計算機有哪兩種格式來顯示圖形（計算機如何顯示圖像的）

2023-10-14 02:31:20

觀眾老爺好，今天繼續講計算機是如何顯示圖像的？觀眾老爺請拿出您喜歡的飲料水果盡情享用，隨小編一起走進數碼世界！

觀眾老爺應該都看過《黑客帝國》電影吧，其中有一部名《黑客帝國：矩陣革命》，這個矩陣是什麼？這個矩陣為何那麼神奇？這個矩陣在計算機中又是如何表述的呢？計算機又是如何通過矩陣來顯示圖形的呢？在講述圖形顯示之前我們先講述一下顯示控制器件的發展史。參考的是《從VGA到GPU！細數二十年顯卡發展歷程》一文。

早期顯示接口是VGA,Video Graphic Array（視頻圖形陣列），表示一組點陣圖形，長640像素寬480像素，最初能夠輸出640X480解析度的接口，也叫做D-Sub，它是一個15針的梯形插頭，分3排每排5個，傳輸模擬信號。VGA的工作原理是將顯存內以數字格式存儲的圖像（幀）信號在RAMDAC裡經過模擬調製成模擬高頻信號，然後再輸出到顯示設備成像。VGA最初只支持在640X480的較高解析度下同時顯示16種色彩，也可以在320X240解析度下可以同時顯示256種色階。

現如今用到大多是DVI接口，DVI（Digital Visual Interface）是數位訊號視頻接口，DVI基於TMDS技術來傳輸數位訊號。TMDS運用編碼算法把8bit數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10bit數據，經過DC平衡後，採用差分信號傳輸數據，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數位訊號傳輸。

HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清多媒體接口）是新一代顯示接口，是一種全數位化視頻和聲音發送接口，可以發送未壓縮的音頻及視頻信號，從本質上來說HDMI是DVI的擴展，HDMI的出現取代模擬信號視頻。

早期顯卡稱為VGA Card，在DOS年代，顯示的要求是極低的。它的功能極為簡單，一般集成16KB顯存，是不為人關注的電腦硬體。最早的顯示類型是MDA（Monochrome Display Adapter），只能區分黑白兩色。8080一直到80286都是使用這種顯示適配器。VGA Card的唯一功能就是輸出圖像，真正的圖形運算全部依賴CPU。

然而隨著各種軟體應用的普及，人們對於PC圖形界面的需求越來越強烈，為此才出現了彩色顯示。到了286時，PC上出現了一些和圖形相關的軟體，開始有人在PC上設計一些圖形，最早的就是CAD。那時的程式設計師們為了自己閒暇的消遣也開始編寫一些小遊戲，或是移植一些遊戲機上的遊戲到PC上來。因此出現了一種四色適配器，能認別三原色和黑白。當時這種適配器的效果是很差的，只有三原色和黑白的圖像效果是什麼樣？不過在當時這已經是一個大的進步了。由於這是第一種彩色的顯示適配器，所以稱為CGA（Color Graphics Adaptor，彩色圖形適配器）。CGA時代對顯卡的要求已經大幅度提高，但是當時的製作工藝遠遠高於顯卡晶片的需求，因此CGA顯示適配器依舊整合在主板上，以一塊單晶片的方式來實現。

當桌面作業系統出現後，計算機CPU處理圖形圖像的性能不堪重負，可能很多人難以理解圖形界面為什麼會如此消耗資源，但您一定有過這樣的經歷：如果不裝顯卡驅動的話，比如在系統安全模式下用滑鼠拖動窗口，您會發現這個操作非常困難，無論CPU多麼強大都無濟於事！

第一款優化圖形界面的顯卡產品是通過一顆專用的晶片來處理圖形運算，從而將CPU解放了出來，讓桌面系統運行起來非常流暢，從此圖形化作業系統資源消耗大降、實用性大增。

為了與單純具備顯示功能的VGA Card相區別，具備圖形處理能的顯卡被稱為Graphics Card，也就是圖形加速卡，它加速了桌面系統的普及，讓PC走進了圖形化界面時代。

接下來個人電腦開始進入多媒體時代，2D圖形處理已經難不倒Graphics Card了，但越來越多的視頻圖形解碼讓CPU（486時代）不堪重負，關鍵時刻顯卡伸出了援助之手，集成了一些簡單的視頻解碼器，讓CPU長出一口氣。

Mach64是第一款為廣為人知的多媒體晶片，Mach64硬體支持YUV-to-RGB顏色轉換和硬體縮放。這樣個人電腦能應付基本的AVI和MPEG-1播放，而不需要昂貴的專用硬體解碼器，使得多媒體電腦的成本大幅下降。

之後，Mach64-VT從CPU接過了逐行掃描的工作，ImpacTV進一步支持800x600 VGA-to-TV編碼，所有的這些產品並不是太昂貴。

同樣的，為了與單純具備圖形加速能力的Graphics Card相區別，具備視頻輔助解碼的顯卡被稱為Video Card，也就是視頻加速卡，VCD和DVD時代很多顯卡都具備視頻輔助解碼能力。

現在已經是超清時代了，視頻編碼是非常複雜的H.264和VC-1，各大顯示晶片廠商也與時俱進，無論集成顯卡還是獨立顯卡，對於HDTV硬體加速的支持都相當重視！

經過單色、彩色、2D、視頻之後，3D圖形時代終於來臨了，3D Accelerator Card異軍突起，成為3D時代的王者，擁有一塊3D加速卡成為那個時代的榮耀。

3D加速卡的功能很單一，它不具備顯示功能，需要搭配一塊2D顯卡來使用，因此成本很高而且使用起來不夠方便，因此集2D顯示和3D加速於一身的真正3D顯示卡出現了。

第一款3D晶片被稱為3D Rage，它在3D、2D和視頻方面的功能最全，可惜兼容性很差；NV1也擁有3D加速功能，還集成了音效卡，可惜不支持D3D和OPENGL這兩種主流的圖形API，也不支持MPEG-1加速，因此沒有實用價值。

隨後的GeForce 256徹底終結無序混亂的3D圖形加速卡的歷史，GeForce 256是一款劃時代的產品，官方將其稱為第一款GPU（Graphic Processing Unit，圖形處理器），顯示晶片上升到了與CPU（Center Processing Unit，中央處理器）同樣的高度，雖然當時顯卡的作用還沒受到足夠多的重視，但隨著時間的推移GPU這個詞被賦予了更多的含義。

GeForce 256是被作為一個圖形處理單元(GPU)來設計的，GPU是一個單晶片處理器。它有完整的轉換、光照、三角形設置和渲染引擎(分別為:Transform、Lighting、Setup、Rendering)等四種3D處理引擎，一些以前必須由CPU來完成的圖形運算工作現在可以由GeForce256 GPU晶片獨立完成，大多數情況下具有完整的傳輸和光照引擎的GPU運算速度比CPU快2-4倍，同時也有效地減輕了CPU的浮點運算負擔，減少了對CPU的依賴性。

隨著顯卡的功能越來越強大，GPU現在的位置有超越CPU的勢頭，GPU的運算性能已經超過CPU，更多的科學計算任務被安排給GPU計算，因為GPU強大的浮點運算能力比CPU的執行效率更高。現在人工智慧領域也得利於GPU高速發展。

觀眾老爺接下來是顯示器的介紹，資料同樣也是網上找到的不過經過小編整合了一下，感謝網上的熱心網友！如果有侵權嫌疑請作者聯繫小編，小編會刪除！

觀眾老爺有沒看過黑白電視的！早期電視機顯示屏是陰極射線顯示屏也稱顯像管，由螢光屏、電子槍、玻璃外殼組成。後來出現了彩色顯示屏是三色顯像管，它能把紅、綠、藍三幅單色影象同時顯示在一個管屏上，彩色顯像管可分為三槍三束管、單槍三束管和自會聚顯像管。為了顯示彩色影象，在彩色顯像管的螢光屏上塗有上百萬個能發紅、綠、藍光的螢光小點。這些小點交措地排列，布滿整個螢光屏。在三槍三束彩色顯像管中，管頸部裝有三支獨立的電子槍，分別發射紅、綠、藍電子束。顯像管中有電產生的磁場，運動的電子在磁場中受到磁力，使運動發生偏轉。

不同的電子偏轉是不同的，這樣打在螢光屏不同的位置螢光點上。這些電子束對準並擊中相應的螢光點，利用相加混色法在電視屏幕上組成彩色圖像。顯像管顯示畫面並不是一次成像，單位時間內需要多次對畫面進行掃描，也就是刷新率，人眼觀察畫面最低刷新率為60HZ,低於60HZ畫面會出現抖動，刷新率越高越好，圖象就越穩定，圖像顯示就越自然清晰，對眼睛的影響也越小。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動的就越厲害，眼睛疲勞得就越快。所以刷新率越高，人眼的疲勞度就會越低，畫面的撕裂感也不會那麼強烈。

計算機早期的顯示屏也是顯像管顯示屏！不過隨著科技的發展，新的顯示技術出現後，顯像管顯示屏逐漸被替代，現在的手機、計算機採用的顯示屏大多是LCD顯示屏，也就是液晶顯示屏。

LCD顯示屏的結構是兩片導電玻璃，中間灌有液晶的薄型盒。位於最後面的一層是由螢光物質組成的可以發射光線的背光層。背光層發出的光線在穿過第一層偏振過濾層之後進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。當LCD中的電極產生電場時，液晶分子就會產生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規則的折射，然後經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。

LCD液晶屏顯示方式不同於顯像管，顯像管是掃描顯示圖像，液晶屏是矩陣顯示圖像。在液晶屏幕上每一個矩陣點代表一個像素，每個像素有RGB三原色顏色信息構成。

前幾期都有提到計算機所有的數據都是以0和1保存的，文字圖片視頻的文件同樣也是二進位的，在圖形設備進行不同的數據操作，可以得到不同的結果。對於顯示英文，由於英文字母種類很少，只需要8位（一字節）即可。而中文，常用字有6000以上，於是我們的前輩想了一個辦法，將ASCII表的高128個很少用到的數值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內碼。

得到了漢字的內碼後，還僅是一組數字，那又如何在屏幕上去顯示呢？這就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數字，但它的意義卻與數字的意義有了根本的變化，它是用數字的各位信息來記載英文或漢字的形狀。在我們平常保存文本文件時，一般存儲的是字符的內碼，在我們打開文本文件時，文字解碼程序（其實就是字體讀取程序）會將內碼翻譯成字模信息並將數據傳遞給顯卡（或者顯示解碼晶片）輸出到顯示器。其實現在很多字體軟體可以自己設計字體將圖片文件對應的內碼進行內存地址映射，這樣字體安裝後，字體圖片就可以被我們顯示在屏幕上，觀眾老爺可以自己設計個字體庫哦！具體細節觀眾老爺可以網上去搜索一下資料！

下圖是小編對整個計算機的圖形圖像顯示原理的總結，同時計算機的圖形處理和圖像識別過程也在下圖的某一階段，大多計算任務現在基本交給GPU處理，GPU的運算現在遠遠超過CPU，現在的CPU更多的是進行對設備的控制操作，比如內存管理，顯卡交互，輸入輸出管理。現在的人工智慧晶片其實原理也就是將顯卡的顯示功能和視頻解碼模塊去除，只留下流處理運算單元。