Базовые системы отображения
Базовые системы отображения.
Без возможности видеть результаты своей работы, персоВннальный компьютер стал бы бесполезным инструментом. НеобхоВндимо каким либо образом наблюдать за сигналами компьютерной системы, что бы знать, чем она занимается в данный момент. Сегодня реализацией подобного рода функций занимается видеВносистема.
Видеосистема не всегда была неотъемлемой частью компьВнютеров. Последние существовали уже тогда, когда ещё не было телевидения в его сегедняшнем понимании. Первые процессоры в качестве выходных устройств использовали принтеры, котоВнрые позволяли получить твёрдую копию выходного результата, что тоже очень важно в нашем переменчивом мире.
Стандартными средствами для отображения текста являВнются дисплеи, работающие с картами символов. Специальная область памяти зарезервирована для хранения символа, котоВнрый предстоит изобразить на экране. И программы пишут текст на экран, заполняя символами эту область памяти. Экран, чаВнще всего, представляется матрицей 80 на 25 символов.
Образ каждого символа, который появляется на экране, хранится в специальной микросхеме ПЗУ. Эта память относится к видеоцепям компьютера.
Каждый символ на экране формируется множеством точек. Несколько видеостандартов, используемых IBM и другими фирВнмами, отличаются количеством точек, используемых при формиВнровании символов.
IBM четыре раза меняла назначение ОЗУ под видеосистеВнму. Во-первых, это касается PC и XT. Еще один вариант используется в PCjr и последний предназначается для всех последних улучшеных видеосистем.
Первые две видеосистемы PC использовали различные обВнласти памяти и поэтому могли работать одновременно. Обычно одна область памяти предназначается для монохромного диспВнлея, а другая для цветного. Используются одни и те же обВнласти памяти для любого режима в независимости от используВнемого адаптера дисплея. Память монохромного экрана располоВнгается по адресу В0000 , цветного - В8000. Для обеспечения совместимости все новые видеосистемы могут работать через эти же адреса, даже если они хранят дополнительную информаВнцию еще где-либо.
Программы, заносящие информацию на экран, должны знать, какую память они должны использовать для этого. НужВнную информацию можно получить, прочтя информацию из специВнального байта памяти - флага видеорежима. Он предназначаВнется для указания: какого вида адаптер дисплея установлен внутри компьютера и используется в настоящее время. Он позВнволяет компьютеру знать, с каким дисплеем - монохромным или цветным - он имеет дело.
Этот байт позволяет так же указать - с цветным или черно-белым дисплеем работает компьютер даже в том случае, если установлен адаптер, способный работать с двумя видами дисплеев. Байт флага видеорежима размещается в начале опеВнративной памяти, по адресу 0463. Для кодировки текущего дисплея используется байт 0В4 - для указания монохромного режима и 0D4 - для цветного.
По стандарту IBM символы, видимые на экране, не храВннятся в непрерывной последовательности. Символы, которые мы видим на экране, располагаются в байтах памяти с промежутВнком в один байт. Эти промежуточные байты отведены для храВннения параметров изображаемых символов. Четный байт памяти содержит символ, а нечетный - хранит его атрибуты.
Излишки выделенной памяти могут использоваться для хранения нескольких изображений экранов. Каждый такой образ называется видеостраницей. Все базовые видеосистемы разраВнботаны таким образом, чтобы реализовать быстрое переключеВнние с одной страници на другую. Это позволяет изменять изображения экрана почти без всяких задержек. С помощью пеВнреключателей можно управлять скоростью замены экранных страниц.
Базовая цветная система IBM имеет возможность работать в режиме с изображением текста в 40 столбцах экрана. Этот режим позволяет работать пользователю с компьютером через телевизионный приемник вместо дисплея. Телевизор не обладаВнет такой точностью, как монитор компьютера. 80 столбцов текста на экране телевизора сливаются. При уменьшении числа столбцов текста в два раза, требуется в два раза меньше паВнмяти для хранения. Это в свою очередь позволяет в два раза увеличить число видеостраниц.
По прошествии времени IBM улучшила качество своих виВндеосистем и соответственно увеличила объем памяти, испольВнзуемой для нее. Для символьных дисплеев эта память испольВнзуется для реализации новых видеорежимов, которые позволяют разместить на экране больше строк (до 43) и увеличить число видеостраниц. Некоторые видеосистемы могут реализовывать свои собственные режимы при работе с текстом. Они могут размещать текст в 60 строках и 132 столбцах.
Псевдографика
Графическое изображение легко получить в любом текстоВнвом режиме. Так как с помощью 1 байта можно закодировать 256 символов - это число с избытком перекрывает весь алфаВнвит и все цифры, IBM использует свободные значения для коВндировки некоторых специальных символов. Большинство этих дополнительных символов создано для формирования графиВнческих изображений.
При помощи этих символов, используемых в качестве кирВнпичиков, можно формировать на экране структуры всевозможной конфигурации. Некоторые дополнительные символы формируют изображение в виде двойных линий, уголков и пробелов, позВнволяя легко формировать обрамление текста. Эти символы наВнзываются псевдографикой.
С другой стороны стороны, качество псевдографики - саВнмое низкое, по сравнению с любой другой графической систеВнмой, реализуемой РС. Изображение, формируемое графическими блоками, имеет острые углы и грубое наполнение. Округлую деталировку и плавные переходы невозможно получить, испольВнзуя большие графические блоки. Поэтому такой инструмент представляется слишком грубым во многих применениях.
Однако псевдографика является единственно доступной во всех системах IBM как с цветным, так и черно-белым монитоВнром. Она реализует наипростейшие графические построения.
Растровая графика
Одним вариантом улучшения качества графического изобВнражения является уменьшение размеров самих графических блоВнков. При помощи меньших блоков можно сформировать менее угВнловатое изображение с большей деталировкой. Чем меньше разВнмер блоков, тем лучше качество получаемого изображения. ОдВннако характеристики дисплейной системы накладывают ограниВнчения на эту пропорцию. Размер блока не может быть меньше точки экрана. Поэтому самое лучшее изображение можно полуВнчить при работе с индивидуальными точками экрана.
Эти точки представляют из себя элементарные частицы, из которых формируются любые блочные конструкции и называВнются пикселями. Однако не все системы способны работать с элементарными точками видеосистемы. В некоторых из них пиксели образуются при помощи некоторого множества экранных точек. И системы способны оперировать только с целыми пикселями, а не отдельными точками экрана.
Наилучших результатов можно достичь, выделив некоторую область памяти для хранения информации по отбражению на экВнране каждого пикселя изображения, как это сделано для текстового режима, когда каждому символу выделяется два байта. В системах IBM информация по каждому пикселю храВннится в одном или болле битах памяти. Такие системы часто называются системами с растровой графикой. Альтернативой данной технологии является описание пикселя с использованиВнем адресации памяти. Последний метод называют графикой с адресацией всех точек.
Растровая графика потенциально имеет больше возможВнностей для формирования более точного изображения. Большее количество обрабатываемых пикселей означает реализацию большего числа деталей. Число точеки, соответственно, поВнтенциально возможное число пикселей во много раз превышает число символов, изображаемых на экране: от 64 до 128 раз.
Однако недостатком такой разрешающей способности растВнровой графики является использование болльшого объема памяВнти. Закрепление за каждой точкой экрана одного или двух байтов памяти пропорционально увеличит общий ее объем, закВнрепляемой за видеосистемой. Графические системы IBM с наиВнменьшим качеством требуют 128 К памяти при закрепленнии за каждой точкой только одного байта. хотя по сегодняшним стандартам 128 К - небольшой объем, но не следует забывать, что при разработке графики для РС времена были другие. ПоэВнтому для первых персональных компьютеров было выделено только 16 К оперативной памяти под графическую информацию.
Графический сопроцессор
Точно так же, как арифметический сопоцесоор способен существвенно повысить быстродействие РС при расчете сложных математических функций, графический сопроцессор может ускоВнрить работу компьютера при формировании изображения на экВнране монитора. Причем ускорение работы очень существенно, потому что графический сопроцессор способен обрабатывать огромные объемы графической информации - сотни тысяч пиксеВнлей за несравнимо более короткий промежуток времени, по сравнению с центральным микропроцессором. Современные граВнфические сопроцессоры Intel 82796 и Texas Instruments TMS34010 широко используются в высокопроизводительных системах. IBM также создала свою графическую систему, разВнместив ее на отдельной плате - 8415А.
Графические сопроцессоры являются основой для создания скоростных видеосистем. Точно так же, как для математиВнческих сопроцессоров, графическим сопроцессорам требуется свое програмное обеспечение. Кроме того, во многих случаях им требуется специфические, более дорогие мониторы.
Графические операционные системы
Проблема с програмным обеспечением может быть решена при помощи специальных графических операционных систем, таВнких, как Microsoft Windows или Digital Research GEM - при работе в среде DOS, или Presentation Manager - для OS/2. Эти системы служат мостом, связывающим программы пользоваВнтеля и усовершенствованные видеосистемы, включая и реализоВнванные на графических сопроцессорах.
Алгоритм их работы напоминает алгоритм работы BIOS. Он основывается на использовании вызова специальных подпрогВнрамм по формированию соответствующего изображения на видеоВндисплее. Графические системы переводят поступающие команды на язык понятный для графических сопроцессоров или других видеоустройств. Таким образом, пользователю нужно только оперировать образами, формируемыми графическими системами. Насыщение систем новыми функциями является делом разработВнчика графического пакета.
Например, программе нужно очистить экран. Для этого она должна передать графическому пакету соответствующую коВнманду, и только. Все взаимодействие с техническим обеспечеВннием реализует сама графическая система. Однако ей необхоВндимо знать точно, на какой видеосистеме нужно очистить экВнран, чтобы сформировать команды надлежащим образом. ГрафиВнческие пакеты распознают устройства технического обеспечеВнния по средствам програмного драйвера, устанавливаемого в файле CONFIG.SYS. При замене видеосистемы потребуется тольВнко заменить один драйвер, используемый грфической операциВнонной системой, и все пользовательские программы будут раВнботать с новой системой отображения.
Видеоадаптеры
Сначала существовал только один тип персональных компьютеров IBM, который комплектовался тоже только одноВнтипными вдеодисплеями. Его экран был однотонно-зеленым. Текст изображался грубым шрифтом, а из графических средств реализовывалась только псевдографика. Все достоинства этого времени - у пользователя не болела голова, какую видеВносистему использовать для своего РС.
Мног воды утекло с тех пор, и все технологии компьВнютерных подсистем шагнули далеко вперед. Видеосистемы соВнвершенствовались, как ни что другое, буквально с каждым днем. И пользователю приходится решать сложную задачу: каВнкой видеоадаптер выбрать из нескольких десятков имеющихся сейчас на рынке в условиях существования полдюжины "официВнальных" видеостандартов, и нескольких десятков видеосистем, реализующих идеи, позволяющие превзойти эти стандарты.
Почти полностью все развитие видеостандартов происхоВндило на основании видеоадаптеров, предлагаемых IBM в своих компьютерах. Прогресс шел постоянно, начиная от жуткого зеВнленого экрана, до сегодняшних полноцветных дисплеев с высоВнкой разрешающей способностью. Параллельно увеличивалось вредное влияние видеосистем на глаза человека.
Адаптер монохромного дисплея
Этот адаптер часто называют просто MDA от Monochrome Display Adapter, хотя его официальное имя - Monochrome Display, или Parallel Printer Adapter.
Слово монохромный отражает самую важную характеристику MDA. Он был создан для работы с одноцветным дисплеем. ПерВнвоначально он работал с экранами зеленого цвета, которыми обеспечивались преимущественно все системы IBM того времени.
Слова "адаптер дисплея" несут функциональное описание. Это устройство преобразует сигналы, распространяющиеся по шине РС, к форме, воспринимаемой видеосистемой. Возможность подключения принтера к этому адаптеру является его достоВнинством, потому что позволяет подключить принтер без использования еще одного разъема расширения.
MDA является символьной системой, не обеспечивающей никакой другой графики, за исключением расширенного мноВнжества символов IBM. Это был первый адаптер IBM и до недавВннего времени он был лучшим адаптером для обработки текстов, обеспечивающим самое четкое изображение символов, по сравВннению с любыми дисплейными системами, выпущенными до PS/2.
Текстовый режим был целью разработки адаптера. Тогда IBM не могла вообразить, что кому-либо понадобится рисовать схемы на дисплее.
Символы MDA
Для обеспечения подключения терминалов, используемых в больших компьютерных системах, IBM для изображения символа в MDA использовала площадь экрана в 9 х 14 пикселей, а сам символ был 7 х 9. Дополнительное пространство использоваВнлось для разделения каждого символа, что увеличивало читаеВнмость.
Для реализации тогдашних стандартов видеотерминалов, обрабатывающих символы по 80 столбцам и 25 рядам, требоваВнлось 740 горизонтальных пикселей и 350 вертикальных - 252000 точек на экран.
Частота MDA
При работе с таким количеством точек IBM пошла на компромисс. При отображении информации с большой частотой потребовалось бы более широкополосный монитор, чем тот, коВнторый был доступен(во всяком случае за небольшие деньги) во время разработки РС. IBM слегка уменьшил используемую частоту, доведя ее до 50 Гц и компенсировала возможность появления мерцания экрана использованием люминофора с больВншим остаточным свечением. Таким образом появился стандарт IBM на монохромный дисплей.
Используемая более низкая частота давала дополнительно время электронной пушке обрабатывать каждую строку изобраВнжения. Однако даже с такой форой плотность точек по монохВнромным стандартам IBM требовала увеличения горизонтальной частоты по отношению к используемой в популярном видеомониВнторе - телевизионном приемнике 7 - 18,1 КГц против 15,525 КГц.
Цветной графический адаптер
Первым растровым дисплейным адаптером, разработанным IBM для РС, был цветной графический адаптер - CGA (Color Graphic Adapter). Представленная альтернатива MDA ослепила, привыкши к зеленому, компьютерный мир. Новый адаптер обеспечивал 16 ярких чистых цветов. Помимо этого, он обла-
дал способностью работать в нескольких графических режимах
с различной разрешающей способностью.
Как об этом говорит наименование адаптера, он предназВнначался для формирования графического изображения на цветВнном экране. Однако он обеспечивал работу и с монохромными дисплеями, созданными не IBM для платы MDA. Он мог работать в паре как с монохромными, так и с композитными мониторами, и даже с модулятором телевизионных приемников. (Тем не меВннее вы не можете подключить CGA к телевизору если у последВннего нет композитного видеовхода). Обеспечивает также рабоВнту светового пера.
CGA - Это многорежимный дисплейный адаптер. Он может использоваться и для символьных и для побитных технологий. Для каждой из них он реализует несколько режимов. Он содерВнжит 16 Кб памяти, прямо доступных центральному микропроВнцессору.
Символьные режимы CGA
Символьный режим функционирования CGA устанавливается по умолчанию. В этом режиме функционирование CGA напоминает MDA. Главным отличием этих двух адаптеров является то, что второй был создан для работы с нестандартными вертикальными и горизонтальными частотами, обеспечивая более четкое изобВнражение. CGA же использует стандартные частоты - те, что используются композиционными дисплеями. Это дает возможВнность быть совместимым с большим семейством мониторов, но в то же время уменьшает качество изображения.
Для того, чтобы обеспечить функционирование с 15,525 КГц горизонтальной частоты и 60 Гц вертикальной, CGA раздеВнлил дисплей на матрицу в 640 горизонтальных пикселей и 200 вертикальных. Для того, чтобы расположить 2000 символов на экране размером 80 х 25 символов - в формате MDA - испольВнзуются ячейки 8 х 8 пикселей.
16 Кб памяти CGA позволяют работать с 4 страницами текста. Обычно в текстовом режиме используется единственная страница - первая. Остальные доступны программам и пользоВнвателю через BIOS и через регистр режима CGA.
Качество символов CGA
В системах CGA каждый символ располагается в матрице
7 х 7. Одна точка зарезервирована для подстрочного элемента и еще одна - для разделения. Очевидно, что подстрочный элеВнмент имеет протяженность на все изображение, что позволяет избежать использование дополнительных линий для разделения строк текста. Использование меньшего количества точек при изображении символа означает, что его изображение будет иметь более грубую и менее приятную форму по сравнению с MDA.
Цвета символов
В любом текстовом режиме IBM, используя атрибуты, можВнно работать с 16-цветовой палитрой. Любой символ текста моВнжет быть изображен любым из 16 цветов.
Фон символа - точки, входящие в матрицу символа 8 х 8 и не участвующие в формировании формы символа, - может такВнже иметь один из 16 цветов, но с одним ограничением. В реВнжиме, устанавливаемом по умолчанию, для фона можно испольВнзовать 8 цветов, потому что бит в байте параметров, устаВннавливающий яркость или интенсивность фонового цвета, предВнназначается для другой цели. Он используется для задания режима мерцания символа.
Специальный регистр CGA изменяет назначение этого биВнта. Загружая определенные значения в этот регистр, пользоВнватель или программа могут выбирать между использованием мерцания или изображением цвета фона с повышенной интенсивВнностью. Однако этот регистр управляет всем текстом экрана, поэтому невозможно одновременно использовать и мерцающие символы и повышенную интенсивность цветового фона.
CGA требует от программистов прямого обращения к этому регистру. Более усовершенствованные адаптеры IBM используют дополнительную программу BIOS для реализации этой функции.
Улучшенный графический адаптер
К 1984 году недостатки CGA стали очевидными. Это выяВнвилось благодаря широкому его распространению. Тяжело читаВнемый текст и грубая графика портили зрение лучше всякого другого приспособления.
Как ответ на заслуженную критику, появился улучшенный графический адаптер - EGA. Улучшение было многосторонним: возросшая разрешающая способность, возможность обеспечивать графический режим монохромных экранов, в том числе любимых IBM зеленых дисплеев.
Разрешающая способность EGA
Самое существенное изменение хорошо заметно по формиВнруемому изображению. Разрешающая способность была увеличена до 640 х 350 пикселей. Ячейки символов имеют размер 8 х 14. И хотя такая ячейка на одну точку уже, чем поддерживаемая MDA, символ формируется той же матрицей 7 х 9. Но более важным являлось то, что было выделено достаточно места для подстрочного и надстрочного пространства. Благодаря этому смежные ряды не сливались и цветное изображение текста воспринималось также хорошо, как и монохромное.
Разрешающая способность 640 х 350 обеспечивалось в графическом режиме. Этот адаптер мог также поддерживать все графические режимы предыдущих адаптеров IBM. Это означает, что EGA способен обеспечить все режимы устаревшего CGA.
Частоты EGA
Для того, чтобы обеспечить передачу на экрандополниВнтельной информации, согласно стандарту EGA, необходимо использовать сигнал с более широкой полосой частот, увелиВнчив его диапазон до более высокой частоты. Вместо 15,525 КГц CGA, EGA увеличил горизонтальную частоту сканирования до 22,2 КГц. Вертикальная частота сканирования ( частота кадров) приблизительно равна 60 Гц. Из-за использования боВнлее высокой частоты стандарт EGA несовместим с устройстваВнми, созданными по стандарту NTSC. В эту группу устройств входят и телевизоры. Требуется специальные дисплеи EGA или мультисинковые дисплеи.
Цвета EGA
Возможности стандарта EGA по формированию цветной гамВнмы существенно возросли. Посредством изменения интерфейса адаптер - дисплей, реализуемая палитра EGA была расширена до 64 оттенков(считая черный и различные оттенки серого, как отдельные цвета). Кроме того, благодаря наличию большоВнго ресурса памяти стандарт EGA способен поддерживать более широкую палитру цветов с более высоким уровнем разрешающей способности. В режиме с максимальной разрешаемой способВнностью и полным использованием ресурса памяти, EGA в состоВнянии одновременно формировать изображение в 16 цветовых отВнтенках выбранных из 64 цветной палитры на экране в 640 х 350 пикселей.
Video Graphics Array - VGA
Весь процесс рзработки IBM дисплеев для своих персоВннальных компьютеров поддается и не поддается логическому объяснению. С одной стороны, некоторые видеосистемы IBM для отдельных применений подходили лучше других. Но с другой - отказ от узкой специализации на отдельное видеоустройство дает возможность настроить адаптер на разные типы дисплеев, что открывает огромный рынок для дополнительной видеопроВндукции, поступающей от независимых поставщиков, что обеспеВнчивает в свою очередь расширение снабжения рынка. При переВнходе к новому видеостандарту адаптерная плата может быть легко заменена другой. С другой стороны, объединение диспВнлея и адаптера поддается логическому обоснованию также.
Компьютеры Portable такие, как PC Portable (которые не содержат на своей системной плате дисплейную систему) и пеВнреносные компьютеры Convertible (содержащую ее там) требуют полной интеграции дисплея и центрального блока для увеличеВнния транспортабельности переносных компьютеров. Такой подВнход имеет преимущество простоты сборки системы. Система поступает в виде одного большого блока и не нужно задумыВнваться, как собрать систему из составляющих.Более того, таВнкой способ реализации видеосистемы чаще всего обходится деВншевле, потому что не требует устанавливать платы расширеВнния, интерфейсные цепи и взымать деньги за дополнительные разработки. Для снижения стоимости PCjr в этой модели IBM сначала использовала видеосистему, реализуемую на системной плате.
Промежуточным вариантом является реализация видеВносистемы на базе платы расширения, чья стоимость входит в стоимость системы. Большинство персональных компьютеров продается по такой методике.
Разрешающая способность VGA в графическом режиме
Точно так же, как и в предыдущие системы, VGA обеспеВнчивают различные уровни разрешающей способности в различных режимах функционирования. Но VGA обеспечивает гораздо больВншее количество режимов. Их общее число равно 17. Однако в графическом и текстовом режимах достигаются отличающиеся уровни разрешающей способности.
В графических режимах при формировании растрового цветного изображения достигается разрешающая способность 640 х 480 пикселей. При этом формируется 16 цветов выбранВнных из палитры в 256. Такой же уровень разрешающей способВнности обеспечивается и для монохромного изображения.
Переход к стандарту 640 х 480 пикселей от стандарта EGA (640 x 350) позволил улучшить точность изображения. Стандарт VGA позволяет создать изображение более точное с использованием большей гаммы цветов.
Для программистов, разрабатывающих графику, отношение числа горизонтальных пикселей к вертикальному равное 4:3, является благоприятствующим фактором потому что оно равно отношению сторон экрана большинства мониторов.
Цвета VGA
Новый стандарт способен поддерживать 256 оттенков экВнрана одновременно. Цвета выбираются из палитры 262144 отВнтенка. В этом режиме, разрешающая способность ограничена уровнем 320 х 200 пикселей. Эта разрешающая способность CGA, работающего в режиме со средней разрешающей способВнностью, но последний может работать одновременно с четырьмя цветами, выбранными из палитры в шестнадцать цветов.
Вместе с этим смотрят:
Безопасность сетей на базе TCP-IPБиблиотека TURBO VISIONБиблиотечные системыБлок памяти