Страничная организация экранной памяти (схема). Области ПЗУ ЭВМ для обмена видеоданными

Области ОЗУ ПЭВМ для обмена данными с центральным процессором.

Страничная организация экранной памяти видеоконтроллера.

Центральный процессор CPU формирует цифровое изображение в виде матрицы M*N n-разрядных чисел объемом 64 килобайта и записывает его в ОЗУ либо непосредственно в видеобуфер видеоадаптера, встроенный в адресное пространство CPU.

Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером (от англ. frame buffer –кадровый буфер).

Определение объема экранного буфера (страницы) видеоконтроллера:

M*N*V = 1024*768*3 ≥ 2,5 мБ

Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке.

Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость и цвет каждого пикселя на экране монитора оказывается пропорциональными содержимому соответствующей ячейки памяти кадрового буфера видеомонитора.

По окончанию просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации H-Sync, инициализирующий обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера – сигнал V-Sync, вызывающий движение электронного луча снизу-вверх (обратный диагональный ход луча) При этом происходит смена или обновление содержания видеобуфера.

Траектория электронного луча развертки изображения на экране.

Прямой горизонтальный ход луча, который задается горизонтальной синхронизацией H-Sync, задаваемой видеоадаптером.

Обратный горизонтальный ход луча

Обратный кадровый ход луча, который задается кадровой синхронизацией V-Sync, задаваемой видеоадаптером. Время обратного хода луча обычно составляет 1/60 секунды.

Видеопамять является специальной областью памяти, из которой контроллер CRT организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения.

Традиционно для видеопамяти в карте распределения памяти персонального компьютера выделена область адресов A0000h-BFFFFh, непосредственно доступная любому процессору x86.

Современные графические адаптеры SVGA имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов, что позволяет в защищенном режиме работать с цельными образами экранов.

Расширение BIOS – это специальное ПЗУ, которое содержит все установки графического адаптера, имеет объем от 16 Кбайт и встраивается в оперативную память с адреса С0000:00000. Расширение BIOS содержит константы работы с видеоадаптером (характеристики видеорежимов).

Графический процессор в графическом режиме производит видео подготовку данных в 4-х видеоплоскостях.

В текстовом режиме данные от центрального процессора поступают в обход графического контроллера, непосредственно в контроллер атрибутов.

Цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC выполняет преобразование кода цвета пикселя в аналоговый сигнал, подаваемый на вход монитора (ввиду чего монитор должен быть также аналоговым, а не цифровым, как это было при использовании видеоадаптера EGA).

Цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC содержит в себе 256 регистров, которые и образуют оперативную память (RAM), ввиду чего одновременно доступно только 256 цветов.

Системы дополнительных команд CPU для обслуживания экранной памяти.

Существует несколько способов обслуживания памяти видеобуфера:

1. Использование видеофункции BIOS прерывания 10h.

2. Непосредственная работа с регистрами видеоконтроллера при переходе в защищенный режим работы процессора Intel x86, когда недоступны видеофункции BIOS.

3. Использование дополнительных сопроцессорных устройств, появившихся в процессорах Pentium II (mmx) и Pentium III (xmm).

Команды mmx-расширения центрального процессора (целочисленные).

Всего 7 групп команд (инициализации, сравнения, арифметические, сжатия, сдвига, логические и команды пересылки данных) всего 39 команд (76 машинных инструкций), используемые для прямого заполнения CPU видеоплоскостей видеобуфера адаптера с использованием 8-ми 80-битных регистра mmx.

Команды xmm-расширения центрального процессора (для чисел с плавающей запятой).

Всего 8 групп команд (сравнения, арифметические, логические, пересылки, преобразования, перераспределения данных, управления и кэширования) всего 46 новых команд (70 машинных инструкций), используемые для заполнения видеоплоскостей видеобуфера адаптера с использованием 8-ми 128-битных регистра xmm, введенных в состав CPU, начиная с процессоров Pentium III.

Команды совместимы с аппаратной реализацией видеоадаптеров VGA и могут исполняться непосредственно графическими контроллерами.

Понятие о 2D, 3D, 3DNew, DirectX.

2D – дополнительные команды Assemblera, сопряженные с развитием архитектуры VGA адаптеров и GDI-драйверов к ним для ускоренной прорисовки 2-хмерных изображений (например, оконной графики в Windows).

3D – доработка CPU, VGA и система дополнительных команд Assemblera Pentium II mmx для ускоренной прорисовки з-хмерных изображений.

3DNew - доработка CPU, VGA и система дополнительных команд Assemblera Pentium III хmm для ускоренной прорисовки з-хмерных изображений повышенной четкости.

OpenGL – разработка АPI-интерфейса (ф. Silicon Graphics) для использования 3-хмерной графики в приложениях моделирования и рендеринга.

DirectX – дополнение операционной системы Windows (фирмы Microsoft) наборами API-интерфейсов, обеспечивающих прямой доступ к аппаратным средствам СPU, VGA, аудиоадаптерам и т.д. или их программного эмулирования для обеспечения разработчиков игр создавать нормально работающие приложения в среде Windows. Для этой цели разработаны 4 базовых компонента – DirectDraw (диспетчер видеопамяти), Direct3D (3D графика), DirectInput (аппаратно независимая система ввода данных) и DirectSound (аппаратно независимая система воспроизведения звука аудиоустройствами различных производителей). Дополнительный компонент DirectPlay позволяет разработчикам игр создавать приложения, работающие на любой аппаратной платформе.

18. Основные режимы работы видеосистем.

Текстовый режим: текселы. Образ и адрес в пространстве ПЗУ.

В текстовом режиме изображение на экране монитора представляет собой множество пикселей и характеризуется разрешением N*M. Однако все пиксели разбиты на группы, называемые текселами или символьными позициями размером p*q. В каждом из знакоместе может быть отображен один из 256 символов. Таким образом, на экране умещается M/q = Mt символьных строк по N/P = Nt символов в каждой.

Типичным текстовым режимом является режим 80*25 символов.

Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей. Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называют передним планом (foreground), остальные – задним планом или фоном (background).

Если считать, что темной клетке соответствует логическая единица, а светлой – логический нуль, то каждую строку символьной матрицы можно представить в виде двоичного числа. Графическое изображение символа хранится в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется ПЗУ BIOS размещенное на системной плате. Базовый набор символов для DOS размером 8х16 находится по адресу F000:FA6E. На плате видеоадаптера в составе контроллера атрибутов также имеются свои наборы шрифтов.