圖形加速器

圖形加速器一般以圖形加速卡的形式出現，是一種以晶片集成方式 專門進行圖形運算的圖像適配卡。由於圖形加速卡在計算圖 形方面比CPU要快得多，因此配備有圖形加速卡的電腦在圖 像處理、三維遊戲方面表現出色。

圖形加速器是包含圖形協處理器和視頻適配器功能的一塊擴展外掛程式板。圖形加速器板把有關圖形的處理工作從CPU中接過來而由自己處理。因此，Windows的應用程式在有圖形加速器板的計算機上運行，速度和處理能力有明顯的提高。圖形加速器一般由具備獨立CPU的硬體和相應軟體構成，專門為圖形圖像顯示而最佳化。

基本介紹

• 中文名：圖形加速器
• 外文名：graphics accelerator
• 又稱：圖形加速卡
• 目的：加速圖像

發展情況

早期版本的視頻顯示適配器是依靠CPU來處理圖象信息的，CPU不斷地計算每 個象素點對變化信息的要求，並把數據通過I/O匯流排送到視頻卡的幀緩衝器中， 所謂的幀緩衝器就是一個每時每刻保存螢幕圖象的存儲器。

Windows的圖形用戶接口激劇增加了 CPU和I/O匯流排的工作負荷，為了減 輕CPU的負擔又要得到相當多的圖形加速，解決的辦法只能是在視頻加速卡上加上一個處理晶片，不過CPU執行圖形設備接口功能調用，而加速器不能執行該調用.圖形加速器減少CPU的I/O匯流排的辦法之 —就是對Windows的一些關鍵的GID功能使用硬連線的辦法.（GDI是Windows 實現必要的圖形功能的組成部分）.

我們來看一個完螫的工作過程。 Windows的應用程式送給圖形設備接口 (GDI)—個圖形功能調用請求，GDI就要求視頻驅動程式執行這一功能，驅動程式 把請求送到加速器進行處理，處理器晶片通過幀緩衝控制器把處理後的螢幕數據 寫到幀緩衝器中，幀緩衝控制器再把數據送到記憶體數模轉換器，在那裡把數據轉 換成控制CRT(陰極射線管）的模擬信號，如果視頻驅動程式不能識別出送來的請 求，圖形設備接口就利用CPU和系統RAM來執行這一功能。這就是為什麼加速卡帶有各種驅動程式能支持最流行的Windows的圖形應用程式的原因。

為了獲得最佳的顯示配置，應當不斷更新驅動程式.當在系統中加入 新的圖形軟體或者多媒體軟體的時候，檢査一下有沒有加速卡最新版本的驅動程式，它們有可能包括在該軟體里·如果沒有,一般情況下都可以從製造商的公告牌下載得到它們，或者可以從某個線上服務的公開討論會下載. 如果打算從當前的顯示配置中把加速卡更換升級，那一定要保證選購一個符合系統匯流排標準的卡.

結構

圖形加速器上的主要元件有圖形加速晶片(Graphics accelerate chip)、隨機存取存貯器(RAM)、隨機存取存貯器數模轉換器(RAMDAC)、時鐘合成器(Clock Synchesizer)及基本輸入輸出系統(BIOS)。

圖形加速器的隨機存取存貯器RAM可由動態隨機存取存貯器晶片DRAM組成，也可由具有雙向存取功能的圖像隨機存取存貯器晶片組成，前者造價便宜，後者造價昂貴，但對圖像存取快，這是因為這種存貯器具有雙連線埠，正如在圖像存貯器VRAM中介紹的那樣，它具有兩個連線埠，圖像數據從一個連線埠流進VRAM，從另一端可立即流出，在圖像加速中，流出的圖像像素的顏色數據立即通過隨機存取存貯器的數模轉換器(RAMDAC)，轉換成紅、綠、藍三色強度的電壓值，送往顯示器顯示出顏色來。

RAMDAC類似於VGA適配器中屬性控制器中的數模轉換器,它也包含有顏色查找表，通過VRAM的圖像顏色數據，查找相應的紅、綠、藍三色數據送往數模轉換器輸出三色強度的顏色電壓。

時鐘合成器用來產生顯示器的同步信號和有關控制的時鐘信號。

基本輸入輸出系統(BI0S)是圖像的基本輸入輸出系統，它固化了許多圖像功能的DOS調用，如同VGA中的BIOS一樣。

功能

隨著象素解析度和顏色解析度的提高，構造一個視頻系統相對說來既不困難，成本也不高，只需隨之增加刷新緩衝區的存儲容量即可。但是,隨著解析度的提高,也就意味著計 算工作量會成倍乃至幾十倍增加,對圖形控制工作量也是呈猛增勢頭。在PC視頻子系統 內，無論計算還是控制均是由CPU完成的.由於計算量和控制量的增加，意味著在螢幕上顯示信息量增加，由此可推出，整個系統的輸入輸出信息量增加,從而導致經常會超出 系統資源所允許的範圍現象。

解決這一問題的方法是，在視頻系統內以圖形加速器的形式構造一個有自激功能的 機構.在這裡，標準視頻系統的主要目的是把刷新緩衝區基本管理機制提供給硬體，刷新 緩衝區基本管理主要是對各個象素、一些專用象素或象素組用來控制顯示圖形塊的圖形 加速器等圖形單元圖形部件的管理，以及對像繪製線段、圓弧和顯示模組等高層次圖形原語等功能的管理。

通過專用的圖形協同處理器，在硬體上就可直接實現擴展功能，通過由硬體支持的圖 形程式設計接口也同樣可以實現擴展功能。一般說來，所謂硬體支持指的是標準微處理機支持，而且是與駐留在ROM內的圖形控制程式一起提供支持。對這樣的系統來說，高級 程式設計接口是一個非常重要的接口，在構造圖形加速器時非常有用。

圖形加速器主要是接收CPU對圖元的描述（往往是命令、函式和描述屬性的參數），執行坐標系的變換（把世界坐標系變換成設備坐標系，主要是浮點計算），裁剪、變比、彩色明暗處理、開視窗和隱藏面消除等操作，其輸出有的是像素操作、光素操作，而高檔的圖形加速器直接輸出紅綠藍彩色信號。

作為工作站上的圖形系統，除了圖形加速器外，還要有該圖形加速器所支持的圖形庫，例如：SUN公司的GX，TurboGXplus，SPARCstationZX圖形加速器支持該公司XGL的圖形庫，SGI公司的Indy圖形板，Reality EnginZ等都支持該公司的IRIS圖形庫和OPENGL。

加速原理

圖形加速器的關鍵器件是圖形加速晶片，它將一些常用的基本繪圖功能和圖像處理功能的軟體進行了固化，即將這些功能軟體固化在該晶片內，這樣當要用到這些畫圖功能時，無需再由CPU進行計算並調用某些畫圖功能，而直接由加速晶片執行，因而可大大提高畫圖速度，對VGA或SVGA來說，上述過程還需通過匯流排來回在CPU和適配器之間進行圖像數據傳輸，因而更延誤了時間。對圖形加速器來說，上述過程均在加速器內進行，不再進行匯流排操作。因而加速了圖形生成。

在圖形加速晶片中固化的圖形和圖像功能隨廠家不同而有所不同，例如專為Windows設計的圖形加速器，對處理由模線、長方形等規則圖形組成的圖形適用，因為在Windows視窗內，看到的圖形大都由這些規則圖形組成，當用來加速不規則圖形，例如三維畫則不適用。

圖形加速器完全兼容VGA和SVGA，它們一般採用VESA匯流排或PCI匯流排。

由於圖形加速器中VRAM存放的是要顯示的圖像數據，表示一個像素數據的長度，代表了可顯示的顏色數，因而隨VRAM容量的不同、顯示解析度的不同，可顯示的顏色數也不同，表3．6示出了圖形加速器可支持的圖像解析度和顯示的顏色數及要求的VRAM容量。

優點

圖形加速器能夠快速的計算圖形方面的計算，如繪製三角形，也具備常用圖形圖像格式的計算，如jpg解壓、視頻流解壓等等，具備高級的紋理、材質、光照的計算，大大減輕主CPU的運算負擔，從而“加速”了圖形圖像。

圖形加速器的優點非常明顯:除整個圖形系統的性能有明顯改進外，還明顯減輕了由於對眾多圖形管理而給CPU帶來的壓力,有些硬體還達到了獨立操作的境地。有了高級圖形接口就可以防止程式設計人員直接對視頻硬體操作.由此也就有效地避免了兼容性問題。從某種意義上說，圖形加速器只不過是有效的滿足了圖形程式設計接口的需要，而 且一開始就應該把圖形程式設計接口裝到bios內。