图3.25字符显示控制器原理框图 （点击查看大图）
1．字符显示控制器的结构与工作原理
字符显示控制器的结构如图3.25所示，它以CRT显示控制器为核心，CRT控制器的主要功能是形成字符缓冲器及属性存储器的地址码，并且同步的产生水平扫描、垂直扫描信号并送到视频控制逻辑中，字符缓冲器及属性存储器各2K字节，分别用来存放80×25=2000个待显示的字符及其对应的属性，它们既可被CPU访问，由CPU送入需要显示的字符代码；又能被CRTC所访问，逐一读出其中的字符码和属性，再经过字符发生器和移位寄存器形成显示器需要的视频显示信号，送给监视器去显示。
字符控制器的工作原理简述如下：
(1) CPU在显示器水平和垂直回扫期间，把欲显示的字符码及其属性送入字符缓冲器和属性缓冲器；
(2) CRTC以每秒50帧的频率，一面产生行同步、帧同步等信号送给视频信号处理逻辑，一面产生地址码读出缓冲器中字符码及其属性；
(3) 以缓冲器中读出的字符代码和CRTC提供的扫描线序号为地址，读出字符发生器中的字形点阵信息，从属性缓存器中读出属性信息，再经过属性译码器译码处理。
(4) 字形点阵信息读出后送入移位寄存器，然后逐位移出送到视频控制逻辑中，与有关的属性、光标等组合处理后，形成显示器所需要的视频亮度信号，在监视器的屏幕上显示输出字符。
字符显示控制器与主机的接口电路比较简单，其中地址总线和数据总线用来传送地址码和数据；MEMW、MEMWR、IOW和IOR指出访问的是字符缓存器(及属性存储器)，还是CRTC内部寄存器，是写入还是读出，RESET信号用来复位；I/O READY用来使CPU和字符显示控制器同步，因为显示控制器的操作是由字符时钟信号(由 16.275MHz分频而得到1.8MHz信号)定时，CPU访问显示器时必须插入等待状态；I/O CLOCK信号为CPU访问CRTC时的时钟信号。
2．彩色图形显示控制器
以VGA卡为例说明彩色图形显示控制器的结构和工作原理，彩色图形控制器总体结构原理如图3.26所示。主要由下述五部分组成：VGA彩色图形控制器、显示缓存器、视频输入输出ROM（BIOS）、CPU总线驱动器以及视频D/A转换器。
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(1) VGA彩色图形控制器
VGA彩色图形控制器的芯片，是VGA卡的核心器件，它的原理方框图如图3.27所示。它主要由CRT控制器、时序控制器、属性控制器、图形控制器以及三个接口：主机总线接口、显示缓存接口和视频DAC接口组成。
CRT控制器（CRTC）产生基本存储时序并为控制再生内存读取产生字符时钟。在有效的显示回扫期间，通过显示内存周期，周期性的插入指定的系统微处理器的周期，它允许系统微处理器访问内存，映像屏幕寄存器可以防止内存映像表被更改。
图形控制器在系统微处理器（CPU）对显示缓存器进行读写操作时，在它到达显示缓存器之前，图形控制器可对显示缓存器中的数据进行逻辑操作。这些逻辑操作包括4个逻辑写方式和2个逻辑读方式，例如颜色比较读方式，在写方式时可以屏蔽个别位像素，单一周期可以写入32个像素数据。在图形工作方式时，图形控制器将并行的存储数据转换为串行位面数据；字符工作方式时，并行属性数据可直接送出。
属性控制器通过图形控制器控制显示缓存器中的数据，并将其转换成显示屏幕上将要显示的格式。在字符方式时输入属性数据，在图形方式时串行位面数据被转换成一个8位彩色值，再经过调色板（可同时显示256种颜色的调色板）输出的数据颜色值，在这里被当作地址输出18位颜色值，经过D/A变换转换成3个模拟彩色信号去驱动显示器。闪烁、下加横线以及光标等都存在属性控制器中。
主机总线接口，显示缓存器接口以及视频D/A转换接口逻辑，控制VGA芯片与主机、显示缓存器以及监视器传递数据。
图3.27 VGA芯片原理框图
(2) 显示缓存器
显示缓存器的原理结构图以及它与VGA芯片的连接如图3.28所示。显示缓存器可以选用两片256 KB×4 DRAM芯片（256KB），它支持所有的VGA显示模式。当显示缓存器选用4片256 KB×4 DRAM芯片时（512KB），VGA的显示模式可以达到800×600分辨率16种颜色（非隔行扫描的图形方式），也可以达到1024×768分辨率16种颜色（隔行扫描的图形方式）以及132列的文本方式。
图3.28 VGA的显示存储器结构及与VGA芯片的连接 （点击查看大图）
（3）CPU总线驱动电路和视频输入输出BIOS
CPU总线驱动电路以及视频BIOS（EPROM）结构如图3.29所示。CPU总线分两部分：一部分地址总线和控制总线接到VGA芯片的总线接口电路；另一部分总线的地址低位和数据线经过了比较电路和驱动电路（74245），可以通过设置开关的位置来改变I/O地址，另一个电路是装视频BIOS程序的EPROM2756，它里面装载VGA显示控制器的底层驱动程序。在计算机系统生成时，可以把它装到DOS或Windows系统中。
图3.29总线驱动器电路与视频BIOS结构原理图
（4）视频D/A转换器
视频D/A转换电路与VGA芯片的连接如图3.30所示。视频D/A转换电路可以有多种选择，图3.30给出英国INMOS公司生产的IMSG178彩色调色板电路。它主要由两部分电路组成：一是调色板（Palette），实际上是一个存储阵列，输入是VGA的P0～P7像素8位的彩色值。存储阵列有256个存储单元，字长18位，是作彩色变换函数的存储单元。调色板的伪彩色变换函数在初始化时，由主机通过IMSG178的D0～D7微处理接口通道装入。IMSG178微处理的接口由调色板存储器阵列的地址寄存器以及三个8位字长数据寄存器组成。调色板初始化加载时，计算机首先通过数据总线D0～D7及寄存器选择位RS0和RS1，加载调色板存储器阵列的地址寄存器，然后用同样方法加载三个数据寄存器，最后用18位的数据打入到存储器的阵列，它就是调色板的变换函数。正常工作时从VGA取出的帧存储器的数字图形数据P0～P7，送到IMSG178的C0～C7像素锁存器，它作为调色板存储器阵列的地址，最后输出的就是经过调色板变换的3×6位伪彩色数字图形信号。
IMS G178还有3个6位D/A变换器，调色板输出的数字式伪彩色信号，通过锁存器送到3个6位D/A变换器，转换成模拟的RGB信号，最后配上从VGA芯片来的复合消隐和复合同步信号，通过RGB（2、3、4脚）输出到彩色监视器。
图3.30 视频D/A转换电路 （点击查看大图）
