屏幕驱动程序如何处理这么多数据？

我只是做了一些快速计算：

在我的MacBook我的分辨率2560×1440乘以24位的颜色，我们得到11.05MB单个图片或663MB每秒60帧。

我猜有一些压缩，但是例如，当我用三个手指在触摸板上移动时，那是相当随机的，接下来屏幕上会发生什么，几乎每个像素都会改变。与几乎所有其他互动相同。

请说明我的计算是否错误以及如何将这些数据从图形卡传输到屏幕？我的图形卡和屏幕之间的总线有多宽？也许简而言之解释了显示器如何存储像素？移位寄存器？缓存？

— 费利克斯·克拉佐拉拉（Felix Crazzolara）
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“也许简而言之解释了显示器如何存储像素？” 显示器实际上并不存储像素数据，这些数据全部由图形卡上的RAM（或集成图形的系统RAM）处理。RAM很容易具有几个GB / s的带宽。按照协议将帧发送到显示器，因此可以使用显示所需的数据。

— ks0ze

您为什么认为存在压缩？您认为数据不可压缩时会发生什么？您认为显示器落后吗？

— Mehrdad

@Aresloom：啊，我明白了。有损压缩将是一种方式，是的。:)我以为你在想无损！

— Mehrdad'1

@ ks0ze一些较新的面板确实存储了它们发送的最后一个屏幕。与每秒将静态图像泵出60次的GPU相比，在此处进行缓存消耗的功率更少。 anandtech.com/show/7208/understanding-panel-self-refresh

— Dan Neely

现代笔记本电脑显示器仍在使用LVDS吗？半个多世纪以前，GPU公司正计划与VGA同时淘汰它（这是从当前一代GPU的本机输出中淘汰的），以支持嵌入式显示端口。

— 丹·尼利

Answers:

您的计算本质上是正确的。对于1440p60Hz信号，如果还考虑了消隐时间（图像输出中的不可见像素边界），则数据速率为5.8Gbps。

对于HDMI / DVI，使用10 / 8b编码，这有效地表示，尽管您说每个像素有24位彩色数据，但实际上在数据编码和添加协议控制字时发送了30位。完全不执行任何压缩，发送原始数据，这意味着您需要7.25Gbps的数据带宽。

再次查看HDMI / DVI。它使用“ TDMS”信令标准进行数据传输。在HDMI标准V1.2任务的最大的4.9Gbps用于单链路（3条串行数据线+ 1条时钟线），或在双链路DVI的情况下的最大的9.8Gbps（6条串行数据线，我想）。因此，通过双链路DVI（而不是通过HDMI V1.2）有足够的带宽来完成1440p60。

在HDMI V1.3标准中（大多数设备实际上都跳到了与1.4相同的V1.4a带宽），该带宽增加了一倍，达到10Gbps，可以支持1440p60，并且对于30Hz（2160p30）的UHD也足够了。

作为另一个示例，DisplayPort具有4个串行数据流，每个流（在V1.1中）每个流（说明编码）的能力为2.16Gbps（因此，使用V1.1链接），您可以轻松地对所有4个流执行1440p60。他们还发布了更新的标准V1.2，该标准将其倍增至4.32Gbps /流，从而支持60Hz的UHD。他们仍然将其推向6.4Gbps / stream的更高版本。

最初，这些数字听起来很大，但考虑到USB 3.0，实际上并没有那么多。它是通过一根电缆以5Gbps的数据速率发布的（实际上是两根，一根用于TX，一根用于RX，但我离题了）。如今，您的图形卡内部使用的PCIe通过一个差分对以高达8Gbps的速度运行，因此外部数据接口的出现并不令人惊讶。

但是问题仍然存在，如何完成？当您考虑VGA时，它由用于模拟数据发送的R，G和B数据的单线组成。我们所知道的模拟非常容易受到噪声的影响，并且DAC / ADC的吞吐量也受到限制，因此极大地限制了您可以通过它们的信号（据说如果幸运的话，您几乎无法在VGA上实现1440p60Hz）。

但是，在现代标准中，我们使用的数字标准对噪声的抵抗力要强得多（您只需要区分高或低，而不是两者之间的每个值），而且您也无需在模拟和数字之间进行转换。

此外，在单端使用差分标准的出现非常有帮助，因为您现在正在比较两根导线之间的值（+ ve差= 1，-ve差= 0），而不是将一根阈值的导线进行比较。这意味着衰减不再是问题，因为它会同等地影响两条导线并衰减到中点电压-“眼图”（电压差）变小，但您仍然可以分辨出它是+ ve还是-ve甚至如果只有100mV或更低。一旦信号衰减，单端信号可能会跌至您的阈值以下，即使振幅仍为1V或更大，也无法区分。

通过在并行链路上使用串行链路，我们也可以提高数据速率，因为时滞不再是问题。在32位宽的并行总线中，您需要完全匹配32根电缆的长度和传播特性，以使信号不会彼此异相（偏斜）。在串行链路中，只有一根电缆，因此不会发生偏斜。

TL; DR数据以您计算出的完整比特率（几个Gbps）发送，没有压缩。差分对上的串行数字链路的现代信令技术使这成为可能。

— 汤姆·卡彭特
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另外，我认为某些HDMI显示器使用2条HDMI 1.2v链接来获取图像，从而将屏幕有效地分成2个。这将产生实质上9.8Gbps的组合带宽。

— 伊斯梅尔·米格尔

@Aresloom 5GHz是几乎所有CPU开始熔化的时刻，这是由于大量晶体管同时切换并产生大量热量。这并不意味着5GHz是所有时钟的最高时钟，而是归结为热量（以及您使用的是哪种材料-硅并不总是最好的）。我能想到的最好的例子是Keysight Infinnium DSAX96204Q，其中四个前端中的每个前端都有一个磷化铟采样器，其采样频率为80GHz！但是该采样器中只有几十个晶体管，耗电几瓦（现代CPU 有数十亿瓦特）

— Sam Sam

@Aresloom 340MHz是时钟速率，数据速率经过序列化，这样（例如，在TDMS中）每个时钟周期内通过电缆发送10位-因此340MHz时钟将产生3.4Gbps。只是视频IC外围的电缆和（反）串行化（SERDES）硬件以这些串行数据速率运行。在SERDES硬件之后，内部有一条并行总线以较低的时钟速率再次向下运行。SERDES块可以非常快地运行-PCIe每通道8Gbps，因此SERDES块以4GHz运行（将两个时钟沿都用作比特-DDR）。

— 汤姆·卡彭特

8b / 10b改进了错误排除功能，因为它比快速信号中的状态更容易检测到跃迁。这种编码保证了连续的1或0不会太长。

— pjc50

@curiousdannii这是一个有趣的循环，不是吗。首先，我们从串行（例如UART）开始，它太慢了（比如说最大115kbps）。然后，我们进入了诸如IDE之类的并行总线，该并行总线在16bit时约为66MHz，约1Gbps时达到最高。然后我们回到串行，因为事实证明我们可以非常快地使用差分总线。但是现在串行速度又不够快，因此我们采用一种并行串行-单个串行总线的多个通道实际上可以完全分开地处理，然后用FIFO校正任何通道到通道的偏斜。

— 汤姆·卡彭特

现代计算机速度惊人。人们会愉快地加载全高清30fps视频，而没有意识到每秒涉及数十亿次算术运算。玩家往往对此有所了解。GTX 1060将为您提供4.4 TFLOPS（每秒万亿浮点运算）。

请说明我的计算是否错误以及如何将这些数据从图形卡传输到屏幕？

我的图形卡和屏幕之间的总线有多宽？

另一个答案已经解决了HDMI，DisplayLink等的千兆比特性质。

也许简而言之解释了显示器如何存储像素？移位寄存器？缓存？

显示器本身理论上不存储任何图像数据。

（某些显示器，尤其是电视，存储一两个帧以进行图像处理。这会增加延迟，并且不受到游戏玩家的欢迎。）

计算机的图形子系统将像素存储在普通DRAM中。它通常不会每帧从处理器中重新绘制整个内容，而是将某些功能交给专用子系统和合成器。合成器将允许例如将桌面上的每个窗口存储为一组不同的像素，然后可以通过专用硬件对其进行移动，滚动或缩放。在移动设备上滚动时，这一点变得非常明显-您可以走很短的路，直到用完“屏幕外”预先计算的像素，并且软件必须停止并将更多内容渲染到合成器的缓冲区。

游戏是重新绘制每一帧，并且有大量的文献上的场景是如何建立起来的。它被内置在图形卡上的帧缓冲区中，然后在下一帧被绘制到另一个缓冲区时被传输出去。

视频解码通常也提供给专用硬件，尤其是H.264。

— pjc50
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显示卡和LCD面板之间的链接通过使用TMDS信令的多个高速差分对传输，通常称为“通道”。通常使用四个通道，因此可以说该总线为4位宽。有关更多详细信息，请参见stackhexchange答案。

每种LCD面板型号通常都带有多个接口，因此在尝试更换损坏的面板时，请务必小心并注意后缀。大多数现代数字链路（HDMI 1.4）具有10.2 Gbps，或每个通道只有2.5 Gbps。在您的计算中（663 MBps），每条通道总计为1.2 Gbps（假设有4条通道），这并不算多（例如SATA3具有6Gbps）。

LCD面板上的添加。有源矩阵LCD实际上试图将帧图像（像素数据）存储在与“扭曲向列单元”（控制薄膜极化的那个）相关的电容器中。问题在于，模拟存储电容的大小必须在存储时间和像素切换速度之间进行权衡。因此，它不能做大，不能很快失去存储的电位，因此需要定期刷新。每个像素单元都通过晶体管（“有源”元件）与数据线和地址线连接，请参见Tomshardware文章。LCD驱动器控制器以逐行方式对数据和地址线进行多路复用，从而保持显示的图像。图像本身存储在图形控制器内部的帧缓冲区（RAM）中。

— 啤酒
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