Программирование видеоадаптеров

Видеоадаптеры SVGA превосходят VGA по разрешению экрана и количеству одновременно отображаемых цветов.

Чтобы иметь возможность отображать большое количество цветов при большой разрешающей способности, видеоадаптер SVGA должен иметь значительно больше видеопамяти, чем адаптер VGA. Например, для реализации режима с разрешением 1024 x 768 пикселов и возможностью одновременного отображения 64 К цветов необходима видеопамять объемом 1,6 Мбайт.

Для доступа центрального процессора к видеопамяти обычно резервируется адресное пространство размером всего 64 Кбайт. Как же процессор получает доступ к видеопамяти, объем которой для некоторых режимов достигает 4 Мбайт? Существует несколько различных подходов к решению этой проблемы, которые могут комбинироваться.

Слоеный пирог

В большинстве стандартных режимов адаптеров EGA и VGA видеопамять организована из четырех слоев. По каждому адресу расположены сразу четыре байта. Благодаря специальным схемам видеоадаптер может получить доступ к отдельным слоям памяти.

Простейший путь втиснуть в адресное пространство объемом 64 Кбайт больше памяти лежит в увеличении количества слоев видеопамяти. Действительно у некоторых моделей видеоадаптера SVGA видеопамять организована в 8 и даже в 16 слоев. Каждый байт видеопамяти определяет 8 пикселов. Восемь слоев памяти позволяют закодировать 256 возможных цветов для пиксела, а шестнадцать слоев - 65536 различных цветов.

Однако увеличение числа слоев влечет за собой усложнение аппаратуры видеоадаптера и ее удаление от стандарта адаптера VGA, регистры которого рассчитаны только на четыре слоя памяти.

Увидеть весь мир через замочную скважину

Многие современные видеоадаптеры применяют давно известный прием, ранее использовавшийся для подключения к компьютеру дополнительной памяти. Центральный процессор получает доступ к видеопамяти через небольшое окно. Это окно может иметь небольшой размер - до 64 Кбайт и располагаться в адресном пространстве процессора. Обычно окно занимает адресное пространство A000:0000h - A000:FFFFh, то есть расположено также как и для стандартных цветных режимов видеоадаптеров EGA, VGA и SVGA. Процессор компьютера может перемещать это окно по всей видеопамяти адаптера получая доступ к разным ее участкам.

Таким образом, процессор может одновременно получить доступ только к части видеопамяти. Чтобы обратиться к другому участку видеопамяти, необходимо переместить окно доступа. Обычно для этого достаточно записать в определенный регистр видеоадаптера SVGA положение окна относительно начала видеопамяти.

Доступ к видеопамяти через небольшое окно создает определенные трудности для программного обеспечения. Теперь чтобы отобразить на экране монитора пиксел вы должны не только вычислить положение соответствующей ячейки видеопамяти, но также определить смещение для окна доступа.

Одновременно усложняются процедуры, отображающие на экране линии и другие геометрические фигуры. Возможно, что выводимое на экран изображение не помещается в одно окно. Процедура должна будет соответственно перемещать окно по видеопамяти.

Усложняются процедуры копирования изображения из одной позиции экрана в другую. Они должны учитывать, что при копировании может понадобиться перемещать окно доступа к видеопамяти.

Чтобы немного помочь программистам в решении этих и многих других задач, некоторые реализации видеоадаптеров SVGA отводят для доступа к видеопамяти не одно, а два окна. Обычно они обозначаются как окно A и окно B. В некоторых моделях видеоадаптеров через одно окно можно только записывать данные в видеопамять, а через другое только читать из видеопамяти.

Больше цветов больше бит

Многие режимы видеоадаптера SVGA позволяют одновременно отображать на экране больше чем 256 различных цветов. Естественно что для этого каждый пиксел должен быть представлен большим количеством бит.

Рассмотрим 256-цветный режим видеоадаптера VGA. Каждый пиксел экрана представлен 8 битами данных видеопамяти. Видеоадаптер VGA содержит таблицу цветов (набор из 256 регистров ЦАП), которые согласно значениям, записанным в ней преобразует 8 битные данные видеопамяти в три 6-битных сигнала. Эти три сигнала поступают на три ЦАП и вырабатывающие красную, зеленую и синюю компоненты, определяющие цвет пиксела. Благодаря применению таблицы цветов вы можете выбрать для одновременного отображения на экране монитора любые 256 цветов из 262144 возможных.

Видеоадаптеры SVGA для каждого пиксела используют больше чем 8 бит. Обычно пиксел определяется 15, 16 или 24 битами. Естественно, что в этом случае использование таблицы цветов адаптера VGA затруднено. Например, для режима 65536 цветов (16 бит на пиксел) требуется увеличить размер таблицы цветов до 65536 18-битных регистров. Если адаптер SVGA кодирует пиксел 24 битами, то придется увеличивать размерность таблицы цветов с 18 до 24 или выше.

Поэтому в большинстве режимов SVGA реализована схема прямого кодирования цвета (Direct Color Mode). Биты, определяющие пиксел, группируются на три основные группы, непосредственно определяющие красную, зеленую и синюю компоненты цвета. Данные из этих трех групп передаются на три ЦАП и формируют видеосигнал. Таблица цветов не используется.

В некоторых режимах SVGA существует дополнительная, четвертая группа бит, также соответствующая каждому пикселу. Как правило, четвертая группа бит не используется. Некоторые модели видеоадаптеров могут использовать ее по своему усмотрению.

Например, на видеоадаптере Diamond Stealth 64, в режиме 110h, соответствующему спецификации VESA, для кодирования одного пиксела отводится два байта (рис. 7.1). Они разделены на четыре группы. Три из них имеют размер 5 бит и отвечают за красный, зеленый и синий компоненты цвета пиксела. Четвертая группа, резервная, состоит из одного бита. На рисунке 7.1 резервная группа отмечена символом 'X'.

Рисунок 7.1 Формат видеопамяти, 15 бит на пиксел

Таким образом, в режиме 110h видеоадаптер может отображать пикселы 2^{5+5+5 =} 32768-и различных цветов.

В режиме 111h на каждый пиксел также как и в режиме 110h отводится 2 байта, однако они имеют другой формат (рис. 7.2). Резервное поле отсутствует. За счет этого увеличен размер поля, управляющего зеленым компонентом цвета пиксела. Поэтому, в данном режиме видеоадаптер может отображать пикселы 2^{5+6+5 =} 65536-и различных цветов.

Рисунок 7.2 Формат видеопамяти, 16 бит на пиксел и резервное поле

Чтобы видеоадаптер мог одновременно отображать на экране 16777216 различных цветов, необходимо, чтобы для кодирования каждого пиксела отводилось 24 бита. Обычно видеоадаптеры используют для этого два различных формата кодирования пиксела (рис. 7.3 и 7.4)

Рисунок 7.3 Формат видеопамяти, 24 бит на пиксел

В режимах 112h, 115 и 118h на один пиксел отводится 4 байта (рис. 7.4). Они разделены на четыре группы по 8 бит в каждой. Три группы отвечают за красный, зеленый и синий компоненты цвета пиксела. Четвертая группа резервная. Такой формат позволяет одновременно отображать на экране монитора пикселы 2⁸⁺⁸⁺⁸ = 16777216 различных цветов.

Рисунок 7.4 Формат видеопамяти, 24 бит на пиксел и резервное поле

Интересно отметить, что даже в режиме 118h, имеющем разрешение 1024x768 пикселов, на экране отображается 786432 пиксела. То есть меньше, чем количество цветов, которое видеоадаптер может одновременно отобразить на экране монитора.