14. Дисплей. Графический режим. Аппаратное и программное обеспечение.
Аппаратные средства для вывода информации на экран включают:
специальную электронную плату (видеоадаптер, либо адаптер дисплея, либо просто адаптер)
монитор (или просто экран).
Видеоадаптеры - это весьма сложные устройства, управляемые собственным микропроцессором, сравнимым по мощности с центральным процессором компьютера.
Видеоадаптер состоит из двух основных частей: контроллера и видеопамяти (видеобуфера). Помимо этих обязательных узлов, наиболее совершенные видеоадаптеры имеют в своем составе ряд дополнительных узлов, например специализированные контроллеры быстрой манипуляции содержимым видеобуфера (так называемые контроллеры графики).
Основное назначение видеобуфера - хранение образа информации экрана. Видеоадаптер 25 и более раз в секунду формирует изображение на экране. Так как человеческий глаз не способен уловить такое быстрое мелькание кадров, создается иллюзия неподвижного изображения на экране монитора.
Изображение на экране строится из небольших точек - так называемых пикселов (pixel - Picture ELement). Число пикселов в строке и число самих строк различно для разных типов видеоадаптеров.
Память, необходимая для хранения полного образа экрана, называется видеостраницей. Видео память позволяет хранить несколько таких страниц. Та страница, которая постоянно "освежается" в данный момент, называется текущей. Видеоадаптер способен выполнять переключение текущей видеостраницы. Объем видеопамяти и число возможных страниц, зависит от конкретного адаптера.
Управление параметрами видеосистемы может выполняться на двух уровнях:
на уровне портов видеоадаптера;
обращением к функциям BIOS.
Видеорежимы
Интегральной характеристикой особенностей работы адаптера является совокупность поддерживаемых им режимов. Поведение адаптера в том или ином режиме является фактическим стандартом и полностью характеризует все особенности адаптера, доступные для программиста средства управления адаптером и т.п. Режимы принято нумеровать, начиная с нуля. Чем совершеннее видеоадаптер, тем больше режимов он поддерживает. Как правило, более совершенные адаптеры полностью совместимы со своими предшественниками и с точки зрения прикладной программы отображает информацию точно так же, как и его предшественник.
Видеорежимы можно объединить в две группы: текстовые и графические.
Переключение из текстового режима в графический и наоборот означает полное изменение логики работы видеоадаптера с видеобуфером.
Переключение адаптера в один из графических режимов полностью изменяет логику работы аппаратуры видеосистемы. При работе в графическом режиме появляется возможность управлять цветом любой телевизионной точки экрана или пиксела. Число строк пикселов и число пикселов в каждой строке зависит от режима работы видеоадаптера. Таким образом, экран в графическом режиме представляет собой матрицу пикселов.
В графическом режиме имеется возможность индивидуального управления свечением каждой точки экрана монитора независимо от состояния остальных.
В графическом режиме каждой точке экрана — пикселу — соответствует ячейка специальной памяти, которая сканируется схемами адаптера синхронно с движением луча монитора. Точнее было бы сказать наоборот — физически движение луча вторично, так как монитор можно и не подключать, а графический адаптер все равно будет сканировать память, но логически вся конструкция строится именно исходя из поведения монитора. Эта постоянно циклически сканируемая (с кадровой частотой) память называется видеопамятью (Video Memory), или VRAM (Video RAM).
Процесс постоянного сканирования видеопамяти называется регенерацией изображения. Для программно-управляемого построения изображений к видеопамяти также должен обеспечиваться доступ и со стороны системной магистрали компьютера, причем как по записи, так и по чтению.
Количество бит видеопамяти, отводимое на каждый пиксел, определяет возможное число состояний пиксела — цветов, градаций яркости или иных атрибутов (например, мерцание). Так, при одном бите на пиксел возможны лишь два состояния — светится или не светится. Два бита на пиксел позволяют иметь одновременно четыре цвета на экране. Четыре бита на пиксел (16 цветов) были достаточны для многих графических приложений. Сейчас остановились на режимах High Color (15 бит — 32768 цветов или 16 бит — 65536 цветов), а для профессионалов — True Color — «истинный цвет» (24 бит — 16,7 миллиона цветов), реализуемых современными адаптерами и мониторами SVGA. 15 и 24 бита распределяются между базисными цветами R:G:B поровну (5:5:5 и 8:8:8), 16 бит — с учетом особенностей цветовосприятия неравномерно (5:6:5 или 6:6:4).
Логически видеопамять может быть организована по-разному, в зависимости от количества бит на пиксел.
В случае одного или двух бит на пиксел вполне логично, что каждая ячейка (байт) соответствует восьми или четырем соседним пикселам строки. При сканировании ячейка считывается в регистр сдвига, из которого информация о соседних точках последовательно поступает на выходные цепи адаптера. Такой способ отображения называется линейным — линейной последовательности пикселов соответствует линейная последовательность бит (или групп бит) видеопамяти.
При 4 битах на пиксел видеопамять разбивается на четыре области-слоя, называемых также и цветовыми плоскостями (рис. 4.3). В каждом слое используется линейная организация, где каждый байт содержит по одному биту восьми соседних пикселов. Слои сканируются (считываются в сдвиговые регистры) одновременно, в результате чего параллельно формируются по четыре бита на каждый пиксел. Такое решение позволяет снизить частоту считывания ячеек памяти — одна операция чтения производится за время прохода лучом восьми пикселов. Забота о снижении частоты считывания понятна — быстродействие памяти ограничено, а ведь в эту память нужно информацию когда-то и записывать. Ячейки слоев, отвечающие за одни и те же пикселы, имеют совпадающий адрес. Это позволяет производить параллельную запись информации сразу в несколько цветовых плоскостей (запись для каждого слоя разрешается индивидуально), что также экономит время Считывание со стороны магистрали, конечно, возможно только послойное.
