字符显示器的显示控制过程

　　图5.4 中的内容包括两大部分，顶端3个方框给出的是显示存储器VRAM，字符发生器（ROM器件），和一个用于提供视频信号的移位寄存器，在PC机系统中，这些内容被放到显示卡中，并由主机CPU控制。这一部分的功能，是依据当前被显示字符在屏幕上的位置为地址，到显示存储器中找出被显示字符的ASCII编码，再用字符的ASCII编码和电子束所处的字符的点阵行位置为地址，到字符发生器中读出该字符的点阵行数据，接下来，把字符的点阵行数据送到移位寄存器中，通过逐位移位操作，在移位寄存器的移位输出端得到的就是被显示内容的显示点的控制信号，送到CRT的栅级实现对屏幕象素的显示控制。

　　图5.4 中的下面（在方框内）部分，是显示器的扫描控制逻辑，它是显示器设备本身的重要组成部分，其功能是控制电子束重复扫描整个显示屏幕。这是一个产生多种时序控制信号的部件，其驱动源来自一个点振荡器，它以一定频率提供连续的脉冲信号，每个脉冲周期对应一个象素的显示过程，故它的输出既用作为产生视频信号的移位寄存器的移位控制信号，又用于驱动扫描控制逻辑按照扫描的时序要求，提供不同频率关系的时序控制信号，包括在屏幕上一个点阵行中区分字符分界控制信号（由点计数器提供），正在显示的字符位置控制信号及点阵行扫描结束及水平回扫（电子束从屏幕最右侧回到最左侧的过程）控制信号（由水平地址计数器提供）；还包括用于区分字符行和行间距的控制信号（由光栅地址计数器提供），正在显示的字符行位置控制信号及"场"扫描结束及垂直回扫（电子束从屏幕最右下角回到最左上角的过程）控制信号（由垂直地址计数器提供）；

　　该图表示的是分辨率为720%350的例子，每行显示80个字符，一屏显示25行，故每个字符在屏幕上占据9%14个点阵（象素）位置，这样一个区域被称为一个字符窗口，点计数器中的9和行计数器中的14，就是用于确定字符窗口大小的。若一个字符用7%9个象素显示，则每个字符窗口中横向的另外2个象素为字间距，纵向的另外5个象素为行间距。在字符间距和行间距的所有位置应没有任何显示，扫描到这些位置时，将不给出电子束。水平回扫和垂直回扫的过程中也不应有任何显示，这分别被称为水平消隐和垂直消隐。水平地址计数器中的18，是指水平回扫要占用显示18个字符点阵行的时间，垂直地址计数器中的1，是指垂直回扫要占用显示1行字符的时间。

　　开始时，电子束定位在屏幕最左上角位置，应首先去取显示存储器VRAM中的对应屏幕第一行的第一个字符的ASCII编码，接下来到字符发生器中取来该字符的第一个点阵行的数据并送到移位寄存器，移位过程中的输出就是显示要用的视频信号，显示完9个象素的内容（包括字符间距）之后，再到显示存储器VRAM中去取对应屏幕第一行的第二个字符的ASCII编码，接下来到字符发生器中取来该字符的第一个点阵行的数据并送到移位寄存器，如此等等，直到显示完第一行全部80个字符的第一个点阵行的内容，接着执行水平回扫；再去取显示存储器VRAM中的对应屏幕第一行的第一个字符的ASCII编码，接下来到字符发生器中取来该字符的第二个点阵行的数据并送到移位寄存器，重复显示完80个字符的第二个点阵行的内容；当显示完屏幕上完整的9个点阵行的全部数据之后，第一个字符行中的80个字符就被显示在屏幕的第一行位置；接着执行5个点阵行的字符行间消隐，并开始第二行字符的显示过程；当一屏上全部的25行字符都显示完成之后，再执行一次垂直回扫，从而完成完整的一屏字符的显示过程；这样的显示过程每秒钟需要重复50次，被称为扫描50场。

了视频VRAM被看成是一个大的位图数组外，显示程序可以在视频VRAM中设置任何它希望显示的模式，然后立即在显示器上显示出来。例如，要显示字符，显示程序先为每个字符在视频VRAM中分配一块9×14大小的空间，然后在相应的位置上填上要显示的点，再在屏幕上显示出来。这种实现方式可以使显示程序生成不同的字体并任意混合，硬件要做的只是显示出位图数组的内容。对于彩色显示器，每个象素可以用8，16或24位描述其显示属性。

　　位图显示方式在支持多窗口的应用中被广泛使用。窗口是由一个程序使用的屏幕区域。有了多窗口后，同时运行几个程序成为可能，每个程序可以在自己的窗口内独立显示自己的运行结果。

　　尽管图形显示器具有高度的灵活性，但它们也同时具有两个主要的不足之处。第一，图形显示器必然需要有大容量的视频VRAM。目前常见的显示器的分辨率分别为640×480(VGA)，800×600（SVGA），1024×768（XVGA）和1280×960（图形工作站）。需要指出的是，为了和当前电视机的宽高比一致，这些显示器的宽高比均为4:3。为得到真彩色的显示效果，每个象素的三原色还各需8位来描述，也就是3字节/象素。这样，对于分辨率为1024×768的显示器，就需要2.3MB的视频VRAM。

　　对大容量视频VRAM的要求迫使一些计算机对此进行了一些妥协，只使用一个8位数来表示颜色属性。该数被用作查找有256个入口的调色板硬件表的索引，调色板的每个元素存放一个24位的RGB（红、绿、蓝3基色）值。通过索引颜色这种设计方案，可以减少2/3的视频VRAM需求，但屏幕上同时最多只能有256种颜色。一般情况下，屏幕上每个窗口都有自己的颜色对应关系，但由于只有一个硬件调色板，当屏幕上有多个窗口存在时，只有一个能正确着色。

　　图形显示器的第二个不足在性能上。因为尽管数据从视频存储器VRAM拷贝到显示器不需要占用系统主总线，但将数据写到视频VRAM中却要使用系统总线。要显示1024×768的全屏幕、全颜色的一幅图象就需要为每帧拷贝2.3MB的数据到视频VRAM中。即使每秒采用25帧，也要求有57.6MB/秒的传输速度。这种负载不仅(E)ISA总线无法负担，就是在使用 PCI总线的高性能的显卡也必须采取一些措施，作出一些让步。

　　与性能相关的问题还有如何滚屏。许多显卡使用特殊的硬件，通过改变基址寄存器而不是复制数据来移动部分屏幕内容。

一些公司制造计算机，而许多其它公司生产终端。为使（几乎）任何一台终端可以用在（几乎）任何一台计算机上，电子行业协会（EIA，Electronics Industries Association）制定了RS-232-C计算机-终端接口标准。任何一台支持RS-232-C标准的终端都可以连到任何一台也支持这个标准的计算机上。RS-232-C终端有标准的25针连线接口。它定义了接口的机械尺寸和形状、电平的高低和针上每个信号的含义。

　液晶是一种胶状的有机分子，可以象液体一样流动，但又有象水晶一样的空间结构。在一些年以前就被用作计算器、手表等电子装置中的显示器。液晶显示器的显示原理，是建立在液晶本身的光学特性之上的，当液晶的所有分子都朝一个方向排列起来以后，它的光学性质将取决于光进入的方向和光的偏振性。使用特定的电场，可将液晶分子重新排列，也就可以改变其光学性质。更为重要的是，用光照射液晶，透射光的强度可以用电场控制，正是液晶的这种属性被用来开发平面显示器。

　　LCD显示器的屏幕由两块平行的玻璃中间夹着一层密封的液晶组成，两块玻璃分别连着透明的电极。后面那块玻璃之后有一束光线（自然光或人造光）照射到屏幕上，连在玻璃上的透明电极用来在液晶中产生电场，用不同的电压加在屏幕不同的位置，控制显示的图形。粘在前后两块玻璃板上的是人造偏光板，因为液晶显示技术要求使用偏振光。例如，在显示器后玻璃板上有许多微小的水平槽，前玻璃板上有一些微小的竖直槽。没有电场存在时，液晶分子将顺着槽排列。由于前后玻璃板的槽的互相垂直，液晶分子排列（同时导致晶体结构）从后到前将从水平排列变化到竖直排列。

　　显示器后面是一块水平偏振板，只允许水平偏振光通过。显示器前面是垂直偏振板，只允许垂直偏振光通过。如果中间没有液晶的话，从后面进来的水平偏振光将被前面的垂直偏振板完全阻碍，使屏幕一片漆黑。但是，经处于中间层的液晶分子进行引导，光线将转变其极性，完全成为垂直偏振光。这样，如果没有电场控制，LCD显示器上也将是一片光亮。通过在选定的位置加上一定的电压，液晶的结构将被破坏，阻碍那个位置的光线通过，将使该位置变黑。

　　对廉价的液晶显示器，两个电极上都是平行的导线。例如，在640×480的显示器上，后面的电极上可能是640根垂直的导线，前面也许是480根水平导线。通过在某根垂直导线上加上电压后，再在某根水平导线上来一个脉冲，两根导线交叉点的电压将被改变，使该点短暂变黑。在下个点和下下个点上重复这个脉冲，一条黑线就画出来了，这和CRT的工作原理很类似。正常情况下，整个屏幕将在一秒钟内重画50（60）次，使眼睛觉得屏幕上有一个固定的图形，这也和CRT的工作方式一样。

　　上面我们简单描述了单色液晶显示器的工作原理。可以说彩色显示器在原理上和单色显示器相同，但细节上要复杂的多。彩色显示器中在屏幕上的每个点阵用光过滤器将白光分解成红、绿、蓝三原色，并使它们能独立显示出来，通过它们的线性组合，就可以创造出屏幕上的丰富多彩的各种颜色。