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1、第8章 显示系统,本章介绍了显示系统的技术指标和显示原理，还介绍了显示卡、图形加速、显示器和平板显示器等。 8.1 显示系统简介 8.2 显示系统的技术术语和技术指标 8.3 显示卡 8.4 3D图形加速 8.5 CRT显示器 8.6 平板显示器,退出,8.1 显示系统简介,8.1.1 显示系统 说到微机的显示系统，我们首先想到的是显示器，但是实际上，显示系统是由显示器、显示适配器（显示卡）和显示驱动程序组成的。显示器和显示卡的连接如图8-1。屏幕画面的形成过程大致是：,图8-1 显示器的连接示意,显示卡的性能指标，即输出的视频和同步信号的质量高低，决定着系统信息显示的最高分辨率和彩色深度，即
2、画面的清晰程度和色彩的丰富程度。显示驱动程序是与显示卡一一对应的配套软件，它控制着显示卡的工作和显示方式的设置。显示器则负责将显示卡输出的高质量视频信号转换为高质量的屏幕画面 VGA、TVGA、SVGA等显示模式，主要是指显示屏幕上图像分辨率的高低，目前的显示卡和显示器可以兼容各种标准显示模式，因此显示卡和显示器都具有充分的互换性。,8.1.2 显示视频接口 显示卡通过系统I/O总线与主机连接，早期采用ISA、VESA，后来改用PCI，目前多采用AGP。 显示卡提供一个标准的VGA视频接口插座，用于连接显示器的信号电缆插头，将其输出信号送到显示器。显示视频插座是一个9针或15针的D型插座，外形
3、如图8-2所示。目前的显示卡都是采用一个15针的VGA显示器插座。,图8-2 显示卡上的显示器插座,VGA显示卡采用15针D型插座同显示器连接，其输出的是VGA、SVGA模拟视频信号，插座各针的输出信号定义是：针1为红色模拟视频信号R，针2为绿色模拟视频信号G，针3为蓝色模拟数字视频信号B，针4、5、9、12和15未用，针6为红色视频信号的地线R-GND，针7为绿信号地线G-GND，针8为蓝信号地线B-GND，针10为同步信号的地线Sync-GND，针11为系统地线GND，针13为行同步信号Hsync，针14为场同步信号Vsync。 目前的显示卡可以设置输出多种显示模式的视频信号和同步信号，而
4、显示器则可以与多种显示模式的视频信号和同步信号相匹配。但是，显示卡可以设置的较高分辨率的显示模式有可能超出显示器的行场同步能力，显示器因不能同步而造成屏幕画面滚动。,以Windows 98的显示设置为例，避免分辨率设置超出显示器的做法是：,图8-3 Windows 98的 显示驱动程序设置,8.1.3 显示原理 在计算机显示系统中，有字符和图形两种显示方式，过去的DOS界面就是字符显示方式，而现在的Windows界面就改为图形显示方式，因此显示卡也具有这两种工作方式，它们的原理是大不相同的。,8.1.3.1 字符显示方式的原理 图8-4为EGA/VGA显示卡的字符显示原理。在这个方式下，屏幕上
5、的每一个字符窗口都对应显示卡内存（VRAM）中的两个字节。其中偶字节称作字符代码，用于到字符发生器（RAM）中去查找与该字符代码相对应的字形（也叫字模）。奇字节称作字符属性代码，用于确定该字符窗口中字形的前景颜色、背景颜色和属性修饰。当前选用的某个“字形集”可以由主板的系统BIOS程序从ROM芯片的字库中调入到位平面2。VGA有8种以上的“字形集”可供选择，可以根据需要更换位平面2中的“字形集”，实现多种字形的变换。,图8-4 EGA/VGA显示卡的字符显示原理,8.1.3.2 图形显示方式的原理 图形显示方式的原理与字符显示不同，屏幕上的每一个点直接同显存（VRAM）中的二进制数据相对应，按
6、照每一个点所对应的二进制数的位数，来确定一个点可显示的彩色数。比如，每一个点以8位二进制数表示，则彩色数为256色，即屏幕上的每一个点的颜色都可以在256色中选1色。,图8-5为标准EGA/VGA显示卡的图形显示原理。图中设置的调色板寄存器，对EGA来说是6位寄存器共16个，为EGA图形显示方式提供最多64种彩色和每次（同屏）可选择16种彩色的功能。而对VGA来说改为8位寄存器（其中位7和位6取自彩色选择寄存器的位3和位2）共16个，为VGA图形显示方式提供最多256种彩色和每次（同屏）可选择16种彩色的功能。进一步，VGA卡增加的DAC寄存器（彩色图表）为18位寄存器共256个，为VGA图形
7、显示方式提供最多256K种彩色和每次（同屏）可选择256种彩色的功能。,图8-5 EGA/VGA 显示卡 的图形 显示原理,显示卡显示点数或彩色数的增加，都需要显存（VRAM）容量的增加，也会增加显卡的成本。而在VRAM容量一定的情况下，提高画面的清晰度（即显示分辨率），就是增加屏幕显示点数，就要减少同屏显示彩色数，反之亦然。,8.2 显示系统的技术术语和技术指标,8.2.1 技术术语 下面介绍显示系统的常用数语： 1显像管 PC机显示器使用的是与电视接收机一样的显像管，叫做CRT（Cathode Ray Tube）即阴极射线管。图8-6是CRT的工作原理示意，图8-7是显示器内部的CRT显像
8、管、偏转线圈和电路板等部件。显示器的CRT与电视接收机的CRT相比，分辨率要高许多，目前也普遍采用了平面直角、纯平、大屏幕和高分辨等技术。,图8-6 CRT工作原理,图8-7 CRT显像管和相关电路部件,2屏幕尺寸和可视区域 14、15、17和20英寸等都是指显像管屏幕对角线的尺寸。在显示器上，实际可以看到的显像管的区域却达不到这个尺寸，14”显示器的可视区域只有12英寸，15”显示器的可视区域只有13英寸多，17”显示器的可视区域只有15英寸多。 3屏幕的宽高比 显示器的许多标准来源于电视机，其标准的屏幕宽高比也与电视机一样为4比3，即显示器的屏幕宽度为四个单位，高度为三个单位。为此，显示视
9、频信号规定的标准分辨率模式也基本上是4比3的，比如水平640点、垂直480点，水平800点、垂直600点等。,4屏幕的类型 14”显示器多为老式球面显像管。目前多数15和17”显示器采用平面直角型显像管，还有少量采用柱面显像管。目前大屏幕显示器均采用纯平面显像管，如图8-8所示。,图8-8 直角纯平 彩色显示器,5显示器的扫描方式 微机系统的CRT显示器都是采用光栅扫描方式，光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描两种，如图8-9所示。目前选用较多的15、17英寸显示器均已采用逐行扫描方式，水平扫描频率即行频上限为64KHz甚至更高，垂直扫描频率即场频上限为90Hz甚至更高，这样的显示器能满足1280
10、1024或更高的分辨率。,图8-9 显示器的光栅扫描,6显示器的显示方式和显示模式 就屏幕显示画面的点组织方式而言，显示方式有两种，即字符数字方式（Alphabet/Number，A/N）和全点寻址图形方式（All Point Addressable，APA）。 显示模式主要是指一屏能显示的点数和颜色数（包括一屏能显示的字符数）。常用的显示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA（即TVGA）等等。典型的IBM指标是：CGA为320200和8色，EGA为640350和16色，VGA为640480，SVGA为800600、1024768、12801024和16001200等。目前的显示都采用VGA
11、以上的显示模式，它们的同屏彩色数可在16、256、16K、32K、64K、16M（所谓真彩色）直到4G中选择。,7显示器的数字调节 显示器的调节功能允许用户自己调节画面几何形状和效果，比如调节画面的亮度和对比度，还有光栅的亮度、对比度、水平幅度、水平相位、行同步、垂直幅度、垂直相位、场同步和枕形失真等。一般分为模拟调节和数字调节两种。数字调节的功能多、精确可靠，又分为电子按钮调节、屏幕菜单调节和单键飞梭调节，见图8-8。 8USB显示器接口 有些显示器提供了上行和下行两个USB接口，上行口连接机箱主板的USB接口，下行口可以连接其它USB设备。,9显示数据通道 显示数据通道（DDC）是建立在主
12、机和显示器之间的信息通道，可以将显示器的物理数据直接传送给主机。 103D图形加速 3D图形加速是图形适配器普遍采用的三维图形处理技术，目的是减少系统主处理器（CPU）的负担，加快图形图像的处理能力和速度，以满足多媒体和Internet应用的需要。,8.2.2 技术指标 下面介绍显示系统的技术指标： 1CRT点距 点距（Pitch）是指CRT荧光屏上相邻像素的间距，也就是荫罩小孔的距离，单位是毫米（mm）。CRT显像管荧光屏内侧面上排列着红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色荧光物质构成的像素，图8-10描述了RGB三原色像素的排列。目前多数显示器的点距都是0.28mm，也有0.26和0.24mm
13、的。显像管的物理分辨率由点距决定，点距越小，分辨率越高，图像越精细。 CRT显像管像素也有由RGB三色竖直条纹组成的，这就引出了栅距的概念。目前有的显示器的0.25mm点距其实是栅距。,图8-10 荧光屏上RGB像素的排列,2显示器的分辨率 分辨率是衡量显示器性能的一个重要指标，它描述的概念是，屏幕上显示的两个点靠近到多小的距离还能分辨出是两个点，而不象是一个点。CRT显示器的分辨率由它的显像管的点距（Pitch）所决定。 3视频信号的行频和场频 显示器的光栅扫描要与显示卡同步工作，才能得到正确稳定的图像。为此，显示卡输出了行同步信号（Hsync）和场同步信号（Vsync），去控制显示器的同步
14、。当显示卡设置输出较高分辨率和刷新率的视频信号时，它输出的行和场同步脉冲信号的频率也随之变高。通常，场频范围为60-120Hz，行频范围为32-94KHz。,4屏幕刷新率 屏幕刷新率（Refresh Rate）是指每秒钟更新画面的帧数，刷新率也就是帧频，而对逐行扫描来说，也就是场频。刷新率就低，屏幕就有闪烁感，容易造成眼睛疲劳。VESA组织于97年规定逐行扫描场频85Hz为无闪烁的标准场频，这是一条绿色标准。 5彩色深度和真彩色 显示效果的两大指标是分辨率和颜色数，彩色深度就是同一屏幕所能展现的最大颜色数。它可以直接以二进制数表示，也可以用代表点颜色数据的二进制位数表示。真彩色（True Co
15、lor）是指由数字方式形成的同屏幕上的彩色数达到了近似模拟真实彩色效果的显示质量。,6视频信号带宽 视频带宽（Video Bandwidth）指的是显示卡输出视频信号的频谱宽度，它大体对应着每秒钟电子束扫描过的实际像素的总数，即所谓点频。又由于要把水平扫描和垂直扫描的回扫部份也折算进去，所以要再乘以一个估算数，取为1.2到1.5，这里且取1.4。因此视频带宽应等于：水平分辨率垂直分辨率场频1.4，单位为MHz。 7显示器的带宽 显示器的带宽是指显示器能处理的视频信号的频带宽度，它取决于整个电路的通频带宽度。显示器的带宽指标越高，电路的高频性能越好，图像也就越清晰，但对元件、电路和工艺的要求也越
16、高，价格也会相应提高。,8分辨率、刷新率与行频间的关系 从前面的介绍可知，设置的显示分辨率和刷新率越高，输出视频的行频也就越高，它们之间的关系是：行频=垂直分辨率（垂直线数）刷新率（场频）0.93。 9显示分辨率、颜色数的设置对显示存储器的容量需求 显示卡上的显存的大小直接涉及它对高分辨率和高彩色深度的支持，因为显存至少应能存储一帧画面的数据。显存的计算公式为：显存=水平分辨率垂直分辨率颜色字节数。,10TCO标准 由瑞典专家联盟（TCO）提出的TCO标准，包括显示器的辐射和环保等多项指标，还对舒适、美观等多方面提出了严格的要求。,8.3 显示卡,8.3.1 显示卡简介 显示卡是CPU与显示器之间的接口电路，因此也称为显示适配器，PC机显示系统性能的高低主要由选用的显示卡性能决定。 显示卡的作用是在CPU的控制下将主机送来的显示数据转换为视频和同步信号送到显示器，再由显示器形成屏幕
