Windows 顯示器驅動程序模型 (WDDM) 是 Windows 中支持的一種全新的顯示器驅動程序體系結構。該顯示器體系結構是對 Windows XP 顯示器體系結構的革新，在支持新的方案、圖形和應用程序的同時，為用戶提供了性能更佳、可靠性更高的桌面體驗。

WDDM 還提供了可與通常的消費電子設備相媲美的視頻內容播放功能。它通過簡化與外部監(jiān)視器的連接、提供受保護 HD 視頻的播放以及提高總體視頻播放質量來實現(xiàn)這一優(yōu)勢。圖形處理單元 (GPU) 的多任務處理在 Windows 中第一次成為可能，使用戶能夠同時運行多個 GPU 密集型應用程序。

最后，WDDM 通過為開發(fā)人員簡化通用的 GPU 編程模型來改進 PC 游戲體驗，通過保持硬件功能的一致性，得到將超越甚至是最新控制臺的 PC 游戲體驗。

該新顯示器驅動程序模型是構成新桌面體驗的一個極其重要的因素，因此擁有一塊支持 WDDM 的 GPU 對于 Windows 的“Premium Ready”市場標志而言是必需的，并且其將可應用于未來的 Windows 徽標方案。

簡介

GPU 性能改進的速度已經(jīng)大幅超過了摩爾定律。專家稱 GPU 一直以來以“摩爾立方定律”的速度在更新，這樣的速度約等于圖形處理能力每年翻一番。到目前為止，這種巨大的圖形處理能力主要被用于視頻游戲、豐富的多媒體套件（如視頻剪輯、特效應用等），還用于如計算機輔助設計這樣的高端技術應用程序。因此，即使每臺 PC 實際上都有一塊這樣的 GPU，但該 GPU 的能力也很少會用于日常事務中，從而導致 GPU 在 PC 設計流程中的優(yōu)先級并非最高。

Windows Vista 利用 GPU 的能力絕不僅限于游戲。起初，Windows Vista 依靠 GPU 為所有客戶提供更好的日常總體桌面體驗。Windows 視頻播放架構依靠 WDDM 傳送高清晰度 (HD) 視頻播放，使視頻播放達到與最新的消費電子設備相同的級別。此外，還有許多關鍵的應用程序也在利用 GPU，如新的 Windows Photo 。正是由于 WDDM，才實現(xiàn)了這種操作系統(tǒng)和多個應用程序同時在更大范圍的使用 GPU。

本文探討了 WDDM 的常規(guī)優(yōu)點和特殊優(yōu)點，包括：

WDDM 的總體優(yōu)點

桌面窗口管理器 (DWM)

視頻改進，包括受保護的視頻播放 (PVP)

部署

移動性和電源

新的圖形 API

WDDM 的總體優(yōu)點

穩(wěn)定性

在 Windows XP 中，顯示器驅動程序既龐大又復雜，它可能是系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要原因。這些驅動程序完全在內核模式（即，在系統(tǒng)代碼深處）下執(zhí)行，因此驅動程序中的一個問題往往會迫使整個系統(tǒng)重新啟動。根據(jù)在 Windows XP 使用期間收集到的失效分析數(shù)據(jù)，有高達 20% 籃屏是顯示器驅動程序所造成的。因此，Windows Vista 的一個主要目標就成了減少這樣的失效并為客戶提供可靠性更高的桌面體驗，同時還能降低合作伙伴的支持成本。如今，可靠性甚至更為重要，因為有一些主流功能要求圖形管道必須晝夜不停地高效執(zhí)行。新的桌面窗口管理器（它可繪制屏幕上的窗口）就是這種功能的一個示例。穩(wěn)定桌面體驗與沒有重繪錯誤的好處，無疑會為所有客戶而不僅僅是游戲者能體驗到。

WDDM 顯示器驅動程序在技術水平上有兩個組件：一個非常先進的內核模式驅動程序 (KMD) 和一個執(zhí)行大部分密集計算的用戶模式驅動程序。有了此模型，已將代碼的大部分移出了內核模式。就是說，內核模式部分如今只負責更低級的功能，而用戶模式部分則承擔了更繁重的功能，如在保持應用程序兼容性的同時促進從高級 API 結構向直接 GPU 命令的轉換。這極大地減少了出現(xiàn)致命藍屏的機會，并且使得大多數(shù)圖形驅動程序相關的問題在最糟的情況下也僅能影響一個應用程序。

WDDM 還針對顯示器驅動程序掛起的情形提供了容錯措施。這樣便使 Windows Vista 能夠在檢測到系統(tǒng)掛起后再次重啟顯示器驅動程序，而無需重啟系統(tǒng)。

另外，通過消除需要加入代碼以支持多年來引入的各種設備驅動程序接口，Windows Vista 中的顯示器驅動程序得到了極大的簡化。這樣，Windows Vista 實現(xiàn)了僅一個接口，并能確保所有舊驅動程序可以被識別且功能最優(yōu)化。

性能

在某個應用程序需要啟動 GPU 時，控制權會從當前正在使用 GPU 的任何應用程序中奪走。發(fā)生這種情況是因為不能在多個應用程序之間同時共享 GPU。在 Windows Vista 中，GPU 可用于許多常見的活動，如基本的窗口管理和視頻呈現(xiàn)。此外，利用 Windows Foundation（.NET Framework 3.0 開發(fā)平臺的部件），開發(fā)人員可借助新的 API 來輕松地使用 GPU，為非游戲應用程序提供豐富的友好用戶界面。因為所有這些應用程序和功能均依賴于 GPU，因此 GPU 多任務處理是關鍵。

WDDM 通過實現(xiàn)以下功能使多個應用程序能夠同時使用 GPU：

GPU 內存管理器 - 調整視頻內存分配

GPU 計劃程序 - 根據(jù)優(yōu)先級來計劃各種 GPU 應用程序

利用這些技術，在應用程序需要啟動其服務時，當前的應用程序就不必再放棄 GPU。相反，會以一種更有效的方式來計劃 GPU。

安全性

在支持多任務處理的平臺上，安全性總是主要受到關注的內容。安全的操作系統(tǒng)需要確保由一個應用程序所使用的資源與另一應用程序相隔離。應用程序的隔離是受保護 HD 內容播放的需要。

WDDM 通過內置 GPU 內存管理器和計劃程序的安全模型來提供這種必需的隔離。當前的 Windows XP 顯示器驅動程序沒有這樣的工具，因此在可以播放的 HD 內容類型方面受到限制。

桌面窗口管理器

桌面窗口管理器 (DWM) 是 Windows Vista 中的技術，用于控制桌面上窗口的顯示和更新。為消除繪制痕跡（這在 Windows 的早期版本上很明顯，因為應用程序直接異步繪制到屏幕），在將內容繪制到用戶的顯示器之前，DWM 在屏后或屏外的緩沖區(qū)中合成屏幕上的內容，比如應用程序窗口。DWM 實際上是 Direct3D 應用程序，在計算機開啟的那一刻就會將其激活。因此，WDDM 的核心功能（如共享 GPU 資源和處理進程的能力）在這種情形下就變得很重要。對于 Windows Vista，有兩個領域的投入與 DWM 相關：總體的質量改進和極富感染力的用戶體驗。在實現(xiàn)所有這些高級功能的過程中，WDDM 起到了關鍵的作用，我們將在下文了解到這一點。在 DWM 上層所構建的是 Windows Vista 特征終端用戶體驗，Windows 。

質量

在 Windows XP 中，應用程序會根據(jù)操作系統(tǒng)的請求直接更新它們的窗口。應用程序將根據(jù)監(jiān)視器的刷新率或當前正在運行的任何更新來異步執(zhí)行這些請求。這些請求的結果是用戶看見窗口錯誤地或緩慢地撕開并重繪。DWM 樣式的窗口顯示消除了撕開的痕跡，提供了高質量的桌面體驗。系統(tǒng)響應速度更快，體驗也更加干凈利落，這讓終端用戶受益匪淺。

Windows

DWM 還使得人們能感受到新的 Windows 用戶體驗。Aero 是 Windows Vista 的設計最佳和性能最好的桌面體驗。它需要一臺配有合適圖形配置的 PC，該配置需要包含對 WDDM 的支持；還必須配備好 PC 以使用 Windows Vista Ultimate、Windows Vista 、Windows Vista Business 或 Windows Vista Home Premium 等產品版本。DWM 提供了很多功能，可使終端用戶以方便、直接的方式來搜索和訪問他們桌面上的窗口。這些功能要求能夠在應用程序和 DWM 之間共享圖形內存，而這一點就是通過 WDDM 來實現(xiàn)。其他功能，如 Windows 和 Windows 3D，可允許您放心地管理桌面上的窗口，幫助您通過有視覺沖擊力且方便方式來查看這些窗口。有關具體的硬件需求，請參閱 Windows Vista 升級顧問試用版；要檢查兼容性，請參閱 Windows Vista Capable 和 Premium Ready PC。

DWM 使得 Windows Aero 體驗能夠提供以下終端用戶功能：

已打開和最小化應用程序的生動的任務欄縮略圖。

Windows (Alt + Tab) 和 Windows Flip 3D（Windows 鍵 + Tab）- 兩種視覺沖擊力極強的新方式，用于管理打開的應用程序窗口。

DPI 縮放 - 支持更高的 DPI 屏幕，因此無論監(jiān)視器分辨率如何，總能可靠地顯示文本。

由于視頻播放取決于驅動程序體系結構，Windows Vista 通過其升級的驅動程序模型能夠提供許多視頻播放方面的改進。通過使用 Windows Vista 和支持 WDDM 的 GPU，用戶在更新圖形驅動程序后再無需進行重啟。移動性和電源功能對于 Windows Vista 中依賴于 WDDM 的可移動的全新移動性功能也從很多方面受益于 WDDM。

視覺刷新

Windows Aero 體驗的一個令人注目的新看點是其擁有專業(yè)的外觀，采用透明的玻璃設計，具有類似動態(tài)反射和流暢動畫等精妙的效果。視覺元素（如玻璃效果）依賴于 Direct3D 像素陰影著色器管道和通過 WDDM 實現(xiàn)的 GPU 虛擬化。但是，除新的圖形和視覺效果改進之外，Windows Aero 桌面體驗執(zhí)行起來也如同其外觀一樣流暢和專業(yè)，為用戶提供了簡單而高質的體驗。

視頻改進

Windows Vista 的目標之一是使視頻播放質量與人們對主流消費電子設備所期望的質量相媲美。由于視頻播放取決于驅動程序體系結構，Windows Vista 通過其升級的驅動程序模型能夠提供許多視頻播放方面的改進。

輕松的電視輸出支持

如今，將 PC 連接到電視對于普通消費者而言還有些困難。未經(jīng)擴展配置而僅在電視中插入將不起作用，這一點不同于消費電子設備。此類安裝通常需要附加的監(jiān)視器和第三方產品。WDDM 解決了電視或監(jiān)視器與 PC 間的連接問題，賦予用戶即插即用的便利。

改進的視頻播放質量

如果與消費電子設備相比，在當前操作系統(tǒng)上的視頻播放存在質量問題，如視頻假信號過多以及色彩保真度不良。WDDM 提供了大量的功能以減輕這些問題。

首先，WDDM 使得 Windows Vista 和運行中的應用程序能夠對將在 GPU 上呈現(xiàn)的幀排隊。其次，與排隊功能密切配合的是一種回饋機制，確定在何時呈現(xiàn)幀。這兩種功能一起通過不斷維持音頻和視頻顯示之間的同步，充分改善視頻播放并減少視頻假信號，可極大地改進視頻播放的質量。

最后，WDDM 還通過 Direct3D9x 和 Direct3D10 API 提供了對更佳色彩 (gamma) 修正的支持，反過來也要求 GPU 支持這些 API。

高清晰度視頻播放

正如在前文安全性部分所述，WDDM 提供了安全播放高清晰度視頻內容的支持，這是許多內容提供程序的一項要求。

部署

主要讓 Windows 終端用戶不甚愉快的是：軟件更新需要強制系統(tǒng)通過重啟來完成。之前的圖形驅動程序要求在更新后系統(tǒng)重啟。通過使用 Windows Vista 和支持 WDDM 的 GPU，用戶在更新圖形驅動程序后再無需進行重啟。

移動性和電源功能

對于 Windows Vista 中依賴于 WDDM 的可移動的全新“移動性”功能也從很多方面受益于 WDDM。

顯示器和投影儀的熱插拔檢測

事實證明，使用 Windows XP 將便攜式計算機連接到投影儀是一個多步驟過程，而每個步驟又會因為便攜式計算機供應商的不同而大相徑庭。在 Windows Vista 中，這一連接到外部顯示器或投影儀的過程得到了極大地簡化。當附加的外部顯示器或投影儀連接到顯示適配器后，WDDM 將立即檢測到這一新狀態(tài)并自動通知 Transient Mobility Manager (TMM) 模塊，該模塊是新的 Windows Vista 外部顯示器向導的底層技術。該向導簡化了將桌面擴展或復制到第二臺顯示設備的過程。

“混合”休眠

Windows Vista 高級“休眠”狀態(tài)將“待機”功能的快速切換與“休眠”功能的可靠性有機結合到一起。在 Windows XP 中，“休眠”將促成將系統(tǒng)內存上的內容保存到硬盤中，同時使系統(tǒng)斷電；“待機”將使用少量電源保留內存內容，而使系統(tǒng)的其余部分斷電。

不過，在 Windows Vista 中，“混合”休眠將促成將系統(tǒng)內存內容保存到硬盤上，同時系統(tǒng)隨即進入“待機”狀態(tài)。因此，系統(tǒng)能以極快的速度從系統(tǒng)內存重新開始（對于具有 Windows Premium 功能的 PC，這一過程不超過 2 秒）。不過，如果由于電量完全耗盡或斷電導致系統(tǒng)內存內容丟失，系統(tǒng)仍可從硬盤重新開始。

注意 “混合休眠”要求 WDDM。

新的圖形 API

WDDM 實現(xiàn)了功能更強的圖形資源管理。此功能對于可供開發(fā)人員使用的 Direct3D9x 和 Direct3D10 API 的正常運行至關重要。

Windows Foundation

Windows Foundation 是下一代 Windows 客戶端開發(fā)平臺，用于用戶界面、文檔、圖形、基于桌面的應用程序和所連接的應用程序，以及內容的開發(fā)。使得開發(fā)人員能夠在更廣的范圍內利用 GPU 的強大功能，而無需了解低層的圖形編程結構?，F(xiàn)在，設計人員和開發(fā)人員可以更加輕松地構建為客戶帶來更加豐富和更具吸引力的用戶界面和內容。其結果是，不久我們將會看到新一代應用程序（本地以及基于 Web 的應用程序），它們將提供更具吸引力的體驗、更佳的數(shù)據(jù)可視化以及更完善的閱讀體驗。

在提供了用于 Windows XP SP2 和 Server 2003 版本的 Windows Presentation Foundation 的同時，在 Windows Vista 上，Windows Presentation Foundation 受益于 WDDM 的可伸縮性，它可以更加可靠地同時運行多個 WPF 應用程序。

游戲方面類似控制臺的簡易性

Direct3D10 是新的 Direct3D API，其實現(xiàn)了下一代 3-D 圖形和復雜的平行計算。該 API 依賴 WDDM 的資源管理功能提供了一些極富表現(xiàn)力的功能。Direct3D10 API 的主要好處有以下方面：

通用的 GPU 編程模型 通過取消了對 GPU 編程的一些限制（部分是通過 WDDM 資源管理實現(xiàn)），實現(xiàn)了功能更為強大的 GPU 編程模型，該模型可用于下一代 3-D 圖形以及那些能夠從高度平行處理（如，圖像處理）中受益的更通用的用途。

硬件功能的一致性 如同在控制臺中，所有具有 Direct3D10 功能的硬件對開發(fā)人員而言是一樣的。換言之，不存在區(qū)分運行 D3D9.x 的硬件配置之間差別的功能位。這樣便更加簡化了軟件的實現(xiàn)。

視覺效果 如“幾何著色器”和“流出”這樣的功能有助于開發(fā)人員創(chuàng)建更加生動、逼真的圖形，這已經(jīng)超出了下一代控制臺所能提供的圖形。

更佳的系統(tǒng)性能 實現(xiàn)了更佳的性能，因為可以應 CPU 的請求一致卸載進程。