图形显示适配器浅谈

图形显示适配器浅谈 图形显示适配器浅淡.71. 一 一2/,陈英英 显示系统是计算机最主要的外部设备之一,一个完整的图形一爱,形显示系统,频显示器和图形显示适配器(简称显示卡).显示卡是连接计算机和显示器的接口,它负责接. 收和储存由计算机主机发出的图象数据,并对该数据进行处理和转换,生成一定的时序信号/’. 传给显示器J显示器按照显示卡所发送的信号进行屏幕显示,最终形成与主机所发出的数据手}’潆 相对应的图象. 随着计算机技术的飞速发展,与之适配的显示卡的性能也不断增强,势必要求显示器的 性能也不断加以相应的提高.因此,无论是进行显示器的开发还是计算机的使用配置,了解 显示卡结构与基本功能,显示系统的发展史和市面上流行的显示卡的性能将是十分有益的. 本文就显示卡的这些加以介绍. 一 ,显示卡的结构和基本功麓, 显示卡的结构示意图如右图t 1.显示存储器(DisplayMemory) 显示存储器是一个动态随机存储器(IlRAM或 VRAM),它以一定的数据格式完整地保存着当前 嗄 罾骂 所要显示的一整屏图象.其容量已从最初的256K发展到目前高档卡上的8M. 2.图形控制器(GraphicaController) 它位于CPU和显示存储器之间的数据通道上.它能够被编程,对有关写入显示存储器 的数据执行逻辑功能(例如AND,OR,XOR或ROTATE),对读出数据进行比较的功能, 通过对图形控制器编程即可获得对这些功能的硬件支持,加快图形操作速度. 3.aT控制器(CRTController) 产生时序信号(例如同步和清除)以控制CRT显示操作和显示刷新同步. 4.数据串行发生器(Serializer) 它从显示存储器读取图象数据,井将所读出的数据串行化,发送给属性控制器或数模转 换器...’ 5.属性控制器(AttributeController) 属性控制器主要在l6色模式下起作用,它有一个i6色对256色的颜色查找表,通过该表将 4位的颜色值转换为8位的颜色值,再将这8位的颜色值传送给数棋转换器? 6.数模转换器(DAC). 它将来自属性控制器或数据串行发生器的颜色值转换成能分别用来表示红,绿,蓝三色 亮度的模拟信号值发送给显示器,以控制三个电子束的强度. 7.定序器(Sequencer) 定序器产生点和字符的时钟,控制整个适配器上所有功能的时序. ? 17’ =,显示卡的主要性鳇 从PC机的图形显示特性来讲,显示卡的性能主要表现在分辨率,色彩和速度三个方面: l?分辨率 分辨率是指屏幕上所能显示的象素点的个数,它一般用水平象素数X垂直象素数的形式 表示,如640X480.垂直象素数等于光栅扫描中水平扫描线的条数,水平象素数等于一条水 平扫描线中所能显示的点的个数. 2?色彩 显示卡的色彩是指用数字方式来表示和处理色彩的能力,它一般用色彩所占的数据位数 来表示.色彩数据位数越多,则所获得的色彩就越丰富越真实,从而需要更大容量的显示存 储器. 3.速度 显示卡的速度是指从显示存储器读取数据,并转换,传送给显示器的快慢.它取决于显 示卡的工作颠率及显示存储器与显示卡之间的内部数据传输位数.由于显示卡的数据处理过 程必须与显示器的光栅扫描及屏幕刷新同步,其工柞频率的提高将受到限制,因此提高显示 卡速度的主要是增加其内部的数据传输位数.显示卡的速度受到了两方面的影响,一方 面,当显示卡从显示存储器读取数据时,它将禁止CPU访问显示存储器,若提高显示卡的 速度就能给CPU留下更多的时间,使得CPU能以更快的速度将数据写入显示存储器,另 一 方面,显示卡必须以一定的帧频反复读取,转换,传送显示存储器中的数据,显示卡在一 个刷新周期内所能处理的数据量的大小,决定了显示卡所能支持的最大显示存储器容量,从 而也就决定了显示卡所能支持的最高分辨率和最高色彩数. 三,显示卡的发展 八十年代初以来,图形显示卡以上述三方面的显示性能得到极大的改善与提高为标志, PC机的图形显示系统的发展经历了从CGA,EGAVGA,SuperVGA的几个阶段t 1.CGA(ColorGraphicsAdapter): 逸是1982年IBM在其最初推出的PC机上所采用的彩色图形适配器,它的工作模式分为 两种字符模式和图形模式.在图形模式下有三种不同的显示方式,其最高分辨率模式为64O X200象素,单色,所显示的颜色可在16色中任选一种. 2.EGA(EnhancedGraphicsAdapter) 1985年mM推出了EGA.与CGA相比,EGA具有更高的分辨率和更丰富的色彩,其 最高图形分辨$~640X350,颜色数为64种选l6种.EGA包含了CGA的所有显示模式,并 且做到在硬件上与OGA基本兼容. 3.VGA(VideoGraphicsArray) 1987年IBM放弃了其所创立的PC机,推出了一种新结构的个人计算机系统PS/2, VGA即是作为PS/2的显示系统随Ps/2一起推出的.VGA的基本结构与EGA非常类 似,但有以下几方面优于EGAt ?EGA采用数字接口与显示器相连,而VGA采用模拟接口,这一改变极大地提高了 VGA的色彩显示能力,因为模拟方式具有无限的色彩显示和传输能力. ◎EGA的绝大部分寄存器都是只能写不能读的,而VGA的寄存器除了少数几个外都 ?18? 是可读写的,这给编程提供了很大的方便. @lA的显示刷新过多地占用了访问显示存储器的时间,而VGA则将其占用存储器 的时间减到了最小,使得CPU能以快得多的速度来读写显示存储器. @在性能上,VGA将l6色模式的分辨率提高了640x480,同时VGA提供了一种具 有820x200分辨率,256种颜色的图形模式,且所显示的每种颜色都可 从262144(18位)种颜色 中选择,VGA的这种色彩显示能力对微机图形图象软件的发展起到了很大的促进作用. 4.SuperVGA 各VGA兼容产品厂商几乎在仿制VGA的同时就开始了对VGA性能的扩展,直到目 前,这一扩展工作还在继续,那些在性能上得到扩展的VGA兼容产品被统称为SuperVGA, 而最初的VGA则称为标准VGA.从198底出现了第一个SuperVGA产品,到现在已经经 历了近lO年时闻,在这期间对VGA的性能发展大致经历了三个阶段; 第一阶段主要是分辨率的提高,大约用了二年时间.l6色及256色摸式下的分辨率都被 提高到了1024x768,在此之后,分辨率的进一步提高开始受到显示器性能及显示速度的翩 约,在目前普通机型上,最高分辨率仍然只能达到1024x768. 第二阶段完成了一项非常有意义的发展,即实现了l5位,l6位高彩色(highcolor)及24 位真彩色(truecolor)显示模式,这些图形模式使VGA具备了完全真实的色彩表现能力. 第三阶段主要是致力于速度的提高.速度对获得更高的分辨率及适 应多媒体,三维动画 等方面的应用都是一个至关重要的性能.对速度的提高主要从两方面进行t一方面,采用新 的局部总线接口,这样可极大地提高CPU读写显示存储器的速度,另一方面则是增加VGA 的内部数据传输位数,最初采用的是8位,目前最常见的是64位,最高则达到了128位.随着 速度的加快,分辨率亦得到了很大提高,目前最高档的VGA在l6色,256色模式下的分辨率 可选到2048x2048,在真彩色模式下可达到1600x1200. 随着分辨率和颜色数的提高,显示存储器的容量亦不断地扩大,从最初的256K扩大到 了目前的普及型512K,1024K,高档产品2M,4M,最高档的产品达到了8Mo 随着显示卡性能的增强,显示器的性能(主要是分辨率)也就需要进行相应的提高,但显 示器方面涉及的技术问耍多一些,工作就显得困难一些.事实上在VGA的发展过程中,显 示器的发展总是落在了后面,目前普通彩色显示器的分辨率只能选到1024x768,而高档显示 器的分辨率则能达到1600×1200. 四,VGA的图形显示漠式 VGA可以支持多种分辨率及多种色彩表示方式,多种分辨率与多种色彩表示方式相组 合即形成了非常丰富的VGA图形显示模式.一种图形模式一般表示为t水平象素数x垂直 象素数x色彩模式,如800x600x256色. 一 定的分辨事对应有一定的象素数,一定的色彩模式则决定了每个象素在显示存绪器中 所占的位数,因此每一种显示模式都有一定的存储器需要量.一种模式所需的存储器容量计 算公式如下, 所需存储器容量=水平象素数x垂直象素数x每象素所占容量 ~t640x480x64K色模式所需的存储器容量为{ 640x480x16Bit=640x480x2Byte=614400Byte;600K ?19? VGA的图形模式如表一所示,从表一可得到各种窖量的显示卡在各种色彩模式下所能 支持的最高分辨率,如表二所示. 寰一VGA图形梗式 图形模式所需容量最低配置窖量类型 640×480×16色150K256K普通模式 800×600x16色235K256K普通模式 1024x768×16色38’K5l2M普通模式 1280x1024x16色640KIM高级模式 1600x1200×16色938K1M高绶模式 2048×2048×16色2048K2M高级模式 320×蛐0x256色63K256K普通模式 640×400×256乜250K256K普通模式 640x480×256色300K512K昔通模式 800×600×256色409K5l2K普通模式 1024×768x256色768K,1M普通模式 1280x1024×256色1280K2M高级模式 1600x1200×256色1875K2M高级模式 2048×2O48×256色4096K4M高组模式 320x200x32K电125K256K昔丑模式 512×480x32K色480K256K普通模式 640×480x32K色600K1M普通模式 800×600x32K包938KlM昔丑模式 1024×768x32K色1536K2M高级模式 1280×10孔x32K色2560K4M高级模式 l600×1200×32K色3750K4M高袅模式 320×200×64K色125K256K普通模式 512×480×64K色蚰0K256K昔通模式 640×480x64K色600KlM普通模式 800×600x64K色955KIM普通模式 1024x768×64K色1536K2M高教模式 1280x1024x64K色2560K4M高袅模式 1600x1200×64K色3750K4M高级模式 320x200×16M色200K256K普通模式 640×480×16M色960K1M普通模式 800x600×16M色1407K2M高级模式 1024×768×16M色2304K4M高袅模式 1280×1024x16M色3840K8M高级模式 1600x1200x16M色5625K8M高教模式 五,s3卡的新功能曩豆示卡的洼行趋势 最后简要介绍一种高档显示卡V【EWTOPBP-~X卡(简称S3765卡),除其具有超高 分辨率,真实色彩和非常高的刷新颓率外,还有一些先进的与视频显示器有关的附加功能以 及目前显示卡的流行趋势. 1.S3765卡功能 ?VESADDC即VESADisplayData~annet(VESA显示数据通道) VESADDC是一种为具有PlugandPlay(即插即甩,简称PaP)功能显示器面制订的 ? 2o? 衰=各种窖量的五示卡所能支持的量裔分辨辜 显示卡容量l6色2S6色32K.”J【色】eM色 256K8O0x600640x40032ox200320x200 512K1024x768S00x600512x4B0320x200 1M1000x1200102&x768800x600640×4B0 2M2D4Bx20&81600x1201024x762800x600 4M204Bx2048’8x20421600x12001024×76B 8M2048x2D4820柚x20481602x12舯1600x122D 工业标准.对图形显示卡而言,主耍是建立一种图形卡向显示器询问它的显示能力以及 显示器对此作出应答的方法.虽然,WINDOWS95就配置了这样的软件,每次启动对,都 向显示器询问DDC信息.但是由于这些询问是间歇性的,会引起荧光屏熄灭.而S3765卡 的控制板上有一个VESADDC按钮,只要按一下按钮,就可以向显示器询问DDC信息. 如果该显示器是支持DDC的,则S3765卡的控制板会自动转换到pap显示器类型的配置 上,并把显示器的显示能力信息寄存到图形显示卡的数据岸里. ?PowerManaEemant(电源管理)功能 对S3765卡的控制板加载一个文件名为VCPDPMS.ScR的软件,使其具有VF_~A DPMs专用屏幕节电功能,能激活符合”能源之星的显示器进入节电状态.它的控制扳有一 个DPMS(DisplayPower~tanagemantServices)按钮,可以测试S3765图形卡和显示器 支持电源管理的功能.当敲击这个按钮时,控制板首先报告S3765图形卡所支持的节电状态, 然后马上给予一个把显示器放在待机状态的选择项.如果显示器是符合.能源之星的,在控 制板唤醒显示器之前,荧光屏将大约熄灭1O秒钟. 2.目前显示卡的流行趋势 由于目前国内,国际计算机的发展很快,从前年,去年流行的386,486PC机到目前孵 Pent|um(奔腾),PentiumPr0(高能奔腾)机,其使用的总线从以前的ISA,VESA总线等 到目前的PCI总线,以前普遍使用的IsA=Bus.VESABus的显示适配器已逐渐退出市场, 取而代之的是带有加速引孽,高局4新率,真彩的PCI总线2D/3D图形显示遣配器,目前较 为流行的有S3系列,Trident系列,Cirrus系列等. (上接第3页) 5.数字信号处理技术在彩色电视机中的应用.视频数字信息处理技术包括取样,量化, A/D变换,存储,控制,D/A变换等技术.视频数字信号处理技术可以提高图像质量,改 善信噪比,增加功能,完成图像特技处理等.随着数字化大规模集成技术的日趋成熟,数字 技术已经部份地运用在彩电技术中,饲如遥控技术,AI技术,IC总线技术,图文电视,画 中画技术,画外画技术,数字梳状滤波器,幅型比变换技术等.电视技术未来的发展方向是 数字化,因此彩电行业要抓紧数字技术在彩电中的应用,提高产品的技术含量. ? 21?