據統計,人們接觸的信息80％以上是視覺信息,一幕幕動人的場景,一幅幅美麗的畫面,勾畫出了趣味橫生的生活百態,描繪出了絢麗多姿的七彩世界。
也許您沒注意，小小的電腦熒光屏,能夠展現出陽光明媚風和日麗的春天、驕陽似火綠樹成蔭的盛夏、天高氣爽碩果累累的金秋和天寒地凍白雪皚皚的隆冬。更有高科技的電腦制作，把我們帶到了神奇美妙三維世界。
在一臺電腦里,顯示器是電腦和用戶交互的一個關鍵的圖文界面,五顏六色的畫面要怎么精彩就可以怎么精彩,要多么動人就可以多么動人。不過這都需要顯示卡給顯示器發送顯示信號、并控制顯示器顯示出絢麗的色彩,所以顯示卡和顯示器都是電腦顯示不可缺少的部件。
顯示卡在多媒體技術和圖形處理技術中越來越重要，一塊好的顯示卡可以比主板還貴就說明了它的比重。目前“一板一卡”的流行配套方法也表明了電腦設計者們對顯示卡的重視。顯示技術也不斷在更新。
有關圖形顯示技術的術語
對圖形專業術語了解得多一些,可以幫助我們更好地選擇適合自己的圖形顯示卡,下面是一些在談及顯示技術時常用到的名詞術語。
圖形加速卡中的述語
◇顏色深度:用來描述圖形卡一次能夠顯示多少種顏色。8位顏色深度可以顯示256種顏色；16位顏色深度可以顯示65536種顏色；24位顏色深度可以顯示16M種顏色。
◇雙口存儲器:是一種帶有兩個端口的RAM，圖形數據可以直接從一個端口進入而從另一個端口輸出，從而從速度上獲得額外的提升。VRAM和WRAM都是雙口存儲器。
◇EDO VRAM:是一種更快速的VRAM
◇RAMDAC:數模變換器,它是用來將PC能夠處理的數字信息轉變成顯示器可以用于顯示的模擬信號。它的變換速度越快,你就可以得到更高的屏幕刷新率。
◇刷新率:屏幕每秒鐘重繪的次數。屏幕刷新頻率低于55Hz將會有閃爍感,容易使人的眼睛產生疲勞。
◇SGRAM:一種同步存儲器,理論上可以使圖形卡處理速度加倍。SDRAM和SGRAM,它們基本上是一樣的,只是SGRAM具有一些圖形增強方面的特性。
◇視頻插值：當你要放大一個視窗口時,除非你的圖形卡使用了插值處理,否則圖象邊緣會變成鋸齒狀。一般都希望在X軸和Y軸兩個方向都能進行插值。
3D軟件術語
◇API：(應用程序編程接口)API是用來使3D程序與3D圖形加速卡進行通訊的軟件接口。為了使3D圖形卡能用來加速3D游戲的執行,游戲的開發應使用圖形卡能夠支持的API。
◇Direct3D:Microsoft的Direct3D原希望成為一種所有的3D軟件和3D圖形卡都支持的標準。然而,由于Direct3D在性能方面不是盡如人意,所以游戲開發商也經常使用那些針對特定3D圖形卡的API。
◇OpenGL:它是一種專業的API,在高端CAD軟件中被廣泛使用。軟件開發商正在考慮使用OpenGL,而不是Direct3D來作為軟件開發的API。
3D圖像技術術語
◇Alpha混合:是一種顏色混合方法,它可以將兩個重疊的紋理圖像進行混合,使其中的一個看起來是透明的。例如在一面綠色墻面上映出的激光束光焰。激光束的圖像被一個黑盒子所包圍,為了使激光束看起來更真實,黑色需要去掉,墻面的綠色應該與光束的顏色進行混合。
◇濾波:消除3D圖像中的色塊感,使圖像看起來更平滑。
◇霧化:當3D對象移動時,將3D對象與固定的顏色進行混合,使它看起來像正在逐漸消失,或者正在從霧里,或黑暗中出現。
◇MIP映射:以幾種不同的尺寸大小來保存一幅紋理圖形,以適合對象的不同尺寸。這一點對顯示正在移動的紋理貼圖對象很有幫助。若沒有MIP映射,當3D芯片壓縮或者擴大紋理圖形來適應對象尺寸大小的變化時,會在紋理貼圖對象的邊緣有閃爍不定的感覺。有了MIP映射,就用不著太多的壓縮處理。圖形加速芯片將根據對象的大小來快速地選擇采用更大或更小的紋理圖形。
◇透視校正:在不同角度和距離的情況下都能使紋理貼圖3D對象看起來更真實。
◇紋理映射:將一個位圖貼在3D對象表面上可以使對象看起來更真實,例如在Microsoft的Monster Truck Madness游戲中,當你在場景中移動時,圖形卡會不斷地將沙地位圖貼在沙丘上,以使沙丘看起來更真實。
AGP(Accelerated Graphics Port)圖形加速接口標準
AGP是新一代顯示卡接口技術，可大幅提高3D圖形的顯示能力。目前，各大顯示卡廠家已有大量AGP顯示卡產品推出，帶AGP接口的主板也已面市。AGP 3D顯示卡正大量涌入顯示卡市場。
雖然現在PC的圖形處理能力越來越強，但要完成細致的大型3D圖形描繪，PC平臺的性能仍然有限，為了讓PC的3D應用能力能同圖形工作站一較高低，Intel公司開發了AGP。推出AGP的主要目的就是要大幅提高主流PC的圖形尤其是3D圖形的顯示能力。配合Pentium II的DIB（雙重獨立總線）技術以及MMX技術，AGP將會成為新一代的商用電腦標準。
什么是AGP
1.PCI總線在3D應用中的局限
AGP主要針對現在的PCI顯示卡在處理動畫和3D繪圖時出現的數據傳輸瓶頸情況，隨著處理器速度越來越快，瓶頸情況還會更加嚴重，特別是在3D圖像的情況下更明顯。
在3D圖形描繪中，儲存在PCI顯示卡上顯示內存中的不僅有影像數據，還有Z軸的距離數據，TextureData（紋理數據）及Alpha變換數據等。儲存紋理數據的顯示內存容量越多越好。從整個系統來看，增加顯示內存還不如增加主內存劃算，而且把紋理數據儲存在主內存比儲存在顯示內存更可有效利用內存。也就是說，當應用程序結束后，它所占用的主內存空間又可恢復，紋理數據并不永遠占用主內存的空間。
遺憾的是，當紋理數據從顯示內存移到主內存時，數據傳輸的瓶頸也從顯示卡上的內存總線轉移到了PCI總線上，而紋理數據傳輸量就將超過100MB/sec，現有的PCI總線遠遠不能滿足要求，因而就需像AGP這樣可連結主內存與顯示卡的新接口。
2.AGP的結構
AGP的目的是以相對低價格來達到高性能3D圖形的描繪功能，為此Intel對PCI再擴充了三項主要的規格而定義了AGP：
(1)數據讀寫操作的管道處理；
(2)133MHz的數據傳輸周期；
(3)地址信號與數據信號分離。
AGP的原理是把顯示芯片獨立設置在系統總線上面，把顯示芯片直接同芯片組的內存控制器電路相連。在這種“點對點”的連接中，還利用了時鐘信號的兩邊沿（即上升沿和下降沿）作數據傳輸，所以速度成倍提高。也由于采用點對點連接方式，一個系統只能有一個AGP，所以，AGP不會取代PCI總線。第一代AGP以66MHz的速度傳送數據，是PCI總線的一倍；第二代AGP將可達133MHz，足以滿足用軟件播放DVD光盤的要求。數據傳輸速度最高可達533MB/sec，約為目前PCI的4倍。PCI同AGP比較如下表所示：
PCI同AGP的比較
PCI總線 AGP
傳輸方式 同步 同步
內存優先存取 不支持 支持
數據線位寬 32位 32位
總線時鐘 33MHz 66MHz
最高數據傳輸速度 133MB/sec 533MB/sec
可連接擴展卡數 最多有５個 1個
信號線數 49 65
3D圖形的成圖處理需高顯示芯片與顯示內存間的數據傳輸速度。目前，大多數顯示卡都采用較快速的顯示內存，但這樣會提高顯示卡的成本，折衷的方法之一就是將紋理數據從顯示內存移到主內存，因此可減少顯示內存的容量，從而降低顯示卡的成本。
AGP不只用于3D圖形，對2D圖形也同樣有效。由于顯示卡通過AGP、芯片組與主內存相連，提高了顯示芯片與主內存間的數據傳輸速度，讓原需存入顯示內存的紋理數據，現可直接存入主內存，這樣可提高主內存的內存總線使用效率，也提高了畫面的更新速度及ZBuffering（Z緩沖）等數據的傳輸速度，而且還減輕了PCI總線的負載，有利于其它PCI設備充分發揮性能。要知道，在PC98規格中，ISA總線已被取消，ISA設備終將被淘汰，所以，把占用了PCI總線大量帶寬的顯示卡移到AGP上是非常必要的步驟。
AGP在影像數據的傳輸效果方面也有不錯的表現。當MPEG2影像數據經CPU解壓時，需通過總線將影像數據寫入顯示內存，已解碼全畫面的MPG2影像數據，需以15～20MB/sec的速度傳輸。雖然PCI總線的實際數據傳輸速度為27～33MB/sec，但數據的傳輸如果搭配不當，則畫面恐怕將很不流暢。
目前，AGP尚留有兩項限制其發展的因素，其一是主內存的數據傳輸速度。支持AGP的顯示芯片在作3D圖形描繪時需對主內存進行存取操作，因此將增加主內存的內存總線流量，一般需要有800MB/sec以上的速度。但目前主內存的數據傳輸速度大多在200～300MB/sec，以這樣的速度，即使利用了AGP也無法作細致的3D圖形描繪。為了達到800MB/sec的數據傳輸速度就需有高速的DRAM，如100MHz以上的SDRAM、RDRAM或其它如SGRAM、VRAM等。AGP的另一個問題是顯示卡的兼容性。
前景展望
AGP是開放的規格，廠家不需付出專利費。目前，如3Dfx、3Dlabs、ATI、CirrusLogic、Rendition、S3、Trident等3D顯示卡廠商都已表明支持AGP，而且已有部分原型產品推出。Intel不僅已與微軟簽約，還鼓勵多家顯示卡制造廠家采用AGP。目前一些高性能的PC已率先采用。因此，AGP可在很短的時間內普及，Intel公司認為，到2000年，90％的PC將配置AGP顯示卡。
為發揮AGP的優點，微軟已在其新版Windows 98及Windows NT 5.0中支持AGP功能，并且通過DirectDraw API為軟件廠商提供編程接口。
配有AGP接口的主板已經面市，如精英、華碩、中凌等公司的最新主板，采用支持Pentium II的Intel 440LX、440BX芯片組，而VIA等其它芯片組廠商也推出了支持AGP的用于Pentium級MMX CPU的Socket 7主板的芯片組。
AGP接口的顯示卡一律都是3D顯示卡，采用SDRAM或者RDRAM等高速顯示內存，Trident的3D Image 985和875都支持AGP并具有TVOut功能。
從原型產品所看，采用AGP并不會大幅增加顯示卡的成本，但功能卻強大得多，例如Trident的3D Image 985，除了芯片本身外，還有一顆MPEG2解壓芯片用以播放DVD光盤，完全符合未來的多媒體電腦需要。
關于AGP技術的討論
1.AGP是提高圖形/視頻處理速度的“特效藥”
上面已經談到，在三維圖形顯示中,高速化的瓶頸是“圖形紋理(Texture)處理”，它需要以100Mbps(分辨率為640×480點)～150Mbps(分辨率為800×600點)的傳輸速率傳送大量的位圖(Bitmap)數據,而目前所有的PCI總線的傳輸速率太低,不能滿足傳輸速度的要求。
在PC機中,三維圖形處理大體可分為“幾何變換”和“繪制著色”處理。這兩種處理都由CPU承擔,CPU的負荷過重。為此,采用三維圖形芯片代替CPU來處理處理量很大的“繪制著色“。為了降低圖形卡的成本,必須設法減小圖形存儲器的容量,于是,把紋理數據存儲在主存上。但在目前的系統中,主存和圖形存儲器間是用PCI總線連接的,它的最大傳輸速率為133Mbps,而HDD、LAN、聲卡等送往主存的數據都要通過PCI總線,而實際的傳送速率遠低于133Mbps。為此,推出了圖形數據專用接口AGP。
我們已經看到，AGP把主存和圖形存儲器直接連結起來。AGP總線寬為32位,時鐘頻率66MHz,能以133MHz工作,最高傳輸速率可高達533MBps。AGP的首要目的是將紋理數據置于主存,以減少圖形存儲器的容量,從而可以生產廉價、高性能的圖形卡。AGP不僅用于三維圖像處理,而且用于動畫的再生處理。MPEG2動畫數據的解壓處理需要約30Mbps的傳輸速率,PCI總線難以勝任,而APG則游刃有余。
在數據傳輸中采用AGP具有非凡的意義。現在的PCI總線是傳輸視頻和3D圖形數據的一個瓶頸。AGP的傳輸速率為533Mbps,是PCI的4倍。它很有希望成為消除這一瓶頸的新一代總線。
PC機CPU芯片的霸主Intel公司在“Graphics Controller’97”中宣稱,從1997年后將作為標準配置在PC中開始裝備以下三種裝置:與街頭游戲機旗鼓相當的3D圖形繪圖裝置；用軟件再生收錄在DVD－ROM中的MPEG2視頻裝置；符合H.320/H.324技術標準(ITU－T:國際電氣聯合會的電氣通信標準化部門)的電視會議裝置,并主張用AGP和MMX來實現上述三種裝置。與此相應,與X86兼容的芯片生產廠商紛紛表示支持MMX,圖形控制芯片生產廠商也都表示要適應AGP。
MMX是處理器內部的問題,而AGP會改變PC的體系結構。為了適應AGP,必須重新設計圖形控制芯片和內存/PCI控制芯片組。
的確,AGP是提高3D圖形性能的“靈丹妙藥”。但是,它必須設法在提高性能的同時降低成本,以便能配置到普及價位的PC中。
遺憾的是,AGP犧牲了通用性和擴展性。原因是在AGP上只能連接3D圖形控制芯片。PC機雖然配置了3D裝置所附帶的圖形、MPEG2解壓和視頻捕獲等多媒體插板,但AGP的“受益者”卻只有圖形插板。因此,還不敢斷言AGP“是新一代總線的上佳選擇”。
2.SGI“獨辟蹊徑”
SGI公司提出了取代AGP的另一種方案。它于1996年11月推出了采用先進的UMA(Unified Memory Architecture,統一內存結構)的O2圖形工作站。O2圖形工作站是業界第一個采用統一內存結構的系統,它依*其64位MIPS RISC微處理器,將三維圖形圖像處理、視頻、音頻和壓縮能力集成在一起,從而在低價位上得到了超級性能。它沖破了傳統的基于總線的數據傳輸障礙,使得CPU圖形圖像處理和I/O之間均能以2.1Gbps的速度直接訪問內存,并快速的傳遞信息。
O2圖形工作站的著眼點是盡可能降低成本,提高性能。采用UMA技術,使圖形控制器、視頻處理器等4種外圍芯片及主處理器，可以共用主內存(SDRAM)。一般情況下,若采用UMA裝置,當多個外設的訪問申請都集中于主存時,則會導致性能下降。因此,在O2中,用寬256位、時鐘頻率為66MHz的超高速總線(最大傳輸速度達2.1Gbps)連接主內存,以抑制性能下降。
UMA在3D圖形繪制、視頻再生、視頻捕獲等所有多媒體數據操作方面,發揮著積極的作用。例如,3D圖形的性能很大程度上取決于內存容量和內存存取性能,原因是處理圖形要頻繁地存取Z緩沖器和紋理數據區。據Microsoft測算,在640×480像素的流行的彩色表示模式中,使用采用二進制濾波方式的紋理影射和24位的Z緩沖器繪制3D目標時,需要大約30Mbps的內存帶寬。另外,這時僅儲存Z緩沖器和紋理數據,就需要4MB的內存。如使用UMA裝置,圖形控制芯片把主內存作為幀緩沖器使用,那么可以不使用專用的幀緩沖器,在空主存區內還可最大限度的確保紋理數據區,這樣,可望進一步提高3D圖形的性能。
UMA在視頻捕獲中效果尤其明顯。用攝象機來獲取視頻,然后將其作為3D目標的紋理數據貼上,就可實時地再生視頻圖像。由于使用UMA機構,把捕獲的數據送入主存,只要將其內存指針作為捕獲數據的指針傳遞給圖形控制芯片即可。
3.AGP并非總線
與UMA的考慮方法一樣,只不過AGP僅是一個能使外圍設備高速存取內存的技術標準。具體的說,是把3D圖形芯片與內存/PCI芯片相連接,3D圖形芯片可以將主存作為幀緩沖器,實現高速存取。嚴格地說,AGP不是總線,它僅是考慮一對一（點對點）連接的“端口”。
因此,AGP主要是針對繪制3D圖形而言。AGP的數據總線寬為32位,它有66MHz和133MHz兩種工作頻率,最高數據傳輸速率分別為266Mbps和533Mbps。與AGP對應的內存/PCI控制芯片組中備有被稱之為“GART(Graphics Address Remapping Table)”的表,3D圖形芯片以4KB為單位,可自由地將主存映射到本身的地址空間。映射區在主存上可以是不連續的，但必須以4KB為單位。
另外,AGP對于MPEG2視頻的再生具有積極作用。但這僅限于不用專用解壓硬件而用處理器來解壓MPEG2視頻數據的情況。用處理器解壓時,可在畫面顯示時,經AGP將解壓后的視頻數據傳送給視頻存儲器。但是,若使用專用的MPEG2解壓卡,解壓后的數據則不經AGP,而是必須用PCI總線進行傳送。在MPEG2規格中,主要是使用7200×576像素、30幀/秒的視頻。理論上,傳送解壓后的數據需要36Mbps的數據傳送能力。PCI的實際傳送速率為30～40Mbps。若用PCI總線進行傳送,畫面會發生抖動。Intel推薦用主處理器來解壓MPEG2視頻。在AGP中,不再考慮使用MPEG解壓卡。
視頻捕獲卡不能連接到AGP卡上,也不能像O2那樣只要把捕獲數據的內存指針傳遞給圖形控制芯片就可將其數據用于紋理。
4.AGP具有濃厚的“補丁”色彩
很多PC圖形界的專家預言:“把O2的體系結構應用在PC中,恐怕是兩三年以后的事情。”例如,有關機構已經制定出了寬64位、時鐘頻率為66MHz的PCI總線技術標準,它的理論數據傳輸速度與AGP一樣,是533Mbps。另外,美國的圖形標準化協會VESA(Video Electronics Stand ards Association)也已籌劃制定所有接到PCI總線的外部設備共享主存的UMA機構的技術標準。如果將UMA機構裝到寬64位、時鐘頻率為66MHz的PCI總線上,其結構就變成了使所有多媒體機構順暢工作的O2圖形工作站。
可是,SCSI控制芯片、Modem和串/并行控制器等外部設備,并不需要高于目前PCI總線的數據傳輸速度,但它們必須工作在66MHz的時鐘頻率下。這樣,制造各種這類控制芯片不僅提高了成本,而且調試復雜。但是,若在今后1～2年之內,出臺替代AGP的新裝置,也必須購買新機器,這樣必然會妨礙PC的普及。
5.AGP是當前切實可行的解決策略
事實上,AGP是目前所考慮的實現PC機圖形、視頻處理功能最現實的解決策略。O2是SGI獨家制定且具有高性能、高價位的工作站的技術標準。它和采用多家廠商產品組合而成的PC機大不相同。例如,它把主存接至數據傳輸速度最高達2.1Gbps的總線上,把繪制3D圖形的再生機構和主存控制器綜合到一個芯片中等等,這些都是只有在一個封閉的獨立廠商才能實現的技術。在組合多家廠商產品的PC機中,要實現完全對應于O2的裝置,確實是“勉為其難”。況且,這也與PC機視開放環境為“靈魂“的精神相左。相反,AGP可以在這樣的設計思想下進行開發:使AGP能配置在低價位的PC中,而相應的器件(圖形控制芯片)制造簡單,成本低。例如,由于AGP只限于連接一個器件(主存/PCI控制芯片組除外),故此,所連接的器件容易開發,在主存/PCI控制芯片組,無須安裝用于AGP仲裁的專用電路,可降低成本。實際上,所謂PCI總線是傳送大量數據的瓶頸,也僅僅指的是3D圖形芯片。
AGP實質上是PCI技術標準的擴充。這也是出于簡化開發設計的考慮,使其類似于PCI總線。AGP與PCI總線不同，其地址線和數據線分離(PCI是49根信號,而AGP是65根)；可實現“流水線”處理,以提高實際數據傳輸速率;地址線和數據線分離,沒有切換的“開銷”,提高了隨機訪問主存時的性能。
內存/PCI控制芯片組具有“事物處理”隊列,用以實現流水線“處理”。圖形控制芯片一旦將要求送給主存/PCI控制芯片組,就立刻釋放總線。主存/PCI控制芯片組可以把多個申請命令存入隊列,按優先權高低依次處理、響應。圖形控制芯片在數據的等待時間里,可以受理處理結果,因而,可提高總線的整體使用效率。
6.關于PC機總體結構的反思
AGP雖然是實現PC機圖形視頻處理功能的切實可行的解決策略,但它仍是帶有濃厚“補丁”色彩的技術標準。AGP究竟能否以與投資相稱的“永久性”裝置“扎根落戶”,還是像過去的VL－Bus那樣曇花一現?目前還難以定論。從相反的觀點來看,AGP是為普及3D圖形的需求而出臺的,如果3D圖形的需求“萎縮”,它就有可能重蹈VMC(VESE Media Channe)和SFBI(Shared Frame Buppzzer Interconnect)失敗的覆轍。將來多媒體PC機究竟怎么用,目前也無定論。Intel的預測只不過是基于用PC機玩“游戲”和MPEG2視頻影像的用戶將急劇增長這一判斷。更重要的是,PC機應具有能玩“游戲”、玩MPEG2視頻、甚至玩視頻捕獲的性能。由此看來,必將出現新型的應用和服務,一個與現在大不相同的、嶄新的多媒體世界將會展現到我們面前。
為了進一步普及PC,開拓巨大的家用PC市場,不應只顧眼前利益,要有長期能用的多媒體總線。時至今日,認真設計一種理想的多媒體PC的總體結構,已迫在眉睫。
