波仔
⚙️ 第十一章 访问硬件的方法
📄 一句话概括

屏幕上看到的一切都是像素，连文字也是像素拼出来的；差别只在——文字模式存的是【第几个字】，图形模式存的是【每个点】。

📝 本节和前面几节的关系

11.5 讲了怎么把数据快速搬出去，这一节看搬出去之后变成了什么。

一、屏幕上的一切都是像素

屏幕是一大片像素——分辨率就是横向乘纵向的像素个数。 1920 × 1080 就是 2073600 个像素；每个像素要 3 字节（红、绿、蓝各 1 字节）。 实测算下来：一帧 5.93 MiB，每秒 60 帧就是 356 MiB/s。 这个量级说明了一件事：显示器要的数据量大得吓人。

二、显存在干什么

屏幕背后靠的不是 CPU，而是显卡加显存。 显存里存着屏幕上每个像素的颜色，显卡不停地把它刷出去（这就是刷新率）。 CPU 只负责决定【画什么】；【一直送出去】这件事是显卡的活儿。 这也是 11.5 的 DMA 在这儿登场的理由——画面数据正是靠它源源不断送出去的。

三、文字有两种走法

文字模式：显存里存的是【第几个字】，字形由字符发生器去查。 图形模式：每个字都得先变成一小块点阵，再当作像素送出去。 两者数据量差多少？一屏 80 × 40 个字符： 文字模式只要 6400 字节；图形模式要 6220800 字节——差了近千倍。 所以早期的电脑只靠很小的显存就能显示文字，这也是文字界面能干那么多年的原因。

四、字其实是被画出来的

一个 16 × 16 点阵的汉字——256 个点、1 位存一个点、共 32 字节。 屏幕上 40 行 × 80 列这样的汉字，光位图就要 102400 字节。 字号一大，字库和显存就一起吃紧——这正是矢量字体被发明的原因。 矢量字体存的是【怎么画】，不是【每个点是什么】—— 所以它能任意放大而不糊，代价是每次显示都要现算一遍。

五、动手 Demo：显示字符和图像的原理

屏幕上看到的一切都是像素，连文字也是像素拼出来的。 算一算一帧要多少数据，再对比文字模式与图形模式。

W, H, bpp, hz = 1920, 1080, 3, 60
frame = W * H * bpp
print("像素数", W * H)
print("一帧", frame / 1024 / 1024, "MiB")
print("每秒", frame * hz / 1024 / 1024, "MiB")
txt = 80 * 40 * 2
print("文字模式一屏", txt, "字节")
print("相差", frame / txt, "倍")

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
显示字符和图像的原理
--------------------------------------------------------------------

**屏幕上看到的一切都是像素**——**连文字也是像素拼出来的。**

    分辨率                    1920 × 1080 ＝ 2073600 个像素
    一个像素                  3 字节（红、绿、蓝各 1 字节）
    一帧                      5.93 MiB
    每秒 60 帧                356 MiB/s

  **这几个数字说明了一件事：显示器要的数据量大得吓人。**
  所以它背后靠的不是 CPU，而是显卡加显存——**显存的活儿就一句：把内容不断刷出去。**

  文字显示则有两种走法，差别极大：

    纯文字模式一屏            3200 字符 × 2 字节 ＝ 6400 字节
    图形模式一屏              6220800 字节
    相差                      972 倍

  文字模式下，**显存里存的是【第几个字】，字形由字符发生器去查。**
  图形模式下没这一说，**每个字都得先变成一小块点阵**：

    一个 16×16 点阵的汉字     256 个点，1 位一个点 ＝ 32 字节
    屏幕上 40 行 × 80 列汉字  要 102400 字节的位图

  所以字号一大，**字库和显存都跟着吃紧**；这也是矢量字体被发明的原因：
  **存的是【怎么画】，不是【每个点是什么】——放大也不会糊。**

实测：1920×1080 一帧 5.93 MiB、60 帧 356 MiB/s；文字模式一屏只要 6400 字节，相差 972 倍。 文字模式存【第几个字】，图形模式存【每个点】——这是两者数据量差上千倍的根本原因。

30 秒实验

  1. 算一算 4K（3840 × 2160）60 帧每秒要多少带宽，跟 1080p 比一比。
  2. 把系统字号调大一级，想一想显存和字库要多花多少。

常见误区

  1. 以为文字是【字符】直接送出去的。图形模式下它也是像素。
  2. 以为分辨率越高只是【更清楚】。它同时也意味着数据量和带宽成倍上涨。
自测三问（点开对答案） 1. 一个像素要几个字节、1920×1080 一帧多大？ —— 3 字节（红绿蓝各 1 字节）；一帧 6220800 字节，约 5.93 MiB。 2. 文字模式和图形模式的根本差别是什么？ —— 文字模式显存里存的是第几个字、字形由字符发生器查；图形模式存的是每个点的颜色。 3. 矢量字体为什么能无损放大？ —— 它存的是怎么画（几何描述）而不是每个点，所以放大时重新计算即可，不会出现马赛克。

相关笔记