電腦硬件基礎(chǔ)篇gpu（gpu工作原理及作用_特性參數(shù)及型號(hào)和位置）

圖形處理器（英語(yǔ)：GraphicsProcessingUnit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺(jué)處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）上圖像運(yùn)算工作的微處理器。將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)，并向顯示器提供行掃描信號(hào)，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個(gè)人電腦主板的重要元件，也是“人機(jī)對(duì)話”的重要設(shè)備之一。顯卡作為電腦主機(jī)里的一個(gè)重要組成部分，承擔(dān)輸出顯示圖形的任務(wù)。

圖1顯卡與GPU

GPU工作原理

GPU就是能夠從硬件上支持T&L（TransformandLighting，多邊形轉(zhuǎn)換和光源處理）的顯示芯片，由于T&L是3D渲染中的一個(gè)重要部分，其作用是計(jì)算多邊形的3D位置與處理動(dòng)態(tài)光線效果，也能稱為“幾何處理”。一個(gè)好的T&L單元，能提供細(xì)致的3D物體和高級(jí)的光線特效；只不過(guò)大多數(shù)PC中，T&L的大部分運(yùn)算是交由CPU處理的（這就也就是所謂軟件T&L），因?yàn)镃PU的任務(wù)繁多，除了T&L之外，還要做內(nèi)存管理和輸入響應(yīng)等非3D圖形處理工作，所以在實(shí)際運(yùn)算的時(shí)候性能會(huì)大打折扣，一般出現(xiàn)顯卡等待CPU數(shù)據(jù)的情況，CPU運(yùn)算速度遠(yuǎn)跟不上時(shí)下復(fù)雜三維游戲的要求。即使CPU的工作頻率超出1GHz或更高，對(duì)它的幫助也不大，因?yàn)檫@是PC本身設(shè)計(jì)造成的問(wèn)題，與CPU的速度無(wú)太大關(guān)系。

GPU基本功能

1.檢測(cè)顯卡GPU型號(hào)、步進(jìn)、制造工藝、核心面積，晶體管數(shù)量及生產(chǎn)廠商。

2.檢測(cè)光柵和著色器處理單元數(shù)量及DirectX支持版本。

3.檢測(cè)GPU核心、著色器和顯存運(yùn)行頻率，顯存類型、大小及帶寬。

4.檢測(cè)像素填充率和材質(zhì)填充率速度。

5.實(shí)時(shí)檢測(cè)GPU溫度、GPU使用率、顯存使用率及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息。

計(jì)算公式

GPU-Z中像素填充率、紋理填充率、顯存帶寬的計(jì)算公式：

（1）像素填充率是指顯卡在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)所能渲染的像素?cái)?shù)量，單位是GPixel/s（每秒十億像素）

像素填充率（PixelFillrate）=核心頻率（GPUClock）×光柵單元數(shù)目/1000

費(fèi)米框架得顯卡像素填充率（PixelFillrate）=SM陣列×2×核心頻率

（2）紋理填充率是指顯卡在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)所能處理的紋理貼圖數(shù)量，單位是GTexel/s（每秒十億紋理）

紋理填充率（TextureFillrate）=核心頻率（GPUClock）×紋理單元數(shù)目/1000

（3）顯存位寬是指顯存在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，單位是GB/s（每秒十億字節(jié)）

顯存帶寬（Bandwidth）=顯存位寬（BusWidth）×顯存等效頻率/8

以如圖GeforceGTX670為例，核心頻率1059MHz，顯存頻率1502MHz，光柵單元32個(gè)，紋理單元112個(gè)，

像素填充率（PixelFillrate）=16×2×0.608=19.456GPixel/S

紋理填充率（TextureFillrate）=608×64/1000=38.912GTexel/s

顯存帶寬（Bandwidth）=384×（854×4）/8=163.968GB/s

注意：計(jì)算顯存帶寬時(shí)要留意顯存類型（MemoryType），對(duì)于GDDR1/2/3/4顯存，其數(shù)據(jù)總線都是采用的DDR技術(shù)（通過(guò)差分時(shí)鐘在上升沿和下降沿都進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其一個(gè)周期傳輸兩次數(shù)據(jù)，相當(dāng)于SDRAM頻率的2倍），故其顯存等效頻率=顯存頻率×2；而GDDR5則不同，它有兩條數(shù)據(jù)總線，相當(dāng)于Rambus的QDR技術(shù)，傳輸能力相當(dāng)于SDRAM頻率的4倍，所以顯存等效頻率=顯存頻率×4。

特性參數(shù)

CPU一般由邏輯運(yùn)算單元最新cpu、控制單元和存儲(chǔ)單元組成。在邏輯運(yùn)算和控制單元中包括一些寄存器，這些寄存器用于CPU在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中數(shù)據(jù)的暫時(shí)保存。一般在市面上購(gòu)買CPU時(shí)所看到的參數(shù)一般是以（主頻前端總線二級(jí)緩存）為格式的。例如IntelP6670的就是（2.16GHz800MHz2MB）。大家需要重點(diǎn)了解的CPU主要指標(biāo)/參數(shù)有：

主頻

主頻，也就是CPU的時(shí)鐘頻率，簡(jiǎn)單地說(shuō)也就是CPU的工作頻率，例如我們常說(shuō)的P4（奔四）1.8GHz，這個(gè)1.8GHz（1800MHz）就是CPU的主頻。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)時(shí)鐘周期完成的指令數(shù)是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快。主頻=外頻X倍頻。

此外，需要說(shuō)明的是AMD的AthlonXP系列處理器其主頻為PR（PerformanceRating）值標(biāo)稱，例如AthlonXP1700+和1800+。舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)際運(yùn)行頻率為1.53GHz的AthlonXP標(biāo)稱為1800+，而且在系統(tǒng)開機(jī)的自檢畫面、Windows系統(tǒng)的系統(tǒng)屬性以及WCPUID等檢測(cè)軟件中也都是這樣顯示的。

外頻

外頻即CPU的外部時(shí)鐘頻率，主板及CPU標(biāo)準(zhǔn)外頻主要有66MHz、100MHz、133MHz幾種。此外主板可調(diào)的外頻越多、越高越好，特別是對(duì)于超頻者比較有用。

我們所說(shuō)的外頻指的是CPU與主板連接的速度，這個(gè)概念是建立在數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩速度基礎(chǔ)之上的。

倍頻

倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。例如AthlonXP2000+的CPU，其外頻為133MHz，所以其倍頻為12.5倍。

接口

接口指CPU和主板連接的接口。主要有兩類，一類是卡式接口，稱為SLOT，卡式接口的CPU像我們經(jīng)常用的各種擴(kuò)展卡，例如顯卡、聲卡等一樣是豎立插到主板上的，當(dāng)然主板上必須有對(duì)應(yīng)SLOT插槽，這種接口的CPU已被淘汰。另一類是主流的針腳式接口，稱為Socket，Socket接口的CPU有數(shù)百個(gè)針腳，因?yàn)獒樐_數(shù)目不同而稱為Socket370、Socket478、Socket462、Socket423等。

緩存

緩存就是指可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)器，它優(yōu)先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，因此速度極快，所以又被稱為高速緩存。與處理器相關(guān)的緩存一般分為兩種——L1緩存，也稱內(nèi)部緩存；和L2緩存，也稱外部緩存。例如Pentium4“Willamette”內(nèi)核產(chǎn)品采用了423的針腳架構(gòu)，具備400MHz的前端總線，擁有256KB全速二級(jí)緩存，8KB一級(jí)追蹤緩存，SSE2指令集。

內(nèi)部緩存（L1Cache）

也就是我們經(jīng)常說(shuō)的一級(jí)高速緩存。在CPU里面內(nèi)置了高速緩存可以提高CPU的運(yùn)行效率，內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對(duì)CPU的性能影響較大，L1緩存越大，CPU工作時(shí)與存取速度較慢的L2緩存和內(nèi)存間交換數(shù)據(jù)的次數(shù)越少，相對(duì)電腦的運(yùn)算速度可以提高。不過(guò)高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級(jí)高速緩存的容量不可能做得太大，L1緩存的容量單位一般為KB。

外部緩存（L2Cache）

CPU外部的高速緩存，外部緩存成本昂貴，所以Pentium4Willamette核心為外部緩存256K，但同樣核心的賽揚(yáng)4代只有128K。

多媒體指令集

為了提高計(jì)算機(jī)在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力，許多處理器指令集應(yīng)運(yùn)而生，其中最著名的三種便是Intel的MMX、SSE/SSE2和AMD的3DNOW！指令集。理論上這些指令對(duì)流行的圖像處理、浮點(diǎn)運(yùn)算、3D運(yùn)算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒體應(yīng)用起到全面強(qiáng)化的作用。

制造工藝

早期的處理器都是使用0.5微米工藝制造出來(lái)的，隨著CPU頻率的增加，原有的工藝已無(wú)法滿足產(chǎn)品的要求，這樣便出現(xiàn)了0.35微米以及0.25微米工藝。制作工藝越精細(xì)意味著單位體積內(nèi)集成的電子元件越多，采用0.18微米和0.13微米制造的處理器產(chǎn)品是市場(chǎng)上的主流，例如Northwood核心P4采用了0.13微米生產(chǎn)工藝。而在2003年，Intel和AMD的CPU的制造工藝會(huì)達(dá)到0.09微米。

電壓（Vcore）

CPU的工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓，與制作工藝及集成的晶體管數(shù)相關(guān)。正常工作的電壓越低，功耗越低，發(fā)熱減少。CPU的發(fā)展方向，也是在保證性能的基礎(chǔ)上，不斷降低正常工作所需要的電壓。例如老核心AthlonXP的工作電壓為1.75v，而新核心的AthlonXP其電壓為1.65v。

封裝形式

所謂CPU封裝是CPU生產(chǎn)過(guò)程中的最后一道工序，封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護(hù)措施，一般必須在封裝后CPU才能交付用戶使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設(shè)計(jì)，從大的分類來(lái)看通常采用Socket插座進(jìn)行安裝的CPU使用PGA（柵格陣列）方式封裝，而采用Slotx槽安裝的CPU則全部采用SEC（單邊接插盒）的形式封裝。還有PLGA（PlasticLandGridArray）、OLGA（OrganicLandGridArray）等封裝技術(shù)。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，前CPU封裝技術(shù)的發(fā)展方向以節(jié)約成本為主。

單元

ALU—運(yùn)算邏輯單元，這就是我們所說(shuō)的“整數(shù)”單元。數(shù)學(xué)運(yùn)算如加減乘除以及邏輯運(yùn)算如“OR、AND、ASL、ROL”等指令都在邏輯運(yùn)算單元中執(zhí)行。在多數(shù)的軟件程序中，這些運(yùn)算占了程序代碼的絕大多數(shù)。

而浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU（FloatingPointUnit）主要負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算和高精度整數(shù)運(yùn)算。有些FPU還具有向量運(yùn)算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。

整數(shù)處理能力是CPU運(yùn)算速度最重要的體現(xiàn)，但浮點(diǎn)運(yùn)算能力是關(guān)系到CPU的多媒體、3D圖形處理的一個(gè)重要指標(biāo)，所以對(duì)于現(xiàn)代CPU而言浮點(diǎn)單元運(yùn)算能力的強(qiáng)弱更能顯示CPU的性能。

gpu在電腦什么位置？