В большинстве  режимов видеоадаптера видеопамять  разделена на несколько страниц. При этом одна из них является активной и отображается на экране. При помощи функций BIOS или программирования регистров  видеоадаптера можно переключать активные страницы видеопамяти. Вывод информации может производиться как в активные, так и в неактивные страницы видеопамяти.

3.1. Текстовый режим.

    В текстовых режимах на экране могут  отображаться только текстовые символы. Стандартные текстовые режимы позволяют выводить на экран 25 строк по 40 или 80 символов. Для кодирования каждого знакоместа экрана используется два байта: первый из них содержит ASCII код отображаемого символа, второй - атрибуты символа. ASCII коды символов экрана располагаются в нулевом цветовом слое, а их атрибуты - в первом цветовом слое. Атрибуты определяют цвет символа и цвет фона. Благодаря такому режиму хранения информации достигается значительная экономия памяти. При отображении символа на экране происходит преобразование его из формата ASCII в двумерный массив пикселей, выводимых на экран. Для этого преобразования используется таблица трансляции символов (таблица знакогенератора). Таблица знакогенератора хранится во втором слое видеопамяти. При непосредственном доступе к видеопамяти нулевой и первый цветовые слои отображаются на общее адресное пространство с чередованием байтов из слоев. Коды символов имеют четные адреса, а их атрибуты - нечетные.

    При установке текстовых режимов  работы видеоадаптеров EGA и VGA BIOS загружает таблицы знакогенератора из ПЗУ во второй цветовой слой видеопамяти. В последствие таблицы используются при отображении символов на экране. Благодаря этому можно легко заменить стандартную таблицу знакогенератора своей собственной. Это широко применяется при русификации компьютеров.

    EGA и VGA обеспечивают возможность  одновременной загрузки соответственно  четырех и восьми таблиц знакогенераторов  в память. Каждая таблица содержит  описание 256 символов. Одновременно  активными могут быть одна  или две таблицы знакогенератора. Это дает возможность одновременно отображать на экране до 512 символов. При этом один бит из байта атрибутов указывает, какая из активных таблиц знакогенератора используется при отображении данного символа. Номера активных таблиц знакогенератора определяются регистром выбора знакогенератора.

    EGA поддерживает два размера для  матриц символов: 8х8 и 8х14 пикселов. Один из этих наборов символов  автоматически загружается BIOS в  видеопамять при выборе текстового  режима. Так как VGA имеет большую разрешающую способность, то его матрица символа имеет размеры 9х16. На каждый символ отводится 32 байта. Первая таблица имеет в видеопамяти адреса: 0000h-1FFFh, вторая: 2000h-3FFFh, ... , восьмая: E000h-FFFFh.

    Каждый  символ, отображаемый на экране в текстовом режиме, определяется не только своим ASCII кодом, но и байтом атрибутов. Атрибуты задают цвет символа, цвет фона, а также некоторые другие параметры. Биты D0-D2 байта атрибутов задают цвет символа, D4-D6 цвет фона. Если активной является одна таблица знакогенератора, то D3 используется для управления интенсивностью цвета символа, что позволяет увеличить количество воспроизводимых цветов до 16. Если одновременно определены две таблицы знакогенератора, то D3 задает таблицу знакогенератора, которая будет использована для отображения данного символа. Бит D7 выполняет две различные функции в зависимости от состояния регистра режима контроллера атрибутов. Данный бит либо управляет интенсивностью цвета фона, увеличивая количество отображаемых цветов до 16, либо разрешением гашения символа, в результате чего символ на экране будет мигать. По умолчанию данный бит управляет разрешением гашения символа.

4. Видеопамять в графических режимах.

    Распределение видеопамяти в графических режимах  работы адаптеров отличается от распределения видеопамяти в текстовых режимах. Ниже рассмотрена структура распределения видеопамяти отдельно для каждого графического режима.

4.1. Режимы 4 и 5.

    Это режимы низкого разрешения (320х200), используются 4 цвета. Поддерживаются видеоадаптерами CGA, EGA и VGA. У EGA и VGA видеоданные расположены в нулевом цветовом слое, остальные слои не используются. Для совместимости с CGA отображение видеопамяти на экране не является непрерывным: первая половина видеопамяти (начальный адрес В800:0000) содержит данные относительно всех нечетных линий экрана, а вторая (начальный адрес В800:2000) - относительно всех четных линий. Каждому пикселю соответствует два бита видеопамяти. За верхний левый пиксель экрана отвечают биты D7 и D6 нулевого байта видеопамяти. В режимах 4 и 5 имеются два набора цветов: стандартный и альтернативный: 00 - черный; 01 - светло-синий (зеленый); 10 - малиновый (красный); 11 - ярко-белый (коричневый).

4.2 Режим 6.

    Режим 6 является режимом наибольшего разрешения для CGA (640х200). Видеоадаптеры EGA и VGA используют для хранения информации только нулевой слой. Как и в режимах 4 и 5 первая половина видеопамяти отвечает за нечетные линии экрана, а вторая половина - за четные. В данном режиме на один пиксель отводится один бит видеопамяти. Если значение бита равно 0, то пиксель имеет черный цвет, а если единице - то белый.

4.3. Режимы 0Dh и 0Еh.

    Разрешающая способность в режиме 0Dh составляет 320х200, а в режиме 0Eh 640х200 пикселов. Данный режим поддерживается только видеоадаптерами EGA и VGA . Для хранения видеоданных используются все четыре цветовых слоя. Адресу видеопамяти соответствуют четыре байта, которые вместе определяют восемь пикселов. Каждому пикселю соответствуют четыре бита - по одному из каждого цветового слоя. Четыре бита на пиксель, используемые в данных режимах, позволяют отображать 16 различных цветов. Запись в каждый из этих цветовых слоев можно разрешить или запретить при помощи разрешения записи цветового слоя. Управление доступом к цветовым плоскостям осуществляется при помощи регистров: Адресный регистр графического контроллера, порт вывода для этого регистра 3CEh; биты 0-3 содержат адрес регистра, остальные не используются. Регистр цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 00h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0-3 определяют значение для соответствующей плоскости, остальные не используются. Регистр разрешения цвета: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 01h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0-3 означают разрешение соответствующего слоя, а остальные не используются. Регистр выбора плоскости для чтения: для доступа к этому регистру значение адресного регистра должно быть 04h, адрес порта вывода для этого регистра 3CFh; биты 0-2 содержат номер плоскости для чтения, а остальные не используются.

5. Немного технических подробностей.

    Прежде  чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. 
Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.  

Рис. 1. Схема вывода графического изображения на монитор. 
 

    Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти  операции, можно добиться повышения  производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать.  

    Рассмотрим  подробнее этапы  следования данных от центрального процессора системы до монитора.

    1. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера.

    2. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров - это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера: графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например, движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения. Например, используют различные типы памяти с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например, VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамятью, используя 32-разрядную, 64-разрядную или 128-разрядную видеошину.  

    Один  из вариантов - использовать двухпортовую видеопамять.  
Т.е. графический процессор осуществляет чтение из видеопамяти или запись в нее через один порт, а RAMDAC осуществляет чтение данных из видеопамяти, используя второй независимый порт. В результате графическому процессору больше не надо ожидать, пока RAMDAC завершит свои операции с видеопамятью, и наоборот, RAMDAC больше не требуется ожидать, пока графический процессор не завершит свою работу с видеопамятью. 
Другим методом для увеличения производительности является увеличение разрядности шины, через которую графический процессор и RAMDAC обмениваются данными с видеопамятью.  

    Но  самым распространенным на сегодняшний  день методом оптимизации работы видеоадаптеров является применение повышенной тактовой частоты, на которой работает графический процессор, видеопамять и RAMDAC, что позволяет увеличить скорость обмена информацией между компонентами платы.

5. RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter).

5.1. Принципы работы и параметры.

    RAMDAC имеет два режима работы. В  первом режиме чипсет оперирует  данными цветовой гаммы или  палитры (palletized data). В этом режиме 8 битные данные конвертируются  в RGB цвета. Каждому из 256 возможных  значений цвета соответствует положение в цветовой палитре, которая размещается в DAC (цифро-аналоговый преобразователь). Цветовая палитра формируется и хранится в RAM (память с произвольной выборкой) - отсюда и название RAMDAC - и может быть загружена с любой комбинацией цветов. Каждый раз, когда новый пиксель передается в DAC для отображения на экране, значение передаваемых данных используется в качестве указателя на положение в палитре, информация из палитры, используется в качестве значения цвета для DAC. Палитра, хранящаяся в RAM, имеет 256 позиций, каждая из которых хранит 24 бита данных о цвете, по 8 бит для каждого из трех основных составляющих цветов Red, Green и Blue. Емкость RAM соответствует значению 256 х 24 = 6144 бит или 768 байт. Для RAM используется стандартная память, изготовленная по технологии DRAM и интегрированная вместе с графическим контроллером и DAC в одну микросхему, иначе говоря - в один силикон (кремний).  

    Кстати, технология включения RAM для DAC в графический  чипсет не имеет никакого отношения  к так называемой Embedded RAM (Встраиваемая память). Последняя используется в качестве локальной памяти (Local Memory), так же называемой буфером кадра.  

    Во  втором режиме RAMDAC оперирует цветовыми  данными. В этом режиме (при 16, 24 или 32 бит представлении цвета) данными является RGB цвет. Например, при 16 битном представлении цвета, 5 бит определяют красный (Red), 6 бит зеленый (Green) и 5 бит синий (Blue) цвета. Для зеленого цвета используется больше бит, так как человеческий глаз более чувствителен к зеленому. При 24 или 32 бит представлении цвета, для каждого из цветов используется по 8 бит данных. В этом режиме данные, определяющие цвет, передаются непосредственно в DAC без использования RAM, т.е. не используются загружаемые палитры и данные передаются напрямую из видеопамяти. Так как RAM не задействована, то нет и ограничения в 205 MHz для частоты, на которой работает DAC. Единственным ограничением является максимально возможная скорость работы DAC.  

    Выбор режима работы RAMDAC происходит так: операционная система Windows95/98/NT или приложение сообщает о требуемом режиме драйверу видеоадаптера, который и переводит RAMDAC в один или другой режим работы. Утилита управления режимами монитора (Display Control Panel) в Windows предоставляет возможность выбора между 8, 16 или 24/32 бит представлением цвета. Это и есть способ, с помощью которого Windows выбирает режим работы RAMDAC. Приложение, которое запускается на полный экран, может устанавливать любой, требуемый ему режим, главное, чтобы этот режим поддерживался видеоадаптером.