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Kapitel 2

ANTIC und die Display List

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FERNSEH-BILDSCHIRME

Um die Graphik-Möglichkeiten des ATARI™ Personal Computer Systems ganz zu begreifen, muß man erst die Funktionsgrundlagen eines Fernsehgerätes verstehen. Fernseher bedienen sich eines Systems, das als "Raster Scan Display" (Raster Bildschirm-Anzeige) bezeichnet wird. Am hinteren Ende der Fernsehröhre wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der dann auf die Mattscheibe geworfen wird. Dabei wird er von waagerecht und senkrecht angebrachten Magnetspulen abgelenkt, sofern diese unter Spannung stehen. Auf diese Weise kann der Strahl auf jeden Punkt des Schirms geworfen werden. Durch die im Fernseher befindliche Elektronik wird diese Ablenkung so gesteuert, dazu sich der Strahl mit gleichmäFiger Geschwindigkeit über die Mattscheibe bewegt. Weiterhin kann die Stärke, d.h. die Intensität das Strahls gesteuert werden. Wird der Strahl intensiver, so leuchtet der getroffene Punkt auf dem Schirm heller; wird der Strahl schwächer, dann leuchtet der Punkt weniger stark oder überhaupt nicht mehr.

Der Strahl startet in der linken oberen Ecke des Schirmes und bewegt sich waagerecht über denselben. Während dieses Vorgangs wird durch Intensitätsänderung des Strahls ein Bild auf den Fernsehschirm gezeichnet. Sobald der Strahl den rechten Bildschirmrand erreicht, wird er abgeschaltet und zurück zur linken Seite gebracht. Gleichzeitig wird er um eine Elektronenstrahldicke nach unten bewegt. Danach wird er wieder eingeschaltet und läuft ein weiteres Mal über den Schirm. Dieser Vorgang wird insgesamt 312 mal wiederholt. (Bei einem "abwechselnden" System gibt es in Wahrheit 625 Bewegungen über den Fernsehschirm, was als "Interlace" bezeichnet wird. Wir wollen dieses Interlace ignorieren und vorgehen, als ob der Fernseher nur 312 Zeilen hätte.) Diese 312 Zeilen füllen den Bildschirm von oben bis unten aus. Am unteren Ende des Schirmes wird der Strahl (nachdem die 312te Zeile gezeichnet wurde) ausgeschaltet und wieder in die linke obere Bildschirmecke gebracht. Dann beginnt der gesamte ProzeF von vorne. Dieser Zyklus wiederholt sich 50mal in einer Sekunde.

Das Ganze jetzt noch einmal in Fachsprache: eine einzelne Bewegung des Elektronenstrahls quer über den Bildschirm bezeichnet man als “Horizontal Scan Line". Sie ist die grundlegende Einheit beim Messen von senkrechten Entfernungen auf dem Schirm. Die Höhe eines Bildes wird festgelegt, indem man die Anzahl der Horizontal Scan Lines, über die es sich erstreckt, angibt. Die Periode, in welcher der Elektronenstrahl vom rechten zum linken Bildschirmrand zurückläuft, wird "Horizontal Blank'' genannt. Der Zeitraum, in welchem der Strahl zum oberen Mattscheibenrand zurückkehrt, wird als “Vertical Blank" bezeichnet. Der Zeichenvorgang für den gesamten Bildschirm dauert 16684 Mikrosekunden. Der “Vertical Blank" erstreckt sich über ca. 1400 Mikrosekunden. Der Horizontal Blank benötigt 14 Mikrosekunden. Eine einzelne Horizontal Scan Line braucht 64 Mikrosekunden, um gezeichnet zu werden.

Die meisten Fernsehgeräte besitzten einen “Overscan", das bedeutet, sie ziehen die Bilder soweit auseinander, daß sich deren Ränder auFerhalb des Mattscheibenrandes befinden. Dieses garantiert ein Fernsehbild ohne störende Randbalken. Andererseits ist dies für Computer sehr ungünstig, da die Information, die sich auFerhalb des Schirmes befindet, für den Benutzer keine Bedeutung mehr hat und somit verlorengeht. Aus diesem Grunde ist das Bild, welches der Computer ausgibt, etwas kleiner als jenes, das der Fernseher theoretisch anzeigen könnte. Es werden nur 192 Horizontal Scan Lines von ATARI ™-Display benutzt. Dies bedeutet, daß die normale Begrenzung der senkrechten Auflösung eines Fernsehers in Verbindung mit diesem Computer 192 Pixel beträgt.

Die standardmäFige Einheit für horizontale Entfernungen ist das “Color Clock". Die Breite eines Bildes wird festgelegt, indem man die Anzahl der Color Clocks, über die es sich erstreckt, angibt. Es gibt 228 Color Clocks in einer Horizontal Scan Line, von denen allerdings maximal nur 176 wirklich sichtbar sind. Dieses bedeutet wiederum, daß die absolute Begrenzung für vollfarbige waagerechte Auflösung mit einem handelsüblichen Fernseher 176 Pixel beträgt. Mit dem ATARI ™ Personal Computer System ist es möglich, noch weiter zu gehen und individuelle Halb-Clocks zu kontrollieren. Dieses ergibt dann eine waagerechte Auflösung von 352 Pixeln.

COMPUTER UND FERNSEHGERƒTE

Das grundsätzliche Problem eines Computers mit einem Raster Scan Fernseh-System für Anzeigezwecke ist, daß die Erzeugung des Fernsehbildes ein dynamischer Vorgang ist; der Fernseher kann sich nicht an das Bild erinnern. Folglich fällt diese Aufgabe dem Computer zu. Er muß ständig ein Signal zum Fernseher senden, das diesem mitteilt, was er anzeigen soll. Dieser Sendevorgang ist ein ununterbrochener ProzeF und erfordert daher andauernde Beachtung. Aus diesem Grunde haben die meisten Mikrocomputer spezielle Hardware, um den Fernseher zu bedienen. Die Grundanordnung ist auf fast allen Systemen die gleiche:

Mikroprozessor - Bildschirm-RAM - Video-Hardware - TV-Schirm

Der Mikroprozessor schreibt Informationen in den Bereich des Bildschirm-RAMs, der die Bilddaten beinhaltet. Die Video-Hardware greift nun andauernd in diesen Bereich, um die Daten zu erhalten, die sie dann in Fernsehsignale umwandelt. Diese Signale gehen zum Fernsehgerät, das diese schlieFlich als Information anzeigt. Der Bildschirmspeicher wird in der gleichen Reihenfolge auf den Schirm geworfen, wie die Daten im RAM stehen. Das bedeutet, das erste Byte im Speicher gehört zur linken oberen Ecke des Bildschirms, das zweite Byte im Speicher zur rechts daneben liegenden Position und so fort, bis zum letzten Byte, welches zur rechten unteren Ecke der Mattscheibe gehört.

Die Qualität des Bildes, das zum Fernseher gelangt, hängt von zwei Faktoren ab: der Qualität der Video-Hardware und der GröFe des Bildschirm-RAMs, welches für das Display benutzt wird. Die einfachste Anordnung findet sich bei TRS-80 und PET (TRS-80 ist ein Warenzeichen der Radio Shack Co.; PET ist ein Warenzeichen der Commodore Business Machines). Diese beiden Geräte benutzen einen festgelegten 1K-Bereich des RAMs als Bildschirmspeicher, Die Video-Hardware holt einfach Daten aus diesem Bereich und interpretiert sie mit Hilfe eines Zeichensatzes im ROM als Zeichen, was eine Anzahl von 256 verschiedenen Zeichen erlaubt. Mit einem Bildschirm-RAM von 1K können ca. 1000 Zeichen auf den Schirm gebracht werden. Mit so einem System gibt es allerdings nicht viele Möglichkeiten. Der Apple benutzt ausgefeiltere Video-Hardware (Apple ist ein Warenzeichen der Apple Computers). Es sind drei verschiedene Graphik-Modi vorhanden: Text, Lo(w)-Res(olution)-Graphik und Hi(gh)-Res(uolution)-Graphik. Der Text-Modus funktioniert etwa auf die gleiche Art, wie das Anzeige-System von PET und TRS-80.

Im Lo-Res-Graphik-Modus greift die Video-Hardware auf den Bildschirmspeicher zu und interpretiert ihn folgendermaFen: anstatt ein Byte als ein Zeichen darzustellen, wird jedes Byte in ein Paar von Farb-Nybbles (Halbbytes) aufgeteilt. Der Wert eines jeden Nybbles im Speicher legt die Farbe eines Pixels (Bildschirmpunktes) fest. Im Hi-Res-Graphik-Modus entspricht jedes Speicher-Bit einem Pixel auf dem Schirm. Enthält das Bit eine 1, dann leuchtet das entsprechende Pixel; enthält es eine 0, dann leuchtet es nicht. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl von Farbnuancen, welches aber die Grundidee ist. Die entscheidende Tatsache ist, daß der Apple drei Anzeige-Modi besitzt; drei unterschiedliche Arten die Daten im Bildschirmspeicher zu interpretieren. Die Apple-Hardware für den Bildschirm kann ein Byte des Speichers als 8-Bit Zeichen (Text-Modus), als zwei 4-Bit Farb-Nybbles (Lo-Res-Modus) oder als 7 individuelle Bits für Bit-Map (Hi-Res-Modus) auslegen.

ANTIC, EIN VIDEO-MIKROPROZESSOR

Das ATARI Computer Display List ist eine Erweiterung der oben genannten Systeme. Wo PET- und TRS-80 Geräte einen, und der Apple drei verschiedene Modi besitzen, da hat der ATARI ganze 14 Modi. Der zweite wichtige Unterschied ist, daß die Anzeige-Modi auf dem Bildschirm gemischt werden können. Das bedeutet, daß der Benutzer nicht gezwungen ist, sich zwischen einem Bildschirm voll Graphik oder einem Bildschirm voll Text zu entscheiden. Der dritte grundlegende Unterschied ist, daß das Bildschirm-RAM überall im Speicher des Computers abgelegt und sogar bewegt werden kann, während das Programm läuft, wogegen andere Geräte festgelegte RAM-Bereiche benutzen.

All dieses wird durch einen Mikroprozessor, den ANTIC, möglich gemacht. Wo die früheren Geräte sehr einfache Video-Schaltkreise benutzen, hat ATARI ™ einen ganzen Mikroprozessor eingesetzt, der nur für das Fernsehbild zuständig ist. ANTIC ist ein wirklicher Mikroprozessor, d.h. er besitzt einen Befehlssatz, ein Programm und Daten. Das Programm für den ANTIC wird als Display List bezeichnet. Diese Display List legt drei Dinge fest: wo die Bildschirmdaten zu finden sind, welche Anzeige-Modi benutzt werden sollen um die Bildschirmdaten zu interpretieren, und welche speziellen Anzeige-Einstellungen eingefügt werden sollen.

Beim Benutzen der Display List muß man sich von der Vorstellung eines alten Bildschirmes freimachen. Der Schirm ist kein gleichmässiges Bild in einem einzelnen Modus, sondern ein "Stapel" von sogenannten "Mode-Lines". Eine solche Mode-Line ist eine Zusammenstellung von Horizontal Scan Lines. Sie erstreckt sich waagerecht über die ganze Bildschirmbreite. Eine Graphik-Modus 2 Mode-Line ist 16 Horizontal Scan Lines hoch, wogegen eine Graphik-Modus 7 Mode-Line nur zwei Scan-Lines hoch ist. Viele Graphik-Modi, die in BASIC verfügbar sind, sind durchgehende Modi, d.h. der gesamte Bildschirm besteht aus einem einzelnen Modus. Dies bedeutet aber nicht, daß man darauf beschränkt ist: mit der Display List ist es möglich, jede Folge von Mode-Lines auf dem Schirm zu erzeugen. Die Display List ist eine Zusammenstellung von Code-Bytes, die diese Abfolge festlegen.

ANTICs Befehlssatz ist sehr einfach. Es gibt vier Befehlsklassen: Map-Mode-Befehle, Charakter-Mode- (Zeichen-Modus) Befehle , Blank-Line- (Leerzeilen) Befehle und Sprunganweisungen. Map-Mode-Befehle veranlassen, daß ANTIC eine Mode-Line mit einfach gefärbten Pixeln anzeigt. Charakter-Mode-Befehle veranlassen ANTIC eine Mode-Line mit Zeichen anzuzeigen. Blank-Line-Befehle bewirken, daß ANTIC eine bestimmte Anzahl von Horizontal Scan Lines mit fester Hintergrundfarbe ausgibt.

Sprunganweisungen entsprechen den 6502-Sprungbefehlen: sie laden den Programmzähler von ANTIC neu. Es können auFerdem vier spezielle Einstellungen festgelegt werden, indem ein bestimmtes Bit des Befehls für ANTIC gesetzt wird. Die Operationen sind:

Display-List-Interrupt (DLI), Load-Memory-Scan (LMS), sowie senkrechtes und waagerechtes Scrolling.

Map-Modus-Befehle veranlassen ANTIC eine Mode-Line zu zeigen die Pixel mit festen Farben enthält. Die angezeigte Farbe wird durch ein Farbregister festgelegt. Die Wahl zwischen den einzelnen Farbregistern wird durch den Wert der Bildschirmdaten bestimmt. In 4-Farb-Map-Modi (BASIC-Modi 3, 5, 7 und 15; ANTIC-Modi 8, A, D und E) wird ein Bitpaar benötigt, um eine Farbe festzulegen.

Wert des Bitpaares   ausgewähltes Farbregister

     00   = 0       COLBAK

     01   = 1       COLPFO

     10   = 2       COLPF1

     11   = 3       COLPF2

Da nur zwei Bits zur Festlegung eines Pixels gebraucht werden, sind in jedem Bildschirm-Datenbyte 4 Pixel codiert. Beispiel: ein Byte der Bildschirm-Daten enthält den Wert $1B. Es würde 4 Pixel in den folgenden Farben anzeigen: das erste in Hintergrundfarbe, das zweite nach Farbregister 0, das dritte nach Farbregister 1 und das vierte nach Farbregister 2:

     $1B = 00011011 = 00 01 10 11

In 2-Farb-Map-Modi (BASIC-Modi 4, 6, 14, und 8; ANTIC-Modi 9, B, C und F) wählt jedes Bit eines von zwei Farbregistern aus. Ein Bit-Wert von 0 bedeutet Hintergrundfarbe für das entsprechende Pixel, ein Bit-Wert von 1 wählt Farbregister 0 für das Pixel aus.

Es gibt acht unterschiedliche Map-Anzeige-Modi. Sie differieren in der Anzahl der Farben, die sie anzeigen (2 oder 4), der senkrechten GröFe einer Mode-Line (1, 2, 4 oder 8 Scan-Lines) und in der Anzahl der Pixel, die waagerecht in eine Mode-Line paFen (40, 80, 160 oder 320). Das bedeutet, einige Map-Modi geben eine bessere Auflösung, benötigen dann aber entsprechend mehr RAM. In Abbildung 2.1 werden die verschiedenen Modi mit den zugehörigen Werten gezeigt: