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Windows Vista-Anzeigetreibermodell

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Microsoft Corporation

Juli 2006

Inhalte

Einführung
Allgemeine WDDM-Vorteile
Desktopfenster-Manager
Videoverbesserungen
Bereitstellung
Mobilitäts- und Energiefeatures
Neue Grafik-APIs

Zusammenfassung: Das Windows Display Driver Model (WDDM) ist eine neue Anzeigetreiberarchitektur, die in Windows Vista unterstützt wird. Diese Anzeigearchitektur ist eine Überarbeitung der Windows XP-basierten Anzeigearchitektur und bietet Benutzern eine bessere Leistung und zuverlässigere Desktopumgebung und unterstützt gleichzeitig neue Szenarien, Grafiken und Anwendungen.

WDDM bietet auch die Wiedergabe von Videoinhalten, die mit typischen Unterhaltungselektronikgeräten konkurrieren. Dies geschieht, indem es die Verbindung mit externen Monitoren vereinfacht, eine geschützte HD-Videowiedergabe ermöglicht und die Gesamtqualität der Videowiedergabe erhöht. Zum ersten Mal in Windows ist Multitasking der Grafikverarbeitungseinheiten (Graphics Processing Unit, GPU) möglich, sodass Benutzer mehrere GPU-intensive Anwendungen gleichzeitig ausführen können.

Schließlich verbessert WDDM das PC-Gaming-Erlebnis, indem das generalisierte GPU-Programmiermodell für Entwickler vereinfacht wird, wobei eine Konsistenz der Hardwarefunktionen beibehalten wird, was zu einem PC-Gaming-Erlebnis führt, das sogar die neuesten Konsolen übersteigen wird.

Dieses neue Displaytreibermodell ist ein wichtiger Bestandteil der neuen Desktopumgebung. Daher ist eine GPU, die WDDM unterstützt, eine Voraussetzung für die Windows Vista-Marketingbezeichnung "Premium Ready" und wird für zukünftige Windows Vista-Logo-Programme gelten. (7 gedruckte Seiten)

Einführung

Die Raten der Leistungsverbesserungen für GPUs haben Moores Gesetz weit überschritten. Experten sagen, GPUs haben sich mit einer "Moore's Law Cubed"-Rate verbessert, was in etwa einer Verdoppelung der Grafikverarbeitungsleistung jedes Jahr entspricht. Bis heute wurde diese enorme Grafikverarbeitungsleistung vor allem für Videospiele, multimediale Suiten wie Videobearbeitung, Spezialeffekte und für high-End-technische Anwendungen wie computergestütztes Design verwendet. Obwohl praktisch jeder moderne PC einen enthält, wird die Leistung der GPU selten bei täglichen Aktivitäten genutzt, was dazu führt, dass GPUs im PC-Entwurfsprozess keine oberste Priorität haben.

Windows Vista nutzt die Leistungsfähigkeit der GPU nicht nur für Spiele. Für den Anfang setzt Windows Vista auf die GPU, um allen Kunden eine bessere tägliche Desktopumgebung zu bieten. Die Windows-Videowiedergabeinfrastruktur basiert auf WDDM, um hd-Videowiedergabe (HD) bereitzustellen und die Videowiedergabe auf ein Niveau zu bringen, das den neuesten Unterhaltungselektronikgeräten entspricht. Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer wichtiger Anwendungen, die jetzt die GPU nutzen, z. B. die neue Windows-Fotogalerie. Diese breitere Nutzung der GPU, gleichzeitig durch das Betriebssystem und mehrere Anwendungen, wird durch WDDM aktiviert.

In diesem Artikel werden die allgemeinen und spezifischen Vorteile von WDDM untersucht, einschließlich:

  • Allgemeine WDDM-Vorteile
  • Desktopfenster-Manager (DWM)
  • Videoverbesserungen, einschließlich geschützter Videowiedergabe (PVP)
  • Bereitstellung
  • Mobilität und Leistung
  • Neue Grafik-APIs

Allgemeine WDDM-Vorteile

  • Stabilität

    In Windows XP können große und komplexe Anzeigetreiber eine Hauptquelle für Systeminstabilität sein. Diese Treiber werden vollständig im Kernelmodus ausgeführt (d. h. tief im Systemcode), sodass ein einzelnes Problem im Treiber häufig dazu führt, dass das gesamte System neu gestartet wird. Gemäß den Während des Windows XP-Zeitrahmens gesammelten Absturzanalysedaten sind Anzeigetreiber für bis zu 20 Prozent aller Bluescreens verantwortlich. So wurde es eines der hauptzieligen Ziele von Windows Vista, solche Abstürze zu reduzieren und Kunden eine zuverlässigere Desktopumgebung zu bieten und gleichzeitig die Kosten für den Partnersupport zu senken. Zuverlässigkeit ist jetzt noch wichtiger, da es gängige Features gibt, die erfordern, dass die Grafikpipeline rund um die Uhr effizient funktioniert. Der neue Desktopfenster-Manager, der Bildschirmfenster bezieht, ist ein Beispiel für ein solches Feature. Die Vorteile einer stabilen Desktopumgebung ohne Fehler beim Neuzeichnen gelten sicherlich für alle Kunden und nicht nur für Gamer.

    Auf technischer Ebene verfügen WDDM-Anzeigetreiber über zwei Komponenten, einen Kernelmodustreiber (KMD), der sehr optimiert ist, und einen Benutzermodustreiber, der die meisten intensiven Berechnungen durchführt. Bei diesem Modell wird der größte Teil des Codes aus dem Kernelmodus verschoben. Das heißt, der Kernelmodusteil ist jetzt allein für die Funktionalität auf niedrigerer Ebene verantwortlich, und der Benutzermodus-Teil übernimmt größere Funktionen, z. B. die Erleichterung der Übersetzung von API-Konstrukten höherer Ebene in direkte GPU-Befehle, während die Anwendungskompatibilität beibehalten wird. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit eines tödlichen Bluescreens erheblich, und die meisten Probleme mit Grafiktreibern führen im schlimmsten Fall dazu, dass eine Anwendung betroffen ist.

    WDDM bietet auch Fehlertoleranz gegenüber Hängen des Anzeigetreibers. Dadurch kann Windows Vista Systemabstände erkennen und den Anzeigetreiber erneut neu starten, ohne dass ein Systemneustart erforderlich ist.

    Darüber hinaus wurden Anzeigetreiber in Windows Vista erheblich vereinfacht, da es nicht mehr erforderlich ist, Code für die Unterstützung verschiedener Gerätetreiberschnittstellen einzubeziehen, die über viele Jahre eingeführt wurden. Daher implementiert Windows Vista nur eine einzige Schnittstelle und stellt sicher, dass alle älteren Treiber erkannt werden und optimal funktionieren.

  • Leistung

    Wenn eine Anwendung gestartet wird, die die GPU erfordert, wird die Steuerung von allen anderen Anwendungen entfernt, die derzeit die GPU verwenden. Dies geschieht, weil die GPU nicht gleichzeitig für mehrere Anwendungen freigegeben werden kann. In Windows Vista wird die GPU für viele gängige Aktivitäten verwendet, z. B. grundlegende Fensterverwaltung und Videorendering. Darüber hinaus gibt es mit dem Windows Presentation Foundation (Teil der .NET Framework 3.0-Entwicklungsplattform) neue APIs, mit denen Entwickler die GPU problemlos verwenden können, um Nicht-Gaming-Anwendungen mit umfangreichen benutzerfreundlichen Schnittstellen bereitzustellen. Da all diese Anwendungen und Features von der GPU abhängig sind, ist GPU-Multitasking von entscheidender Bedeutung.

    WDDM ermöglicht es mehreren Anwendungen, die GPU gleichzeitig zu nutzen, indem Folgendes implementiert wird:

    • GPU-Speicher-Manager – Zuweisung von Videospeicher
    • GPU-Planer– Plant verschiedene GPU-Anwendungen entsprechend ihrer Priorität

    Mit diesen Technologien müssen Anwendungen die GPU nicht mehr aufgeben, wenn eine andere Anwendung, die ihre Dienste erfordert, gestartet wird. Stattdessen ist die GPU effizienter geplant.

  • Security

    Sicherheit ist ein wichtiges Problem auf jeder Plattform, die Multitasking unterstützt. Ein sicheres Betriebssystem muss sicherstellen, dass die von einer Anwendung verwendeten Ressourcen von einer anderen isoliert sind. Diese Isolation von Anwendungen ist eine Voraussetzung für die Wiedergabe geschützter HD-Inhalte.

    WDDM stellt über das in den GPU-Speicher-Manager und -Scheduler integrierte Sicherheitsmodell diese erforderliche Isolation bereit. Aktuelle Windows XP-Anzeigetreiber verfügen nicht über solche Funktionen und sind auf die Typen von HD-Inhalten beschränkt, die sie wiedergeben können.

Desktopfenster-Manager

Der Desktopfenster-Manager (DWM) ist die Technologie in Windows Vista, die die Anzeige und Aktualisierung von Fenstern auf dem Desktop steuert. Um Zeichnungsartefakte zu beseitigen, die in früheren Versionen von Windows offensichtlich sind, bei denen Anwendungen asynchron direkt auf den Bildschirm zeichnen, zusammengesetzt die DWM Inhalte auf dem Bildschirm, z. B. Anwendungsfenster, in einem Hintergrund- oder Off-Screen-Puffer, bevor sie auf das Display des Benutzers zeichnen. Der DWM ist im Wesentlichen eine Direct3D-Anwendung, die ab dem Zeitpunkt aktiv ist, an dem der Computer eingeschaltet ist. Daher werden kerne Features des WDDM, wie z. B. die Möglichkeit, die GPU-Ressourcen und die Verarbeitung gemeinsam zu nutzen, in diesem Szenario unerlässlich. Für Windows Vista gab es zwei Investitionsbereiche in Bezug auf den DWM: eine allgemeine Verbesserung der Qualität und eine fesselnde Benutzererfahrung. Das WDDM spielt eine Schlüsselrolle bei der Ermöglichung all dieser Fortschritte, wie wir unten sehen werden. Auf der Grundlage des DWM basiert die Windows Vista-Signatur-Endbenutzerumgebung Windows Aero.

  • Qualität

    In Windows XP aktualisieren Anwendungen ihre Fenster direkt, wenn das Betriebssystem sie anfordert. Diese Anforderungen können asynchron in Bezug auf die Aktualisierungsrate des Monitors oder für alle aktuell ausgeführten Updates ausgeführt werden. Diese Anforderungen haben zur Folge, dass der Benutzer sieht, dass Fenster falsch oder langsam reißen und neu zeichnen. Der DWM-Stil der Fensterpräsentation beseitigt die zerreißenden Artefakte und bietet eine hochwertige Desktopoberfläche. Der Vorteil für den Endbenutzer ist, dass das System reaktionsfähiger zu sein scheint und die Benutzeroberfläche sauberer ist.

  • Windows Aero

    Das DWM ermöglicht auch die neue Windows Aero-Benutzeroberfläche. Aero ist die am besten entworfene und leistungsstärkste Desktopumgebung von Windows Vista. Es erfordert einen PC, der mit einer entsprechenden Grafikkonfiguration ausgestattet ist, die Unterstützung für WDDM umfasst; Der PC muss auch für die Produkteditionen Windows Vista Ultimate, Windows Vista Enterprise, Windows Vista Business oder Windows Vista Home Premium ausgestattet sein. Die DWM bietet eine Reihe von Features, die es Endbenutzern ermöglichen, Fenster auf ihrem Desktop bequemer und direkter zu finden und darauf zuzugreifen. Diese Features basieren darauf, dass der Grafikspeicher zwischen Anwendungen und dem DWM freigegeben werden kann, das von WDDM aktiviert wird. Mit anderen Features wie Windows Flip und Windows Flip 3D können Sie die Fenster auf Ihrem Desktop sicher verwalten, sodass Sie sie visuell eindrucksvoll und dennoch bequem sehen können. Genaue Hardwareanforderungen finden Sie unter Windows Vista Upgrade Advisor Beta und unter Windows Vista-fähige und Premium-bereite PCs , um die Kompatibilität zu überprüfen.

    Der DWM ermöglicht der Windows Aero-Benutzeroberfläche die Bereitstellung der folgenden Endbenutzerfeatures:

    • Live-Taskleistenminiaturansichten für offene und minimierte Anwendungen.
    • Windows Flip (ALT + TAB) und Windows Flip 3D (Windows-Taste + Tab) – zwei neue visuelle Möglichkeiten zum Verwalten von geöffneten Anwendungsfenstern.
    • DPI-Skalierung– Unterstützung für höhere DPI-Bildschirme, sodass Text unabhängig von der Auflösung Ihres Monitors zuverlässig angezeigt wird.

  • Visuelle Aktualisierung

    Ein spürbar neues Element der Windows Aero-Erfahrung ist das professionell aussehende, transparente Glasdesign mit subtilen Effekten wie dynamischen Reflexionen und glatten Animationen. Visuelle Elemente wie der Glaseffekt basieren auf der Direct3D-Pixel-Shader-Pipeline und der Virtualisierung der GPU durch das WDDM. Neben der neuen Grafik und der visuellen Aufwertung funktioniert die Windows Aero-Desktopoberfläche so reibungslos und professionell, wie es aussieht, und bietet dem Benutzer eine einfache und hochwertige Benutzeroberfläche.

Videoverbesserungen

Eines der Ziele von Windows Vista ist es, die Qualität der Videowiedergabe zu erfüllen, die die Menschen von gängigen Unterhaltungselektronikgeräten erwarten. Da die Videowiedergabe von der Treiberarchitektur abhängig ist, kann Windows Vista mit dem aktualisierten Treibermodell eine Reihe von Verbesserungen der Videowiedergabe bereitstellen.

  • Einfache Tv-Out-Unterstützung

    Heute ist der Anschluss eines PCs an einen Fernseher für den durchschnittlichen Verbraucher schwierig. Im Gegensatz zu einem Unterhaltungselektronikgerät funktioniert das einfache Einstecken eines Fernsehers nicht ohne umfangreiche Konfiguration. Die Einrichtung kann häufig einen zusätzlichen Monitor und Produkte von Drittanbietern erfordern. WDDM beseitigt Konnektivitätsprobleme zwischen einem Fernseher oder Monitor und dem PC, sodass benutzer einfache Plug-and-Play-Funktionen haben.

  • Verbesserte Videowiedergabequalität

    Die Videowiedergabe auf aktuellen Betriebssystemen leidet unter Qualitätsproblemen wie übermäßigem Video-Glitching und schlechter Farbtreue im Vergleich zu consumer-elektronischen Geräten. WDDM bietet eine Reihe von Einrichtungen, um diese Probleme zu beheben.

    Zunächst ermöglicht WDDM es Windows Vista und ausgeführten Anwendungen, Frames in der Warteschlange auf der GPU anzuzeigen. Zweitens ist die enge Zusammenarbeit mit dem Warteschlangenfeature ein Feedbackmechanismus, der bestimmt, wann Frames angezeigt werden. Zusammen können diese beiden Features die Qualität der Videowiedergabe immens verbessern, indem die Synchronität zwischen Audio- und Videopräsentationen ständig beibehalten wird, wodurch die Videowiedergabe verbessert und das Video-Glitching erheblich reduziert wird.

    Schließlich bieten WDDM-Treiber auch Unterstützung für eine bessere Farbkorrektur (Gamma) über die Direct3D9x- und Direct3D10-APIs, was wiederum die GPU erfordert, um diese APIs zu unterstützen.

  • HD-Videowiedergabe

    Wie oben im Abschnitt Sicherheit erwähnt, bietet WDDM Unterstützung für die sichere Wiedergabe von HD-Videoinhalten, eine Anforderung vieler Inhaltsanbieter.

Bereitstellung

Eine große Frustration für Windows-Endbenutzer sind Softwareupdates, die das System durch einen Neustart erzwingen. Grafiktreiber erforderten früher einen Neustart nach einem Update. Mit Windows Vista und einer WDDM-unterstützenden GPU müssen Benutzer nicht mehr neu starten, wenn der Grafiktreiber aktualisiert wird.

Mobilitäts- und Energiefeatures

Es gibt auch WDDM-Vorteile für mobile neue Mobilitätsfeatures in Windows Vista, die von WDDM abhängen.

  • Hot Plug-Erkennung von Displays und Projektoren

    Bei Windows XP kann sich das Verbinden eines Laptops mit einem Projektor als mehrstufiger Prozess erweisen, bei dem sich jeder Schritt von Laptop zu Laptop-Anbieter völlig unterscheidet. In Windows Vista wird dieser Prozess der Verbindung mit einem externen Display oder Projektor erheblich vereinfacht. Wenn ein zusätzliches externes Display oder ein Projektor an den Displayadapter angeschlossen ist, erkennt WDDM diesen neuen Zustand sofort und benachrichtigt automatisch das Modul Transient Mobility Manager (TMM), das die zugrunde liegende Technologie für den neuen Assistenten für externe Windows Vista-Anzeige ist. Der Assistent vereinfacht das Erweitern oder Klonen des Desktops auf das zweite Anzeigegerät.

  • "Hybridmodus"

    Der erweiterte Ruhezustand von Windows Vista kombiniert das schnelle Ein-/Ausschalten der Standbyfunktion mit der Zuverlässigkeit der Hibernate-Funktion. In Windows XP bewirkt Hibernate, dass der Inhalt des Systemspeichers auf der Festplatte gespeichert und das System ausgeschaltet wird. Standby bewirkt, dass der Inhalt des Arbeitsspeichers mit einer geringen Energiemenge erhalten bleibt, während der Rest des Systems ausgeschaltet wird.

    In Windows Vista bewirkt der Hybridmodus jedoch, dass der Inhalt des Systemspeichers auf der Festplatte gespeichert und das System gleichzeitig in den Standbymodus versetzt wird. Daher kann das System extrem schnell aus dem Systemspeicher fortgesetzt werden – in weniger als 2 Sekunden für Windows Premium-fähige PCs. Wenn der Akku jedoch vollständig leer ist oder ein Stromausfall dazu führt, dass der Inhalt des Systemspeichers verloren geht, kann das System von der Festplatte aus fortgesetzt werden.

    Hinweis Hybrider Standbymodus erfordert WDDM.

Neue Grafik-APIs

WDDM implementiert eine wesentlich funktionalere grafische Ressourcenverwaltung. Diese Funktionalität ist entscheidend für das ordnungsgemäße Funktionieren der Direct3D9x- und Direct3D10-APIs, die Entwicklern zur Verfügung stehen.

  • Windows Presentation Foundation

    Windows Presentation Foundation ist die nächste Generation der Windows-Cliententwicklungsplattform für Benutzeroberfläche, Dokumente, Grafiken, desktopbasierte und verbundene Anwendungen sowie Inhalte. Es ermöglicht einem breiteren Spektrum von Entwicklern, die Leistungsfähigkeit der GPU zu nutzen, ohne sich der Grafikprogrammierungskonstrukte auf niedriger Ebene bewusst zu sein. Designern und Entwicklern ist es jetzt einfacher, Benutzeroberflächen und Inhalte zu erstellen, die Kunden eine reichhaltigere und ansprechendere Erfahrung bieten. Als Ergebnis werden wir bald eine neue Generation von Anwendungen sehen, sowohl lokal als auch webbasiert, die ansprechendere Erfahrungen, eine bessere Visualisierung von Daten und größere Verbesserungen der Leseerfahrung bieten.

    Während Windows Presentation Foundation für Windows XP SP2- und Server 2003-Versionen verfügbar ist, profitiert windows Vista Windows Presentation Foundation in Bezug auf die Skalierbarkeit von WDDM, da mehrere WPF-Anwendungen gleichzeitig zuverlässig ausgeführt werden können.

  • Konsolenähnliche Einfachheit für Spiele

    Direct3D10 ist die neue Direct3D-API, die 3D-Grafik der nächsten Generation und anspruchsvolles paralleles Computing ermöglicht. Diese API hängt von der Ressourcenverwaltungsfunktionalität von WDDM ab, um einen Teil ihrer Ausdruckskraft bereitzustellen. Die wichtigsten Vorteile von Direct3D10-APIs sind:

    • Generalisiertes GPU-Programmiermodell Der Wegfall von Einschränkungen für die GPU-Programmierung, die teilweise durch die WDDM-Ressourcenverwaltung ermöglicht wurde, ermöglicht ein leistungsstärkeres GPU-Programmiermodell, das sowohl für 3D-Grafiken der nächsten Generation als auch für allgemeinere Anwendungen verwendet werden kann, die von einer hochgradig parallelen Verarbeitung wie der Bildverarbeitung profitieren können.
    • Konsistenz der Hardwarefunktionen Wie in einer Konsole sieht die gesamte Direct3D10-fähige Hardware mit dem Entwickler identisch aus. Anders ausgedrückt: Funktionsbits, die zwischen verschiedenen Hardwarekonfigurationen mit D3D9.x unterscheiden, sind nicht vorhanden. Dies ermöglicht eine viel einfachere Implementierung von Software.
    • **Visuelle Effekte **Features wie der Geometry-Shader und Stream Out unterstützen entwickler bei der Erstellung lebensnaher und realistischer Grafiken, die über das hinausgehen, was die Konsolen der nächsten Generation heute bieten können.
    • **Bessere Systemleistung ** Eine bessere Leistung wird erzielt, da die Verarbeitung bei Bedarf von der CPU konsistent entladen werden kann.