|
|
Лабораторная работа №2 Работа с экраном и видеоадаптерами
Цель работы: Вывод текста на экран путём непосредственного программирования видеобуфера. Введение задержки для программных операций.
Содержание работы: 2.1. Стандартные типы видеоадаптеров. 2.2. Видеопамять. 2.3. Методические рекомендации. 2.3.1 Введение. 2.3.2. Прямое программирование видеобуфера в текстовом режиме. 2.3.3. Справочные данные по функциям BIOS. 2.3.3.1. Прерывание int 10h. Видеофункции BIOS. 2.4. Варианты индивидуального задания. 2.5. Контрольные вопросы. 2.6. Содержание отчета. 2.7. Информационные источники.
2.1.Стандартные типы видеоадаптеров
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. 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-цифровой: 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 черно-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 A rray - 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 640х480х64к), 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.
2.2. 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 Видеокарта состоит из четырех основных устройств: памяти, контроллера, ЦАП и ПЗУ. Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеокарты - АхВхС, где А - количество точек по горизонтали, В - по вертикали, и С - количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640x480x16 достаточно 256 Кб, для 800x600x256 -512 Кб, для 1024x768x65536 (другое обозначение - 1024х768х64к) - 2 Мб, и т.д. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов - 4 разряда, 256 - 8 разрядов, 64k - 16, и т.д.). Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора. Для исключения конфликтов при обращении к памяти со стороны видеоконтроллера и центрального процессора видеоконтроллер имеет отдельный буфер, который в свободное от обращений ЦП время заполняется данными из видеопамяти. Если конфликта избежать не удается - видеоконтроллеру приходится задерживать обращение ЦП к видеопамяти, что снижает производительность системы; для исключения подобных конфликтов в ряде карт применялась так называемая двухпортовая память, допускающая одновременные обращения со стороны двух устройств. Многие современные видеоконтроллеры является потоковыми - их работа основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков графической информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши и отдельное изображение в прямоугольном окне. Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором или ускорителем, и служит для разгрузки ЦП от рутинных операций по формированию изображения. ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, DAC) служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор. Все современные мониторы используют аналоговый видеосигнал, поэтому возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами ЦАП. Большинство ЦАП имеют разрядность 8x3 - три канала основных цветов (красный, синий, зеленый, RGB) по 256 уровней яркости на каждый цвет, что в сумме дает 16.7 млн. цветов. Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером. Видео-ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую - к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS; операционные системы с графическим интерфейсом - Windows или OS/2 - практически не используют ПЗУ для управления адаптером, хотя и могут иметь проблемы в работе при ошибках в программе BIOS, не найденных разработчиками. На карте обычно размещаются один или несколько разъемов для внутреннего соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для предоставления внешним устройствам доступа к видеопамяти и изображению. К этому разъему может подключаться телеприемник, аппаратный декодер MPEG, устройство ввода изображения и т.п. На некоторых картах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств.
2.3. Методические рекомендации 2.3.1. Введение
Все возможности видеосистемы компьютера можно реализовать с помощью видеофункций BIOS прерывания int 10h. Прерывание int 10h обеспечивает: смену видеорежима (текстовый или графический); вывод символьной и текстовой информации; смену шрифтов, настройку цветовой палитры, работу с графическим изображением. Программирование видеосистемы с помощью средств BIOS более громоздко, однако большие возможности и высокая скорость вывода обуславливают широкое использование этого метода в прикладных программах. В данной работе рассматриваются функции BIOS для обслуживания видеосистемы компьютера, а также функции для работы с клавиатурой. Перечислим функции, являющиеся предметом рассмотрения в лабораторной работе. Int 10h: функция 00h - установка видеорежима; функция 02h - установка позиции курсора; функция 03h - считывание позиции и размера курсора; функция 05h - установка видеостраницы; функция 06h (07h) - инициализация или прокрутка окна вверх (вниз); функция 08h - чтение символа и атрибута в позиции курсора; функция 09h - запись символа и атрибута в позицию курсора; функция 0Ah - запись символа в позицию курсора с текущим атрибутом; функция 0Eh - запись символа в режиме телетайпа с текущим атрибутом; функция 0Fh - получить режим дисплея; функция 1003h - переключение назначения старшего бита байта атрибута: мерцание/яркость, функция 13h - запись строки с заданным атрибутом в режиме телетайпа. Int 16h: функция 00h (10h) - чтение символа с клавиатуры с ожиданием; функция 01h(11h)- проверка буфера клавиатуры на наличие в нём символа; функция 02h (12h) - получение флагов (расширенной) клавиатуры.
2.3.2. Прямое программирование видеобуфера в текстовом режиме
Современные видеоконтроллеры поддерживают разнообразные текстовые и графические режимы. Текстовые режимы различаются по разрешению (число отображаемых символов по горизонтали и вертикали) и цветовой палитре (монохромный или 16-цветный режим). Для графических режимов основным признаком классификации является количество одновременно отображаемых цветов и, соответственно, количество бит видеопамяти, отводимое на каждую точку (пиксел) изображения. Различают следующие типы графических режимов: - монохромный (1-битное кодирование); - 16-цветный EGA/VGA (4-битное кодирование); - 256-цветный SVGA (8-битное кодирование); - HiColor (16-битное кодирование); - True Color (24-битное / 32-битное кодирование). Всё, что изображено на мониторе - графика, текст - одновременно присутствует в памяти, встроенной в видеоадаптер. Для того чтобы изображение появилось на мониторе, оно должно быть записано в память видеоадаптера. На экране отображается видеобуфер, соответствующий активной странице. В текстовых режимах для изображения каждого символа отводится 2 байта: байт с ASCII-кодом символа и байт с его атрибутом. Вообще при формировании изображения непосредственно в видеобуфере, в обход программ DOS и BIOS, все управляющие коды ASCII теряют свои управляющие функции и отображаются в виде соответствующих символов. Структура байта атрибутов приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1.-Структура байта атрибутов
Из рис. 2.1 следует, что каждый символ может принимать любой из 16 возможных цветов, определяемых сочетанием младших 4-х битов. Биты 4-6 байта атрибутов задают цвет фона под данным символом. Последний бит 7, в зависимости от режима видеоадаптера, определяет либо яркость фона под данным символом (тогда фон также может принимать 16 разных цветов), либо мерцание символа (устанавливается DOS no умолчанию). При загрузке машины устанавливается стандартная палитра, коды цветов которой приведены в табл. 2.1. Рассмотрим некоторые примеры. Так, в режиме мерцания значение старшего полубайта атрибута 8h обозначает не серый фон, а чёрный при мерцающем символе, цвет которого по-прежнему определяется младшим полубайтом; значение старшего полубайта 0Ch - красный фон при мерцающем символе. Переключение назначения бита 7 осуществляется подфункцией 03h функции 10h прерывания int 10h.
Таблица 2.1 Коды цветов стандартной палитры
Двухбайтовые коды символов записываются в видеобуфер в том порядке, в каком они должны появиться на экране: первые 80*2 байт соответствуют первой строке экрана, вторые 80*2 байт - второй и т.д. При этом переход на следующую строку экрана определяется не управляющими кодами возврата каретки и перевода строки, а размещением кода в другом месте видеобуфера. Вычислить смещение ячейки в координатах "строка-столбец" (row, clm) можно так: VidAddr= (row* 160) + (clm* 2) При большом объёме выводимых данных, информационный кадр формируется заранее в буфере пользователя, располагающегося в сегменте данных программы.
2.3.3.Справочные данные по функциям bios
Регистры общего назначения. Регистрами общего назначения называются 32-битные регистры EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESP, ESI и EDI. Данные регистры используются для хранения операндов логических и арифметических команд. Кроме того, они могут использоваться для хранения операндов при вычислении адресов (кроме регистра ESP, который не может быть использован как индексный операнд). Имена указанных регистров наследованы от имен регистров общего назначения процессора 8086 - AX, BX, CX, DX, BP, SP, SI и DI. В Таблице 2.2 показано, как можно адресовать младшие 16 бит регистров общего назначения процессора i486, используя имена регистров процессора 8086. Каждый байт 16-битных регистров AX, BX, CX и DX также имеет свое имя. Байты этих регистров называются AH, BH, CH и DH (старшие байты) и AL, BL, CL и DL (младшие байты). Таблица 2.2 Имена регистров
2.3.3.1. Прерывание int 10h. Видеофункции BIOS
Функция 00h.Установка видеорежима (табл. 2.2) текущей видеостраницы с очисткой экрана (быстрая очистка экрана реализуется функцией 06h и 07h, полная очистка экрана 00h). Вызов: АН = 00h, Al = видеорежим (код режима задаётся в младших 7 битах, установка в 1 старшего бита запрещает очистку экрана). Регистры АХ, ВР, SI, и DI – не используются в данной функции.
Функция 02h.Установка позиции курсора. Задаёт положение курсора на экране в текстовых координатах, с которых в дальнейшем будет выводиться текст. Отсчёт номера строки и столбца ведётся от верхнего левого угла. Курсор можно установить как в текстовом, так и в графическом режиме, однако, в графическом режиме курсор не виден. BIOS поддерживает до восьми независимых курсоров - по одному на каждую страницу (см. табл. 2.2) независимо от того, какая страница является активной. Функцию 02h BIOS можно использовать в комбинации с функциями DOS для организации вывода на экран. Вызов: АН = 02h; ВН = номер страницы (0,1,...7), обычно 0;DH = строка; DL = столбец. Регистры АХ, ВР, SI и DI – не используются в данной функции. Функция 03h.Считывание позиции и размера курсора. Возвращает текущие координаты состояния курсора на выбранной странице. Это даёт возможность временно перейти для работы на другое место экрана, а затем вернуться на старое место. Функцию 03h BIOS можно использовать в комбинации с функциями DOS для организации вывода на экран. Вызов: АН = 03h, ВН = номер страницы (0,1,...7), обычно 0. Возврат: DH, DL = строка и столбец текущей позиции курсора, СH, CL = первая и последняя строки развёртки курсора – размер курсора. Регистры АХ, ВР, SI и DI – не используются в данной функции. Функция 08h.Чтение символа и атрибута в текущей позиции курсора на выбранной странице. Вызов: АН = 08h, (цвет) ВН = номер страницы (0,...,7), обычно 0. Возврат: АН = атрибут символа, AL = ASCII-код символа. Регистры ВР, SI и D – не используются в данной функции.. Функция 09h.Запись символа с заданным атрибутом на экран в позицию курсора. Действует как в графическом, так и в текстовом режимах. В графическом режиме символы не должны переходить на следующую строку. Все коды в AL рассматриваются как символьные и не управляют положением курсора. После вывода символа курсор смещается к следующей позиции функцией 02h. Коэффициент повторения позволяет выводить строки одинаковых символов. В текстовом режиме символ выводится с указанным в BL атрибутом. В графическом - содержимое BL влияет только на цвет символа, но не на фон под ним. Графическое изображение под знакоместом затирается. Вызов: АН =09h, AL = ASCII-код символа, BL — атрибут символа (текстовый режим) или только цвет символа (графический режим), ВН = номер страницы (0,1,...7), СХ= коэффициент повторения. Регистры АХ, ВР, SI и DI – не используются в данной функции. Функция 0Ah.Запись символа с текущим атрибутом на экран в позицию курсора. Функция действует как в графическом, так и в текстовом режимах. Символ принимает атрибут, установленный ранее для этой позиции. Все ASCII-коды в AL рассматриваются как символьные и не управляют положением курсора (также как и в функции 09h). После вывода символа курсор смещается к следующей позиции функцией 02h. Вызов: АН = 0Ah, AL = ASCII-код символа, ВН = номер страницы (0,1,...7), СХ = коэффициент повторения. Регистры АХ, ВР, SI и DI – не используются в данной функции. Функция 0Fh.Получить режим дисплея и номер текущей страницы. Вызов: АН = 0Fh. Возврат: AL = режим дисплея, АН = ширина экрана в текстовом формате ВН =номер активной страницы. Регистры ВР, SI и DI – не используются в данной функции. Пример.Процедура установки позиции курсора на текущей странице. Вход: dh = строка (0 - 25), dl = столбец (0 - 79) Proc SetCursor ;Сохранить регистры (по необходимости) Mov ah,0Fh Int 10h Mov ah,02h Int l0h ......................................................................... ;восстановить регистры Endp SetCursor
Функция 10h.Подфункция 03h. Переключение бита "мерцание/яркость". Определяет назначение старшего бита 7 атрибута символа: мерцание символа или повышенная яркость фона. Вызов: АХ= 1003h, BL = назначение 7-го бита атрибута: 0 - повышенная яркость, 1 - мерцание (устанавливается по умолчанию). Функция воздействует сразу на все символы экрана, у которых установлен старший бит атрибута фона. Функция 13h.Запись строки символов с заданными атрибутами. Записывает строку в текущую страницу видеобуфера, начиная с указанной позиции. Коды ASCII: 07h - звонок, 08h - шаг назад, 0Ah - перевод строки, 0Dh - возврат каретки, рассматриваются как управляющие, остальные - как символьные. Вызов: АН = I3h, AL = режим записи: 0 — атрибут символа в BL, строка содержит только коды символов, после записи курсор принимает исходное положение (т.е. вывод следующей строки, если не изменить позицию курсора, начинается с изначально установленной позиции); 1 - отличается от режима 0 тем, что после записи курсор остаётся в конце строки; 2 - строка содержит попеременно коды символов и атрибутов (т.е. каждый символ описывается 2 байтами — ASCII-кодом и атрибутом), после записи курсор принимает исходное положение; 3 - отличается от режима 2 тем, что по окончании вывода курсор остаётся в конце строки. ВН = номер страницы (0,1,.. .7), BL = атрибут для режимов 0 и 1, СХ - длина символьной строки (в длину входят только коды символов, но не байты атрибутов), DX = DH.DL — координаты курсора (строка, столбец) в исходной точке вывода строки на экране, ES:BP = адрес начала строки в памяти.
Пример программы индивидуального задания. Нарисовать прямоугольник зелёного цвета в любом месте экрана
.model small .stack 100h
VGA_mode equ 13h ; 320x200 256 цветный графический режим color equ 2 ; цвет линий x_sise equ 300 ; ширина прямоугольника в пикселах y_sise equ 100 ; высота прямоугольника в пикселах x_pos equ 10 ; положение нижнего левого угла прямоуг-ка y_pos equ 50
.code start: set_mode: mov ah,00h ; вызов нулевой функции BIOS mov al,VGA_mode ; и инициализация графического режима int 10h set_proc: mov ah,0Ch ; настройка параметров для вызова функции 0Ch mov al,color mov cx,x_pos mov dx,y_pos
int 10h inc cx cmp cx,(x_pos + x_sise)
line_2: ; int int10h inc dx cmp dx,(y_pos + y_sise) jne line_2;
int 10h dec cx cmp cx,x_pos
line_4: ; int 10h dec dx cmp dx,y_pos jne line_4 anykey: ; блок отвечающий за завершение приложения mov ah,1 ; при нажатии любой клавиши int 16h ; вызов 16h прерывания BIOS, определения jz anykey ; наличия введенного символа int 21h end start ; завершене программы
2.4. Варианты индивидуального задания:
1. Разработать программу рисования зеленого прямоугольника в любом месте экрана. 2. Разработать программу рисования красного прямоугольного треугольника 3. Разработать программу рисования синего равнобедренного треугольника в верхнем правом углу экрана. 4. Разработать программу рисования белого ромба в любом месте экрана. 5. Разработать программу рисования желтого квадрата в центре экрана. 6. Разработать программу рисования белой трапеции в любом месте экрана. 7. Разработать программу рисования синего параллелограмма в любом месте экрана.
8. Разработать программу рисования двух любых букв русского алфавита в любом месте экрана. 9. Разработать программу рисования красного закрашенного квадрата в центре экрана. 2.5. Контрольные вопросы:
1. Краткая характеристика возможностей, предоставляемых программисту базовой системой ввода-вывода BIOS. 2. Назовите объём видеопамяти для изображения одного символа и, соответственно, одной видеостраницы монитора в текстовом режиме. 3. Дайте характеристику атрибута символа в видеобуфере.
2.6.Содержание отчета.
1.Название, цель, содержание работы. 2. Задание. 3. Результаты выполнения работы (листинг программы). 4. Письменные ответы на контрольные вопросы. 5. Выводы по работе.
2.7. Информационные источники.
1. Энциклопедия аппаратных средств IBM PC, М.Гук
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
line_1: ;
jne line_1
line_3: ;
jne line_3;