深度解讀 – Windows 7核心圖形架構細緻分析貼)

原帖地址：http://technet.microsoft.com/zh-cn/library/ee921514.aspx

      如現在大家所想的那樣， Windows7 其實是 Windows Vista 的改進版。 Windows 7 在 Windows Vista 的基礎上進行了大量的完善工作，也加入了不少新特性。 Vista 與其上一代 XP 相比，提供了非常大的改進，然而一方面這些改進過於巨大，使用者乃至相應軟體廠商（如， DirectX 10 應用開發商）一時無法完全接受，另一方面，由於特性的不完全具備， Vista 的表現沒有想象之中的那麼好。到了 Windows 7 ，包括作業系統本身、軟體廠商和使用者都已經做好了準備，因此反響比 Vista 更好也就不難理解了。
     圖形介面一直是 Windows 系統的核心，而從 Windows Vista 開始， Windows 就開始將提供一個富圖形化的案頭圖形介面作為要目，不僅僅是因為 Vista 和 7 的案頭本身就是一個 3D 應用程式，而是因為 Vista 和 7 可以更好地發揮圖形加速硬體的作用。從 Windows Vista 到 Windows7 ，作業系統與 GPU 的結合越來越緊密。

      雖然人們經常可以聽到 Windows7 的大更新在於一個 DirectX 11.0 API ，然而對於 Windows 系統的圖形架構來說，雖然 DirectX 也很重要，不過這還不是全部。一個圖形架構包括了如何利用 GPU 加速各種各樣的圖形應用（ 2D 、 3D 、列印等）、如何顯示到最終顯示裝置上，以及包括裝置檢測、控制。

 

Window 7 在圖形架構方面的更新主要有如下方面：

WDDM 1.1 ：新的驅動模型
DirectX 11 ：更新的 Direct3D 11 ，以及相關的新 Direct2D API
DXVA-HD ：高清視頻回放加速
顯示裝置串連和配置
色彩管理
高 DPI 輸出和可讀性
多 GPU 系統
聯合顯示適配器（又叫聯合渲染）
下面，會就這些改進進行簡單的介紹。

Windows 7 核心圖形架構

       Windows 應用程式使用各種如 GDI （ Graphics Device Interface ， 2D 時代系統的主要圖形介面）、 Direct3D 、 OpenGL 這樣的 API 和系統圖形組件通訊，而系統組件通過 WDDM （ Windows Display Driver Model ，又名 Longhorn Display Driver Model ）與硬體互動，從 Vista 起， Windows 就採用了和 XP 使用的 XPDM 不同的新的驅動模型： WDDM ，使用的驅動模型在很大程度上決定了一個系統的圖形特性。 Vista 使用的 WDDM 版本為 1.0 ，而 Windows7 使用的改進版本為 WDDM 1.1 。

WDDM 1.1 帶來的改動挺多的，下面我們先來看看 WDDM 1.0 相對 XPDM 的改動，也就是 Vista 相對 XP 的改動

XPDM ：非合成模型

WDDM ：合成模型

      在垂直同步之謎 XP/Vista 與 3D 效能測試中，筆者解釋過 XP/Vista 的模型的不同之處，在 WDDM 模型下，所有的應用程式產生的顯示畫面最後會在 DWM （ Desktop Windows Manager ，桌面視窗管理員）內進行合成為單一的最後輸出畫面，因此獲得了更好的顯示效果（天生的所有程式垂直同步）、額外效果（縮圖、縮放）以及可以支援更大的左面，不過，原始的 WDDM 1.0 只是實現了這個大架構上的轉換，細節上仍未夠完美：

      在 Vista 下， GDI （繪製通常的 2D 視窗的 API ，此外還有很多其他圖形操作使用 GDI ）和 DirectX （ 3D 應用 API ）具有著不同的處理方法： Direct3D 是硬體加速的，而 GDI 則不是（ GDI 在 XPDM 時是硬體加速的），因此 Vista 使用者在一些圖形程式上會感到比 XP 慢；而且 GDI 應用程式先經過 CPU 軟體處理到系統記憶體上，再傳輸到顯卡驅動分配的 GDI 顯存地區上（也在系統記憶體當中），再由 DWM 負責將畫面合成輸出到顯示器

       Windows 7 當中， GDI 獲得了硬體加速（這個見下面） —— 不過在混合使用 GDI 和 Direct3D API 的時候， GDI 仍然無法硬體加速，不過， GDI 直接輸出到驅動的 GDI 顯存地區，減少了一個步驟，同時降低了記憶體消耗（同時對混用的 Direct3D API 也有效）；顯然，混合食用 API 來進行圖形編程並不是一個好主意（當然，同時使用 GDI 和 Direct3D 意味著這個是一個老的、視窗模式的 3D 應用程式，如 Windows 模式的老 3D 遊戲）

老的WDDM 1.0 處理GDI 應用程式就如前面說過的一樣

        而在 Windows 7 WDDM 1.1 模型當中，單獨的 GDI 將會通過 WDDM 與 GPU 進行硬體加速，同時經過 GDI 顯存地區輸出到 DWM ，表現在實際操作上，就是大部分視窗操作都變得比 Vista 更流暢，日常工作更快捷（大部分 2D 應用程式都使用了 GDI API ，因為 GDI 包括的內容太多，因此必須對其保持相容；關於 GDI ，後面還有相關內容）

Windows XP 的Direct3D/GDI驅動架構

Windows Vista 核心圖形架構，比起XP 來要豐富了很多

      Windows 7 核心圖形架構，老的 GDI/GDI+ 仍被單獨支援，不過， Windows 7 提供了它們對應功能的新的實現方法相比 Vista 帶的 DirectX 10 ， Windows 7 內建了 DirectX 11 ，和 WDDM 1.0 到 1.1 的變化不同， DirectX 11 的版本號碼表示其變化更大一些。 Windows 7 DirectX 11 改變了以往的工作模式，將 Direct3D 10.1 升級到 Direct3D 11 ，同時將以前 Vista 無法硬體加速的 GDI/GDI+ 的工作重新劃分、引入新的 Direct2D 和 DirectWrite API 來完成：

      以前的圖形操作大部分由 Diredt3D 和 GDI/GDI+ 完成（此外還有一個 WIC——Windows Image Component ，管理掃描、列印和圖形解碼等工作），而在 Vista 當中， GDI 是無法硬體加速的 —— 因此 Vista 顯得很慢，在 Windows 7 中， GDI 的工作除了通過 WDDM 模型的改變獲得硬體加速之外，它們還按照面向的應用重新劃分為 Direct2D （ 2D 加速）、 DirectWrite （文本處理）和 DXGI 1.1 （裝置控制），這些新的 API 或者新分配到的 API 具有著硬體加速，例如， Direct2D 就實際上是通過 Direct3D 10 來完成加速：

Direct2D ：
     硬體加速的即時模式 2 維圖形 API ，它在 2 維幾何圖形、位元影像和文本方面有著較高的效能和品質。 Direct2D API 是設計與 GDI 、 GDI+ 和 Direct3D 之間進行互操作的。

DirectWrite ：
    DirectWrite 提供高品質的文本呈現、具有獨立解析度的輪廓字型、完整的 Unicode 文本以及布局支援。在使用 Direct2D 的時候， DirectWrite 是硬體加速的。

     當系統不支援 Direct3D 10 的時候， Windows 7 會通過一個額外的 10Level9 軟體層使用 D3D9 來完成工作，顯然，為了最好的效率，你需要使用 Direct3D10 的顯卡，因為 Windows 7 的 DWM 基於 Direct3D 10

字型消除鋸齒：DirectWrite 效果

Direct3D 11

       Windows 7 帶的 Direct3D 11 是 D3D10 的超集，它的特點是可以同時支援運行在 Direct3D9 和 Direct3D10.1 硬體上，實際上， DirectX 11 會提供 Vista 的支援，而不是像 Direct 10 出來時那樣，只支援 Vista 而無法相容上一代系統，這導致了軟體開發廠商們向 DirectX 10 轉移的緩慢。     

      DirectX 11 支援多個硬體平台和多種作業系統的特性讓其更容易被接受。同時 Direc3D 11 本身也具有這不少的改進，這一點會有專文討論（計劃中），這裡先談論 Windows 7 對整個圖形操作的改進，通過更多地將 GDI/GDI+ 納入 DirectX 體系獲得硬體加速，圖形介面的效能會越來越好（當然，這需要軟體廠商們使用新的 Direct2D/DirectWrite 進行編寫）。微軟希望將所有的圖形操作都構建在 DirectX 之上。

通過 Vista 中缺失的 GDI 硬體加速納入到 DirectX 體系中重新獲得硬體加速，並且效能要更快；未來顯卡廠商們將不再需要提供 GDI 加速。

顯示技術

     Windows 7 支援一系列的顯示技術，包括將數字輸出作為原生輸出（支援 HDMI 和 DisplayPort ，而老的 VGA 類比輸出被建議棄用）， Windows 7 還原生支援更多的內容來源，如 Blu-Ray 、 JPEG-XR 、 HDR 圖片等。

     Windows 7 使用預設的 sRGB 色彩空間作為所有裝置都統一的工作流程，但是精度提升到 30 位 —— 每一個色彩通道都增加了兩位； Windows 7 最高支援 48 位的 scRGB 模式，高精度＋擴充範圍＋高動態

WDDM 1.1 要求驅動支援BGRA ，BGRA 是最快的色彩格式

顯示裝置串連和配置

在Windows 7 中，所有的應用程式都在一個統一的虛擬桌面中顯示，這個虛擬桌面解析度為64Kx64K （65536x65536 ）

      虛擬桌面按照顯示器分為不同的視圖，每一個視圖對應一個適配器；一個適配器並不意味著一塊顯卡，一塊顯卡串連多個顯示器的時候，它就含有多個適配器，類似地， SLI 或者 CrossFireX 串連的單顯示器就意味著其是一個單一的適配器（從 Vista 開始加入，叫做 Linked-Adapter 特性）。

不過，在Vista 下，無法使用多塊不同GPU 廠商的顯卡，而Windows 7 則可以

在 LDA 配置下，程式介面在不同的輸出中漫遊基本上是透明的，叫做 Dynamic adapter switching 動態配接器切換

     在多顯示器下， Windows 7 提供了一個新的全域快速鍵功能： Win + P ，可以快速設定多顯示器工作狀態，這個快速鍵本來是特地為了投影儀應用而設計

    總的來說， Windows 7 的圖形架構比起 Vista 來更加完善，應用也更加方便。最明顯的就是 GDI API 的變遷了，現在 GDI 應用程式也獲得了硬體加速，就如同 XP 下一樣，比其 Vista 下只能處理器來進行處理，因此使用者們可以感覺到日常應用會更加流暢。