Periféricos e Interfaces Ano lectivo 2003/2004 Docente: Ana Paula Costa. Aula Teórica 20

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1 Sumário: Os subsistemas vídeo. A RAM vídeo. Aula Teórica 20 Leitura Recomendada: Capítulo 37 - Hans-Peter Messmer, The Indispensable PC Hardware Book, Addison-Wesley. Capítulos 4 e 11 - Peter Norton, Peter Aitken e Richard Wilton, PC Programmer s Bible, Microsoft Press. Os subsistemas vídeo As duas áreas que mais têm evoluído tecnologicamente a nível de hardware têm sido a velocidade dos processadores e a qualidade das placas de vídeo. Todo o PC possui um subsistema vídeo responsável por produzir a imagem que aparece no écran. O subsistema vídeo possui vários componentes electrónicos que geram sinais e enviam-nos ao monitor através de um cabo. O que no écran é controlado pelo subsistema vídeo, o monitor não tem qualquer inteligência, tem apenas uma matriz de pixels que podem ser iluminados ou não. O circuito com o subsistema vídeo pode estar localizado numa placa de vídeo, o que acontece na maioria dos casos, mas também pode estar embutido na própria motherboard. Ter o subsistema vídeo à parte do processador trás duas vantagens: 1. Faz com que o processador não tenha a seu cargo a criação das imagens. O que, com os ambientes gráficos de hoje em dia, não deixaria o processador livre para outras coisas. 2. Faz com que seja possível mudar o subsistema vídeo sem alterar o processador e/ou a motherboard. Subsistemas vídeo standards O MDA e o CGA foram ambos introduzidos em 1981 e foram o ponto de partida para a evolução dos restantes subsistemas. CGA (Color Graphics Adapter) permite o uso de cores e tem capacidade gráfica, mas a qualidade de texto é medíocre. MDA (Monochrome Display Adapter) fornece uma excelente qualidade de texto, mas não tem capacidades gráficas ou de cor. HGA (Hércules Graphics Adapter) em 1992 o MDA foi substituído pelo Hércules, que possui todas as qualidades do MDA, permitindo ainda gráficos. EGA (Enhanced Graphics Adapter) a IBM não gostou da popularidade do Hércules e em 1985 lançou o EGA, que visou substituir o CGA e ultrapassar as capacidades do Hércules. Trás a sua própria ROM BIOS que substitui as rotinas da BIOS original, permitindo assim aceder às novas capacidades da placa. VGA (Vídeo Graphics Adapter) criado em 1987, contém todas as capacidades CGA acrescentando mais cores, melhor resolução e melhor qualidade de texto. Também tem uma BIOS própria. SVGA (Super VGA) tem o mesmo hardware que as placas VGA, mas permite ainda mais cores, melhor resolução e mais rapidez ao mostrar os pixels. O problema do SVGA foi que diferentes fabricantes começaram a adicionar características diferentes às suas placas. Logo não havia um standard o que era mau para os programadores uma vez que o seu software poderia não funcionar noutros PC's. Em 1989 surgiu a associação VESA (Video Electronic Standard Association) cujo objectivo foi standardizar os vários SVGA e respectivas BIOS. Este standard permitiu aos programadores trabalhar com o SVGA sem se preocuparem com as diferenças de hardware entre as várias placas. O MDA, CGA e EGA estão ultrapassados hoje em dia. O standard mais usado hoje em dia é o SVGA. 1

2 Modos vídeo Cinco dos seis subsistemas vídeo podem operar em dois modos diferentes: modo texto e modo gráfico. A excepção é o MDA que opera apenas em modo texto. Em modo texto só é possível mostrar caracteres pré-definidos (algarismos, letras, símbolos). Não é possível controlar pixels individualmente. Em modo gráfico tem-se um controlo completo sobre todos os pixels do écran. Permite mostrar os caracteres pré-definidos, mas é usado principalmente para mostrar gráficos, desenhos complexos e caracteres de dimensões e formas diferentes dos pré-definidos. O modo vídeo controla certos aspectos da operação do subsistema vídeo, que têm a ver com a forma como as coisas são mostradas no écran. Os aspectos controlados pelo modo vídeo são: O número de cores disponíveis, o tipo (gráfico ou texto), a resolução do écran (número de pixels por coluna x linha, no modo gráfico, ou número de caracteres por coluna x linha, no modo texto). Originalmente havia oito modos de vídeo (sete para CGA e um para MDA). O EGA e o VGA introduziram vários modos novos. O VESA adicionou ainda mais nove modos. Figura nº 1 Os vários modos de vídeo. NOTA: Os subsistemas vídeo que permitem maiores resoluções conseguem emular os modos dos subsistemas de menor resolução. Por exemplo: Um subsistema EGA pode emular todos os modos dos subsistemas CGA e MDA, e um subsistema VGA pode emular todos os modos MDA, CGA e EGA. 2

3 Buffer de vídeo (RAM vídeo) Praticamente todos os subsistemas vídeo dos PC's são "mapeados na memória". Isto significa que o subsistema vídeo inclui um bloco de memória dedicada, chamada buffer de vídeo ou RAM de vídeo. O buffer de vídeo contém a informação a ser mostrada no écran, seja texto ou gráficos. Outros componentes do subsistema vídeo irão ler estes dados e traduzi-los em sinais a serem enviados ao monitor. Assim, para mostrar texto ou gráficos no écran é apenas necessário escrever a informação apropriada no buffer de vídeo. Isto pode ser feito directamente, ou usando funções da BIOS ou do DOS. O subsistema vídeo está continuamente a ler o buffer de vídeo e a actualizar a imagem no écran. O buffer de vídeo faz parte da memória RAM do PC. Existem 128 KBytes da memória RAM que estão reservados para o buffer de vídeo. O espaço reservado é o que está compreendido entre os endereços A000:0000H e B000:FFFFH. Esta área pode ser toda usada ou não. Aceder ao buffer de vídeo é igual a aceder a qualquer outra área da memória RAM. Figura nº 2 Endereços de início e tamanho do buffer de vídeo para os vários modos de vídeo. Dependendo do modo de vídeo usado, o endereço de início do buffer de vídeo varia. Mas, em termos gerais, os endereços de início agrupam-se da seguinte forma: B000:0000H - modo texto monocromático. B800:0000H - modo texto e modo gráfico com pouca resolução. A000:0000H - restantes modos gráficos. Depois, o espaço ocupado varia também com o modo de vídeo em uso. Só é necessário conhecer estas localizações quando se pretende fazer programação directa do subsistema vídeo. A RAM de vídeo contém para além do buffer de vídeo, mais outras informações, como o padrão de bits dos caracteres, por exemplo. 3

4 Cada endereço no buffer de vídeo corresponde a uma localização específica no écran. O subsistema de vídeo continuamente lê a informação do buffer de vídeo e converte-a em sinais de controlo que envia ao monitor. O monitor é composto por uma matriz de pequenos pontos muito juntinhos, que se chamam pixels (pictures elements). Qualquer imagem que se vê no écran, seja em modo texto ou modo gráfico, é composta de pixels. O subsistema de vídeo controla se cada pixel vai estar on ou off e nalguns subsistemas vídeo especifica também a cor e a intensidade do brilho de cada pixel. Os pixels são produzidos por um feixe de electrões que incide sobre uma superfície fosforescente. O feixe de electrões é produzido por uma pistola de electrões que percorre o écran linha por linha, da esquerda para a direita, activando os pixels correspondentes à informação contida no buffer de vídeo. A imagem no écran é renovada de 50 a 72 vezes por segundo, dependendo do modo de vídeo, dando a sensação que a imagem é constante. Estrutura do buffer de vídeo em modo texto Em modo texto, o buffer de vídeo contém o código ASCII e um byte de atributos de cada caracter que irá aparecer no écran. O byte de atributos define a aparência do caracter no écran. O código ASCII surge sempre nos endereços pares e o byte de atributos nos endereços ímpares. Figura nº 3 Estrutura do buffer de vídeo em modo texto. Quando se utilizam as funções da BIOS para vídeo, também é necessário trabalhar com o sistema de coordenadas do écran (0 a 79 colunas e 0 a 24 linhas). Cada linha ocupa 160 bytes (0A0H) de RAM, porque numa linha existem 80 colunas e cada caracter no écran ocupa 2 bytes. 4

5 Coordenada no écran versus localização na RAM Para encontrar as localizações dos caracteres no buffer de vídeo: offset (linha, coluna) = linha * coluna * 2 O caracter da linha zero, coluna zero vai ocupar os offsets 0000H e 0001H (código ASCII e atributo, respectivamente), o caracter seguinte, linha zero, coluna um, vai ocupar as posições 0002H e 0003H, e assim por diante. O primeiro caracter da segunda linha segue o último caracter da primeira linha e assim vai. Na linguagem de programação C, a contagem das linhas e das colunas começa em 1, pelo que a fórmula das coordenadas tem que sofrer uma ligeira alteração: offset (linha, coluna) = (linha 1) * (coluna 1) * 2 Os outros modos texto com resoluções diferentes não alteram a estrutura do buffer, é apenas necessário adaptar os cálculos dos offsets às novas resoluções. Por exemplo, no modo texto 40x25 caracteres do CGA, deve-se usar um factor de 80 em vez de um de 160 para cada linha. Estrutura do buffer de vídeo em modo gráfico Em modo gráfico existe informação para cada pixel. O tamanho e formato desse campo depende do modo de vídeo. O sistema de coordenadas em modo gráfico começa também em 0, mas vai até ao número máximo de pixels. Voltaremos a falar nisso. Figura nº 4 Estrutura do buffer de vídeo em modo gráfico. 5