Реферат: Видеоустройства персональных ЭВМ и их основные характеристики
В настоящее время различные фирмы выпускают несколько сотен видов адаптеров. Такое разнообразие адаптеров натолкнуло разработчиков японской фирмы NEC на создание универсального монитора, который мог бы работать под управлением широкого класса адаптеров. Этот монитор получил название “мультисинк”. Он способен автоматически синхронизироваться с различными адаптерами, меняя для этого в широких пределах частоту кадров, строк и видеосигналов. Кроме того, этот монитор можно переключать из цифрового режима работы в аналоговый и обратно. В результате своей универсальности мониторы “мультисинк” обладают еще одним важным достоинством: они резко удешевляют нестандартные подсистемы видео. Дело в том, что разработка и подготовка производства адаптеров требует намного меньших затрат, чем налаживание производства мониторов. Теперь изготовители адаптеров могут рассчитывать на “мультисинки”.
Мониторы одного класса, обладающие одинаковыми принципиальными характеристиками, различаются конструкцией. Среди наиболее важных параметров назовем размер экрана, его форму, цвет фосфора монохромных мониторов. Некоторые характеристики понятны без пояснений (вес, дизайн, расположение ручек управления и др.) и мы не станем их обсуждать.
Монохромные мониторы выпускаются с кинескопом, покрытым зеленым, желтым и белым фосфором. Желтые мониторы предпочтительны для работы в светлом помещении, а зеленые - в затемненном.
Белые монохромные мониторы появились сравнительно недавно. Они особо хороши для ввода и редактирования текстов в настольных издательских системах и вообще при имитации работы с бумагой. По-английски их так и называют: paper-white, т.е. белые как бумага.
Экраны различных мониторов имеют размеры от 22 до 61 см по диагонали (9 - 24 дюйма). Для большинства работ оптимальный размер экрана равен 30 - 35 см (12 - 14 дюймов). При этом получается достаточно четкое изображение и буквы мало утомляют глаза.
У подавляющего числа мониторов горизонтальная сторона экрана относится к вертикальной в пропорции 4:3. Иногда встречаются мониторы с портретной ориентацией (вертикальной) стороны и еще реже - квадратные. Мониторы с портретной ориентацией используются в основном в настольных издательских системах, где позволяют имитировать целую страницу текста.
Отражение от экрана постоянных источников света, особенно осветительных ламп, мешает работе и портит зрение. Чтобы ослабить такие блики, экраны мониторов либо изготавливают из матового стекла, либо наносят на него матовое покрытие.
Персональный компьютер обладает огромными возможностями наглядного представления информации. Данные и различные объекты можно показать в цвете и движении. Умело пользуясь этими возможностями компьютера, вы сможете создавать и оживлять графические объекты, манипулировать цветом.
Но прежде всего Вы должны разобраться в аппаратных средствах.
Возможности визуального представления информации на персональном компьютере определяются типом монитора и видеоадаптера, к которому он подсоединен. Обычно стараются подобрать монитор, на котором полностью можно использовать возможности видеоадаптера.
Видеоадаптер - это, как правило, отдельная плата, на которой расположены микросхемы оперативной памяти самого адаптера (видеобуфер),контроллер дисплея и микросхемы с программным обеспечением.
Адаптеры могут работать в одном из алфавитно-цифровых (текстовых) или графических режимов. В алфавитно-цифровом режиме экран дисплея рассматривается как текстовая страница с определенным количеством строк текста и знакомест (символов) в строке. Обычно экранная страница содержит 25 строк по 80 знакомест в строке, хотя возможны режимы 80*43 и 40*25. Каждому знакоместу на экране соответствуют две смежные однобайтные ячейки памяти в видеобуфере адаптера.
Так, например, нулевому знакоместу в нулевой строке (строки и знакоместа в экранной странице отсчитываются от нуля) соответствуют нулевая и первая ячейки видеобуфера, а 79-тому знакоместу 24-й строки - соответственно 3998 и 3999 ячейки. Номер ячейки видеобуфера и позиция символа на экранной странице связаны следующим выражением:
n=2*(80*k + b), (1) где n - номер ячейки видеобуфера;
k=0,1,2,..,24 - номер символьной строки на экране: b=0,1,2,..,79 - номер знакоместа в строке;
2 - количество ячеек памяти, отводимых в видеобуфере для описания одного символа;
80 - количество знакомест в строке.
Используя выражение (1), легко подсчитать объем памяти, необходимый для хранения в видеобуфере одной символьной страницы с форматом 80*25 :
N=n max +2 =2*(80*24 +79)+2 = 4000 байт.
Для того, чтобы вывести какой-либо символ на экран, центральный процессор ПЭВМ долен записать, как уже отмечалось, в видеобуфер двухбайтное слово. Первый байт того слова содержит код символа и всегда записывается в четную ячейку видеобуфера, второй байт - код атрибутов символа и записывается в ячейку с нечетным номером.
Код символа - это целое число от 0 до 255. Каждому символу соответствует свой код. Например, латинской букве “A” соответствует код “65”,а символу “?” - код “63” и т.д. Причем первые 128 кодов (от “0” до “127”),в соответствии с американским стандартным кодом для обмена информации ASCII (American Standart Code for Information Interchange) отводится под строго определенный набор символов. Остальные 128 кодов(от “128” до “255”) пользователь может отводить под любые другие символы (обычно это символы национального алфавита, символы псевдографики и др.).
Байт атрибутов символа содержит информацию о цвете символа, цвете фона, на который должен накладываться символ и как должен отображаться символ - с мерцанием или без. Структура байта атрибутов символа для адаптера CGA-монитора представлена на рис.2.
Рис.2. Структура байта атрибутов.
Назначение 7-го бита байта атрибутов может программно измениться. Пользователь может определить этот бит как бит интенсивности цветов фона (аналогично биту 3,определяющему интенсивность цветов символа),или же как бит, задающий мерцание символа.
Итак, Вы уже знаете, что в буфере хранится информация, которая много о чем говорит адаптеру - какие символы и в каких позициях экранной страницы они должны выводиться, какой цвет каждого символа и на каком фоне должен отображаться этот символ и др.
Как же адаптер преобразует эту информацию в видеосигналы, т.е. в сигналы, единственно понятные монитору?
Вы уже знаете, что мельчайшим элементом изображения на экране монитора является пиксел (picture element). Наименьшим же элементом экранной страницы является знакоместо, в котором может одновременно отображаться только один символ. Большинство видеоадаптеров ПЭВМ определяют знакоместо как матрицу из 8 пикселов по вертикали (8 телевизионных строк) и такого же количества пикселов по горизонтали. В этом случае между форматом символьной страницы на экране монитора и его разрешением справедливы следующие соотношения :
N=V/8; M=H/8, (2)
где N и M - максимальное количество символьных строк и символов в строке соответственно; V и H - разрешение монитора по вертикали и горизонтали соответственно.
(Определите текстовый формат для монитора с разрешением 640*200 пиксел) Любой символ может быть отображен в знакоместе путем активизации тех или иных пикселов матрицы. Так, например, для отображения буквы “A” должны быть активизированы 4-й и 5-й пикселы в 1-й строке матрицы,3-й и 6-й - во второй строке,2 и 7 - в 3,4,6,7 и 8-й строках, а в 5-й строке необходимо активизировать 2,3,4,5,6 и 7-й пик-сел.(Проверьте это, нарисовав матрицу из 8-ми строк и 8-ми столбцов и закрасив указанные элементы матрицы).
Состояние элементов матрицы для любых символов легко кодировать двоичным кодом и хранить в памяти адаптера, если условиться, что состояние элементов (пикселов) каждой отдельной строки матрицы хранится в отдельной байте, причем в старшем(седьмом) бите каждого байта хранится состояние 1-го пиксела, в шестом бите - состояние 2-го пиксела и т.д. до нулевого бита, который характеризует состояние 8-го пиксела матричной строки(пикселы и строки в матрице символа отсчитываются с левого верхнего угла матрицы вправо и вниз соот-ветственно). Таким образом,каждый символ может быть описан восемью байтами. Первый байт хранит состояние восьми пикселов первой строки матрицы,второй байт - состояние пикселов второй строки и т.д. Ак-тивность того или иного пиксела задается установкой соответствую-щего ему разряда в байте строки. Для рассмотренного примера с бук-вой “A” последовательность байт будет следующей:
0 0 0 1 1 0 0 0 - байт 1-й строки символа
0 0 1 0 0 1 0 0 - байт 2-й строки символа
0 1 0 0 0 0 1 0 - байт 3-й строки символа
0 1 0 0 0 0 1 0 - байт 4-й строки символа
0 1 1 1 1 1 1 0 -||- 5-й -||-
0 1 0 0 0 0 1 0 -||- 6-й -||-
0 1 0 0 0 0 1 0 -||- 7-й -||-
0 1 0 0 0 0 1 0 -||- 8-й -||-
Такие восьмибайтные массивы, описывающие различные символы, хранятся в специальной памяти видеоадаптера, называемой знакогенератором. А однобайтные ASCII-коды символов (эти коды загружаются микропроцессором в видеобуфер) являются указателями на ячейку памяти в знакогенераторе, в которой хранится байт первой строки матрицы данного символа. Адрес этой ячейки вычисляется умножением кода символа на 8,т.е. на длину массива матрицы символа. Например, байт первой строки матрицы символа, код которого, скажем, “55”,будет хранится в 55*8=440-й ячейке памяти знакогенератора.
Теперь самое время вспомнить, какую роль играют синхроимпульсы. Вспомнили? Совершенно правильно! Они обеспечивают управление генераторами строчной и кадровой разверток монитора, т.е. задают координаты электронного луча на экране ЭЛТ. А т.к. синхроимпульсы вырабатываются адаптером, то он всегда знает в какой точке экрана в данный момент находится электронный луч. Но адаптер знает и другое, а именно - как распределены знакоместа на экране и с какими ячейками памяти видеобуфера эти знакоместа связаны. Поэтому, когда электронный луч после обратного хода по кадру возвращается в начало кадра, то адаптер обращается к первым двум ячейкам видеобуфера и считывает код символа, который должен отображаться в самом первом знакоместе страницы, и его атрибуты. Код символа поступает в знакогенератор и обеспечивает выборку байта первой строки матрицы данного символа. Следует отметить, что байты строк матрицы выводятся с знакогенератора побитно. Сначала выводится старший (седьмой) бит байта, затем шестой и т.д. Частота, с которой выводятся биты, соответствует частоте вывода точек на экран. Эта частота примерно равна числу пиксел в строке (640),умноженному на частоту строк (15,75кГц) и составляет десятки мегагерц. Таким образом, моменты вывода бит байта строки совпадают с моментами прохождения электронным лучом соответствующих пиксел на экране. После вывода последнего (нулевого)бита байта строки матрицы электронный луч переместится в начало следующего знакоместа. Адаптер считывает из видеобуфера код и атрибуты символа, который должен отображаться во втором знакоместе и процесс повторяется. После прохода электронным лучом первой телевизионной строки (не путайте телевизионную и символьную строки - последняя состоит из восьми телевизионных),на экран будут выведены первые строки матриц первых 80 символов. Во второй телевизионной строке будут выведены вторые строки матриц первых 80-и символов и т.д. После прохода электронным лучом восьмой телевизионной строки первая символьная строка будет выведена на экран полностью и адаптер перейдет к выводу второй символьной строки аналогичным образом. А после вывода последней символьной строки электронный луч возвращается в левый верхний угол экрана (на начало кадра) и повторяется вывод первой символьной строки, затем второй и т.д. Обновление информации в видеобуфере осуществляется центральным процессором во время обратных ходов электронного луча по кадру и строкам. Адаптер имеет доступ к видеобуферу только во время прямого хода луча. Таким образом исключается возможность одновременного доступа к видеобуферу процессора и адаптера. Следует отметить, что такое разделение времени доступа к видеобуферу должно осуществляться программным путем, а не аппаратно.
И последнее, что нам необходимо рассмотреть - это формирование цветов символа и фона. Этот процесс хорошо иллюстрирует рисунок 3. Здесь можно обойтись и без излишних комментариев, отметим только, что выводимые из знакогенератора сигналы обеспечивают вывод на RGBI-ли-нии монитора значения 3-0 разрядов кода атрибутов, когда текущий пиксел активен, и 7-4-й разряды - когда пиксел пассивный.
+---+ +---+B симв.
Б 0 ¦ B +-----------------¦& +--------+
а +---¦ +---¦ ¦ ¦ к
й 1 ¦ G +-----------+ ¦ +---¦G симв. ¦ +---+ B
т +---¦ +-+---¦& +------+ +-¦1 +----------> в
2 ¦ R +----------+ +---¦ ¦ +---+---¦ ¦ и
а +---¦ ¦ ¦ +---¦Rc¦ ¦ +---¦ G д
т 3 ¦ I +---------++--+---¦& +--+--++---¦1 +----------> е
р +---¦ ¦ +---¦ ¦ ¦ ++----¦ ¦ о
и 4 ¦ B +-------+ ¦ ¦ +---¦Ic¦ ¦¦ +---¦ R м
б +---¦ ¦ +---+---¦& ++ ¦ ¦+----¦1 +----------> о
у 5 ¦ G +-----+ ¦ +---¦ ¦¦ ¦ ¦ +--¦ ¦ н
т +---¦ ¦ ¦ ¦ +---¦¦ ¦ ¦ ¦ +---¦ I и
о 6 ¦ R +---+ ¦ +-----+---¦& ¦+-+-+--+--¦1 +----------> т
в +---¦ ¦ ¦ ¦ +-¦ +--+ ¦ ¦ +¦ ¦ о
7 ¦ Bl+-+ ¦ ¦ ¦ ¦ +---¦Gфон¦ ¦ ¦+---+ р
+---+ ¦ ¦ +-------+-+-¦& +----+ ¦ ¦ у
¦ ¦ ¦ +-¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ +---¦R фона ¦ ¦
¦ +---------+-+-¦& +-------+ ¦
¦ ¦ +-¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ +---¦I фона ¦
+-----------+-+-¦& +---------+
¦ +-¦ ¦
¦ ¦ +---+
¦ ¦
+---------+ +----+ ¦ ¦
¦ ¦ +--¦1 +---+ ¦
¦ Знако- ¦ ¦ +----+ ¦
¦генератор+-->¦ ¦
¦ ¦ ¦ +----+ ¦
¦ ¦ +--¦1 o-----+
+---------+ +----+
Рис.3. К формированию выходного RGBI-видеосигнала.
Особенностью работы видеоадаптера в графическом режиме является то, что в этом режиме адресуется каждый пиксел экрана. Так, например, при работе адаптера в четырехцветном графическом режиме с разрешением 320*200 пиксел в видеобуфере каждый пиксел описывается двумя битами. Поэтому для адресации поля в 320*200 пиксел потребуется память видеобуфера обьемом 16 тысяч байт. В каждом байте описывается четыре соседние (по строке) пиксела. Между номерами ячеек памяти в видеобуфере и точками на экране наблюдаются следующие зависимости : первый четыре пиксела первой телевизионной строки описываются в первом байте видеобуфера, вторые 4 пиксела - во втором байте и т.д. Адаптер постоянно следит за координатами электронного луча и синхронно с его движением считывает соответствующие ячейки видеобуфера. Считанный байт имеет следующую структуру :
7 6 5 4 3 2 1 0
+---------------------------------------+
¦ C1 ¦ C0 ¦ C1 ¦ C0 ¦ C1 ¦ C0 ¦ C1 ¦ C0 ¦
+---------+---------+---------+---------¦
¦состояние¦состояние¦состояние¦состояние¦
¦1-го пик-¦2-го пик-¦3-го пик-¦4-го пик-¦
¦села ¦села ¦села ¦села ¦
+---------------------------------------+
Элементы кода C1 C0 определяют цвет пиксела :
+-----------------------------------------------------+
¦ Код ¦ ¦
+------------------------¦ Цвет пиксела ¦
¦ С1 ¦ C2 ¦ ¦
+-----------+------------+----------------------------¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ цвет фона ¦
+-----------+------------+----------------------------¦
¦ 0 ¦ 1 ¦ зеленый ¦
+-----------+------------+----------------------------¦
¦ 1 ¦ 0 ¦ красный ¦
+-----------+------------+----------------------------¦
¦ 1 ¦ 1 ¦ коричневый ¦
+-----------------------------------------------------+
Следует отметить, что пользователь может программным путем изменить (переназначить) указанные комбинации С1 С0 цвета на следующие:
зеленый --> голубой
красный --> сиреневый
коричневый --> белый.
Т.е. в альтернативном варианте, например, для комбинации C1=”0”,
а C0=”1” цвет пиксела будет не зеленый, а голубой.
Цвет фона может быть выбран любым из 16 цветов, указанных в таблице 1. Этот цвет назначается пользователем программным путем и хранится в специальном регистре видеоадаптера - регистре выбора цвета.
Как программировать видеоадаптер и управлять выводом информации на экран монитора Вы узнаете на следующем занятии. А в заключение отметим, что рассмотренный принцип работы характерен для цветного графического адаптера - CGA. Этот адаптер был разработан фирмой IBM еще в 1981 г. и широко используется до настоящего времени. Правда, появившийся в 1985г. усовершенствованный графический адаптер EGA, существенно потеcнил CGA, а появление в 1987г. адаптера VGA, позволило обеспечить персональные ЭВМ еще более мощными видео средствами.
