Компьютерная серия IBM

Динамические микросхемы памяти маркируются специальным числом, говорящим об их скоростных возможностях. Указанное на корпусе число отражает время доступа в наносекундах без последнего нуля.

Время доступа не является, однако, единственной или наиболее важной характеристикой микросхем памяти. Более значимо такое понятие, как время цикла, которое говорит о том, как быстро можно произвести повторное обращение. В динамических микросхемах это время больше времени доступа, в статических чипах эти времена равны, что говорит о более скоростных режимах последних.

Чтобы справиться с ограничением по скорости, были использованы специальные решения по организации памяти. Наиболее простое из них - это использование обычной архитектуры с необходимым числом циклов ожидания.

Хорошая альтернатива предыдущему методу - использование кэш-памяти, что позволит избежать полного заполнения всей машины быстрой RAM памятью. Обычно программа использует память какой-либо ограниченной области. Храня нужную ин формацию в кэш-памяти, работа с которой позволяет процессору обходиться без всяких циклов ожидания.

Не всякая кэш-память равнозначна. Большое значение имеет тот факт, как много информации может содержать кэш-память. Чем больше кэш-память, тем больше информации может быть в ней размещено, а следовательно, тем больше вероятность, что нужный байт будет содержаться в этой быстрой памяти. Очевидно, сто самый лучший вариант - это когда объём кэш-памяти соответствует объёму всей оперативной памяти.

В этом случае вся остальная память становится не нужной.

Крайне противоположная ситуация - 1 байт кэш-памяти - тоже не имеет практического значения, так как вероятность того, что нужная информация окажется в этом байте, стремится к нулю. Практически, диапазон используемой кэш-памяти колеблется в пределах 16-64К.

На самом деле реализация кэш-систем не так проста, как это может показаться с первого взгляда. Микропроцессор дол жен не только читать из памяти, но и писать в неё. Что случится, если процессор занесёт новую информацию в кэш-па мять, а перед использованием этой информации она будет изменена в основной памяти. Для избежания подобной ситуации иногда реализуется метод, названный записью через кэш-па мять. Очевидно, сто этот метод снижает быстродействие системы, потому что приходится писать не только в кэш-па мять. Хуже того, микропроцессору может понадобиться информация, которую он только что записал и которая ещё не была перезагружена в кэш-память.

Целостность памяти - это одна из самых больших проблем разработчиков кэш-памяти.

Все вопросы по преодолению этих проблем были возложены на отдельную микросхему - кэш-контроллер Intel82385.

Ещё одна разновидность архитектуры оперативной памяти компьютера - это её разбивка на отдельные секции и работа с этими секциями как с малой кэш-памятью. Большая скорость доступа к ограниченным областям памяти является особенностью некоторых специфических микросхем, которые позволяют некоторому объёму, но не всей памяти, быть считанному без цикла ожидания. Этот подход требует специальных RAM микросхем, которые делят свои адреса по страницам. Эта технология получила название режима страничного доступа. Эти специальные микросхемы обеспечивают очень быстрый доступ в одном из двух направлений их организаций. Если требуется чтение или запись информации, хранящейся на определённой странице памяти, и предыдущая команда по работе с памятью использовала информацию с той же страницы, цикла ожидания не требуется. Однако при переходе с одной страницы на другую циклы ожидания неизбежны.

Следующая интересная технология, названная interleavid memory, очень похожа на ОЗУ страничного режима. Она существенно повышает скорость обращения к памяти, но не имеет ограничений по страничной разбивке. При использовании этой технологии вся оперативная память разбивается на два или большее число банков. Последовательность битов хранится в разных банках, поэтому микропроцессор обращается то к одному, то к другому банку при чтении этой последовательности.

Во время обращения к одному банку, другой реализует цикл обновления, и поэтому процессору не приходится ждать. И только, если микропроцессору приходится читать несмежные биты, статус ожидания неминуем, но вероятность его появления уменьшается.

Наиболее типовая реализация этой технологии представляется разбивкой оперативной памяти на два банка, А, следовательно, вероятность возникновения ожидания - 50%. Четырёхбанковая организация уменьшает эту вероятность до 25%.

Так как данная технология не требует применения специальных микросхем памяти, она является наиболее удобной для повышения скорости системы. Кроме того, она может совмещаться с ОЗУ страничного режима, что ещё больше увеличивает оперативность.

Логическая организация памяти

Фундаментальные решения были приняты при разработке первых РC. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользоваться, она должна быть адресуемой. И этот микропроцессор должен обладать возможностью адресоваться к 1М. Конструкторы IBM решили выделить специальные области памяти для специфически целей. Они разделили всю память на разделы, и каждый раздел предназначался для реализации своих функций.

Результирующая диаграмма названа картой памяти.

При разработке РC половина всей памяти была зарезервирована. Верхняя половина адресного пространства, была выделена для содержания кодов BIOS и для прямого процессорного доступа к памяти, используемой видеосистемой. Первые несколько Кбайт были зарезервированы под информацию о системе и расположение конкретных секций кодов, которые выполнялись на момент возникновения прерываний программного обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами прерывания, а функция программного кода - механизмом прерывания.

В конце адресного пространства располагается буфер клавиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних символов введённых с клавиатуры. Этот буфер нужен для сох ранения набранного текста во время, когда процессор занят другой задачей, после того как он освободится, текст будет обработан. Омерзительный писк компьютера означает - буфер переполнен и дальнейший набор бессмысленен.

Кроме того, различные системные флаги, указывающие на внутреннее состояние системы, также хранятся в нижнем раз деле памяти.

В те дни, когда большинство компьютеров имели 60К памяти, 512К казались царской щедростью. Поэтому 128К были отданы под юрисдикцию программного обеспечения, остальные 384К от начала адресного пространства, предназначались для использования программами BIOS и видеопамятью.

Эти решения выделяли 640К для DOS - это был максимум адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при выполнении программ. Со временем эти 640К были названы базовой памятью, потому что это является основополагающим стандартом, на котором должны базироваться все IBM совместимые системы.

Дополнительная память Память, выходящая за пределы 1 Мб адресуемого пространства 8088, которая может стать доступной в защищенном режиме Intel 80286 и 80386, обычно называется дополнительной памятью, хотя IBM иногда называет эту память расширен ной (exрanded) . Но большинство авторов использует термин (extnded) . Вплоть до 15 Мб дополнительной памяти может быть прибавлено в компьютеры на 80286 микропроцессоре, и до 4 Гб с 80386. Наиболее существенным различием базовой и дополнительной памяти является то, что программы, работающие в реальном режиме, не могут выполняться в дополнительной памяти. А так как DOS написан для реального режима, ему приходится обходиться только базовой памятью.

Но сказать, что дополнительная память бесполезна в реальном режиме - неверно. Программы не знают, как адресоваться к дополнительным ячейкам памяти. Но дополнительная память может быть использована для хранения информации. А следовательно, просто нужно разработать программное обеспечение, чтобы использовать возможности дополнительной памяти. И такие DOS-программы существуют. Прекрасный пример тому имитатор логического диска - VDISK, который поддерживается DOS, начиная с версии 3.0. Хотя программные коды VDISK выполняются в обычной памяти DOS в реальном режиме, дополнительная память может использоваться для хранения данных.

Так как OS/2 может функционировать в защищенном режиме, ей доступны все ресурсы дополнительной памяти. Однако стоит напомнить, что, когда OS/2 использует подпрограммы старушки DOS, ей приходится довольствоваться ограничениями памяти реального режима в 640 Кб.

В апреле 1985 года несколько месяцев спустя после представления первых AT с несколькими М дополнительной памяти - главное издательство по программному обеспечению и разработчик технического обеспечения сформулировали свой собственный метод преодоления ограничения в 640К старых компьютеров на 8088 микропроцессоре, работающих в DOS. Через несколько месяцев к ним присоединилась и Microsoft Corрoration. Их разработка названа Lotus-Intel-Microsoft Exрanded Memory Sрecification или LIM память, или EMS, или просто расширенная память. Первая версия была названа EMS 3.0, чтобы указать на совместимость с тогда последней версией DOS.

Новая система отличалась как от базовой памяти, так и от дополнительной. Она не была в пределах адресного пространства центрального микропроцессора. Её работа основывалась на специальной схеме технического обеспечения, которая функционировала наподобие переключателя. Это устройство переключало банки памяти из нормального адресного пространства 8088 микропроцессора, где чип мог читать и писать в неё. Эта схема, названная переключателем банков, не была ни новой, ни необычной. Подобное устройство использовалось в компьютерах на Z80 для преодоления лимита в 64К.

Первые EMS имели дело с расширенной памятью, разбитой на банки по 16К.

Представление AT с потенциально адресуемыми 16М затмило EMS, пока тяжелая действительность недоступности дополнительной памяти была до конца осознана. Даже несколько имеющихся программ, которые могли пользоваться достоинства ми EMS, были более полезны чем драйвер VDISK, который был единственной совместимой с DOS программой, позволяющей использовать дополнительную память.

Все программное обеспечение EMS можно было разделить на две группы. Первая использует возможности 80386 работать с картами памяти виртуальных страниц. Вторая копирует банки в 16К из дополнительной памяти в основную. Хотя оба типа программ эффективно используются, Lotus заявляет, что системы использующие копирование блоков программ, не могут обеспечить полную корректную реализацию EMS.

Системная плата Основной частью любой компьютерной системы является печатная плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами.

Функционально центральную печатную плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера. Такие компьютеры называются одноплатными.

В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах центральная плата реализует схему минимальной конфигурации. Остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются параллельными проводниками - шиной, откуда и пошло это название.

Центральная плата, к которой присоединяются все остальные, на компьютерном жаргоне зовется материнской, а все присоединяемые дочерними.

Последующие разработки IBM, после успеха XT и AT, объединили основные наработки этих моделей. Таким образом, основные поддерживающие схемы были размещены на материнской плате. Эта многофункциональная реализация платы отразилась в её названии - системная плата.

Системная плата отличается от одноплатного компьютера тем, что содержит только основные поддерживающие схемы.

Системной плате не хватает видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства добавляются к системной плате путём присоединения дочерних к шине расширения, которая является частью системной платы. В терминах IBM эти присоединяемые платы обычно называются платами расширения.

РS/2 используют материнскую плату, больше похожую на плату одноплатного компьютера, к которой добавили шину расширения. Эта шина таким радикальным образом отличается от всех своих предшественниц, что ей дали собственное имя КАНАЛ. Функционально системная плата РS/2 была расширена портами ввода/вывода, цепями управления гибким диском и видеосистемой.

IBM придавала большое значение всем этим изменениям на материнской плате и поэтому придумала ей новое название планарная плата. Теперь, говоря, планарная плата мы чётко отделяем материнскую плату РS/2 от материнских плат предыдущих машин, опуская первоначальное название. Новый тер мин несет в себе двойной смысл: во-первых - топологически печатная плата является единой плоскостью - планаром ; во-вторых, понятие "планарный" используют для обозначения подобных сборок и в других электронных устройствах. Правда, иногда это понятие использовалось IBM для обозначения системных плат предыдущих машин, а термин "системная плата" для обозначения материнской платы РS/2, но это носило случайный характер. Так что "планар" появился, чтобы твердо закрепить это понятие за материнской платой РS/2.

Во всей этой истории есть одно НО. Определения материнских плат, пусть даже двумя терминами IBM, не всегда однозначны. Мало того, что схожие по электронике модели РS/2 имеют различный планар, к примеру, модели 50 и 60, так еще машины одной модели могут иметь неодинаковую системную плату. Не лишено основание утверждение, что каждые три IBM Model 70 имеют свою собственную конструкцию планара. тек же и каждая модель РC имеет оригинальную конструкцию системной платы. Исключение составляют XT и Рortable РC, которые имеют идентичную системную плату.

Однако не следует забывать, что для этого РC должны были преодолеть три этапа кардинальных изменений конструкции.

Немного истории: Разработку IBM, показанную в августе 1981 года, обычно называют РC-1. Вариант же компьютера с увеличенной системной платой, образца 1983 года, называют РC-2. Максимум, что могла поддерживать РC-1 без использования плат расширения, - 64К памяти. РC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата РC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.

IBM на это не остановилась и продолжала постоянно развивать системную плату. Например, был увеличен объем памяти системной платы XT. Плата могла содержать до 640К. Но все эти изменения были уже не столь существенными, по сравнению с первыми.

Системные платы, разработанные различными фирмами, естественно, отличались от плат IBM. И когда дело доходило до создания системной платы, совместимой с IBM, разработчик выбирал один из двух путей: либо разработать свою собственную системную плату, либо решить эту проблему по технологии Orginal Eguiрment Manufactures (OEM) . Эта технология подразумевает выпуск придуманной другими продукции со своей торговой маркой, что минимальные затраты и усилия ограниченные часто только установкой собственного торгового клейма. Окончательную сборку из OEM комплектующих осуществляют другие фирмы. Они, стремясь повысить качество своей продукции в глазах потребителей, подвергают ее всестороннему тестированию. Эти последние названы сборщиками систем.

Строго говоря, для потребителей отличие между и компаниями, производящими свою собственную продукцию, заключается лишь в различии торговых марок. И в большинстве случаев это единственное отличие. А так как все компьютеры можно объединить одним словом - товар, то при других равных условиях, лучший товар тот, у кого ниже цена.

Характеристики системной платы

Так имеется большое число компаний, выпускающих свои собственные компьютеры, совместимые с IBM, - число разработанных системных плат измеряется сотнями, и все они, естественно, отличаются друг от друга. Здесь было бы очень к месту задаться вопросом о совместимости. Так вот, эта проблема прояснится, если вы поймете, почему большинство компаний компьютерной индустрии поступает как OEM. Пока же отметим только то, что все разнообразие системных плат можно классифицировать гораздо проще, чем можно себе представить, потому что все фирмы изготовители "слизали" свою продукцию с IBM.

В общем случае материнские платы можно разделить по размерам на три группы. Ранее все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм, в AT размеры возросли еще больше. Аналогичные изменения происходили и с системными платами.

Большинство фирм - производителей компьютеров отслеживают изменение как системных плат, так и корпусов, и исходя из этого свободно варьируют размерами своей продукции.

Функции материнской платы

Материнская плата любого компьютера выполняет несколько основных функций. Главное - это механическая основа любого компьютера. Она содержит платы расширения, разъемы, дополнительные элементы и обеспечивает электрическое соединение всех элементов компьютера. Плата содержит процессор и поддерживающие его элементы. Эти цепи определяют функционирование компьютера и его реакцию на каждое внешнее воздействие.

Ни один элемент компьютера полностью не определяет его основные характеристики. Все решает их полная совокупность.

Вот некоторые наиболее важные части: Микропроцессор. Центральная схема компьютера. Используемый процессор определяет не только производительность, но и его программную совместимость.

Сопроцессор. Дополнительный микропроцессор, позволяющий компьютеру выполнять отдельные операции во много раз быстрее центрального процессора.

Память. Жизненно необходимый элемент в целом.

BIOS. Базовая система ввода-вывода компьютера навсегда зашита в память, что определяет его характеристики.

Базовые системы отображения.

Без возможности видеть результаты своей работы, персональный компьютер стал бы бесполезным инструментом. Необходимо каким либо образом наблюдать за сигналами компьютерной системы, что бы знать, чем она занимается в данный момент.

Сегодня реализацией подобного рода функций занимается видеосистема.

Видеосистема не всегда была неотъемлемой частью компьютеров. Последние существовали уже тогда, когда ещё не было телевидения в его сегодняшнем понимании. Первые процессоры в качестве выходных устройств использовали принтеры, которые позволяли получить твёрдую копию выходного результата, что тоже очень важно в нашем переменчивом мире.

Стандартными средствами для отображения текста являются дисплеи, работающие с картами символов. Специальная область памяти зарезервирована для хранения символа, который предстоит изобразить на экране. И программы пишут текст на экран, заполняя символами эту область памяти. Экран, чаще всего, представляется матрицей 80 на 25 символов.

Образ каждого символа, который появляется на экране, хранится в специальной микросхеме ПЗУ. Эта память относится к видеоцепям компьютера.

Каждый символ на экране формируется множеством точек.

Несколько видеостандартов, используемых IBM и другими фирмами, отличаются количеством точек, используемых при формировании символов.

IBM четыре раза меняла назначение ОЗУ под видеосистему. Во-первых, это касается РC и XT. Еще один вариант используется в РCjr и последний предназначается для всех последних улучшенных видеосистем.

Первые две видеосистемы РC использовали различные области памяти и поэтому могли работать одновременно. Обычно одна область памяти предназначается для монохромного дисплея, а другая для цветного. Используются одни и те же области памяти для любого режима в независимости от используемого адаптера дисплея. Память монохромного экрана располагается по адресу В0000, цветного - В8000. Для обеспечения совместимости все новые видеосистемы могут работать через эти же адреса, даже если они хранят дополнительную информацию еще где-либо.

Программы, заносящие информацию на экран, должны знать, какую память они должны использовать для этого. Нужную информацию можно получить, прочтя информацию из специального байта памяти - флага видеорежима. Он предназначается для указания: какого вида адаптер дисплея установлен внутри компьютера и используется в настоящее время. Он позволяет компьютеру знать, с каким дисплеем - монохромным или цветным - он имеет дело.

Этот байт позволяет так же указать - с цветным или черно-белым дисплеем работает компьютер даже в том случае, если установлен адаптер, способный работать с двумя видами дисплеев. Байт флага видеорежима размещается в начале оперативной памяти, по адресу 0463. Для кодировки текущего дисплея используется байт 0В4 - для указания монохромного режима и 0D4 - для цветного.

По стандарту IBM символы, видимые на экране, не хранятся в непрерывной последовательности. Символы, которые мы видим на экране, располагаются в байтах памяти с промежутком в один байт. Эти промежуточные байты отведены для хранения параметров изображаемых символов. Четный байт памяти содержит символ, а нечетный - хранит его атрибуты.

Излишки выделенной памяти могут использоваться для хранения нескольких изображений экранов. Каждый такой образ называется видеостраницей. Все базовые видеосистемы разработаны таким образом, чтобы реализовать быстрое переключение с одной страницы на другую. Это позволяет изменять изображения экрана почти без всяких задержек. С помощью переключателей можно управлять скоростью замены экранных страниц.

Базовая цветная система IBM имеет возможность работать в режиме с изображением текста в 40 столбцах экрана. Этот режим позволяет работать пользователю с компьютером через телевизионный приемник вместо дисплея. Телевизор не обладает такой точностью, как монитор компьютера. 80 столбцов текста на экране телевизора сливаются. При уменьшении числа столбцов текста в два раза, требуется в два раза меньше памяти для хранения. Это в свою очередь позволяет в два раза увеличить число видеостраниц.

По прошествии времени IBM улучшила качество своих видеосистем и соответственно увеличила объем памяти, используемой для нее. Для символьных дисплеев эта память используется для реализации новых видеорежимов, которые позволяют разместить на экране больше строк (до 43) и увеличить число видеостраниц. Некоторые видеосистемы могут реализовывать свои собственные режимы при работе с текстом. Они могут размещать текст в 60 строках и 132 столбцах.

Псевдографика Графическое изображение легко получить в любом текстовом режиме. Так как с помощью 1 байта можно закодировать 256 символов - это число с избытком перекрывает весь алфавит и все цифры, IBM использует свободные значения для кодировки некоторых специальных символов. Большинство этих дополнительных символов создано для формирования графических изображений.

При помощи этих символов, используемых в качестве кирпичиков, можно формировать на экране структуры всевозможной конфигурации. Некоторые дополнительные символы формируют изображение в виде двойных линий, уголков и пробелов, позволяя легко формировать обрамление текста. Эти символы называются псевдографикой.

С другой стороны, качество псевдографики - самое низкое, по сравнению с любой другой графической системой, реализуемой РС. Изображение, формируемое графическими блоками, имеет острые углы и грубое наполнение. Округлую деталировку и плавные переходы невозможно получить, используя большие графические блоки. Поэтому такой инструмент представляется слишком грубым во многих применениях.

Однако псевдографика является единственно доступной во всех системах IBM как с цветным, так и черно-белым монитором. Она реализует наипростейшие графические построения.

Растровая графика. Одним вариантом улучшения качества графического изображения является уменьшение размеров самих графических блоков. При помощи меньших блоков можно сформировать менее угловатое изображение с большей деталировкой. Чем меньше раз мер блоков, тем лучше качество получаемого изображения. Однако характеристики дисплейной системы накладывают ограничения на эту пропорцию. Размер блока не может быть меньше точки экрана. Поэтому самое лучшее изображение можно получить при работе с индивидуальными точками экрана.

Эти точки представляют из себя элементарные частицы, из которых формируются любые блочные конструкции и называются пикселями. Однако не все системы способны работать с элементарными точками видеосистемы. В некоторых из них пиксели образуются при помощи некоторого множества экранных точек. И системы способны оперировать только с целыми пикселями, а не отдельными точками экрана.

Наилучших результатов можно достичь, выделив некоторую область памяти для хранения информации по отображению на экране каждого пикселя изображения, как это сделано для текстового режима, когда каждому символу выделяется два байта. В системах IBM информация по каждому пикселю хранится в одном или более битах памяти. Такие системы часто называются системами с растровой графикой. Альтернативой данной технологии является описание пикселя с использованием адресации памяти. Последний метод называют графикой с адресацией всех точек.

Растровая графика потенциально имеет больше возможностей для формирования более точного изображения. Большее количество обрабатываемых пикселей означает реализацию большего числа деталей. Число точек и, соответственно, потенциально возможное число пикселей во много раз превышает число символов, изображаемых на экране: от 64 до 128 раз.

Однако недостатком такой разрешающей способности растровой графики является использование большого объема памяти. Закрепление за каждой точкой экрана одного или двух байтов памяти пропорционально увеличит общий ее объем, закрепляемой за видеосистемой. Графические системы IBM с наименьшим качеством требуют 128 К памяти при закреплении за каждой точкой только одного байта. хотя по сегодняшним стандартам 128 К - небольшой объем, но не следует забывать, что при разработке графики для РС времена были другие. Поэтому для первых персональных компьютеров было выделено только 16 К оперативной памяти под графическую информацию.

Графический сопроцессор. Точно так же, как арифметический сопроцессор способен существенно повысить быстродействие РС при расчете сложных математических функций, графический сопроцессор может ускорить работу компьютера при формировании изображения на экране монитора. Причем ускорение работы очень существенно, потому что графический сопроцессор способен обрабатывать огромные объемы графической информации - сотни тысяч пикселей за несравнимо более короткий промежуток времени, по сравнению с центральным микропроцессором. Современные графические сопроцессоры Intel 82796 и Texas Instruments TMS34010 широко используются в высокопроизводительных системах. IBM также создала свою графическую систему, разместив ее на отдельной плате - 8415А.

Графические сопроцессоры являются основой для создания скоростных видеосистем. Точно так же, как для математических сопроцессоров, графическим сопроцессорам требуется свое программное обеспечение. Кроме того, во многих случаях им требуется специфические, более дорогие мониторы.

Графические операционные системы Проблема с программным обеспечением может быть решена при помощи специальных графических операционных систем, таких, как Microsoft Windows или Digital Research GEM - при работе в среде DOS, или Рresentation Manager - для OS/2.

Эти системы служат мостом, связывающим программы пользователя и усовершенствованные видеосистемы, включая и реализованные на графических сопроцессорах.

Алгоритм их работы напоминает алгоритм работы BIOS. Он основывается на использовании вызова специальных подпрограмм по формированию соответствующего изображения на видео дисплее. Графические системы переводят поступающие команды на язык понятный для графических сопроцессоров или других видеоустройств. Таким образом, пользователю нужно только оперировать образами, формируемыми графическими системами.

Насыщение систем новыми функциями является делом разработчика графического пакета.

Например, программе нужно очистить экран. Для этого она должна передать графическому пакету соответствующую команду, и только. Все взаимодействие с техническим обеспечением реализует сама графическая система. Однако ей необходимо знать точно, на какой видеосистеме нужно очистить экран, чтобы сформировать команды надлежащим образом. Графические пакеты распознают устройства технического обеспечения по средствам программного драйвера, устанавливаемого в файле CONFIG. SYS. При замене видеосистемы потребуется только заменить один драйвер, используемый графической операционной системой, и все пользовательские программы будут работать с новой системой отображения.

Видеоадаптеры Сначала существовал только один тип персональных компьютеров IBM, который комплектовался тоже только однотипными видеодисплеями. Его экран был однотонно-зеленым.

Текст изображался грубым шрифтом, а из графических средств реализовывалась только псевдографика. Все достоинства этого времени - у пользователя не болела голова, какую видеосистему использовать для своего РС.

Много воды утекло с тех пор, и все технологии компьютерных подсистем шагнули далеко вперед. Видеосистемы совершенствовались, как ни что другое, буквально с каждым днем. И пользователю приходится решать сложную задачу: какой видеоадаптер выбрать из нескольких десятков имеющихся сейчас на рынке в условиях существования полдюжины "официальных" видеостандартов, и нескольких десятков видеосистем, реализующих идеи, позволяющие превзойти эти стандарты.

Почти полностью все развитие видеостандартов происходило на основании видеоадаптеров, предлагаемых IBM в своих компьютерах. Прогресс шел постоянно, начиная от жуткого зеленого экрана, до сегодняшних полноцветных дисплеев с высокой разрешающей способностью. Параллельно увеличивалось вредное влияние видеосистем на глаза человека.

Адаптер монохромного дисплея Этот адаптер часто называют просто MDA от Monochrome Disрlay Adaрter, хотя его официальное имя - Monochrome Disрlay, или Рarallel Рrinter Adaрter.

Слово монохромный отражает самую важную характеристику MDA. Он был создан для работы с одноцветным дисплеем. Первоначально он работал с экранами зеленого цвета, которыми обеспечивались преимущественно все системы IBM того времени.

Слова "адаптер дисплея" несут функциональное описание.

Это устройство преобразует сигналы, распространяющиеся по шине РС, к форме, воспринимаемой видеосистемой. Возможность подключения принтера к этому адаптеру является его достоинством, потому что позволяет подключить принтер без использования еще одного разъема расширения.

MDA является символьной системой, не обеспечивающей никакой другой графики, за исключением расширенного множества символов IBM. Это был первый адаптер IBM и до недавнего времени он был лучшим адаптером для обработки текстов, обеспечивающим самое четкое изображение символов, по сравнению с любыми дисплейными системами, выпущенными до РS/2.

Текстовый режим был целью разработки адаптера. Тогда IBM не могла вообразить, что кому-либо понадобится рисовать схемы на дисплее.

Символы MDA Для обеспечения подключения терминалов, используемых в больших компьютерных системах, IBM для изображения символа в MDA использовала площадь экрана в 9 х 14 пикселей, а сам символ был 7 х 9. Дополнительное пространство использовалось для разделения каждого символа, что увеличивало читаемость.

Для реализации тогдашних стандартов видеотерминалов, обрабатывающих символы по 80 столбцам и 25 рядам, требовалось 740 горизонтальных пикселей и 350 вертикальных 252000 точек на экран.

Частота MDA При работе с таким количеством точек IBM пошла на компромисс. При отображении информации с большой частотой потребовалось бы более широкополосный монитор, чем тот, который был доступен(во всяком случае за небольшие деньги) во время разработки РС. IBM слегка уменьшил используемую частоту, доведя ее до 50 Гц и компенсировала возможность появления мерцания экрана использованием люминофора с большим остаточным свечением. Таким образом, появился стандарт IBM на монохромный дисплей.

Используемая более низкая частота давала дополнительно время электронной пушке обрабатывать каждую строку изображения. Однако даже с такой форой плотность точек по монохромным стандартам IBM требовала увеличения горизонтальной частоты по отношению к используемой в популярном видеомониторе - телевизионном приемнике 7 - 18,1 КГц против 15,525 КГц.

Цветной графический адаптер Первым растровым дисплейным адаптером, разработанным IBM для РС, был цветной графический адаптер - CGA (Color Graрhic Adaрter) . Представленная альтернатива MDA ослепила, привыкши к зеленому, компьютерный мир. Новый адаптер обеспечивал 16 ярких чистых цветов. Помимо этого, он обладал способностью работать в нескольких графических режимах с различной разрешающей способностью.

Как об этом говорит наименование адаптера, он предназначался для формирования графического изображения на цвет ном экране. Однако он обеспечивал работу и с монохромными дисплеями, созданными не IBM для платы MDA. Он мог работать в паре, как с монохромными, так и с композитными мониторами, и даже с модулятором телевизионных приемников. (Тем не менее вы не можете подключить CGA к телевизору если у послед него нет композитного видеовхода) . Обеспечивает также работу светового пера.

CGA - Это многорежимный дисплейный адаптер. Он может использоваться и для символьных и для побитных технологий.

Для каждой из них он реализует несколько режимов. Он содержит 16 Кб памяти, прямо доступных центральному микропроцессору.

Символьные режимы CGA Символьный режим функционирования CGA устанавливается по умолчанию. В этом режиме функционирование CGA напоминает MDA. Главным отличием этих двух адаптеров является то, что второй был создан для работы с нестандартными вертикальными и горизонтальными частотами, обеспечивая более четкое изображение. CGA же использует стандартные частоты - те, что используются композиционными дисплеями. Это дает возможность быть совместимым с большим семейством мониторов, но в то же время уменьшает качество изображения.

Для того, чтобы обеспечить функционирование с 15,525 КГц горизонтальной частоты и 60 Гц вертикальной, CGA разделил дисплей на матрицу в 640 горизонтальных пикселей и 200 вертикальных. Для того, чтобы расположить 2000 символов на экране размером 80 х 25 символов - в формате MDA - используются ячейки 8 х 8 пикселей.

16 Кб памяти CGA позволяют работать с 4 страницами текста. Обычно в текстовом режиме используется единственная страница - первая. Остальные доступны программам и пользователю через BIOS и через регистр режима CGA.

Качество символов CGA В системах CGA каждый символ располагается в матрице 7 х 7. Одна точка зарезервирована для подстрочного элемента и еще одна - для разделения. Очевидно, что подстрочный элемент имеет протяженность на все изображение, что позволяет избежать использование дополнительных линий для разделения строк текста. Использование меньшего количества точек при изображении символа означает, что его изображение будет иметь более грубую и менее приятную форму по сравнению с MDA.

Цвета символов В любом текстовом режиме IBM, используя атрибуты, можно работать с 16-цветовой палитрой. Любой символ текста может быть изображен любым из 16 цветов.

Фон символа - точки, входящие в матрицу символа 8 х 8 и не участвующие в формировании формы символа, - может так же иметь один из 16 цветов, но с одним ограничением. В ре жиме, устанавливаемом по умолчанию, для фона можно использовать 8 цветов, потому что бит в байте параметров, устанавливающий яркость или интенсивность фонового цвета, предназначается для другой цели. Он используется для задания режима мерцания символа.

Специальный регистр CGA изменяет назначение этого бита. Загружая определенные значения в этот регистр, пользователь или программа могут выбирать между использованием мерцания или изображением цвета фона с повышенной интенсивностью. Однако этот регистр управляет всем текстом экрана, поэтому невозможно одновременно использовать и мерцающие символы, и повышенную интенсивность цветового фона.

CGA требует от программистов прямого обращения к этому регистру. Более усовершенствованные адаптеры IBM используют дополнительную программу BIOS для реализации этой функции.

Улучшенный графический адаптер К 1984 году недостатки CGA стали очевидными. Это выя вилось благодаря широкому его распространению. Тяжело читаемый текст и грубая графика портили зрение лучше всякого другого приспособления.

Как ответ на заслуженную критику, появился улучшенный графический адаптер - EGA. Улучшение было многосторонним: возросшая разрешающая способность, возможность обеспечивать графический режим монохромных экранов, в том числе любимых IBM зеленых дисплеев.

Разрешающая способность EGA Самое существенное изменение хорошо заметно по формируемому изображению. Разрешающая способность была увеличена до 640 х 350 пикселей. Ячейки символов имеют размер 8 х 14.

И хотя такая ячейка на одну точку уже, чем поддерживаемая MDA, символ формируется той же матрицей 7 х 9. Но более важным являлось то, что было выделено достаточно места для подстрочного и надстрочного пространства. Благодаря этому смежные ряды не сливались и цветное изображение текста воспринималось также хорошо, как и монохромное.

Разрешающая способность 640 х 350 обеспечивалось в графическом режиме. Этот адаптер мог также поддерживать все графические режимы предыдущих адаптеров IBM. Это означает, что EGA способен обеспечить все режимы устаревшего CGA.

Частоты EGA Для того, чтобы обеспечить передачу на экран дополнительной информации, согласно стандарту EGA, необходимо использовать сигнал с более широкой полосой частот, увеличив его диапазон до более высокой частоты. Вместо 15,525 КГц CGA, EGA увеличил горизонтальную частоту сканирования до 22,2 КГц. Вертикальная частота сканирования (частота кадров) приблизительно равна 60 Гц. Из-за использования более высокой частоты стандарт EGA несовместим с устройства ми, созданными по стандарту NTSC. В эту группу устройств входят и телевизоры. Требуется специальные дисплеи EGA или мультисинковые дисплеи.

Цвета EGA Возможности стандарта EGA по формированию цветной гам мы существенно возросли. Посредством изменения интерфейса адаптер - дисплей, реализуемая палитра EGA была расширена до 64 оттенков(считая черный и различные оттенки серого, как отдельные цвета) . Кроме того, благодаря наличию большого ресурса памяти стандарт EGA способен поддерживать более широкую палитру цветов с более высоким уровнем разрешающей способности. В режиме с максимальной разрешаемой способностью и полным использованием ресурса памяти, EGA в состоянии одновременно формировать изображение в 16 цветовых оттенках выбранных из 64 цветной палитры на экране в 640 х 350 пикселей.

Video Graрhics Array - VGA Весь процесс разработки IBM дисплеев для своих персональных компьютеров поддается и не поддается логическому объяснению. С одной стороны, некоторые видеосистемы IBM для отдельных применений подходили лучше других. Но с другой отказ от узкой специализации на отдельное видеоустройство дает возможность настроить адаптер на разные типы дисплеев, что открывает огромный рынок для дополнительной видео продукции, поступающей от независимых поставщиков, что обеспечивает в свою очередь расширение снабжения рынка. При пере ходе к новому видеостандарту адаптерная плата может быть легко заменена другой. С другой стороны, объединение дисплея и адаптера поддается логическому обоснованию также.

Компьютеры Рortable такие, как РC Рortable (которые не содержат на своей системной плате дисплейную систему) и переносные компьютеры Convertible (содержащую ее там) требуют полной интеграции дисплея и центрального блока для увеличения транспортабельности переносных компьютеров. Такой под ход имеет преимущество простоты сборки системы. Система поступает в виде одного большого блока и не нужно задумываться, как собрать систему из составляющих. Более того, та кой способ реализации видеосистемы чаще всего обходится дешевле, потому что не требует устанавливать платы расширения, интерфейсные цепи и взимать деньги за дополнительные разработки. Для снижения стоимости РCjr в этой модели IBM сначала использовала видеосистему, реализуемую на системной плате.

Промежуточным вариантом является реализация видеосистемы на базе платы расширения, чья стоимость входит в стоимость системы. Большинство персональных компьютеров продается по такой методике.

Разрешающая способность VGA в графическом режиме Точно так же, как и в предыдущие системы, VGA обеспечивают различные уровни разрешающей способности в различных режимах функционирования. Но VGA обеспечивает гораздо боль шее количество режимов. Их общее число равно 17. Однако в графическом и текстовом режимах достигаются отличающиеся уровни разрешающей способности.

В графических режимах при формировании растрового цветного изображения достигается разрешающая способность 640 х 480 пикселей. При этом формируется 16 цветов выбранных из палитры в 256. Такой же уровень разрешающей способности обеспечивается и для монохромного изображения.

Переход к стандарту 640 х 480 пикселей от стандарта EGA (640 x 350) позволил улучшить точность изображения.

Стандарт VGA позволяет создать изображение более точное с использованием большей гаммы цветов.

Для программистов, разрабатывающих графику, отношение числа горизонтальных пикселей к вертикальному равное 4: 3, является благоприятствующим фактором, потому что оно равно отношению сторон экрана большинства мониторов.

Цвета VGA. Новый стандарт способен поддерживать 256 оттенков эк рана одновременно. Цвета выбираются из палитры 262144 оттенка. В этом режиме, разрешающая способность ограничена уровнем 320 х 200 пикселей. Эта разрешающая способность CGA, работающего в режиме со средней разрешающей способностью, но последний может работать одновременно с четырьмя цветами, выбранными из палитры в шестнадцать цветов.