的 bit 数,它是决定显存带宽的重要因素,与显卡性能息息相关。当显存种类相同并且工作频率相同时,数据位数越大,它的性能就越高。显存带宽的计算方法是:运行频率×数据带宽/8。以目前的 GeForce3 显卡为例,其显存系统带宽=230MHz×2(因为使用了 DDR 显存,所以乘以 2)×128/8=7.36GB。

数据位数是显存也是显卡的一个很重要的参数。在显卡工作过程中,Z 缓冲器、帧缓冲器和纹理缓冲器都会大幅占用显存带宽资源。带宽是 3D 芯片与本地存储器传输的数据量标准,这时候显存的容量并不重要,也不会影响到带宽,相同显存带宽的显卡采用 64MB 和 32MB 显存在性能上区别不大。因为这时候系统的瓶颈在显存带宽上,当碰到大量像素渲染工作时,显存带宽不足会造成数据传输堵塞,导致显示芯片等待而影响到速度。显存主要分为 64 位和 128 位,在相同的工作频率下,64 位显存的带宽只有 128 位显存的一半。这也就是为什么 Geforce2 MX200(64 位 SDR)的性能远远不如 Geforce2 MX400(128 位 SDR)的原因了。

显存频率

显存频率是指默认情况下,该显存在显卡上工作时的频率,以 MHz(兆赫兹)为单位。显存频率一定程度上反应着该显存的速度。显存频率随着显存的类型、性能的不同而不同,SDRAM 显存一般都工作在较低的频率上,一般就是 133MHz 和 166MHz,显存频率,主要在中低端显卡上使用,DDR2 显存由于成本高并且性能一般,因此使用量不大。DDR3 显存是目前高端显卡采用最为广泛的显存类型。不同显存能提供的显存频率也差异很大,主要有 400MHz、500MHz、600MHz、650MHz 等,高端产品中还有 800MHz、1200MHz、1600MHz,甚至更高。

显存频率与显存时钟周期是相关的,二者成倒数关系,也就是显存频率=1/显存时钟周期。如果是 SDRAM 显存,其时钟周期为 6ns,那么它的显存频率就为 1/6ns=166 MHz。而对于 DDR SDRAM 或者 DDR2、DDR3,其时钟周期为 6ns,那么它的显存频率就为 1/6ns=166 MHz,但要了解的是这是 DDR SDRAM 的实际频率,而不是我们平时所说的 DDR 显存频率。因为 DDR 在时钟上升期和下降期都进行数据传输,其一个周期传输两次数据,相当于 SDRAM 频率的二倍。习惯上称呼的 DDR 频率是其等效频率,是在其实际工作频率上乘以 2,就得到了等效频率。因此 6ns 的 DDR 显存,其显存频率为 1/6ns*2=333 MHz。具体情况可以看下边关于各种显存的介绍。但要明白的是显卡制造时,厂商设定了显存实际工作频率,而实际工作频率不一定等于显存最大频率。此类情况较为常见,如显存最大能工作在 650 MHz,而制造时显卡工作频率被设定为 550 MHz,此时显存就存在一定的超频空间。这也就是厂商惯用的方法,显卡以超频为卖点。GDDR3。

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