Развитие видеоподсистем

Введение

Сейчас развитие видеоподсистемы идет су­масшедшими темпами, и зачастую видеоа­даптеры диктуют моду мониторам, однако на рассвете компьютерной эпохи все было совсем наоборот. Так откуда же «выросла» эта же­лезка, которая в настоящее время по стоимости мо­жет поспорить с процом?

Первые мониторы, являвшиеся наследни­ками осциллографов, были векторными и не предполагали наличие видеоадаптера, ведь в них изображение строилось не посредством последовательного облуче­ния электронным пучком экрана строка за строкой, а, так сказать, «от точки до точки». Компьютер управлял отклоняю­щей системой дисплея напрямую. Однако когда вывод на монитор пришел на смену выводу на телетайп, и сложность изобра­жения увеличилась, целесообразнее ста­ло подключить компьютер к телевизору. По этому пути развития и пошли дальше мониторы. Телевизионное изображение - растровое, поэтому возникла необходи­мость в промежуточных блоках для под­готовки графической информации к отоб­ражению. Для построения картинки те­перь требовались специализированные довольно ресурсоемкие вычисления, поэтому понадобились специальные устрой­ства, ориентированные на работу с раст­ровыми мониторами, которые могли бы хранить в себе видеоинформацию, обра­батывать ее и переводить в аналоговую форму для отображения на дисплее. Основной технологией здесь можно счи­тать frame-buffer technology[1] . Изна­чально в задачу видеокарты входило только сохранение и регенерация кадра, и построение целиком ложилось на центральный процессор и программу. Процес­сор рассчитывал кадр и помещал его в память видеоадаптера, который преобра­зовывал данные из видеопамяти в анало­говый вид.

Основные узлы

Чтобы не запутаться в дальнейшем, кратко рассмотрим основные узлы ви­деоадаптера. Видеоадаптеры состояли из следующих основных частей: графического преобразователя, контроллера атри­бутов, контроллера CRT, ПЗУ[2] , видеопа­мяти и синхронизатора. В первых символьных версиях видеоа­даптеров ПЗУ отсутствовало. Оно было добавлено несколько позже, и предназ­началось для хранения экранных шриф­тов, служебных таблиц и т.п. ПЗУ не ис­пользуется видеоконтроллером напря­мую - к нему обращается только цент­ральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме DOS[3] - операцион­ные системы с графическим интерфейсом его практически не используют. В целом в ходе истории ПЗУ глобально не изменялось. Обновлялись и добавля­лись лишь данные, хранящиеся в нем. Графический контроллер - устройство, которое отвечает за обмен данными между CPU и видеопамятью, регенера­цию ее содержимого, и обработку зап­росов центрального процессора. Для исключения конфликтов при обращении к памяти со стороны видеоконтроллера и центрального процессора первый име­ет отдельный буфер, который в свобод­ное от обращений ЦП время заполняется данными из видеопамяти. Если конфликта избежать не удается - видеоконт­роллеру приходится задерживать обра­щение ЦП к видеопамяти, что снижает производительность системы. Для иск­лючения подобных конфликтов в ряде карт применялась так называемая двух­портовая память, допускающая однов­ременные обращения со стороны двух устройств.

Последовательный преобразователь – выбирает данные из памяти и преобра­зует их в поток битов. Контроллер атрибутов - преобразует информацию о цвете в вид для отобра­жения монитором.

Контроллер CRT - генерирует синхро­сигналы, управляющие монитором. Видеопамять - используется как буфер видеоконтроллера для промежуточного хранения и модификации изображения. Синхронизатор - обеспечивает синхрон­ную работу всех узлов адаптера, задает временные параметры и управляет дос­тупом CPU к видеопамяти.

MDA

Видеокарты стандарта MDA[4] использо­вались в IBM PC[5] самыми первыми, они были представлены IBM в 1981 году. MDA-адаптеры были монохромными и работали в текстовом режиме. По сути, задача сводилась к тому, чтобы «распе­чатать» на мониторе текст, как на прин­тере. Экран монитора условно был «разбит» на определенное количество строк и столбцов. В каждой позиции мог выводиться только один символ. В ПЗУ видеоадаптера хранились символы в ви­де двоичных матриц соответственно яр­ких и неярких точек. Символ представ­лялся в виде матрицы 9x14 точек. Мони­тор, однако, облучает строчку экрана за строчкой, поэтому адаптер сохранял в память всю символьную строку, транс­лировал отдельные символы в матрицы и преобразовывал их в матрицу строки. Для преобразования кодов символов в двоичные матрицы служил так называе­мый знакогенератор. При получении ко­да символа знакогенератор формиро­вал на своем выходе соответствующий двоичный код. Дальше каждая строчка матрицы символьной строки передава­лась в монитор, который засвечивал со­ответствующие точки люминофора. Что­бы построение изображения было воз­можным, видеоадаптер также генериро­вал синхросигнал, который задавал час­тоту строчной развертки. Однако, в от­личие от принтера, на мониторе изобра­жение необходимо регенерировать, поэ­тому программе постоянно приходилось посылать страницу «на печать» в порт монитора.

Текстовый режим в современных опера­ционных системах используется только на этапе начальной загрузки. Но именно MDA мы обязаны текстовому режиму 80 столбцов на 25 строк, который исполь­зуется и до сих пор. Это соответствова­ло разрешению 720x350 точек, част