6. Режимы работы растрового дисплея

6.1. Графический режим

Существуют два основных режима вывода информации на экран монито-ра – графический и текстовый (символьный).

В графическом режиме имеется возможность индивидуального управлния свечением каждой точки экрана монитора независимо от остальных. Этот режим обозначают как Gr (Graphics) или APA (All Point Addressable – все точки адресуемы). В графическом режиме каждой точке экрана – пикселю – соответствует ячейка видеопамяти,, которая сканируется схемами видеоадаптера синхронно с движением луча монитора. Процесс постоянного сканирования видеопамяти называется регенерацией изображения. Этого же сканирования оказывается достаточно для регенерации информации в микросхемах динамической памяти, применяемой в видеопамяти (VRAM).

Для программно-управляемого построения изображения в VRAM должен обеспечиваться доступ со стороны системной магистрали компьютера, при-чём как в режиме записи, так и в режиме чтения. Количество бит видеопамяти, отводимое на один пиксель, определяет возможное число состояний пикселя – цветов, градаций яркости или иных атрибутов (например, мерцания символа). Это количество в различных адаптерах колеблется от 1 до 24.

Логически VRAM может быть организована по-разному в зависимости от количества бит на один пиксель. В случае одного или двух бит на пиксель каждая ячейка (байт) соответствует 8 или 4 соседним пикселям 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 последова-тельности пикселей соответствует линейная последовательность бит (или группы бит) видеопамяти (см.рис 6.1,а,б).

В адаптере EGA количество бит на пиксель увеличили до 4-х и видеопамять разбили на четыре области (слоя, банка), называемых также цветовыми плоскостями (см.рис.6.2). При этом в каждой плоскости используется линейная организация, где каждый байт содержит по одному биту восьми соседних пикселей. Слои сканируются (считываются в сдвигающие регистры) одновременно. В результате параллельно формиру-ются по 4 бита на каждый пиксель. Такое решение позволяет снизить частоту считывания ячеек памяти – одна операция чтения производится за время прохода лучом восьми пикселей. Ячейки слоёв памяти, отвечающие за одни и те же пиксель, 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.

В режимах 8, 16 и 24 бита на пиксель также используется линейная организация, но каждый байт (слово или три байта) отвечает уже за цвет одного пикселя. Многоплоскостная организация здесь уже не эффективна.

Описанные выше варианты организации видеопамяти – и линейной, и многоплоскостной – представляют собой отображение матрицы пикселей экрана на биты видеопамяти – Bit Mapping. Растровый формат хранения изо-

бражений, при котором биты так или иначе отображают пиксели, называют битовой картой (Bit Map). С точки зрения плотности хранения графической информации этот формат не самый эффективный, но в видеопамяти растрового дисплея вследствие высокого темпа вывода информации при регенерации изображения иной формат неприемлем.

Объём памяти в битах, требуемый для хранения образа экрана (страницы) определяется выражением

Vэ=p х s х b,

где Vэ – объём памяти экрана (страницы) в битах;

р – количество пикселей в строке;

s – количество строк (TV-строк);

b – количество бит на пиксель.

Формирование битовой карты изображения в видеопамяти графического адаптера производится под управлением программы, исполняемой центральным процессором. Сама по себе задача формирования процессору вполне по силам, но при её решении требуется пересылка большого объёма информации в видеопамять, а для многих построений ещё и чтение видеопамяти со стороны процессора. Видеопамять большую часть времени занята выдачей информации схемам регенерации изображения в довольно напряжённом режиме. От этого процесса она (память) свободна только во время обратного хода луча по строке и кадру, но это меньшая часть времени. Если обращение к активной странице видеопамяти со стороны процессора происходит во время прямого хода луча и быстродействия схем адаптера недостаточно для того, чтобы это изображение вписалось между соседними выборками процесса регенерации, на экране появится штрих от не считанной информации. Если такое обращение происходит часто, на экране появится «снег», что неприятно. Дожидаться обратного хода по строке или кадру накладно: строчный период коротких (несколько микросекунд) интервалов обратного хода имеет порядок 25 мкс, а кадровый период длинного (миллисекунды) обратного хода имеет порядок 20 мс, в то время как цикл обращения процессора к обычной памяти не превышает сотен (у современных компьютеров – десятков ) наносекунд. Так что канал связи процессора с видеопамятью представляет собой узкое горлышко, через которое пытаются протолкнуть немалый поток данных, причём чем больше цветов (бит на пиксель), тем этот поток должен быть интенсивнее. Выходов из этого затруднения несколько:

1. Повышение быстродействия видеопамяти;

2. Расширение разрядности шин графического адаптера;

3. Кеширование видеопамяти или затемнение видеопамяти, что по сути одно и то же. В этом случае при записи в область видеопамяти данные будут записаны как в видеопамять, так и в ОЗУ (или даже в КЭШ), а при считывании из этой области обращение будет только к быстродей-ствующему ОЗУ.

4. Принципиально сократить объём информации, передаваемой графиче- скому адаптеру, но для этого графический адаптер должен быть наделён «интеллектом».

Под «интеллектом» графического адаптера подразумевается наличие на его плате собственного процессора, способного формировать растровое изображение в видеопамяти (ВipMap). По командам, полученным от центрального процессора. Команды ориентируются на наиболее часто используемые методы описания изображения, которые строятся из отдельных графических элементов более высокого уровня, чем пиксели:

а) Команды рисования – построение графических примитивов: точки, отрезки прямой, прямоугольники, дуги, эллипсы;

б) Копирование блока с одного места на другое для «прокрутки» изображения экрана в разных направлениях;

в) Команды работы со спрайтами (Sprite)– небольшими прямоугольны-

ми фрагментами изображения, которые могут перемещаться по экрану как единое целое;

г) Аппаратная поддержка окон – упрощает и ускоряет работу с экраном в многозадачных (многооконных) системах;

д) Команды панорамирования – отображение заданной области изображения;

е) Команды ускорения построений – сокращение объёма передачи, освобождение центрального процессора от построений и т.п.

Графический сопроцессор представляет собой специализированный процессор с соответствующим аппаратным окружением, который подключается к шине компьютера и имеет доступ к его оперативной памяти. В процессе своей работы сопроцессор пользуется оперативной памятью, конкурируя с центральным по доступу и к памяти, и к шине.

Графический акселератор работает автономно и при решении своей задачи со своим огромным объёмом данных может и не выходить на системную шину. Акселераторы являются традиционной составляющей частью практически всех графических адаптеров – 2D-и 3D-акселераторы.