Видеорежимы и их краткая характеристика

Кафедра вычислительной техники

Методический материал

К выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Вычислительные машины, системы и сети»

Составил: асс. каф. ВТ Кочетков А.В.

Санкт-Петербург, 2005 год

Лабораторная работа №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДЕОСИСТЕМЫ (ТЕКСТОВЫЙ РЕЖИМ)

Цель работы: изучение работы с видеосистемой в текстовом режиме, освоение приемов использования цветовой палитры: измене­ние цвета символов и фона на всем экране и в отдельном окне.

Общие положения

Аппаратные средства для вывода информации на экран вклю­чают специальную электронную плату (видеоадаптер, либо адап­тер дисплея, либо просто адаптер) и телевизионный монитор (или просто экран). Конструктивно видеоадаптеры - это весь­ма сложные устройства, управляемые собственным микропроцес­сором, сравнимым по мощности с центральным процессором компьютера. Несмотря на огромное разнообразие фирм-произво­дителей видеоадаптеров, имеется несколько стандартов, кото­рым все эти продукты удовлетворяют.

Для персональных компьютеров типа IBM PC доступны три основных типа мониторов: монохроматический, цвет­ной и усовершенствованный цветной (Enhanced Color Display -ECD). Существует несколько вариантов ECD: с низким и вы­соким разрешением, с фиксированной частотой синхрониза­ции и мультичастотный. Если компьютер оснащен адаптером, генерирующим цветной сигнал, и монохроматическим экра­ном, цвета передаются на экране различными оттенками се­рого (как цветная телепередача по черно-белому телевизору).

В самом общем виде видеоадаптер состоит из двух основ­ных частей: контроллера электронно-лучевой трубки, или CRT-контроллера (CRT - Cathode Rate Tube), и видеопамя­ти (видеобуфера). Помимо этих обязательных узлов, наибо­лее совершенные видеоадаптеры имеют в своем составе ряд дополнительных узлов, например специализированные конт­роллеры быстрой манипуляции содержимым видеобуфера (так называемые контроллеры графики). Основное назначение ви­деобуфера - хранение образа информации экрана. Видеоадап­тер 25-30 раз в секунду "освежает" (заново рисует) изображе­ние на экране. Так как человеческий глаз не способен уловить такое быстрое мелькание кадров, создается иллюзия не­подвижного изображения на экране монитора. Изображение на экране строится из небольших телевизионных точек - так называемых пикселов (pixel - Picture ELement). Пикселы объ­единяются в телевизионные строки. Число пикселов в теле­визионной строке и число самих строк различно для разных типов видеоадаптеров.

Память, необходимая для хранения полного образа экра­на, называется видеостраницей. Часто общий объем видеопа­мяти намного превышает объем единственной страницы. В этом случае появляется возможность хранить в видеобуфере не од­ну, а несколько страниц. Та видеостраница, которая постоян­но "освежается" в данный момент, называется текущей. Ви­деоадаптер способен выполнять переключение текущей видео­страницы. Объем видеопамяти, а, следовательно, и число возможных страниц, зависит от конкретного адаптера.

Для компьютеров IBM PC и совместимых с ними имеется несколько стандартов видеоадаптеров. Самые первые компь­ютеры IBM PC снабжались простейшим из адаптеров - монохро­матическим адаптером дисплея, или MDA (Monochrome Display Adapter). Очень скоро появились цветные графические адапте­ры, или CGA (Color Graphics Adapter), затем усовершенствован­ные графические адаптеры EGA (Enhanced Graphics Adapter). В наиболее совершенных персональных компьютерах PS/2 (Personal System 2) фирма IBM ввела два новых стандарта графи­ки, реализуемых новыми типами адаптеров. В компьютерах PS/2 Model 30 - это адаптер MCGA (Mufti Color Graphics Array - мно­гоцветный графический массив). Во всех остальных моделях PS/2 установлен видеоадаптер VGA (Video Graphics Array - гра­фический видеомассив). Еще один распространенный тип видео­адаптеров - это монохроматический адаптер Hercules, или HGС (Hercules Graphics Card).

Управление параметрами видеосистемы может выполняться на двух уровнях:

1) на уровне портов видеоадаптера;

2) обращением к функциям BIOS.

В данной части описывается управление лишь некоторыми из параметров видеосистемы: определение типа и характеристик видеоадаптера и монитора, задание формы курсора и его позиции на экране, выбор режима, видеостраницы и палитры.

Видеорежимы и их краткая характеристика

Интегральной характеристикой особенностей работы адап­тера является совокупность поддерживаемых им режимов. По­ведение адаптера в том или ином режиме является фактиче­ским стандартом и полностью характеризует все особенности адаптера, доступные для программиста средства управления адаптером и т.п. Режимы принято нумеровать, начиная с ну­ля. Чем совершеннее видеоадаптер, тем больше режимов он поддерживает. Как правило, более совершенные адаптеры пол­ностью совместимы со своими "младшими братьями": если адаптер включен в режиме "младшего брата", он ведет себя, с точ­ки зрения прикладной программы, точно так же, как и "млад­ший брат". Среди перечисленных видеоадаптеров MDA - са­мый младший. Его преемником является CGA. "Старшим бра­том" CGA стал EGA. Преемником адаптера EGA является ви­деоадаптер VGA. Режимы работы видеоадаптеров описаны в табл. 1.1.

Видеоадаптеры MDA поддерживали только режимы 0 и 1. CGA-адаптеры могли уже работать в режимах 0-6. Далее эти режимы часто будем называть CGA-режимами. Как следует из таблицы, в CGA-режимах способны работать и другие адап­теры: EGA и VGA. При этом они могут полностью "притво­риться" CGA-адаптером, и тогда просто невозможно будет от­личить по картинке на экране, установлен ли ССА-адаптер либо это "притворяется" EGA- или VGA-адаптер. Но старший адаптер в CGA-режиме может остаться и "самим собой", пре­доставляя пользователю дополнительные возможности. Например, EGA способен выдавать на экран 350 телевизионных строк, а не 200, как это может делать CGA. Поэтому для отображе­ния текста в режиме "80 столбцов х 25 строк" можно потратить на каждую текстовую строку не 8 телевизионных строк, а уже 14. Следовательно, при тех же самых размерах каждый символ будет изображаться матрицей из 14 строк точек по 8 точек в каждой строке. Как результат, изображение каждой буквы на экране будет более четким. Но если EGA-адаптер заставить использовать для отображения символов матрицу 8x8 и при этом сохранить максимальное число телевизионных строк, появляется возможность разместить на экране уже 43 строки текста. Естественно, в этом случае сами символы на экране будут почти в 2 раза меньше.

Режимы с номерами ODh - 10h впервые появились в EGA-адаптере, и далее мы будем называть их EGA-режимами. Этот адаптер, обладая всеми возможностями своих предшествен­ников, имеет и ряд новых. Прежде всего, он способен выда­вать на экран информацию для 200 и 350 телевизионных ли­ний по 640 пикселов в каждой строке. Это позволяет при ра­боте в текстовых режимах увеличить либо четкость изобра­жения символов, либо число строк текста на экране (см. при­мер ранее). При работе в графических режимах EGA-адаптер способен отображать пикселы большим количеством цветов. И, наконец, режимы с номерами llh и старше - это режимы наиболее совершенных адаптеров - MCGA, VGA и специали­зированных графических адаптеров. Далее эти режимы будем называть VGA-режимами. Особенностями новых графических стандартов являются увеличенные максимальное число теле­визионных строк (до 480) и максимальное число пикселов в каждой телевизионной строке (до 720). Адаптер способен вы­давать 200, 350, 400 или 480 строк в зависимости от выбран­ных режима и инициализации адаптера. При работе в VGA-режимах еще более увеличилось число возможных цветов для пикселов.

Табл. 1.1. Режимы работы видеоадаптеров

При всем многообразии режимов работы видеоадаптеров их можно объединить в две группы: текстовые и графиче­ские. Переключение из текстового режима в графический и наоборот означает полное изменение логики работы видеоа­даптера с видеобуфером.

Если видеоадаптер включен в текстовый режим, он "рас­сматривает" экран как совокупность так называемых текселов (texel - Text Element) (рис. 1.1).

Каждому знакоместу экрана (текселу) в текстовом режиме соответствуют два байта памяти видеобуфера. Байт по четному адресу хранит ASCII-код символа, а следующий за ним байт по нечетному адресу кодирует особенности отображения симво­ла на экране: цвет пикселов, из которых формируется очерта­ние символа (Foreground Color), цвет всех остальных пиксе­лов знакоместа или цвет фона символа (Background Color),мерцание символа и необходимость повышения яркости симво­ла при отображении. Этот байт называется байтом атрибута. Закрепление битов байта атрибута приведено на рис. 1.2

Рис. 1.1. Представление экрана в текстовых режимах "25 строк х 80 столбцов"

R, G, В -соответственно красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue) цвета

(1 - цвет включен; 0 - цвет выключен)

Рис. 1.2. Использование битов байта атрибута

Придавая различные числовые значения байту атрибута и помещая их в видеобуфер, можно управлять цветом символов и их фона. Например, если байт атрибута равен 128 + 64 + 32 + + 16 = 240, то выводится мерцающий символ черного цвета на сером фоне. Действительно, биты RGB цвета символа для атрибута 240 равны нулю. Биты цвета фона равны 1, и на мониторе для точек фона будут смешиваться в одинаковых пропорциях красный, синий и зеленый цвета. Для цветного видеоадаптера - это серый цвет. Повышение интенсивности цвета субъективно порождает ощущение "осветления" того или иного цвета. Поэтому можно добиться получения на экране светло-красного, светло-синего, светло-зеленого символа или светлых оттенков смешений красного, синего и зеленого цве­тов. Светло-серый цвет - это белый цвет, поэтому на экране цветного монитора при работе видеоадаптера в текстовом ре­жиме могут быть белые буквы, но не может быть белый фон. Например, символы, атрибут которых в видеопамяти равен 8 + 4 + 2 + 1 = 15, будут отображаться белыми пикселами на черном фоне. В принципе, если задать цвета фона и символа одинаковыми, символы будут невидимыми, например крас­ный символ на красном фоне (атрибут 0x44).

Видеоадаптеры типов EGA и VGA имеют некоторые осо­бенности использования бита интенсивности, которые будут рассмотрены несколько позже.

Видеопамять адаптера при работе в текстовых режи­мах доступна для непосредственного доступа из программы. Это значит, что любая ячейка видеобуфера может быть про­читана программой так же, как и обычная ячейка оператив­ной памяти. И как в обычную ячейку памяти, в видеобуфер возможна запись значений из программы. Адреса ячеек видео­памяти начинаются для разных типов адаптеров с разных гра­ниц, приведенных в табл. 1.1 в девятом столбце. Если адаптер работает в текстовых режимах "40 столбцов х 25 строк", то для хранения полного образа экрана (видеостраницы) требу­ется 25 х 40 х 2 = 2000 байт видеопамяти. В режимах "80 столбцов х 25 строк" видеостраница занимает уже 25 х 80 х 2 = 4000 байт. Минимальная конфигурация видеоадаптера CGA имеет обычно 16К байт видеопамяти, что позволяет хранить 8 страниц текста в режимах 0 или 1 и 4 страницы в режимах 2 или 3. "Освежение" видеобуфера происходит, начиная с неко­торого начального адреса, называемого смещением до видео­страницы. Страница 0 имеет нулевое смещение. Страница 1 в режиме "80 строк х 25 столбцов" начинается со смещения 4096 (lOOOh) относительно начального адреса видеопамяти, страница 2 - со смещения 8192 (2000h) и т.д. Если изменить смещение, с которого видеоадаптер производит "освежение" экрана, произойдет переключение страницы, т.е. на экране возникнет образ другой страницы видеопамяти. При этом об­разы других страниц останутся в видеобуфере целыми и не­вредимыми. Иногда переключение видеостраниц в текстовом режиме используется для реализации "живых" изображений.

Видеоадаптер в текстовом режиме 25-30 раз в секунду счи­тывает содержимое видеобуфера и по коду символа и байту атрибута "рисует" пикселы, формирующие в совокупности очер­тание символа и его фон. При этом байт символа служит ин­дексом для входа в специальную таблицу - так называемую таблицу знакогенератора. Она задает карту, по которой ви­деоадаптер "расставляет" пикселы для изображения того или иного символа. Число строк и столбцов пикселов в этой карте различно для различных типов видеоадаптеров. В табл. 1.1 это значение, записанное в четвертом столбце в формате "стол­бцы х строки". Чем больше строк использовано для символа, тем более качественно он изображается на экране.

Число знакомест в одной текстовой строке зависит от режима работы видеоадаптера и приведено в табл. 1.1 в седь­мом столбце. Число текстовых строк для текстовых режимов зависит от типа адаптера и его инициализации. Для CGA-адаптера число строк текста в текстовых режимах всегда равно 25. EGA-адаптер в текстовых режимах способен отображать или 25 строк или 43 строки текста. Такой адаптер выдает на эк­ран 25 строк текста, во-первых, если он полностью эмулирует CGA-адаптер и, во-вторых, если установлена таблица знако­генератора 8 х 14 и сохранено максимальное число (350) телевизионных линий. Если для EGA-адаптера выбрана таблица знакогенератора 8 х 8 и сохранено 350 телевизионных линий на экран выводится 43 строки текста по 80 символов каждой. VGA-адаптер способен выводить на экран 25, 28, 43 или 50 строк текста, работая в текстовом режиме. На экране 25 строк текста будет в том случае, когда: 1) VGA-адаптер полностью эмулирует CGA-адаптер; 2) VGA-адаптер эмули­рует EGA-адаптер, отображающий 25 строк текста; 3) уста­новлены таблица знакогенератора 9 х 16 и число телевизион­ных линий, равное 400. На экране 50 строк текста отобража­ются тогда, когда установлена таблица знакогенератора 8x8 и сохранено число телевизионных строк, равное 400. Если в VGA-адаптере сохранено 400 телевизионных строк и установ­лена таблица знакогенератора 8 х 14, на экране отображается 28 строк текста.

Переключение адаптера в один из графических режимов полностью изменяет логику работы аппаратуры видеосисте­мы. При работе в графическом режиме появляется возмож­ность управлять цветом любой телевизионной точки экрана или пиксела. Число строк пикселов и число пикселов в каж­дой телевизионной строке зависит от режима работы видео­адаптера и приведено в табл. 1.1 в шестом столбце в формате "столбцы х строки". Таким образом, экран в графическом ре­жиме представляет собой матрицу пикселов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Представление экрана в графических режимах 4,5 (320 столбцов х 200 строк)

Функции консольного вывода

Функции консольного ввода-вывода Turbo С, прототипы которых помещены в файле <conio.h>, предназначены для облегчения работы по созданию простейшего оконного интерфейса. Эти функции используют понятие активного окна экрана. Активное окно это прямоугольная область экрана, в границах которой в данный момент работают функции. Описание активного окна (или, как часто говорят, фрейм) хранится во внутренней структурной переменной Turbo С. Установку параметров активного текстового окна выполняет функция window( ).

#include <conio.h>