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1、第8章 显 示 系 统,第8章 显 示 系 统,8.1 显示系统简介 8.2 显示系统技术术语 8.3 显 示 卡 8.4 显 示 器,8.1 显示系统简介,8.1.1 显示系统简介 显示系统是微机系统的最基本的输出设备，它由显示卡、显示器和它们的驱动程序组成，显示系统的硬件构成和连接如8-1所示。主机通过I/O总线将字符形数据发送到显示卡，显示卡将这些数据加以组织和处理，再转换成模拟视频信号，并同时形成同步控制信号，通过VGA视频接口输出到显示器，最终由显示器屏幕形成画面，将系统信息展示给用户。,8-1 显示部件的连接,8.1.2 字符形显示原理 在早期微机的显示系统中，明确划分着字符数字（
2、Alphabet/Number）和全点寻址形（All Point Addressable Graphics）两种显示方式。比如过去的DOS界面就有字符和形两种不同方式，而现在的Windows界面就是形方式。因此显示卡的基本原理也分为字符显示和形显示两种。,1字符显示原理 2形显示原理 在形方式下，屏幕上的每一个点直接同帧存VRAM中的二进制数据相对应，按照每一个点所对应的二进制数的位数，来确定一个点的彩数。,8-3所示为EGA/VGA显示卡的形显示原理。屏幕上的每一个点对应VRAM中的4位二进制数据，这4位二进制数据分别位于VRAM的4个位平面上。中的调板寄存器，对EGA来说是6位寄存器共16
3、个，为EGA形显示方式提供最多64种彩和同一屏幕可显示最多16种彩的功能。,8-3 EGA/VGA显示卡的形显示原理,而对VGA来说是8位寄存器共16个，寄存器的位7和位6由彩选择寄存器的位3和位2来设置，为VGA形显示方式提供最多256种颜和同一屏幕可显示最多16种彩的功能。 在VGA形方式，还增加了“彩表”数模转换（DAC）寄存器，它包括18位的寄存器共256个，进一步为VGA提供最多256K种彩和同一屏幕可显示最多256种颜的功能。,8.2 显示系统技术术语,下面简要介绍一些计算机显示系统的技术术语。 1显像管 显像管也叫做CRT（Cathode Ray Tube）即阴极射线管。 8-4
4、所示是CRT的工作原理示意，8-5所示是显示器内部的CRT显像管、偏转线圈和电路板等部件。,8-4 CRT工作原理,2屏幕尺寸和可视区域 我们所说的15、17和20英寸等显示器都是指它们的显示屏幕的对角线尺寸。 实际看到的像区域达不到这个尺寸，也就是说可视区域要小于显像管的实际尺寸。,3点距 点距是指CRT荧光屏上相邻像素的距离，也就是荫罩小孔的距离，单位是毫米（mm）。 8-6所示描述了构成每个像素的RGB三原点的排列。,8-6 CRT荧光屏上像素点的排列,目前多数显示器的点距都小于0.28mm。由于CRT显像管的荫罩除了孔状的还有一种条栅状的，条栅状荫罩的像素是由RGB三竖直条纹组成。 有
5、的0.25mm点距的显示器就是条栅状荫罩，它的所谓点距其实是栅距，竖直条纹的宽度。,CRT显示器的物理分辨率由点距决定，点距越小，分辨率越高，像越精细。 4屏幕宽高比 显示器屏幕的标准宽高比来自电视机的4:3标准，所以通常显示画面的宽度为4个单位，高度为3个单位。 比如水平800点垂直600点，水平1024点垂直768点等。,5显示器的扫描方式 CRT显示器采用的是光栅扫描方式。 如8-7所示。光栅扫描方式又分为两种，一种是逐行方式，另一种是隔行方式。,8-7 显示器的光栅扫描,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
6、频上限为85Hz甚至更高，这样的显示器能满足12801024或更高的分辨率。,6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，而不像是一个点。CRT显示器的分辨率由它的显像管的点距所决定。,例如一台15英寸显示器的荧光屏的水平尺寸为285mm，垂直尺寸为225mm，CRT的点距为0.28mm。它的水平分辨率最大为1018点，垂直分辨率最大为803点，这个由点距决定的指标是显示器的物理极限分辨率。,7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，显示方式有字符数字方式（A/N）和全点寻址形方式（APA）两种
7、。 显示模式主要是指一屏能显示的点数和颜数，在字符方式是指一屏能显示的字符数。PC常用的显示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA等。,8显示器接口 显示卡的视频输出信号通过VGA接口插座和显示器信号电缆送入显示器，PC显示接口插座是一个15针D型插座，外形如8-8所示。,8-8 显示卡上的显示器插座,9视频信号的行频和场频 显示卡还输出两个同步信号，一个是行同步信号Hsync，另一个是场同步信号Vsync，当显示卡输出不同显示模式的视频信号时，它输出的对应的同步脉冲信号的频率也不同。,对于完全满足SVGA的12801024显示模式的逐行扫描显示器而言，它的行频同步能力的指标为30kHz64k
8、Hz，场频同步能力的指标为55Hz100Hz，这两项是普通15英寸彩显的典型指标。,10屏幕刷新率 屏幕刷新率（Refresh Rate）是指每秒钟更新画面的帧数。 早期显示器支持60Hz的场扫描频率，VESA组织于1997年规定逐行扫描场频85Hz为无闪烁的标准场频。,11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，视频带宽应等于水平分辨率垂直分辨率场频，单位为MHz。由于要把水平扫描和垂直扫描的回扫部分也折算进去，所以要再乘以一个估算数，这个数可以为1.21.5，这里取1.4。设置1024768、85Hz的显示模式，,其视频信号带宽就是： 1
9、024768851.4=94MHz。 12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，它取决于整个视频处理电路的通频带宽度。显示器的带宽指标越高，电路的高频性能越好，像也就越清晰，但对电路的要求也越高，成本价格也会大大提高。,13分辨率、刷新率与行频间的关系 行频 = 垂直分辨率（垂直线数）刷新率（场频）0.93。 设置1024768、85Hz的显示模式，其视频信号的行频就是：768850.93=70kHz。,14彩深度和真彩 彩深度是指显示卡提供的同一屏幕数字彩的最大颜数，它可以直接以颜数表示，如16、256、64K直到4G等。也可以用代表像素点颜信息的二进制数据位数表示
10、，如4位、8位、16位直到32位等。真彩（True Color）是指由数字方式形成的屏幕彩数达到了近似模拟真实彩效果的视觉感受。,把显示卡的24位方式叫做“真彩”。目前许多显示卡都采用更高的32位真彩。颜数指标越高，需要的显存容量就越大，数据处理就越费时。 15分辨率和颜数对显示存储器的容量需求 显示卡上的显存的大小直接影响对高分辨率和高颜深度的画面的支持，因为显存的大小至少应能存储一帧画面的数据，为此也叫帧存。,计算公式为：显存 = 水平分辨率垂直分辨率颜字节数。照此计算，设置1024768、24位，要求显存为4MB。 16动态聚焦 动态聚焦是指电子枪扫描屏幕时，能对电子束在屏幕中心和四角聚
11、焦上的差异进行自动补偿的功能。,17视频接口S-Video S-Video（Separate Video）是一种清晰度更高的视频传输接口，引用自电视设备，它是将视频信号分离为度信号C和亮度信号Y，以不同的通道进行传输，通常采用不含音效的标准4芯或含音效的扩展7芯连接器。 能够把VGA视频转换为电视信号输出的显示卡具备S-Video视频插口。,18显示数据通道 显示数据通道（DDC）是建立在主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。DDC最直接的应用就是提供显示器的即插即用功能。,19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，一般分为模拟调节和
12、数字调节两种。 目前的显示器普遍采用数字调节方式，数字调节的功能多，精确可靠。,屏幕菜单调节方式又称为OSD，它利用一个自身的微处理器，不但调整方法直观方便，而且供调节的内容也大为增加，比如多种失真、会聚、温和消磁等，还有用户设置数据的记忆功能。,20TCO标准 随着人们对显示器的辐射、节电和环保等各方面的要求越来越苛刻，带动了各种安全认证标准的发展。由瑞典专家联盟（TCO）提出的标准，经不断改进，逐渐成为目前通用的世界标准，它不仅包括辐射和环保的多项指标，还对舒适、美观等多方面也有严格的要求。,TCO 92标准，包括显示器的低辐射、自动关闭功能和必须提供耗电量数据等。 TCO 95标准，进一
13、步强调环保意识，要求制造商不能在制造过程和包装过程中使用有碍于生态环境的材料。 TCO 99标准，对显示器提出了更严格、更全面的环保指标，并在用户使用的舒适度等方面也提出了具体要求。,21平板型显示器 平板型显示器（Flat Panel Display，FPD），分为受光型和发光型两类。受光型FPD按工作原理的不同也可分为许多种，其中液晶显示器（LCD）已经成为台式PC的优选配置。发光型FPD按工作原理的不同也可以分为许多种，其中等离子显示器（PDP）是近年来最为看好的一种FPD产品，它易于制作大屏幕显示设备，通常用作计算机会议演示系统的显示器。,8.3 显 示 卡,8.3.1 显示卡简介 显
14、示卡也称为显示器适配器，它是主机与显示器之间的功能电路，都有高速处理三维（3D）形的处理器和高速大容量的本地显示内存，这些都极大地提高了显示系统的形处理速度和质量。,CGA显示卡的分辨率为320200，同屏幕8种颜。EGA显示卡的分辨率为640350，同屏幕16种颜。这些显示卡的输出是数字脉冲信号，并且只能支持各自对应的显示器，没有互换性。 VGA显示卡的分辨率为640480，同屏幕16或256种颜，输出的是RGB三模拟视频信号，支持各种VGA显示器。,Super VGA即SVGA的典型分辨率有800600、1024768、12801024和16001200等，颜数为256、16K直到真彩。,
15、显示卡由主机接口、显示器接口和功能电路组成，功能电路通常由显示控制器和显示存储器组成。显示控制器是显示卡的核心处理器芯片，它把主机送来的像数据先转换为数字视频，再把数字信号经D/A转换为模拟视频信号，同时形成代表时间基准的行、场同步信号。显示存储器是显示卡的高速内存，简称显存。由于它存储的是一幅画面，所以也叫帧存。,伴随着PC系统对显示性能要求的不断提高，显示卡在形处理速度、分辨率、显存、3D加速和增加功能等方面都不断改进。,8.3.2 3D形加速 当Windows这样一个形界面的操作系统诞生时，它要求同时运行大量的窗口形，于是就推出了各种形用户界面形加速卡（Graphical User In
16、terface Accelerator Adapter），简称“形加速卡”。,画一个三维（3D）形通常需要两个主要步骤，先画出几何形的线条，再进行形表面的像绘制，这两个步骤都需要进行大量的数学计算。如果是动态的3D形，则还有高速实时的要求。,最初3D形处理依赖于提高主机性能，要求配置高速的CPU和大容量高速主存。 随着3D处理的日趋复杂和实时性要求，促使将3D形加速的硬件技术集成于显示卡，从而推出了3D形加速卡。,3D形加速卡的核心是一个形像处理器（DSP），同时配备高速大容量存储器，它将几何形的处理交由主机CPU实现，而表面像的绘制则交由3D形加速卡的DSP处理。3D形加速卡的主要功能有Z缓冲、颜插值和纹理映射等，另外还有像透明处理、光线跟踪、场景雾化和渲染等许多
