Визуализация данных

Визуализация данных (Лекция 10)

Устройство видеомонитора.

Ключевым элементом видеомонитора является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). С помощью ЭЛТ отображается информация, содержащаяся в видеосигнале.

Отрицательно заряженный катод нагревают до тех пор, пока возбужденные электроны не создадут расширяющегося облака (электроны отталкиваются друг от друга, так как имеют одинаковый заряд). Эти электроны притягиваются к сильно заряженному положительному аноду. На внутреннюю сторону расширенного конца ЭЛТ нанесен люминофор. Если бы электронам ничто не препятствовало, то в результате их воздействия на люминофор весь экран ЭЛТ засветился бы ярким светом. Однако облако электронов с помощью электронных линз фокусируется в узкий, строго параллельный пучок. Теперь сфокусированный электронный луч дает одно яркое пятно в центре ЭЛТ. Луч отклоняется или позиционируется влево или вправо от центра и (или) выше или ниже центра с помощью усилителей горизонтального и вертикального отклонения.

В растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ представляет собой множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

 В цветной ЭЛТ находятся три электронные пушки, по одной на каждый основной цвет: красный, зеленый и синий. Электронные пушки часто объединены в блок, соответствующий подобному блоку точек красного (R - red), зеленого (G - green) и синего (B - blue), люминофоров на экране ЭЛТ.

Эволюция видеоадаптеров

Изначально персональные компьютеры IBM PC комплектовались видеоадаптером MDA с монохромным дисплеем. Этот адаптер имел небольшую разрешающую способность, не мог отображать графическую информацию и был монохромным. Через некоторое время небольшая фирма Hercules Computer Technology выпустила монохромный видеоадаптер Hercules, который имел возможность вывода графики и имел большую разрешающую способностью CGA, стал первым цветным видеоадаптером фирмы IBM. Он уже обеспечивал возможность отображать цветную графическую и текстовую информацию, но имел слишком маленькую разрешающую способность. Затем IBM выпустила EGA и VGA. Они созданы на другой элементной базе и имеют лучшую, чем у CGA, разрешающую способность при большем числе отображаемых цветов.

В последнее время различные фирмы-производители видеоадаптеров выпустили большое количество плат Super VGA. Фирма IBM начала выпуск нового видеоадаптера XGA.

Рекомендуемые материалы

Видеоадаптер содержит встроенный графический процессор, значительно увеличивающий его возможности и скорость работы. XGA аппаратно поддерживает перерисовку изображений в окнах экрана. При обмене данными между видеопамятью и основной памятью сам XGA вместо центрального процессора реализует управление шиной данных, что позволяет быстро передавать изображение на экран. Следует также отметить, что предусмотрена совместимость видеоадаптеров VGA и XGA на уровне регистров. Базовая конфигурация XGA содержит 512 Кбайт видеопамяти, что обеспечивает разрешение 1024*768 пикселов при 16 цветах. Увеличение объема видеопамяти до 1 Мбайта при той же разрешающей способности позволяет получить 256 цветов. Современные мониторы поддерживают большое количество стандартов и благодаря огромным объёмам видеопамяти позволяют вывод изображения высокой чёткости (несколько миллионов точек) в 32-битной палитре с 16 миллионами цветов.

Основа архитектуры видеоадаптеров

Видеоадаптеры условно делятся на шесть логических блоков:

Видеопамять. В видеопамяти размещаются данные, отображаемые адаптером на экране дисплея. Для EGA и VGA видеопамять обычно имеет объем 256 Кбайт, на моделях SVGA и XGA объем видеопамяти может быть увеличен. Видеопамять находится в адресном пространстве процессора, и программы могут непосредственно производить с ней обмен данными. Физически видеопамять разделена на четыре банка, или цветовых слоя, использующих совместное адресное пространство.

Графический контроллер. С его помощью происходит обмен данными между центральным процессором и видеопамятью. Аппаратура графического контроллера позволяет производить над данными, поступающими в видеопамять и расположенными в регистрах-«защелках», простейшие логические операции.

Последовательный преобразователь. Выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в поток битов, затем передает их контроллеру атрибутов.

Контроллер ЭЛТ. Контроллер генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.

Контроллер атрибутов. Преобразует информацию о цветах из формата, в котором она хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ.

Синхронизатор. Управляет всеми временными параметрами видеоадаптера. Синхронизатор также управляет доступом процессора к цветовым слоям видеоадаптера.

В большинстве режимов видеоадаптера видеопамять разделена на несколько страниц. При этом одна из них является активной и отображается на экране. При помощи функций BIOS или программирования регистров видео-адаптера можно переключать активные страницы видеопамяти. Вывод информации может производиться как в активную, так и в неактивные страницы видеопамяти.

При выводе текста различные видеосистемы работают одинаково. Для экрана отводится 4000 байтов, так что на каждую из 2000 позиций экрана приходится 2 байта (25 строк * 80 символов). Первый байт содержит код АSСII. Аппаратура дисплея преобразует номер кода АSСII в связанный с ним символ и посылает его на экран. Второй байт (байт атрибутов) содержит информацию о том, как должен быть выведен данный символ. Для монохромного дисплея он устанавливает будет ли данный символ подчеркнут, выделен яркостью или негативом, или использует комбинацию этих атрибутов. B цветовых системах байт атрибутов устанавливает основной и фоновый цвета символа.

Установка атрибутов/цветов символов.

Когда дисплей установлен в текстовый режим в любой из видео систем, то каждой позиции символа на экране отводится два байта памяти. Первый байт содержит номер кода АSСII кода символа, а второй – атрибуты символа. Цветной адаптер может выводить в цвете, как сам символ, так и всю область, отведенную данному символу (фоновый цвет). Монохромный адаптер ограничен только черным и белым цветом, но он может генерировать подчеркнутые символы. Все три системы могут выдавать мигающие символы и негативное изображение. Bce три системы могут также создавать символы с высокой интенсивностью, хотя для цветного адаптера повышенная интенсивность символа на самом деле приводит к другому цвету.

Атрибуты цвета:

Для указания цветов экрана одни и те же номера кодов используются в Бейсике и прерываниями операционной системы. Они такие:

 0 – черный                  8 – серый

 1 – синий                     9 – голубой

 2 – зеленый                 10 – светло-зеленый

 3 – циан                       11 – светлый циан

 4 – красный                 12 – светло-красный

 5 – магента                  13 – светлая магента

 6 – коричневый           14 – желтый

 7 – белый                     15 – ярко-белый

Младшие четыре бита байта атрибутов устанавливают цвет самого символа (бит 3включает высокую интенсивность). Следующие три бита устанавливают фон символа. И при обычных обстоятельствах старший бит включает и выключает мигание. Таким образом:

когда бит 0 = 1, синий включается в основной цвет

 1 = 1, зеленый включается в основной цвет

 2 = 1, красный включается в основной цвет

 3 = 1, символ выводится с высокой интенсивностью

 4 = 1, синий включается в фоновый цвет

 5 = 1, зеленый включается в фоновый цвет

 6 = 1, красный включается в фоновый цвет

 7 = 1, символы мигают

Биты 0-2 и 4-6 содержат одни и те же компоненты цветов для самих символов и фона. Эти трехбитные группы позволяют 8 возможных комбинаций. Когда включается бит высокой интенсивности, то добавляются еще 8 цветов. Шестнадцать возможных цветов получаются из этих установок битов следующим образом:

Управление курсором.

Курсор служит двум целям. Во-первых, он служит указателем места на экране, в которое операторы программы посылают свой вывод. Во-вторых, он обеспечивает видимую точку отсчета на экране для пользователя программы. Только для второго применения курсор должен быть видимым. Когда курсор невидим (выключен), то он все равно указывает на позицию экрана. Это важно, поскольку любой вывод на экран, поддерживаемый операционной системой, начинается с текущей позиции курсора.

Курсор генерируется микросхемой контроллера дисплея 6845. Эта микросхема имеет регистры, устанавливающие размер и положение курсора. Микросхема 6845 делает только мерцающий курсор, хотя имеются программные способы создания немерцающего курсора. Частота мерцания курсора не может быть изменена.

B графических режимах курсор не выводится, хотя символы позиционируются на экране теми же самыми процедурами установки курсора, что и в текстовых режимах. Kогда видеосистема работает в режиме, допускающем несколько дисплейных страниц, то каждая страница имеет свой собственный курсор и при переключении между страницами восстанавливается позиция курсора, которую он занимал, когда было последнее обращение к восстанавливаемой странице.