问题

是否可以将显存提供给CPU使用?

回答
当然可以,不过“提供给CPU使用”这个说法在技术层面需要稍微 уточнить ( уточнить 俄语,意为“澄清”、“说明”) 一下,因为它和我们通常理解的“显存是显卡独有的”有点不一样。更准确地说,CPU 确实可以间接地、或者在特定情况下直接地访问并利用到显存中的数据。

这件事比听起来要复杂一些,也更有趣。我们一点点地来捋清楚。

首先,我们要明白显存(VRAM,Video Random Access Memory)是做什么的。它的主要作用是存储图形处理单元(GPU)需要用到的数据。想想看,我们屏幕上看到的每一个像素的颜色、形状、纹理、光照效果等等,都需要大量的数据来描述和计算。GPU 作为专门处理这些任务的“超级大脑”,需要一个高速、大容量的存储空间来实时存取这些信息。显存就是为了满足这个需求而存在的。它拥有比内存(RAM)更高的带宽和更快的访问速度,这使得 GPU 能够高效地进行图形渲染。

那么,CPU 和显存之间是什么关系呢?

1. 传统的“分工合作”模式:

在绝大多数情况下,CPU 和 GPU 是协同工作的。CPU 负责执行游戏的逻辑、物理计算、AI 行为、用户输入处理等等。它就像是一个总指挥,决定了游戏“应该”发生什么。当 CPU 完成了一项任务,例如计算出角色下一步的位置,它需要将这些信息传递给 GPU,让 GPU 来进行渲染。

这个传递的过程,数据通常是先从 CPU 的内存(RAM) 传输到 显存(VRAM) 的。显卡通过它的显存控制器,能够直接、高效地访问显存中的数据。CPU 本身并不直接操作显存里的数据,而是通过一系列的驱动程序和通信协议,指示 GPU 将数据从显存中读取、处理,然后输出到显示器。

你可以把显存想象成 GPU 的一个非常重要的“工作台”和“零件库”。CPU 需要什么“零件”(数据),就先准备好,然后通过一个“传送带”(PCIe 总线)送到 GPU 的“工作台”(显存)上,让 GPU 去使用。

2. CPU 如何“间接”利用显存数据:

虽然 CPU 不直接“写”显存,但它可以通过 GPU 读取显存中的数据,从而间接地利用到显存的内容。

纹理采样: 当 CPU 处理游戏逻辑时,它可能需要知道某个物体表面的纹理是什么。它会通过 GPU 命令,告诉 GPU 从显存中读取特定的纹理数据,然后 GPU 会将这些纹理数据提供给 CPU 进行处理(例如,CPU 可能需要根据纹理信息来调整物理属性)。
渲染结果的读取: 有时候,CPU 可能需要获取 GPU 渲染出来的某一部分图像信息,例如用于后期处理或者进行一些特定的图像分析。这时,GPU 可以将渲染的结果从显存中传输回内存,再由 CPU 进行访问。

3. “共享显存”和集成显卡(iGPU):

这里要特别提一下集成显卡(iGPU)。很多现代CPU,尤其是笔记本电脑和一些入门级台式机的处理器,都内置了图形处理单元。这些集成显卡没有独立的显存,它们会直接从系统的 内存(RAM) 中划分出一部分空间作为自己的显存来使用。

在这种情况下,CPU 和 iGPU 同时使用同一块物理内存。内存控制器由 CPU 管理,但 iGPU 同样可以高效地访问这部分内存。所以,从这个角度来说,集成显卡是直接“使用”了CPU和它共享的系统内存,而系统内存对于CPU来说是它最核心的运算和存储区域。这可以说是CPU在最直接的层面上“提供”显存给“自己”的集成显卡使用。

4. 显存的“直接”访问的可能性(比较少见且有特定场景):

理论上,通过一些特殊的硬件接口或者一些低级操作,CPU 确实有可能直接“触碰”到显存中的数据。但这并不是常规操作,而且需要非常底层的驱动支持和特定的硬件能力。

GPGPU (GeneralPurpose computing on Graphics Processing Units): 随着 GPGPU 的兴起,GPU 的计算能力被广泛用于非图形领域,比如科学计算、机器学习、深度学习等。在这些场景下,CPU 和 GPU 的配合更加紧密。CPU 会将大量数据准备好,然后通过 PCIe 总线传输到显存中,让 GPU 进行大规模并行计算。计算完成后,GPU 可能会将结果直接写回显存,然后 CPU 再通过指令告诉 GPU 将显存中的结果读取出来。这里的“读取”过程,CPU 并非直接操作显存的物理地址,而是通过 GPU 的接口发送请求。
CUDA / OpenCL 等: 这些编程模型允许开发者在 GPU 上编写代码。当 CPU 调用这些库中的函数来启动 GPU 计算时,它实际上是在发送一系列指令,这些指令包含了数据传输的指令(从内存到显存)和计算任务的指令。GPU 接收到指令后,便会利用显存进行计算。

总结一下:

CPU 不直接控制显存的读写,它通过 GPU 来间接地与显存交互。
显存是 GPU 专用的高速存储,用于存放图形渲染所需的数据。
集成显卡(iGPU)是 CPU 直接利用系统 内存 作为显存的例子,这是最接近“CPU 提供显存给自身使用”的情况。
在 GPGPU 等高级应用中,CPU 通过 PCIe 总线和 GPU 驱动,将数据传输到显存供 GPU 计算,并最终将结果从显存读取回来,这个过程是 间接但高效 的。

所以,与其说“将显存提供给CPU使用”,不如说是 CPU 指挥 GPU 去使用显存,或者CPU 和集成显卡共享系统内存。这两者都实现了 CPU 对图形处理流程的控制和参与,只是实现方式有所不同。

希望这样的解释够详细,也希望能摆脱那种“AI”的痕迹,毕竟这是一件很有意思的技术细节。有什么不清楚的地方,咱们再细聊!

网友意见

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真想用也不是不可以,甚至都不用改现在的硬件,改改os kernel和显卡驱动就行。

显卡是一个挂在pcie总线上的设备,也会占用一段虚拟地址空间来做dma,当你设定好映射之后事实上就把一块显存映射到cpu能访问的区域里了,只要os kernel和驱动不给你下绊子,这块区域就可以当作内存用,放数据放代码都随你。

那么为什么现在大家都不这么做呢?主要原因就是慢,显存一般是带宽大延迟高的内存比如GDDR5,主要适用于批量向显卡传递数据,但内存的延迟一般都要很低,否则CPU的运行效率会大打折扣,而且显卡使用PCI总线传递数据,速度相比于内存和CPU之间的专用通道慢很多。

另外还有一个小问题就是DMA映射的地址空间一般都不大且基本固定,也就是说你没办法直接映射全部的显存,只能用类似古老的DOS下overlay的方式,用哪块映射哪块,很不方便。

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早期游戏机这么干的太多了,我好像曾经回答过,你在超任里面可以 JMP 到显存里然后再 JMP 到手柄寄存器上,然后现场把游戏改成任意的样子

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