Важной характеристикой монитора и его адаптера скорость работы. В текстовом режиме все мониторы работают достаточно быстро, но при выводе графических изображений с высокой разрешающей способностью скорость работы может быть довольно существенна. В приложениях с интенсивным использованием графики (обработке изображений, анимации, конструировании и т.д.) может оказаться необходимым использование "быстрого" адаптера и соответствующего монитора. Многие фирмы выпускают ВА[2] с графическим сопроцессорами или ускорителями. Они работают параллельно с CPU и освобождают CPU от специализированных задач формирования изображений и делают это быстрее CPU. CPU выдает ВА команды высокого уровня для формирования графических примитивов. Примеры таких команд: пересылка блока изображения, формирование отрезка прямой, изменение масштаба, заполнение графического окна заданным цветом и т.д. Часто такие ВА устанавливаются на локальную шину (VL - bus, PCI), что существенно увеличивает скорость передачи данных между CPU и видеопамятью.
Все видеосистемы персональных компьютеров (за исключением адаптера MDA) могут работать в двух основных режимах - текстовом и графическом. Различия этих режимов работы связаны со способом интерпретации содержимого видеобуфера.
В этом режиме, называемом также символьным, экран разделяется на отдельные символьные позиции, в каждой из которых выводится один символ. Символьные позиции определяются двумя координатами: номер текстовой строки и номер текстового столбца. Начало координат находится в верхнем левом углу рабочей области экрана.
После загрузки, компьютер всегда начинает работать в текстовом режиме. На принимаемой по умолчанию текстовый режим ориентирован на ОС DOS. Процедуры вывода на экран ОС основаны на элементарных функциях BIOS, которые вызываются командой программного прерывания INT 10h.
Изображение символа формируется на точечной матрице, размер которой зависит от используемого адаптера и номера режима. Точки, образующие изображение символа называются передним планом, а остальные фоном. Чем больше размер точечной матрицы, тем выше качество изображения.
Во всех видеосистемах персональных компьютеров совместимых с IBM применяется один и тот же формат хранения текстовых данных в видеобуфере. Каждый символ представлен двумя байтами.
Байт с четным адресом содержит код символа и определяет, что выводится на экран. Соседний байт с большим нечетным адресом содержит атрибуты и определяет, как они выводятся на экран. Байты, содержащие коды символов и атрибуты, размещаются в видеобуфере последовательно. Адаптер считывает их и с помощью аппаратного знакогенератора преобразует код каждого символа в точечное изображение на экране. Одновременно контроллер атрибутов формирует заданные атрибуты символа - цвет, яркость, мерцание. Благодаря принятому способу представления текстовых данных обеспечивается независимое управление атрибутами каждого символа. Изображение символа формируется на прямоугольной матрице пикселей.
В этом режиме цветовое значение каждого пикселя хранится, как один или несколько бит в видеобуфере и считывается на экран с дополнительным преобразованием. Графический режим называется еще режимом с двоичным или точечным отображением (bit - mapped display), т.к. в нем имеется взаимно однозначное соответствие между битами в видеобуфере и пикселями на экране. Говорят, что в видеобуфере хранится образ экрана.
Если в видеобуфере пиксель кодируется n битами, то одновременно на экране можно наблюдать 2n цветов. Число бит, отведенных для кодирования цвета, иногда называют числом цветовых плоскостей. Адаптеры EGA и VGA осуществляют дополнительные преобразования битовых полей пикселей с целью расширения отображаемой палитры. С помощью специальных схем n-битный код расширяется до m-битного, причем m>n. При этом получается палитра из 2m цветов, однако одновременно на экране можно наблюдать по-прежнему лишь 2n цветов.
Видеоданные графических режимов хранятся в виде двоичных полей представляющих значения пикселей. Они прямо (CGA)или косвенно(EGA,VGA) определяют цвет каждого пикселя на экране.
Видеорежимы, превосходящие VGA по разрешению и числу цветов, стали называть Super VGA или SVGA. Так же стали именовать поддерживающие эти режимы видеоадаптеры и мониторы. В настоящее время к стандартам VESA SVGA и стандартам SVGA, действующим де-факто, относятся:
Разрешения: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1152 x 864, 1280 x 1024, 1600 x 1280 (или 1200), 1800 x 1350
Количество бит/цветов: 4 бита / 16 цветов, 8 бит / 256 цветов, 16 бит / 32768 или 65536 цветов, 24 бит / 16,7 млн. цветов, 32 бит / 16,7 млн. цветов.
Для использования SVGA-видеорежимов под MS-DOS (в основном в компьютерных играх) ассоциация VESA предложила стандартное расширение системы команд обычного VGA, который хранится в VGA BIOS. Этот набор, называемый VESA BIOS Extension, реализуется производителем видеоадаптера либо в системе команд BIOS, либо в виде загружаемого драйвера. Существуют драйверы сторонних производителей, например программа UniVBE компании Scitech Software.
Все видеосистемы содержат электронные компоненты, формирующие сигналы синхронизации, цветности и управляющие генерированием текстовых символов. Кроме того, во всех видеосистемах имеется видеобуфер. Он представляет собой область ОЗУ, которая предназначена только для хранения текста или графической информации, выводимой на экран. Основная функция ВА заключается в преобразовании данных из видеобуфера в те сигналы, которые управляют дисплеем и формируют наблюдаемое на экране изображение.
Программисту в большинстве случаев не требуется детального знания схем адаптера и монитора. Но для разработки эффективного ПО необходимо знать, где и как программа взаимодействует с аппаратными средствами, чтобы сформировать требуемое изображение. Хотя переход к визуальному программированию ставит под сомнение необходимость и таких знаний.
В персональных компьютерах видеобуфер (видеопамять) является частью адресного пространства ЦП и в них реализуется видеоподсистема с отображением на память. Каждая группа бит в видеобуфере определяет цвет и яркость определенного участка на экране. Такая организация подсистемы позволяет существенно повысить скорость отображения информации на экране, поскольку запись процессором данных в Video RAM превращается в запись на экран, а считывание данных из Video RAM эквивалентно считыванию с экрана. В видеоподсистеме с отображением на память, выводимую на экран информацию можно изменять с такой скоростью, с какой процессор может записывать данные в память плюс задержка на передачу сигналов.
В видеоадаптере VGA можно условно выделить шесть логических блоков.
Видеопамять: в видеопамяти размещаются данные, отображаемые на экране дисплея. Логически она содержится в едином адресном пространстве ОС. Минимальный объем видеопамяти для VGA = 256 КБ. Физически видеопамять разделена на четыре банка, или цветовых слоя, использующих единое адресное пространство. Понятно, что чем больше емкость видеопамяти, тем большее разрешение или цветов можно получить, а, следовательно, вывести более сложное изображение. В видеоадаптерах применяются специальные микросхемы VRAM они имеют два начала обращения: один для считывания данных и формирование видеосигнала, а второй для чтения и записи данных при обращении CPU. Оба канала действуют параллельно и независимо, поэтому скорость передачи информации возрастает.
1. Графический контроллер: управляет обменом данных между CPU и видеопамятью. Он позволяет производить над данными VRAM и данными в регистрах простейшие логические операции.
2. Последовательный преобразователь(RAMDAC): выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в последовательный поток битов, которые передаются в контроллер атрибутов.
3. Контроллер ЭЛТ: генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.
4. Контроллер атрибутов: преобразует информацию о цветах из формата, в котором она хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ. Преобразование цветов осуществляется в соответствии с таблицей цветовой палитры. Например, модифицируя таблицу цветовой палитры можно выбрать 16 цветов из 64, которые может отображать EGA или 256 цветов из палитры 256 К для VGA. В адаптере VGA контроллер атрибутов преобразует информацию о цветах текстового режима и пиксельные данные графического режима в 8-битные индексы, выбирающие регистры цвета ЦАП.
5.Синхронизатор: управляет всеми временными параметрами видеоадаптера и доступом CPU к цветовым слоям видеопамяти.
6. Видео-ПЗУ (Video ROM): постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтpоллеpом напрямую - к нему обращается только центральный пpоцессоp, и в результате выполнения им пpогpамм из ПЗУ происходят обращения к видеоконтpоллеpу и видеопамяти. На многих видеокартах устанавливаются электрически пеpепpогpаммиpуемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта каpты. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС.