Адаптер VGA. Організація і робота.

Базові системи відображення.

Без можливості бачити результати своєї роботи, персональний комп'ютер став би марним інструментом. Необхідно яким-небудь чином спостерігати за сигналами комп'ютерної системи, що б знати, чим вона займається в даний момент. Сьогодні реалізацією подібного роду функцій займається відеосистема.

Відеосистема не завжди була невід'ємною частиною комп'ютерів. Останні існували вже тоді, коли ще не було телебачення в його сьогоднішньому розумінні. Перші процесори в якості вихідних пристроїв використовували принтери, які дозволяли отримати тверду копію вихідного результату, що теж дуже важливо в нашому мінливому світі.

Стандартними засобами для відображення тексту є дисплеї, що працюють з картами символів. Спеціальна область пам'яті комп'ютера була зарезервована для зберігання символу, який належить зобразити на екрані. І програми пишуть текст на екран, заповнюючи символами цю область пам'яті. Екран найчастіше представляється матрицею 80 на 25 символів.

Образ кожного символу, що з'являється на екрані, зберігається в спеціальній мікросхемі ПЗП. Ця пам'ять відноситься до відеоцепям комп'ютера.

Кожен символ на екрані формується безліччю точок. Кілька відеостандартів, що використовуються IBM та іншими фірмами, відрізняються кількістю точок, що використовуються при формуванні символів.

IBM чотири рази змінювала призначення ОЗУ під відеосистему. По-перше, це стосується PC і XT. Ще один варіант використовується в PCjr і останній призначається для всіх останніх покращених відеосистем.

Перші два відеосистеми PC використовували різні області пам'яті і тому могли працювати одночасно. Звичайно одна область пам'яті призначається для монохромного дисплея, а інша для кольорового. Використовуються ті ж області пам'яті для будь-якого режиму в незалежності від використовуваного адаптера дисплея. Пам'ять монохромного екрану розташований за адресою В0000, кольорового - В8000. Для забезпечення сумісності все нові відео системи можуть працювати через ці ж адреси, навіть якщо вони зберігають додаткову інформацію ще де-небудь.

Програми, заносять інформацію на екран, повинні знати, яку пам'ять вони повинні використовувати для цього. Потрібну інформацію можна отримати, прочитавши інформацію зі спеціального байта пам'яті - прапора відеорежиму. Він призначається для вказівки: якого виду адаптер дисплея встановлений усередині комп'ютера й активний у цей час. Він дозволяє комп'ютеру знати, з яким дисплеєм - монохромним або кольоровим він має справу.

Цей байт дозволяє так само вказати - з кольоровим або монохромним дисплеєм працює комп'ютер навіть в тому випадку, якщо встановлений адаптер, здатний працювати з двома видами дисплеїв. Байт прапора відеорежиму розміщується на початку пам'ять, за адресою 0463h. Для кодування поточного дисплея використовується байт 0В4h для вказівки монохромного режиму і 0D4h - для кольорового.

За стандартом IBM символи, видимі на екрані, не зберігаються в безперервній послідовності. Символи, які ми бачимо на екрані, розташовуються в байтах пам'яті з проміжком в один байт. Ці проміжні байти відведені для зберігання параметрів зображуваних символів. Парний байт пам'яті містить символ, а непарний - зберігає його атрибути.

Надлишки виділеної пам'яті можуть використовуватися для зберігання декількох зображень екранів. Кожен такий образ називається відеосторінок. Усі базові відеосистеми розроблені таким чином, щоб реалізувати швидке переключення з однієї сторінки на іншу. Це дозволяє змінювати зображення екрана майже без будь-яких затримок. За допомогою перемикачів можна керувати швидкістю заміни екранних сторінок.

Базова кольорова система IBM має можливість працювати в режимі з зображенням тексту в 40 стовпцях екрану. Цей режим дозволяє користувачеві працювати з комп'ютером через телевізійний приймач замість дисплея. Телевізор не володіє такою точністю, як монітор комп'ютера. 80 стовпчиків тексту на екрані телевізора зливаються. При зменшенні числа стовпців тексту в два рази, потрібно в два рази менше пам'яті для зберігання. Це в свою чергу дозволяє в два рази збільшити число відеосторінок.

З плином часу IBM покращила якість своїх відеосистем і відповідно збільшила обсяг пам'яті, яка використовується для неї. Для символьних дисплеїв ця пам'ять використовується для реалізації нових видеорежимов, які дозволяють розмістити на екрані більше рядків (до 43) і збільшити число відеосторінок. Деякі відеосистеми можуть реалізовувати свої власні режими при роботі з текстом. Вони можуть розміщувати текст в рядках 60 та 132 стовпцях.

Псевдографіки

Графічне зображення легко отримати в будь-якому текстовому режимі. Так як за допомогою одного байта можна закодувати 256 символів - це число з надлишком перекриває весь алфавіт і всі цифри, IBM використовує вільні значення для кодування деяких спеціальних символів. Більшість цих додаткових символів створено для формування графічних зображень.

За допомогою цих символів, що використовуються в якості цеглинок, можна формувати на екрані структури всілякої конфігурації. Деякі додаткові символи формують зображення у вигляді подвійних ліній, куточків та прогалин, дозволяючи легко формувати обрамлення тексту. Ці символи називаються псевдографіки.

З іншого боку, якість псевдографіки - найнижче в порівнянні з будь-якою іншою графічною системою, що реалізовується РС. Зображення, сформоване графічними блоками, має гострі кути і грубе наповнення. Округлу деталювання і плавні переходи неможливо отримати, використовуючи великі графічні блоки. Тому такий інструмент видається занадто грубим в багатьох застосуваннях.

Однак псевдографіки є єдино доступною в усіх системах IBM як з кольоровим, так і чорно-білим монітором. Вона реалізує найпростіших графічні побудови.

Растрова графіка

Одним з варіантів поліпшення якості графічного зображення є зменшення розмірів самих графічних блоків. За допомогою менших блоків можна сформувати менш вугласте зображення з більшою деталізацією. Чим менше розмір блоків, тим краща якість отриманого зображення. Однак характеристики дисплейної системи накладають обмеження на цю пропорцію. Розмір блоку не може бути менше точки екрана. Тому найкраще зображення можна отримати при роботі з індивідуальними точками екрану.

Ці точки являють собою елементарні частинки, з яких формуються будь-які блокові конструкції і називаються пікселами. Однак не всі системи здатні працювати з елементарними крапками відеосистеми. У деяких з них пікселі утворюються за допомогою деякої безлічі екранних пікселів. І системи здатні оперувати тільки з цілими пікселами, а не окремими точками екрану.

Найкращих результатів можна досягти, виділивши певну область пам'яті для зберігання інформації з отбраженію на екрані кожного пікселя зображення, як це зроблено для текстового режиму, коли кожного символу виділяється два байти. У системах IBM інформація по кожному пікселю зберігається в одному або більше бітах пам'яті. Такі системи часто називаються системами з растрової графікою. Альтернативою даної технології є опис пікселя з використанням адресації пам'яті. Останній метод називають графікою з адресацією усіх точок.

Растрова графіка потенційно має більше можливостей для формування більш точного зображення. Більша кількість оброблюваних пікселів означає реалізацію більшої кількості деталей. Кількість точок і, відповідно, потенційно можливу кількість пікселів у багато разів перевищує кількість символів, зображуваних на екрані: від 64 до 128 разів.

Однак недоліком такої роздільної здатності растрової графіки є використання великого обсягу пам'яті. Закріплення за кожною точкою екрана одного чи двох байтів пам'яті пропорційно збільшить загальний її обсяг, закріплює за відеосистемою. Графічні системи IBM з найменшою якістю вимагають 128 До пам'яті при закріпленні за кожною точкою тільки одного байта. Хоча, за сьогоднішніми стандартами 128 К - невеликий об'єм, але не слід забувати, що при розробці графіки для РС часи були інші. Тому для перших персональних комп'ютерів було виділено лише 16 До оперативної пам'яті під графічну інформацію.

Графічний співпроцесор

Точно так само, як арифметичний співпроцесор здатний суттєво підвищити швидкодію РС при розрахунку складних математичних функцій, графічний співпроцесор може прискорити роботу комп'ютера при формуванні зображення на екрані монітора. Причому прискорення роботи дуже суттєво, тому що графічний співпроцесор здатний обробляти величезні обсяги графічної інформації - сотні тисяч пікселів за незрівнянно більш короткий проміжок часу, у порівнянні з центральним мікропроцесором. Сучасні графічні співпроцесори Intel 82796 і Texas Instruments TMS34010 широко використовуються у високопродуктивних системах. IBM також створила свою графічну систему, розмістивши її на окремій платі - 8415А.

Графічні співпроцесори є основою для створення швидкісних відеосистем. Точно так само, як для математичних співпроцесорів, графічним співпроцесора потрібно своє програмне забезпечення. Крім того, у багатьох випадках їм потрібні специфічні, більш дорогі монітори. Графічні операційні системи

Проблема з програмним забезпеченням може бути вирішена за допомогою спеціальних графічних операційних систем, таких, як Microsoft Windows або Digital Research GEM - при роботі в середовищі DOS, або Presentation Manager - для OS/2. Ці системи служать мостом, що зв'язує програми користувача і вдосконалені відеосистеми, включаючи і реалізовані на графічних співпроцесора.

Алгоритм їх роботи нагадує алгоритм роботи BIOS. Він грунтується на використанні виклику спеціальних підпрограм з формування відповідного зображення на відеодисплей. Графічні системи переводять надходять команди на мову зрозумілу для графічних співпроцесорів або інших відеопристроїв. Таким чином, користувачеві потрібно тільки оперувати образами, формованими графічними системами. Насичення систем новими функціями є справою розробника графічного пакета.

Наприклад, програму потрібно очистити екран. Для цього вона повинна передати графічного пакету відповідну команду, і тільки. Всі взаємодія з технічним забезпеченням реалізує сама графічна система. Проте їй необхідно знати точно, на який відеосистеми потрібно очистити екран, щоб сформувати команди належним чином. Графічні пакети розпізнають пристрої технічного забезпечення по засобах програмного драйвера, що встановлюється у файлі CONFIG.SYS. При заміні відеосистеми буде потрібно тільки замінити один драйвер, що використовується графічною операційною системою, і всі призначені для користувача програми будуть працювати з новою системою відображення. Відеоадаптери.

Спочатку існував тільки один тип персональних комп'ютерів IBM, який комплектувався теж тільки однотипними відеодісплеямі. Його екран був однотонно-зеленим. Текст зображувався грубим шрифтом, а з графічних засобів реалізовувалася тільки псевдографіки. Всі достоїнства цього часу у користувача не боліла голова, яку відеосистему використовувати для свого РС.

Багато води утекло з тих пір, і всі технології комп'ютерних підсистем зробили крок далеко вперед. Відеосистеми удосконалювалися, як ні що інше, буквально з кожним днем. І користувачеві доводиться вирішувати складне завдання: який відеоадаптер вибрати з декількох десятків наявних зараз на ринку в умовах існування півдюжини "офіційних" відеостандартів, і декількох десятків відеосистем, що реалізують ідеї, що дозволяють перевершити ці стандарти.

Майже повністю весь розвиток відеостандартів відбувалося на підставі відеоадаптерів, пропонованих IBM у своїх комп'ютерах. Прогрес йшов постійно, починаючи від моторошного зеленого екрану, до сьогоднішніх повнокольорових дисплеїв з високою роздільною здатністю. Паралельно збільшувалося шкідливий вплив відеосистем на очі людини. Адаптер монохромного дисплея.

Цей адаптер часто називають просто MDA від Monochrome Display Adapter, хоча його офіційне ім'я - Monochrome Display, або Parallel Printer Adapter.

Слово "монохромний" відображає найважливішу характеристику MDA. Він був створений для роботи з однокольоровим дисплеєм. Спочатку він працював з екранами зеленого кольору, якими забезпечувалися переважно всі системи IBM того часу.

Слова "адаптер дисплея" несуть функціональний опис. Цей пристрій перетворює сигнали, що поширюються по шині РС, до форми, яка сприймається відеосистемою. Можливість підключення принтера до цього адаптера є його перевагою, тому що дозволяє підключити принтер без використання ще одного роз'єму розширення.

MDA є символьної системою, що не забезпечує жодної іншої графіки, за винятком розширеної множини символів IBM. Це був перший адаптер IBM і до недавнього часу він був найкращим адаптером для обробки текстів, що забезпечує найчіткіше зображення символів, у порівнянні з будь-якими дисплейними системами, випущеними до PS/2.

Текстовий режим був метою розробки адаптера. Тоді співробітники фірми IBM не могли уявити, що кому-небудь знадобиться малювати схеми на дисплеї.

Символи MDA.

Для забезпечення підключення терміналів, що використовуються у великих комп'ютерних системах, IBM для зображення символу в MDA використовувала площа екрана в 9 х 14 пікселів, а сам символ був 7 х 9 пікселів. Додаткове простір використовувалося для поділу кожного символу, що збільшувало читаність.

Для реалізації тодішніх стандартів відеотерміналів, що обробляють символи за 80 стовпців і 25 рядків, потрібно 740 горизонтальних пікселів і 350 вертикальних 252000 точок на екран.

Частота MDA.

При роботі з такою кількістю точок фірма IBM пішла на компроміс. При відображенні інформації з великою частотою треба було б більш широкосмуговий монітор, ніж той, який був доступний (у всякому разі за невеликі гроші) під час розробки РС. IBM злегка зменшила використовувану частоту, довівши її до 50 Гц і компенсувала можливість появи мерехтіння екрана використанням люмінофора з великим залишковим світінням. Таким чином з'явився стандарт IBM на монохромний дисплей.

Яка використовується більш низька частота давала додатково час електронної гармати обробляти кожен рядок зображення. Проте навіть з такою форою щільність точок по монохромним стандартам IBM вимагала збільшення горизонтальної частоти по відношенню до використовуваної в популярному відеомонітор телевізійному приймачі - 18,1 КГц проти 15,525 КГц. Кольоровий графічний адаптер.

Першим растровим дисплейними адаптером, розробленим для IBM РС, був кольоровий графічний адаптер - CGA (Color Graphic Adapter). Представлена альтернатива MDA засліпила звиклий до зеленого комп'ютерний світ. Новий адаптер забезпечував 16 яскравих чистих кольорів. Крім цього, він мав здатність працювати в декількох графічних режимах з різною роздільною здатністю.

Як про це говорить найменування адаптера, він призначався для формування графічного зображення на кольоровому екрані. Проте він забезпечував роботу і з монохромними дисплеями, створеними не IBM для плати MDA. Він міг працювати в парі як з монохромними, так і з композитними моніторами, і навіть з модулятором телевізійних приймачів (все ж ви не можете підключити CGA до телевізора якщо, в останнього немає композитного видеовхода). Забезпечує також роботу світлового пера.

CGA - це багаторежимних дисплейний адаптер. Він може використовуватися і для символьних і для побітне технологій. Для кожної з них він реалізує кілька режимів. Він містить 16 Кбайт пам'яті, прямо доступних центральному мікропроцесору.

Символьні режими CGA.

Символьний режим функціонування CGA встановлюється за умовчанням. У цьому режимі функціонування CGA нагадує MDA. Головною відмінністю цих двох адаптерів є те, що другий був створений для роботи з нестандартними вертикальними і горизонтальними частотами, забезпечуючи більш чітке зображення. CGA ж використовує стандартні частоти - ті, що використовуються композиційними дисплеями. Це дає можливість бути сумісним з великим сімейством моніторів, але в той же час зменшує якість зображення.

Для того, щоб забезпечити функціонування з 15,525 КГц горизонтальної частоти і 60 Гц вертикального, CGA розділив дісплей на матрицю в 640 горизонтальних пікселів і 200 вертикальних. Для того, щоб розташувати 2000 символів на екрані розміром 80 х 25 символів - у форматі MDA - використовуються клітинки 8 х 8 пікселів.

16 Кб пам'яті CGA дозволяють працювати з 4 сторінками тексту. Зазвичай в текстовому режимі використовується єдина стаття - перша. Решта доступні програмами і користувачеві через BIOS і через регістр режиму CGA.

Якість символів CGA.

У системах CGA кожен символ розташовується в матриці 7 х 7. Одна точка зарезервована для підрядкового елемента і ще один - для поділу. Очевидно, що підрядковий елемент має протяжність на всі зображення, що дозволяє уникнути використання додаткових ліній для розділення рядків тексту. Використання меншої кількості точок при зображенні символу означає, що його зображення буде мати більш грубу і менш приємну форму в порівнянні з MDA. Кольори символів.

У будь-якому текстовому режимі IBM, використовуючи атрибути, можна працювати з 16-колірною палітрою. Будь-який символ тексту може бути зображений будь-яким з 16 кольорів.

Фон символу - точки, що входять в матрицю символу 8 х 8 і не беруть участь у формуванні форми символу - може також мати один із 16 кольорів, але з одним обмеженням. У режимі, що встановлюється за замовчуванням, для фону можна використовувати 8 кольорів, тому що біт в байті параметрів, що встановлює яскравість або інтенсивність фонового кольору, призначається для іншої мети. Він використовується для завдання режиму мерехтіння символу.

Спеціальний регістр CGA змінює призначення цього біта. Завантажуючи певні значення в цей регістр, користувач або програма можуть вибирати між використанням мерехтіння або зображенням кольору фону з підвищеною інтенсивністю. Однак цей регістр керує всім текстом екрану, тому неможливо одночасно використовувати і мерехтливі символи і підвищену інтенсивність колірного фону.

CGA вимагає від програмістів прямого звернення до цього регістру. Більш вдосконалені адаптери IBM використовують додаткову програму BIOS для реалізації цієї функції. Покращений графічний адаптер.

До 1984 року недоліки CGA стали очевидними. Це виявилося завдяки широкому його поширенню. Важко читається текст і груба графіка псували зір краще всякого іншого пристосування.

Як відповідь на заслужену критику, з'явився поліпшений графічний адаптер - EGA. Поліпшення було багатостороннім: зросла роздільна здатність, можливість забезпечувати графічний режим монохромних екранів, в тому числі улюблених IBM зелених дисплеїв. Роздільна здатність EGA.

Найбільш суттєва зміна добре помітно по мальованої зображенню. Роздільна здатність була збільшена до 640 х 350 пікселів. Осередки символів мають розмір 8 х 14. І хоча така осередок на одну точку вужче, ніж підтримувана MDA, символ формується тією ж матрицею 7 х 9. Але більш важливим було те, що було виділено достатньо місця для підрядкового і наголосами простору. Завдяки цьому суміжні лав не зливалися і кольорове зображення тексту сприймалося також добре, як і монохромне.

Роздільна здатність 640 х 350 забезпечувалося в реальному часі. Цей адаптер міг також підтримувати всі графічні режими попередніх адаптерів IBM. Це означає, що EGA здатний забезпечити всі режими застарілого CGA.

Частоти EGA.

Для того, щоб забезпечити передачу зорової інформації, відповідно до стандарту EGA, необхідно використовувати сигнал з більш широкою смугою частот, збільшивши його діапазон до більш високої частоти. Замість 15,525 КГц CGA, EGA збільшив горизонтальну частоту сканування до 22,2 КГц. Вертикальна частота сканування (частота кадрів) приблизно дорівнює 60 Гц. Через використання більш високої частоти стандарт EGA несумісний з пристроями, створеними за стандартом NTSC. До цієї групи пристроїв входять і телевізори. Потрібно спеціальні дисплеї EGA.

Кольори EGA.

Можливості стандарту EGA з формування кольорової гами суттєво зросли. За допомогою зміни інтерфейсу адаптер - дисплей, що реалізується палітра EGA була розширена до 64 відтінків (вважаючи чорний і різні відтінки сірого, як окремі кольори). Крім того, завдяки наявності великого ресурсу пам'яті стандарт EGA здатний підтримувати більш широку палітру кольорів з більш високим рівнем роздільної здатності. У режимі з максимальною роздільною здатністю і повним використанням ресурсу пам'яті, EGA в змозі одночасно формувати зображення в 16 колірних відтінках обраних з 64 кольорової палітри на екрані в 640 х 350 пікселів. Video Graphics Array - VGA

Весь процес розробки IBM дисплеїв для своїх персональних комп'ютерів піддається і не піддається логічному поясненню. З одного боку, деякі відеосистеми IBM для окремих застосувань підходили краще за інших. Але з іншого відмова від вузької спеціалізації на окреме відеопристрій дає можливість налаштувати адаптер на різні типи дисплеїв, що відкриває величезний ринок для додаткової відеопродукції, що надходить від незалежних постачальників, що забезпечує в свою чергу розширення постачання ринку. При переході до нового відеостандартів адаптерних плата може бути легко замінена іншою. З іншого боку, об'єднання дисплея і адаптера піддається логічному обгрунтуванню також.

Комп'ютери Portable, такі, як PC Portable (які не містять на своїй системній платі дисплейний систему) та переносні комп'ютери Convertible (що містять її там) вимагають повної інтеграції дисплея і центрального блоку для збільшення транспортабельності переносних комп'ютерів. Такий підхід має перевагу простоти збирання системи. Система надходить у вигляді одного великого блоку і не потрібно замислюватися, як зібрати систему з составляющіх.Более того, такий спосіб реалізації відеосистеми найчастіше обходиться дешевше, тому що не вимагає встановлювати плати розширення, інтерфейсні ланцюга і брати гроші за додаткові розробки. Для зниження вартості PCjr в цій моделі IBM спочатку використовувала відеосистему, реалізовану на системній платі.

Проміжним варіантом є реалізація відеосистеми на базі плати розширення, чия вартість входить у вартість системи. Більшість персональних комп'ютерів на продаж за такою методикою.

Роздільна здатність VGA в графічному режимі

Точно так само, як і в попередні системи, VGA забезпечують різні рівні роздільної здатності в різних режимах функціонування. Але VGA забезпечує набагато більшу кількість режимів. Їх загальна кількість дорівнює 17. Проте в графічному і текстовому режимах досягаються відрізняються рівні роздільної здатності.

У графічних режимах при формуванні растрового кольорового зображення досягається роздільна здатність 640 х 480 пікселів. При цьому формується 16 обраних кольорів з палітри в 256. Такий же рівень роздільної здатності забезпечується і для монохромного зображення.

Перехід до стандарту 640 х 480 пікселів від стандарту EGA (640 x 350) дозволив поліпшити точність зображення. Стандарт VGA дозволяє створити зображення точніше з використанням більшої гами кольорів.

Для програмістів, що розробляють графіком, відношення числа горизонтальних пікселів до вертикального рівне 4:3, є що сприяють фактором, тому що воно дорівнює відношенню сторін екрану більшості моніторів.

Кольори VGA

Новий стандарт здатний підтримувати 256 різних кольорів одночасно. Кольори вибираються з палітри 262144 відтінку. У цьому режимі, роздільна здатність обмежена рівнем 320 х 200 пікселів. Ця роздільна здатність CGA, що працює в режимі з середньою роздільною здатністю, але останній може працювати одночасно з чотирма квітами, вибраними з палітри в шістнадцять квітів. Електронно - променева трубка.

Електронно - променева трубка (ЕПТ) складається з електронної гармати для монохромного дисплея або 3 гармат для кольорового, відхиляючої системи і екрану, покритого шаром люмінофора. Всі ці пристрої поміщені у вакуумний балон. Електронна гармата служить джерелом електронів, що направляються за допомогою відхиляючої системи в потрібну частину екрану, де електрони взаємодіють з покриттям екрану, в результаті чого випускається світло. Слід від променя на екрані називається растр. Зображення на ЕПТ формується за рахунок пробігу променя електронів ліворуч праворуч по горизонтальних лініях екрану. Луч електронів починає пробігати по екрану з лівого верхнього кута до правого верхнього кута. Коли промінь доходить до правого боку, він гаситься і переміщується на наступну горизонтальну лінію, що знаходиться під попередньої. Після того, як промінь пробіжить по всьому екрану, він гаситься і переміщається в лівий верхній кут.

Відеопам'ять.

Відеопам'ять VGA розділена на 4 банки або колірних шару. Усі банки знаходяться в одному адресному просторі таким чином, що по кожному адресою розміщується 4 байти - по одному байту з кожного банку. У текстових режимах в першу кольоровому шарі розміщуються ASCII-коди відображаються символів, у другому - атрибути символів, у третьому - знакогенератор. У графічних режимах організація пам'яті залежить від режиму.