Interfaţa video

Partea de circuistică a standardului VGA (Video Graphics Array) conţine un buffer video, un convertor numeric - analogic (DAC) şi un modul de test. Cei 256Ko de memorie video (minimul) sunt mapaţi în patru plane de câte 64Ko (pagina 0 până la 3). Convertorul numeric - analogic stabileşte ieşirea analogică pentru monitor (prin connectorul plăcii video). Modulul de test este folosit pentru detectarea tipului de monitor folosi (Monocrom sau Color).

Placa video VGA suportă toate modurile video: Monochrome Display Adapter (MDA), Color/Graphics Adapter (CGA), Enhanced Graphics Adapter (EGA). Când monitorul este monocrom, culorile vor apărea ca nuanţe de gri.

Modurile video disponibile la VGA:

Toate plăcile video utilizate în calculatoarele compatibile IBM cuprind un bloc de citire şi decodificare a datelor din memoria video. De exemplu generatorul de caractere alfanumerice translatează codurile ASCII din memoria video într-un model de puncte care construieşte caracterul pe ecran. Decodificatorul de atribute converteşte alte date din memoria video în semnale care produc culorile, sublinierea, şi altele. Toate aceste componente specializate sunt programabile.

Controller-ul CRT

Controller-ul CRT generează semnalele de sincronizare pe orizontală şi pe verticală. În plus incrementează numărătorul pentru adresarea memoriei video cu o rată dată de semnalele de sincronizare. Circuitele de afişare citesc datele din memoria video folosind adresa generată de CRT, decodifică informaţia din respectiva locaţie şi trimite semnalele de culoare şi intensitate monitorului împreună cu semnalele de sincronizare.

Controller-ul CRT mai îndeplineşte şi alte câteva funcţii. Dintre acestea amintim: determinarea dimensiunii şi a poziţiei cursorului, selectarea porţiunii din memoria video care va fi afişată, localizarea porţiunilor subliniate şi detectarea semnalelor generate de un creion optic.

În plăcile video MDA, CGA şi Hercules, controller-ul CRT este un singur circuit (chip) Motorola 6845. La plăcile video EGA, controller-ul CRT este un circuit LSI dedicat, proiectat de IBM. La MCGA, CRTC este o parte din Memory Controller Gate Array. CRTC-ul plăcii VGA este parte componentă dintr-un singur circuit Video Graphics Array. Indiferent de implementarea hardware, CRTC poate fi programat să genereze o gamă de parametrii de sincronizare în toate aceste subsisteme. Înainte de a intra în detaliile de programare ale controller-ului CRT, este interesant să trecem în revistă modul în care semnalele de sincronizare generate de CRT controlează afişarea imaginii pe monitor.

Ciclul de reîmprospătare a afişării

Pe măsură ce spotul de electroni baleează ecranul . La începutul parcurgerii fiecărei linii spotul de electroni este activat de semnalul Display Enable generat de CRTC. Pe măsură ce spotul balează linia curentă, circuitele de afişare folosesc numărătorul de adrese pentru citirea secvenţei de biţi din memoria video. Datele sunt decodificate şi folosite la generarea semnalelor de culoare şi intensitate pentru controlul monitorului. Pe măsură ce spotul de electroni parcurge linia, culoarea şi intensitatea lui variază corespunzător acestor semnale.

Aproape de marginea din dreapta a ecranului, CRTC dezactivează semnalul Display Enable şi nu mai afişează nimic. CRTC generează semnalul de sincronizare pe orizontală, care comandă monitorului să mute spotul la începutul liniei următoare şi se reia baleerea liniei.

Scurta perioadă de timp dintre sfârşitul afişării unei linii de date şi începutul liniei următoare se numeşte timp de întoarcere pe orizontală. Deoarece timpul de întoarcere pe orizontală (timpul necesar deflecţiei pe orizontală) este mai mic decât intervalul ( ) pe orizontală, există o zonă (overscan) la marginile fiecărei linii (fig).

În timpul perioadei de overscan, spotul poate fi lasat activat, afişând o imagine, o margine, o culoare. Motivul principal pentru care a fost lăsată această porţiune de overscan este pentru a asigura o margine de eroare pentru centrarea rastrului, astfel încât să nu se piardă informaţia de la marginea ecranului.

Sincronizarea pe verticală

După ce spotul a baleat toate liniile din rastru, semnalul Display Enable este dezactivat. CRTC generează un semnal de sincronizare pe verticală, care-i specifică monitorului să mute spotul din partea de jos a ecranului în colţul stânga sus. Intervalul de timp de mutare pe verticală este mai mic decât intervalul (blanking) pe verticală, astfel că şi aici apare un (overscan) la marginile de sus şi jos al rastrului.

Interfaţa programabilă a controller-ului CRT este bine definită şi uşor de folosit.

EGA

Controller-ul CRT folosit în Enhanced Graphics Adapter este un circuit LSI dedicat care conţine un set de registre diferit de cel al controller-ului 6845. Interfaţa programabilă este similară cu cea a circuitului 6845, dar conţinutul şi formatul registrelor diferă de cele ale lui 6845.

CRTC EGA suportă un set de funcţii mai mare decât cel oferit de 6845. Astfel CRTC poate genera o întrerupere hardware la începutul intervalului (blanking) pe verticală; poate afişa două porţiuni discontinue din memoria video.

Tabelul

O caracteristică curioasă a controller-ului CRT EGA este registrul de depăşire (Overflow register - 07H). Deoarece o placă video EGA poate afişa un rastru cu mai mult de 256 de linii, registrul care conţine numărul de linii de scanare trebuie să aibă 9 biţi în loc de 8. Astfel bitul cel mai semnificativ al numărului de linii este conţinut în registrul de depăşire.

Adresa de port a registrului de adrese al controller-ului este 3B4H iar portul pentru date este 3B5H. La plăcile video EGA şi VGA se pot trimite controller-ului atât adresa registrului care se accesează cât şi data care este înscrisă în respectivul registru:

mov	dx,3B4H		; registrul de adresare
mov	ax,080CH	; AL - numărul registrului, AH - data
out	dx,ax

VGA

Din punct de vedere funcţional registrele controller-ului VGA sunt un superset al setului de registre al controller-ului EGA. Registrele controller-ului VGA sunt adresabile prin aceleaşi adrese de port ca şi la EGA. În plus faţă de EGA au mai fost adăugat un număr de biţi pentru a acoperi necesitatea de adresare a 400 de linii câte suportă o placă VGA. Însă, spre deosebire de EGA, controller-ul VGA nu suportă folosirea creionului optic.

Cel mai important lucru este că registrele standardului EGA sunt menţinute, cu aceleaşi adrese şi la VGA. Astfel că programele scrise pentru EGA pot rula şi pe o placă VGA.

Spre deosebire de registrele controller-ului EGA, cele ale controller-ului VGA sunt atât pentru citire cât şi pentru scriere. În plus registrele de sincronizare pe orizontală şi pe verticală (registrele CRTC de la 00H până la 07H) pot fi protejate la scriere prin setarea pe 1 a bitului 7 din registrul 11H.

Pentru a folosi efectiv controller-ul CRT trebuie cunoscute câteva informaţii cu privire la specificaţiile de timp proprii controller-ului. Aceste informaţii au la bază următoarele trei constrângeri: lăţimea de bandă a semnalului video trimis monitorului şi rata de sincronizare pe orizontală şi verticală.

Plăcile video pentru calculatoarele IBM PC afişează pixelii la o rată stabilită de hardware. Această rată este cunoscută sub numele de lăţime de bandă video, rata de punct sau rata de pixel; iar oscilatorul care generează această rată se numeşte ceas de punct (dot clock). Plăcile video MDA, CGA şi Hercules folosesc un singur ceas de punct; însă la plăcile EGA şi VGA există mai mult de o frevenţă de pixel (Tabelul).

Tabelul

Dându-se o frecvenţă de pixel, CRTC trebuie programat astfel încât frecvenţele de scanare pe orizontală şi pe verticală trimise monitorului să fie limitate la frecvenţele pe care le suportă monitorul.

Sincronizarea pe orizontală

Sincronizarea pe verticală

Registrul de stare CRT

Toate plăcile video au un registru de stare CRT accesibil doar în citire. Acest registru se poate accesa prin portul de intrare/ieşire 3BAH la plăcile MDA şi Hercules şi prin portul 3DAH la CGA şi MCGA; la plăcile EGA şi VGA acest registru este văzut la portul 3BAH în configuraţiile monocrome şi la 3DAH în configuraţiile color. În general doi dintre cei opt biţi ai acestui registru reflectă starea curentă a semnalelor de sincronizare pe orizontală şi verticală generate de CRTC. Aceşti biţi de stare pot fi folosiţi pentru sincronizarea citirilor de reîmprospătare din memoria video cu ciclul de refresh al ecranului, pentru minimizarea interferenţelor cu imaginea afişată.

Din păcate semnificaţia biţilor de stare ai registrului de stare CRT diferă în funcţie de tipul plăcii video (Tabelul). De aceea programele trebuie să determine ce tip de placă video este folosită în sistem înainte de a folosi informaţia de stare din registru.

Tabelul

Modurile video

În ciuda constrângerilor de timp impuse de frecvenţa de pixel şi de frecvenţele de scanare pe orizontală şi pe verticală ale monitorului, toate plăcile video, cu excepţia MDA, pot fi programate cu un număr de parametrii CRTC. Aceasta face posibilă existenţa a mai multor moduri video.