電腦硬件基礎篇gpu（gpu工作原理及作用_特性參數及型號和位置）

圖形處理器（英語：GraphicsProcessingUnit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器。將計算機系統所需要的顯示信息進行轉換驅動，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，也是“人機對話”的重要設備之一。顯卡作為電腦主機里的一個重要組成部分，承擔輸出顯示圖形的任務。

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，多邊形轉換和光源處理）的顯示芯片，由于T&L是3D渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置與處理動態光線效果，也能稱為“幾何處理”。一個好的T&L單元，能提供細致的3D物體和高級的光線特效；只不過大多數PC中，T&L的大部分運算是交由CPU處理的（這就也就是所謂軟件T&L），因為CPU的任務繁多，除了T&L之外，還要做內存管理和輸入響應等非3D圖形處理工作，所以在實際運算的時候性能會大打折扣，一般出現顯卡等待CPU數據的情況，CPU運算速度遠跟不上時下復雜三維游戲的要求。即使CPU的工作頻率超出1GHz或更高，對它的幫助也不大，因為這是PC本身設計造成的問題，與CPU的速度無太大關系。

GPU基本功能

1.檢測顯卡GPU型號、步進、制造工藝、核心面積，晶體管數量及生產廠商。

2.檢測光柵和著色器處理單元數量及DirectX支持版本。

3.檢測GPU核心、著色器和顯存運行頻率，顯存類型、大小及帶寬。

4.檢測像素填充率和材質填充率速度。

5.實時檢測GPU溫度、GPU使用率、顯存使用率及風扇轉速等相關信息。

計算公式

GPU-Z中像素填充率、紋理填充率、顯存帶寬的計算公式：

（1）像素填充率是指顯卡在每個單位時間內所能渲染的像素數量，單位是GPixel/s（每秒十億像素）

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

費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單位時間內所能處理的紋理貼圖數量，單位是GTexel/s（每秒十億紋理）

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

（3）顯存位寬是指顯存在一個時鐘周期內所能傳送數據的字節數，單位是GB/s（每秒十億字節）

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，紋理單元112個，

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：計算顯存帶寬時要留意顯存類型（MemoryType），對于GDDR1/2/3/4顯存，其數據總線都是采用的DDR技術（通過差分時鐘在上升沿和下降沿都進行數據傳輸，其一個周期傳輸兩次數據，相當于SDRAM頻率的2倍），故其顯存等效頻率=顯存頻率×2；而GDDR5則不同，它有兩條數據總線，相當于Rambus的QDR技術，傳輸能力相當于SDRAM頻率的4倍，所以顯存等效頻率=顯存頻率×4。

特性參數

CPU一般由邏輯運算單元最新cpu、控制單元和存儲單元組成。在邏輯運算和控制單元中包括一些寄存器，這些寄存器用于CPU在處理數據過程中數據的暫時保存。一般在市面上購買CPU時所看到的參數一般是以（主頻前端總線二級緩存）為格式的。例如IntelP6670的就是（2.16GHz800MHz2MB）。大家需要重點了解的CPU主要指標/參數有：

主頻

主頻，也就是CPU的時鐘頻率，簡單地說也就是CPU的工作頻率，例如我們常說的P4（奔四）1.8GHz，這個1.8GHz（1800MHz）就是CPU的主頻。一般說來，一個時鐘周期完成的指令數是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快。主頻=外頻X倍頻。

此外，需要說明的是AMD的AthlonXP系列處理器其主頻為PR（PerformanceRating）值標稱，例如AthlonXP1700+和1800+。舉例來說，實際運行頻率為1.53GHz的AthlonXP標稱為1800+，而且在系統開機的自檢畫面、Windows系統的系統屬性以及WCPUID等檢測軟件中也都是這樣顯示的。

外頻

外頻即CPU的外部時鐘頻率，主板及CPU標準外頻主要有66MHz、100MHz、133MHz幾種。此外主板可調的外頻越多、越高越好，特別是對于超頻者比較有用。

我們所說的外頻指的是CPU與主板連接的速度，這個概念是建立在數字脈沖信號震蕩速度基礎之上的。

倍頻

倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。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像我們經常用的各種擴展卡，例如顯卡、聲卡等一樣是豎立插到主板上的，當然主板上必須有對應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有數百個針腳，因為針腳數目不同而稱為Socket370、Socket478、Socket462、Socket423等。

緩存

緩存就是指可以進行高速數據交換的存儲器，它優先于內存與CPU交換數據，因此速度極快，所以又被稱為高速緩存。與處理器相關的緩存一般分為兩種——L1緩存，也稱內部緩存；和L2緩存，也稱外部緩存。例如Pentium4“Willamette”內核產品采用了423的針腳架構，具備400MHz的前端總線，擁有256KB全速二級緩存，8KB一級追蹤緩存，SSE2指令集。

內部緩存（L1Cache）

也就是我們經常說的一級高速緩存。在CPU里面內置了高速緩存可以提高CPU的運行效率，內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，L1緩存越大，CPU工作時與存取速度較慢的L2緩存和內存間交換數據的次數越少，相對電腦的運算速度可以提高。不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級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4代只有128K。

多媒體指令集

為了提高計算機在多媒體、3D圖形方面的應用能力，許多處理器指令集應運而生，其中最著名的三種便是Intel的MMX、SSE/SSE2和AMD的3DNOW！指令集。理論上這些指令對流行的圖像處理、浮點運算、3D運算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒體應用起到全面強化的作用。

制造工藝

早期的處理器都是使用0.5微米工藝制造出來的，隨著CPU頻率的增加，原有的工藝已無法滿足產品的要求，這樣便出現了0.35微米以及0.25微米工藝。制作工藝越精細意味著單位體積內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品是市場上的主流，例如Northwood核心P4采用了0.13微米生產工藝。而在2003年，Intel和AMD的CPU的制造工藝會達到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相關。正常工作的電壓越低，功耗越低，發熱減少。CPU的發展方向，也是在保證性能的基礎上，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生產過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計，從大的分類來看通常采用Socket插座進行安裝的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。由于市場競爭日益激烈，前CPU封裝技術的發展方向以節約成本為主。

單元

ALU—運算邏輯單元，這就是我們所說的“整數”單元。數學運算如加減乘除以及邏輯運算如“OR、AND、ASL、ROL”等指令都在邏輯運算單元中執行。在多數的軟件程序中，這些運算占了程序代碼的絕大多數。

而浮點運算單元FPU（FloatingPointUnit）主要負責浮點運算和高精度整數運算。有些FPU還具有向量運算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。

整數處理能力是CPU運算速度最重要的體現，但浮點運算能力是關系到CPU的多媒體、3D圖形處理的一個重要指標，所以對于現代CPU而言浮點單元運算能力的強弱更能顯示CPU的性能。

gpu在電腦什么位置？