デバイスドライバーの命令はどのようにGPUをプログラムしますか？

コンピューターを使用しているとしましょう。典型的な現代のコンピューターは多かれ少なかれ使用しています。デバイスドライバーは、これを入力するとすぐに画面が更新されることを含め、画面に表示されるすべての処理を行います（もちろん、これはWindowsのようなOSの範囲内です）。

これを、ハードウェアがカーネルの有無を気にせず、指示だけを行うレベルまで下げてみましょう。

基本的に、GPUはどのようにすべてを行うかを正確に「知っている」のでしょうか？ドライバーは基本的に、ドライバーが提供する特別な命令を使用して表示用のバイナリデータを計算するために可能な、または必要なすべての極小、組み込み、またはハードウェアの回路レベルの機能を制御しますか？

そうである場合、GPUは「特殊な」言語または「アセンブリ」を使用して、CPUと同様に送信される命令を理解しますか？

私の知識にはあまりにも多くのギャップがありますが、GPUの背後にはハードウェアを介して直接アクセスする不快な「謎」があります。

たとえば、GPUとCPUは何らかの方法で接続できる必要があるため、CPUアセンブリを介してGPUにアクセスし、正しいデータ/アドレスバスを実装することが可能です。ドライバーもコンパイルされたコードであり、プログラム可能な回路としてのGPUはバイナリ命令で動作する必要があるため、デバイスベンダーがドライバーの外でGPUにアクセスできないようにする方法はありません。

私はこれらのタイプの質問をしましたが、多くのサイトで何の答えもなしに激しく削除されました。そこで、ここでの大きな謎/秘密は何ですか？それは他のようにアクセスされるマザーボード上のハードウェアです。

本当に...これがソフトウェアとハ​​ードウェアに関する「ここでの」質問であると仮定すると、ファイルは魔法ではないので、だれでもベンダー固有のファイルなしでGPUに直接アクセスできます。

それでは、GPUは、ハードウェア固有のレベルで、ベアメタルの直接的なハードウェアの観点からどのように「プログラム」されるのでしょうか。

基本的に、GPUはどのようにすべてを行うかを正確に「知っている」のでしょうか？ドライバーは基本的に、ドライバーが提供する特別な命令を使用して表示用のバイナリデータを計算するために可能な、または必要なすべての極小、組み込み、またはハードウェアの回路レベルの機能を制御しますか？

いいえ、デバイスにはデバイスの機能のハードウェアレベルのすべての側面を制御する独自のICがあり、デバイス上の側面を調整し、使用可能な高レベルのプログラミングインターフェイスを提供する中央プロセッサとインターフェイスしますデバイスへのアクセス、読み取り、書き込み、および制御。

そうである場合、GPUは「特殊な」言語または「アセンブリ」を使用して、CPUと同様に送信される命令を理解しますか？

はいといいえ。ほとんどのデバイスと同様に、ビデオカードは標準を使用して問題を簡素化します。VESAなどの標準を使用して、起動時ビデオなどの通常の機能にアクセスしたり、CUDAを使用してGPUプログラミング機能にアクセスしたりします。さらに、プログラムは、デバイスのプログラミングドキュメント（アダプターのWebサイトから入手可能）と組み合わせてマシンコード（多くの場合、アセンブラーにコンパイルされたC）を使用して、非標準またはデバイス依存の機能に直接アクセスできます。

私の知識にはあまりにも多くのギャップがありますが、GPUの背後にはハードウェアを介して直接アクセスする不快な「謎」があります。

ドライバーはデバイスに直接アクセスするため、特別なアクセス権があります（通常のユーザーレベルのプログラムは、セキュリティと安定性の理由からVista +のハードウェアに直接アクセスできません）。ポート、DMA（ダイレクトメモリアクセス）、およびメモリマッピングを使用してデバイスにアクセスします。

たとえば、GPUとCPUは何らかの方法で接続できる必要があるため、CPUアセンブリを介してGPUにアクセスし、正しいデータ/アドレスバスを実装することが可能です。ドライバーもコンパイルされたコードであり、プログラム可能な回路としてのGPUはバイナリ命令で動作する必要があるため、デバイスベンダーがドライバーの外でGPUにアクセスできないようにする方法はありません。

ドライバーは、メモリマップされたポートなどにアクセスすることにより、通常のCPU命令でデバイスを読み書きできます。わかりやすい例として、アドレスB8000の「メモリ」に書き込むことで、画面に文字をテキストモードで配置できます。このアドレスはRAMではなく、ビデオカードのメモリに対応するようにマップされていたため、書き込むと画面に書き込まれます。同様に、あなたはあなたが書きたい文字入れて画面tothe書くことができAL、レジストリ0x09にAH登録をした後、BIOS割り込みを呼び出します0x10。より高度な機能も同じです。アダプタのメモリの読み取りと書き込み、チップ上の関数の呼び出しなど、デバイスが公開およびドキュメント化するinetrfaceを使用できます。

本当に...これがソフトウェアとハ​​ードウェアに関する「ここでの」質問であると仮定すると、ファイルは魔法ではないので、だれでもベンダー固有のファイルなしでGPUに直接アクセスできます。

標準に準拠しているが、それ以外のすべて（つまり、より高度なもの）の機能については、製造元のプログラミングドキュメントを参照する必要があります。

それでは、GPUは、ハードウェア固有のレベルで、ベアメタルの直接的なハードウェアの観点からどのように「プログラム」されるのでしょうか。

複数の層を通して：

1. トランジスタなどのソリッドステートコンポーネント
2. 低レベルASIC
3. オンボードプロセッサとチップセット
4. 低レベルのプログラミングインターフェイス（アセンブリ）
5. 高レベルのプログラミングインターフェイス（DirectX、OpenGL）
6. 高レベルのプログラミング言語（C ++、C＃、Pythonなど）

私はコンピュータアーキテクチャの天才ではありませんが、私の知る限りでは、質問をポイントごとに扱います。

デバイスドライバーは、これを入力するとすぐに画面が更新されることを含め、画面に表示されるすべての処理を行います（もちろん、これはWindowsのようなOSの範囲内です）。

主にGPUとの直接的な相互作用を実装するのが容易ではないため、これは事実です。したがって、DirectXやOpenGLなどのグラフィックフレームワークの開発。

Wikipediaのこの便利な定義は、これをさらに詳しく説明しています。

デバイスドライバーは、ハードウェアデバイスとそれを使用するアプリケーションまたはオペレーティングシステムとの間のトランスレーターとして機能することにより、プログラミングを簡素化します。プログラマは、エンドユーザーが使用している特定のハードウェアとは無関係に、高レベルのアプリケーションコードを作成できます。

基本的に、GPUはどのようにすべてを行うかを正確に「知っている」のでしょうか？ドライバーは基本的に、ドライバーが提供する特別な命令を使用して表示用のバイナリデータを計算するために可能な、または必要なすべての極小、組み込み、またはハードウェアの回路レベルの機能を制御しますか？

GPUはマイクロプロセッサです。そのように、彼らは処理します。CPU（つまり、要素の位置）から適切なディスプレイに送られるデータを処理します。彼らはそのように製造されており、大勢の人々がGPUとの間でデータを送受信する適切な方法に同意したため、すべてを行う方法を「知っています」。

ディスプレイドライバは、バッファまたはプロキシと考えてください。あなたがプログラムウィンドウであり、ユーザーがあなたを上に移動すると想像してください。GPUにディスプレイを更新するように依頼します。しかし、GPUはクリンゴン語を話し、あなたはVulcanを話しますが、ドライバーはコマンドを受け取り、それをGPUに変換し、GPUがコマンドを実行します。

そうである場合、GPUは「特殊な」言語または「アセンブリ」を使用して、CPUと同様に送信される命令を理解しますか？

ウィキペディアから：

ARBアセンブリ言語は、低レベルのシェーディング言語であり、アセンブリ言語として特徴付けることができます。OpenGL Architecture Review Board（ARB）によって作成され、ハードウェアグラフィックパイプラインを制御するGPU命令を標準化します。

この例があり、個々のメーカー（NVIDIA、ATI）が独自の命令セットを持っていることを思い出してください。

また、OpenCLなど、GPUに直接命令をプログラムする方法が数多くあります。

これはすべて、ある程度あなたの質問に答えるはずです。