Лекция 19. Интерфейс ЭВМ с видеотерминалом. Видеоадаптер. Режимы изображений: текстовый и графический режимы. Видеопамять. Анимация изображений.

Интерфейс ЭВМ с видеотерминалом.

В 60-х годах с появлением первых видеотерминалов, позволявших в реальном времени отображать вводимую и выводимую информацию, основным способом общения человека с компьютером окончательно стал текстовый ввод.

Номенклатура дисплеев СМ ЭВМ должна удовлетворять требованиям широкого круга пользователей. Особенность дисплеев заключается в том, что они устанавливаются непосредственно на рабочем месте пользователя и являются тем инструментом, с помощью которого осуществляется связь с ЭВМ. Поэтому конструкция и технические характеристики дисплеев должны учитывать конкретные условия их применения, характер задач, решаемых пользователем. Это особенно важно для повышения эффективности применения СМ ЭВМ у малоподготовленного пользователя. Вместе с тем при серийном производстве и с целью упрощения эксплуатации' номенклатура дисплеев и их функциональных узлов должна быть ограничена.

Широкая перспектива для совершенствования дисплеев появилась с применением микропроцессоров, а также контроллеров для устройств ввода-вывода информации, клавиатур и формирователей видеосигнала, выполненных в виде БИ?. К отечественным микропроцессорным дисплеям, разработанным для СМ ЭВМ, относятся ВТА-2000-15, АЦВ СМ, СВТУ СМ, ИВТ СМ.

Все указанные дисплеи построены на единой элементно-конструктивной базе с применением получившего наибольшее признание в дисплейной технике микропроцессорного набора серии К580. В дисплеях АЦВ СМ, СВТУ СМ, ИВТ СМ использованы архитектурные принципы микроЭВМ СМ-1800 и межблочный интерфейс И41, разработанный для этой системы и совместимый с широко распространенным интерфейсом «мультибас». Совместимость по интерфейсу с СМ-1800 позволяет использовать унифицированные модули этой системы.

ВТА-2000-15 является черно-белым алфавитно-цифровым дисплеем с расширенным набором команд редактирования. Выпускается в нескольких модификациях, отличающихся типами интерфейса и количеством знаков на экране.

АЦВ СМ — видеотерминал с программируемым форматом, обеспечивающим отображение алфавитно-цифровых текстов, псевдографической символьной информации типа мнемосхем, гистограмм, графиков, а также растровой полутоновой информации. К устройству могут подключаться цветные ВКУ.

СВТУ СМ предназначен для корректуры текстов в полиграфии. Отличается большим набором программируемых символов

Видеоадаптер.

Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеоплатой, видеокартой), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента – платы расширения. Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

Стандартные типы видеоадаптеров

MDA (Monochrome Display Adapter - монохромный адаптер дисплея) - простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80x25 (720x350, матрица символа - 9x14), поддерживает пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мигающий. Частота строчной развертки - 15 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яркости.

HGC (Hercules Graphics Card - графическая карта Hercules) - расширение

MDA с графическим режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules.

CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер) - первый адаптер с графическими возможностями. Работает либо в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и 80x25 (матрица символа - 8x8), либо в графическом с разрешениями 320x200 или 640x200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графических режимах доступно четыре палитры по четыре цвета каждая в режиме 320x200, режим 640x200 монохромный. Вывод информации на экран требовал синхронизации с разверткой, в противном случае возникали конфликты по видеопамяти, проявляющиеся в виде "снега" на экране.

Частота строчной развертки - 15 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал (три канала - красный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яркости.

EGA (Enhanced Graphics Adapter - улучшенный графический адаптер) - дальнейшее развитие CGA, примененное в первых PC AT. Добавлено разрешение 640x350, что в текстовых режимах дает формат 80x25 при матрице символа 8x14 и 80x43 - при матрице 8x8. Количество одновременно отображаемых цветов - по-прежнему 16, однако палитра расширена до 64 цветов (по два разряда яркости на каждый цвет). Введен промежуточный буфер для передаваемого на монитор потока данных, благодаря чему отпала необходимость в синхронизации при выводе в текстовых режимах. структура видеопамяти сделана на основе так называемых битовых плоскостей - "слоев", каждый из которых в графическом режиме содержит биты только своего цвета, а в текстовых режимах по плоскостям разделяются собственно текст и данные знакогенератора. Совместим с MDA и CGA. Частоты строчной развертки - 15 и 18 Кгц. Интерфейс с монитором - цифровой: сигналы синхронизации, видеосигнал (по две линии на каждый из основных цветов).

MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный графический адаптер) - введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2. Добавлено разрешение 640x400 (текст), что дает формат 80x25 при матрице символа 8x16 и 80x50 - при матрице 8x8. Количество воспроизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уровня на каждый из основных цветов). Помимо палитры, введено понятие таблицы цветов, через которую выполняется преобразование 64-цветного пространства цветов EGA в пространство цветов MCGA. Введен также видеорежим 320x200x256, в котором вместо битовых плоскостей используется представление экрана непрерывной областью памяти объемом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экрана. Совместим с CGA по всем режимам, а с EGA - по текстовым, за исключением размера матрицы символа.

Частота строчной развертки - 31 Кгц, для эмуляции режимов CGA используется так называемое двойное сканирование - дублирование каждой строки формата Nx200 в режиме Nx400. интерфейс с монитором - аналогово-цифpовой: цифровые сигналы синхронизации, аналоговые сигналы основных цветов, передаваемые монитору без дискретизации. Поддерживает подключение монохромного монитора и его автоматическое опознание - при этом в видео-BIOS включается режим суммирования цветов по так называемой шкале серого (grayscale) для получения полутонового чеpно-белого изображения. Суммирование выполняется только при выводе через BIOS - при непосредственной записи в видеопамять на монитор попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встроенного цветосмесителя).

VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной графики) - расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. В режиме 640x480 используется так называемая квадратная точка (соотношение количества точек по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана - 4:3). Совместим с MDA, CGA и EGA, интерфейс с монитором идентичен MCGA.

IBM 8514/а - специализированный адаптер для работы с высокими разрешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами графического ускорителя. Не поддерживает видеорежимы VGA. интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

IBM XGA - следующий специализированный адаптер IBM. расширено цветовое пространство (режим 640x480x64k), добавлен текстовый режим 132x25 (1056x400). Интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

SVGA (Super VGA - "сверх" VGA) - расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 - все с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16.7 млн. (True Color). Также добавляются расширенные текстовые режимы формата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сервиса добавлена поддержка VBE.

Режимы изображений.

Компьютерные видеоподсистемы могут работать в одном из двух основных видеорежимов: текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора разбивается на отдельные символьные позиции, в каждой из которых одновременно может выводиться только один символ. Текстовый режим в современных операционных системах используется только на этапе начальной загрузки.В графическом режиме для каждой точки изображения, называемой пикселем, отводится от одного (монохромный режим) до 32 бит информации. Графический режим часто называют режимом с адресацией всех точек (All Points Addresable), поскольку только в этом случае имеется доступ к каждой точке изображения. Максимальное разрешение и количество воспроизводимых цветов конкретной видеоподсистемы в первую очередь зависят от общего объема видеопамяти и количества бит, приходящихся на один пиксель.

Видеопамять.

Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.

На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов:

· скорость центрального процессора (CPU)

· скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)

· скорость видеопамяти

· скорость графического контроллера

Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), т.е. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.

Появление насыщенных мультимедиа и видеорядом приложений, так же, как и увеличение тактовой частоты современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные мультимедиа контроллеры требуют от основной системной памяти большей пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу новым требованиям, производители предлагают новые типы памяти, разработанные с помощью обычных и революционных методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.

Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры в ответ на требования более высоких скоростей работы памяти. Широкий выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка или каких приложений выбрать тот или иной тип.

Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера и передается на экран - все зависит от трех факторов:

· разрешение вашего монитора

· количество цветов, из которых можно выбирать при создании изображения

· частота, с которой происходит обновление экрана

Разрешение определяется количеством пикселов на линии и количеством самих линий. Поэтому на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета - это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур.

Анимация изображений.

Анимация - это движение объекта, можно сказать, что анимация это последовательность изменяющихся изображений, которая произошла за определенный промежуток времени. Совокупность кадров, сменяющих друг друга в единицу времени создают иллюзию движения, что и есть не что иное как анимация.

В настоящее время часто используется такое понятие как флеш-анимация. Флеш-анимация - это анимация, применяемая в Web-технологиях, для разработки анимационных роликов, заставок, презентаций, рекламных блоков (флеш баннер) и т.д. Распространенной средой разработки как флеш анимации так и анимированных приложений является программный продукт фирмы Macromedia - Macromedia Flash MX.

Предназначение АНИМАЦИИ как таковой состоит в том, что у человека, как и у любого другого хищника органы зрения имеют одну интересную особенность - хищник способен заметить или обнаружить объект с гораздо большей долей вероятности, если тот находится в движении. Отсюда вывод - чтобы обратить внимание на рекламируемый объект, его нужно анимировать. Вот для этого и предназначена флеш анимация. Суть в том, что любая информация воспринимается лучше, если она носит динамический характер.

Список литературы.

1. материалы статей и обзоров сайта iXBT Hardware (ixbt.stack.net)

2. материалы статей и обзоров сайта 3D News (www.3dnews.ru)

3. материалы статей и обзоров журнала и сайта “Компьютерра” (www.computerra.ru)

4. материалы статей и обзоров журнала и сайта “Мир ПК” (www.pcworld.ru)

5. материалы статей и обзоров журнала и сайта “PC Magazine: Russian Edition” (www.pcmagazine.ru)

6. Е.Рудометов, В.Рудометов. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа.- СПб: “Питер”, 2000

7. материалы сайта www.vikipedia.ru