计算机系统架构梳理(三)显卡,声卡

计算机系统架构梳理(三)显卡,声卡

Posted by A Chang on March 1, 2020

计算机系统架构梳理(三)显卡,声卡

显卡

显卡(英语:Video card、Display card、Graphics card、Video adapter),是个人计算机最基本组成部分之一,用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动显示器,并向显示器提供逐行或隔行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和个人计算机主板的重要组件

它主要负责把主机向显示器发出的显示信号转化为一般电器信号,使得显示器能明白个人计算机在让它做什么。显卡主要由显卡主板、显示芯片、显示存储器、散热器(散热片、风扇)等部分组成。显卡的主要芯片叫“显示芯片”(Video chipset,也叫GPU或VPU,图形处理器或视觉处理器),是显卡的主要处理单元。显卡上也有和计算机存储器相似的存储器,称为“显示存储器”,简称显存。

主要组成部分

显卡通常由总线接口、PCB板、显示芯片、显存、RAMDAC、VGA BIOS、VGA功能插针、D-sub插座及其他外围组件构成,显卡大多还具有VGA、DVI显示器接口或者HDMI接口及S-Video端子和Display Port接口。

  1. 显示主芯片显卡的核心,俗称GPU,它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染。
  2. 显示缓冲存储器用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据;显示缓存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥。
  3. RAMD/A转换器把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号。

GPU

图形处理器(英语:Graphics Processing Unit,缩写:GPU),又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

GPU使显卡减少了对CPU的依赖,并进行部分原本CPU的工作

一个光栅显示系统离不开图形处理器,图形处理器是图形系统结构的重要元件,是连接计算机和显示终端的纽带。

应该说有显示系统就有图形处理器(俗称显卡),但是早期的显卡只包含简单的存储器和帧缓冲区,它们实际上只起了一个图形的存储和传递作用,一切操作都必须由CPU来控制。这对于文本和一些简单的图形来说是足够的,但是当要处理复杂场景特别是一些真实感的三维场景,单靠这种系统是无法完成任务的。所以后来发展的显卡都有图形处理的功能。它不单单存储图形,而且能完成大部分图形功能,这样就大大减轻了CPU的负担,提高了显示能力和显示速度。

声卡

声卡 (Sound Card)也叫音频卡、声效卡,是计算机多媒体系统中最基本的组成部分,是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换,输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备,或通过音乐设备数字接口(MIDI)发出合成乐器的声音。

主要组成部分

  1. 数字信号处理芯片 数字信号处理芯片可以完成各种信号的记录和播放任务,还可以完成许多处理工作,如音频压缩与解压缩运算、改变采样频率、解释MIDI指令或符号以及控制和协调直接存储器访问(DMA)工作。
  2. A/D和D/A转换器 声音原本以模拟波形的形式出现,必须转换成数字形式才能在计算机中使用。为实现这种转换,声音卡含有把模拟信号转成数字信号的A/D转换器,使数据可存入磁盘中。 为了把声音输出信号送给喇叭或其他设备播出,声卡必须使用D/A转换器,把计算机中以数字形式表示的声音转变成模拟信号播出。
    声卡从话筒中获取声音模拟信号,通过模数转换器(ADC),将声波振幅信号采样转换成一串数字信号,存储到计算机中。重放时,这些数字信号送到数模转换器(DAC),以同样的采样速度还原为模拟波形,放大后送到扬声器发声,这一技术称为脉冲编码调制技术(PCM)。
  3. 总线接口芯片 总线接口芯片在声卡与系统总线之间传输命令与数据。

总线对外置声卡的影响

外置声卡的不足在于USB1.1的带宽严重影响了音频数据的传输;而USB2.0虽然解决了带宽问题但USB接口的优先级低于PCI接口,当系统繁忙时USB接口会因争抢不到足够的CPU时间而断续;同时由于USB共享总线的原因,当外置USB声卡与其他大数据量传输的USB设备(USB硬盘、USB光驱等)同时使用时会出现爆音现象。

USB总线因其支持热插拔,方便易用,制造成本等优势,传输音频突破了技术壁垒,使得各式各样的USB独立声卡开始大行其道。声卡细分化,如注重音质的专业录音录歌声卡,注重音效体验的K歌声卡。这类产品比较有名的品牌有联想,客所思等。

市场需求

智能手机普及和宽带提速、WIFI覆盖增加,互联网市场转移到移动端。主播、网络直播市场也异军突起,美颜、美声已成为镜头前的主播们的刚性需求,对录歌,K歌和翻唱也有了不小的需求。原来的USB端K歌音效声卡就有了另外的变体。除了直播,对网络K歌和手机K歌的设备需求也增长了。
像手机K歌app唱吧也推出了自己的麦克风。此外比较拔尖的产品比如森然的暴漫K歌耳机和联想UM10C音效K歌麦克风,此类设备都自带电池的和内置DSP处理器,完全节约了手机弥足珍贵的电量和CPU占用率。据传苹果手机将取消3.5mm手机音频接口,那样就可以避免音频上下行时的音质破坏,届时料定市场上必将有更多类似的产品出现,声卡的主阵地又将在一次发生转移。