图形加速器

电子设备

图形加速器一般以图形加速卡的形式出现，是一种以芯片集成方式专门进行图形运算的图像适配卡。由于图形加速卡在计算图形方面比CPU要快得多，因此配备有图形加速卡的电脑在图像处理、三维游戏方面表现出色。

发展情况

早期版本的视频显示适配器是依靠CPU来处理图象信息的，CPU不断地计算每个象素点对变化信息的要求，并把数据通过I/O总线送到视频卡的帧缓冲器中，所谓的帧缓冲器就是一个每时每刻保存屏幕图象的存储器。

Windows的图形用户接口激剧增加了 CPU和I/O总线的工作负荷，为了减轻CPU的负担又要得到相当多的图形加速，解决的办法只能是在视频加速卡上加上一个处理芯片，不过CPU执行图形设备接口功能调用，而加速器不能执行该调用.图形加速器减少CPU的I/O总线的办法之 —就是对Windows的一些关键的GID功能使用硬连线的办法.（GDI是Windows 实现必要的图形功能的组成部分）.

我们来看一个完螫的工作过程。 Windows的应用程序送给图形设备接口 (GDI)—个图形功能调用请求，GDI就要求视频驱动程序执行这一功能，驱动程序把请求送到加速器进行处理，处理器芯片通过帧缓冲控制器把处理后的屏幕数据写到帧缓冲器中，帧缓冲控制器再把数据送到内存数模转换器，在那里把数据转换成控制CRT（阴极射线管）的模拟信号，如果视频驱动程序不能识别出送来的请求，图形设备接口就利用CPU和系统RAM来执行这一功能。这就是为什么加速卡带有各种驱动程序能支持最流行的Windows的图形应用程序的原因。

为了获得最佳的显示配置，应当不断更新驱动程序.当在系统中加入新的图形软件或者多媒体软件的时候，检査一下有没有加速卡最新版本的驱动程序，它们有可能包括在该软件里·如果没有,一般情况下都可以从制造商的公告牌下载得到它们，或者可以从某个在线服务的公开讨论会下载. 如果打算从当前的显示配置中把加速卡更换升级，那一定要保证选购一个符合系统总线标准的卡.

结构

图形加速器上的主要元件有图形加速芯片(Graphics accelerate chip)、随机存取存贮器(RAM)、随机存取存贮器数模转换器(RAMDAC)、时钟合成器(Clock Synchesizer)及基本输入输出系统(BIOS)。

图形加速器的随机存取存贮器RAM可由动态随机存取存贮器芯片DRAM组成，也可由具有双向存取功能的图像随机存取存贮器芯片组成，前者造价便宜，后者造价昂贵，但对图像存取快，这是因为这种存贮器具有双端口，正如在图像存贮器VRAM中介绍的那样，它具有两个端口，图像数据从一个端口流进VRAM，从另一端可立即流出，在图像加速中，流出的图像像素的颜色数据立即通过随机存取存贮器的数模转换器(RAMDAC)，转换成红、绿、蓝三色强度的电压值，送往显示器显示出颜色来。

RAMDAC类似于VGA适配器中属性控制器中的数模转换器,它也包含有颜色查找表，通过VRAM的图像颜色数据，查找相应的红、绿、蓝三色数据送往数模转换器输出三色强度的颜色电压。

时钟合成器用来产生显示器的同步信号和有关控制的时钟信号。

基本输入输出系统(BI0S)是图像的基本输入输出系统，它固化了许多图像功能的DOS调用，如同VGA中的BIOS一样。

功能

随着象素分辨率和颜色分辨率的提高，构造一个视频系统相对说来既不困难，成本也不高，只需随之增加刷新缓冲区的存储容量即可。但是,随着分辨率的提高,也就意味着计算工作量会成倍乃至几十倍增加,对图形控制工作量也是呈猛增势头。在PC视频子系统内，无论计算还是控制均是由CPU完成的.由于计算量和控制量的增加，意味着在屏幕上显示信息量增加，由此可推出，整个系统的输入输出信息量增加,从而导致经常会超出系统资源所允许的范围现象。

解决这一问题的方法是，在视频系统内以图形加速器的形式构造一个有自激功能的机构.在这里，标准视频系统的主要目的是把刷新缓冲区基本管理机制提供给硬件，刷新缓冲区基本管理主要是对各个象素、一些专用象素或象素组用来控制显示图形块的图形加速器等图形单元图形部件的管理，以及对像绘制线段、圆弧和显示模块等高层次图形原语等功能的管理。

通过专用的图形协同处理器，在硬件上就可直接实现扩展功能，通过由硬件支持的图形程序设计接口也同样可以实现扩展功能。一般说来，所谓硬件支持指的是标准微处理机支持，而且是与驻留在ROM内的图形控制程序一起提供支持。对这样的系统来说，高级程序设计接口是一个非常重要的接口，在构造图形加速器时非常有用。

图形加速器主要是接收CPU对图元的描述（往往是命令、函数和描述属性的参数），执行坐标系的变换（把世界坐标系变换成设备坐标系，主要是浮点计算），裁剪、变比、彩色明暗处理、开窗口和隐藏面消除等操作，其输出有的是像素操作、光素操作，而高档的图形加速器直接输出红绿蓝彩色信号。

作为工作站上的图形系统，除了图形加速器外，还要有该图形加速器所支持的图形库，例如：SUN公司的GX，TurboGXplus，SPARCstationZX图形加速器支持该公司XGL的图形库，SGI公司的Indy图形板，Reality EnginZ等都支持该公司的IRIS图形库和OPENGL。

加速原理

图形加速器的关键器件是图形加速芯片，它将一些常用的基本绘图功能和图像处理功能的软件进行了固化，即将这些功能软件固化在该芯片内，这样当要用到这些画图功能时，无需再由CPU进行计算并调用某些画图功能，而直接由加速芯片执行，因而可大大提高画图速度，对VGA或SVGA来说，上述过程还需通过总线来回在CPU和适配器之间进行图像数据传输，因而更延误了时间。对图形加速器来说，上述过程均在加速器内进行，不再进行总线操作。因而加速了图形生成。

在图形加速芯片中固化的图形和图像功能随厂家不同而有所不同，例如专为Windows设计的图形加速器，对处理由模线、长方形等规则图形组成的图形适用，因为在Windows窗口内，看到的图形大都由这些规则图形组成，当用来加速不规则图形，例如三维画则不适用。

图形加速器完全兼容VGA和SVGA，它们一般采用VESA总线或PCI总线。

由于图形加速器中VRAM存放的是要显示的图像数据，表示一个像素数据的长度，代表了可显示的颜色数，因而随VRAM容量的不同、显示分辨率的不同，可显示的颜色数也不同，表3．6示出了图形加速器可支持的图像分辨率和显示的颜色数及要求的VRAM容量。

优点

图形加速器能够快速的计算图形方面的计算，如绘制三角形，也具备常用图形图像格式的计算，如jpg解压、视频流解压等等，具备高级的纹理、材质、光照的计算，大大减轻主CPU的运算负担，从而“加速”了图形图像。

图形加速器的优点非常明显:除整个图形系统的性能有明显改进外，还明显减轻了由于对众多图形管理而给CPU带来的压力,有些硬件还达到了独立操作的境地。有了高级图形接口就可以防止程序设计人员直接对视频硬件操作.由此也就有效地避免了兼容性问题。从某种意义上说，图形加速器只不过是有效的满足了图形程序设计接口的需要，而且一开始就应该把图形程序设计接口装到bios内。

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