自己动手从零写桌面操作系统GrapeOS系列教程——14.屏幕显示原理与文本模式

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。

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一、屏幕显示原理

电脑显示器屏幕是由很多很小的像素组成的。每个像素就像是一个小灯泡，在屏幕上一排一排的整齐排列着。只要能控制每个像素的颜色就能显示出各种各样的图形。如果近距离观察过会场或室外的大屏幕会有更直观的感受，这种大屏幕上每个像素就是一个小灯泡。
屏幕显示原理大致可以如下表示：

CPU（程序）->显卡（显存）->显示器（屏幕）

在程序的控制下，CPU将要显示的数据发送到显卡上的显存（显卡上的内存），显存中的数据和屏幕上的像素是有对应关系的，显卡会不断的从显存中取出数据发给显示器，显示器就会在屏幕上显示出对应的图形。发给显示器前，显卡可能会对数据做一些处理。显卡多长时间向显示器发一次数据与刷新频率有关。

二、显卡的文本模式

显卡有图形模式和文本模式两类显示模式。电脑启动后，显卡的默认模式就是文本模式，能显示25行80列ASCII字符。
对屏幕来说一切皆是图形，显卡的文本模式是为了方便开发人员显示字符用的。如果没有文本模式，显示任何字符都需要开发人员自己精确控制每个像素，后面我们在图形模式中就需要这么做。文本模式无法展示多彩的世界，但我们在进入图形模式前需要在文本模式下显示一些提示信息，所以我们需要学习一下文本模式。
在默认文本模式下，显存与屏幕的对应关系为每2个字节对应一个字符，其中低字节存放ASCII码，高字节存放字符颜色属性。详情如下表所示：

bit	内容	说明1	说明2
15	K	是否闪烁	背景色
14	R	红
13	G	绿
12	B	蓝
11	I	是否高亮	前景色
10	R	红
9	G	绿
8	B	蓝
7	字符ASCII码
6
5
4
3
2
1
0

字符颜色表如下：

R	G	B	颜色
			I=0	I=1
0	0	0	黑	灰
0	0	1	蓝	浅蓝
0	1	0	绿	浅绿
0	1	1	青	浅青
1	0	0	红	浅红
1	0	1	品红	浅品红
1	1	0	棕	黄
1	1	1	白	亮白

在计算机里每个像素的颜色都是RGB三原色按照不同的配比来表示的。这里RGB三原色各用一个bit位来表示，所以只能显示2^3=8种颜色，前景色多了一个高亮位，也只能显示2^4=16种颜色。如果要显示更多的颜色就需要更多的bit位来表示，这个我们后面讲图形模式时再介绍。我们在文本模式下能显示黑底白字就足够了。对于黑底白字，字符颜色属性值对照上面两个表可以得出应该是0x07。

三、显存地址分布

之前在实模式的1M内存布局中介绍过显存地址的分布，我们在这里再回顾一下：

起始	结束	大小	用途
0xb8000	0xbffff	32KB	文本模式显存
0xb0000	0xb7fff	32KB	黑白图形显存
0xa0000	0xaffff	64KB	彩色图形显存

从上表可以看到，文本模式的显存开始地址为0xb8000。上面我们已经讲过，在该默认模式下，一个字符对应2个字节。所以屏幕第一行第一个字符对应的地址为0xb8000和0xb8001，其中0xb8000为字符颜色属性，0xb8001为字符ASCII码。第二个字符对应的地址为0xb8002和0xb8003，后面的字符以此类推。在默认模式下，每行显示80个字符，第81个字符会显示在第二行第一个字符的位置，第161个字符会显示在第三行第一个字符的位置，后面的字符同样以此类推。

需要了解的是，上表中的图形显存地址段并不是GrapeOS操作系统用的图形地址段，具体情况后面再介绍。

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