幀緩衝區

幀緩衝區是一個影像輸出裝置，它從一個包含了完整幀數據的內存緩衝區驅動影片顯示器。

內存緩衝區中的資訊通常包含熒幕上每個像素的色彩值，色彩值常以1位、4位元、8位元、16位元及 24位元真彩色格式儲存。有時還有一個alpha通道來儲存像素的透明度。驅動幀緩衝區所需的總內存量取決於輸出訊號的解像度、色彩深度和調色盤大小。

向量顯示器比幀緩衝區出現得早，二者有很大的不同。使用向量顯示器時，只儲存了圖元（graphics primitives）的頂點。輸出顯示器的電子束按命令從一個頂點移動到另一個頂點，在這些點之間形成一個模擬的線條。而使用幀緩衝區時，電子束（如果顯示技術使用了電子束）按命令在整個熒幕上從左到右、從上到下描繪（trace），也就是電視機呈現廣播訊號的方式。與此同時，熒幕上每個點的色多媒體短訊息從幀緩衝區中取出，形成一系列離散的像素。

顯示模式

個人和家用電腦中的幀緩衝區中常有一些定義好的模式，也就是幀緩衝區可以工作的模式。這些模式可以自動組態硬件以輸出不同的解像度、色彩深度、內存佈局及重新整理頻率（英語：Refresh rate）等。

Unix中則通常沒有這些便利，而是更傾向於直接操縱硬件。這可以更靈活地設置可以使用的解像度、色彩深度和重新整理頻率，只受限於可用作幀緩衝區的內存。這種方法的一個副作用是，顯示裝置可能被迫工作在其力不能及的模式下，有時這會導致裝置器硬件上的損壞。不過更常見的是，它會產生一些垃圾而無用的輸出。現代的CRT顯示器通過引入智能保護電路而解決了這一問題。如果被設置成了不可用的顯示模式，則會顯示出錯誤資訊。

LCD也會含有這樣一個保護電路，但並不是出於這個原因。由於LCD必須以數字形式採樣顯示訊號（這樣來模擬電子束），所以超出範圍的訊號無法物理地顯示在監視器上。

調色盤

傳統的幀緩衝區支援的色彩模式很廣泛。受限於昂貴的內存，大多數早期的幀緩衝區使用的是1位、2位、4位元或 8位元的色深。小的色深導致不能產生完整的色彩範圍。其解決方法是為幀緩衝區增加一個尋找表（lookup table，LUT），把幀緩衝區中儲存的每個「顏色」作為一個索引。這就是所謂的索引色（indexed color）模式。

尋找表扮演着調色盤的角色，它包含的數據用以定義數量有限的——比如256種——色彩。但這256種色彩中的每種色彩本身，則是可能是用許多位（比如24b，每8位元對應於三原色中的一色）定義的。有了24位元，色彩就可以定義得更精細了。色彩總數有限的圖像總還有些捉襟見肘，不過它們可以被精挑細選出來，故仍被認為比直接使用8位元色略勝一疇。

在索引色模式下，幀緩衝區中儲存的數據決定了調色盤中256種色彩中的哪一種將用於當前像素，然後尋找表中儲存的數據被送往3個數-模轉換器，這樣來為顯示器建立影片訊號。

在有些設計中，也可以臨時向尋找表中寫入數據或在已有調色盤中切換，也允許把圖像分割成一個個水平條，每個水平條使用自己的調色盤，這樣就可以呈現調色盤範圍更廣的圖像了。

內存訪問

幀緩衝區通常是以直接對映到CPU內存空間的方式訪問的，但這並不是唯一的方法。比如：

把整個幀緩衝區對映到一個給定的內存範圍；
通過操作對應埠直接控制像素點或者色塊；
把幀緩衝區對映到一個比它小的內存範圍內，必要時進行內存庫切換（bank switching）。

虛擬幀緩衝區

許多系統嘗試模擬幀緩衝區裝置的功能，通常是出於相容性的考慮。兩個最常見的虛擬幀緩衝區是Linux的fbdev及X Window的Xvfb。Linux的fbdev把對訪問底層幀緩衝區的物理方式抽象成一個可靠的內存對映，以易於程式訪問。這樣增加了移植性，因為程式無須應對內存對映不連續的系統或要求內存庫切換（bank switching）了。

在X Window System中添加Xvfb是為了在沒有圖形幀緩衝區時執行X，最初的原因已不可考，而在現代系統中它常被用以支援JVM之類的程式，這些程式不允許在無介面環境中產生動態圖形。

畫面交換

由於幀緩衝區通常是為處理多個解像度而設計的，故其內存也通常比以低解像度顯示單幀所需要的內存大。由於內存的大小相當可觀，故可以在不妨礙當前所顯示幀的前提下向影片內存中寫入新幀。這是通過告訴幀緩衝區為當前幀使用某一部分特定內存來實現的。這一部分的內存內容正在顯示時，另一部分完全獨立的內存被填充為下一幀的數據。一旦從緩衝區（通常稱為「後端緩衝區」）被填充，幀緩衝區就被要求檢視從緩衝區。此時主緩衝區（通常稱為「前端緩衝區」）變成從緩衝區，從緩衝區則變成了主緩衝區。這一交換通常在垂直遮沒間隔中完成，以避免熒幕被「撕裂」（即顯示一半舊幀、一半新幀）。

現代多數幀緩衝區都有足夠多的內存，以執行主從緩衝區的交換——即使是在高解像度下。這樣，它就成了PC遊戲程式設計師所使用的一種標準技術。

圖形加速器

圖形加速器也就是現在所說的顯示卡。

隨着對高質素圖形的需求的增長，硬件廠商想出了一種方法以減少填充幀緩衝區所需的CPU時間。在Unix中常把這種硬件稱為圖形加速器。

常見的繪圖命令（多為幾何繪圖指令）以原始形式（raw form）傳送給圖形加速器，加速器再把命令的結果點陣化（rasterize）給幀緩衝區。用這種方法，每條命令可以節約幾千到幾百萬個CPU周期，這樣CPU就可以轉去處理其他工作了。

早期加速器專注於提高2D GUI系統的效能，現代的則專注於即時產生3D圖像。常見的設計是使用OpenGL/DirectX之類的庫把命令發給圖形加速器，之後圖形驅動程式把命令（commands）轉換成加速器的GPU的指令（instructions），GPU使用這些微指令來計算出點陣化的結果。這些點陣化結果以位塊形式（bit blitted）傳送到幀緩衝區。之後幀緩衝區的訊號與內建影片疊加裝置（通常用以在不修改幀緩衝區數據的情況下產生滑鼠指標）組合，模擬特效則通過修改輸出訊號的方式產生。模擬訊號修改的一個例子是3dfx Voodoo卡使用的抗鋸齒技術，它為輸出訊號添加一些輕微的模糊以淡化點陣化圖像的鋸齒。