Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Несмотря на то что двумерное изображение дисплея или телевизора может показаться сложным, на самом деле оно создается одним непрерывным лучом света, который быстро пробегает по экрану. Луч начинает свое движение в верхнем левом углу и перемещается по экрану вправо, после чего возвращается к левому краю, чтобы начать следующую горизонтальную линию, известную как строка развертки . Перемещение луча справа налево к началу очередной строки — обратный ход по горизонтали . Когда луч заканчивает последнюю строку, он возвращается из нижнего правого в верхний левый угол экрана ( обратный ход по вертикали ), и весь процесс начинается снова. По американским стандартам телевизионного вещания это должно происходить 60 раз в секунду. Такая частота развертки достаточно высока, чтобы изображение не мерцало.

Телевизор устроен сложнее из-за использования чересстрочной развертки . Один кадр — отдельное неподвижное изображение — разбивается на два поля из четных строк (первое) и нечетных (второе). Частота строчной развертки , или частота следования строк, составляет 15 750 герц. Если разделить это число на 60 герц, получим 262,5 строки в одном поле кадра. Целый кадр содержит в два раза больше, то есть 525 строк развертки [26].

Вне зависимости от вида развертки дисплея непрерывный луч света, порождающий видеоизображение, управляется одним непрерывным сигналом. Хотя аудио- и видеосигналы телевизионной программы объединяются при трансляции или передаче через систему кабельного телевидения, в итоге они разделяются. Видеосигнал , который я опишу, идентичен сигналу, подающемуся на соответствующие входы и выходы видеомагнитофонов, камер и некоторых телевизоров.

В случае черно-белого телевидения этот видеосигнал достаточно прост и понятен. (Цвет все усложняет.) Шестьдесят раз в секунду в этот сигнал записывается импульс вертикальной синхронизации , который указывает на начало поля. Этот импульс — подача нулевого напряжения (земля) на протяжении 400 микросекунд. Импульс горизонтальной синхронизации указывает на начало каждой строки развертки: 15 750 раз в секунду в течение пяти микросекунд подается нулевое напряжение. Между импульсами горизонтальной синхронизации значение сигнала варьируется от 0,5 вольта (черный) до двух вольт (белый), оттенки серого соответствуют значениям от 0,5 до 2 вольт [27].

Таким образом, изображение телевизора является отчасти цифровым, отчасти аналоговым. Это изображение разделено по вертикали на 525 строк, однако внутри каждой из строк развертки напряжение непрерывно меняется, что обусловливает вариации яркости. Однако напряжение не может изменяться произвольно. Существует предельная скорость, с которой телеэкран может реагировать на изменение сигнала. Этот показатель называется «пропускная способность».

Пропускная способность — чрезвычайно важная концепция в сфере связи, поскольку определяет, какой объем информации можно передать по конкретному каналу. В случае телевизора пропускная способность — предельная скорость, с которой видеосигнал может измениться от уровня черного до уровня белого, а затем снова до уровня черного. По американским стандартам телевизионного вещания полоса пропускания примерно равна 4,2 мегагерца [28].

Когда дисплей необходимо подключить к компьютеру, его неудобно представлять в виде гибрида аналогового и цифрового устройства. Его легче рассматривать как полностью цифровое устройство. С точки зрения компьютера видеоизображение удобнее отобразить как прямоугольную сетку с дискретными точками, называемыми пикселами (pixel от picture element — «элемент изображений»).

Полоса пропускания видеодисплея ограничивает количество пикселов в горизонтальной строке развертки. Я определил полосу пропускания как скорость, с которой видеосигнал может измениться от уровня черного до уровня белого, а затем снова до уровня черного. Полоса пропускания телевизоров, равная 4,2 мегагерца, допускает создание двух пикселов 4,2 миллиона раз в секунду. Если разделить произведение 2 × 4 200 000 на 15 750 (частота строчной развертки), получим 533 пиксела в каждой строке. Однако примерно треть этих пикселов оказывается невидимой из-за их нахождения на дальних концах изображения или из-за обратного хода луча по горизонтали. Таким образом, каждая строка — это примерно 320 пикселов.

Точно так же по вертикали не насчитывается 525 пикселов. Некоторые из них теряются в верхней и нижней части экрана и во время обратного хода луча по вертикали. Кроме того, не следует полагаться на чересстрочную развертку при использовании телевизора в качестве дисплея. Таким образом, реальное количество пикселов по вертикали равно приблизительно двумстам.

Итак, можно сказать, что разрешение примитивного видеоадаптера, подключенного к обычному телевизору, составляет 320 пикселов по горизонтали на 200 пикселов по вертикали, или 320 × 200.

Чтобы определить общее количество пикселов в этой сетке, можете подсчитать их или просто перемножить числа 320 и 200, получив 64 тысячи пикселов. В зависимости от того, как вы сконфигурировали видеоадаптер (о чем расскажу чуть позже), каждый пиксел может быть либо черным, либо белым (черно-белое изображение), либо обладать определенным цветом (цветное изображение).

Предположим, нам нужно отобразить на этом дисплее некоторый текст. Сколько текста может на нем уместиться?

Очевидно, все зависит от того, сколько пикселов используется для отображения каждого текстового символа. Далее представлен один из возможных подходов, при котором для каждого символа используется сетка 8 × 8 (64 пиксела).

Эти символы соответствуют кодам ASCII с 20h по 7Fh. Коды ASCII с 00h до 1Fh отведены под неотображаемые символы.

В приведенном примере каждый символ соответствует не только 7-битному ASCII-коду, но и 64 битам на экране, определяющим его внешний вид. Эти 64 бита тоже можно рассматривать в качестве своеобразного кода.

При таком способе представления символов вы можете уместить на видеодисплее с разрешением 320 × 200 пикселов 25 строк по 40 символов. Этого достаточно, например, для короткого стихотворения Эми Лоуэлл.

Видеоадаптер потребляет некоторое количество оперативной памяти для хранения содержимого дисплея, а микропроцессор должен иметь возможность записывать данные в эту память для изменения изображения на этом дисплее. Удобнее всего, когда память RAM является частью общего адресного пространства процессора. Сколько же оперативной памяти потребуется видеоадаптеру, который я описываю?