第六讲光栅扫描系统

第六讲光栅扫描系统第1页，共44页，2023年，2月20日，星期一

随机扫描

——线段法字符产生器数字5的分解产生数字5的波形第2页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统文字显示系统图形显示器电脑显示驱动卡第3页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统光栅扫描又称为电视扫描其工作过程是：电子束受偏转部件的控制，不断从左到右、从上到下将图像逐行逐点的扫描到显示屏上，通过控制电子束的强弱产生黑白灰度等级或彩色的图像整个显示屏面扫描线为行，每一行又可以分为个小点。这样，整个屏面为个点阵，每个小点称为像素第4页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统光栅扫描绘图过程第5页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统光栅扫描系统优点第6页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统光栅扫描系统缺点光栅扫描的速度不如随机扫描光栅扫描显示要求提供视频信息，而计算机处理的结果往往是直线、曲线和字符指令数据。将这些指令数据转换成适合光栅扫描体制的视频信息，就需要进行扫描变换扫描变换的方式有两种：数字方式和模拟方式。在计算机显示系统中，采用数字方式第7页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统光栅扫描显示从功能上分为文字（包括汉字）、图形和图像显示3种类型文字显示多用于计算机终端、自动化管理方面图形显示（含文字显示）多用于计算机图形显示系统、自动化管理、过程控制，以及计算机辅助设计等方面图像显示往往与图形显示兼容，多用于图像传输、图像处理，以及电视图像显示等方面第8页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——文字显示系统文字显示显示器能向计算机输入各种数据，并进行显示，还能对显示的内容进行编辑和指示工作文字显示器画面上所显示的文件内容，一方面可以来自计算机的处理结果，另一方面可能来自“人-机”交互装置第9页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——文字显示系统CPU将要显示字符的ASCⅡ值及属性值送入刷新缓冲区，其中第一个字节用来保存字符的ASCⅡ码值，第二个字节则是用来存放字符的属性值(如前景色及背景颜色、闪烁等)然而，在显示器上显示的所有内容都是以点形式出现，所以必须把刷新缓冲区中保存的字符信息(每个字符两个字节)转换成可供显示器直接使用的矩形点阵字符第10页，共44页，2023年，2月20日，星期一文字显示系统移位寄存器SL字符发生器(ROM)加载控制水平消隐行间消隐垂直消隐水平同步电路垂直同步电路点振荡器点计数器水平地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器定时控制电路垂直同步信号水平同步信号字符时钟ＡＳＣＩＩ代码ＣＰＵ控制OSCVRAM19180+1819+5125+1视频信号RA3

-RA0第11页，共44页，2023年，2月20日，星期一文字显示系统00000001001001000101011011110111001110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符发生器(ROM)ASCII字符代码84RA3-RA0(a)

“A”的点阵表示(b)字符发生器的结构(来自VRAM)(来自光栅地址计数器输出)RA3-RA0D7D0D7D0ASCII代码(41H)指向这个字形第12页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统文字显示系统的显示格式是固定的，能够显示的文字或图形符号的形态都预先存入字符库中图形显示系统显示的图形是千变万化的，不可能预先存入ROM中，而要实时生成画面，其结构复杂显示屏面像素点阵数是衡量光栅扫描显示器分辨率高低的一项技术指标光栅扫描显示的分辨率取决于显像管器件第13页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——图形显示系统图形显示组成框图第14页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统图像存储器图像存储器存放的是彩色或辉度等级的显示画面，器读写规律是一次加工写入，重复刷新读出显示图像存储器的容量大小和屏面像素、显示彩色种类、辉亮等级有关为使图像存储器能正常地存储、缓冲和再生画面的图像，其读出和写入是交叉进行的第15页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统图像存储器图像存储器本身的参数有：地址、字长和读写周期存储地址由画面上的像素量和存储器的结构方式来决定存储字长由图像存储器每个像素上的信息量和存储器结构方式来决定读写周期由光栅形成的时间决定第16页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统假彩色技术计算机图形显示的彩色是由人工定义的，与自然界真实彩色完全不相同，称之为假彩色它可以增强显示效果和增加彩色显示的数量它可由两种方法实现：以只读存储器（EPROM）构成、以快速随机存储器（RAM）构成第17页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统以只读存储器（EPROM）构成在任何输入像素的辉度等级上进行3个独立的变换R、G、B等3种变换函数分别固化在只读存储器中函数存储器输出经D/A变换，放大分别驱动R、G、B等3个辉亮信号第18页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统以快速随机存储器（RAM）构成RAM中存放所需要显示的彩色数值和占用地址空间的多少决定可在显示屏上能同时显示的彩色数量彩色图地址数据来自图像存储器RAM中读出的像素值第19页，共44页，2023年，2月20日，星期一

光栅扫描显示系统

——图形显示系统扫描同步控制（显示控制器）光栅扫描分为逐行扫描和隔行扫描逐行扫描适合文字和线条图形的显示，以取得高质量的显示效果扫描方式由同步控制工作的，特别是读取画面存储器中的显示画面，必须和扫描同步光栅扫描显示的视频输出信号占多少，适当地组织图像存储器的扫描读出，易实现多屏扩展、一机多画面显示，发挥冈山扫描的优点第20页，共44页，2023年，2月20日，星期一电脑显示驱动卡华硕显示卡AGP-V8200Ti500Series

AGP-V7700DeluxeTV第21页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡显示卡主要是由显示芯片、显示内存、显示BIOS(VIDEOBIOS)、RAMDAC等构成第22页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理应用程序发出绘图命令→解析成显示处理器可接受命令格式存放在刷新存储器中刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件由显示处理器负责解释执行(刷新)→视频控制器控制驱动电子枪在屏幕上绘图修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令第23页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理显示主芯片显卡的核心，俗称GPU

代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等各图形函数基本上都集成在这里第24页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理刷新缓冲存储器(VRAM)也称视频存储器(VIDEORAM)或显示存储器存储将要显示的图形信息保存图形运算的中间数据他与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于CPU一样第25页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理刷新缓冲存储器(VRAM)用来存储要显示内容的属性值，刷新存储器容量的大小，直接影响显示器所能显示的颜色数和分辨率屏幕上看到的图像数据都是存放在显存里的，显卡达到的分辨率越高，在屏幕上显示的像素点就越多，要求显存的容量就越大第26页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理刷新缓冲存储器(VRAM)所用存储器的类型直接影响显示系统的显示速度和性能VRAM与DRAM相似，它们的不同之处是：DRAM芯片只有一个数据口，通过这个口又要读又要写，而VRAM芯片的读写口是分开的，所以它的速度快些现在一些高档的显示卡上都安装了SGRAM的显示内存，这是专门为显示卡设计的，其速度要比用做计算机内存的SDRAM还要快第27页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理帧缓冲存储器（FrameBuffer)作用：存储屏幕上像素的颜色值也称刷新存储器(RefreshingBuffer)简称帧缓冲器第28页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理帧缓冲存储器（FrameBuffer)帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同单元与像素一一对应各单元的数值决定了其对应像素的颜色显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关第29页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡位面技术显存分成若干颜色的位平面（bitplane）各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应同一像素点在各位面占同一地址不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色第30页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡位面技术色平面越多，可表达的色彩越丰富增加一个位面，色彩就增加一倍而存储器写操作程序无需重新计算新地址程序兼容性好第31页，共44页，2023年，2月20日，星期一N位寄存器电子枪CRT光栅有N个位面的帧缓存2NDAC0100010~2N-1灰度等级寄存器蓝色枪帧缓存DAC0001CRT光栅01DACDAC红色枪绿色枪位面技术第32页，共44页，2023年，2月20日，星期一位面技术红绿蓝三个位面，组合成8种颜色增加一个亮度位面，形成16

种颜色若有24个位面（每种基色8

个位面）可同时显示(28)3=224=16777216种颜色（24位真彩色）红绿蓝Black000Blue001Green010Cyan011Red100Magenta101Yellow110White111光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡第33页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理RAMDAC视频存储数字模拟转换器主要作用是把刷新存储器中产生的像素的颜色值扩充为彩色混合值，然后转换成红、绿、蓝三路模拟彩色信号第34页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理RAMDACRAMDAC就是将刷新存储器中以二进制形式保存的数字型像素颜色属性值读出来，进行扩充变换成模拟显示器能够接收的彩色模拟信号，即将数字型彩色信号转换成模拟型彩色信号，送给显示器刷新屏幕内容第35页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理VIDEOBIOSVIDEOBIOS里包含了显示芯片和驱动程序间的控制程序、产品标识等信息这些信息一般由显卡厂商固化在ROM芯片里，还存放了ASCⅡ码字符集中字符和图形的点阵VGA插座与显示器相连，以便将显示结果输出到屏幕上第36页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理总线接口与主板连接的接口主要有ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等几种ISA和EISA总线带宽窄、速度慢，VESA总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰现在常见的是PCI和AGP接口

第37页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡工作原理显示卡与显示器连接插座显示器与显示卡的连接插头显示方式数据线定义第38页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡显存容量分辨率M*N、颜色个数K与显存容量V的关系3个位面分辩率是1024×1024的显示器需要3×1024×1024（3145728）位的存储器第39页，共44页，2023年，2月20日，星期一光栅扫描显示系统

——电脑显示驱动卡显存容量若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比1兆字节的帧缓存若设分辩率为640×480，则帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示224种颜色若设分辩率为1024×