圖形加速器

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總線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屏幕圖象的存儲器。

Windows的圖形用户接口激劇增加了 CPU和I/O總線的工作負荷，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芯片，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總線的辦法之 —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）. ^[2] 

我們來看一個完螫的工作過程。 Windows的應用程序送給圖形設備接口 (GDI)—個圖形功能調用請求，GDI就要求視頻驅動程序執行這一功能，驅動程序 把請求送到加速器進行處理，處理器芯片通過幀緩衝控制器把處理後的屏幕數據 寫到幀緩衝器中，幀緩衝控制器再把數據送到內存數模轉換器，在那裏把數據轉 換成控制CRT（陰極射線管）的模擬信號，如果視頻驅動程序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序能支持最流行的Windows的圖形應用程序的原因。 ^[2] 

為了獲得最佳的顯示配置，應當不斷更新驅動程序.當在系統中加入 新的圖形軟件或者多媒體軟件的時候，檢査一下有沒有加速卡最新版本的驅動程序，它們有可能包括在該軟件裏·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，或者可以從某個在線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總線標準的卡. ^[2] 

圖形加速器上的主要元件有圖形加速芯片(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)。 ^[3] 

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芯片DRAM組成，也可由具有雙向存取功能的圖像隨機存取存貯器芯片組成，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端口，正如在圖像存貯器VRAM中介紹的那樣，它具有兩個端口，圖像數據從一個端口流進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。 ^[3] 

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。 ^[3] 

隨着象素分辨率和顏色分辨率的提高，構造一個視頻系統相對説來既不困難，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,隨着分辨率的提高,也就意味着計 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，意味着在屏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。 ^[4] 

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.在這裏，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件，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、圓弧和顯示模塊等高層次圖形原語等功能的管理。 ^[4] 

通過專用的圖形協同處理器，在硬件上就可直接實現擴展功能，通過由硬件支持的圖 形程序設計接口也同樣可以實現擴展功能。一般説來，所謂硬件支持指的是標準微處理機支持，而且是與駐留在ROM內的圖形控制程序一起提供支持。對這樣的系統來説，高級 程序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、函數和描述屬性的參數），執行座標系的變換（把世界座標系變換成設備座標系，主要是浮點計算），裁剪、變比、彩色明暗處理、開窗口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。 ^[5] 

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。 ^[5] 

圖形加速器的關鍵器件是圖形加速芯片，它將一些常用的基本繪圖功能和圖像處理功能的軟件進行了固化，即將這些功能軟件固化在該芯片內，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，而直接由加速芯片執行，因而可大大提高畫圖速度，對VGA或SVGA來説，上述過程還需通過總線來回在CPU和適配器之間進行圖像數據傳輸，因而更延誤了時間。對圖形加速器來説，上述過程均在加速器內進行，不再進行總線操作。因而加速了圖形生成。 ^[3] 

在圖形加速芯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窗口內，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。 ^[3] 

圖形加速器完全兼容VGA和SVGA，它們一般採用VESA總線或PCI總線。

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、顯示分辨率的不同，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分辨率和顯示的顏色數及要求的VRAM容量。

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,有些硬件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序設計人員直接對視頻硬件操作.由此也就有效地避免了兼容性問題。從某種意義上説，圖形加速器只不過是有效的滿足了圖形程序設計接口的需要，而 且一開始就應該把圖形程序設計接口裝到bios內。 ^[4]